JP2009196834A

JP2009196834A - 水素生成装置および燃料電池システム

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Publication number: JP2009196834A
Application number: JP2008038486A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Yasuda; 繁樹保田; Kiyoshi Taguchi; 清田口; Yoshihisa Tamura; 佳央田村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2028-02-20
Also published as: JP5340611B2

Abstract

【課題】改質器に供給される水分子と原料（炭素原子数）との比のずれに起因する不都合を適切に防止でき、信頼性および耐久性に優れた水素生成装置を提供する。
【解決手段】水素生成装置５０Ａは、原料と水を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１３と、原料を改質器１３に供給する原料供給器１７と、改質器に供給される原料の流量を測定する流量測定器１８と、水を改質器１３に供給する水供給器１９と、制御器３０Ａと、を備え、制御器３０Ａは、流量測定器１８の検出値に基づいて原料供給器１７の操作量をフィードバック制御するとともに、原料の改質器１３への供給中において、改質器１３に水の供給が開始された以降の原料供給器１７の操作量に基づいて、水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行うように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は水素生成装置および燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、都市ガスやＬＰガス等の原料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置と、この水素生成装置で生成された燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、を備える。

以下、従来の燃料電池システム用の水素生成装置の構成について述べる。
図６は、従来の水素生成装置の構成例を示した図であり、特許文献１記載の水素生成装置に準拠する装置のブロック図である。
従来の水素生成装置５０は、例えば、改質器１３と、変成器１４と、選択酸化器１５とから構成されている。
また、水素生成装置５０は、上述の各機器１３、１４、１５の他、図６に示すように、改質器１３への反応熱供給用の熱供給手段としてのバーナ１６と、原料を改質器１３に供給するための原料供給器１７（例えば、ブースターポンプ）と、改質器１３に改質反応用に水を供給する水供給器１９（例えば、プランジャーポンプ）と、改質器１３の温度を検知できる温度検知器２１と、を備える。
改質器１３では、原料供給器１７および水供給器１９を用いて、原料および原料改質に必要な水（以下、改質水と称する）が供給され、バーナ１６を用いて改質反応用の熱が供給されている。このため、改質触媒の温度（温度検知器２１により検知）が適温に加熱され、このような改質触媒において、原料と改質水を用いた水蒸気改質反応によって水素リッチな燃料ガスが生成される。
上述の水蒸気改質反応後の水素リッチな燃料ガス中には、約１０％濃度の一酸化炭素が含まれている。この一酸化炭素は燃料電池にとって被毒物質となるので、水蒸気改質反応後の燃料ガスを固体高分子型燃料電池に直接、供給すると、燃料電池の発電性能が著しく損なわれる。そこで、改質器１３の下流側には上述の変成器１４および選択酸化器１５が設けられており、これにより、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を適切に低減できる。
変成器１４では、水蒸気および一酸化炭素を、水素および二酸化炭素にシフト反応させ、燃料ガス中の一酸化炭素濃度が低減される。
選択酸化器１５では、一酸化炭素を二酸化炭素に変える一酸化炭素選択酸化反応がなされ、燃料ガス中の一酸化炭素濃度が更に低減される。
このようにして、一酸化炭素濃度１０ｐｐｍ以下の水素リッチな燃料ガスを生成できる。そして、この水素リッチな燃料ガスを燃料電池システムの反応ガスとして用いる場合には、当該水素リッチな燃料ガスが燃料電池（図示せず）のアノードに供給され、燃料電池において発電が行われる。なお、水素生成装置５０により生成された水素を利用できる機器は、燃料電池システムに限定されない。このため、水素利用機器の種類によっては、変成器１４や選択酸化器１５の設置を省略できる場合がある。

ところで、上述の水素生成装置５０においては、適量の改質水を適時に供給できることが水素生成装置５０の信頼性および耐久性にとって重要である。このため、図６に示すように、水素生成装置５０には、水流量調整器２０が設けられ、改質水が安定して適量（所定流量）、供給できるように調整されている。例えば、制御器３０が、水流量調整器２０を用いて、改質水が適量となるように、水供給器１９のポンプ回転数を調整（制御）している。また、制御器３０が、水流量調整器２０を用いて、改質水が適量となるように、水供給器１９の下流に設置されたコントロールバルブ（図示せず）の弁開度を調整（制御）してもよい。
なお、上述の改質水の適量とは、改質器１３に供給される水分子と原料（炭素原子数）との比（以下、「Ｓ／Ｃ」と略す場合がある）を所定の値（例えば、「Ｓ／Ｃ」＝３）に安定的に維持できる改質水量を指す。つまり、制御器３０は、水流量調整器２０を用いて、流量測定器１８により測定された原料流量と予め設定された「Ｓ／Ｃ」の好適な範囲とから算出される改質水の好適な流量となるように、水供給器１９による改質水の供給量を増減している。
特開２００４−６０９３号公報

上述のとおり、改質器１３での水蒸気改質反応の適切な進行には、「Ｓ／Ｃ」が目標値通りになっていることが不可欠である。例えば、水供給器１９のエアがみや故障等の原因により、改質器１３において改質水不足（改質器１３における「Ｓ／Ｃ」がその目標値よりも低い状態）になると、改質器１３の運転継続中に余剰な原料の熱分解が起こり、原料中の炭素成分が析出する。その結果、改質触媒に炭素が付着して、改質触媒の触媒劣化を招き、水素生成装置５０の耐久性に悪影響を与える。
また、「Ｓ／Ｃ」が低下すると、改質器１３での水素の生成量が低下するので、燃料電池システムにおいて様々な不都合が生じる。
例えば、「Ｓ／Ｃ」の低下により、燃料ガス中の一酸化炭素濃度が上昇して、水素生成装置の信頼性が低下する。また、「Ｓ／Ｃ」の低下により、燃料電池の発電に必要な水素が供給されず、燃料電池の発電量が低下して、燃料電池の発電停止に至る場合がある。その結果、燃料電池システム全体の信頼性も低下する。
そこで、「Ｓ／Ｃ」の低下に起因する様々な不都合を防止する方策として、改質水の流量をモニタできる改質水流量計の設置が想定される。これにより、改質水流量計の測定値が改質水流量の目標値からずれた場合、改質水の供給異常報知や原料の強制的な供給停止を行えると期待できる。

