CN101541669B - 氢生成装置、燃料电池系统、及氢生成装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明能够稳定地供给改性水，能够进行稳定的氢的生成和改性器的变差的防止。具备：使用原料及水蒸气，利用改性反应，生成含氢气体的改性器(1)；生成供给于改性器(1)的水蒸气的水蒸发器(1a)；供给于水蒸发器(1a)的改性水流过的第一水路径(5)；用于将改性水向水蒸发器(1a)供给的泵(6)；从泵(6)的下游的第一水路径分路的第二水路径(7)；作为流过第二水路径(7)的水的流出目的地的第一水罐(2)；在第二水路径(7)上设置的第一流量控制器(8)；运行泵(6)，并且使水流向第二水路径(7)地控制第一流量控制器(8)的控制器(9)。

Description

氢生成装置、燃料电池系统、及氢生成装置的控制方法
技术领域
本发明涉及使用于燃料电池系统，生成含氢气体的氢生成装置，尤其涉及能够稳定地供给改性水的氢生成装置、及使用其的燃料电池系统等。 
背景技术
燃料电池系统在内部具有改性部的氢生成装置中，将城市煤气或LPG等至少含有由碳及氢构成的有机化合物的原料利用水蒸气改性反应，生成含氢气体，将生成的含氢气体供给于燃料电池，进行发电。 
为了进行水蒸气改性反应，需要原料和水。在此，相对于向上述改性部的原料供给量的水的供给量由蒸气/碳比(以下，称为S/C)表示。例如，原料为以甲烷为主成分的城市煤气的情况下，S/C通常需要为2.5左右，若比其小，则不能充分地进展水蒸气改性反应，生成的氢量降低。 
若氢量降低，则不能充分地供给燃料电池中所需的氢，不能进行燃料电池中的发电。另外，若供给于改性部的S/C降低，则改性催化剂失活，或含于原料的碳成分析出，碳附着于改性催化剂，导致催化剂性能降低，或由于碳析出，导致气体流路堵塞，气体流路的压力损失增大，发生不能以规定量供给原料的不妥善情况。 
另外，在水蒸气改性反应后的含氢气体中含有10％左右的一氧化碳，该一氧化碳为燃料电池的正电极的中毒物质，因此，为了降低一氧化碳浓度，在氢生成装置中设置有在水蒸气改性反应后进行转化反应的转化部。转化反应中将水和一氧化碳利用转化反应变化为氢和二氧化碳，利用该反应减少一氧化碳。 
另外，若供给于氢生成装置的S/C降低，则使用于转化反应的水也减少，因此，利用转化反应减少的一氧化碳也减少。这样，供给于燃料电池的含氢气体中的一氧化碳浓度上升，燃料电池的正电极被一氧化碳中毒。 
还有，在固体高分子型燃料电池的情况下，一氧化碳浓度需要降低至 10ppm以下，将通过了转化部的含氢气体进而在选择氧化部中利用空气等氧化气体进行选择氧化反应。在这种情况下，若不能在改性部充分地减少一氧化碳，选择氧化后的一氧化碳浓度也不能降低至10ppm以下。 
因此，供给于改性部的水(以下，称为改性水)需要以能够适当地保持S/C的规定量供给。因此，通过在供给上述改性水的水路径上设置流量调节机构，使改性水的供给量稳定，将其调节为该规定量(例如，参照专利文献1)。 
专利文献1：特开2004-6093号公报 
然而，在所述以往的氢生成装置中存在以下问题。 
供给改性水的泵等改性水供给机构中空气残留(エアがみ)的情况下、或改性水供给机构自身发生故障的情况下，不能以上述规定量供给改性水，因此，发生如下所述的不妥善情况等，即：供给于氢生成装置的S/C降低，如上所述地在氢生成装置中阻碍含氢气体的稳定的生成，或改性催化剂失活。 
发明内容
本发明是鉴于所述以往的问题而做成的，其目的在于提供能够稳定地供给改性水，能够进行稳定的含氢气体的生成、和改性催化剂的失活的抑制的氢生成装置及使用其的燃料电池系统等。 
鉴于上述以外的问题做成的第一本发明的氢生成装置，其特征在于，具备：改性器，其使用原料及水蒸气，利用改性反应，生成含氢气体；水蒸发器，其生成供给于所述改性器的所述水蒸气；第一水路径，其使供给于所述水蒸发器的改性水流过，且所述改性水是用于在所述改性器中进行所述改性反应所需要的水；第一泵，其用于将所述改性水向所述水蒸发器供给；第二水路径，其从所述泵的下游的所述第一水路径或配置有所述泵的所述第一水路径分路；第一水罐，其为在所述第二水路径中流过的水的流出目的地；第一流量控制器，其设置于所述第二水路径上；控制器，其运行所述第一泵，并且，使水流向所述第二水路径地控制所述第一流量控制器，并且所述控制器在所述改性器中不进行含氢气体的生成动作的情况下，进行所述控制。 
由此，通过适当地执行通过了第二水路径的改性水的通过流动动作，能够消除泵的空气残留，或能够进行泵的动作检查，将改性水向改性器供给，因此，能够将改性水稳定地向改性器供给。
由此，在改性器中不进行利用改性反应进行的含氢气体的生成动作时，能够消除泵的空气残留，或能够进行泵的动作检查，因此，能够在改性器中执行稳定的含氢气体的生成动作。 
此外，第二本发明的氢生成装置的所述控制器在向所述改性器供给所述改性水之前进行所述控制。 
另外，由此，在向所述改性器供给所述改性水之前，能够消除泵的空气残留，或能够进行泵的动作检查，因此，能够在改性器中执行稳定的含氢气体的生成动作。 
另外，第三本发明的氢生成装置，其特征在于，具备：燃烧器，其加热所述改性器；冷凝器，其用于使从所述燃烧器排出的燃烧排气中的水分冷凝，所述第一水罐为贮存由所述冷凝器冷凝的水的回收水罐。 
另外，第四本发明的氢生成装置，其特征在于，具备：净化器，其净化所述第一水罐的水；第二水罐，其贮存由所述净化器净化的水；所述第二水罐为贮存所述改性水的罐，所述第一水路径连接所述第二水罐和所述改性器。 
