JP2013163641A - 水素生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水素透過膜が劣化した場合であっても、再生処理することにより、延命することができ、再生処理をしながら、要求水素ガス生成量を維持することができる水素生成装置を提供することができる。
【解決手段】水素生成装置は、複数の水素ガス分離ユニットと、各水素ガス分離ユニットごとの作動状態を検出する状態検出手段と、状態検出手段で検出された検出結果のうち少なくとも一つの検出結果に基づいて、各水素ガス分離ユニットごとの劣化状態を判定する劣化判定手段と、劣化判定手段によって判定した劣化状態に基づいて、各水素ガス分離ユニットごとの再生を行う再生処理手段と、要求水素ガス生成量を満たすように、各水素ガス分離ユニットを独立して作動させる作動制御手段とを備える。
【選択図】図８
【解決手段】水素生成装置は、複数の水素ガス分離ユニットと、各水素ガス分離ユニットごとの作動状態を検出する状態検出手段と、状態検出手段で検出された検出結果のうち少なくとも一つの検出結果に基づいて、各水素ガス分離ユニットごとの劣化状態を判定する劣化判定手段と、劣化判定手段によって判定した劣化状態に基づいて、各水素ガス分離ユニットごとの再生を行う再生処理手段と、要求水素ガス生成量を満たすように、各水素ガス分離ユニットを独立して作動させる作動制御手段とを備える。
【選択図】図８
Description
本発明は、燃料ガスから水素ガスを分離抽出する水素透過膜を有する複数の水素ガス分離ユニットを備えた水素生成装置に関し、より詳しくは車載用として好適に用いることができる水素生成装置に関する。
従来、水素透過膜は、水素ガスのみを選択的に取り出す際に使用されている。水素分離膜としては、水素の吸着、解離、拡散、結合能力を有するものが求められる。
代表的な水素透過膜はＰｄ系合金膜からなるものである。Ｐｄは、高価な貴金属であるため、それに代わるものとして他の金属、例えばＶ系やＮｂ系の水素透過膜の研究も盛んに行われている。
代表的な水素透過膜はＰｄ系合金膜からなるものである。Ｐｄは、高価な貴金属であるため、それに代わるものとして他の金属、例えばＶ系やＮｂ系の水素透過膜の研究も盛んに行われている。
その他に、分子篩機能を利用した水素分離体の開発も行われている。この水素分離体は、ゼオライトをはじめとし、シリカ等の材料で細孔径を制御し、水素ガスを選択的に透過させようというものである。
ところで、近年、地球環境問題への関心の高まりから燃料電池の利用が検討されているが、燃料電池に水素を供給する際、液体燃料を改質し、得られた改質ガスから水素ガスのみを選択的に得るために、水素透過膜を備えた水素分離体が必要となる。
また、燃料電池に限らず、水素を必要とする部位に水素を供給するために、各種の水素分離体の開発が求められている。
また、燃料電池に限らず、水素を必要とする部位に水素を供給するために、各種の水素分離体の開発が求められている。
燃料電池は、水素ガスを燃料とし、また、酸素あるいは酸素を含む空気を酸化剤として電気化学的反応で発電するものである。燃料電池の車両等への用途を考えた場合、燃料電池システム全体の容積ができる限り小さいことが重要である。
従って、燃料源は水素ガスよりも液体であることが望ましく、液体燃料から水素ガスを取り出すことができる水素生成装置が必要になる。
従って、燃料源は水素ガスよりも液体であることが望ましく、液体燃料から水素ガスを取り出すことができる水素生成装置が必要になる。
また、自動車の内燃機関において、水素ガスをエンジンや排気ガス処理に使用することで、燃費や排気を向上させる方法が考えられている。いずれにしても車両への適用を考えた場合、システム全体の容積ができる限り小さいことが望まれる。
液体燃料から高濃度の水素ガスを得るためには、改質部、シフト反応部、ＣＯ除去部等からなる改質システムが必要になるが、当該システムは複雑であり、小型化するのも容易ではない。
一方、水素透過膜を利用すると、シフト反応部、ＣＯ除去部が不要となり、小型化が可能であると共に、改質反応場から水素ガスを引き抜くことにより、水素生成反応の平衡を生成側にシフトさせて水素生成量を平衡反応に比べて大幅に増やすことができる。
さらに、反応温度を低下させることや、生成物の選択性を換えることも期待される。
一方、水素透過膜を利用すると、シフト反応部、ＣＯ除去部が不要となり、小型化が可能であると共に、改質反応場から水素ガスを引き抜くことにより、水素生成反応の平衡を生成側にシフトさせて水素生成量を平衡反応に比べて大幅に増やすことができる。
さらに、反応温度を低下させることや、生成物の選択性を換えることも期待される。
上記のような水素透過膜を使用した場合、ガス中に水素（Ｈ２）と共に、一酸化炭素（ＣＯ）が共存すると、水素透過膜を透過する水素の量が低減し、ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を除去しても、水素透過膜を透過する水素の量が元に戻らないことが指摘されている（非特許文献１）。これは、水素透過膜（例えばＰｄ系合金膜）が、被毒され、又は、劣化したためであると推測されている。
「キャタリシス トゥディ（ Catalysis Today ）」，（オランダ 国），エルセビア（ ELSEVIER ）社，２００６年，第１１８巻，ｐ．６３−７２
しかし、燃料から水素ガスを分離抽出する場合、燃料ガス中には、水素（Ｈ２）以外に、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、未改質燃料（ＨＣ）等の成分が存在し、これらのＣＯ等を燃料ガス中から除去することは困難である。これらの共存ガス（ＣＯ等）の存在により、水素透過膜が被毒、劣化され、要求される水素ガス生成量が得られなくという問題がある。
そこで本発明は、水素透過膜が劣化した場合であっても、再生処理することにより、延命することができ、他の部分の分離ユニットを動作させつつ、劣化した分離ユニットの再生処理をすることができ、再生処理をしながら、要求水素ガス生成量を維持することができる水素生成装置を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、水素透過膜を有する複数の水素ガス分離ユニットを備えた水素生成装置に、劣化状態を判定する手段と、所定の再生処理する手段と、所定の作動制御手段とを設けたことによって、上記目的を達成し得ることを見出した。
即ち、本発明の水素生成装置は、水素透過膜を有する水素分離体を設けた複数の水素ガス分離ユニットと、上記各水素ガス分離ユニットごとの作動状態を検出する状態検出手段と、上記状態検出手段で検出された検出結果のうち少なくとも一つの検出結果に基づいて、上記各水素ガス分離ユニットごとの劣化状態を判定する劣化判定手段と、上記劣化判定手段によって判定した劣化状態に基づいて、上記各水素ガス分離ユニットごとの再生を行う再生処理手段と、上記各水素ガス分離ユニットを独立して作動させる作動制御手段と、を備えたものである。そして、再生処理手段は、複数の水素ガス分離ユニットのうち一部の水素ガス分離ユニットの再生処理を行う。また、作動制御手段は、一部の水素ガス分離ユニットの再生処理時において、要求水素ガス生成量を満たすように、再生処理されていない他の水素ガス分離ユニットに供給する燃料ガスを増量して、上記水素ガス分離ユニットを作動させる。
本発明によれば、水素透過膜が劣化した場合であっても、再生処理することにより、延命することができ、他の部分の分離ユニットを動作させつつ、劣化した分離ユニットの再生処理をすることができ、再生処理をしながら、要求水素ガス生成量を維持することができる水素生成装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照にして説明する。図１は、第一の参考形態に係る水素生成装置の概略構成を示す説明図である。
図１に示すように、第一の参考形態に係る水素生成装置Ａは、内燃機関、排気装置、燃料電池等のパワーソースに対して、これに必要な水素ガスを水素ガス分離ユニットＢ（以下、「分離ユニットＢ」と略記する。）で生成して送給するものである。
水素生成装置Ａの水素ガス分離ユニットＢの入口側には、燃料ガス等の水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系１と、分離ユニットＢに再生ガスを供給する再生ガス供給系２と、これらのガスの流通を切り換える切換弁Ｖ１と、切り換えられたガスを供給するガス導入パイプ３とを備えている。
水素生成装置Ａの水素ガス分離ユニットＢの入口側には、燃料ガス等の水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系１と、分離ユニットＢに再生ガスを供給する再生ガス供給系２と、これらのガスの流通を切り換える切換弁Ｖ１と、切り換えられたガスを供給するガス導入パイプ３とを備えている。
また、分離ユニットＢの出口側には、分離ユニットＢで生成された水素ガスや、分離ユニットＢを流通させた再生ガスを導出するガス導出パイプ４と、分離ユニットＢから導出されたガスの種類によって導出通路を切り換える切換弁Ｖ２と、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスをパワーソースＰ等に導出する水素ガス導出系５と、水素ガス以外のガス、例えば再生ガスや改質ガス等を導出するガス導出系６とを備えている。
本例の水素生成装置Ａは、水素ガス導出系５から分岐して、生成された高純度の水素ガスを分離ユニットＢに供給することの可能な循環系７と、この循環系７から再生ガス供給系３を通じて、分離ユニットＢに高純度の水素ガスを供給させる切換弁Ｖ３とを備えている。
この切換弁Ｖ３を切り換えることにより、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを再生ガスとして分離ユニットＢに供給し、又は、再生ガスと共に水素ガスを分離ユニットＢに供給可能な構成となっている。