しかしながら、上述の改質水流量計を設置すると、検討の結果、改質水中に混合または溶存している物質が改質水流量計に付着することが分かった。また、改質水の溶存酸素を原因とする改質水流量計の錆び等から生じる生成物が付着することも分かった。よって、改質水流量計を用いても、改質水流量計の測定値自体が改質水の実際の流量値からずれて、改質水の測定の信頼性を担保できない可能性がある。最悪、改質水流量計の故障に至る場合もある。このような場合には、改質水流量計において改質水の供給異常を適切に判定できず、結局のところ、「Ｓ／Ｃ」の低下により、上述の改質触媒での炭素析出による触媒劣化の進行などを招く。つまり、改質水流量計の設置では、改質器に供給される水分子と原料（炭素原子数）との比のずれに起因する様々な不都合防止に適切に対応できず、その結果、水素生成装置の信頼性や耐久性を損なうことがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、改質器に供給される水分子と原料（炭素原子数）との比のずれに起因する不都合を適切に防止でき、信頼性および耐久性に優れた水素生成装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、このような水素生成装置を備えた燃料電池システムを提供することも目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、原料と水を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記原料を前記改質器に供給する原料供給器と、前記改質器に供給される原料の流量を測定する流量測定器と、前記水を前記改質器に供給する水供給器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記流量測定器の検出値に基づいて前記原料供給器の操作量をフィードバック制御するとともに、前記原料の前記改質器への供給中において、前記改質器に前記水の供給が開始された以降の前記原料供給器の操作量に基づいて、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行う、水素生成装置を提供する。

これにより、水流量計を用いずに、水流量計に比べて水に溶存した物質や酸素等による上述の劣化要因がなく信頼性や耐久性の高い原料流量計を用いて水の供給異常を検知するよう構成することで、水の供給異常に対して適切な対応を行えるので、水素生成装置の信頼性向上よび耐久性向上を図れる。
また、水検知器を用いずに、水の供給異常に適切に対応できるので、水素生成装置のコンパクト化および低コスト化も図れる。

また、本発明の水素生成装置では、前記制御器は、前記水の供給開始以降の所定の時点における前記原料供給器の操作量が、第１閾値以下である場合、または、前記水の供給開始以降の所定の時点における前記原料供給器の操作量が、第２閾値以上である場合、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行ってもよい。
また、本発明の水素生成装置では、前記制御器は、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化量が、第３閾値以上である場合、または、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化量が、第４閾値以下である場合、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行ってもよい。

これにより、原料供給器に外乱があった場合や原料供給器の操作量が経時的に変化した場合でも、改質水供給開始以降の操作量の変化量を用いて操作量の適切な相対的比較を行うことができる。
また、本発明の水素生成装置では、前記制御器は、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化率が、第５閾値以上である場合、または、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化率が、第６閾値以下である場合、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行ってもよい。

これにより、原料供給器に外乱があった場合や原料供給器の操作量が経時的に変化した場合でも、改質水供給開始以降の操作量の変化率を用いて操作量の適切な相対的比較を行うことができる。

また、本発明の水素生成装置では、前記制御器は、前記流量測定器の検出値が、前記水の流量との関係において所定の目標値になるように前記原料供給器の操作量をフィードバック制御してもよい。

また、本発明の水素生成装置では、前記改質器の温度を検知する温度検知器を備え、前記制御器は、前記温度検知器の検知温度が第７閾値以下である場合の前記原料供給器の操作量を用いて、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行ってもよい。

また、本発明の水素生成装置では、前記所定の時点または前記所定の期間を、前記水の供給開始以降において前記原料供給器から供給される原料の目標流量が一定に維持されている期間内に設定してもよい。

これにより、改質水の供給異常による操作量の変化を容易に把握できる。

また、仮に、上述の第７閾値を改質器内の改質触媒での原料の熱分解による炭素析出が起こる下限温度に設定すれば、改質器が当該温度に達する前に、改質水の供給異常に対して対応できるので、改質器の改質触媒の劣化の進行を適切に防止できる。また、改質器の昇温動作期間であれば、通常、原料供給器から供給される原料の目標流量を一定に維持しているので、好都合である。

また、本発明は、上記記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムを提供する。

これにより、信頼性および耐久性に優れた燃料電池システムが得られる。

本発明によれば、改質器に供給される水分子と原料（炭素原子数）との比のずれに起因する不都合を適切に防止でき、信頼性および耐久性に優れた水素生成装置が得られる。

また、本発明によれば、このような水素生成装置を備えた燃料電池システムも得られる。

以下、本発明の好ましい実施の形態１、２および３について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の水素生成装置の構成例を示したブロック図である。

図１に示した水素生成装置５０Ａのハードウェア構成は、図６に示した従来の水素生成装置５０のハードウェア構成と同じである。よって、従来の水素生成装置５０の各構成要素に対応する本実施形態の水素生成装置５０Ａの構成要素には、図６に用いた符号と同一の符号を付し、水素生成装置５０Ａの構成の説明については、適宜、省略ないし略記する。

つまり、本実施形態の水素生成装置５０Ａについては、制御器３０Ａの記憶部（ＲＯＭなどの内部メモリ；図示せず）に、原料供給器１７の操作量を用いた改質水の供給異常判定／対応プログラム（後述）が記憶されている点で、当該プログラムが記憶部に記憶されていない従来の水素生成装置５０と区別されるが、ハードウェア上、従来の水素生成装置５０をそのまま用いることができる。

なお、制御器３０Ａは、マイクロプロセッサなどからなり、単独の制御部（マイクロプロセッサ）により構成される他、複数の制御部が協働して水素生成装置５０Ａの制御を実行する制御部群により構成されてもよい。

次に、本実施形態の水素生成装置５０Ａの動作例を説明する。

水素生成装置５０Ａは、制御器３０Ａからの運転開始信号（制御信号）により起動するように構成され、制御器３０Ａからの運転停止信号（制御信号）により停止するように構成されている。

この水素生成装置５０Ａは、水素生成装置５０Ａの現在の運転状態（例えば起動中や停止中など）をユーザに報知する手段（例えば、運転状態表示部；図示せず）を備えてもよい。これにより、制御器３０Ａからの上述の制御信号に基づいて、水素生成装置５０Ａの現在の運転状態を運転状態表示部に表示できる他、制御器３０Ａは、後述のとおり、この運転状態表示部を用いて、改質水の供給異常の報知を行うこともできる。

水素生成装置５０Ａの起動時に、原料供給器１７により原料が改質器１３に供給され、水供給器１９により改質水が改質器１３に供給される。この場合、制御器３０Ａは、図２（ａ）に示すように、流量測定器１８により測定された原料流量（検出値）が、制御器３０Ａの記憶部に記憶されている目標流量になるよう、原料供給器１７の操作量をフィードバック制御している。

本実施形態では、原料供給器１７（ブースタポンプ）の操作量として、原料供給器１７に給電される直流電圧（以下、「電圧」と略す）を用いることができる。つまり、原料供給器１７（ブースタポンプ）の出力調整用の電圧が所定の調整範囲（例えば１．０〜５．０Ｖの範囲）において変化すると、原料供給器１７から吐出する原料流量（制御量）を変えることができるので、原料供給器１７から吐出する原料流量を目標流量に一致させるよう、上述の電圧をフィードバック制御の操作量としている。これにより、水素生成装置５０Ａにおいて、原料供給器１７から吐出する原料流量を乱す何等かの外乱が生じても、改質器１３に適量の原料を安定的に供給できる。

