CN1274051C - 氢生成装置及具备该装置的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供对应于燃料电池发电量的增减能充分减少一氧化碳，而且高效率地生成富含氢的优质改性气体的氢生成装置及具备该装置的燃料电池系统。解决手段是具备得到包含至少由碳和氢构成的有机化合物的原料和水的供应，生成含氢的改性气体的改性部(1)、将该改性部加热到生成改性气体所需温度的加热部(5)、具有使在改性部生成的改性气体中包含的一氧化碳减少的降一氧化碳催化剂的降一氧化碳部(7、11)、及检测降一氧化碳催化剂或该降一氧化碳部内改性气体的温度中的至少其一的温度检测部(10、14)的氢生成装置(100a)，提供给改性部的原料供应量的增加，根据温度检测部的检测温度与根据原料供应量设定的基准温度的比较加以控制。

Description

氢生成装置及具备该装置的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及使用甲烷、城市煤气、丙烷、汽油、酒精等有机化合物生成氢的氢生成装置及以氢为燃料发电的燃料电池系统。
背景技术
从来，作为有效利用能量发电的分散型发电装置，发电效率和综合效率高的燃料电池热电联产(cogeneration)系统(以下称为“燃料电池系统”)很受人注意。
这种燃料电池系统中，使用各种各样的燃料电池。例如现在已经实用化的燃料电池是磷酸型燃料电池。而正在研制并走向实用化的燃料电池有例如固体高分子燃料电池。
但是，这些燃料电池系统中使用的燃料电池多数以氢为燃料发电。但是，氢的供应手段还没有作为基础设施准备好。因此，为了开动燃料电池系统得到规定的电力，必须在例如设置该燃料电池系统的场所同时设置氢生成装置，利用该同时设置的氢生成装置生成供给燃料电池用的氢。因此，几乎所有的燃料电池系统都在燃料电池系统内具有氢生成装置。
在氢生成装置中，通常用作为氢生成方法的一种的水蒸气改性法生成供给燃料电池用的氢。这种水蒸气改性法是将碳化氢类原料或酒精类原料(以下称为“原料”)与水混合之后，将该混合的原料和水在高温下利用催化剂使其发生化学反应以生成氢的方法。这种生成氢用的水蒸气改性法中使用的化学反应称为水蒸气改性反应。又，将这种水蒸气改性反应用的反应催化剂称为改性催化剂。在这里，改性催化剂设置于氢生成装置具有的改性部的内部，在该改性部进行水蒸气改性反应。然后，从进行水蒸气改性反应的改性部排出包含生成的氢的高温状态下的气体(以下称为“改性气体”)。还有，作为水蒸气改性法中使用的碳化氢类原料，通常适于使用天然气、液化丙烷(LPG)、石脑油(naphtha)、汽油、煤油。又，作为醇(alcohol)类原料适于使用甲醇等。
氢生成装置的改性部排出的改性气体中通常包含有作为副成分的一氧化碳。具体地说，改性气体包含有作为主成分的氢，另一方面，还包含有作为副成分的一氧化碳约10～15％。因此，通常在氢生成装置中除了所述改性部外，还设置具有规定的反应催化剂的重整部，在该重整部中，在规定的温度下使作为副成分的一氧化碳和水进行化学反应，以此生成氢，借助于此提高改性气体中的氢浓度。该重整部中的由一氧化碳和水生成氢的化学反应被称为水性气体转换反应。又，在该水性气体转换反应中使用的反应催化剂被称为重整催化剂。利用在该重整部的一氧化碳和水的水性气体转换反应，使改性气体中的一氧化碳浓度减少到约0.5％。
但是，即使如上所述的改性气体中所包含的一氧化碳在变性部中减少到0.5％，在燃料电池的内部配设的电极催化剂也会因该残存的少量一氧化碳而中毒。这在使用例如固体高分子型燃料电池作为燃料电池的情况下是特别显著的问题。因此，在向固体高分子型燃料电池等容易中毒的燃料电池提供改性气体的情况下，提供给该固体高分子型燃料电池等的改性气体的一氧化碳浓度应该在100ppm以下，最好使其减少到10ppm以下。因此，通常在氢生成装置中除了上述改性部和重整部以外，还设置具有规定的反应催化剂的净化部，在该净化部中，使残存的一氧化碳和空气中的氧气发生化学反应，以此生成二氧化碳，借助于此降低改性气体中残存的一氧化碳。在该净化部中的一氧化碳和氧气生成二氧化碳的化学反应被称为选择氧化反应。又将该选择反应中使用的反应催化剂称为净化催化剂。利用该净化部中的一氧化碳和氧气的选择化学反应，可以将改性气体中的一氧化碳浓度减少到100ppm以下。
一氧化碳充分减少，氢含量丰富的，能够提供给固体高分子型燃料电池等的良好的改性气体在从氢生成装置的净化部中排出后，利用规定的改性气体用管道提供给燃料电池。在该燃料电池中氢生成装置提供的改性气体中包含的氢被用作燃料进行发电。
但是，在燃料电池系统中，氢生成装置向燃料电池提供的改性气体的供应量的调整通常是通过调整氢生成装置的改性部的原料供应量来进行的。具体地说，在向改性部提供的原料较多的情况下，从氢生成装置向燃料电池提供的改性气体的供应量多。相反，在向改性部提供的原料较少的情况下，从氢生成装置向燃料电池提供的改性气体的供应量少。从而，在例如燃料电池的发电量小的情况下，也就是说，从氢生成装置向燃料电池提供的改性气体的供应量少的情况下，使对氢生成装置的改性部的原料供应量减少。这时，由于对改性部的原料供应量减少，所以从改性部向重整部提供的改性气体供应量也减少。所以在减少向重整部的改性气体的供应量的情况下，改性气体对重整催化剂的加热量少，而且重整催化剂的由水性气体转换反应发生的发热量也少，而且氢生成装置的放热比例增加，因此，重整催化剂的温度下降。
在重整部中的重整催化剂的温度下降的情况下，有时候在该重整部中改性气体所包含的一氧化碳不能够充分减少。这是由于重整催化剂的温度下降，有时候重整部中的水性气体转换反应不能够高收率地进行。在这种情况下，由于在其后的净化部中不能够充分降低改性气体中的一氧化碳浓度，提供给燃料电池的改性气体的品质恶化。从而，为了能够由氢生成装置对燃料电池稳定地提供一氧化碳浓度充分减小的优质改性气体，有必要在该氢生成装置的作为最初的降一氧化碳部的重整部使改性气体中包含的一氧化碳充分减少。而为此有必要将重整部内配设的重整催化剂的温度维持于使上述水性气体转换反应能够高收率进行的规定温度。
在这里，提出了作为重整催化剂使用贵金属催化剂，并且在氢生成装置的重整部的上游设置空气供给部，利用由该空气供给部提供空气发生的改性气体中的一氧化碳或氢与空气中的氧气的反应热将重整催化剂的温度维持于规定的温度的氢生成装置(参照例如专利文献1。以下称为“第1已有技术例”)。又提出了在氢生成装置的重整部设置规定的温度调整手段，利用该温度调整手段调整重整部的温度，以此将重整催化剂的温度维持于规定的温度的氢生成装置(参照例如专利文献2。以下称为“第2已有技术例”)。
专利文献1：日本特开2000-178007号公报
专利文献2：日本特开2000-185901号公报
发明内容
采用上述第1、第2已有技术例，则在重整部内设置的重整催化剂的温度经常被维持于水性气体转换反应所需要的规定温度。从而，在氢生成装置的重整部，即使是提供给改性部的原料供应量少的情况下也能够充分减少改性气体中的一氧化碳浓度。
但是在由上述空气供给部向重整部提供空气，将重整催化剂的温度维持于规定的温度的已有技术例1中，为了将重整催化剂的温度维持于规定的温度，空气供给部经常向重整部提供空气，由改性部提供的改性气体中包含的氢与空气供给部提供的空气中包含的氧气发生反应，将氢白白浪费掉，减少了氢生成装置的氢生成效率。
