JP2003217636A - 変成触媒体劣化判定装置、及び水素生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で簡素な方法で、水素生成装置の変成部
に用いられている変成触媒体の劣化を判定したい。 【解決手段】 変成触媒体７を有する変成部６ａを少な
くとも備えた水素生成装置における前記変成触媒体７の
劣化を判定する変成触媒体劣化判定装置であって、その
水素生成装置の所定の部位の温度またはその所定の部位
のガス温度を検出する変成温度検出部１１と、その検出
された温度に基づいて変成触媒体７の劣化を判定する制
御部１７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素を燃料とする
固体高分子型燃料電池用などの水素生成装置の変成部に
用いられている変成触媒体の劣化を判定する変成触媒体
劣化判定装置、及びその変成触媒体劣化判定装置を用い
た水素生成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エネルギーを有効に利用する分散型発電
装置として、発電効率および総合効率の高い燃料電池コ
ージェネレーションシステムが注目されている。

【０００３】燃料電池の多く、例えば実用化されている
リン酸型燃料電池や、開発が進められている固体高分子
型燃料電池は、水素を燃料として発電する。しかし、水
素はインフラとして整備されていないため、システムの
設置場所で生成させる必要がある。

【０００４】水素生成方法の一つとして、水蒸気改質法
がある。天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ、ガソリン、灯油等
の炭化水素系、メタノール等のアルコール系の原料を水
と混合して、改質触媒を設けた改質部で水蒸気改質反応
させ、水素を発生させる方法である。

【０００５】この水蒸気改質反応では一酸化炭素が副成
分として生成するが、一酸化炭素は燃料電池電極触媒を
被毒するため、特に固体高分子型燃料電池に対しては、
水素ガス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下、好ま
しくは１０ｐｐｍ以下に除去する必要がある。

【０００６】通常、水素生成装置は、水素ガス中の一酸
化炭素を除去するため改質部の後に、変成触媒を有する
変成部を設け、水素ガス中の一酸化炭素と水蒸気とをシ
フト反応させ、二酸化炭素と水素とに転換し、一酸化炭
素濃度を数千ｐｐｍから１％程度の範囲まで低減させ
る。

【０００７】変成部において一酸化炭素濃度を安定して
数千ｐｐｍから１％程度の範囲まで低減させることが可
能であれば、変成部の下流に設けた浄化触媒を有する浄
化部で一酸化炭素を１００ｐｐｍ以下まで低減すること
が可能であるが、変成部出口の一酸化炭素濃度が１％以
下にまで低減できないときには、浄化部において一酸化
炭素を１００ｐｐｍ以下にまで低減することが困難にな
ってくる。

【０００８】変成触媒は、使用開始時においては一酸化
炭素を確実に低減することが可能であるが、水素生成装
置の起動停止を繰り返し、長期間使用しているうちに、
触媒活性が低下していき、使用開始時での制御と同様の
制御では、変成部出口において一酸化炭素を１％以下に
確実に低減できないことがあり、そのときに浄化部を通
過した後の一酸化炭素濃度が１００ｐｐｍ以下に低減で
きなくなる。このような場合、そのまま水素生成装置の
使用を継続すると、水素生成装置から水素の供給を受け
ている燃料電池の電極触媒を被毒されることになるとい
う問題がある。

【０００９】このような問題を考慮して、本出願人は、
本出願人にかかる出願（特願２０００−３４５２５４）
で、次のような解決策を提案している。

【００１０】すなわち、第１に、変成触媒の活性が低下
して一酸化炭素濃度を十分に低減できなくなると、一酸
化炭素に対する水の量を増加して一酸化炭素濃度を低減
させる方法を提案している。また、第２に、原料流量を
減少させて、全体流量に対する水の割合を増加させて一
酸化炭素を低減するために、改質部に供給する原料流量
を減少させるという方法を提案している。また、第３に
シフト反応の反応速度を速くするために、変成触媒の温
度を高くして一酸化炭素濃度を低減するという方法を提
案している。

【００１１】いずれの方法にしても、確実に一酸化炭素
を低減するためには、常時、変成触媒の活性をモニタリ
ングして、活性が低下してきたと判断したときに活性を
回復するために制御する迅速な方法が必要となる。

【００１２】そこで本出願人は、本出願人にかかる出願
（特願２０００−３４５２５４）で、例えば、変成また
は浄化触媒通過後の一酸化炭素濃度を測定して、触媒活
性をモニタリングするために、一酸化炭素センサー（Ｃ
Ｏセンサー）を用いた制御方法をもちいて、上記第１、
第２、及び第３の制御のいずれかの制御を行うことを提
案している。

【００１３】このように、本出願人にかかる出願（特願
２０００−３４５２５４）によれば、変成触媒体が劣化
した場合であっても、ＣＯ濃度を１００ｐｐｍ以下に抑
えることが出来るので、燃料電池の電極触媒がＣＯによ
り被毒されることがないという優れた効果が得られた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一酸化炭素セ
ンサーは高価であり、またそれに付随する制御および装
置構成も煩雑になるため、安価で簡素な方法が望まし
い。

【００１５】すなわち、安価で簡素な方法で、水素生成
装置の変成部に用いられている変成触媒体の劣化を判定
したいという課題がある。

【００１６】また、安価で簡素な方法で、水素生成装置
の変成部に用いられている変成触媒体が劣化した場合で
あっても、変成触媒体を交換することなく、ＣＯ濃度を
所定の濃度以下に抑えたいという課題がある。

【００１７】本発明は、上記課題を考慮し、安価で簡素
な装置構成で、水素生成装置の変成部に用いられている
変成触媒体の劣化を判定することが出来る変成触媒体劣
化判定装置を提供することを目的とするものである。

【００１８】また、本発明は、上記課題を考慮し、安価
で簡素な装置構成で、水素生成装置の変成部に用いられ
ている変成触媒体が劣化した場合であっても、変成触媒
体を交換しなくてもＣＯ濃度を所定濃度以下に抑えるこ
とが出来る水素生成装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１９】

【課題を解決する手段】上述した課題を解決するため
に、第１の本発明（請求項１に対応）は、変成触媒体を
有する変成部を少なくとも備えた水素生成装置における
前記変成触媒体の劣化を判定する変成触媒体劣化判定装
置であって、前記水素生成装置の所定の部位の温度また
はその所定の部位のガス温度を検出する温度検出手段
と、その検出された温度に基づいて前記変成触媒体の劣
化を判定する判定手段とを備えた変成触媒体劣化判定装
置である。

【００２０】また、第２の本発明（請求項２に対応）
は、前記所定の部位とは、前記変成部の前記変成触媒体
の下流側の部位であり、前記判定手段は、検出された前
記温度が所定の温度より低下した場合に、前記変成触媒
体が劣化したと判定する第１の本発明の変成触媒体劣化
判定装置である。

【００２１】また、第３の本発明（請求項３に対応）
は、前記水素生成装置は、前記変成部の下流側に設けら
れた、浄化触媒体を有する浄化部を備えており、前記所
定の部位とは、前記浄化部の前記浄化触媒体の下流側の
部位であり、前記判定手段は、検出された前記温度が所
定の温度より上昇した場合に、前記変成触媒体が劣化し
たと判定する第１の本発明の変成触媒体劣化判定装置で
ある。

【００２２】また、第４の本発明（請求項４に対応）
は、前記変成部は、前記変成触媒体の下流側に所定の性
質を有する第２の変成触媒体の有し、前記所定の部位と
は、前記変成部の前記第２の変成触媒体の下流側の部位
である第１の本発明の変成触媒体劣化判定装置である。

【００２３】また、第５の本発明（請求項５に対応）
は、前記所定の性質とは、一酸化炭素の発熱反応を促進
する性質であり、前記判定手段は、検出された前記温度
が所定の温度より上昇した場合に、前記変成触媒体が劣
化したと判定する第４の本発明の変成触媒体劣化判定装
置である。