なお、上述の電圧調整範囲は、原料供給器１７の制御系により異なるので、この電圧調整範囲は、原料供給器の制御系に基づいて適宜、選択される。

また、本実施形態では、原料供給器１７に給電される電圧を制御器３０Ａによるフィードバック制御の操作量としているが、制御対象（原料供給器１７）の構成に依存して当該操作量は適宜、改変される。例えば、制御器３０Ａによるフィードバック制御の操作量は、上述の電圧の他、原料供給器１７に与える電流であってもよい。また、原料供給器１７に交流電力が給電される場合、制御器３０Ａによるフィードバック制御の操作量は、当該交流電力の周波数やデューティ比であってもよい。更に、原料供給器１７の吐出原料流量をコントロールバルブにより調整する場合には、制御器３０Ａによるフィードバック制御の操作量は、当該バルブの開度であってもよい。

また、制御器３０Ａは、流量測定器１８により測定された原料流量と予め制御器３０Ａに記憶された「Ｓ／Ｃ」の好適な範囲とから算出される改質水供給量となるように水供給器１９の動作（水流量調整器２０の出力）を制御している。これにより、改質器１３には適量の改質水が供給され、上述のとおり、改質器１３内において原料および改質水を用いた改質触媒での水蒸気改質反応が進行する。この時、制御器３０Ａは、原料の一部をバーナ１６に送り、原料をバーナ１６で燃焼させる。これにより、改質触媒の改質反応に必要な熱量が賄える。また、制御器３０Ａは、改質器１３から排出された燃料ガスを変成器１４および選択酸化器１５の順に送り、変成器１４のシフト反応および選択酸化器１５の一酸化炭素選択酸化反応を適切に進行できるよう、変成器１４および選択酸化器１５の動作を制御しているが、これらの動作は公知なので、詳細な説明は省略する。

以上の制御器３０Ａによる水素生成装置５０Ａの動作制御により、水素生成装置５０Ａでは、燃料電池用の水素リッチな燃料ガスを生成できる。

ここで、上述のとおり、改質器１３での改質反応には、「Ｓ／Ｃ」の好適な範囲があり、「Ｓ／Ｃ」が最低でも２．０程度必要となる。「Ｓ／Ｃ」が２．０未満となった状態において、改質器１３の改質触媒がバーナ１６により加熱され、改質触媒の水蒸気改質反応が進行すると、改質器１３は水不足に陥る。その結果、改質触媒において原料の分解が起こり、炭素が析出する。改質触媒が炭素に覆われると、改質触媒の性能は低下して、充分な量の燃料ガスを生成できない。

また、本実施形態では、改質器１３の水蒸気改質反応において使用されずに残った水蒸気を変成器１４でのシフト反応に用いるように構成されている。この場合、「Ｓ／Ｃ」が２．０未満となった状態では、変成器１４に供給できる水量が低下する。すると、変成器１４では、燃料ガス中の一酸化炭素を充分に低減できなくなる。燃料電池にこのような燃料ガスを供給した場合は、燃料ガス中の一酸化炭素により燃料電池の触媒が被毒され、燃料電池は適切な発電を行えない。但し、改質器１３に供給された水蒸気（改質水）のうち、改質反応に使用されなかった分を変成器１４に供給できるように構成しているが、燃料電池システム１００の水供給系はこれに限らない。例えば、水供給器１９と改質器１３との間の供給経路を分岐することにより、変成器１４に改質器１３とは別個に水を供給してもよい。また、改質器１３への水供給系とは完全に別系統の水供給系を用いて、変成器１４に水を供給してもよい。

一方、改質水の供給量がその目標値より多くなり過ぎても、以下のような不都合がある。「Ｓ／Ｃ」がその好適な範囲の上限を超えると、改質器１３において改質水を水蒸気に蒸発するに必要な熱量が増加するので、改質器１３の効率が低下する。また、改質触媒の水蒸気改質反応に使用されない過剰な水蒸気が結露すると、改質触媒が水濡れの状態となり、改質触媒の性能が劣化する。更に、改質器１３に水が多量に残ったまま停止することにより、次回の水素生成装置５０Ａの起動時において改質器１３の温度の速やかな上昇が阻害され、その結果、水素生成装置５０Ａの起動時間が長くなる。

以上の理由により、本実施形態では、制御器３０Ａは、改質器１３に供給された改質水の供給量を「Ｓ／Ｃ＝３．０」（上述の「Ｓ／Ｃ」＝２．０に対して余裕度を加味）となるよう、水供給器７の動作を制御している。

但し、水素生成装置５０Ａから送出される水素リッチな燃料ガスが、当該水素利用機器で求められる仕様を満たせば、改質器１３において、必ずしも上述の「Ｓ／Ｃ」の目標値に設定される必要はない。

ここで、水供給器１９において、例えば、エアがみやゴミがみが発生すると、水供給器１９により改質器１３に適量（正規供給量）の改質水を供給できないと考えられる。つまり、水供給器１９の通常条件と同一の駆動条件により、水供給器７を動かしても、改質器１３に供給される改質水の供給量が目標値から外れることがある。その結果、改質水の供給不足により、余剰な原料の熱分解に起因した改質触媒での炭素析出が起こり、改質触媒の性能が劣化する場合がある。また、改質水の過剰な供給継続により、改質器１３の効率が低下する場合や改質触媒の水濡れ基づく改質触媒の性能が劣化する場合もある。

そこで、本実施形態では、制御器３０Ａが、原料供給器１７の操作量に基づいて改質器１３への改質水の供給異常に対して適切な判定および対応を実行できることを特徴としている。

以下、本実施形態の特徴部である、改質水の供給異常の判定および改質水の供給異常時の対応について詳しく説明する。

なお、制御器３０Ａの記憶部には、改質水の供給異常判定／対応プログラムが記憶されており、当該プログラムが、水素生成装置５０Ａの運転の適時に制御器３０ＡのＣＰＵに読み込まれ、以下に述べる改質水の供給異常の判定および対応を水素生成装置５０Ａの各機器を制御しながら遂行する。

図３は、改質器への改質水供給正常時の制御器による原料供給器の操作量を、改質器への改質水供給異常時（改質水流量：ゼロ）の制御器による原料供給器の操作量との比較において示した図である。