又，在重整部设置温度调整手段，利用该温度调整手段维持重整催化剂的温度于规定的温度的第2已有技术例中，还需要为了构成该温度调整手段的零部件等，以此增加了氢生成装置的制造成本。而且该已有技术例带来了温度调整控制的复杂化。
还有，为了使水性气体转换反应能够高收率地进行所需要的重整催化剂的最佳温度，因导入重整部的改性气体的导入量、即提供给改性部的原料供应量的变化而有很大的变化。具体地说，导入重整部的改性气体的供应量变化小的情况下，重整催化剂的最佳温度大致一定。但是在导入重整部的改性气体的供应量变化大的情况下，重整催化剂的最佳温度有很大的变化。从而，在随着燃料电池的发电量的增加大幅度增加对改性部的原料供应量的情况下，在重整催化剂的温度维持于规定的温度的上述第1、第2已有技术例的情况下，有时在重整部改性气体中所包含的一氧化碳不能够充分减少或几乎不能够减少。
本发明是为解决上述存在问题而作出的，其目的在于，提供对应于燃料电池的发电量的增减能充分减少一氧化碳，而且能高效率地生成富含氢的优质改性气体的廉价的氢生成装置及具备该装置的燃料电池系统。
为了解决上述课题，本发明的氢生成装置具备：得到包含至少由碳和氢构成的有机化合物原料和水的供应，生成含氢的改性气体的改性部、将该改性部加热到生成所述改性气体所需要的温度的加热部、具有使在所述改性部生成的所述改性气体中包含的一氧化碳减少的降一氧化碳催化剂的降一氧化碳部、以及检测所述降一氧化碳催化剂温度和所述降一氧化碳部内的所述改性气体温度中至少一种温度的温度检测部；提供给所述改性部的所述原料的供应量的增加，根据由所述温度检测部检测出的检测温度与根据所述原料的供应量设定的基准温度的比较加以控制。采用这样的结构，能够得到一氧化碳浓度充分减小的优质的改性气体。
在上述情况下，上述比较的结果，所述检测温度小于所述基准温度的情况下，提供给所述改性部的所述原料的供应量不被增加，而在所述检测温度不小于所述基准温度的情况下则被增加。采用这样的结构，则在燃料电池的发电量增加时能够对该燃料电池提供与发电量的增加量相应的一氧化碳浓度充分减小的优质改性气体的量。
在这种情况下，在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，控制所述检测温度使其在所述基准温度以上，在达到所述基准温度以上时，使所述原料的供应量增加。采用这样的结构时，根据需要将检测温度控制于基准温度以上，以此对燃料电池的改性气体供应会更加稳定。
在这种情况下，在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，所述加热部的加热量被增加，使所述检测温度被控制在所述基准温度以上。采用这样的结构时，燃料电池的发电量增加时，对提供给加热部的例如甲烷气体等燃料的供应量进行控制，这样就很容易对检测温度进行控制。
又，在这种情况下，在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，提供给所述改性部的所述水的数量被减少，使所述检测温度被控制在所述基准温度以上。采用这样的结构时，燃料电池的发电量增加时，通过控制提供给改性部的水的供应量，很容易对检测温度进行控制。
又，在这种情况下，还具有向所述降一氧化碳部的内部提供氧化剂气体的氧化剂气体供给部，在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，由所述氧化剂气体供给部向所述降一氧化碳部供应氧化剂气体，使所述检测温度被控制在所述基准温度以上。采用这样的结构时，燃料电池的发电量增加时，对提供给降一氧化碳部的空气等氧化剂的供应量进行控制，这样就很容易对检测温度进行控制。
又，在上述情况下，所述降一氧化碳催化剂是使由一氧化碳和水生成氢和二氧化碳的水性气体转换反应进行的重整催化剂，所述降一氧化碳部是具备所述重整催化剂的重整部。采用这样的结构时，可以在不改变氢生成装置的已有结构的情况下将改性气体中的一氧化碳浓度降低。
在这种情况下，所述重整催化剂中的催化剂至少由贵金属、铈、锆或铝中的至少一种元素的金属氧化物构成。采用这样的结构时，可以高效率地降低改性气体中的一氧化碳浓度。
又，在上述情况下，所述降一氧化碳催化剂是用于使一氧化碳发生选择氧化反应的一氧化碳选择氧化催化剂，所述降一氧化碳部是具备所述一氧化碳选择氧化催化剂的选择氧化部。即使是采用这样的结构，也可以在不改变氢生成装置的已有结构的情况下将改性气体中的一氧化碳浓度降低。
又，本发明的燃料电池系统，具备本发明所述的氢生成装置、以及利用该氢生成装置生成的氢和氧化剂气体进行发电的燃料电池，所述燃料电池在所述温度检测部检测出的所述检测温度达到所述基准温度以上时，提供给所述改性部的所述原料供应量被增加，使其发电量增加。采用这样的结构时，能够有效地防止燃料电池输出电压的下降，做成发电效率高的燃料电池系统。
本发明具有这样的效果，即提供能够利用上述手段实施，对应于燃料电池的发电量的增减能充分减少一氧化碳，而且能够高效率地生成富含氢的优质改性气体的廉价的氢生成装置及具备该装置的燃料电池系统。
附图说明
图1是本发明实施形态1的氢生成装置的结构示意图。
图2是表示每一原料流量的重整催化剂温度和通过重整部之后的改性气体中的一氧化碳浓度的关系的图表。
图3是表示每一原料流量的净化催化剂温度和通过净化部之后的改性气体中的一氧化碳浓度的关系的图表。
图4是表示对应于燃料电池的发电量增加时的氢生成装置的动作的例子的流程图。
图5是具备本发明实施形态1～5的氢生成装置的燃料电池系统的结构示意图。
其中，1为改性部；1a为改性气体用管道；2为改性催化剂；3为原料供给部；3a为原料供给用管道；4为水供给部；4a为水供给用管道；5为加热部；6为温度检测部；7为重整部；7a为改性气体用的管道；8为重整催化剂；9为水供给部；9a为水供给用的管道；10为温度检测部；11为净化部；11a为改性气体用的管道；12为净化催化剂；13为空气供给部；13a为空气供给用的管道；14为温度检测部；15为空气供给部；15a为空气供给用的管道；100为燃料电池系统；100a为氢生成装置；100b为燃料电池；101为控制装置。
具体实施方式
下面参照附图对设施本发明的最佳实施形态进行说明。
(实施形态1)
图1是本发明实施形态1的氢生成装置的结构示意图。在图1中，只示出下述燃料电池的氢生成装置的结构要部。
如图1所示，本实施形态的氢生成装置100a具备利用天然气、液化丙烷(LPG)、石脑油(naphtha)、汽油、煤油等碳化氢原料或甲醇等醇类原料为代表的，至少由碳和氢构成的原料和水，通过水蒸气改性反应生成氢的改性部1、利用与水的水性气体转换反应将与氢一起从该改性部1排出的一氧化碳变换为氢的重整部7、利用与空气中的氧气的选择氧化反应将从该重整部7与氢一起排出的一氧化碳变换为二氧化碳的净化部11，以及控制上述改性部1、重整部7及净化部11的动作的控制装置101。