另外，第五本发明的氢生成装置，其特征在于，具备：第二流量控制器，其设置于所述第一水路径上的、所述第一泵的下游，所述控制器运行所述第一泵，并且，使从所述第一泵送出的所述改性水流入所述第二水路径地控制所述第一流量控制器及所述第二流量控制器。 
另外，第六本发明的氢生成装置，其特征在于，所述第一流量控制器为第一阀，所述第二流量控制器为第二阀，所述控制器在开始所述第一泵的动作的情况下，开放所述第一阀，且关闭所述第二阀地进行控制。 
由此，在消除了泵的空气残留的状态下，能够向改性器进行稳定的改性水的供给，因此，能够在改性器中生成稳定的含氢气体。 
另外，第七本发明的氢生成装置，其特征在于，所述控制器在起动处理时进行所述控制。 
另外，第八本发明的氢生成装置，其特征在于，所述控制器在停止处理时进行所述控制。 
另外，第九本发明的氢生成装置，其特征在于，所述控制器在待机状态时进行所述控制。 
另外，第十本发明的氢生成装置，其特征在于，所述第一流量控制器配设于所述第一泵的上方。 
由此，利用浮力从第一流量控制器容易地抽出从泵抽出的空气。 
另外，第十一本发明的氢生成装置，其特征在于，具备：第一水位传感器，其检测所述第一水罐的水位；异常检测器，其在所述控制时，基于由所述第一水位传感器检测的水位的变化，检测所述泵的异常。 
由此，确认泵中没有异常，能够向改性器供给改性水，因此，能够进行向改性器的稳定的改性水的供给。 
另外，第十二本发明的氢生成装置，其特征在于，具备：第二水位传感器，其检测所述第二水罐的水位；异常检测器，其在所述控制时，基于由所述第二水位传感器检测的水位的变化，检测所述泵的异常。 
由此，确认泵中没有异常，能够向改性器供给改性水，因此，能够进行向改性器的稳定的改性水的供给。 
另外，第十三本发明的氢生成装置，其特征在于，具备：第二水罐，其贮存在所述第一水路径中流过的所述改性水；第三水路径，其使从所述第一水罐供给于所述第二水罐的水流过；第二泵，其设置于所述第三水路径；加热器，其用于加热向所述第二水路径的分路部的上游的第一水路径、所述第二水路径、所述第三水路径、所述第一水罐及所述第二水罐的至少任一个水路径；外部空气温度检测器，其检测外部温度，所述控制器在检测出所述外部空气温度检测器为规定的阈值以下的温度的情况下，作为冻结防止运行，运行所述加热器、所述第一泵及所述第二泵，并且，使从所述第一泵送出的改性水流入所述第二水路径地控制所述第一流量控制器及所述第二流量控制器。 
由此，能够防止在第一水路径内存在的改性水的一部分及第二水路径内的改性水的冻结。 
另外，第十四本发明的氢生成装置，其特征在于，所述加热器是通过设置于至少收容所述第三水路径、所述第一水罐及所述第二水路径的框体的规定的面上的、利用放射热进行加热的加热器。 
另外，第十五本发明的燃料电池系统，其特征在于，具备：所述1～5中任一项所述的氢生成装置；使用由所述氢生成装置供给的含氢气体，进行发电的燃料电池。 
由此，通过向改性器的改性水的稳定的供给，稳定地生成含氢气体， 因此，能够稳定地运行燃料电池。 
另外，第十六本发明的氢生成装置，其特征在于，该氢生成装置具备：改性器，其使用原料及水蒸气，利用改性反应，生成含氢气体；水蒸发器，其生成供给于所述改性器的所述水蒸气；第一水路径，其使供给于所述水蒸发器的改性水流过；第一泵，其用于将所述改性水向所述水蒸发器供给；第二水路径，其从所述泵的下游的所述第一水路径或配置有所述泵的所述第一水路径分路；第一水罐，其为在所述第二水路径中流过的水的流出目的地；第一阀，其设置于所述第二水路径上；第二阀，其设置于所述第一水路径上， 
所述控制方法包括：在所述改性器中未在进行含氢气体的生成动作时，运行所述第一泵，并且，使从所述第一泵送出的所述改性水流入所述第二水路径地开放所述第一阀，且关闭所述第二阀地进行控制的工序。 
由此，通过适当地执行通过了第二水路径的改性水的通过流动动作，能够消除泵的空气残留，或能够进行泵的动作检查，能够将改性水向改性器供给，因此，能够将改性水稳定地向改性器供给。 
根据本发明可知，向改性器稳定地供给改性水，因此，能够进行稳定的氢的生成或改性催化剂的失活的抑制。 
此外，第十七本发明的氢生成装置所述控制器在待机状态时进行所述控制。 
此外，第十八本发明的氢生成装置所述控制器在停止处理时进行所述控制。 
图1(a)是表示本发明的实施方式1中的氢生成装置的结构的示意图。 
附图说明
图1(b)是表示第一水罐2的内部结构的示意图。 
图2是表示本发明的实施方式1中的氢生成装置的另一结构的示意图。 
图3是表示本发明的实施方式2中的氢生成装置的结构的示意图。 
图4是表示本发明的实施方式2中的氢生成装置的另一结构的示意 图。 
图5是表示本发明的实施方式3中的氢生成装置的结构的示意图。 
图6是表示本发明的实施方式3中的氢生成装置的另一结构的示意图。 
图中：1-改性器；1a-水蒸发器；1b-燃烧器；1c-冷凝器；2-第一水罐；2a-溢流管；2b-开放部；3-水净化器；4-第二水罐；5-第一水路径；6、66、166、266-泵；7-第二水路径；8-第一流量控制器；9-控制器；9a-异常检测器；10-第二流量控制器；11-第一水位传感器；12-第二水位传感器；20-转化器；30-一氧化碳氧化器；40-燃料电池；51、52-加热器；85-框体；90-面加热器。 
具体实施方式
(实施方式1) 
以下，参照附图，说明实施方式1。 
图1(a)是表示本发明的实施方式1的氢生成装置的结构的示意性图。 