【００２４】また、第６の本発明（請求項６に対応）
は、前記第２の変成触媒体とは、Ｒｕ及び／またはＲｈ
を主成分とする触媒体である第５の本発明の変成触媒体
劣化判定装置である。

【００２５】また、第７の本発明（請求項７に対応）
は、前記所定の性質とは、一酸化炭素の濃度が増加した
場合に一酸化炭素の発熱反応を抑制する性質であり、前
記判定手段は、検出された前記温度が所定の温度より低
下した場合に、前記変成触媒体が劣化したと判定する第
４の本発明の変成触媒体劣化判定装置である。

【００２６】また、第８の本発明（請求項８に対応）
は、前記第２の変成触媒体とは、Ｐｔを主成分とする触
媒体である第７の本発明の変成触媒体劣化判定装置であ
る。

【００２７】また、第９の本発明（請求項９に対応）
は、前記第２の変成触媒体に酸化ガスを供給する酸化ガ
ス供給部を備えた第７または８の本発明のいずれかの変
成触媒体劣化判定装置である。

【００２８】また、第１０の本発明（請求項１０に対
応）は、変成触媒体を有する変成部を少なくとも備えた
水素生成装置における前記変成触媒体の劣化を判定する
変成触媒体劣化判定装置であって、前記水素生成装置で
発生された燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池
と、前記燃料電池が発電する電圧を検出する電圧検出手
段と、その検出された電圧に基づいて前記変成触媒体の
劣化を判定する判定手段とを備えた変成触媒体劣化判定
装置である。

【００２９】また、第１１の本発明（請求項１１に対
応）は、第１、２、４〜１０の本発明のいずれかの変成
触媒体劣化判定装置を用いた水素生成装置であって、少
なくとも一酸化炭素を含有する水素ガスである改質後ガ
スを供給する改質部と、前記改質部に原料を供給する原
料供給部と、変成触媒体を有し、供給されてくる前記改
質後ガスを前記変成触媒体を利用して変成後ガスに変成
させ、その変成後ガスを供給する変成部と、前記改質部
および／または前記変成部に水を供給する水供給部と、
前記判定手段が前記変成触媒体が劣化した場合、所定の
制御を行う制御手段とを備え、前記変成部の前記変成触
媒体は、前記判定手段によってその劣化が判定されるも
のである水素生成装置である。

【００３０】また、第１２の本発明（請求項１２に対
応）は、第３の本発明の変成触媒体劣化判定装置を用い
た水素生成装置であって、少なくとも一酸化炭素を含有
する水素ガスである改質後ガスを供給する改質部と、前
記改質部に原料を供給する原料供給部と、変成触媒体を
有し、供給されてくる前記改質後ガスを前記変成触媒体
を利用して変成後ガスに変成させ、その変成後ガスを供
給する変成部と、前記改質部および／または前記変成部
に水を供給する水供給部と、浄化触媒体を有し、供給さ
れてくる前記変成後ガスを前記浄化触媒体を利用して浄
化後ガスに浄化し、その浄化後ガスを供給する浄化部
と、前記判定手段が前記変成触媒体が劣化した場合、所
定の制御を行う制御手段とを備え、前記変成部の前記変
成触媒体は、前記判定手段によってその劣化が判定され
るものであり、前記浄化部の前記浄化触媒体は、前記温
度検出手段によって温度が検出されるものである水素生
成装置である。

【００３１】また、第１３の本発明（請求項１３に対
応）は、前記所定の制御を行うとは、前記水供給部から
前記改質部および／または前記変成部への水供給量を増
加させる制御、及び前記原料供給部から前記改質部への
原料供給量を減少させる制御の少なくとも一つ以上を行
うことである第１１または１２の本発明の水素生成装置
である。

【００３２】また、第１４の本発明（請求項１４に対
応）は、前記変成部に供給される前記改質後ガスおよび
／または前記変成触媒体を所定の基準温度に保つための
冷却および／または加熱を行う加熱冷却手段を備え、前
記所定の制御を行うとは、前記変成触媒体の温度を前記
所定の基準温度より高くするように、前記加熱冷却手段
を制御することである第１１〜１３の本発明のいずれか
の水素生成装置である。

【００３３】また、第１５の本発明（請求項１５に対
応）は、前記浄化部に酸化ガスを供給する第２の酸化ガ
ス供給部を備え、前記所定の制御を行うとは、前記第２
の酸化ガス供給部から前記浄化部に供給する酸化ガス量
を増加させる制御を行うことである第１２の本発明の水
素生成装置である。

【００３４】次に本発明の動作を説明する。

【００３５】以上のような課題を解決するため本発明
は、変成触媒体の活性が低下すると、変成触媒体の反応
による発熱量が減少することを利用して、変成触媒の温
度が低下したときに変成触媒が活性低下したと判断し、
変成触媒への水量を増加させる、または原料流量を減少
させる制御を有することを特徴とするものである。

【００３６】また本発明は、変成触媒体の活性が低下す
ると下流に設けた浄化触媒体の反応による発熱量が増加
することを利用して、浄化触媒体の温度が上昇したとき
に変成触媒体が活性低下したと判断し、変成触媒体への
水量を増加させる、または原料流量を減少させる制御を
有することを特徴とするものである。

【００３７】また本発明は、第二変成触媒体としてＲｕ
を主成分とする触媒を変成部の第一変成触媒体下流側に
設置し、第一変成触媒体の活性が低下すると第二変成触
媒体の反応による発熱量が増加することを利用して、第
二変成触媒体の温度が上昇したときに第一変成触媒体が
活性低下したと判断し、第一変成触媒体への水量を増加
させる、または原料流量を減少させる制御を有すること
を特徴とするものである。

【００３８】また本発明は、第二変成触媒体としてＰｔ
を主成分とする触媒を変成部の第一変成触媒体下流側に
設置し、第一変成触媒体の活性が低下すると第二変成触
媒体の反応による発熱量が減少することを利用して、第
二変成触媒体の温度が低下したときに第一変成触媒体が
活性低下したと判断し、第一変成触媒体への水量を増加
させる、または原料流量を減少させる制御を有すること
を特徴とするものである。

【００３９】また本発明は、第二変成触媒体としてＰｔ
を主成分とする触媒に酸化性ガスを供給する手段を有す
ることを特徴とするものである。

【００４０】また本発明は、水素生成装置下流に燃料電
池発電部を設置し、変成触媒体の活性が低下すると燃料
電池発電部の電圧が低下することを利用して、燃料電池
発電部の電圧が低下したときに変成触媒体が活性低下し
たと判断し、変成触媒体への水量を増加させる、または
原料流量を減少させる制御を有することを特徴とするも
のである。

【００４１】また本発明は、変成触媒体の活性が低下し
たと判断したときに、変成触媒体の制御温度を高くする
ことを特徴とするものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４３】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における水素生成装置の構成図であり、同図におい
て、１は改質部であり、２は改質部１内に収められた改
質触媒であり、３は改質部１へ原料を供給する原料供給
部であり、４は改質部１へ水を供給する改質水供給部で
あり、５は改質部１を加熱することによって改質触媒２
において改質反応が進行するよう高温にするための改質
加熱部である。

【００４４】６ａは変成部であり、変成触媒体７が収め
られている。変成触媒体７としてはＣｕ−Ｚｎ触媒を用
いた。８は変成水供給部であり、９は変成触媒体７に供
給される水素ガスを冷却する冷却ファンであり、１０の
供給ガス温度検出部で検出される温度が一定になるよう
にＯＮ−ＯＦＦ制御をしている。なお、冷却ファン９は
変成触媒体７を直接冷却してもよい。また、供給ガス温
度検出部１０は変成触媒体７の温度を直接測定してもよ
い。