この切換弁Ｖ３を切り換えることにより、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを再生ガスとして分離ユニットＢに供給し、又は、再生ガスと共に水素ガスを分離ユニットＢに供給可能な構成となっている。
本例の水素生成装置Ａは、分離ユニットＢの作動状態を検出する手段として、状態検出装置Ｃ、分離ユニットの劣化の状態を判定する劣化判定手段である劣化判定装置Ｄ、分離ユニットの再生を行う再生処理手段である、再生処理装置Ｅを備えている。
水素生成装置Ａの稼働中において、分離ユニットＢの作動状態は、状態検出装置Ｃで検出する。
状態検出装置Ｃで検出される「作動状態」とは、作動履歴、水素ガス量、水素透過係数等が含まれる。「作動状態」には、水素透過膜を透過する前の水素含有ガスの圧力や、水素透過膜を透過した後の水素ガスの圧力等が含まれていてもよい。
これらの作動状態の情報は、作動履歴として記憶部（図示略）に記憶されると共に、状態検出装置Ｃから劣化判定装置Ｄに送出される。
「作動履歴」とは、例えば温度、作動時間、分離ユニットＢで処理したガス量（累積水素ガス量）等である。ここで、温度とは、水素分離体の温度等を含む。
状態検出装置Ｃで検出される「作動状態」とは、作動履歴、水素ガス量、水素透過係数等が含まれる。「作動状態」には、水素透過膜を透過する前の水素含有ガスの圧力や、水素透過膜を透過した後の水素ガスの圧力等が含まれていてもよい。
これらの作動状態の情報は、作動履歴として記憶部（図示略）に記憶されると共に、状態検出装置Ｃから劣化判定装置Ｄに送出される。
「作動履歴」とは、例えば温度、作動時間、分離ユニットＢで処理したガス量（累積水素ガス量）等である。ここで、温度とは、水素分離体の温度等を含む。
状態検出装置Ｃは、ＣＰＵとインターフェース回路を有する本体（図示略）と、この入力側に接続された分離ユニットＢの作動状態を検出する複数種類のセンサ（図示略）とを含んで構成されている。
分離ユニットＢの作動状態を検出するセンサとしては、例えば温度センサ、流量センサ、タイマー、圧力センサ、ガス中の未改質の燃料濃度を検出する濃度センサ等が挙げられる。
分離ユニットＢの作動状態を検出するセンサとしては、例えば温度センサ、流量センサ、タイマー、圧力センサ、ガス中の未改質の燃料濃度を検出する濃度センサ等が挙げられる。
劣化判定装置Ｄは、状態検出装置Ｃで検出された分離ユニットＢの作動状態に基づいて、分離ユニットＢの劣化の状態を判定する。
分離ユニットＢが劣化する原因としては、さまざまな原因が考えられるが、原因の一つとしては、水素含有ガス中に含まれている一酸化炭素（ＣＯ）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、燃料（ＨＣ）の水素透過膜への吸着、被毒等が考えられる。
また、水素透過膜としてＰｄ系合金膜を使用した場合は、Ｐｄ表面の酸化によって、水素の透過量が減少することも劣化の原因と考えられる。
本例の水素生成装置Ａにおいて、劣化状態の判定については後で詳細に説明するが、例えば水素透過量（水素ガス量）が減少した場合は、劣化と判定することができる。この判定結果が、再生処理装置Ｅに送出される。
分離ユニットＢが劣化する原因としては、さまざまな原因が考えられるが、原因の一つとしては、水素含有ガス中に含まれている一酸化炭素（ＣＯ）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、燃料（ＨＣ）の水素透過膜への吸着、被毒等が考えられる。
また、水素透過膜としてＰｄ系合金膜を使用した場合は、Ｐｄ表面の酸化によって、水素の透過量が減少することも劣化の原因と考えられる。
本例の水素生成装置Ａにおいて、劣化状態の判定については後で詳細に説明するが、例えば水素透過量（水素ガス量）が減少した場合は、劣化と判定することができる。この判定結果が、再生処理装置Ｅに送出される。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された劣化状態に基づいて、分離ユニットＢに再生ガスを送給し、分離ユニットＢにおいて、水素透過膜の酸化処理又は酸化還元処理を行う。
酸化処理は、酸素含有ガスを分離ユニットＢに供給することによって行う。
酸化還元処理は、酸素含有ガスを分離ユニットＢに供給した後、水素含有ガスを分離ユニットＢに供給することによって行う。
酸化含有ガスとしては、空気等を使用することができる。
酸化処理は、酸素含有ガスを分離ユニットＢに供給することによって行う。
酸化還元処理は、酸素含有ガスを分離ユニットＢに供給した後、水素含有ガスを分離ユニットＢに供給することによって行う。
酸化含有ガスとしては、空気等を使用することができる。
酸化処理時間、即ち再生ガスの供給時間は、０．５〜数分間程度である。酸化処理時間が長いと、水素透過膜に損傷を与える可能性もあるため、再生ガスの供給時間はできるだけ短い時間で行うことが好ましい。
また、酸化処理温度は、分離ユニットＢに設けられた水素透過膜の種類によって異なるが、水素透過膜の耐熱温度を超えない温度で酸化処理を行うことが好ましい。
水素透過膜のうち、Ｐｄ系合金膜の耐熱温度は、４００〜６００℃程度である。
また、酸化処理温度は、分離ユニットＢに設けられた水素透過膜の種類によって異なるが、水素透過膜の耐熱温度を超えない温度で酸化処理を行うことが好ましい。
水素透過膜のうち、Ｐｄ系合金膜の耐熱温度は、４００〜６００℃程度である。
再生処理により、分離ユニットＢは再生される。
例えば水素透過膜がＰｄ系合金膜である場合は、Ｐｄ表面に吸着したＣＯ等によって、Ｐｄ表面に酸化物（ＰｄＯ）が形成されて、劣化する。劣化した水素透過膜に空気等の酸素含有ガスを供給し、再生（酸化）処理することにより、Ｐｄ表面のＰｄＯがＰｄＯ２まで酸化される。さらにこのＰｄＯ２が水素によってＰｄに還元されることにより、水素透過膜が再生すると推測される。
例えば水素透過膜がＰｄ系合金膜である場合は、Ｐｄ表面に吸着したＣＯ等によって、Ｐｄ表面に酸化物（ＰｄＯ）が形成されて、劣化する。劣化した水素透過膜に空気等の酸素含有ガスを供給し、再生（酸化）処理することにより、Ｐｄ表面のＰｄＯがＰｄＯ２まで酸化される。さらにこのＰｄＯ２が水素によってＰｄに還元されることにより、水素透過膜が再生すると推測される。
酸化処理後は、分離ユニットＢに水素含有ガスに供給され、還元処理が行われることが望ましい。
還元処理は、酸化後の分離ユニットＢに水素含有ガス、又は、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを再び分離ユニットＢに送給することによって行うことができる。
還元処理時間も、可能な限り短時間で行うことが好ましい。
また、還元処理温度は、例えば水素透過膜がＰｄ系合金膜である場合は、３００〜６００℃程度である。
なお、一度の酸化処理で水素透過性能の再生が難しい場合は、複数回再生処理を繰り返すことが好ましい。
還元処理は、酸化後の分離ユニットＢに水素含有ガス、又は、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを再び分離ユニットＢに送給することによって行うことができる。
還元処理時間も、可能な限り短時間で行うことが好ましい。
また、還元処理温度は、例えば水素透過膜がＰｄ系合金膜である場合は、３００〜６００℃程度である。
なお、一度の酸化処理で水素透過性能の再生が難しい場合は、複数回再生処理を繰り返すことが好ましい。
次に、図１を参照にして、本例の水素生成装置の再生処理順序について説明する。図２は、第一参考形態の水素生成装置の再生処理順序を示すフローチャートである。
ステップＳ１：劣化判定装置Ｄは、状態検出装置Ｃで検知された作動履歴（水素分離体の温度、作動時間、累積水素ガス量）、水素ガス量、水素透過係数の検出結果のうち、少なくとも一つの検出結果に基づいて、分離ユニットＢの劣化状態を判定する。本例の処理手順において、具体的には、水素分離体（水素透過膜）の劣化を判定し、再生処理を行う。
［水素分離体の劣化判定基準］
（１）劣化判定装置Ｄは、作動履歴により、５００℃以上で、１００時間以上、分離ユニットＢが連続作動している場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する。
（２）劣化判定装置Ｄは、水素透過膜を透過した水素ガス量が、基準となる水素ガス量よりも３割以上低下した場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する（水素ガス量の低下率が３割以上）。
（３）劣化判定装置Ｄは、水素透過係数が、基準となる水素透過係数よりも３割以上低下した場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する（水素透過係数の低下率が３割以上）。
（１）劣化判定装置Ｄは、作動履歴により、５００℃以上で、１００時間以上、分離ユニットＢが連続作動している場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する。
（２）劣化判定装置Ｄは、水素透過膜を透過した水素ガス量が、基準となる水素ガス量よりも３割以上低下した場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する（水素ガス量の低下率が３割以上）。
（３）劣化判定装置Ｄは、水素透過係数が、基準となる水素透過係数よりも３割以上低下した場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する（水素透過係数の低下率が３割以上）。
なお、劣化の判定は、作動履歴、水素ガス量、水素透過係数を個別に判断するのみならず、これらの検出結果を任意に組み合わせて判断してもよい。
また、劣化判定基準は、上記（１）〜（３）に示す例に限らず、適宜設定できる。例えば水素透過係数が、基準となる水素透過係数よりも１割以上低下した場合は、分離ユニットＢ（水素分離体）が劣化していると判定してもよい。