氢生成装置具备：使城市煤气、LPG、灯油等至少含有将碳及氢作为构成元素含有的有机化合物的原料、和水蒸气发生水蒸气改性反应，生成含氢气体的改性器1；利用转化反应，将在改性器1生成的含氢气体中的一氧化碳减少的转化器20；将通过了转化器20后的含氢气体中的一氧化碳减少至适合燃料电池40中的利用的浓度的一氧化碳氧化器30。进而，具备：由水生成供给于改性器1的水蒸气的水蒸发器1a；用于将改性器1设为适合水蒸气改性反应的温度的燃烧器1b。还有，在本实施方式的氢生成装置中，利用从上述燃烧器1b排出的燃烧排气，加热水蒸发器1a、转化器20、及一氧化碳氧化器30。另外，改性器1不仅可以进行水蒸气改性反应，而且还可以设为注入空气而自动热方式等。另外，与本实施方式的氢生成装置联动的、利用氢的设备不限于燃料电池40，根据联动的设备的种类，不使用转化器20或一氧化碳氧化器30而省略的结构也无妨。在本实施方式中，为了在作为燃料电池40的固体高分子型燃料电池中进行氢利用，将一氧化碳氧化器30后的含氢气体中的一氧化碳浓度设为10ppm以下。 
如图1(a)所示，为了在改性器1生成氢，需要原料和水的供给，在本实施方式中，对水的稳定供给进行叙述。在氢生成装置中利用的水首先贮存于第二水罐4中。第二水罐4的水使用从自来水等外部的基础设施(インフラ)供给的水、或将用冷凝器冷凝来自燃烧器1b的燃烧排气或来自燃料电池40的排气中的水分再利用的水。 
在本实施方式的氢生成装置中，在冷凝器1c中回收来自燃烧器1b的燃烧排气中的水分，将回收的水贮存于第一水罐2中，为了除去在第一水罐2的回收水中含有的杂质，利用水净化器3将第一水罐2的水净化后，供给于第二水罐4。水净化器3例如具备未图示的活性炭过滤器及离子交换树脂，用活性炭过滤器除去以氯离子等杂质离子或硫作为构成元素含有的有机物等，只要是能够除去这些水中的杂质，过滤器的种类或顺序可以是任意的。 
贮存于第二水罐4的净化水通过泵6运行，通过第一水路径5，供给于水蒸发器1a，用水蒸发器1a变换为水蒸气后，供给于改性器1。还有，第一水罐2的上方朝向大气开放，并通过溢流管2a与第二水罐4连通，第二水罐4内规定水位以上的水通过该溢流管2a溢流而流向第一水罐2。由此，第一水罐2及第二水罐4内被保持与大气压相同的压力。 
由S/C表示另行供给于改性器1的原料和水的比例。作为原料，例如，使用以甲烷为主成分的城市煤气的情况下，在改性器1中的改性反应中，需要最低限度的S/C＝2.0左右，在其以下的状态下，用改性器1内的燃烧器1b加热改性催化剂，进展水蒸气改性反应的情况下，由于水不足，原料在设置于改性器1内部的改性催化剂层或其下游侧分解，析出碳。若该碳覆盖改性催化剂，则改性催化剂失活，不能生成充分地富有氢的气体。 
另外，若碳在改性催化剂的下游侧析出，则含氢气体的流路被堵塞，不能向利用含氢气体的设备(本实施方式的情况下为燃料电池40)供给必要的规定量的含氢气体。另外，若含氢气体的流路由于碳析出而堵塞，流路的压力损失增大，供给原料所需的压力增加。若那样，则供给原料的泵 
(省略图示)等设备的消耗电力增加，氢生成装置的效率变差。另外，碳析出量进而增加，气体流路的压力损失比供给原料的泵的能力变大的情况下，不能供给原料。 
进而，在改性器1中没有使用于改性反应的水蒸气使用于转化器20中的转化反应中。若向转化器20供给的水蒸气量降低，则不能利用转化反应充分地降低一氧化碳，不适合作为燃料电池40中使用于发电的可燃气体。 
另外，在那样的可燃气体供给于燃料电池40的情况下，由于没有减少的一氧化碳，燃料电池40的正电极催化剂中毒，不能发电。还有，在本实施方式中，供给于改性器1的水蒸气中没有使用于改性反应的量供给于转化器20，但将向改性器1供给的水路径在中途分路，或形成为其他水路径，分别供给也无妨。 
由于以上的利用，在本实施方式中，控制泵6，使向改性器1供给的改性水含有余量成为S/C＝2.5～3.0。还有，该S/C的最佳范围根据原料的种类或氢生成装置的结构而不同，因此，不限定于上述范围。 
以上的结构及动作与以往技术相同，但如背景技术项中的说明，在所述氢生成装置中，在泵6发生空气残留的情况下，即使以与不发生空气残留的情况相同的能力运行泵6，从泵6向改性器1供给的水的流量也变动。即，在利用流量计等流量检测器测量用泵6供给的改性水的流量，向泵6的动作能力进行反馈等而运行的情况下，也发生空气残留，则测量到含有空气的状态的改性水的流量。由此，流量检测器不能正确地测量改性水自身的流量，从泵6供给的水量从目标值偏离。 
因此，在本实施方式中，其特征在于，作为空气残留的对策，在氢生成装置的起动处理时，在向改性器1的水供给开始前，实施泵6的抽空气动作。以下，说明为此的结构的动作，并且，由此，说明本发明的氢生成装置的控制方法的一实施方式。 
在抽空气动作时，利用控制器9控制在第二水路径7上设置的第一流量控制器8及在第一水路径5上设置的第二流量控制器10，使利用泵6送出的水在泵6的下游通过从第一水路径5分路的第二水路径7，流向第一水罐2。 
还有，上述“利用泵6送出的水通过第二水路径7，流向第一水罐2”并不是一定指利用泵6送出的水的全部流入第二水路径7的情况，还包括利用泵6送出的水的大部分通过第二水路径7，向第一水罐2流出的情况。 从而，进行上述抽空气动作的时刻设在向改性器1的水供给开始前，但该水供给开始前是指以改性器1中的改性反应等目的，将利用泵6送出的水基本上以总量通过第一水路径5而向改性器1供给开始之前。还有，利用泵6送出的水大部分流入第二水路径7，剩余部分流向第一水路径5的情况下，通过第一水路径5供给于改性器1的改性水的量优选改性催化剂的失活不显著进行的程度的少量。这是因为，例如，在上述抽空气动作时，水蒸发器1a的温度为不能使水蒸发的程度的低温的情况下，改性水直接供给于改性催化剂，因此，高温化的改性催化剂上引起水蒸发，但直接供给于改性催化剂的改性水的量多的情况下，由于水蒸发时的膨胀压，改性催化剂从担载体脱离，可能失活。 