【００４５】１１は変成温度検出部であり、実施の形態
１においては変成触媒体７の下流側に設けて、変成触媒
体７通過後のガス温度を検出できるようになっている
が、変成触媒体７の温度を直接測定しても良い。

【００４６】１２は浄化部であり、浄化触媒体１３が収
められている。１４は浄化部内に酸化ガスとしての空気
を送り込む空気ポンプである。１５は浄化触媒体１３の
下流に設けてある浄化温度検出部であり、浄化触媒体１
３通過後のガス温度を検出できるようになっている。

【００４７】また、実施の形態１での装置動作に関する
制御は制御部１７において行う。

【００４８】上記の構成における装置動作を、メタンガ
スを原料とした場合について説明する。

【００４９】装置起動時において改質加熱部５により、
改質部１の加熱を開始し、改質触媒２へ熱を伝えた。続
いて原料供給部３から原料である炭化水素成分としての
メタンガスと、改質水供給部４からメタンガス１モルに
対して３モルの水を改質部１に供給した。

【００５０】なお、ここでは改質部１へ供給するメタン
ガス量を６Ｌ／分とし、改質触媒２の温度が約７５０℃
となるように改質加熱部５で加熱量を制御し、水蒸気改
質反応を進行させた。改質触媒２において反応後の水素
ガスは変成部６ａに供給した。変成部６ａには変成水供
給部８から水を６ｇ／分の流量で供給した。また、冷却
ファン９の制御は、供給ガス温度検出部１０が２５０℃
となるようにＯＮ−ＯＦＦ制御によって行った。変成部
６ａに供給した水素ガスと水は変成触媒体７において、
水素ガス中の一酸化炭素と水によるシフト反応が進行す
る。そのとき変成触媒体７はシフト反応に伴い発熱する
が、熱は外気へ放熱されるため、変成温度検出部１１で
検出される温度は２００℃程度になる。変成部６ａ出口
において一酸化炭素濃度を数千ｐｐｍから１％程度の範
囲に低減した水素ガスはさらに一酸化炭素を低減するた
め、浄化部１２へ供給した。

【００５１】浄化部１２では、浄化触媒体１３上におい
て空気ポンプ１４で導入した空気中の酸素と水素ガス中
の一酸化炭素の酸化反応を進行させ、浄化部出口１６で
の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下に低減した。

【００５２】なお、予め設定した諸条件をもとに制御部
１７を動作させ、各パラメータを制御することで上記装
置動作を行った。

【００５３】変成触媒体７では、通常、水素ガス中の一
酸化炭素濃度を数千ｐｐｍから１％程度の範囲に低減で
きる。しかし、変成触媒体７を長期間使用することによ
って、触媒活性が低下し、変成触媒体７の使用開始時に
設定した改質水供給部４または変成水供給部８からの水
量では、変成部６ａ出口において一酸化炭素濃度を１％
以下にまで低減できなくなることがある。

【００５４】変成触媒体７は活性が低下すると、反応に
よる発熱量が低下するため、変成温度検出部１１で検出
されている温度が低下してくる。

【００５５】本実施の形態の変成触媒体７の使用を始め
てから次第に活性が低下していったときの変成触媒体７
通過後の水素ガス中の一酸化炭素濃度と変成温度検出部
１１で検出された温度との関係を図２に示す。なお一酸
化炭素濃度は変成部６ａ出口において水素ガスを採取
し、ガスクロマトグラフィーによって測定した。

【００５６】図２から明らかなように本実施の形態では
変成温度検出部１１で検出される温度は約１８０℃以上
では変成部６ａ出口においての一酸化炭素濃度は１％未
満であるが、１８０℃を下回ると一酸化炭素濃度が１％
を超えてしまう、つまり変成触媒体７の活性が低下し、
反応による発熱が少なくなっていることが分かる。

【００５７】よって本実施の形態では、変成温度検出部
１１で検出される温度に予め設定する温度として１８０
℃を設定し、その温度が１８０℃を下回ってからは、制
御部１７により、変成水供給部８からの水量を１ｇ／分
増加させ、７ｇ／分の供給量とした。すなわち、制御部
１７は、変成温度検出部１１で検出される温度が予め設
定されている温度である１８０℃を下回った場合に、変
成触媒体７が劣化したと判定し、上記制御を行う。これ
により、変成触媒体７での反応が進行し発熱量が増加す
るため、変成温度検出部１１で検出される温度は再び１
８０℃以上の温度に保たれ、水素ガス中の一酸化炭素濃
度を１％未満に低減することができる。また、変成温度
検出部１１で検出された温度が再度１８０℃を下回った
ときは、変成水供給部８からの水量をさらに１ｇ／分増
加させればよい。

【００５８】このように変成温度検出部１１をモニタリ
ングして、変成触媒体７の活性低下を検知し、変成触媒
体７へ供給する水量を増加させることによって、水素生
成装置出口における水素ガス中の一酸化炭素濃度を長期
間にわたって確実に低減することができる。かつ簡素な
装置構成および制御方法で制御できる。

【００５９】なお、本実施の形態では変成水供給部８か
らの供給水量を増加したが、改質水供給部４からの供給
水量を増加させても、変成触媒体７の反応性が向上する
ため、同様の効果が得られる。

【００６０】また水量を増加させるだけではなく、原料
供給部３からの原料供給量を減少させることによって
も、全体流量に対する水の割合が増加し、変成触媒体７
での反応性が向上するため、同様の効果が得られる。

【００６１】また、変成触媒体７としてＦｅ−Ｃｒ触
媒、貴金属系の触媒などを用いても同様の効果が得られ
る。

【００６２】なお、装置構成および触媒種等の運転パラ
メータによって変成温度検出部１１に設定する設定温度
は異なるが、各々の相応にその温度を設定することによ
って同様の効果が得られる。

【００６３】なお、本実施の形態の変成温度検出部１１
は本発明の温度検出手段の例であり、本実施の形態の制
御部１７は本発明の判定手段の例であり、本実施の形態
の制御部１７は本発明の制御手段の例であり、本実施の
形態の変成水供給部８からの水量を１ｇ／分増加させ、
７ｇ／分の供給量とすることは本発明の所定の制御を行
うことの例である。

【００６４】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２における水素生成装置の構成図であるが、図１と同
様の構成をしており、図１と異なる点は実施の形態２に
おける装置動作に関する制御を制御部２１によって行う
ことである。

【００６５】浄化部１２には変成触媒体７によって一酸
化炭素濃度が数千ｐｐｍから１％程度に低減した水素ガ
スを供給した。浄化触媒体１３上において空気ポンプ１
４で導入した空気中の酸素と水素ガス中の一酸化炭素の
酸化反応を進行させ、浄化部出口１６での一酸化炭素濃
度を１００ｐｐｍ以下に低減した。

【００６６】なお、本実施の形態では浄化触媒体１３と
して、アルミナ担体にＰｔとＲｕを混合して担持した触
媒をコージェライトハニカムにコーティングしたものを
用いている。

【００６７】浄化触媒体１３での酸化反応は発熱反応で
あり、供給される水素ガス中の一酸化炭素濃度が増加す
ると反応による発熱量が増加する。

【００６８】本実施の形態の変成触媒体７の使用を始め
てから次第に活性が低下していったときの変成触媒体７
通過後の水素ガス中の一酸化炭素濃度と浄化温度検出部
１５で検出された温度との関係を図４に示す。なお一酸
化炭素濃度は変成部６ａ出口において水素ガスを採取
し、ガスクロマトグラフィーによって測定した。

【００６９】図４から明らかなように、変成部６ａ出口
における一酸化炭素濃度が１％を超えると、浄化温度検
出部１５で検出される温度が約２３０℃以上となる。つ
まり変成触媒体７の活性が低下すると、浄化触媒体１３
に供給される水素ガス中の一酸化炭素濃度が上昇するた
め、浄化触媒体１３上での一酸化炭素の酸化量が増加し
て、発熱が多くなり、浄化温度検出部１５で検出される
温度が高くなる。