改性部1具备向该改性部1提供原料的原料供给部3。该原料供给部3通过将包含以上述甲烷、城市煤气、天然气、酒精等为例的至少由碳和氢构成的有机化合物的原料从原料供给部3输送到改性部1用的原料供给用的管道3a连接于改性部1的规定位置上。该原料供给部3使用例如增压器(booster)等。又，该改性部1具备向该改性部1提供水蒸气改性反应所需要的水的水供给部4。该水供给部4通过将水从水供给部4向改性部1输送用的水供给用的管道4a连接于改性部1的规定的位置上。另一方面，该改性部1具有利用原料供给部3提供的原料和水供给部4提供的水进行生成氢的水蒸气改性反应用的改性催化剂2。又具有将该改性催化剂2加热到进行水蒸气改性反应需要的温度并将其保温用的加热部5。改性催化剂2和加热部5分别配置于改性部1的适于作为水蒸气改性反应的反应场所的位置以及适于对改性催化剂2进行加热和保温的位置。而且，改性部1具有检测包含经过改性催化剂2排出的氢的改性气体的温度的温度检测部6。该温度检测部6配置于适于检测经过改性催化剂2排出的改性气体的温度的位置。在这里，本实施形态中将温度检测部6配置于改性催化剂2的下游的规定位置上。还有，温度检测部6的设置处所不限于改性催化剂2下游的位置，只要是能够检测改性部1中的改性气体或改性催化剂2的温度的位置，任何位置都可以设置。将从该改性部1排出的改性气体导入重整部7用的改性气体用的管道1a延伸到重整部7。
又，重整部7具备向该重整部7提供水性气体转换反应所需要的水的水供给部9。该水供给部9通过将水从水供给部9向重整部7输送用的水供给用的管道9a，连接于重整部7的规定的位置上。又，重整部7具备对该重整部7提供控制下述重整催化剂8的温度所需要的空气(空气中的氧气)的空气供给部15。该空气供给部15通过将空气从空气供给部15输送到重整部7用的空气供给用的管道15a，连接于重整部7的规定的位置上。另一方面，该重整部7具有使用从改性部1通过改性气体用的管道1a导入的改性气体中包含的一氧化碳和由水供给部9提供给的水生成氢，进行使改性气体中的一氧化碳减少的水性气体转换反应用的重整催化剂8。在本实施形态中，该催化剂8采用涂布载有Pt(铂)的Ce(铈)氧化物的蜂窝状堇青石。这种重整催化剂8设置于适于作为重整部7的水性气体转换反应的反应处所的位置上。而且，重整部7具有检测经过重整催化剂8排出的氢含量得到改善的改性气体的温度的温度检测部10。该温度检测部10设置于适于检测经过重整催化剂8排出的改性气体的温度的位置上。在这里，本实施形态中温度检测部10配置于重整催化剂8下游的规定的位置上。还有，温度检测部10的设置处所不限于重整催化剂8下游的规定的位置，只要是能够检测重整部7中的改性气体或重整催化剂8的温度的位置，任何位置都可以设置。而且，将该重整部7排出的氢含有率得到改善的改性气体导入净化部11用的改性气体用管道7a从重整部7的规定的位置向净化部11延伸。
另一方面，净化部11具备将选择氧化反应所需要的空气(空气中的氧气)提供给该净化部11的空气供给部13。该空气供给部13通过从空气供给部13向净化部11输送空气用的空气供给用管道13a，连接于净化部的规定的位置上。又，该净化部11具有为了更减少从重整部7通过改性气体用管道7a导入的改性气体中包含的一氧化碳，使从该改性气体中含有的一氧化碳和空气供给部13提供的氧气生成二氧化碳的选择氧化反应得以进行用的净化催化剂12。在本实施形态中，净化催化剂12采用涂布载有Pt(铂)和Ru(钌)的氧化铝的蜂窝状堇青石。这种净化催化剂12设置于适于作为净化部11选择反应的反应处所的位置上。而且，净化部11具有检测经过净化催化剂12排出的氢含量得到更进一步改善的改性气体的温度用的温度检测部14。该温度检测部14设置于适合检测经过净化催化剂12排出的改性气体的温度的位置。在这里，本实施形态中温度检测部14设置于净化催化剂12的下游的规定位置上。但是该温度检测部14的设置场所不限于净化催化剂12的下游的位置，只要是能够检测净化部11中的改性气体或净化催化剂12的温度的位置，设置于任何场所都可以。为了排出从该净化部11排出的，利用选择氧化反应进一步改善氢含有率的改性气体的改性气体用管道11a从该净化部11的规定的位置延伸出。该改性气体用管道11a连接于图1中未图示的燃料电池。改性气体通过改性气体用管道11a被提供给燃料电池，在该燃料电池进行发电。还有，在没有必要把改性气体中的一氧化碳浓度降低到例如100ppm以下的情况下，没有必要设置净化部11。
构成上述氢生成装置100a的改性部1、重整部7以及净化部11，还有构成该改性部1、重整部7以及净化部11的各构成要件上连接着从控制装置101延伸出的控制用配线。
下面对本实施形态的氢生成装置生成水的基本动作进行说明。而且在这里对使用甲烷气体作为碳化氢原料的情况进行说明。
在使氢生成装置100a工作生成氢的时候从原料供给部3对改性部1提供作为原料的甲烷气体，同时水供给部4提供水。又在这时使加热部5动作以进行加热，使改性催化剂2的温度达到使水蒸气改性反应进行所需要的规定温度。在本实施形态中通过使加热部5动作，控制改性催化剂2的温度使得温度检测部6检测出的温度为650℃。于是在改性部1进行甲烷气体和水的水蒸气改性反应，通过该水蒸气反应生成氢。但是在该甲烷气体和水的水蒸气改性反应中，除了主要生成氢以外，还生成约10～15％的一氧化碳和微量的二氧化碳。总之，在改性部1中，生成含有以氢为主要生成物，以一氧化碳和二氧化碳为副生成物的改性气体。在这里，一氧化碳会使配置于燃料电池内部的电极催化剂中毒，因此有必要降低到规定量以下。因此利用改性气体用管道1a将从改性部1排出的改性气体导入重整部7，在该重整部7使改性气体中的一氧化碳浓度降低。
一旦改性气体流过改性气体用管道1a内部进入重整部7，在该重整部7通过一氧化碳和水反应生成氢和二氧化碳的水性气体转换反应，使改性气体中的一氧化碳浓度降低，这时，该水性气体转换反应所需要的水由水供给部9提供。又，为了使水性气体转换反应进行有必要使重整催化剂维持于规定的温度，而这通过以下方法进行适当控制，即利用从改性部1导入的高温状态的改性气体对重整催化剂8进行加热的方法、或利用由水性气体转换反应发生的反应热对重整催化剂8进行加热的方法，或利用水供给部9提供的水对重整催化剂8进行冷却的方法等。改性气体中的一氧化碳浓度利用该重整部7中的一氧化碳和水的水性转换反应降低到约0.3～1％。
在重整部7一氧化碳浓度被减低到0.3～1％的改性气体通过改性气体用导管7a被导入净化部11。在该净化部11进一步降低一氧化碳浓度时由空气供给部13向净化部11提供规定量的空气。于是，在净化部11被导入的改性气体中的一氧化碳与所提供的空气中的氧气进行选择氧化反应，通过该选择氧化反应生成二氧化碳。也就是说，通过选择氧化反应消耗了改性气体中所含的一氧化碳，因此改性气体中的一氧化碳浓度进一步降低。通过在该净化部11的一氧化碳和氧的选择氧化反应，改性气体中的一氧化碳浓度降低到100ppm以下。还有，根据燃料电池系统内配设的燃料电池的种类的不同，也有把一氧化碳浓度降低到10ppm以下的情况。在该净化部11一氧化碳浓度被进一步降低的优质的改性气体通过改性气体用管道11a提供给图1集中未图示的燃料电池。然后，在燃料电池中，利用通过改性气体用管道11a提供的改性气体进行发电。
构成上述氢生成装置100a的改性的改性部1、重整部7以及净化部11的动作，还有构成该改性部1、重整部7以及净化部11的各构成要件的动作利用控制装置101进行适当控制。