在此，作为第一流量控制器8及第二流量控制器10，具体来说均使用阀，但这些可以为能够连续地调节针形阀等的开度的阀，也可以为仅维持开闭的任一方的状态的开闭阀。在这种情况下，使用这些阀，控制阀的开度，使第二水路径7的流路阻力比向第二水路径7分路的分路部的下游的第一水路径5的流路阻力小，使利用泵6送出的水通过第二水路径7，流向第一水罐2。还有，该阀分别相当于本发明的第一阀及第二阀。 
另外，第一流量控制器8及第二流量控制器10进而不限定于阀。只要是具有能够使流向第一水罐2的水比流向改性器1的水多的功能的机构，就可以是任意的。例如，可以为泵等。以下，在图1(a)所示的结构中，形成为第一流量控制器8和第二流量控制器10一同开闭的电磁阀。 
还有，在本实施方式的氢生成装置中，利用控制器9的控制，打开第一流量控制器8，关闭第二流量控制器10，由此从泵6送出的水仅流向第二水路径7。 
还有，在这种情况下，通过第一流量控制器8及第二流量控制器10的控制，从泵6供给的水导向第二水路径7，经过第二水路径7流向第一水罐2。 
在此，如图1(b)所示，第二水路径7的配管的端部向第一水罐2的内部开口，因此，从泵6供给的水与空气一同注入第一水罐2内，但第一水罐2通过在顶部设置的开放部2b向大气开放，因此，空气从第一水罐2向外部抽出。还有，在上述抽空气动作时，以使第二水罐4内的水位不降 低至空气混入泵6的程度的方式，若第二水罐4内的水降低至规定的水位以下，运行泵66，将第一水罐2内的水向水净化器3输送，经过第二水罐4，从泵6经过第一流量控制器8，向第一水罐2供给。 
通过执行以上的动作，进行从第一水罐2导向泵6的水的抽空气。 
还有，在执行上述抽空气动作时，优选从泵6送出比开始向改性器1的供给水时供给的水量多的水量。这是因为，通过这样运行，容易从泵6抽出空气。 
另外，在本实施方式的氢生成装置中，使进行了抽空气的水经由第二水路径7向第一水罐流出，但由此能够降低对水净化器3的负荷。其理由如下所述。 
将进行了抽空气的水向氢生成装置的外部排出而废弃也可，但在那种情况下，需要从自来水的基础设施供给与所述舍弃量相等的水。所述水包含氯离子等杂质，不适合直接供给于氢生成装置，因此，终究需要利用水净化器3来净化。 
在本实施方式中使用于水净化器3的离子交换树脂的情况下，寿命在处理自来水的情况下为12L左右，在一次抽空气动作中舍弃10cc的水的情况下，每一天起动一次来说，一年中从外部供给3650cc的水。那样的话，仅由于抽空气动作，离子交换树脂的寿命也只有3.3年。由此，导致离子交换树脂的维护的频度增加，维护的成本增加，经济性变差。 
因此，在本实施方式的氢生成装置中，使用于抽空气的水再次返回设置有水净化器3的净化水路径。具体来说，通过第二水路径7而向第一水罐2流出的水通过泵66的动作，经由水净化器3后，供给于第二水罐4。在此，供给于水净化器3的水已经流过水净化器3，成为净化水，因此，与将从基础设施补给于第一水罐2的水导入水净化器3的情况相比，降低水净化器3的负荷。 
还有，在上述说明中，含有空气的水经由第二水路径7流向第一水罐2，但不经由第一水罐2，供给于第二水罐4也可。更具体来说，设置作为图中由虚线所示的水路径A的配管，流向第二水罐4也可，设置作为图中由虚线所示的水路径B的配管，送回从第一水罐2至第二水罐4之间的配管也可。这是因为：第二水罐4经由溢流管2a与第一水罐2连通，向大 气开放，因此，将第二水路径7的内水的流出目的地作为第二水罐4，也能够进行抽空气。即，第二水路径7只要是构成为含于从本水路径流出的水中的空气最终通过大气放出，就可以为任意结构。 
进而，如图2所示，形成为在第一水路径5上省略第二流量控制器10的结构也无妨。在这种情况下，控制器9在抽空气动作时，控制第一流量控制器8，使向第二水路径7流入的水的流量增加，但此时，以从泵6送出的改性水的大部分流向第二水路径7的方式设计第一水路径5及第二水路径7的流路阻力。由此，在抽空气动作时，即使在水蒸发器1a的温度为不能使水蒸发的程度的低温的情况下向改性催化剂直接供给改性水，也由于是微量，即便在高温化的改性催化剂上引起水蒸发，也抑制改性催化剂显著失活的可能性。 
另外，向改性器1侧供给的水量从S/C的观点来说，应设为适当的范围(S/C＝2.5～3.0)。因为，向改性器1供给大量的水的情况下，大量的水在水蒸发器1a蒸发，但水在控制温度比改性器1低的转化器20或一氧化碳氧化器30内的催化剂或流路上结露，导致催化剂失活，或流路内被结露水闭塞，气体难以流通，发生如上所述的不妥善情况等。另外，与改性器1连接的水蒸发器1a的能力相对于水的供给量低的情况下，水蒸发器1a被水过剩地冷却，可能不能产生必要的量的水蒸气。那样的话，原料中的碳在改性器1内析出，使改性器1变差。 
其次，用于抽空气而运行泵6的时间根据被设想为吻合泵6的空气的量或泵6的能力而不同，但在本实施方式中设为30秒。还有，只要是消除泵6的空气残留，就可以为任意的时间，但为了削减消耗能量或缩短起动时间，优选设定为短的时间。 
其次，作为进行抽空气动作的时刻，在氢生成装置的起动处理时，在向改性器1的改性水供给开始前进行，但向改性器1的改性水的稳定供给对氢生成装置的功能产生最大的影响的期间是改性反应时，因此，可以为改性器1的改性反应前的起动动作时。例如，在改性反应前，至少对改性器1内进行水蒸气清除的动作地构成的氢生成装置的情况下，在水蒸气清除时，改性水的流量的变动不引起大的技术问题，因此，在水蒸气清除前(即向改性器1的水供给开始前)不进行抽空气动作，在之后的改性反应 前进行上述抽空气动作，也得到作为本发明的目的的效果。 