【００７０】よって本実施の形態では、浄化温度検出部
１５で検出される温度に予め設定する温度として２３０
℃を設定し、その温度が２３０℃を上回ってからは、制
御部２１により、変成水供給部８からの水量を１ｇ／分
増加させ、７ｇ／分の供給量とした。すなわち、制御部
２１は、浄化温度検出部１５で検出された温度が予め設
定されている温度である２３０℃を上回った場合に、変
成触媒体７が劣化したと判定し、上記制御を行う。これ
により、浄化部１２に供給される水素ガス中の一酸化炭
素が低減され、浄化触媒体１３上での一酸化炭素の反応
量が減少するため、浄化温度検出部１５で検出される温
度は再び２３０℃以下の温度に保たれる。また、浄化温
度検出部１５で検出された温度が再度２３０℃を超えた
ときは、変成水供給部８からの水量をさらに１ｇ／分増
加させればよい。

【００７１】このように浄化温度検出部１５をモニタリ
ングして、変成触媒体７の活性低下を検知し、変成触媒
体７へ供給する水量を増加させることによって、水素生
成装置出口における水素ガス中の一酸化炭素濃度を長期
間にわたって確実に低減することができる。かつ簡素な
装置構成および制御方法で制御できる。

【００７２】なお、浄化温度検出部１５は浄化触媒体１
３の温度を直接測定しても、同様の効果が得られる。

【００７３】なお、本実施の形態では変成水供給部８か
らの供給水量を増加したが、改質水供給部４からの供給
水量を増加させても同様の効果が得られる。

【００７４】また水量を増加させるだけではなく、原料
供給部３からの原料供給量を減少させることによっても
同様の効果が得られる。

【００７５】また、空気ポンプ１４から浄化触媒体１３
への供給空気量を増加させることによっても、水素生成
器出口における水素ガス中の一酸化炭素濃度を１００ｐ
ｐｍ以下に低減できる。

【００７６】また、変成触媒体７としてＦｅ−Ｃｒ触
媒、貴金属系の触媒などを用いても同様の効果が得られ
る。

【００７７】また、浄化触媒体１３としてＲｕまたはＲ
ｈを主成分とするもの、またＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈのうち２
種類以上の金属を混合または合金化させて調製した触媒
を使用しても同様の効果が得られる。

【００７８】なお、装置構成および触媒種等の運転パラ
メータによって浄化温度検出部１５に設定する設定温度
は異なるが、各々の相応にその温度を設定温度にするこ
とによって同様の効果が得られる。

【００７９】なお、本実施の形態の浄化温度検出部１５
は本発明の温度検出手段の例であり、本実施の形態の制
御部２１は本発明の判定手段の例であり、本実施の形態
の制御部２１は本発明の制御手段の例であり、本実施の
形態の変成水供給部８からの水量を１ｇ／分増加させ、
７ｇ／分の供給量とすることは本発明の所定の制御を行
うことの例である。

【００８０】（実施の形態３）実施の形態３では、実施
の形態１と異なる点は変成部の構成の一部および制御で
あるため、変成部を中心に説明する。

【００８１】図５は本発明の実施の形態３における水素
生成装置の変成部の構成図である。図５においての変成
部６ｂは図１においての変成部６ａと異なる点として、
第一変成触媒体３１と第二変成触媒体３２と第二変成触
媒体温度検出部３３を設けて構成している。

【００８２】なお、実施の形態３における装置動作に関
する制御は制御部３４により行った。

【００８３】ここでは第一変成触媒体３１として、変成
触媒体７と同様にＣｕ−Ｚｎ触媒を用いて一酸化炭素と
水とのシフト反応によって、水素ガス中の一酸化炭素濃
度を数千ｐｐｍから１％程度に低減した。

【００８４】ここでは第二変成触媒体３２として、アル
ミナ担体にＲｕを担持した触媒をコージェライトハニカ
ムにコーティングしたものを用いた。

【００８５】第二変成触媒体３２は水素と一酸化炭素が
反応してメタンを生成する反応が進行して発熱する。本
実施の形態の第一変成触媒体３１の使用を始めてから次
第に活性が低下していったときの第一変成触媒体３１通
過後の水素ガス中の一酸化炭素濃度と第二変成触媒体温
度検出部３３で検出された温度との関係を図６に示す。
一酸化炭素濃度は変成部６ａの第一変成触媒体３１と第
二変成触媒体３２の間から水素ガスを採取し、ガスクロ
マトグラフィーによって測定した。

【００８６】図６から明らかなように、第一変成触媒体
３１通過後の一酸化炭素濃度が１％を超えると、第二変
成触媒体温度検出部３２で検出される温度が約２３０℃
以上となる。つまり第一変成触媒体３１の活性が低下す
ると、第二変成触媒体３２に供給される水素ガス中の一
酸化炭素濃度が上昇するため、第二変成触媒体３２上に
おいて、水素と一酸化炭素とのメタン化反応が増加し、
発熱が多くなっているということである。

【００８７】よって実施の形態３では、第二変成触媒体
温度検出部３３で検出される温度に予め設定する温度と
して２３０℃を設定し、その温度が２３０℃を上回って
からは制御部３４により、変成水供給部８からの水量を
１ｇ／分増加させ、７ｇ／分の供給量とした。すなわ
ち、制御部３４は、第二変成触媒体温度検出部３３で検
出された温度が予め設定されている温度である２３０℃
を上回った場合に、第一変成触媒体３１が劣化したと判
定し、上記制御を行う。これにより、第二変成触媒体温
度検出部３３で検出される温度は再び２３０℃以下の温
度に保たれる。また、第二変成触媒体温度検出部３３で
検出された温度が再度２３０℃を上回ったときは、変成
水供給部８からの水量をさらに１ｇ／分増加させればよ
い。

【００８８】このように第二変成触媒体温度検出部３３
をモニタリングすることによって、第一変成触媒体３１
の活性低下を検知し、第一変成触媒体３１へ供給する水
量を増加させることによって、水素生成装置出口におけ
る水素ガス中の一酸化炭素濃度を長期間にわたって確実
に低減することができる。かつ簡素な装置構成および制
御方法で制御できる。

【００８９】なお、第二変成触媒体温度検出部３３は、
第二変成触媒体３２の温度を直接測定しても同様の効果
が得られる。

【００９０】なお、本実施の形態では変成水供給部８か
らの供給水量を増加したが、改質水供給部４からの供給
水量を増加させても同様の効果が得られる。

【００９１】また水量を増加させるだけではなく、原料
供給部３からの原料供給量を減少させることによっても
同様の効果が得られる。

【００９２】また、第一変成触媒体３１としてＦｅ−Ｃ
ｒ触媒、貴金属系の触媒などを用いても同様の効果が得
られる。

【００９３】また、第二変成触媒体としてＲｕまたはＲ
ｈを主成分とするもの、またＲｕ、Ｒｈを混合または合
金化させて調製した触媒を使用しても同様の効果が得ら
れる。

【００９４】なお、装置構成および触媒種等の運転パラ
メータによって第二変成触媒体温度検出部３３に設定す
る設定温度は異なるが、各々の相応にその温度を設定す
ることによって同様の効果が得られる。

【００９５】なお、本実施の形態の第二変成触媒体温度
検出部３３は本発明の温度検出手段の例であり、本実施
の形態の制御部３４は本発明の判定手段の例であり、本
実施の形態の制御部３４は本発明の制御手段の例であ
り、本実施の形態の変成水供給部８からの水量を１ｇ／
分増加させ、７ｇ／分の供給量とすることは本発明の所
定の制御を行うことの例である。