まず、改質水が改質器１３に正常に供給される場合の原料供給器１７の操作量の変化について述べる。

制御器３０Ａは、図３の白丸印（○）で示した一定の流量（ここでは、１．５ＮＬＭ）の原料が改質器１３に供給されるように、原料供給器１７の操作量をフィードバック制御している。なお、この原料流量は、図１に示した流量測定器１８により測定（モニタ）されている。この場合、図３の黒菱形印（◆）で示すように、制御器３０Ａは、原料流量と予め設定された「Ｓ／Ｃ」＝３.０とから算出される改質水の供給量となるように、水供給器７を用いて改質水の改質器１３への供給量を制御している。

そして、水供給器７により改質水の供給開始がなされると、改質器１３では、改質水蒸発により水蒸気が発生するので、改質器１３の内圧が上昇する。このような改質器１３の内力上昇は、改質器１３に供給される原料流量を低下させる方向に作用するが、上述のとおり、制御器３０Ａは、流量測定器１８により測定された原料流量を、制御器３０Ａの記憶部に記憶された原料の目標流量（ここでは、１．５ＮＬＭ）となるように、原料供給器１７の操作量をフィードバック制御している。よって、制御器３０Ａにより制御される原料供給器１７の操作量は、図３の黒四角印（■）に示すように、改質器１３に改質水の供給が開始された以降の時間の経過（改質器１３の内圧上昇）と共に増加する。これにより、流量測定器１８により測定される原料流量を一定に保つことができる。

なお、本実施形態では、原料流量を１．５ＮＬＭに保つように、原料供給器１７の操作量をフィードバック制御されているが、必ずしも本実施形態と同じ流量を用いなくてもよく、水素生成装置の特性に適した原料流量であれば他の値であってもよい。

次に、改質水が改質器１３に全く供給されていない場合（改質水の供給異常の一例）の原料供給器１７の操作量の変化について述べる。

改質器１３に供給される改質水が正規供給量よりも少ない場合には、改質器１３内での水蒸気の生成量が低下する。すると、改質器１３の内圧も、改質水が正常に供給される場合よりも低くなる。その結果、制御器３０Ａによる原料供給器１７の操作量が、改質水の供給量が正常である場合に比べて低くなる。

図３では、極端な例として、改質水が改質器１３に全く供給されていない場合（改質水流量がゼロの場合）の原料供給器１７の操作量のプロファイルが例示されている。この場合、図３の黒三角印（▲）で示すように、原料供給器１７の操作量がほぼ一定のままとなる。

以上に述べた如く、改質水の供給が正常な場合と異常に少ない場合とにおける原料供給器１７の操作量の差異に基づいて、制御器３０Ａは、改質水の供給異常を判定できる。この改質水の供給異常判定技術は、以上のとおり、改質水の供給量の変化と原料供給器１７の操作量の変化との間の相関に着目してはじめて案出できたものである。つまり、本異常判定技術では、図２（ｂ）に示すように、「原料流量の取得」→「制御演算」→「操作量の出力」→「原料流量の取得」→・・・の如く流量測定器１８の検出値（原料流量）に基づいて原料供給器１７の操作量のフィードバック制御がなされる際に、この操作量が制御器３０Ａに取得され、操作量検知タイミング（詳細は後述）において上述の操作量に基づいて改質水の供給異常判定がなされている。

この場合、本実施形態では、図３に示すように、原料供給器１７の操作量の閾値（第１閾値；後述）が設定されている。そして、制御器３０Ａは、操作量検知タイミングにおいて、当該操作量が第１閾値以下である場合（例えば、図３の操作量Ａの場合）に、改質水の供給異常（ここでは、改質水の供給不足）であると判定する。

逆に、制御器３０Ａは、操作量検知タイミングにおいて、当該操作量が第１閾値を越える場合（例えば、図３の操作量Ｂの場合）に、改質水の供給異常でないと判定する。

また、本実施形態では、制御器３０Ａが、改質水の供給に異常があると判定した場合、制御器３０Ａは、改質水の供給異常処理動作がなされるよう、水素生成装置５０Ａの動作を制御する。

例えば、制御器３０Ａは、適宜の報知装置（例えば、運転状態表示装置やアラーム）を用いて改質水の供給が異常である旨をユーザに報知してもよい。これにより、ユーザが改質水の供給異常を素早く察知できるので、改質水の供給異常に対して迅速な復帰を図れる。また、制御器３０Ａは、原料供給器１７を用いて改質器１３への原料供給を強制的に停止してもよい。これにより、改質水が供給不足である場合、改質触媒での余剰原料熱分解による炭素析出を適切に防止できる。

また、ここでは、図３に示すように、上述の第１閾値として、改質水供給正常時に１．５ＮＬＭの原料を改質器１３に送る場合に想定される操作量の定常値（操作量Ｂ）よりも１０％程度低い数値が用いられている。但し、このような異常判定の基準となる操作量（第１閾値）は、水素生成装置の構成、制御器３０Ａの制御性、および、設計上の余裕度などによって異なるので、必ずしも本実施形態と同じ数値を用いなくてもよく、このような事項に適合する他の値であってもよい。

次に、水素生成装置５０Ａの改質器１３に、改質水が過剰に供給されている場合（改質水の供給異常の他の例）の原料供給器１７の操作量の変化について述べる。

改質器１３に供給される改質水が正規供給量よりも多い場合には、改質器１３内での水蒸気の生成量が必要以上の量となる。すると、改質器１３の内圧も、改質水の供給が正常な場合よりも高くなる。その結果、制御器３０Ａによる原料供給器１７の操作量が、改質水の供給が正常な場合に比べて高くなる。なお、この場合の原料供給器１７の操作量プロファイルの図示は省略する。

以上に述べた如く、改質水の供給が正常な場合と異常に多い場合とにおける原料供給器１７の操作量の差異に基づいて、制御器３０Ａは、改質水の供給異常を判定できる。
本異常判定技術では、図２（ｂ）に示すように、「原料流量の取得」→「制御演算」→「操作量の出力」→「原料流量の取得」→・・・の如く流量測定器１８の検出値（原料流量）に基づいて原料供給器１７の操作量のフィードバック制御がなされる際に、この操作量が制御器３０Ａに取得され、操作量検知タイミング（詳細は後述）において上述の操作量に基づいて改質水の供給異常判定がなされている。

この場合、本実施形態では、図３に示すように、原料供給器１７の操作量の閾値（第２閾値；後述）が設定されている。そして、制御器３０Ａは、操作量検知タイミングにおいて、当該操作量が第２閾値以上である場合に、改質水の供給異常（ここでは、改質水の供給過剰）であると判定する。