另外，作为进行抽空气动作的时刻的其他例子，也可以在氢生成装置的停止处理时或结束停止处理后，开始接下来的起动处理之前的待机状态时进行。另外，必要的是，在氢生成装置的情况下，只要是改性器1不进行含氢气体的生成动作(即改性反应)的情况下就可以以任意的时刻来进行抽空气动作。尤其，在氢生成装置的运行中，在第一水罐2中贮存来自燃烧排气的冷凝水，因此，第一水罐2、第二水罐4及与这些连接的水路径(也包含第一水路径5)内的水温比室温高，水中的溶氧容易作为气泡产生，因此，优选与待机状态相比，在氢生成装置的停止处理时执行抽空气动作。 
另外，即使以上述时刻执行抽空气动作，氢生成装置结束起动处理，进行正常运行的期间，也可能装置内的水路径的温度上升，导致水的溶氧溶解析出，发生空气残留。因此，控制器9使用未图示的计时器等，按预先规定的时间，自动进行抽空气的控制也可。在这种情况下，第一流量控制器8至少使用能够调节开度的阀，控制器9使导入第二水路径7的水量上升地提高阀的开度，但以在此时维持与抽空气动作前相等的S/C的方式，将泵6的操作量控制为比抽空气动作前的正常运行中的控制操作量更高。具体来说，抽空气动作前的正常运行时，控制为规定的目标操作量的情况下，在抽空气动作中，将比该目标操作量高5％的操作量作为目标操作量设定，利用控制器9控制泵6的操作量，使其成为该高5％的操作量。 
另外，就第一流量控制器8的配置来说，设置于泵6的上方的位置为佳。通过这样，通过浮力从第一流量控制器8容易地抽出从泵6抽出的空气。 
如上所述，根据本实施方式的氢生成装置可知，抑制供给于改性器1的改性水流过的水路径上设置的水供给器(泵)的空气残留，向改性器1稳定地供给成为最佳S/C的适当量的改性水，从而能够抑制改性催化剂的失活。另外，在将本实施方式的氢生成装置使用于燃料电池系统的情况下，利用氢生成装置将含氢气体向燃料电池40稳定地供给，因此，能够进行稳定的运行。 
还有，在上述说明中，改性器1相当于本发明的改性器，水蒸发器1a 相当于本发明的水蒸发器，燃烧器1b相当于本发明的燃烧器，冷凝器1c相当于本发明的冷凝器。第一水罐2相当于本发明的第一水罐。另外，水净化器3相当于本发明的净化器，第二水罐4相当于本发明的第二水罐。另外，第一水路径5相当于本发明的第一水路径，泵6相当于本发明的泵，第二水路径7、水路径A及B相当于本发明的第二水路径。另外，第一流量控制器8相当于本发明的第一流量控制器，第二流量控制器10相当于本发明的第二流量控制器，控制器9相当于本发明的控制器。 
还有，在上述结构中，作为泵6配置于第一水路径5上即第一水路径5和第二水路径7的分路部的上游侧的结构进行了说明，但设置于与分路部一致的部位也可。即，构成为水路径在泵6内分路也无妨。必要的是，只要是在抽空气动作时，能够向第一水路径5和第二水路径7引导改性水的结构，其具体配置不特别限定。 
(实施方式2) 
在本发明的实施方式2的氢生成装置中，进行泵6的动作检查，在泵6的驱动部发生固着等异常时，将其检测出。 
图3是本发明的实施方式2的氢生成装置的结构图。但是，对与图1或2相同或相称的部分，标注相同符号，省略详细的说明。 
本实施方式的氢生成装置具备：用于检测第一水罐2的水位的第一水位传感器11；基于第一水位传感器11的检测的水位，检测异常的异常检测器9a，控制器9基于异常检测器9a的检测，进行控制动作。在本实施方式中，第一水位传感器11是为了在氢生成装置的运行时，管理第一水罐的水量而使用的传感器，但仅为了特殊化泵6的动作检查，分别独立设置也无妨。 
作为第一水位传感器11，有浮子式水位计、电极式水位计、光学式水位计、压力式水位计等各种方式，但只要是能够检测水位，就可以为任意的水位计。在本实施方式中，使用浮子式水位计。在浮子式中，通过基于开关的打开/关闭的二值来判断水位的变化，因此，在一个浮子式水位计的情况下，通过确认根据水位的变化，开关是否从关闭向打开移动来判断是否能够在泵6没有异常的情况下正确地供给改性水。还有，第一水位传感器相当于本发明的第一水位传感器。 
以下，说明本实施方式2的氢生成装置的动作。 
作为泵6的动作检查方法，利用控制器9，以利用泵6送出规定量的水的操作量运行的同时，调节第一流量控制器8和第二流量控制器10，由此使从泵6输送的水经由第二水路径7流向第一水罐2。由此，第一水罐2内的水增加，由第一水位传感器检测的水位变化(上升)。 
在该水位的变化(上升)与由对应于运行泵6的操作量的规定流量引起的变化(上升)相等的情况下，可以判断为泵6正确地运行，在不对应于上述规定流量的水位的变化的情况下，判断为泵6发生了固着或故障，检测为异常。在本实施方式的情况下，若作为浮子式水位计的第一水位传感器11根据对应于泵的操作量的水位的变化，开关从打开向关闭切换，则判断为进行了正常运行，但泵6发生了固着或故障的情况下，对泵的操作量产生的实际的水位的变化小，不切换开关，该状态被异常检测器9a检测为异常。 
在异常的情况下，若直接运行氢生成装置，则使氢生成装置变差，不能生成正常的含氢气体，因此，构成为上述泵6的动作检查在氢生成装置的起动处理中执行的情况下，控制器9停止运行，利用异常报知器(未图示)发出异常的报知等，催促泵6的更换或修理。另外，构成为上述泵6的动作检查在氢生成装置的待机状态时执行的情况下，控制器9将氢生成装置的运行设为不允许状态，并且，利用异常报知器发出异常的报知，将上述不允许状态不解除至泵6的更换或修理的结束，消除泵6的异常后，利用控制器9运行氢生成装置的运行。还有，上述氢生成装置的运行的不允许状态是指即使满足氢生成装置的起动条件，也不开始起动处理的状态。 