【００９６】（実施の形態４）実施の形態４では、実施
の形態３と同様に実施の形態１と異なる点は変成部の構
成の一部および制御であるため、変成部を中心に説明す
る。

【００９７】図７は本発明の実施の形態４における水素
生成装置の変成部の構成図である。図７においての変成
部６ｃは図１においての変成部６ａと異なる点として、
第一変成触媒体４１と第二変成触媒体４２と第二変成触
媒体温度検出部４３を設けて構成している。

【００９８】なお、実施の形態４における装置動作に関
する制御は制御部４４により行った。

【００９９】ここでは第一変成触媒体４１として、実施
の形態３の第一変成触媒体３１と同様にＣｕ−Ｚｎ触媒
を用いた。

【０１００】また、第二変成触媒体４２として、アルミ
ナ担体にＰｔを担持した触媒をコージェライトハニカム
にコーティングしたものを用いた。

【０１０１】第二変成触媒体４２は、一酸化炭素と水と
のシフト反応によって発熱する。その反応機構は、Ｐｔ
表面に一酸化炭素が吸着し、水と反応する際に脱離して
反応が進行するが、水素ガス中の一酸化炭素濃度が高く
なると、Ｐｔ表面に一酸化炭素が吸着した後での脱離の
進行が停滞し、Ｐｔ表面を一酸化炭素が覆い尽くしてし
まうため、反応が全く進行せずに発熱しなくなる。

【０１０２】本実施の形態の第一変成触媒体４１の使用
を始めてから次第に活性が低下していったときの変成触
媒体４１通過後の水素ガス中の一酸化炭素濃度と第二変
成触媒体温度検出部４３で検出された温度との関係を図
８に示す。一酸化炭素濃度は変成部６ｃの第一変成触媒
体４１と第二変成触媒体４２の間から水素ガスを採取
し、ガスクロマトグラフィーによって測定した。

【０１０３】図８から明らかなように、第一変成触媒体
４１通過後の一酸化炭素濃度が１％を超えると、第二変
成触媒体温度検出部４３で検出される温度が約１８０℃
以下となる。つまり第一変成触媒体４１の活性が低下す
ると、第二変成触媒体４２に供給される水素ガス中の一
酸化炭素濃度が上昇するため、第二変成触媒体４２上で
の反応の進行が止まり、全く発熱しなくなってしまう。

【０１０４】よって実施の形態４では、第二変成触媒体
温度検出部４３で検出される温度に予め設定する温度と
して１８０℃を設定し、その温度が１８０℃を下回って
からは制御部４４により、変成水供給部８からの水量を
１ｇ／分増加させ、７ｇ／分の供給量とした。すなわ
ち、制御部４４は、第二変成触媒体温度検出部４３で検
出された温度が予め設定されている温度である１８０℃
を下回った場合に、第一変成触媒体４１が劣化したと判
定し、上記制御を行う。これにより、第二変成温度触媒
体検出部４３で検出される温度は再び１８０℃以上の温
度に保たれる。また、第二変成触媒体温度検出部４３で
検出された温度が再度１８０℃を下回ったときは、変成
水供給部４からの水量をさらに１ｇ／分増加させればよ
い。

【０１０５】このように第二変成触媒体温度検出部４３
をモニタリングして、第一変成触媒体４１の活性低下を
検知し、第一変成触媒体４１へ供給する水量を増加させ
ることによって、水素生成装置出口における水素ガス中
の一酸化炭素濃度を確実に低減することができる。かつ
簡素な装置構成および制御方法で制御できる。

【０１０６】なお、第二変成触媒体温度検出部４３は、
第二変成触媒体４２の温度を直接測定しても同様の効果
が得られる。

【０１０７】なお、本実施の形態では変成水供給部８か
らの供給水量を増加したが、改質水供給部４からの供給
水量を増加させても同様の効果が得られる。

【０１０８】また水量を増加させるだけではなく、原料
供給部３からの原料供給量を減少させることによっても
同様の効果が得られる。

【０１０９】また、第一変成触媒体４１としてＦｅ−Ｃ
ｒ触媒、貴金属系の触媒などを用いても同様の効果が得
られる。

【０１１０】なお、装置構成および触媒種等の運転パラ
メータによって第二変成触媒体温度検出部４３に設定す
る設定温度は異なるが、各々の相応にその温度を設定す
ることによって同様の効果が得られる。

【０１１１】なお、本実施の形態の第二変成触媒体温度
検出部４３は本発明の温度検出手段の例であり、本実施
の形態の制御部４４は本発明の判定手段の例であり、本
実施の形態の制御部４４は本発明の制御手段の例であ
り、本実施の形態の変成水供給部８からの水量を１ｇ／
分増加させ、７ｇ／分の供給量とすることは本発明の所
定の制御を行うことの例である。

【０１１２】（実施の形態５）図９は実施の形態５にお
ける水素生成装置の変成部の構成図である。実施の形態
５は実施の形態４と異なる点として、第一変成触媒体４
１と第二変成触媒体４２の間に酸化ガス供給部としての
空気ポンプ５１を設けて、空気中の酸素を第二変成触媒
体４２に送るようにしたことである。

【０１１３】なお、実施の形態５における装置動作に関
する制御は制御部５２により行った。

【０１１４】第二変成触媒体４２上では、酸素を供給す
ると水素ガス中の一酸化炭素と酸素による酸化反応が進
行する。その反応機構は、Ｐｔ表面に一酸化炭素が吸着
し、酸素と反応する際に脱離して反応が進行するが、水
素ガス中の一酸化炭素濃度が高くなると、Ｐｔ表面に一
酸化炭素が吸着した後での脱離の進行が停滞し、Ｐｔ表
面を一酸化炭素が覆い尽くしてしまうため、反応が全く
進行せずに発熱しなくなる。

【０１１５】本実施の形態の第一変成触媒体４１の使用
を始めてから次第に活性が低下していったときの変成触
媒体４１通過後の水素ガス中の一酸化炭素濃度と第二変
成触媒体温度検出部４３で検出された温度との関係を図
１０に示す。一酸化炭素濃度は実施の形態４と同様に水
素ガスを採取し、ガスクロマトグラフィーによって測定
した。

【０１１６】図１０から明らかなように、第一変成触媒
体４１通過後の一酸化炭素濃度が１％を超えると、第二
変成触媒体温度検出部４２で検出される温度が約１８０
℃以下となる。つまり第一変成触媒体４１の活性が低下
すると、第二変成触媒体４２に供給される水素ガス中の
一酸化炭素濃度が上昇するため、第二変成触媒体４２上
での酸化反応の進行が止まり、全く発熱しなくなってし
まう。

【０１１７】また、実施の形態４と異なる点は、実施の
形態５では空気を導入して酸化反応を促進させているた
め、実施の形態４のシフト反応よりも発熱量が多くな
る。よって、第一変成触媒体４１の活性が低下し、第二
変成触媒体４２に供給される水素ガス中の一酸化炭素濃
度が高くなり、発熱しなくなったときとの差が大きいた
め、第一変成触媒体４１の活性低下が検出しやすいとい
うことである。

【０１１８】実施の形態５では、第二変成触媒体温度検
出部４３で検出される温度に予め設定する温度として１
８０℃を設定し、その温度が１８０℃を下回ってから
は、制御部５２により、変成水供給部８からの水量を１
ｇ／分増加させ、７ｇ／分の供給量とした。すなわち、
制御部５２は、第二変成触媒体温度検出部４３で検出さ
れた温度が予め設定されている温度である１８０℃を下
回った場合に、第一変成触媒体４１が劣化したと判定
し、上記制御を行う。これにより、第二変成触媒体温度
検出部４３で検出される温度は再び１８０℃以上の温度
に保たれる。また、第二変成触媒体温度検出部４３で検
出された温度が再度１８０℃を下回ったときは、変成水
供給部８からの水量をさらに１ｇ／分増加させればよ
い。