また、劣化判定基準は、上記（１）〜（３）に示す例に限らず、適宜設定できる。例えば水素透過係数が、基準となる水素透過係数よりも１割以上低下した場合は、分離ユニットＢ（水素分離体）が劣化していると判定してもよい。
ステップＳ２：再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢへの水素含有ガスの供給を停止する。具体的には、再生処理装置Ｅから切換駆動信号を切換弁Ｖ１に送出し、水素含有ガス供給系１からの供給を停止するように切換弁Ｖ１を閉駆動する。
ステップＳ３：次に、再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢに再生ガスを供給する。具体的には、再生処理装置Ｅから切換駆動信号を切換弁Ｖ１に送出し、再生ガス供給系２から再生ガス（例えば空気、水素ガス）が分離ユニットＢに供給されるように、切換弁Ｖ１を切換駆動する。
なお、酸化処理装置Ｅは、例えば酸化処理を行う場合は空気、還元処理を行う場合は水素ガス、酸化還元処理を行う場合は、まずは酸化処理を行うために空気を供給し、その後還元処理を行うために水素ガスを分離ユニットＢに供給する。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁Ｖ１〜Ｖ３に送出し、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを循環系７を通じて再び分離ユニットＢに供給するように、Ｖ１〜Ｖ３を開駆動する。
なお、酸化処理装置Ｅは、例えば酸化処理を行う場合は空気、還元処理を行う場合は水素ガス、酸化還元処理を行う場合は、まずは酸化処理を行うために空気を供給し、その後還元処理を行うために水素ガスを分離ユニットＢに供給する。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁Ｖ１〜Ｖ３に送出し、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを循環系７を通じて再び分離ユニットＢに供給するように、Ｖ１〜Ｖ３を開駆動する。
ステップＳ４：再生処理装置Ｅは、所定時間、分離ユニットＢに再生ガスを供給し、再生処理（酸化処理又は酸化還元処理）を行う。
ステップＳ５：再生処理後、再生処理装置Ｅは、再生ガスの供給を停止する。具体的には、再生処理装置Ｅから開閉駆動信号を切換弁Ｖ１に送出し、再生ガス供給系２から再生ガスの供給を停止するように、切換弁Ｖ１を閉駆動する。
ステップＳ６：再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢに、再び水素含有ガスを分離ユニットＢに供給して、分離ユニットＢを作動させ、水素ガスを生成させる。
具体的には、再生処理装置Ｅから切換駆動信号を切換弁Ｖ１に送出し、水素含有ガス供給系１から水素含有ガスを分離ユニットＢに供給するように、切換弁Ｖ１を開駆動する。
具体的には、再生処理装置Ｅから切換駆動信号を切換弁Ｖ１に送出し、水素含有ガス供給系１から水素含有ガスを分離ユニットＢに供給するように、切換弁Ｖ１を開駆動する。
ステップＳ７：状態検出装置Ｃは、分離ユニットＢで生成された水素ガス量を検出し、この検出結果を劣化判定装置Ｄに送出する。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、水素透過膜が回復していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ２〜Ｓ７の再生処理を繰り返す。
ステップＳ８：分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復している場合は、再生処理が終了したと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、再生処理が終了した分離ユニットＢへ水素含有ガスの供給を続け、分離ユニットＢの作動を継続する。
ステップＳ９：ステップＳ２〜Ｓ７の再生処理を３回繰り返しても、分離ユニットＢで生成される水素ガス量が基準値まで回復しない場合、即ち分離ユニットＢが再生しない場合は、劣化判定装置Ｄは、分離ユニットＢが再生不能であると判定し、この劣化状態を再生処理装置Ｅに送出する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された結果に基づいて、分離ユニットＢへの水素含有ガスの供給を停止する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された結果に基づいて、分離ユニットＢへの水素含有ガスの供給を停止する。
図１の水素生成装置Ａについて、図２の再生処理手順に従って、図１の水素生成装置Ａの再生処理を行った。その結果を図３のグラフに示す。
分離ユニットＢには、厚さ１５μｍのＰｄ−Ａｇ合金から成る水素透過膜を有する水素分離体を設けた。
この分離ユニットＢの温度を５００℃に設定し、燃料を改質して得られた水素含有ガスを供給した。
本例において、分離ユニットＢには、水素含有ガスとして、燃料を改質して得たガスを供給した。この水素含有ガス中には、水素（Ｈ２）の他に、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、未改質の燃料（ＨＣ）等を含む。
分離ユニットＢには、厚さ１５μｍのＰｄ−Ａｇ合金から成る水素透過膜を有する水素分離体を設けた。
この分離ユニットＢの温度を５００℃に設定し、燃料を改質して得られた水素含有ガスを供給した。
本例において、分離ユニットＢには、水素含有ガスとして、燃料を改質して得たガスを供給した。この水素含有ガス中には、水素（Ｈ２）の他に、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、未改質の燃料（ＨＣ）等を含む。
図３に示すように、状態検出装置Ｃで、水素含有ガスを供給した分離ユニットＢの作動状態を検出すると、分離ユニットＢの作動初期には、安定した水素透過係数が得られるが、時間の経過と共に、水素透過係数の低下が認められる。
水素透過係数が基準値から１割低下した時点で、図２の再生処理手順に従って、空気を分離ユニットＢに供給し、５００℃で２分間の酸化処理を行った。その結果、水素透過係数は、初期の基準値まで回復した。
その後、再び時間の経過と共に、水素透過係数の低下が認められたため、水素透過係数が基準値から３割低下した時点で、再び空気を分離ユニットＢに供給し、５００℃で３分間の酸化処理を行った。その結果、水素透過係数は、初期の基準値まで回復した。
水素透過係数が基準値から１割低下した時点で、図２の再生処理手順に従って、空気を分離ユニットＢに供給し、５００℃で２分間の酸化処理を行った。その結果、水素透過係数は、初期の基準値まで回復した。
その後、再び時間の経過と共に、水素透過係数の低下が認められたため、水素透過係数が基準値から３割低下した時点で、再び空気を分離ユニットＢに供給し、５００℃で３分間の酸化処理を行った。その結果、水素透過係数は、初期の基準値まで回復した。
次に、分離ユニットＢについて説明する。
図４は、水素生成装置Ａに用いる分離ユニットＢの好ましい一参考形態を示し、分離ユニットＢの内部構成を概略的に示す断面図である。
図４は、水素生成装置Ａに用いる分離ユニットＢの好ましい一参考形態を示し、分離ユニットＢの内部構成を概略的に示す断面図である。
図４に示すように、分離ユニットＢは、ユニットの中心軸線Ｏ１を挟んで、その上下両側に、中心軸性Ｏ１側から加熱部１１と、改質触媒１２と、改質ガス通路α１と、改質ガスから水素ガスを分離抽出する水素分離体１０と、水素ガスが流通する透過部α２とが配設されている。
なお、図４には、改質部、透過部を設けた分離ユニットＢの構成を示したが、本例に限らず、分離ユニットＢは、少なくとも水素透過膜を有する水素分離体を設けたものであればよい。
なお、図４には、改質部、透過部を設けた分離ユニットＢの構成を示したが、本例に限らず、分離ユニットＢは、少なくとも水素透過膜を有する水素分離体を設けたものであればよい。
改質部は、加熱部１１と、改質触媒１２と、改質ガス通路α１とから構成されている。
改質触媒１２は、導入された燃料ガス（水素含有ガス）を改質するものであり、改質に必要な熱量が加熱部１１から伝達される。
なお、改質に必要な熱量は、改質ガス通路α１を流通するガスから伝達されるようにしてもよい。また、図示を省略したが加熱触媒を設けて、加熱触媒の反応熱を改質触媒に伝達するようにしてもよい。
改質触媒１２は、導入された燃料ガス（水素含有ガス）を改質するものであり、改質に必要な熱量が加熱部１１から伝達される。
なお、改質に必要な熱量は、改質ガス通路α１を流通するガスから伝達されるようにしてもよい。また、図示を省略したが加熱触媒を設けて、加熱触媒の反応熱を改質触媒に伝達するようにしてもよい。
水素分離体１０は、改質ガス通路α１を流通するガスに含まれる水素ガスを分離抽出する水素透過膜１０ａを有するものであり、これにより分離された水素ガスは、透過部α２を通じて、外部に導出された後、パワーソースＰ等に送給される。
水素分離体１０は、水素透過膜１０ａと支持体１０ｂとを各種の方法で一体化したものであり、貴金属系の水素透過膜を用いたもの、セラミック系の分子篩タイプのもの、膜の厚みの異なるもの等を適宜採用することができる。水素分離体１０は、パワーソースＰの種類や、その運転条件で要求される水素純度や水素ガス量等により、当該使用に応じたものを適宜選択して採用すればよい。
図４に示すように、分離ユニットＢとして、改質部、水素分離体１０、透過部α２のような構成を備えている分離ユニットＢを用いた場合は、状態検出装置Ｃは、作動履歴、水素ガス量、水素透過係数の他に、改質部（改質ガス通路α１）を流通するガス中の未改質の燃料濃度等を検出してもよい。
本例において、状態検出装置Ｃで検出される「作動履歴」に含まれる温度としては、水素分離体１０の温度の他に、加熱部１１の温度、改質触媒１２の温度等を含む。
本例において、状態検出装置Ｃで検出される「作動履歴」に含まれる温度としては、水素分離体１０の温度の他に、加熱部１１の温度、改質触媒１２の温度等を含む。