另外，利用第一水位传感器11从泵6被过度地供给水的情况下，也应判断为上述异常。作为第一水位传感器11使用一个浮子式水位计的情况下，若泵6过度地供给水，则从上述打开向关闭的切换的时刻比正常地运行的情况早。因此，在异常检测器9a中，使用未图示的计时器等，测量从泵6的运行开始至第一水位传感器11的开关的从打开向关闭的切换的时间，与预先记录的正常运行时的时间相比，测量的时间比该时间短的情况下，可以判断为泵6过剩地供给了水。 
还有，作为由泵6送出的水量确认器，代替第一水位传感器11，使用图4所示的在第二水罐4设置的第二水位传感器12也无妨。第二水位传感器12也与第一水位传感器11相同地，利用用于第二水罐4的水位管理的水位计，但特殊化泵6的水量检测，分别独立设置也无妨。还有，第二水位传感器12与第一水位传感器11相同地，只要是能够检测水位的变化，就可以为任意的方式。在此，使用浮子式水位计。 
基于第二水位传感器的泵6的动作检查方法与第一传感器的情况相同地，以送出规定流量的水的操作量运行泵6的同时，利用第二水位传感器12检测第二水罐4的水位的变化(水位降低)而进行。与此同时，泵66也以一定的操作量运行，由此控制为将对应于泵6的水量向第二水罐4抽水。但是，只要是第一水罐2～水净化器3～第二水罐4之间的水路径以对应于泵6的操作量的流量供给水的配置，省略泵66的动作或结构也可。还有，第二水位传感器12相当于本发明的第二水位传感器。 
这样，通过第二水位传感器12的水位检测，判断泵6是否正常地运行，在泵6没有正常地运行的情况下，检测为异常。异常检测后的氢生成装置的动作与使用了第一水位传感器11的情况相同。 
还有，本发明的第二水路径与第二水罐4连接(相当于图1的虚线所示的水路径A)的情况下，水从位于第二水位传感器12的第二水罐4经由泵6返回过来，因此，不能检测泵6的动作检查。因此，在进行泵6的动作检查的情况下，从本发明的第二水路径输送的水应送往第二水罐4以外的场所。 
其次，叙述进行泵6的动作检查的时刻。 
基本上与实施方式1的氢生成装置的抽空气动作的情况相同地，在改性器1中没有进行含氢气体的生成动作(即，改性反应)的情况下，或向改性器开始水的供给之前的情况下，可以为任意的时刻。 
在本实施方式中，在氢生成装置的停止处理中或停止处理结束后的待机状态下，进行泵6的动作检查。其利用如下所述。即，这是因为：在本实施方式中，为了氢生成装置的低成本化，作为第一水位传感器11或第二水位传感器12，使用水位检测的精度低的浮子式水位计，但如果不使大量的水流动，则不能发现水位的变化，因此，根据将要开始起动之前的氢 生成装置的温度条件(在刚停止后的再次起动等起动开始前，氢生成装置为高温的情况)，泵6的动作检查所需的时间有时相对于从起动开始至改性水供给开始的时间长。 
另外，在起动处理时开始改性反应之前，或向改性器1开始改性水的供给之前，实施泵6的动作检查也无妨。还有，在这种情况下，作为第一水位传感器11或第二水位传感器12，使用水位检测的精度高的传感器的情况下，能够在短时间内进行泵6的动作检查，因此，将要开始起动之前的氢生成装置在高温状态下开始起动处理，在比通常短的时间内向改性反应转移的情况下也能够应对，因此优选。还有，在起动处理时进行泵6的动作检查的情况与在停止处理时或待机状态时进行动作检查的情况相比，在泵6中有异常的情况下，可以确认在氢生成装置中将要开始改性反应之前的状态，因此，从确保氢生成装置的稳定运行的方面来说更优选。 
另外，在上述说明中，第一水位传感器11或第二水位传感器12判断由一个浮子式水位计是否进行了水的供给、或是否过剩地供给，但使用多个浮子式水位计，或使用光学水位计等，能够测量多个液面的水平面或连续的液面的情况下，能够提高泵6的动作的判断精度。 
(实施方式3) 
本发明的实施方式3的氢生成装置进行外部的温度检测，防止外部空气温度的降低等引起的氢生成装置内的包括回收水、净化水等的水路径、尤其第一水路径5至第二水路径7、还有第一水罐2为止的水路径的水路径的冻结。 
图5是包含本发明的实施方式3的氢生成装置的燃料电池系统的结构图。其中，对与图1或2相同或相称的部分标注相同的符号，省略详细的说明。 
在本实施方式3中，设置有在燃料电池系统的框体85的外侧即暴露于外部空气中的部位设置的、用于检测外部空气温度的温度传感器13，控制器9基于温度传感器13检测的温度，进行控制动作。 
作为温度传感器13，有利用热电偶或热敏电阻的传感器等各种方式，但只要是检测温度或温度变化，将其作为信号输出的传感器，就可以为任意的传感器。在本实施方式中，使用热电偶。还有，温度传感器13相当 于本发明的外部空气温度检测器。 
另外，在本实施方式3中，作为燃料电池系统，具备：构成从第二水罐4内取出的水流动，冷却燃料电池40后，返回第二水罐4地构成的第一循环路径的水配管50及在水配管50上设置的泵166；构成用于在热净化器60中与第一循环路径内的水进行热交换，使热水流出的第二循环水路径的热水配管70、在热水配管70上设置的泵266及贮存热水的热水贮存罐80。 
以下，说明包含本实施方式3的氢生成装置的燃料电池系统的冻结防止运行中的控制动作。 
温度传感器13适当地进行温度检测，向控制器9输出信号。控制器9比较从温度传感器13获得的信号显示的温度值、和预先设定的规定值，在温度值为规定值以下的情况下，设为在包括从第一水路径5至第二水路径7、还有第一水罐2为止的路径的水路径中可能有冻结的可能性，控制器9控制如下，即：打开第一流量控制器8，关闭第二流量控制器10，使水仅流向第一水罐2，并且，运行泵66，将第一水罐2的水向第二水罐4供给。还有，作为规定值的一例，可以举出3℃，但也可以有±1～2℃左右的余量。 