在重整部7中使水性气体转换反应高收率地进行用的重整催化剂8的最佳温度因导入该重整部7的改性气体的导入量、即提供给改性部1的原料的供应量的不同而有很大变化。例如在引入重整部7的改性气体的导入量较少的情况下，使重整催化剂8的水性气体转换反应高收率地进行用的最佳温度较低。但是，在导入重整部7的改性气体的导入量较大的情况下，使重整催化剂8的水性气体转换反应高收率地进行用的最佳温度必须是较高温度。从而，连接于图1中未图示的燃料电池系统的电化制品的负载的消耗电力上升，随着其上升，对改性部1的原料供应量增加，提供给重整部7的改性气体的供应量增加的情况下，将重整催化剂8的温度维持在规定的温度的氢生成方法中，有可能在改性部7中不能够充分减少改性气体中包含的一氧化碳。特别是负载的消耗电力大幅度上升，随着该上升提供给改性部1的原料供应量大幅度上升，提供给重整部7的改性气体的供给量也大幅度上升的情况下，几乎不能减少改性气体中包含的一氧化碳的可能性会高。在这种情况下，重整部7中改性气体中包含的一氧化碳的浓度不能充分减少或几乎不能减少，因此不能够对燃料电池提供优质的改性气体。下面参照附图对由一氧化碳和水生成氢的水性气体转换反应的特征进行详细说明。
图2是表示每一原料流量的重整催化剂温度和通过重整部之后的改性气体中的一氧化碳浓度的关系的图表。在这里，图2中纵轴表示通过重整部之后的改性气体中包含的一氧化碳的浓度(％)，横轴表示重整部中的重整催化剂温度(℃)。又，曲线a为原料流量是1.0(NL/分)的情况，曲线b为原料流量是2.0(NL/分)的情况，曲线c为原料流量是3.0(NL/分)的情况，曲线d为原料流量是4.0(NL/分)的情况。
如图2所示重整部7中经过水性气体转换反应的改性气体中包含的一氧化碳的浓度由重整催化剂8的温度和原料的供应量决定。例如，对改性部1的原料供应量如曲线a所示为1.0(NL/分)的较少的情况下，即使是重整催化剂8为低温状态(例如150℃)，也能够有效地减低一氧化碳含量。另一方面，对改性部1的原料供应量如曲线d所示为4.0(NL/分)的较多的情况下，在重整催化剂8为低温状态(例如170℃)时，一氧化碳几乎不减少。
总之，即使是相应于燃料电池的发电量的减低减少对改性部1提供的原料供应量，由于该原料供应量的减少引起从改性部1向重整部7提供的改性气体的供应量减少，重整催化剂8的温度下降的情况下，如果对改性部1的原料供应量如曲线a所示为1.0(NL/分)，而且那时的重整催化剂8的温度为150℃，也能够充分减低改性气体中的一氧化碳浓度。更具体地说，在重整部7中的经过水性气体转换反应的改性气体的一氧化碳浓度如图2的虚线所示为例如0.5％以下的情况下，如果对改性部1的原料供应量如曲线a所示为1.0(NL/分)，则在重整催化剂8的温度为约150℃～约180℃的范围内能够达到该要求。又，在对改性部1的原料供应量如曲线b所示为2.0(NL/分)的情况下，则重整催化剂8的温度只要是在约160℃～约180℃的范围内即可。又，在对改性部1的原料供应量如曲线c所示为3.0(NL/分)的情况下，则重整催化剂8的温度只要是在约170℃～约180℃的范围内即可。又，在对改性部1的原料供应量如曲线d所示为4.0(NL/分)的情况下，则重整催化剂8的温度只要是在A所示的温度范围内即可。但是，随着燃料电池的发电量的减少，对改性部1的原料供应量例如曲线c所示为3.0(NL/分)，随之重整催化剂8的温度减低到例如约180℃以下的情况下，为了对应燃料电池的发电量的增加，如果使对改性部1的原料供应量增加到例如曲线d所示的4.0(NL/分)，则只要重整催化剂8的温度不迅速上升到范围A所示的温度范围内，改性气体中的一氧化碳浓度将超过作为目标值的0.5％的浓度。从而为了对应燃料电池的发电量的增加，使提供给氢生成装置100a的改性部1的原料供应量增加时，重整催化剂8的温度有必要预先调整到该原料的供应量增加后的最佳温度范围内。
因此在本实施形态中，对应于燃料电池的发电量增加之际，使提供给氢生成装置100a的改性部1的原料供应量增加之前，通过由空气供给部15对重整部7供给空气，对重整催化剂8进行加热，使其达到使该原料供应量增加之后的水性气体转换反应能够以最好的收率进行的最佳温度(以下称为“基准温度”)，在该重整催化剂8的温度达到基准温度之后，使对改性部1的原料供应量增加。又，在重整催化剂8的温度达到基准温度之后，使空气供给部15停止对重整部7的空气供应。下面参照附图就对应于燃料电池的发电量增加之际的氢生成装置100a的动作的一个例子进行说明。
图4是表示对应于燃料电池的发电量增加时的氢生成装置的动作的例子的流程图。
下面参照图1、2、4，在例如对于燃料电池的负载长时间为低负载，从而燃料电池的发电量长时间为低发电量的情况下，对氢生成装置100a的改性部1的原料供应量低下，因此，由该改性部1提供改性气体的重整部7的重整催化剂8的温度低下。这时，配置于重整部7内的温度检测部10对通过重整催化剂8的改性气体的温度进行检测，该检测出的温度(以下称为“检测温度”)被存储于控制装置101的存储部(步骤S1)。例如，在重整部7内的重整催化剂8的下游位置上配置的温度检测部10检测出通过重整催化剂8的改性气体的温度为170℃时，就将该检测出的检测温度存储于控制装置101的存储部。还有，由该温度检测部10检测出的改性气体的温度与重整催化剂的温度接近，因此在本实施形态中，采用通过检测该改性气体的温度的方法检测重整催化剂8的温度。
另一方面，在燃料电池的负载从低负载变为高负载的情况下，使能够与该负载的变动对应的燃料电池的发电量增加之前，利用控制装置101预测应该提供给氢生成装置100a的改性部1的原料供应量(步骤S2)。例如，利用控制装置101预测到，为了与燃料电池发电量的增量对应，有必要将例如迄今为止为3.0(NL/分)的对改性部1的原料供应量增加到4.0(NL/分)。在这里该原料供应量的预测是依据发电的反应式进行的。
接着，由控制装置101预测为了与燃料电池的发电量的增加对应所需要的对改性部1的对原料的合适供应量之后，利用控制装置101设定与该预测的适当的供应量对应的基准温度(步骤S3)。在这里，在例如控制装置101的存储部中存储与图2所示的图表相当的数据。于是，利用该控制装置101设定的基准温度，在要使通过重整部7后的改性气体中的一氧化碳浓度为例如0.5％以下的情况下，设定在使图2所示的对改性部1的原料供应量为4.0(NL/分)的曲线d中的范围A的温度范围内。而且，如果考虑到在重整部7进行的水性气体转换反应是发热反应这一情况，则最好将该基准温度设定为范围A的温度范围内的低温部的温度。该图2所示的范围A的温度范围内的低温部的温度，由图2可知，是使改性气体中的一氧化碳浓度有效降低的最佳温度。例如，由图2可知，在预测为应该提供给改性部1的原料的流量为曲线d所示的4.0(NL/分)的情况下，对于降低改性气体中的一氧化碳含量，最合适的基准温度为180℃。
如果利用步骤S1存储当前的检测温度，并且利用步骤S 3设定与燃料电池的发电量的增量对应的基准温度，在控制装置中就能够将该检测温度与基准温度加以比较(步骤S4)。在这里，在判明检测温度在基准温度之上的情况下(步骤S4中为Yes)，从控制装置101对原料供给部3输出使对改性部1的原料供应量增加的控制信号，以此增加对改性部1的原料供应量(步骤S8)。另一方面，在判定为检测温度低于基准温度的情况下(步骤S4中为No)，根据该比较在控制装置101中计算出检测温度与基准温度的温度差，据此计算出重整催化剂8的温度上升量(步骤S5)。在例如检测温度为170℃，且基准温度为180℃的情况下，计算出有必要使重整催化剂8的温度上升+10℃。