次に、図４の水素ガス分離ユニットＢ１を備えた水素生成装置Ａ（第二参考形態）の再生処理順序について説明する。図５は、第二参考形態の水素生成装置の再生処理順序を示すフローチャートである。
本例の水素生成装置は、図４に示すように、分離ユニットＢ１が改質部を備えているので、水素含有ガスとして、分離ユニットＢ１に燃料ガスを供給する。
本例の水素生成装置は、図４に示すように、分離ユニットＢ１が改質部を備えているので、水素含有ガスとして、分離ユニットＢ１に燃料ガスを供給する。
ステップＳ１０：劣化判定装置Ｄは、状態検出装置Ｃで検知された作動履歴（温度、作動時間、累積水素ガス量）、水素ガス量、水素透過係数、水素ガス分離ユニットの出入口側温度、改質ガス中の未改質の燃料ガス濃度、加熱部の熱供給量等の検出結果のうち、少なくとも一つの検出結果に基づいて、分離ユニットＢの劣化状態を判定する。
水素分離体１０の劣化を判定する方法としては、上記（１）〜（３）に示すように、例えば（１）作動履歴、（２）水素ガス量の低下率、（３）水素透過係数の低下率等から判定することができる。
上記（２）水素ガス量が低下している場合は、水素分離体（水素透過膜）が劣化しているだけではなく、改質部における改質反応の進行も抑制されていると推測される。
分離ユニットにおいて、改質ガス通路α１を流通するガス中の水素が、水素分離体（水素透過膜）１０を通じて、透過部α２側に引き抜かれることにより、改質部における改質反応の平衡は、改質が進む側にずれて、水素生成反応が促進する。
そのため、水素ガス量の低下は、透過側α２側に引き抜かれる水素が低下することを示すため、改質部における改質反応も平衡状態となり、水素生成反応が抑制される。
上記（２）水素ガス量が低下している場合は、水素分離体（水素透過膜）が劣化しているだけではなく、改質部における改質反応の進行も抑制されていると推測される。
分離ユニットにおいて、改質ガス通路α１を流通するガス中の水素が、水素分離体（水素透過膜）１０を通じて、透過部α２側に引き抜かれることにより、改質部における改質反応の平衡は、改質が進む側にずれて、水素生成反応が促進する。
そのため、水素ガス量の低下は、透過側α２側に引き抜かれる水素が低下することを示すため、改質部における改質反応も平衡状態となり、水素生成反応が抑制される。
改質触媒の劣化を判定する方法としては、分離ユニットＢの出入口側温度、未改質の燃料ガス濃度、加熱部の供給熱量等から劣化を判定することができる。
［改質触媒の劣化判定基準］
（４）分離ユニットＢの出口側温度が１０℃以上、上昇した場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する。
分離ユニットＢの改質部（改質触媒１２）における水素生成反応は、吸熱反応であるので、触媒が劣化すると吸熱反応が進行しにくくなり、分離ユニットＢの出口側の温度が上昇する。そのため、改質部の出口側温度が上昇している場合（本例においては基準として１０℃以上）は、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
また、改質部において副反応、例えばメタン生成反応が進行すると、この副反応が発熱反応であるため、分離ユニットＢの出口側の温度は上昇する。そのため、分離ユニットＢの出口側の温度が上昇している場合は、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
なお、劣化の基準となる数値は１０℃に限らず、例えば出口側温度が５℃上昇した場合に劣化と判定してもよい。
［改質触媒の劣化判定基準］
（４）分離ユニットＢの出口側温度が１０℃以上、上昇した場合は、分離ユニットＢが劣化していると判定する。
分離ユニットＢの改質部（改質触媒１２）における水素生成反応は、吸熱反応であるので、触媒が劣化すると吸熱反応が進行しにくくなり、分離ユニットＢの出口側の温度が上昇する。そのため、改質部の出口側温度が上昇している場合（本例においては基準として１０℃以上）は、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
また、改質部において副反応、例えばメタン生成反応が進行すると、この副反応が発熱反応であるため、分離ユニットＢの出口側の温度は上昇する。そのため、分離ユニットＢの出口側の温度が上昇している場合は、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
なお、劣化の基準となる数値は１０℃に限らず、例えば出口側温度が５℃上昇した場合に劣化と判定してもよい。
（５）分離ユニットＢの入口側温度と、出口側温度との差が減少した場合も、分離ユニットＢ（改質部）が劣化していると判定する。
上記のように改質部が劣化すると、水素生成反応（吸熱反応）が抑制され、副反応（発熱反応）が進行するため、出口側の温度が高くなり、その結果、入口側の温度と出口側の温度との差が減少する。そのため、出入口側の温度差の減少により、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
上記のように改質部が劣化すると、水素生成反応（吸熱反応）が抑制され、副反応（発熱反応）が進行するため、出口側の温度が高くなり、その結果、入口側の温度と出口側の温度との差が減少する。そのため、出入口側の温度差の減少により、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
（６）分離ユニットＢの改質部（改質ガス通路α１）を流通するガス中の未改質の燃料ガス濃度が増加した場合も、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
（７）その他、分離ユニットＢの改質部の加熱部１１の供給熱量が減少した場合も、改質部（改質触媒１２）が劣化していると判定することができる。
上記のように改質部が劣化すると、特に出口側の温度が上昇するため、加熱部からの供給熱量が少なくなる。そのため、加熱部からの供給熱量の減少からも改質部（改質触媒１２）の劣化を判定することができる。
上記のように改質部が劣化すると、特に出口側の温度が上昇するため、加熱部からの供給熱量が少なくなる。そのため、加熱部からの供給熱量の減少からも改質部（改質触媒１２）の劣化を判定することができる。
ステップＳ１１：再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を停止する。
ステップＳ１２：次に、再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢに再生ガスを供給する。
ステップＳ１３：再生処理装置Ｅは、所定時間、分離ユニットＢに再生ガスを供給し、再生処理（酸化処理又は酸化還元処理）を行う。
ステップＳ１４：再生処理後、再生処理装置Ｅは、再生ガスの供給を停止する。
ステップＳ１５：再生処理装置Ｅは、再び燃料ガスを分離ユニットＢに供給して、分離ユニットＢを作動し、水素ガスを生成する。
ステップＳ１６：状態検出装置Ｃは、分離ユニットＢで生成された水素ガス量を検出し、この検出結果を劣化判定装置Ｄに送出する。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、水素透過膜が回復していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ２〜Ｓ７の再生処理を繰り返す。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、水素透過膜が回復していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ２〜Ｓ７の再生処理を繰り返す。
ステップＳ１７：分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復している場合は、再生処理が終了したと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、再生処理が終了した分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を続け、分離ユニットＢの作動を継続する。
ステップＳ１８：ステップＳ１１〜Ｓ１６の再生処理を３回繰り返しても、分離ユニットＢで生成される水素ガス量が基準値まで回復しない場合、即ち分離ユニットＢが再生しない場合は、劣化判定装置Ｄは、分離ユニットＢが再生不能であると判定し、この劣化状態を再生処理装置Ｅに送出する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された再生不能の状態に基づいて、分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を停止する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された再生不能の状態に基づいて、分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を停止する。
再生可能な改質触媒１２の劣化としては、炭素析出による劣化、被毒成分の吸着による劣化、触媒活性金属の酸化による劣化が考えられる。
これらの劣化のうち、炭素析出及び被毒成分の吸着による劣化の場合は、酸化処理により改質触媒の再生が可能である。
一方、触媒活性金属の酸化による劣化の場合は、還元処理により改質触媒の再生が可能である。
従って、分離ユニットＢを酸化還元処理することにより、改質触媒の再生と、水素透過膜の再生の両方を行うことができる。
これらの劣化のうち、炭素析出及び被毒成分の吸着による劣化の場合は、酸化処理により改質触媒の再生が可能である。
一方、触媒活性金属の酸化による劣化の場合は、還元処理により改質触媒の再生が可能である。
従って、分離ユニットＢを酸化還元処理することにより、改質触媒の再生と、水素透過膜の再生の両方を行うことができる。
図６は、第二参考形態の水素生成装置の再生処理順序の他の例を示すフローチャートである。