通过上述控制动作，使水在所谓第二水罐4～第一水路径5～第二水路径7～第一水罐2～路径100～第一水罐2的路径(循环路径C)中循环，并且，使水在所谓第二水罐4～路径100～第一水罐2～溢流管2a～第二水罐4的路径(循环路径D)中循环。 
另外，优选与所述水循环动作的同时，通过用于加热向第二水路径7的分路部的上游的第一水路径5、第二水路径7、作为本发明的第三水路径的路径100、第一水罐2及第二水罐4的至少任一个路径的加热器进行加热动作。这是为了如下所述，即：通过上述加热器加热的温水通过上述循环动作，水在循环路径内循环，因此，包括第一水路径5、第二水路径7及第一水罐2的水路径内(具体来说，循环路径C)的水在外部空气温度降低的情况下，也抑制水路径内的水的冻结。在包含本实施方式的氢生成装置的燃料电池系统中，例如，如图5所示，利用在第二水罐4内部设置的加热器51，直接加热第二水罐4内的水，由此温水在包括第一水路径 5、第二水路径7及第一水罐2的水路径中流动，即使外部空气温度降低，也抑制水路径内的水的冻结。另外，在向第二水路径7分路的分路部的上游的第一水路径5、第二水路径7、作为本发明的第三水路径的路径100或第一水罐2设置上述加热器51，直接加热这些水路径内的水也可无妨。 
另外，作为加热第二水罐4内的水的加热器，代替上述加热器51，利用在水配管50上设置的加热器52来进行也可。在这种情况下，通过使由加热器52加热的温水向第二水罐4内流入，在第二水罐4内蓄积温水。即，加热器52作为间接加热第二水罐4内的水的加热器发挥功能。 
另外，作为间接加热第二水罐4内的水的加热器，代替基于加热器52的加热，利用与燃料电池40进行热交换得到的热水贮存罐80内的温水的热量也可。在这种情况下，从第二水罐4送出且流过水配管50的水在热净化器60中与在热水贮存罐80内蓄积的温水进行热交换，被加热后，返回第二水罐4内，由此在第二水罐4内蓄积温水。即，第二水罐4内的水被热水贮存罐80内的温水间接加热。 
另外，作为间接加热第二水罐4内的水的加热器的其他方式，代替基于加热器52的加热，利用发电中的燃料电池40的热量也可。在这种情况下，从第二水罐4送出，通过水配管50的水与燃料电池40进行热交换，由此被加热后，返回第二水罐4内，从而在第二水罐4内蓄积温水。即，第二水罐4内的水通过燃料电池40的热量被间接加热。 
另外，作为用于间接加热向第二水路径7的分路部的上游的第一水路径5、第二水路径7、作为本发明的第三水路径的路径100、第一水罐2及第二水罐4的至少任一个的路径的加热器的其他方式，用来自外部的放射热加热上述水路径的至少任一个也无妨。在此，图6中示出其具体的加热结构。 
图6是表示包含氢生成装置的燃料电池系统的框体85内的状态的示意性透视图，对与图1～图5相同或相称的部分标注相同的符号，省略详细的说明。另外，面加热器90通过在框体85中配置于比配置有第二水罐4的位置低的面上，且放热体间隔配置的金属板来实现。如图6所示，面加热器90利用向图中向上箭头所示的方向发出的放射热，间接加热间接加热包含泵66、水净化器3的路径100内的水，使通过上述循环动作加热 的水(温水)在循环路径C中循环，从而能够防止包含第一水路径5、第二水路径7及第一水罐2的水路径内的水的冻结。 
还有，图6所示的面加热器90设置于框体85的底部，但设置于框体85的侧面也可，设置于顶部也可。必要的是，只要是能够通过来自外部的放射热，加热向第二水路径7的分路部的上游的第一水路径5、第二水路径7、作为本发明的第三水路径的路径100、第一水罐2及第二水罐4的至少任一个路径，其设计就不限定于本实施方式。 
还有，在上述说明中，温度传感器13相当于本发明的外部空气温度检测器，第二水罐4相当于本发明的第二水罐，从第一水罐2经由泵66、水净化器3，连接第二水罐4的路径100相当于本发明的第三水路径。另外，泵66相当于本发明的第一水罐2的泵。另外，加热器51相当于本发明的加热器的一例。另外，作为加热器52及第一循环路径的水配管50及泵166也相当于本发明的加热器的一例。另外，在燃料电池40的发电时，燃料电池40及作为第一循环路径的水配管50及泵166也相当于本发明的加热器。另外，具备热净化器60、作为第二循环路径的热水配管70及泵266、和热水贮存罐80的结构也相当于本发明的加热器的一例。另外，面加热器90也相当于本发明的加热器的一例。 
还有，关于上述本发明的加热器的一例，图5中示出了全部具备的结构，但本发明的加热器具备用于加热向第二水路径7的分路部的上游的第一水路径5、第二水路径7、作为本发明的第三水路径的路径100、第一水罐2及第二水罐4的至少一个的路径的加热器即可，另外，所述加热器如上所述，不仅包括直接加热规定的路径内的水的加热器，还包括间接加热的加热器。 
另外，在上述说明中，温度传感器13设置于能够直接检测外部空气温度的框体85的外部，但设置于温度联动于外部空气温度而变化的、能够间接检测外部空气温度的场所也无妨。具体来说，在包含需要冻结防止运行的氢生成装置的燃料电池系统的运行停止时，为了在框体85内部的任意部位与外部空气温度联动，在框体85内部的任意部位设置温度传感器13也无妨。例如，设置于框体85的内部空间也可，设置于例示为第一水路径5、第二水路径7、第一水罐2、第二水罐4、路径100的框体85 内的水路径也无妨。 
另外，在上述各实施方式中，以上所述的氢生成装置与燃料电池系统连接，将由氢生成装置生成的含氢气体作为用于燃料电池系统中的发电的可燃气体使用，但也可以实施为在上述氢生成装置中包含燃料电池的燃料电池系统。 
产业上的可利用性 
本发明具有稳定地供给改性水，能够进行含氢气体的稳定的生成和改性催化剂的失活的抑制的效果，能够适用于利用氢的各种装置，例如，通过与燃料电池系统连接，作为家庭用燃料电池系统等有用。 