一旦计算出与燃料电池的发电量的增加对应的重整催化剂8的温度上升量，空气供给部15就向重整部7的内部提供空气，直到温度检测部10检测出的温度上升到与该温度上升量对应的温度为止(步骤S6)。还有，在本实施形态中，空气供给部15对重整部7内部的空气供应量设定为0.5(NL/分)。借助于此，在重整催化剂8中，改性气体中的氢与一氧化碳和供应的空气中的氧气发生反应，重整催化剂8的温度迅速上升。也就是说，温度计检测部10检测出的检测温度一直上升到基准温度为止。
通过由空气供给部15向重整部7内部提供空气，使重整催化剂8的温度上升，借助于此使温度检测部10检测出的检测温度达到基准温度、例如180℃之后，为了在防止重整部7中与氧气反应导致氢的浪费，停止从空气供给部15向重整部7的空气供应(步骤S7)。这时，重整催化剂8的温度利用温度检测部10经常进行监视，在重整催化剂8的温度低于基准温度时，从空气供给部15向重整部7适当供应空气。以此，使重整催化剂8的温度经常保持于基准温度。
在温度检测部10检测出的检测温度达到基准温度之后，由控制装置101向原料供给部3输出使原料供给量增加的控制信号，以此将对改性部1的原料供应量增加到为与燃料电池的发电量增加对应应该提供给改性部1的供给量(步骤S8)。例如，将对改性部1的原料供应量从3.0(NL/分)增加到4.0(NL/分)。这样，即使在重整部7中对改性部1增加原料供给量的情况下，也能够有效地减少改性气体中的一氧化碳含量。而且对于燃料电池能够供应可与发电量的增加对应的优质而且充分数量的改性气体，能够高效地发出与该燃料电池对应的负载相应的电力。
上述氢生成装置100a及其构成要素的动作通过控制装置101进行适当控制。
这样，如果采用由空气供给部15对重整部7根据需要提供空气，以使重整催化剂8的温度为基准温度的方法，则在该重整部7内的重整催化剂8，由于改性气体中的氢和一氧化碳与提供的空气中的氧气发生反应，随着该反应而产生的反应热导致重整催化剂8的温度迅速上升到基准温度。然后，在确认温度检测部10检测出的检测温度等于对使水性气体转换反应能够以高收率进行最合适的基准温度之后，增加对改性部1的原料供应量，因此能够有效减少在重整部7中改性气体中的一氧化碳。又，空气供给部15对重整部7的空气供应只在使原料供应量增加时进行，因此在该重整部7，能够防止氢的不必要的消耗。也就是说，在氢生成装置100a中能够高效率地生成氢。
还有，在本实施形态中以0.5(NL/分)的比例对重整部7提供空气，但是并不限于该供应量，也可以根据氢生成装置的结构和催化剂种类等相应进行设定。又可以相应于重整催化剂8的温度变化一边逐步改变供应量一边提供空气。
在本实施形态中，作为一个例子将基准温度设定为180℃，但是，并不限于该温度，而可以根据增加后的对改性部1的原料供应量适当设定基准温度。在这里，该基准温度最好采用图2所示的各曲线a～d中的一氧化碳浓度能够减少到最低的温度。例如，在原料的供应量为图2的曲线b所示的2.0(NL/分)的情况下，基准温度最好是采用约160℃，又，在原料的流量为3.0(NL/分)的情况下，基准温度最好是170℃。采用这样的温度设定，可以最有效地降低改性气体中的一氧化碳浓度。
又，在本实施形态中为了使重整催化剂8的温度上升而使用的氧化气体采用空气中的氧气，但是并不限于此，只要是能够将改性气体中的氢和一氧化碳氧化并产生氧化热的化学物质即可。
又，在本实施形态中，重整催化剂8中的催化剂采用铂(Pt)，但是并不限于此，也可以使用钯(Pd)、镍(Ni)、铑(Rh)等其他贵金属、过渡金属等。
又，在本实施形态中，重整催化剂8中的贵金属催化剂的载体采用Ce氧化物，但是并不限于此，也可以使用Ce-Zr的复合氧化物或Al氧化物混合的材料。
又，在本实施形态中，为了检测重整催化剂8的温度，在该重整催化剂8的下游位置设置温度检测部10，但是并不限于此，也可以将温度检测部10设置于重整催化剂8的上游的位置。又可以采用在重整催化剂8内设置温度检测部10，以此直接检测重整催化剂8的温度的结构。还有，在这样改变温度检测部10的位置的情况下，设定该变更的位置上的最合适的基准温度，以此可以得到同样的效果。
又，有时候图2所示的特性曲线因氢生成装置100a的结构、重整催化剂8的催化剂的种类、催化剂量等参数而变化。因此，最好是相应于各参数设定基准温度。以此可以得到与本实施形态相同的效果。
又，空气供给部15对重整部7的空气供应，不仅在根据燃料电池发电量的增加而使对改性部1的原料供应量增加的情况下进行，而且也可以为了将重整催化剂8的温度保持在规定温度下而进行。由于该动作可以使重整部7中的氢消耗量增加，但是能够在使原料供应量增加的情况下使重整催化剂8的温度上升速度更快。
又，在本实施形态中例示了对改性部1的原料供应量为1.0(NL/分)、2.0(NL/分)、3.0(NL/分)、4.0(NL/分)，相对于以1.0(NL/分)为单位的流量增加的基准温度，但是也可以对0.1(NL/分)单位的流量增加设定基准温度。
(实施形态2)
本实施形态2的氢生成装置，存储于控制装置101中的对发电量增量的控制程序与实施形态1的氢生成装置不同，其硬件上的结构与实施形态1所示的氢生成装置的硬件上的结构相同。又，该氢生成装置的生成氢的基本动作也和实施形态1所示的氢生成装置的基本动作相同。从而在这里将关于本实施形态的氢生成装置的硬件上的结构以及其生成氢的基本动作的说明省略。
在本实施形态中，为了与燃料电池的发电量的增加对应而使氢生成装置100a的氢发生量增加时，与实施形态1的情况相同，利用控制装置101判断温度检测部10检测出的检测温度是否到达基准温度。然后在判断为温度检测部10检测出的温度达到基准温度时，增加对改性部1的原料供应量。但是在判断为检测温度没有达到基准温度时，与实施形态1的情况不同，不进行使检测温度达到基准温度用的动作，而且不增加对改性部1的原料供应量。
下面参照附图对本实施形态的氢生成装置100a的动作进行说明，本实施形态的氢生成装置100a的动作在图4所示的流程图中的步骤S1到步骤S4是相同的动作。而且，在该步骤S4，温度检测部10检测出的检测温度在基准温度以上的情况下(步骤S4中判断为Yes)时，以实施形态1的情况下相同的进行动作增加对改性部1的原料供应量。但是在检测温度小于基准温度的情况下(步骤S4中判断为No)时，不进行图4所示的步骤S5～S8的动作，并且不增加对改性部1的原料供应量。
这样，采用本实施形态，对改性部1的原料供应量在温度检测部10检测出的检出温度达到与其后想要提供的原料供应量相应的基准温度以上的情况下被增加，在没有达到的情况下不被增加，因此能够预先防止改性气体中的一氧化碳浓度的急剧上升。
(实施形态3)
本实施形态3的氢生成装置，存储于控制装置101中的对发电量增量的控制程序与实施形态1的氢生成装置不同，其硬件上的结构与实施形态1所示的氢生成装置的硬件上的结构相同。又，该氢生成装置的生成氢的基本动作也和实施形态1所示的氢生成装置的基本动作相同。从而在这里也将关于本实施形态的氢生成装置的硬件上的结构以及其生成氢的基本动作的说明省略。