本例において、分離ユニットＢの劣化が、水素分離体（水素透過膜）１０の劣化であるのか、改質部（改質触媒１２）の劣化であるのかを特定して、水素分離体１０又は改質部１３に適した再生処理を可能としている。
本例において、分離ユニットＢの劣化が、水素分離体（水素透過膜）１０の劣化であるのか、改質部（改質触媒１２）の劣化であるのかを特定して、水素分離体１０又は改質部１３に適した再生処理を可能としている。
ステップＳ１００：劣化判定装置Ｄは、状態検出装置Ｃで検知された作動履歴（水素分離体１０の温度、作動時間、累積水素ガス量）、水素ガス量、水素透過係数、水素ガス分離ユニットの出入口側温度、改質ガス中の未改質の燃料ガス濃度、加熱部の熱供給量等の検出結果のうち、少なくとも一つの検出結果に基づいて、分離ユニットＢの劣化状態を判定する。
劣化判定装置Ｄは、上記（１）〜（７）に示すように、例えば（１）作動履歴、（２）水素ガス量の低下率、（３）水素透過係数の低下率、（４）分離ユニットＢの出口側温度の上昇、（５）分離ユニットＢの出入口側温度の差（６）未改質の燃料ガス濃度の上昇、（７）加熱部からの供給熱量の減少値等から分離ユニットＢの劣化状態を判定することができる。
分離ユニットＢの劣化が判定された場合には、次に、水素分離体（水素透過膜）の劣化であるか、改質部（改質触媒）の劣化であるかを特定した後、水素透過膜又は改質触媒の再生に適した再生処理を行う。
分離ユニットＢの劣化が判定された場合には、次に、水素分離体（水素透過膜）の劣化であるか、改質部（改質触媒）の劣化であるかを特定した後、水素透過膜又は改質触媒の再生に適した再生処理を行う。
ステップＳ１０１：先ず、再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を停止する。
ステップＳ１０２：次に、再生処理装置Ｅは、純水素による水素透過係数を検出するために、分離ユニットＢに水素ガスを供給する。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを、循環系を通じて分離ユニットＢに供給するようにしてもよい。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスを、循環系を通じて分離ユニットＢに供給するようにしてもよい。
ステップＳ１０３：状態検出装置Ｃは、純水素により水素透過係数を検出する。
純水素で測定した水素透過係数は、一酸化炭素等の共存ガスの影響を受けない。そのため、純水素で測定した水素透過係数の検出結果に基づいて、劣化を判定すれば、分離ユニットＢの劣化が、水素分離体（水素透過膜）の劣化であるか、水素分離体以外の改質部（改質触媒）の劣化であるかを特定することができる。
純水素で測定した水素透過係数は、一酸化炭素等の共存ガスの影響を受けない。そのため、純水素で測定した水素透過係数の検出結果に基づいて、劣化を判定すれば、分離ユニットＢの劣化が、水素分離体（水素透過膜）の劣化であるか、水素分離体以外の改質部（改質触媒）の劣化であるかを特定することができる。
ステップＳ１０４：劣化判定装置Ｄは、純水素で測定した水素透過係数の検出結果に基づき、水素分離体（水素透過膜）が劣化しているか否かを判定する。
純水素で測定した水素透過係数が低下している場合には、水素分離体（水素透過膜）が劣化していると判定し、ステップＳ１０５に進む。
純水素で測定した水素透過係数が低下していない場合には、水素分離体（水素透過膜）以外の改質部（改質触媒）が劣化していると判定し、ステップＳ１０８に進む。
純水素で測定した水素透過係数が低下している場合には、水素分離体（水素透過膜）が劣化していると判定し、ステップＳ１０５に進む。
純水素で測定した水素透過係数が低下していない場合には、水素分離体（水素透過膜）以外の改質部（改質触媒）が劣化していると判定し、ステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０５：再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢに水素分離体（水素透過膜）を再生するための膜再生ガス（例えば空気）を供給する。
ステップＳ１０６：再生処理装置Ｅは、所定時間、膜再生ガスを供給し、分離ユニットＢの水素分離体（水素透過膜）の再生（酸化）処理を行う。
ステップＳ１０７：水素分離体（水素透過膜）の再生（酸化）処理後、再生処理装置Ｅは、膜再生ガスの供給を停止する。純水素による水素透過係数が低下している場合は、水素分離体（水素透過膜）のみが劣化し、改質部（改質触媒）は劣化していないので、改質部の再生処理を行うことなく、ステップＳ１１１に進む。
ステップＳ１０８：再生処理装置Ｅは、分離ユニットＢに改質部（改質触媒）を再生するための触媒再生ガス（例えば空気、水素ガス）を供給する。
なお、再生処理装置Ｅは、例えば改質部（改質触媒）の酸化処理を行う場合は空気、還元処理を行う場合は水素ガス、酸化還元処理を行う場合は、まずは酸化処理を行うために空気を供給し、その後還元処理を行うために水素ガスを分離ユニットＢに供給する。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁に送出し、分離ユニットで生成された高純度の水素ガスを循環系を通じて再び分離ユニットに供給するようにしてもよい。
なお、再生処理は、水素生成装置に用いる触媒の種類、触媒の劣化の状態、分離ユニットの構成（触媒と水素透過膜が一体化されているか、又は、触媒と水素透過膜が別体となっているか）等に応じて、処理方法や供給するガスの種類が異なる。そのため、触媒や水素透過膜にダメージを与えない処理方法、供給ガス等を適宜選択して、再生処理することが望ましい。
なお、再生処理装置Ｅは、例えば改質部（改質触媒）の酸化処理を行う場合は空気、還元処理を行う場合は水素ガス、酸化還元処理を行う場合は、まずは酸化処理を行うために空気を供給し、その後還元処理を行うために水素ガスを分離ユニットＢに供給する。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁に送出し、分離ユニットで生成された高純度の水素ガスを循環系を通じて再び分離ユニットに供給するようにしてもよい。
なお、再生処理は、水素生成装置に用いる触媒の種類、触媒の劣化の状態、分離ユニットの構成（触媒と水素透過膜が一体化されているか、又は、触媒と水素透過膜が別体となっているか）等に応じて、処理方法や供給するガスの種類が異なる。そのため、触媒や水素透過膜にダメージを与えない処理方法、供給ガス等を適宜選択して、再生処理することが望ましい。
ステップＳ１０９：再生処理装置Ｅは、所定時間、触媒再生ガスを供給し、分離ユニットＢの改質部（改質触媒）の再生（酸化）処理を行う。
ステップＳ１１０：改質部（改質触媒）の再生（酸化）処理後、再生処理装置Ｅは、触媒再生ガスの供給を停止する。
ステップＳ１１１：再生処理装置Ｅは、再び燃料ガスを分離ユニットＢに供給して、分離ユニットＢを作動し、水素ガスを生成する。
ステップＳ１１２：状態検出装置Ｃは、分離ユニットＢで生成された水素ガス量を検出し、この検出結果を劣化判定装置Ｄに送出する。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、水素透過膜が回復していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ１０２〜Ｓ１１２の再生処理を繰り返す。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、水素透過膜が回復していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ１０２〜Ｓ１１２の再生処理を繰り返す。
ステップＳ１１３：分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復している場合は、水素透過膜が回復し、再生処理が終了したと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、再生が終了した分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を続け、分離ユニットＢの作動を継続する。
次に、本発明の水素生成装置Ａの実施形態について説明する。
図７は、本発明の水素生成装置Ａに、複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ６を用いた場合の例を示し、分離ユニットＢ１〜Ｂ６の構成を概略的に示す斜視図である。
図７に示すように、水素生成装置Ａは、複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ６を備えたものであってもよい。
複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ６は、交換可能となるように、換言すると、着脱可能となるように並列配置された構成を有している。なお、複数の分離ユニットを設ける場合は、本例に限らず、複数の分離ユニットを直列配置した構成としてもよい。
また、分離ユニットの数は、限定されるものではなく、要求される水素ガス生成量に応じて、分離ユニットの数を増減することができる。
図７は、本発明の水素生成装置Ａに、複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ６を用いた場合の例を示し、分離ユニットＢ１〜Ｂ６の構成を概略的に示す斜視図である。
図７に示すように、水素生成装置Ａは、複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ６を備えたものであってもよい。
複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ６は、交換可能となるように、換言すると、着脱可能となるように並列配置された構成を有している。なお、複数の分離ユニットを設ける場合は、本例に限らず、複数の分離ユニットを直列配置した構成としてもよい。