Claims (16)

1.一种氢生成装置，其中，具备：
改性器，其使用原料及水蒸气，利用改性反应，生成含氢气体；
水蒸发器，其生成供给于所述改性器的所述水蒸气；
第一水路径，其使供给于所述水蒸发器的改性水流过，且所述改性水是用于在所述改性器中进行所述改性反应所需要的水；
第一泵，其用于将所述改性水向所述水蒸发器供给；
第二水路径，其从所述泵的下游的所述第一水路径或配置有所述泵的所述第一水路径分路；
第一水罐，其为在所述第二水路径中流过的水的流出目的地；
第一流量控制器，其设置于所述第二水路径上；
控制器，其使所述第一泵动作，并且控制所述第一流量控制器以使水流过所述第二水路径，并且
所述控制器在所述改性器中未在进行含氢气体的生成动作时，进行所述控制。
2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，
所述控制器在向所述改性器供给所述改性水之前进行所述控制。
3.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，
具备：燃烧器，其加热所述改性器；
冷凝器，其用于使从所述燃烧器排出的燃烧排气中的水分冷凝，并且
所述第一水罐为贮存由所述冷凝器冷凝的水的回收水罐。
4.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，
具备：净化器，其净化所述第一水罐的水；
第二水罐，其贮存由所述净化器净化的水，并且
所述第二水罐为贮存所述改性水的罐，
所述第一水路径连接所述第二水罐和所述改性器。
5.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，
具备：第二流量控制器，其设置于所述第一水路径上，且在所述第一泵的下游，
所述控制器使所述第一泵动作，并且控制所述第一流量控制器及所述第二流量控制器，以使从所述第一泵送出的所述改性水流入所述第二水路径。
6.根据权利要求5所述的氢生成装置，其中，
所述第一流量控制器为第一阀，
所述第二流量控制器为第二阀，
所述控制器在开始所述第一泵的动作的情况下，以开放所述第一阀，且关闭所述第二阀的方式进行控制。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的氢生成装置，其中，
所述控制器在起动处理时进行所述控制。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的氢生成装置，其中，
所述控制器在停止处理时进行所述控制。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的氢生成装置，其中，
所述控制器在待机状态时进行所述控制。
10.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，
所述第一流量控制器配设于所述第一泵的上方。
11.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，
具备：第一水位传感器，其检测所述第一水罐的水位；
异常检测器，其在所述控制时，基于由所述第一水位传感器检测到的水位的变化，检测所述泵的异常。
12.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，
具备：第二水位传感器，其检测所述第二水罐的水位；
异常检测器，其在所述控制时，基于由所述第二水位传感器检测的水位的变化，检测所述泵的异常。
13.根据权利要求5所述的氢生成装置，其中，
具备：第二水罐，其贮存流过所述第一水路径的所述改性水；
第三水路径，其使从所述第一水罐供给于所述第二水罐的水流过；
第二泵，其设置于所述第三水路径；
加热器，其用于加热向所述第二水路径的分路部的上游的第一水路径、所述第二水路径、所述第三水路径、所述第一水罐及所述第二水罐的至少任一个水路径；
外部空气温度检测器，其检测外部温度，
所述控制器以如下方式控制所述第一流量控制器及所述第二流量控制器，即：在所述外部空气温度检测器检测出规定的阈值以下的温度的情况下，作为冻结防止运行，使所述加热器、所述第一泵及所述第二泵动作，并且使从所述第一泵送出的改性水流入所述第二水路径。
14.根据权利要求13所述的氢生成装置，其中，
所述加热器是设置于至少收容所述第三水路径、所述第一水罐及所述第二水路径的框体的规定的面上、且利用放射热进行加热的加热器。
15.一种燃料电池系统，其中，具备：
权利要求1～14中任一项所述的氢生成装置；
使用由所述氢生成装置供给的含氢气体，进行发电的燃料电池。
16.一种氢生成装置的控制方法，该氢生成装置具备：
改性器，其使用原料及水蒸气，利用改性反应，生成含氢气体；
水蒸发器，其生成供给于所述改性器的所述水蒸气；
第一水路径，其使供给于所述水蒸发器的改性水流过；
第一泵，其用于将所述改性水向所述水蒸发器供给；
第二水路径，其从所述泵的下游的所述第一水路径或配置有所述泵的所述第一水路径分路；
第一水罐，其为在所述第二水路径中流过的水的流出目的地；
第一阀，其设置于所述第二水路径上；
第二阀，其设置于所述第一水路径上，其中，
所述氢生成装置的控制方法包括如下工序，即：
在所述改性器中未在进行含氢气体的生成动作时，使所述第一泵动作，并且以开放所述第一阀，且关闭所述第二阀，从而使从所述第一泵送出的所述改性水流入所述第二水路径的方式来进行控制。
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