逆に、制御器３０Ａは、操作量検知タイミングにおいて、当該操作量が第２閾値未満である場合に、改質水の供給異常でないと判定する。

例えば、制御器３０Ａは、適宜の報知装置（例えば、運転状態表示装置やアラーム）を用いて改質水の供給が異常である旨をユーザに報知してもよい。これにより、ユーザが改質水の供給異常を素早く察知できるので、改質水の供給異常に対して迅速な復帰を図れる。

また、図３に示すように、上述の第２閾値として、改質水供給正常時に１．５ＮＬＭの原料を改質器１３に送る場合に想定される操作量の定常値（操作量Ｂ）よりも１０％程度高い数値が用いられている。但し、このような異常判定の基準となる操作量（第２閾値）は、水素生成装置５０Ａの構成、制御器３０Ａの制御性、および、設計上の余裕度などによって異なるので、必ずしも本実施形態と同じ数値を用いなくてもよく、このような事項に適合する他の値であってもよい。

次に、改質水の供給異常判定がなされる操作量検知タイミングについて説明する。

本実施形態の操作量検知タイミングは、図３に示すように、改質器１３への原料の供給中において、改質器１３に改質水の供給が開始された以降の所定の時点に設定されている。改質水が改質器１３に正常に供給された場合には、原料供給器１７の操作量は、改質器１３の内圧上昇に基づいて所定のスピードで上昇した後、原料供給器１７の操作量の変化が安定になるので、上述の操作量検知タイミングは、改質水供給正常時の原料供給器１７の操作量変化の安定化以降に設定される方が好ましい。これにより、改質水が改質器１３に正常に供給された場合とそうでない場合とを明確に区別できるので、判定ミス（誤検知）を無くすことができて好都合である。

また、上述の所定の時点は、改質水供給開始以降において、原料供給器１７から供給される原料の目標流量が一定（ここでは、１．５ＮＬＭ）に維持されている期間内に設定されることが好ましい。これにより、改質水の供給異常による操作量（絶対値）の変化を容易に把握できる。

なお、本実施形態では、図３に示すように、改質水の供給が異常に少ない場合の操作量検知タイミングと、改質水の供給が異常に多い場合の操作量検知タイミングとが同時刻に設定されているが、必ずしも両者が同時刻である必要はなく、水素生成装置の特性に適した任意の区間内において両者を適宜設定すればよい。

以上のとおり、本実施形態の水素生成装置５０Ａは、改質水流量計を用いる代わりに、原料流量測定用の流量測定器１８を用いて、改質器１３に原料を供給する原料供給器１７の操作量に基づいて、改質器１３への改質水の供給異常に対して適切な判定および対応を行えるように構成されている。

これにより、改質水用の特別な検知器を用いずに、改質水の供給異常に対して判定および対応を行えるので、水素生成装置５０Ａの信頼性向上よび耐久性向上を図れる。つまり、原料は、通常、ガス状のものを使用しており、原料の流量や流速も大きいので、上述の流量測定器１８に何等かの異物が付着する可能性は、改質水流量計に比べて低く、流量測定器１８の信頼性や耐久性は高い。

また、改質水用の特別な検知器を用いずに、改質水の供給異常に対して判定および対応を行えるので、水素生成装置５０Ａのコンパクト化および低コスト化も図れる。

更に、本実施形態の水素生成装置５０Ａにより生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料電池の発電用の燃料ガスに用いることができるので、以上に述べた水素生成装置５０Ａ（選択酸化器１５）の燃料ガス出口を適宜の配管（図示せず）を介して燃料電池のアノードに連通させると、信頼性および耐久性に優れた燃料電池システムを構築できる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の水素生成装置５０Ｂは、ハードウェア構成上、図１に示した水素生成装置５０Ａと同じであるので、本実施形態の水素生成装置５０Ｂの図示および構成の説明を省略する。

本実施形態の水素生成装置５０Ｂについては、制御器３０Ｂの記憶部に、実施の形態１の制御器３０Ａの記憶部に記憶された改質水の供給異常判定／対応プログラムとは異なるプログラムが記憶されている点で、実施の形態１（図１）の水素生成装置５０Ａと区別されるが、ハードウェア上、水素生成装置５０Ａをそのまま用いることができる。

図４は、改質器への改質水供給正常時の制御器による原料供給器の操作量の変化量を、改質器への改質水供給異常時（改質水流量：ゼロ）の制御器による原料供給器の操作量の変化量との比較において示した図である。

なお、原料流量（図４の○印）、改質水流量（図４の◆印）、改質水が改質器１３に正常に供給される場合の原料供給器１７の操作量（図４の■印）および改質水が改質器１３に全く供給されていない場合の原料供給器１７の操作量（図４の▲印）のそれぞれのプロファイルについては、実施の形態１（図３）で述べた内容と同じであるので、これらの詳細な説明を省略する。

実施の形態１では、制御器３０Ａは、改質器１３に供給する改質水の供給異常を原料供給器１７の操作量に基づいて判定しているが、本実施形態では、図４に示すように、制御器３０Ｂは、改質器１３に供給する改質水の供給異常を、原料供給器１７の操作量の変化量に基づいて判定している。

図４では、改質水の供給が正常な場合と異常に少ない場合（ここでは、改質水流量：ゼロ）の原料供給器１７の操作量（ここでは、電圧）のプロファイルが図示されている。

本実施形態では、図４に示すように、制御器３０Ｂは、改質水の供給開始時（第１操作量検知タイミング）での操作量Ｃを取得して、この操作量Ｃを記憶部に記憶する。また、制御器３０Ｂは、第２操作量検知タイミングでの操作量Ｄ（改質水供給が正常時）または操作量Ｅ（改質水供給が異常時）を取得して、これらの操作量も記憶部に記憶する。

なお、実施の形態１の操作量検知タイミングと同様、第１および第２操作量検知タイミングは、改質器１３への原料の供給中において、改質器１３に改質水の供給が開始された以降の所定の時点に設定されている。

また、改質水が改質器１３に正常に供給された場合には、原料供給器１７の操作量は、改質器１３の内圧上昇に基づいて所定のスピードで上昇した後、原料供給器１７の操作量の変化が安定になるので、上述の第２操作量検知タイミングは、改質水供給正常時の原料供給器１７の操作量変化の安定化以降に設定される方が好ましい。これにより、改質水が改質器１３に正常に供給された場合とそうでない場合とを明確に区別できるので、判定ミス（誤検知）を無くすことができて好都合である。

また、上述の第１および第２操作量検知タイミングは、図４に示すように、改質水供給開始以降において、原料供給器１７から供給される原料の目標流量が一定（ここでは、１．５ＮＬＭ）に維持されている期間内に設定されていることが好ましい。これにより、改質水の供給異常による操作量（変化量）の変化を容易に把握できる。