在本实施形态中也是，为了与燃料电池的发电量的增加对应而使氢生成装置100a的氢发生量增加时，与实施形态1的情况相同，利用控制装置101判断温度检测部10检测出的检测温度是否到达基准温度。然后在判断为温度检测部10检测出的检出温度达到基准温度时，增加对改性部1的原料供应量。又与实施形态1的情况相同，在判断为检测温度没有达到基准温度时，进行使该检测温度达到基准温度用的动作，然后增加对改性部1的原料供应量。在这里，在本实施形态中，在控制装置101判断为温度检测部10检测出的检测温度没有达到基准温度的情况下，升高加热部5的温度以使改性部1的温度上升，以此升高改性部1排出的改性气体的温度。然后将温度被升高的改性气体提供给重整部7，以此升高配设于该重整部7内部的重整催化剂8的温度。一旦重整催化剂8的温度上升，通过该重整催化剂8的改性气体的温度也上升，因此温度检测部10检测出的检测温度也上升。也就是说，以此控制使温度检测部10检测出的检测温度达到基准温度。
更具体地说，在为了与燃料电池的发电量的增加对应想要把对改性部1的原料供应量从例如1.0(NL/分)增加到2.0(NL/分)的情况下，在温度检测部10检测出的检测温度小于160℃的情况下，由图2可知在重整部7要有效降低改性气体中的一氧化碳浓度是困难的。因此在本实施形态中，在用于检测通过改性催化剂2的改性气体的温度的温度检测部6检测出的检测温度为例如650℃的情况下，利用加热部5使改性部1的温度上升以使该温度检测部6检测出的检测温度为例如660℃。这利用增加图1中未图示的燃料供给部对加热部5供应的燃料供给量的方法进行。其结果是，由于使从改性部1排出，提供给重整部7的改性气体的温度上升，在重整催化剂8的温度上升的同时，重整部7内的温度检测部10检测出的检测温度也上升。而且这样一来重整部7中的重整催化剂8的温度从不足160℃上升到160℃，因此可以使对改性部1的原料供应量从1.0(NL/分)提高到2.0(NL/分)。又，用同样的方法，在将提供给改性部1的原料供应量从例如2.0(NL/分)提高到3.0(NL/分)，或从3.0(NL/分)提高到4.0(NL/分)的情况下，也使提供给加热部5的燃料供应量增加，使改性部1的温度上升，以此使改性气体的温度上升之后如果使原料供应量增加，则从氢生成装置输出的改性气体中的一氧化碳浓度就不会急剧上升。也就是说，能够相应于燃料电池发电量的增加使氢生成装置中氢的生成量增加。
下面参照附图对本实施形态的氢生成装置100a的动作进行说明。本实施形态中的氢生成装置100a的动作也是，图4所示的流程图中的步骤S1～步骤S4动作相同。而且，在该步骤S4中温度检测部10检测出的检测温度高于基准温度的情况下(步骤S4中判断为Yes)时，与实施形态1的情况一样动作，增加对改性部1的原料供应量。另一方面，在检测温度低于基准温度的情况下(步骤S4判断为No)时，在与实施形态1的情况一样执行步骤S5之后，作为步骤S6从控制装置101输出规定的控制信号增加对加热部5的燃料供应量。通过该步骤S6增加对加热部5的燃料供应量，因此改性部1的温度上升。接着，由于步骤S6，改性气体的温度上升，重整部7中的温度检测部10检测出的检测温度上升到基准温度时，为了防止提供给加热部5的燃料的浪费，作为步骤S7，停止对加热部5提供的燃料供应量的增加。这时经常利用温度检测部6对改性部1排出的，提供给重整部7的改性气体的温度进行监视，在该改性气体的温度低于规定温度时由燃料供应部适当对燃料部5提供燃料。借助于此，使重整部7中的重整催化剂8的温度保持于基准温度。而且在其后与实施形态1的情况相同，由控制装置101对原料供给部3输出使原料供应量增加的控制信号，利用该输出的控制信号，使对改性部1的原料供应量增加到为了与燃料电池的发电量的增加对应应该提供给改性部1的供应量(步骤S8)。
这样，采用本实施形态，利用加热部5控制改性部1的温度，以此控制从该改性部1排出，提供给变性部7的改性气体的温度。以此将变性催化剂8的温度控制于适当的基准温度。而且，提供给改性部1的原料供应量，在温度检测部10检测出的检测温度到达与其后想要供应的原料供应量相应的基准温度的情况下被增加，在没有到达的情况下，在进行使其能够到达基准温度的控制之后增加该原料供应量，因此能够预先防止改性气体中的一氧化碳浓度的急剧增加。
还有，有时候温度检测部6检测出的检测温度的控制温度因设置温度检测部6的改性部1的结构或改性反应中的目标转换率的参数而不同。在这种情况下将温度检测部6检测出的检测温度的控制温度设定于改性部1中的各结构或控制参数相应的最佳温度，以此能够得到与实施形态1相同的效果。
(实施形态4)
本实施形态4的氢生成装置，存储于控制装置101中的对发电量增量的控制程序与实施形态1的氢生成装置不同，其硬件上的结构与实施形态1所示的氢生成装置的硬件上的结构相同。又，该氢生成装置的生成氢的基本动作也和实施形态1所示的氢生成装置的基本动作相同。从而在这里也将关于本实施形态的氢生成装置的硬件上的结构以及其生成氢的基本动作的说明省略。
在本实施形态中也是，为了与燃料电池的发电量的增加对应而使氢生成装置100a的氢发生量增加时，与实施形态1的情况相同，利用控制装置101判断温度检测部10检测出的检测温度是否到达基准温度。然后在判断为温度检测部10检测出的检测温度达到基准温度时，被增加对改性部1的原料供应量。又与实施形态1的情况相同，在判断为检测温度没有达到基准温度时，进行使该检测温度达到基准温度用的动作，然后增加对改性部1的原料供应量。在这里，在本实施形态中，在控制装置101判断为温度检测部10检测出的检测温度没有达到基准温度的情况下，通过减少水供给部4对改性部1提供的水的供应量的方法使改性部1的温度上升，以此使从改性部1排出的改性气体的温度上升。然后将温度上升的改性气体提供给变性部7，以此使配设于该变性部7内部的变性催化剂8的温度上升。一旦该变性催化剂8温度上升，通过该变性催化剂8的改性气体的温度就上升，因此温度检测部10检测出检测温度也上升。也就是说，以此进行控制以使温度检测部10检测出的温度达到基准温度。
更具体地说，为了与燃料电池的发电量的增加对应要使对改性部1的原料供应量从1.0(NL/分)增加到2.0(NL/分)的情况下，在温度检测部10检测出的检出温度小于160℃时，由图2可知，在重整部7中要有效地降低改性气体中一氧化碳的浓度是困难的。因此，在本实施形态中，在检测通过改性催化剂2的改性气体的温度用的温度检测部6检测出的检测温度为例如650℃的情况下，通过减少水供给部4向改性部1的供水量以使改性部1的温度上升，使该温度检测部6所检测出的检测温度为例如660℃。其结果是，由改性部1排出，提供给改性部7的改性气体的温度上升，因此重整催化剂8的温度上升，同时重整部7内的温度检测部10检测出的检测温度也上升。而且，通过这样使重整部7中的重整催化剂8的温度从160℃以下上升到160℃，以此可以将对改性部1的原料供应量从1.0(NL/分)提高到2.0(NL/分)。还有，将对改性部1的原料供应量从例如2.0(NL/分)提高到3.0(NL/分)，或从3.0(NL/分)提高到4.0(NL/分)的情况也一样。