【０１１９】実施の形態５においても、実施の形態４と
同様に第二変成触媒体４２をモニタリングして、第一変
成触媒体４１の活性低下を検知し、第一変成触媒体４１
へ供給する水量を増加させることによって、水素生成装
置出口における水素ガス中の一酸化炭素濃度を長期間に
わたって確実に低減することができる。かつ簡素な装置
構成および制御方法で制御できる。

【０１２０】なお、第二変成触媒体温度検出部４３は、
第二変成触媒体４２の温度を直接測定しても同様の効果
が得られる。

【０１２１】また、空気ポンプ５１により、第二変成触
媒体４２に空気を供給して酸化反応を促進することによ
り、酸化反応が進行しているときとしていないときの発
熱差が大きくなるため、第一変成触媒体４１の活性低下
をより敏感に検出しやすいという効果がある。

【０１２２】なお、本実施の形態では変成水供給部８か
らの供給水量を増加したが、改質水供給部４からの供給
水量を増加させても同様の効果が得られる。

【０１２３】また水量を増加させるだけではなく、原料
供給部３からの原料供給量を減少させることによっても
同様の効果が得られる。

【０１２４】また、第一変成触媒体３１としてＦｅ−Ｃ
ｒ触媒、貴金属系の触媒などを用いても同様の効果が得
られる。

【０１２５】また、酸化ガス供給部として空気ポンプ以
外にも、酸素ボンベなどによって酸化性ガスを送り込む
ことによっても同様の効果が得られる。

【０１２６】なお、装置構成および触媒種等の運転パラ
メータによって第二変成触媒体温度検出部４３に設定す
る設定温度は異なるが、各々の相応にその温度を設定す
ることによって同様の効果が得られる。

【０１２７】なお、本実施の形態の第二変成触媒体温度
検出部４３は本発明の温度検出手段の例であり、本実施
の形態の制御部５２は本発明の判定手段の例であり、本
実施の形態の制御部５２は本発明の制御手段の例であ
り、本実施の形態の変成水供給部８からの水量を１ｇ／
分増加させ、７ｇ／分の供給量とすることは、本発明の
所定の制御を行うことの例である。

【０１２８】（実施の形態６）図１１は本実施の形態に
おける水素生成装置から燃料電池発電部へ水素を供給し
て発電させる燃料電池発電システムの模式図である。水
素生成装置は図１のものと同様であるため、異なる点を
中心に説明する。

【０１２９】本実施の形態では、浄化部１２からの水素
が配管６１を通って、燃料電池発電部６２に供給されて
発電が起こる。ここでの燃料電池発電部６２は詳細な説
明は省略するが、積層枚数および大きさを適正化して、
定格電圧が５０Ｖで発電できるよう設計したものを用い
た。

【０１３０】実施の形態６における装置動作に関する制
御は制御部６３で行った。変成触媒体７の活性が維持さ
れているときには、浄化部１２から出た水素ガス中の一
酸化炭素濃度は１００ｐｐｍ以下であるので、通常、燃
料電池発電部６２の電圧は５０Ｖで発電している。

【０１３１】しかし、変成触媒体７の活性が低下し、浄
化触媒体１３で一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下に低
減できなくなると、燃料電池発電部６２の電極触媒が被
毒されて電圧が低下してしまう。

【０１３２】よって実施の形態６では、燃料電池発電部
６２の電圧が定格電圧の９０％となったときに、制御部
６３により、変成水供給部８からの水量を１ｇ／分増加
させ、７ｇ／分の供給量とした。すなわち、制御部６３
は、燃料電池発電部６２の電圧を検出し、その検出した
電圧が定格電圧の９０％となったときに、変性触媒体７
が劣化したと判定し、上記制御を行う。これにより、燃
料電池発電部６２は再び５０Ｖの電圧で発電できるよう
になる。また、燃料電池発電部６２の電圧が、再度定格
電圧の９０％を下回ったときは、変成水供給部８からの
水量をさらに１ｇ／分増加させればよい。

【０１３３】このように燃料電池発電部６２の電圧をモ
ニタリングすることによって、変成触媒体７の活性低下
を検知し、変成触媒体７へ供給する水量を増加させるこ
とによって、水素生成装置出口における水素ガス中の一
酸化炭素濃度を長期間にわたって確実に低減することが
できるため、燃料電池発電部６２による発電停止を防ぐ
ことができる。かつ簡素な装置構成および制御方法で制
御できる。

【０１３４】また、燃料電池発電部６２の電圧を直接モ
ニタリングしているため、確実に発電を継続することが
できる。

【０１３５】なお、本実施の形態では変成水供給部８か
らの供給水量を増加したが、改質水供給部４からの供給
水量を増加させても同様の効果が得られる。

【０１３６】また水量を増加させるだけではなく、原料
供給部３からの原料供給量を減少させることによっても
同様の効果が得られる。

【０１３７】なお、本実施の形態の制御部６３は本発明
の電圧検出手段の例であり、本実施の形態の制御部６３
は本発明の判定手段の例であり、本実施の形態の制御部
６３は本発明の制御手段の例であり、本実施の形態の変
成水供給部８からの水量を１ｇ／分増加させ、７ｇ／分
の供給量とすることは、本発明の所定の制御を行うこと
の例である。

【０１３８】（実施の形態７）次に、実施の形態７の構
成をその動作とともに説明する。

【０１３９】本実施の形態では、実施の形態１から６で
の制御と異なり、原料または水量を制御するのではな
く、変成触媒の温度を制御することによって変成触媒上
での反応性を向上させる。水量を増加しないため水素生
成装置としての効率が維持でき、原料を減少させないた
め、一定量の水素を供給しつづけることが可能となる。

【０１４０】図１２は変成触媒の活性の経時変化を表し
た図である。横軸に変成触媒の制御温度、縦軸に変成触
媒後の水素ガス中の一酸化炭素濃度を示しており、使用
初期から使用１０００時間経過時に至るまでの一酸化炭
素濃度を低減できる温度が高温域へシフトし、狭くなっ
ていくことを表している。

【０１４１】このように変成触媒の低温域における活性
は使用時間とともに低下するため、変成触媒を低温で制
御したまま使用を続けていくと、時間の経過とともに一
酸化炭素が低減できなくなる。

【０１４２】よって、本実施の形態では初期においては
変成触媒の制御温度を低温で行うが、変成触媒の反応性
が減少して温度が低下してきたときに、制御温度を初期
に設定した温度よりも高く設定して、その温度で制御す
ることによって変成触媒の反応性を向上させる。

【０１４３】図１３は本実施の形態における水素生成装
置の変成部の概略図である。装置構成は図１の変成部６
ａと全く同じであるため、詳細な説明は省略する。

【０１４４】なお、実施の形態７においての運転動作に
関する制御は制御部７１によって行った。

【０１４５】変成触媒体７の使用を始めたときは、供給
ガス温度検出部１０で検出される水素ガスの温度を冷却
ファン９によって予め基準温度として設定した２５０℃
に制御すると、変成温度検出部１１で検出される温度は
２００℃程度になり、変成部６ａ出口の一酸化炭素濃度
は１％以下に低減でき、下流に設けた浄化部によって水
素ガス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下に低減で
きる。

【０１４６】しかし、変成触媒体７の活性が低下すると
反応熱が低下し、変成温度検出部１１で検出される温度
が低下し、約１８０℃以下になると変成部６ａ出口にお
ける一酸化炭素濃度が１％を超えてしまい（図２参
照）、下流に設けた浄化部によって水素ガス中の一酸化
炭素濃度を１００ｐｐｍ以下に低減できなくなってしま
うことがある。