ここで、制御器３０Ｂは、改質水の供給開始以降の所定の期間（ここでは、第１操作量検知タイミングと第２操作量検知タイミングとの間の期間）における原料供給器１７の操作量の変化量を算出する。改質水の供給が正常な場合、上述の変化量は、操作量Ｄと操作量Ｃとの間の電圧の差分となる。また、改質水の供給が異常に少ない場合（ここでは、改質水流量がゼロの場合）、上述の変化量は、操作量Ｅと操作量Ｃとの間の電圧の差分となる。

以上に述べた如く、改質水の供給が正常な場合と異常に少ない場合とにおける原料供給器１７の操作量の変化量の差異に基づいて、制御器３０Ｂは、改質水の供給異常を判定できる。

特に、本実施形態では、原料供給器１７に対する外乱や原料供給器１７の能力の経時的変化（例えば、原料供給器１７の操作量Ｃの変動）が生じても、原料供給器１７の操作量の変化量を基準に取ると、このような外乱や変化を相殺できるので、改質水の供給異常判定を適切に行える。つまり、原料供給器１７に外乱があった場合や原料供給器１７の操作量が経時的に変化した場合でも、改質水供給開始以降の操作量の変化量を用いて操作量の適切な相対的比較を行うことができ、これにより、改質水の供給異常をより正確に判定できる。

本実施形態では、改質器１３に供給される改質水の供給が異常に少ない場合を考慮して、図４に示すように、原料供給器１７の操作量の変化量の閾値（第３閾値；後述）が設定されている。そして、制御器３０Ｂは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化量が第３閾値以下である場合に、改質水の供給異常（ここでは、改質水の供給不足）であると判定する。

逆に、制御器３０Ｂは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化量が第３閾値を越える場合に、改質水の供給異常でないと判定する。

実施の形態１と同様、本実施形態では、制御器３０Ｂが、改質水の供給に異常があると判定した場合、制御器３０Ｂは、改質水の供給異常処理動作がなされるよう、水素生成装置５０Ｂの動作を制御する。

例えば、制御器３０Ｂは、適宜の報知装置（例えば、運転状態表示装置やアラーム）を用いて改質水の供給が異常である旨をユーザに報知してもよい。これにより、ユーザが改質水の供給異常を素早く察知できるので、改質水の供給異常に対して迅速な復帰を図れる。また、制御器３０Ｂは、原料供給器１７を用いて改質器１３への原料供給を強制的に停止してもよい。これにより、改質水が供給不足である場合、改質触媒での余剰原料熱分解による炭素析出を適切に防止できる。

また、図４に示すように、上述の第３閾値として、改質水供給正常時に１．５ＮＬＭの原料を改質器１３に送る場合に想定される操作量の定常値（操作量Ｄ）に対して１０％減となる操作量と操作量Ｃとの間の電圧の差分（変化量）が用いられている。なお、このような異常判定の基準となる操作量の変化量（第３閾値）は、水素生成装置の構成、制御器の制御性、および、設計上の余裕度などによって異なるので、このような事項に適合する適宜の値を選択すればよい。

また、本実施形態では、改質器１３に供給される改質水の供給が異常に多い場合を考慮して、図４に示すように、原料供給器１７の操作量の変化量の閾値（第４閾値；後述）が設定されている。そして、制御器３０Ｂは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化量が第４閾値以上である場合に、改質水の供給異常（ここでは、改質水の供給過剰）であると判定する。

逆に、制御器３０Ｂは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化量が第４閾値未満である場合に、改質水の供給異常でないと判定する。

実施の形態１と同様、本実施形態では、制御器３０Ｂが、改質水の供給に異常があると判定した場合、制御器３０Ｂは、改質水の供給異常処理動作がなされるよう、水素生成装置５０Ｂの動作を制御する。例えば、制御器３０Ｂは、適宜の報知装置（例えば、運転状態表示装置やアラーム）を用いて改質水の供給が異常である旨をユーザに報知してもよい。これにより、ユーザが改質水の供給異常を素早く察知できるので、改質水の供給異常に対して迅速な復帰を図れる。

また、図４に示すように、上述の第４閾値として、改質水供給正常時に１．５ＮＬＭの原料を改質器１３に送る場合に想定される操作量の定常値（操作量Ｄ）に対して約１０％増となる操作量と操作量Ｃとの間の電圧の差分（変化量）が用いられている。なお、このような異常判定の基準となる操作量の変化量（第４閾値）は、水素生成装置の構成、制御器の制御性、および、設計上の余裕度などによって異なるので、このような事項に適合する適宜の値を選択すればよい。

本実施形態では、図４に示すように、改質水の供給が異常に少ない場合の第１および第２操作量検知タイミングと、改質水の供給が異常に多い場合の第１および第２操作量検知タイミングとが同時刻に設定されているが、必ずしも両者が同時刻である必要はなく、水素生成装置の特性に適した任意の区間内において両者を適宜設定すればよい。

以上のとおり、本実施形態の水素生成装置５０Ｂは、改質水流量計を用いる代わりに、原料流量測定用の流量測定器１８を用いて、改質器１３に原料を供給する原料供給器１７の操作量の変化量に基づいて、改質器１３への改質水の供給異常に対して適切な判定および対応を行えるように構成されている。

これにより、改質水用の特別な検知器を用いずに、改質水の供給異常に対して判定および対応を行えるので、水素生成装置５０Ｂの信頼性向上よび耐久性向上を図れる。つまり、原料は、通常、ガス状のものを使用しており、原料の流量や流速も大きいので、上述の流量測定器１８に何等かの異物が付着する可能性は、改質水流量計に比べて低く、流量測定器１８の信頼性や耐久性は高い。

また、改質水用の特別な検知器を用いずに、改質水の供給異常に対して判定および対応を行えるので、水素生成装置５０Ｂのコンパクト化および低コスト化も図れる。

更に、本実施形態の水素生成装置５０Ｂにより生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料電池の発電用の燃料ガスに用いることができるので、以上に述べた水素生成装置５０Ｂ（選択酸化器１５）の燃料ガス出口を適宜の配管（図示せず）を介して燃料電池のアノードに連通させると、信頼性および耐久性に優れた燃料電池システムを構築できる。

特に、本実施形態では、原料供給器１７に外乱があった場合や原料供給器１７の操作量が経時的に変化した場合でも、改質水供給開始以降の操作量の変化量を用いて操作量の適切な相対的比較を行うことができ、これにより、改質水の供給異常をより正確に判定できる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の水素生成装置５０Ｃは、ハードウェア構成上、図１に示した水素生成装置５０Ａと同じであるので、本実施形態の水素生成装置５０Ｃの図示および構成の説明を省略する。

本実施形態の水素生成装置５０Ｃについては、制御器３０Ｃの記憶部に、実施の形態１の制御器３０Ａの記憶部に記憶された改質水の供給異常判定／対応プログラムとは異なるプログラムが記憶されている点で、実施の形態１（図１）の水素生成装置５０Ａと区別されるが、ハードウェア上、水素生成装置５０Ａをそのまま用いることができる。