また、分離ユニットの数は、限定されるものではなく、要求される水素ガス生成量に応じて、分離ユニットの数を増減することができる。
図８は、本発明の第三の実施形態に係る水素生成装置の概略構成を示す説明図である。
図８に示すように、本発明の第三の実施形態に係る水素生成装置Ａは、並列に配置した複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ３を備えている。
図８に示すように、本発明の第三の実施形態に係る水素生成装置Ａは、並列に配置した複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ３を備えている。
本例の水素生成装置Ａの分離ユニットＢ１〜Ｂ３の入口側には、燃料ガスやパージガスを供給するガス供給系２０と、分離ユニットＢ１〜Ｂ３に再生ガスを供給する再生ガス供給系３０と、これらのガスの流通を切り換える切換弁Ｖ４〜Ｖ６を備えている。また、分離ユニットＢ１〜Ｂ３には、切換弁Ｖ４〜Ｖ６を切り換えることにより、燃料ガス又は再生ガスを供給するガス導入パイプ４１〜４３を備えている。
この各ガス導入パイプ４１〜４３には、各ガス分離ユニットＢ１〜Ｂ３を独立して作動させるために、ガスの供給又は停止を操作する開閉弁Ｖ７〜Ｖ９を備えている。
この各ガス導入パイプ４１〜４３には、各ガス分離ユニットＢ１〜Ｂ３を独立して作動させるために、ガスの供給又は停止を操作する開閉弁Ｖ７〜Ｖ９を備えている。
また、分離ユニットＢ１〜Ｂ３の出口側には、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３で生成された水素ガスや、分離ユニットＢ１〜Ｂ３を流通させた再生ガスを導出するガス導出パイプ５１〜５３を備えている。このガス導出パイプ５１〜５２には、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３を独立して作動させるために、ガスの供給又は停止を操作する開閉弁Ｖ１０〜Ｖ１２を備えている。
また、ガス導出パイプ５１〜５２には、分離ユニットＢから導出されたガスの種類によって導出通路を切り換える切換弁Ｖ１３〜Ｖ１５と、分離ユニットＢで生成された高純度の水素ガスをパワーソースＰ等に導出する水素ガス導出系６０と、水素ガス以外のガス、例えば再生ガスや改質ガス等を導出するガス導出系８０とを備えている。
本例の水素生成装置Ａは、水素ガス導出系６０から分岐して、生成された高純度の水素ガスを分離ユニットＢ１〜Ｂ３に供給することの可能な循環系７０と、この循環系７０から再生ガス供給系３０を通じて、分離ユニットＢ１〜Ｂ３に高純度の水素ガスを供給させる切換弁Ｖ１６とを備えている。
この切換弁Ｖ１６を切り換えることにより、分離ユニットＢ１〜Ｂ３で生成された高純度の水素ガスを再生ガスとして分離ユニットＢに供給し、又は、再生ガスと共に水素ガスを分離ユニットＢに供給可能な構成となっている。
この切換弁Ｖ１６を切り換えることにより、分離ユニットＢ１〜Ｂ３で生成された高純度の水素ガスを再生ガスとして分離ユニットＢに供給し、又は、再生ガスと共に水素ガスを分離ユニットＢに供給可能な構成となっている。
本例の水素生成装置Ａは、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の作動状態を検出する手段として、状態検出装置Ｃ、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の劣化状態を判定する劣化判定手段である劣化判定装置Ｄ、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の再生を行う再生処理手段である、再生処理装置Ｅを備えている。さらに本例の水素生成装置Ａは、分離ユニットＢ１〜Ｂ３を独立して作動させる手段である作動制御装置Ｆを備えている。
水素生成装置Ａの稼働中において、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の作動状態が、状態検出装置Ｃで検出される。
また、状態検出装置Ｃは、パワーユニットＰ（図示略）から送出される要求水素ガス量を検出する。要求水素ガス量は、本例の水素生成装置Ａが車両に搭載された場合に、パワーユニットＰを制御するパワーユニットシステム（図示略）に蓄積された情報、例えば、Ｎｒｐｍ負荷、パワーソース負荷、発電量、補機運転状態等の車載負荷から要求水素ガス量の信号が状態検出装置Ｃに送出される。要求水素ガス量は、状態検出装置Ｃから作動制御装置Ｆに送出される。
作動制御装置Ｆは、パワーユニットＰの要求水素ガス量に応じて、開閉駆動信号を開閉弁Ｖ７〜Ｖ１２に送出し、起動させる分離ユニットＢ１〜Ｂ３の選択、起動される分離ユニットの個数、各分離ユニットのガス流量、圧力等を調整して、一定の水素ガス生成量が維持されるように分離ユニットＢ１〜Ｂ３を作動させる。
具体的には、作動制御装置Ｆは、劣化状態が確認されていない分離ユニットへ供給する燃料ガス量を増量して、一定の水素ガス生成量が維持されるように分離ユニットＢ１〜Ｂ３を作動させる。
具体的には、作動制御装置Ｆは、劣化状態が確認されていない分離ユニットへ供給する燃料ガス量を増量して、一定の水素ガス生成量が維持されるように分離ユニットＢ１〜Ｂ３を作動させる。
劣化判定装置Ｄは、状態検出装置Ｃで検出された各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の作動状態に基づいて、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の劣化の状態を判定する。
作動制御装置Ｆは、劣化状態が確認された一部の分離ユニットへの燃料ガスの供給を停止する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された劣化状態に基づいて、劣化状態が確認された一部の分離ユニットにパージガスを供給し、ラインパージを行った後、再生ガスを供給し、分離ユニットの再生処理を行う。
作動制御装置Ｆは、劣化状態が確認された一部の分離ユニットへの燃料ガスの供給を停止する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された劣化状態に基づいて、劣化状態が確認された一部の分離ユニットにパージガスを供給し、ラインパージを行った後、再生ガスを供給し、分離ユニットの再生処理を行う。
本例の水素生成装置Ａは、複数の分離ユニットＢ１〜Ｂ３の一部が劣化した場合であっても、他の分離ユニットを作動させつつ、劣化した分離ユニットの再生処理をすることができるので、水素生成装置Ａ全体を延命させられる。
図９は、図８に示すような複数の分離ユニットを並列に配置した水素生成装置Ａを車両１００に搭載した状態を説明する説明図である。
本例において、水素生成装置Ａは、要求水素ガス量に応じて、７つの分離ユニットＢ１〜Ｂ７を備えている。
本例において、水素生成装置Ａは、要求水素ガス量に応じて、７つの分離ユニットＢ１〜Ｂ７を備えている。
状態検出装置Ｃで検出される「作動状態」には、上述した作動履歴、水素ガス量、水素透過係数等の他に、本例の水素生成装置Ａが車両に搭載された場合に、分離ユニットＢ１〜Ｂ３の各起動時使用回数、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の起動回数等も含まれる。
ここで、「起動時使用回数」とは、車両が停止状態から始動した時に、水素ガス生成送給システムで、最初に分離ユニットが起動される回数をいう。
また、「起動回数」とは、改質温度まで分離ユニットの温度が上昇した後、通常の運転条件下で分離ユニットが稼働される起動状態をいう。
また、「起動回数」とは、改質温度まで分離ユニットの温度が上昇した後、通常の運転条件下で分離ユニットが稼働される起動状態をいう。
起動時使用回数と起動回数を分けたのは、次の理由による。
車両の始動時に、パワーユニットの水素ガス要求量が増えると、最初に水素生成装置Ａで起動された分離ユニット以外の他の分離ユニットは、使用できないような条件となる場合がある。
このような条件下において、車両の始動時に最初に水素生成装置Ａで起動された分離ユニットは、要求水素ガス量を満たすために、分離ユニットの温度、改質ガスの圧力、供給燃料量をそれぞれ上昇させる等の改質触媒や水素分離体の劣化を伴う操作を一時的に行うことがある。そのため、「起動時使用回数」と「起動回数」とは分けて管理する。
車両の始動時に、パワーユニットの水素ガス要求量が増えると、最初に水素生成装置Ａで起動された分離ユニット以外の他の分離ユニットは、使用できないような条件となる場合がある。
このような条件下において、車両の始動時に最初に水素生成装置Ａで起動された分離ユニットは、要求水素ガス量を満たすために、分離ユニットの温度、改質ガスの圧力、供給燃料量をそれぞれ上昇させる等の改質触媒や水素分離体の劣化を伴う操作を一時的に行うことがある。そのため、「起動時使用回数」と「起動回数」とは分けて管理する。
また、本例において作動制御装置Ｆは、パワーユニットＰの要求水素ガス量を満たすように、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３を独立して作動させるのみならず、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の互いの作動履歴が均質になるように、それらの分離ユニットＢ１〜Ｂ３を作動させる。
「均質になるように」とは、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の寿命を平均化するように、当該作動履歴を揃えることである。
「均質になるように」とは、各分離ユニットＢ１〜Ｂ３の寿命を平均化するように、当該作動履歴を揃えることである。
図１０は、各分離ユニットの作動履歴の累積態様の一例を示した説明図である。
図１０に示す作動履歴は、項目（パラメータ）９０〜９７毎に異なる重み付け、すなわち、Ａ〜Ｈで示す重み係数を付与している。
