JP2015140285A - 水素含有ガス生成装置の運転方法及び水素含有ガス生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ランニングコストの上昇を抑制しながら、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うことができる水素含有ガス生成装置の運転方法を提供する。【解決手段】改質バーナ１の加熱状態で改質処理する改質処理室１１、改質バーナ１の燃焼排ガスの加熱により水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓ、改質処理ガスを変成処理する変成器３、及び、水蒸気生成部Ｓを通流した後の燃焼排ガスの通流によりＣＯ変成触媒を冷却する変成触媒冷却器４を備える水素含有ガス生成部Ｐが設けられ、水蒸気生成部Ｓを通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、変成触媒冷却器４をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段Ｊが設けられ、水素含有ガス生成部Ｐの運転累積値が大きくなるほど通流比率を小さくするように燃焼排ガス通流比率調整手段Ｊを調整する。【選択図】図１
Description
本発明は、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記ＣＯ変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられた水素含有ガス生成装置の運転方法、及び、水素含有ガス生成装置に関する。
水素含有ガス生成装置は、水素含有ガス生成部にて改質ガス（水素含有ガス）を生成して、生成した改質ガス（水素含有ガス）を、例えば、発電用の燃料ガスとして燃料電池に供給することになる。
ちなみに、改質ガス（水素含有ガス）を、発電用の燃料ガスとして燃料電池に供給する場合には、変成器にて変成処理された後の改質処理ガスに残存する一酸化炭素を選択酸化処理する選択酸化部を備えさせて、例えば、一酸化炭素ガス濃度が１０ｐｐｍ以下となる改質ガス（水素含有ガス）を生成するようにすることになる。
ちなみに、改質ガス（水素含有ガス）を、発電用の燃料ガスとして燃料電池に供給する場合には、変成器にて変成処理された後の改質処理ガスに残存する一酸化炭素を選択酸化処理する選択酸化部を備えさせて、例えば、一酸化炭素ガス濃度が１０ｐｐｍ以下となる改質ガス（水素含有ガス）を生成するようにすることになる。
水素含有ガス生成部の改質処理室を加熱する改質バーナの燃焼排ガスは、水蒸気生成部に流動して水蒸気の生成に用いられた後に、変成触媒冷却器を通流して、変成器のＣＯ変成触媒を冷却するのに利用される。
つまり、変成器による変成処理は、発熱反応である変成反応を行うものであるため、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスが変成触媒冷却器を通流することにより、変成処理温度（例えば２００〜４００°Ｃの範囲）となるように、ＣＯ変成触媒を冷却することになる（例えば、特許文献１参照。）。
つまり、変成器による変成処理は、発熱反応である変成反応を行うものであるため、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスが変成触媒冷却器を通流することにより、変成処理温度（例えば２００〜４００°Ｃの範囲）となるように、ＣＯ変成触媒を冷却することになる（例えば、特許文献１参照。）。
変成器のＣＯ変成触媒は、使用に伴って漸次劣化することになり、ＣＯ変成触媒の活性が低下すると、変成器にて変成処理された改質処理ガスに残存する一酸化炭素の濃度が高くなる不都合がある。
すなわち、ＣＯ変成触媒は、水素含有ガス生成部の運転時間が長くなるほど、活性が大きく低下する傾向となり、また、運転回数（換言すれば、起動停止回数）が多くなるほど活性が大きく低下する傾向となり、ＣＯ変成触媒の活性が低下するほど、変成処理された改質処理ガスに残存する一酸化炭素の濃度が高くなる傾向となる。
すなわち、ＣＯ変成触媒は、水素含有ガス生成部の運転時間が長くなるほど、活性が大きく低下する傾向となり、また、運転回数（換言すれば、起動停止回数）が多くなるほど活性が大きく低下する傾向となり、ＣＯ変成触媒の活性が低下するほど、変成処理された改質処理ガスに残存する一酸化炭素の濃度が高くなる傾向となる。
ちなみに、改質ガス（水素含有ガス）を、発電用の燃料ガスとして燃料電池に供給する場合には、変成器にて変成処理された後の改質処理ガスに残存する一酸化炭素が、選択酸化部にて選択酸化処理することになるが、変成器にて変成処理された改質処理ガスに残存する一酸化炭素の濃度が、選択酸化部の能力を超えると、一酸化炭素の濃度が高い改質ガス（水素含有ガス）が、発電用の燃料ガスとして燃料電池に供給されて、燃料電池のセルスタックがＣＯ被毒により、適正通り発電できなくなる不都合を招くものとなる。
変成器のＣＯ変成触媒は、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させることにより、活性の低下を補えることが知られている。
また、一般に、水素含有ガス生成部には、起動運転を行う際に、改質処理室や変成器を加熱する電気ヒータが設けられている。
したがって、変成器のＣＯ変成触媒が劣化したときには、起動運転において使用する電気ヒータを作動させて、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させることが考えられる。
また、一般に、水素含有ガス生成部には、起動運転を行う際に、改質処理室や変成器を加熱する電気ヒータが設けられている。
したがって、変成器のＣＯ変成触媒が劣化したときには、起動運転において使用する電気ヒータを作動させて、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させることが考えられる。