下面参照附图对本实施形态的氢生成装置100a的动作进行说明。本实施形态中的氢生成装置100a的动作也是，图4所示的流程图中的步骤S1～步骤S4动作相同。而且，在该步骤S4中温度检测部10检测出的检测温度高于基准温度的情况下(步骤S4中判断为Yes)时，与实施形态1的情况一样动作，被增加对改性部1的原料供应量。另一方面，在检测温度低于基准温度的情况下(步骤S4判断为No)时，在与实施形态1的情况一样执行步骤S5之后，作为步骤S6从控制装置101输出规定的控制信号，减少水供给部4对改性部1的水供应量。通过该步骤S6减少对改性部1的供水量，因此改性部1的温度上升。接着，由于步骤S6，改性气体的温度上升，重整部7中的温度检测部10检测出的检测温度上升到基准温度时，为了防止改性气体的过多升温，作为步骤7将减少由水供给部4向改性部1提供的水供应量的减少供水量状态解除。这时，经常利用温度检测部6对改性部1排出的，提供给重整部7的改性气体的温度进行监视，在该改性气体的温度低于规定温度时由水供给部4适当减少对改性部1的水供给量。借助于此，使重整部7中的重整催化剂8的温度保持于基准温度。其后的氢生成装置100a的动作也与实施形态1、3的情况相同。
这样，采用本实施形态，控制由水供给部4向改性部1的水供应量，以此控制改性部1的温度。而且，利用控制由改性部1排出，提供给重整部7的改性气体的温度，以此将重整催化剂8的温度控制于适当的基准温度。其他方面与实施形态1、3相同。
(实施形态5)
本实施形态5的氢生成装置，存储于控制装置101中的对发电量增量的控制程序与实施形态1的氢生成装置不同，其硬件上的结构与实施形态1所示的氢生成装置的硬件上的结构相同。又，该氢生成装置的生成氢的基本动作也和实施形态1所示的氢生成装置的基本动作相同。从而在这里也将关于本实施形态的氢生成装置的硬件上的结构以及其生成氢的基本动作的说明省略。
在本实施形态中，为了与燃料电池的发电量的增加对应而使氢生成装置100a的氢发生量增加时，利用控制装置101判断在净化部11内设置的温度检测部14检测出的检测温度是否达到规定的基准温度。然后在判断为温度检测部14检测出的温度达到规定的基准温度时，被增加对改性部1的原料供应量。但是，在判断为净化部11内的温度检测部14检测出的检测温度没有达到规定的基准时，与实施形态2的情况相同，不进行使该检测温度达到基准温度用的动作，并且对改性部1的原料供应量不被增加。
在这里，参照附图对净化部11中的选择氧化反应的特征进行详细说明。
图3是表示每一原料流量的净化催化剂温度和通过净化部之后的改性气体中的一氧化碳浓度的关系的图表。在这里，图3中纵轴表示通过净化部之后的改性气体中包含的一氧化碳的浓度(ppm)，横轴表示净化部中的净化催化剂温度(℃)。又，各表示，曲线a为原料流量是1.0(NL/分)的情况，曲线b为原料流量是2.0(NL/分)的情况，曲线c为原料流量是3.0(NL/分)的情况，曲线d为原料流量是4.0(NL/分)的情况。
如图3所示净化部11中经过选择氧化反应的改性气体中包含的一氧化碳的浓度由净化催化剂12的温度和原料的供应量决定。例如，对改性部1的原料供应量如曲线a所示为1.0(NL/分)的较少的情况下，即使是净化催化剂12为低温状态(例如110℃)，也能够有效地减低一氧化碳含量。另一方面，对改性部1的原料供应量如曲线d所示为4.0(NL/分)的较多的情况下，在净化催化剂12为低温状态(例如130℃)时，一氧化碳几乎不减少。
总之，即使是相应于燃料电池的发电量的减低，减少对改性部1提供的原料供应量，由于该原料供应量的减少引起从重整部7向净化部11的改性气体流量的减少，净化催化剂12的温度下降的情况下，对改性部1的原料供应量也如曲线a所示为1.0(NL/分)，而且如果那时的净化催化剂12的温度为110℃，也能够充分减低改性气体中的一氧化碳浓度。更具体地说，在净化部11中的经过选择氧化反应的改性气体的一氧化碳浓度如图3的虚线所示为例如10ppm以下的情况下，如果对改性部1的原料供应量如曲线a所示为1.0(NL/分)，则在净化催化剂12的温度为约110℃～约140℃的范围内能够达到该要求。又，在对改性部1的原料供应量如曲线b所示为2.0(NL/分)的情况下，则净化催化剂12的温度只要是在约120℃～约140℃的范围内即可。又，在对改性部1的原料供应量如曲线c所示为3.0(NL/分)的情况下，则净化催化剂12的温度只要是在约130℃～约140℃的范围内即可。又，在对改性部1的原料供应量如曲线d所示为4.0(NL/分)的情况下，则净化催化剂12的温度只要是在B所示的温度范围内即可。但是，随着燃料电池的发电量的减少，对改性部1的原料供应量变成例如曲线c所示为3.0(NL/分)，随之净化催化剂12的温度减低到例如约140℃以下的情况下，为了对应燃料电池的发电量的增加，如果使对改性部1的原料供应量增加到例如曲线d所示的4.0(NL/分)，则只要净化催化剂12的温度不迅速上升到范围B所示的温度范围内，改性气体中的一氧化碳浓度将超过作为目标值的10ppm的浓度。从而为了对应燃料电池的发电量的增加，使提供给氢生成装置100a的改性部1的原料供应量增加时，有必要判断净化催化剂12的温度是否在使该原料供应量增加之后的最佳温度范围内。
因此，在本实施形态中，对应于燃料电池的发电量增加之际，判断使提供给氢生成装置100a的改性部1的原料供应量增加之前在净化部11内配置的温度检测部14检测出的检测温度是否到达使该原料的供应量增加之后的选择氧化反应能够以最好的收率进行的最佳温度(以下称为“第2基准温度”)，在判断为该温度检测部14检测出的检测温度达到第2基准温度时，使对改性部1的原料供应量被增加。另一方面，在判断为净化部11内的温度检测部14检测出的检测温度没有达到第2基准温度时，与实施形态2的情况相同，不进行使该检测温度达到第2基准温度的动作，而且不被增加对改性部1的原料供应量。
下面参照附图对本实施形态的氢生成装置100a的动作进行说明。本实施形态中的氢生成装置100a的动作基本上与图4所示的流程图中的步骤S1～步骤S4动作相同。但是在步骤S1中存储配设于净化部11内部的温度检测部14检测出的检测温度。又，在步骤S3中设定在步骤S2预侧的与原料供应量对应的第2基准温度。在这里，在例如控制装置101的存储部，存储相当于图3的曲线的数据。而且由该控制装置101设定的第2基准温度，在想要使通过净化部11之后的改性气体中的一氧化碳浓度为例如10ppm以下的情况下，被设定于图3所示的对改性部1的原料供应量为4.0(NL/分)的曲线d中温度B的范围内。而且如果考虑到在净化部11中进行的选择氧化反应是发热反应，则最好是将该第2基准温度设定于范围B的温度范围内的低温部的温度下。由图3可知，该图3所示的范围B的温度范围内的低温部的温度是对于有效降低改性气体中的一氧化碳浓度最合适的温度。由图3可知，例如预测应该提供给改性部1的原料的流量为曲线d所示的4.0(NL/分)的情况下，对于降低改性气体中的一氧化碳最合适的第2基准温度为140℃。然后，在图4所示的步骤S4，将温度检测部14检测出的检测温度与步骤S3设定的第2基准温度进行比较。通过在该步骤4中进行的比较确认温度检测部14检测出的检测温度达到步骤S3设定的第2基准温度的情况下(步骤S4中判断为Yes)，与实施形态1的情况一样地动作，被增加对改性部1的原料供应量。但是在确认温度检测部14检测出的检测温度没有达到第2基准温度的情况下(步骤S4判断为No)时，不进行与图4所示的步骤S5～S8相当的动作，并且不被增加对改性部1的原料供应量。