これらのパラメータに各分離ユニットの劣化状態に基づいた重みを加味することで、各分離ユニットの劣化度合いの指標として数値を表すことができ、これにより、複数の分離ユニットの劣化度をほぼ均一に管理することができる。
図１０に示す作動履歴は、項目（パラメータ）９０〜９７毎に異なる重み付け、すなわち、Ａ〜Ｈで示す重み係数を付与している。
これらのパラメータに各分離ユニットの劣化状態に基づいた重みを加味することで、各分離ユニットの劣化度合いの指標として数値を表すことができ、これにより、複数の分離ユニットの劣化度をほぼ均一に管理することができる。
図１１は、本発明の第四の実施形態に係る水素生成装置の概略構成を示す説明図である。
図１１に示すように、本発明の第四の実施形態に係る水素生成装置Ａは、直列に配置した複数の分離ユニットＢ４〜Ｂ６を備えている。
なお、図１１において、図８と同様の部材には、同一の符号を付した。
複数の分離ユニットＢ４〜Ｂ６を直列に配置した水素生成装置Ａにおいても、状態検出装置Ｃ、劣化判定装置Ｄ、再生処理装置Ｅ、作動制御装置Ｆの作動により。複数の分離ユニットＢ４〜Ｂ６の一部が劣化した場合であっても、他の分離ユニットを作動させつつ、劣化した分離ユニットの再生処理をすることができる。
図１１に示すように、本発明の第四の実施形態に係る水素生成装置Ａは、直列に配置した複数の分離ユニットＢ４〜Ｂ６を備えている。
なお、図１１において、図８と同様の部材には、同一の符号を付した。
複数の分離ユニットＢ４〜Ｂ６を直列に配置した水素生成装置Ａにおいても、状態検出装置Ｃ、劣化判定装置Ｄ、再生処理装置Ｅ、作動制御装置Ｆの作動により。複数の分離ユニットＢ４〜Ｂ６の一部が劣化した場合であっても、他の分離ユニットを作動させつつ、劣化した分離ユニットの再生処理をすることができる。
次に、図８及び図１１に示すような、複数のガス分離ユニットを備えた水素生成装置Ａの再生処理順序について説明する。図１２は、本例の水素生成装置の再生処理順序を示すフローチャートである。
ステップＳ２０：劣化判定装置Ｄは、状態検出装置Ｃで検知された作動履歴（温度、作動時間、累積水素ガス量）、水素ガス量、水素透過係数、分離ユニットの出入口側温度、改質ガス中の未改質の燃料ガス濃度、加熱部の熱供給量等の検出結果のうち、少なくとも一つの検出結果に基づいて、各分離ユニットの劣化状態を判定する。
劣化判定装置Ｄは、上記（１）〜（７）に示すような判定基準から各分離ユニットの劣化状態を判定することができる。
劣化判定装置Ｄは、上記（１）〜（７）に示すような判定基準から各分離ユニットの劣化状態を判定することができる。
ステップＳ２１：作動制御装置Ｆは、劣化判定装置Ｄからの判定結果及び状態検出装置Ｃの検出結果（作動履歴、要求水素ガス量等）に基づいて、劣化状態が確認されていない分離ユニットへの燃料ガスの供給を増量し、要求水素ガス生成量が維持されるように各分離ユニットを作動させる。
ステップＳ２２：再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットへの燃料ガスの供給を停止する。
ステップＳ２３：次に、再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットに再生ガスを供給する。
なお、再生ガスとして、水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁に送出し、分離ユニットで生成された高純度の水素ガスを循環系を通じて再び分離ユニットに供給するようにしてもよい。
なお、再生ガスとして、水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁に送出し、分離ユニットで生成された高純度の水素ガスを循環系を通じて再び分離ユニットに供給するようにしてもよい。
ステップＳ２４：再生処理装置Ｅは、所定時間、劣化が確認された分離ユニットに再生ガスを供給し、再生処理（酸化処理又は酸化還元処理）を行う。
ステップＳ２５：再生処理後、再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットへの再生ガスの供給を停止する。
ステップＳ２６：再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットに、再び燃料ガスを供給して、劣化が確認された分離ユニットを作動させ、水素ガスを生成させる。
ステップＳ２７：状態検出装置Ｃは、劣化が確認された分離ユニットで生成された水素ガス量を検出し、この検出結果を劣化判定装置Ｄに送出する。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、劣化が確認された分離ユニットの再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、劣化が確認された分離ユニットの再生が終了していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ２２〜Ｓ２７の再生処理を繰り返す。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、劣化が確認された分離ユニットの再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
分離ユニットＢで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、劣化が確認された分離ユニットの再生が終了していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ２２〜Ｓ２７の再生処理を繰り返す。
ステップＳ２８：劣化が確認された分離ユニットで生成された水素ガス量が基準値まで回復している場合は、分離ユニットの再生処理が終了したと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅ及び作動制御装置Ｆに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、再生処理が終了した分離ユニットへの燃料ガスの供給を継続する。また、作動制御装置Ｆは、要求される水素ガス生成量が維持されるように、劣化が確認されていない分離ユニットへの燃料ガスの供給を増量した分、減量する。
ステップＳ２９：ステップＳ２２〜Ｓ２７の再生処理を３回繰り返しても、劣化が確認された分離ユニットで生成される水素ガス量が基準値まで回復しない場合、即ち分離ユニットが再生しない場合は、劣化判定装置Ｄは、分離ユニットＢが再生不能であると判定し、この劣化状態を再生処理装置Ｅに送出する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された再生不能の状態に基づいて、分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を停止する。
再生処理装置Ｅは、劣化判定装置Ｄで判定された再生不能の状態に基づいて、分離ユニットＢへの燃料ガスの供給を停止する。
次に、図８及び図１１に示すような、複数のガス分離ユニットを備えた水素生成装置Ａの再生処理順序の他の例について説明する。図１３は、本例の水素生成装置の再生処理順序を示すフローチャートである。
本例において、各分離ユニットの劣化が、水素分離体（水素透過膜）の劣化であるのか、改質部（改質触媒）の劣化であるのかを特定して、水素分離体又は改質部に適した再生処理を可能としている。
本例において、各分離ユニットの劣化が、水素分離体（水素透過膜）の劣化であるのか、改質部（改質触媒）の劣化であるのかを特定して、水素分離体又は改質部に適した再生処理を可能としている。
ステップＳ２００：劣化判定装置Ｄは、状態検出装置Ｃで検知された作動履歴（温度、作動時間、累積水素ガス量）、水素ガス量、水素透過係数、分離ユニットの出入口側温度、改質ガス中の未改質の燃料ガス濃度、加熱部の熱供給量等の検出結果のうち、少なくとも一つの検出結果に基づいて、各分離ユニットの劣化状態を判定する。
劣化判定装置Ｄは、上記（１）〜（７）に示すような判定基準から各分離ユニットの劣化状態を判定することができる。
劣化判定装置Ｄは、上記（１）〜（７）に示すような判定基準から各分離ユニットの劣化状態を判定することができる。
ステップＳ２０１：作動制御装置Ｆは、劣化判定装置Ｄからの判定結果及び状態検出装置Ｃの検出結果（作動履歴、要求水素ガス量等）に基づいて、劣化状態が確認されていない分離ユニットへの燃料ガスの供給を増量し、要求水素ガス生成量が維持されるように各分離ユニットを作動させる。
ステップＳ２０２：再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットへの燃料ガスの供給を停止する。
ステップＳ２０３：再生処理装置Ｅは、純水素による水素透過係数を検出するために、劣化が確認された分離ユニットに水素ガスを供給する。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁に送出し、分離ユニットで生成された高純度の水素ガスを循環系を通じて再び分離ユニットに供給するようにしてもよい。
水素ガスを供給する場合、再生処理装置Ｅは、切換駆動信号を切換弁に送出し、分離ユニットで生成された高純度の水素ガスを循環系を通じて再び分離ユニットに供給するようにしてもよい。
ステップＳ２０４：状態検出装置Ｃは、純水素により水素透過係数を検出する。
純水素で測定した水素透過係数は、一酸化炭素等の共存ガスの影響を受けないので、純水素で測定した水素透過係数の検出結果に基づいて、劣化を判定すれば、劣化が確認された分離ユニットは、水素分離体（水素透過膜）の劣化しているのか、水素分離体以外の改質部（改質触媒）の劣化しているのかを特定することができる。
純水素で測定した水素透過係数は、一酸化炭素等の共存ガスの影響を受けないので、純水素で測定した水素透過係数の検出結果に基づいて、劣化を判定すれば、劣化が確認された分離ユニットは、水素分離体（水素透過膜）の劣化しているのか、水素分離体以外の改質部（改質触媒）の劣化しているのかを特定することができる。