【０１４７】そこで本実施の形態では、変成温度検出部
１１で検出される温度に予め設定する温度として１８０
℃を設定し、その温度が１８０℃を下回ったときに、制
御部７１によって基準温度を２７０℃へと高くするよう
変更し、その変更された基準温度を保つために冷却ファ
ン９によって制御する。すなわち、制御部７１は、変成
温度検出部１１で検出された温度が予め設定された温度
である１８０℃を下回ったときに、変成触媒体７が劣化
したと判定し、上記制御を行う。変更後は、変成温度検
出部１１で検出される温度が、本実施の形態においては
２２０℃程度となり、変成部６ａ出口における一酸化炭
素濃度を１％以下にでき、下流に設けた浄化部によって
水素ガス中の一酸化炭素濃度を１００ｐｐｍ以下に低減
できる。

【０１４８】本実施の形態においては基準温度を２０ｄ
ｅｇ上昇させているため、その後変成温度検出部１１で
検出される温度が低下していったときには、変成温度検
出部１１で検出された温度が２００℃を下回ったとき
に、供給ガス温度検出部１０で検出される温度を２９０
℃へと高くするように冷却ファン９での制御を制御部７
１によって変更すればよい。

【０１４９】また、実施の形態１から６における変成触
媒体７または第一変成触媒体３１および４１の活性低下
検出においても、冷却ファン９を制御することによっ
て、供給ガス温度検出部１０で検出される温度を引き上
げることにより、同様に下流に設けた浄化部によって水
素生成装置出口での水素ガス中の一酸化炭素濃度を１０
０ｐｐｍ以下に低減できる。

【０１５０】なお、本実施の形態の変成温度検出部１１
は本発明の温度検出手段の例であり、本実施の形態の制
御部７１は本発明の判定手段の例であり、本実施の形態
の制御部７１は本発明の制御手段の例であり、本実施の
形態の制御部７１によって基準温度を２７０℃へと高く
するよう変更し、その変更された基準温度を保つために
冷却ファン９によって制御することは、本発明の所定の
制御を行うことの例である。

【０１５１】上記のように、変成触媒体７または第一変
成触媒体３１および４１の活性低下を検知し、変成触媒
体７または第一変成触媒体３１および４１に供給する水
素ガス温度を高くするように制御することによって、水
素生成装置出口における水素ガス中の一酸化炭素濃度を
長期間にわたって確実に低減することができる。かつ簡
素な装置構成および制御方法で制御できる。

【０１５２】また、水量を増加させないため水素生成装
置としての効率が維持でき、原料を減少させないため一
定量の水素を供給し続けることが可能となる。

【０１５３】また、変成触媒体７または第一変成触媒体
３１および４１としてＦｅ−Ｃｒ触媒、貴金属系の触媒
などを用いても同様の効果が得られる。

【０１５４】また、電気ヒーターなどの加熱手段を用い
て、変成触媒体７または第一変成触媒体３１および４１
に供給する水素ガス温度、またはそれらの触媒体の温度
を高くするように制御することによっても同様の効果が
得られる。加熱手段および冷却手段を併用しても同様の
効果が得られることは言うまでもない。

【０１５５】なお、装置構成および触媒種等の運転パラ
メータによって、基準温度または変成温度検出部１１に
設定する設定温度は異なるが、各々の相応にその温度を
設定することによって同様の効果が得られる。

【０１５６】さらに、上記各実施の形態において、水素
生成装置から水素の供給を受けて発電する燃料電池の負
荷が変動した場合などには、複数種類の上記諸条件の中
から最適な諸条件を選択してその諸条件に基づいて制御
部が制御を行う場合がある。このような場合には、各種
類の諸条件毎に変成温度検出部などの温度検出部に設定
温度を設定し、制御部が選択している諸条件に対応する
設定温度を使用するようにすれば、上記各実施の形態と
同等の効果を得ることが出来る。

【０１５７】さらに、本実施の形態の水素生成装置の変
成部を複数段設けても構わない。

【０１５８】さらに、本実施の形態の水素生成装置の浄
化部を複数段設けても構わない。

【０１５９】さらに、本実施の形態の水素生成装置は浄
化部を備えているとして説明したが、変成部で十分一酸
化炭素濃度が低減できる場合には、浄化部を設けなくて
も構わない。

【０１６０】以上のように本実施の形態によれば、変成
触媒体の活性が低下すると変成触媒体の反応による発熱
量が減少することを利用して、変成触媒体の温度が低下
したときに変成触媒体の活性が低下したと判断し、変成
触媒体への水量を増加させる、または原料流量を減少さ
せることによって、簡素な装置構成および制御方法で水
素生成器出口における水素ガス中の一酸化炭素を長期間
にわたって確実に低減することができる。

【０１６１】また、本実施の形態によれば、変成触媒体
の活性が低下すると下流に設けた浄化触媒体の反応によ
る発熱量が増加することを利用して、浄化触媒体の温度
が上昇したときに変成触媒体が活性低下したと判断し、
変成触媒体への水量を増加させる、または原料流量を減
少させる、または浄化触媒体に供給する酸化ガス量を増
加させることによって、変成触媒体の活性低下に迅速に
対応でき、簡素な装置構成および制御方法で水素生成器
出口における水素ガス中の一酸化炭素を長期間にわたっ
て確実に低減することができる。

【０１６２】また本実施の形態によれば、第二変成触媒
体としてＲｕを主成分とする触媒を変成部の第一変成触
媒体下流側に設置し、第一変成触媒体の活性が低下する
と第二変成触媒体の反応による発熱量が増加することを
利用して、第二変成触媒体の温度が上昇したときに第一
変成触媒体が活性低下したと判断し、第一変成触媒体へ
の水量を増加させる、または原料流量を減少させること
によって、より第一変成触媒体の活性低下に迅速に対応
でき、簡素な装置構成および制御方法で水素生成器出口
における水素ガス中の一酸化炭素を長期間にわたって確
実に低減することができる。

【０１６３】また本実施の形態によれば、第二変成触媒
体としてＰｔを主成分とする触媒を変成部の第一変成触
媒体下流側に設置し、第一変成触媒体の活性が低下する
と第二変成触媒体の反応による発熱量が減少することを
利用して、第二変成触媒体の温度が低下したときに第一
変成触媒体が活性低下したと判断し、第一変成触媒体へ
の水量を増加させる、または原料流量を減少させること
によって、より第一変成触媒体の活性低下に迅速に対応
でき、簡素な装置構成および制御方法で水素生成器出口
における水素ガス中の一酸化炭素を長期間にわたって確
実に低減することができる。

【０１６４】また本実施の形態によれば、第二変成触媒
体としてＰｔを主成分とする触媒に酸化性ガスを供給す
ることによって、より第一変成触媒体の活性低下を敏感
に検出することができ、簡素な装置構成および制御方法
で水素生成器出口における水素ガス中の一酸化炭素を長
期間にわたって確実に低減することができる。

【０１６５】また本実施の形態によれば、水素生成装置
下流に燃料電池発電部を設置し、変成触媒体の活性が低
下すると燃料電池発電部の電圧が低下することを利用し
て、燃料電池発電部の電圧が低下したときに変成触媒体
が活性低下したと判断し、変成触媒体への水量を増加さ
せる、または原料流量を減少させることによって、変成
触媒体の活性低下に迅速に対応でき、簡素な装置構成お
よび制御方法で水素生成器出口における水素ガス中の一
酸化炭素を長期間にわたって確実に低減することがで
き、燃料電池発電部による発電を確実に継続することが
できる。

【０１６６】また本実施の形態によれば、変成触媒体の
活性が低下したと判断したときに、変成触媒体の制御温
度を高くすることによって、効率を低下させることな
く、変成触媒体の活性低下に迅速に対応でき、効率を低
下させず、一定量の水素を供給し続け、簡素な装置構成
および制御方法で水素生成器出口における水素ガス中の
一酸化炭素を長期間にわたって確実に低減することがで
きる。

【０１６７】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、安価で簡素な装置構成で、水素生成装置
の変成部に用いられている変成触媒体の劣化を判定する
ことが出来る変成触媒体劣化判定装置を提供することが
出来る。