図５は、改質器への改質水供給正常時の制御器による原料供給器の操作量の変化率を、改質水供給異常時（改質水流量：ゼロ）の制御器による原料供給器の操作量の変化率との比較において示した図である。

なお、原料流量（図５の○印）、改質水流量（図５の◆印）、改質水が改質器１３に正常に供給される場合の原料供給器１７の操作量（図５の■印）および改質水が改質器１３に全く供給されていない場合の原料供給器１７の操作量（図５の▲印）のそれぞれのプロファイルについては、実施の形態１（図３）で述べた内容と同じであるので、これらの詳細な説明を省略する。

実施の形態１では、制御器３０Ａは、改質器１３に供給する改質水の供給異常を原料供給器１７の操作量に基づいて判定しているが、本実施形態では、図５に示すように、制御器３０Ｃは、改質器１３に供給する改質水の供給異常を、原料供給器１７の操作量の変化率（単位時間当たりの操作量の変化量）に基づいて判定している。

図５では、改質水の供給が正常な場合と異常に少ない場合（ここでは、改質水流量：ゼロ）の原料供給器１７の操作量（ここでは、電圧）のプロファイルが図示されている。

本実施形態では、図５に示すように、制御器３０Ｃは、改質水の供給開始時（第１操作量検知タイミング）での操作量Ｃを取得して、この操作量Ｃを記憶部に記憶する。また、制御器３０Ｃは、第２操作量検知タイミングでの操作量Ｄ（改質水供給が正常時）または操作量Ｅ（改質水供給が異常時）を取得して、これらの操作量も記憶部に記憶する。

また、上述の第１および第２操作量検知タイミングは、図５に示すように、改質水供給開始以降において、原料供給器１７から供給される原料の目標流量が一定（ここでは、１．５ＮＬＭ）に維持されている期間内に設定されていることが好ましい。これにより、改質水の供給異常による操作量（変化率）の変化を容易に把握できる。

ここで、制御器３０Ｃは、改質水の供給開始以降の所定の期間（ここでは、第１操作量検知タイミングと第２操作量検知タイミングとの間の期間）における原料供給器１７の操作量の変化率を算出する。改質水の供給が正常な場合、上述の変化率は、操作量Ｄと操作量Ｃとの間の電圧の差分を、第２操作量検知タイミングと第１操作量検知タイミングとの間の時間の差分で除した値となる。また、改質水の供給が異常に少ない場合（改質水流量がゼロの場合）、上述の変化率は、操作量Ｅと操作量Ｃとの間の電圧の差分を、第２操作量検知タイミングと第１操作量検知タイミングとの間の時間の差分で除した値となる。

以上に述べた如く、改質水の供給が正常な場合と異常に少ない場合とにおける原料供給器１７の操作量の変化率の差異に基づいて、制御器３０Ｃは、改質水の供給異常を判定できる。

特に、本実施形態では、原料供給器１７に対する外乱や原料供給器１７の能力の経時的変化（例えば、原料供給器１７の操作量Ｃの変動）が生じても、原料供給器１７の操作量の変化率を基準に取ると、このような外乱や変化を相殺できるので、改質水の供給異常判定を適切に行える。つまり、原料供給器１７に外乱があった場合や原料供給器１７の操作量が経時的に変化した場合でも、改質水供給開始以降の操作量の変化率を用いて操作量の適切な相対的比較を行うことができ、これにより、改質水の供給異常をより正確に判定できる。

本実施形態では、改質器１３に供給される改質水の供給が異常に少ない場合を考慮して、図５に示すように、原料供給器１７の操作量の変化率の閾値（第５閾値；後述）が設定されている。そして、制御器３０Ｃは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化率が第５閾値以下である場合に、改質水の供給異常（ここでは、改質水の供給不足）であると判定する。

逆に、制御器３０Ｃは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化率が第５閾値を越える場合に、改質水の供給異常でないと判定する。

実施の形態１と同様、本実施形態では、制御器３０Ｃが、改質水の供給に異常があると判定した場合、制御器３０Ｃは、改質水の供給異常処理動作がなされるよう、水素生成装置５０Ｃの動作を制御する。

例えば、制御器３０Ｃは、適宜の報知装置（例えば、運転状態表示装置やアラーム）を用いて改質水の供給が異常である旨をユーザに報知してもよい。これにより、ユーザが改質水の供給異常を素早く察知できるので、改質水の供給異常に対して迅速な復帰を図れる。また、制御器３０Ｃは、原料供給器１７を用いて改質器１３への原料供給を強制的に停止してもよい。これにより、改質水が供給不足である場合、改質触媒での余剰原料熱分解による炭素析出を適切に防止できる。

また、図５に示すように、上述の第５閾値として、改質水供給正常時に１．５ＮＬＭの原料を改質器１３に送る場合に想定される操作量の定常値（操作量Ｄ）に対して１０％減となる操作量と操作量Ｃとの間の電圧の差分（ΔＶ１）を、第２操作量検知タイミングと第１操作量検知タイミングとの間の時間の差分（Δｔ）で除した値（ΔＶ１／Δｔ）が用いられている。なお、このような異常判定の基準となる操作量の変化率（第５閾値）は、水素生成装置の構成、制御器の制御性、および、設計上の余裕度などによって異なるので、このような事項に適合する適宜の値を選択すればよい。

また、本実施形態では、改質器１３に供給される改質水の供給が異常に多い場合を考慮して、図５に示すように、原料供給器１７の操作量の変化率の閾値（第６閾値；後述）が設定されている。そして、制御器３０Ｃは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化率が第６閾値以上である場合に、改質水の供給異常（ここでは、改質水の供給過剰）であると判定する。

逆に、制御器３０Ｃは、上述の所定の期間において、当該操作量の変化率が第６閾値未満である場合に、改質水の供給異常でないと判定する。

例えば、制御器３０Ｃは、適宜の報知装置（例えば、運転状態表示装置やアラーム）を用いて改質水の供給が異常である旨をユーザに報知してもよい。これにより、ユーザが改質水の供給異常を素早く察知できるので、改質水の供給異常に対して迅速な復帰を図れる。

また、図５に示すように、上述の第６閾値として、改質水供給正常時に１．５ＮＬＭの原料を改質器１３に送る場合に想定される操作量の定常値（操作量Ｄ）に対して約１０％増となる操作量と操作量Ｃとの間の電圧の差分（ΔＶ２）を、第２操作量検知タイミングと第１操作量検知タイミングとの間の時間の差分（Δｔ）で除した値（ΔＶ２／Δｔ）が用いられている。なお、このような異常判定の基準となる操作量の変化率（第６閾値）は、水素生成装置の構成、制御器の制御性、および、設計上の余裕度などによって異なるので、このような事項に適合する適宜の値を選択すればよい。