这样，采用本实施形态，提供给改性部1的原料供应量，在温度检测部14检测出的检测温度到达与其后想要供应的原料供应量相应的第2基准温度的情况下被增加，在没有到达的情况下不被增加，因此能够预先防止改性气体中的一氧化碳浓度的急剧上升。
还有，在本实施形态中也例示了对改性部1的原料供应量为1.0(NL/分)、2.0(NL/分)、3.0(NL/分)、4.0(NL/分)，相对于以1.0(NL/分)为单位的流量增加的第2基准温度，但是也可以对以0.1(NL/分)为单位的流量增加设定第2基准温度。
又，在本实施形态中，净化催化剂12中的催化剂采用Pt和Ru的混合物，但是并不限于此，也可以单独使用Pt或Ru，或Pd等其他贵金属。
又，在本实施形态中，构成净化催化剂12的载体采用氧化铝，但是并不限于此，也可以使用二氧化硅或氧化铝与二氧化硅的混合物。
又，有时候图3所示的特性曲线因氢生成装置100a的结构、净化催化剂12的催化剂的种类、催化剂量等参数而变化。因此，最好是相应于各参数设定基准温度。以此可以得到与本实施形态相同的效果。
又，在本实施形态中，为了检测净化催化剂12的温度，在该净化催化剂12的下游位置设置温度检测部14，但是并不限于此，也可以将温度检测部14设置于净化催化剂12的上游的位置。又可以采用在净化催化剂12内设置温度检测部14，以此直接检测净化催化剂12的温度的结构。还有，在这样改变温度检测部14的位置的情况下，设定该变更的位置上的最合适的第2基准温度，以此可以得到同样的效果。
本实施形态又可以如实施形态3所示，采用使改性气体的温度上升，以使净化催化剂12的温度上升，以对应氢生成量的增加的形态。又可以如实施形态4所示，采用减少对改性部1的水供应量，以使净化催化剂12的温度上升，而对应氢生成量的增加的形态。
又可以采用将本实施形态与实施形态1、3、4所示的对重整催化剂8设定基准温度的形态加以组合的形态。采用这样的形态，在相应于燃料电池的发电量的增加而使氢的生成量增加时，能够进一步可靠地抑制一氧化碳的发生。
(实施形态6)
图5是具备本发明实施形态1～5的氢生成装置的燃料电池系统的结构示意图。在图5中，省略赋予构成氢生成装置的各构成要素的符号的记载。
如图5所示，本实施形态6的燃料电池系统100具备由实施形态1～5中的任一个氢生成装置构成的氢生成装置100a、用该氢生成装置100a提供的改性气体和空气发电的燃料电池100b、以及控制这些氢生成装置100a和燃料电池100b的动作的控制装置101。又，该燃料电池系统100具有提供燃料电池100b发电用的空气的空气供给装置(未图示)。
又如图5所示，氢生成装置100a和燃料电池100b利用改性气体用的管道11a相互连接。又，空气供给装置与燃料电池100b利用图5中未图示的规定的管道相互连接。又，构成氢生成装置100a的改性部1、重整部7、净化部11，还有构成该改性部1、重整部7、净化部11的各构成要件与燃料电池100b上，连接着从控制装置101延伸出的控制用的配线。
在使图5所示的燃料电池系统100动作以进行发电时，从氢设置装置100a对燃料电池100b提供富含氢的改性气体，同时由空气供给装置提供空气。于是，燃料电池100b用氢生成装置100a提供的改性气体中含有的氢和空气供给装置提供的空气中含有的氧气进行发电。还有，本实施形态的燃料电池系统100的动作由控制装置101进行适当的控制。
而且，在本实施形态中，在与燃料电池100的负载从低负载向高负载变动对应之际，也就是为了对应该负载的变动使燃料电池100b的发电量增加之际，如本发明的实施形态1～5所示对氢生成装置100a的动作进行控制，以此增加对燃料电池100b的改性气体供应量。这样能够增加燃料电池100b的发电量。
这样，采用本实施形态，在为了增加燃料电池100b的发电量而使氢生成装置100a的氢生成量增加，为此增加对图1所示的改性部1的原料供应量之际，也能够充分而且可靠地将降低一氧化碳浓度的优质的改性气体提供给燃料电池100b。因此具有能够有效的防止配置于燃料电池100b内部的电极催化剂由一氧化碳中毒而发生燃料电池100b的输出电压下降。又，燃料电池100b能够可靠地持续发电。
工业应用性
本发明的氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统作为对应燃料电池发电量的增减能够充分减少一氧化碳而且高效率地生成富含氢的优质的改性气体的氢生成装置及具有该装置的燃料电池系统是有用的。

Claims (8)

1.一种氢生成装置，具备
得到包含至少由碳和氢构成的有机化合物的原料和水的供应，生成含氢的改性气体的改性部、
将该改性部加热到生成所述改性气体所需要的温度的加热部、
具有使在所述改性部生成的所述改性气体中包含的一氧化碳减少的降一氧化碳催化剂的降一氧化碳部、
检测所述降一氧化碳催化剂温度和所述降一氧化碳部内的所述改性气体温度中至少一种温度的温度检测部、以及控制装置，
其特征在于，所述控制装置对提供给所述改性部的所述原料的供应量的增加，根据由所述温度检测部检测出的检测温度与根据所述原料的供应量设定的基准温度的比较加以控制，
其中，在所述检测温度不小于所述基准温度的情况下，使提供给所述改性部的所述原料的供应量增加；在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，控制所述检测温度使其在所述基准温度以上，在达到所述基准温度以上时，使所述原料的供应量增加。
2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，所述加热部的加热量被增加，使所述检测温度被控制在所述基准温度以上。
3.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，提供给所述改性部的所述水的数量被减少，使所述检测温度被控制在所述基准温度以上。
4.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，
还具有向所述降一氧化碳部的内部提供氧化剂气体的氧化剂气体供给部，
在所述检测温度小于所述基准温度的情况下，由所述氧化剂气体供给部向所述降一氧化碳部供应氧化剂气体，使所述检测温度被控制在所述基准温度以上。
5.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述降一氧化碳催化剂是使由一氧化碳和水生成氢和二氧化碳的水性气体转换反应进行、以减少一氧化碳的重整催化剂，所述降一氧化碳部是具备所述重整催化剂、利用该重整催化剂减少一氧化碳的重整部。
6.根据权利要求5所述的氢生成装置，其特征在于，所述重整催化剂中的催化剂至少由贵金属、铈、锆或铝中的至少一种元素的金属氧化物构成。
7.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述降一氧化碳催化剂是用于使一氧化碳发生选择氧化反应、以减少一氧化碳的一氧化碳选择氧化催化剂，所述降一氧化碳部是具备所述一氧化碳选择氧化催化剂、利用该一氧化碳选择氧化催化剂减少一氧化碳的选择氧化部。
8.一种燃料电池系统，其特征在于，
具备权利要求1～7中的任一项所述的氢生成装置、以及利用该氢生成装置生成的氢和氧化剂气体进行发电的燃料电池。
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