ステップＳ２０５：劣化判定装置Ｄは、純水素で測定した水素透過係数の検出結果に基づき、水素分離体（水素透過膜）が劣化しているか否かを判定する。
純水素で測定した水素透過係数が低下している場合には、水素分離体（水素透過膜）が劣化していると判定し、ステップＳ２０６に進む。
純水素で測定した水素透過係数が低下していない場合には、水素分離体（水素透過膜）以外の改質部（改質触媒）が劣化していると判定し、ステップＳ２０９に進む。
純水素で測定した水素透過係数が低下している場合には、水素分離体（水素透過膜）が劣化していると判定し、ステップＳ２０６に進む。
純水素で測定した水素透過係数が低下していない場合には、水素分離体（水素透過膜）以外の改質部（改質触媒）が劣化していると判定し、ステップＳ２０９に進む。
ステップＳ２０６：再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットに水素分離体（水素透過膜）を再生するための膜再生ガス（例えば空気）を供給する。
ステップＳ２０７：再生処理装置Ｅは、所定時間、膜再生ガスを供給し、劣化が確認された分離ユニットの水素分離体（水素透過膜）の再生（酸化）処理を行う。
ステップＳ２０８：水素分離体（水素透過膜）の再生（酸化）処理後、再生処理装置Ｅは、膜再生ガスの供給を停止する。純水素による水素透過係数が低下している場合は、水素分離体（水素透過膜）のみが劣化し、改質部（改質触媒）は劣化していないので、改質部の再生処理を行うことなく、ステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２０９：再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットに改質部（改質触媒）を再生するための触媒再生ガス（例えば空気、水素ガス）を供給する。
ステップＳ２１０：再生処理装置Ｅは、所定時間、触媒再生ガスを供給し、劣化が確認された分離ユニットの改質部（改質触媒）の再生（酸化又は酸化還元）処理を行う。
ステップＳ２１１：改質部（改質触媒）の再生（酸化又は酸化還元）処理後、再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットへの触媒再生ガスの供給を停止する。
ステップＳ２１２：再生処理装置Ｅは、劣化が確認された分離ユニットへの燃料ガスの供給を再開する。
ステップＳ２１３：状態検出装置Ｃは、劣化が確認された分離ユニットで生成された水素ガス量を検出し、この検出結果を劣化判定装置Ｄに送出する。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、劣化が確認された分離ユニットの再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、劣化が確認された分離ユニットで生成される水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
劣化が確認された分離ユニットで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、劣化が確認された分離ユニットの再生処理が終了していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ２０２〜Ｓ２１３の再生処理を繰り返す。
劣化判定装置Ｄは、水素ガス量の検出結果に基づいて、劣化が確認された分離ユニットの再生が終了しているか否かを判定する。具体的には、劣化判定装置Ｄは、劣化が確認された分離ユニットで生成される水素ガス量が基準値まで回復しているか否かを判定する。
劣化が確認された分離ユニットで生成された水素ガス量が基準値まで回復していない場合は、劣化判定装置Ｄは、劣化が確認された分離ユニットの再生処理が終了していないと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、ステップＳ２０２〜Ｓ２１３の再生処理を繰り返す。
ステップＳ２１４：劣化が確認された分離ユニットで生成された水素ガス量が基準値まで回復している場合は、劣化が確認された分離ユニットの再生処理が終了したと判定して、この判定結果を再生処理装置Ｅに送出する。この判定結果に基づき、再生処理装置Ｅは、再生処理が終了した分離ユニットへの燃料ガスの供給を継続する。また、作動制御装置Ｆは、要求される水素ガス生成量が維持されるように、劣化状態が確認されていない分離ユニットへの燃料ガスの供給を増量した分、減量する。
上述した各実施形態においては、状態検出装置Ｃ、劣化判定装置Ｄ、再生処理装置Ｅ、及び作動制御装置Ｆを有する構成のものについて説明したが、状態検出装置Ｃと、劣化判定装置Ｄ、再生処理装置Ｅ、及び作動制御装置Ｆは、それぞれ複数ずつ有する構成にしてもよく、それらを同一の装置して構成してもよい。
上記水素生成装置によれば、水素透過膜が劣化した場合であっても、再生処理することにより、延命することができる。
また、複数の水素ガス分離ユニットを備えた水素生成装置は、複数の水素ガス分離ユニットの一つが劣化した場合であっても、この水素ガス分離ユニットを再生処理すると共に、他の水素ガス分離ユニットを独立して作動させるようにしている。そのため、上記水素生成装置は、装置の稼働を停止することなく、必要な水素ガス量をパワーソースに送給することができ、水素生成装置全体の延命させられる。上記水素生成装置は、内燃機関、排気装置、燃料電池等を搭載した車両に好適に用いることができる。
また、複数の水素ガス分離ユニットを備えた水素生成装置は、複数の水素ガス分離ユニットの一つが劣化した場合であっても、この水素ガス分離ユニットを再生処理すると共に、他の水素ガス分離ユニットを独立して作動させるようにしている。そのため、上記水素生成装置は、装置の稼働を停止することなく、必要な水素ガス量をパワーソースに送給することができ、水素生成装置全体の延命させられる。上記水素生成装置は、内燃機関、排気装置、燃料電池等を搭載した車両に好適に用いることができる。
Ａ 水素生成装置
Ｂ 水素ガス分離ユニット（分離ユニット）
Ｂ１〜Ｂ７ 水素ガス分離ユニット（分離ユニット）
Ｃ 状態検出装置
Ｅ 再生処理装置
Ｆ 作動制御装置
Ｖ１〜Ｖ３ 切換弁
Ｖ４〜Ｖ６ 切換弁
Ｖ７〜Ｖ１２ 開閉弁
Ｖ１３〜Ｖ１６ 切換弁
α１ 改質部（改質ガス通路）
α２ 透過部
１ 水素含有ガス供給系
２ 再生ガス供給系
３ ガス導入パイプ
４ ガス導出パイプ
５ 水素ガス導出系
６ ガス導出系
７ 循環系
１０ 水素分離体
１０ａ 水素透過膜
１０ｂ 支持体
１１ 加熱部
１２ 改質触媒
２０ ガス供給系
３０ 再生ガス供給系
４１〜４３ ガス導入パイプ
５１〜５３ ガス導出パイプ
６０ 水素ガス導出系
７０ 循環系
８０ ガス導出系
９０〜９７ 項目（パラメータ）
１００ 車両
Ｂ 水素ガス分離ユニット（分離ユニット）
Ｂ１〜Ｂ７ 水素ガス分離ユニット（分離ユニット）
Ｃ 状態検出装置
Ｅ 再生処理装置
Ｆ 作動制御装置
Ｖ１〜Ｖ３ 切換弁
Ｖ４〜Ｖ６ 切換弁
Ｖ７〜Ｖ１２ 開閉弁
Ｖ１３〜Ｖ１６ 切換弁
α１ 改質部（改質ガス通路）
α２ 透過部
１ 水素含有ガス供給系
２ 再生ガス供給系
３ ガス導入パイプ
４ ガス導出パイプ
５ 水素ガス導出系
６ ガス導出系
７ 循環系
１０ 水素分離体
１０ａ 水素透過膜
１０ｂ 支持体
１１ 加熱部
１２ 改質触媒
２０ ガス供給系
３０ 再生ガス供給系
４１〜４３ ガス導入パイプ
５１〜５３ ガス導出パイプ
６０ 水素ガス導出系
７０ 循環系
８０ ガス導出系
９０〜９７ 項目（パラメータ）
１００ 車両
Claims (3)
- 水素透過膜を有する水素分離体を設けた複数の水素ガス分離ユニットと、
上記各水素ガス分離ユニットごとの作動状態を検出する状態検出手段と、
上記状態検出手段で検出された検出結果のうち少なくとも一つの検出結果に基づいて、上記各水素ガス分離ユニットごとの劣化状態を判定する劣化判定手段と、
上記劣化判定手段によって判定した劣化状態に基づいて、上記各水素ガス分離ユニットごとの再生を行う再生処理手段と、
上記各水素ガス分離ユニットを独立して作動させる作動制御手段と、
を備え、
上記再生処理手段が、複数の水素ガス分離ユニットのうち一部の水素ガス分離ユニットの再生処理を行い、
上記作動制御手段は、一部の水素ガス分離ユニットの再生処理時において、要求水素ガス生成量を満たすように、再生処理されていない他の水素ガス分離ユニットに供給する燃料ガスを増量して、上記水素ガス分離ユニットを作動させる
ことを特徴とする水素生成装置。 - 上記再生処理手段は、水素ガス分離ユニットに再生ガスを供給して、酸化処理又は酸化還元処理する手段であり、
上記再生ガスは、水素ガス分離ユニットで分離抽出された水素ガスを含み、
上記水素ガス分離ユニットは、燃料ガスを改質する改質触媒と、この改質触媒を加熱する加熱部とを有する改質部と、上記水素分離体で分離抽出された水素ガスが流通する透過部とを有し、
上記状態検出手段で検出される上記水素ガス分離ユニットの状態は、温度、作動時間、累積水素ガス流量を含む作動履歴と、水素分離体で分離抽出された水素ガス流量と、水素透過係数と、水素ガス分離ユニットの出入側温度と、未改質の燃料ガス温度を含み、
上記劣化判定手段は、上記作動履歴、水素ガス流量の低下率、水素透過係数の低下率、水素ガス分離ユニットの出口側温度の上昇値、水素ガス分離ユニットの出入口側温度の差の減少値、及び未改質の燃料ガス濃度の少なくとも１つに基づいて、劣化の状態を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。 - 上記作動制御手段は、水素ガス分離ユニット相互の作動履歴が均質となるように、それら各水素ガス分離ユニットを作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素生成装置。
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