【０１６８】また、本発明は、安価で簡素な装置構成
で、水素生成装置の変成部に用いられている変成触媒体
が劣化した場合であっても、変成触媒体を交換しなくて
もＣＯ濃度を所定濃度以下に抑えることが出来る水素生
成装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の
構成図

【図２】本発明の実施の形態１における変成触媒体７通
過後の一酸化炭素濃度と変成温度検出部１１で検出した
温度との関係を示した図

【図３】本発明の実施の形態２における水素生成装置の
構成図

【図４】本発明の実施の形態２における変成触媒体７通
過後の一酸化炭素濃度と浄化温度検出部１５で検出した
温度との関係を示した図

【図５】本発明の実施の形態３における水素生成装置の
構成図

【図６】本発明の実施の形態３における第一変成触媒体
３１通過後の一酸化炭素濃度と第二変成触媒体温度検出
部３３で検出した温度との関係を示した図

【図７】本発明の実施の形態４における水素生成装置の
構成図

【図８】本発明の実施の形態４における第一変成触媒体
４１通過後の一酸化炭素濃度と第二変成触媒体温度検出
部４３で検出した温度との関係を示した図

【図９】本発明の実施の形態５における水素生成装置の
構成図

【図１０】本発明の実施の形態５における第一変成触媒
体４１通過後の一酸化炭素濃度と第二変成触媒体温度検
出部４３で検出した温度との関係を示した図

【図１１】本発明の実施の形態６における水素生成装置
の構成図

【図１２】変成触媒の活性の経時変化を表した図

【図１３】本発明の実施の形態７における水素生成装置
の構成図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (72)発明者 田口 清 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 脇田 英延 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB31 EB32 EB43 4H060 AA02 BB12 BB17 CC01 CC06 CC15 DD01 EE03 FF02 GG02 5H026 AA06 HH03 HH06 HH08 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 BA20 KK41 KK46 KK54 MM08

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変成触媒体を有する変成部を少なくとも
   備えた水素生成装置における前記変成触媒体の劣化を判
   定する変成触媒体劣化判定装置であって、 前記水素生成装置の所定の部位の温度またはその所定の
   部位のガス温度を検出する温度検出手段と、 その検出された温度に基づいて前記変成触媒体の劣化を
   判定する判定手段とを備えた変成触媒体劣化判定装置。
2. 【請求項２】 前記所定の部位とは、前記変成部の前記
   変成触媒体の下流側の部位であり、 前記判定手段は、検出された前記温度が所定の温度より
   低下した場合に、前記変成触媒体が劣化したと判定する
   請求項１記載の変成触媒体劣化判定装置。
3. 【請求項３】 前記水素生成装置は、前記変成部の下流
   側に設けられた、浄化触媒体を有する浄化部を備えてお
   り、 前記所定の部位とは、前記浄化部の前記浄化触媒体の下
   流側の部位であり、 前記判定手段は、検出された前記温度が所定の温度より
   上昇した場合に、前記変成触媒体が劣化したと判定する
   請求項１記載の変成触媒体劣化判定装置。
4. 【請求項４】 前記変成部は、前記変成触媒体の下流側
   に所定の性質を有する第２の変成触媒体を有し、 前記所定の部位とは、前記変成部の前記第２の変成触媒
   体の下流側の部位である請求項１記載の変成触媒体劣化
   判定装置。
5. 【請求項５】 前記所定の性質とは、一酸化炭素の発熱
   反応を促進する性質であり、 前記判定手段は、検出された前記温度が所定の温度より
   上昇した場合に、前記変成触媒体が劣化したと判定する
   請求項４記載の変成触媒体劣化判定装置。
6. 【請求項６】 前記第２の変成触媒体とは、Ｒｕ及び／
   またはＲｈを主成分とする触媒体である請求項５記載の
   変成触媒体劣化判定装置。
7. 【請求項７】 前記所定の性質とは、一酸化炭素の濃度
   が増加した場合に一酸化炭素の発熱反応を抑制する性質
   であり、 前記判定手段は、検出された前記温度が所定の温度より
   低下した場合に、前記変成触媒体が劣化したと判定する
   請求項４記載の変成触媒体劣化判定装置。
8. 【請求項８】 前記第２の変成触媒体とは、Ｐｔを主成
   分とする触媒体である請求項７記載の変成触媒体劣化判
   定装置。
9. 【請求項９】 前記第２の変成触媒体に酸化ガスを供給
   する酸化ガス供給部を備えた請求項７または８のいずれ
   かに記載の変成触媒体劣化判定装置。
10. 【請求項１０】 変成触媒体を有する変成部を少なくと
    も備えた水素生成装置における前記変成触媒体の劣化を
    判定する変成触媒体劣化判定装置であって、 前記水素生成装置で発生された燃料ガスの供給を受けて
    発電する燃料電池と、 前記燃料電池が発電する電圧を検出する電圧検出手段
    と、 その検出された電圧に基づいて前記変成触媒体の劣化を
    判定する判定手段とを備えた変成触媒体劣化判定装置。
11. 【請求項１１】 請求項１、２、４〜１０のいずれかに
    記載の変成触媒体劣化判定装置を用いた水素生成装置で
    あって、少なくとも一酸化炭素を含有する水素ガスであ
    る改質後ガスを供給する改質部と、 前記改質部に原料を供給する原料供給部と、 変成触媒体を有し、供給されてくる前記改質後ガスを前
    記変成触媒体を利用して変成後ガスに変成させ、その変
    成後ガスを供給する変成部と、 前記改質部および／または前記変成部に水を供給する水
    供給部と、 前記判定手段が前記変成触媒体が劣化した場合、所定の
    制御を行う制御手段とを備え、 前記変成部の前記変成触媒体は、前記判定手段によって
    その劣化が判定されるものである水素生成装置。
12. 【請求項１２】 請求項３記載の変成触媒体劣化判定装
    置を用いた水素生成装置であって、 少なくとも一酸化炭素を含有する水素ガスである改質後
    ガスを供給する改質部と、 前記改質部に原料を供給する原料供給部と、 変成触媒体を有し、供給されてくる前記改質後ガスを前
    記変成触媒体を利用して変成後ガスに変成させ、その変
    成後ガスを供給する変成部と、 前記改質部および／または前記変成部に水を供給する水
    供給部と、 浄化触媒体を有し、供給されてくる前記変成後ガスを前
    記浄化触媒体を利用して浄化後ガスに浄化し、その浄化
    後ガスを供給する浄化部と、 前記判定手段が前記変成触媒体が劣化した場合、所定の
    制御を行う制御手段とを備え、 前記変成部の前記変成触媒体は、前記判定手段によって
    その劣化が判定されるものであり、 前記浄化部の前記浄化触媒体は、前記温度検出手段によ
    って温度が検出されるものである水素生成装置。
13. 【請求項１３】 前記所定の制御を行うとは、前記水供
    給部から前記改質部および／または前記変成部への水供
    給量を増加させる制御、及び前記原料供給部から前記改
    質部への原料供給量を減少させる制御の少なくとも一つ
    以上を行うことである請求項１１または１２に記載の水
    素生成装置。
14. 【請求項１４】 前記変成部に供給される前記改質後ガ
    スおよび／または前記変成触媒体を所定の基準温度に保
    つための冷却および／または加熱を行う加熱冷却手段を
    備え、 前記所定の制御を行うとは、前記変成触媒体の温度を前
    記所定の基準温度より高くするように、前記加熱冷却手
    段を制御することである請求項１１〜１３のいずれかに
    記載の水素生成装置。
15. 【請求項１５】 前記浄化部に酸化ガスを供給する第２
    の酸化ガス供給部を備え、 前記所定の制御を行うとは、前記第２の酸化ガス供給部
    から前記浄化部に供給する酸化ガス量を増加させる制御
    を行うことである請求項１２記載の水素生成装置。