また、本実施形態では、図５に示すように、改質水の供給が異常に少ない場合の第１および第２操作量検知タイミングと、改質水の供給が異常に多い場合の第１および第２操作量検知タイミングとが同時刻に設定されているが、必ずしも両者が同時刻である必要はなく、水素生成装置の特性に適した任意の区間内において両者を適宜設定すればよい。

以上のとおり、本実施形態の水素生成装置５０Ｃは、改質水流量計を用いる代わりに、原料流量測定用の流量測定器１８を用いて、改質器１３に原料を供給する原料供給器１７の操作量の変化率に基づいて改質器１３への改質水の供給異常に対して適切な判定および対応を行えるように構成されている。

これにより、改質水用の特別な検知器を用いずに、改質水の供給異常に対して判定および対応を行えるので、水素生成装置５０Ｃの信頼性向上よび耐久性向上を図れる。つまり、原料は、通常、ガス状のものを使用しており、原料の流量や流速も大きいので、上述の流量測定器１８に何等かの異物が付着する可能性は、改質水流量計に比べて低く、流量測定器１８の信頼性や耐久性は高い。

また、改質水用の特別な検知器を用いずに、改質水の供給異常に対して判定および対応を行えるので、水素生成装置５０Ｃのコンパクト化および低コスト化も図れる。

更に、本実施形態の水素生成装置５０Ｃにより生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料電池の発電用の燃料ガスに用いることができるので、以上に述べた水素生成装置５０Ｃ（選択酸化器１５）の燃料ガス出口を適宜の配管（図示せず）を介して燃料電池のアノードに連通させると、信頼性および耐久性に優れた燃料電池システムを構築できる。

特に、本実施形態では、原料供給器１７に外乱があった場合や原料供給器１７の操作量が経時的に変化した場合でも、改質水供給開始以降の操作量の変化率を用いて操作量の適切な相対的比較を行うことができ、これにより、改質水の供給異常をより正確に判定できる。
（変形例）
実施の形態１の操作量検知タイミング、実施の形態２の第２操作量検知タイミング、および、実施の形態３の第２操作量検知タイミングは、上述のとおり、改質器１３への原料の供給中において、改質水供給正常時の原料供給器１７の操作量変化の安定化以降に設定されている。また、これらの操作量検知タイミングは、改質水供給開始以降において、原料供給器１７から供給される原料の目標流量が一定に維持されている期間内に設定されている。

本変形例の水素生成装置では、これらの操作量検知タイミングの終了時期が、改質器１３の温度を検知する温度検知器２１（図１参照）の検知温度が所定の温度（第７閾値；後述）となる迄に設定されている。つまり、本変形例では、制御器は、温度検知器２１の検知温度が第７閾値以下である場合の原料供給器１７の操作量を用いて、改質水の供給異常判定、および、改質水の供給異常報知などを実行している。

そして、上述の第７閾値とは、改質器１３の内部が高温となり、改質器１３内の改質触媒において原料の熱分解による炭素析出が起こる下限温度を指すものとする。

これにより、改質器１３内の改質触媒での炭素析出が起こる前に、改質水の供給異常に対する判定および対応を行えるので、改質器１３の改質触媒の劣化の進行を適切に防止できる。

また、改質器１３の昇温動作期間であれば、通常、原料供給器１７から供給される原料の目標流量を一定に維持しているので、上述の操作量検知タイミングの設定内容との間で整合性を取り易く好都合である。

本発明の水素生成装置は、改質器に供給される水分子と原料（炭素原子数）との比のずれに起因する不都合を適切に防止できる。よって、本発明は、燃料電池システム用の水素生成装置として利用できる。

本発明の実施の形態１の水素生成装置の構成例を示したブロック図である。実施の形態１の水素生成装置の制御の概念図である。改質器への改質水供給正常時の制御器による原料供給器の操作量を、改質器への改質水供給異常時（改質水流量：ゼロ）の制御器による原料供給器の操作量との比較において示した図である。改質器への改質水供給正常時の制御器による原料供給器の操作量の変化量を、改質器への改質水供給異常時（改質水流量：ゼロ）の制御器による原料供給器の操作量の変化量との比較において示した図である。改質器への改質水供給正常時の制御器による原料供給器の操作量の変化率を、改質水供給異常時（改質水流量：ゼロ）の制御器による原料供給器の操作量の変化率との比較において示した図である。従来の水素生成装置の構成例を示した図である。

符号の説明

１３改質器
１４変成器
１５選択酸化器
１６バーナ
１７原料供給器
１８流量測定器
１９水供給器
２０水流量調整器
２１温度検知器
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ制御器
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ水素生成装置

Claims

原料と水を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記原料を前記改質器に供給する原料供給器と、
前記改質器に供給される原料の流量を測定する流量測定器と、
前記水を前記改質器に供給する水供給器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記流量測定器の検出値に基づいて前記原料供給器の操作量をフィードバック制御するとともに、前記原料の前記改質器への供給中において、前記改質器に前記水の供給が開始された以降の前記原料供給器の操作量に基づいて、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行う、水素生成装置。
前記制御器は、前記水の供給開始以降の所定の時点における前記原料供給器の操作量が、第１閾値以下である場合、または、前記水の供給開始以降の所定の時点における前記原料供給器の操作量が、第２閾値以上である場合、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行う、請求項１記載の水素生成装置。
前記制御器は、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化量が、第３閾値以上である場合、または、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化量が、第４閾値以下である場合、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行う、請求項１記載の水素生成装置。
前記制御器は、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化率が、第５閾値以上である場合、または、前記水の供給開始以降の所定の期間における前記原料供給器の操作量の変化率が、第６閾値以下である場合、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行う、請求項１記載の水素生成装置。
前記制御器は、前記流量測定器の検出値が、前記水の流量との関係において所定の目標値になるように前記原料供給器の操作量をフィードバック制御している、請求項１乃至４記載の何れかに記載の水素生成装置。
前記改質器の温度を検知する温度検知器を備え、
前記制御器は、前記温度検知器の検知温度が第７閾値以下である場合の前記原料供給器の操作量を用いて、前記水の供給異常報知、または、前記原料の前記改質器への供給停止を行う、請求項１乃至４の何れかに記載の水素生成装置。
前記所定の時点または前記所定の期間は、前記水の供給開始以降において前記原料供給器から供給される原料の目標流量が一定に維持されている期間内に設定されている、請求項１乃至６の何れかに記載の水素生成装置。
請求項１乃至７の何れかに記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置から供給される前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
を備える燃料電池システム。