しかしながら、起動運転において使用する電気ヒータを作動させて、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させることによって、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うようにすると、大きな電力を消費することになり、ランニングコストが上昇する不都合がある。
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、ランニングコストの上昇を抑制しながら、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うことができる水素含有ガス生成装置の運転方法を提供する点にある。
また、本発明の別の目的は、ランニングコストの上昇を抑制しながら、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うことができる水素含有ガス生成装置を提供する点にある。
また、本発明の別の目的は、ランニングコストの上昇を抑制しながら、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うことができる水素含有ガス生成装置を提供する点にある。
本発明の水素含有ガス生成装置の運転方法は、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記ＣＯ変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられた素含有ガス生成装置の運転方法であって、その第１特徴構成は、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、前記変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが前記変成触媒冷却器を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転時間及び前記水素含有ガス生成部の運転回数のいずれか一方又は両方に基づいて、前記運転時間が長くなるほど大きな値となりかつ前記運転回数が多くなるほど大きな値となる運転累積値を求めて、
前記運転累積値が大きくなるほど前記通流比率を小さくするように前記燃焼排ガス通流比率調整手段を調整する点を特徴とする。
ちなみに、上記通流比率とは、上記記載から明らかな如く、燃焼排ガスの全量に対して、変成触媒冷却器を通流する燃焼排ガスの量の比率である。
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、前記変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが前記変成触媒冷却器を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転時間及び前記水素含有ガス生成部の運転回数のいずれか一方又は両方に基づいて、前記運転時間が長くなるほど大きな値となりかつ前記運転回数が多くなるほど大きな値となる運転累積値を求めて、
前記運転累積値が大きくなるほど前記通流比率を小さくするように前記燃焼排ガス通流比率調整手段を調整する点を特徴とする。
ちなみに、上記通流比率とは、上記記載から明らかな如く、燃焼排ガスの全量に対して、変成触媒冷却器を通流する燃焼排ガスの量の比率である。
すなわち、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが変成触媒冷却器を通流する通流比率を、運転累積値が大きくなるほど小さくするものであるから、変成触媒冷却器による冷却能力が、運転累積値が大きくなるほど小さくなるため、運転累積値が大きくなるほど、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させることができる。
したがって、運転累積値が大きくなって、ＣＯ変成触媒の活性が低下するほど、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させるようにして、ＣＯ変成触媒の活性の低下を適切に補うことができるため、変成処理された改質処理ガスに残存する一酸化炭素の濃度が高くなることを適切に抑制することができる。
そして、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させるにあたり、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、前記変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させて、燃焼排ガスが前記変成触媒冷却器を通流する通流比率を調整するものであるから、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させるために大きな電力を使用しないものであり、ランニングコストの上昇を抑制することができる。
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の運転方法の第１特徴構成によれば、ランニングコストの上昇を抑制しながら、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うことができる。
本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記運転累積値に対応して定めた複数段の調整設定値の夫々について、前記運転累積値が大きな調整設定値ほど前記通流比率を小さくする状態で、前記通流比率の目標比率が定められ、
前記運転累積値が複数段の前記調整設定値の夫々に達するごとに、前記通流比率を複数段の前記調整設定値について定められている前記目標比率に調整する点を特徴とする。
前記運転累積値に対応して定めた複数段の調整設定値の夫々について、前記運転累積値が大きな調整設定値ほど前記通流比率を小さくする状態で、前記通流比率の目標比率が定められ、
前記運転累積値が複数段の前記調整設定値の夫々に達するごとに、前記通流比率を複数段の前記調整設定値について定められている前記目標比率に調整する点を特徴とする。
すなわち、運転累積値が複数段の調整設定値の夫々に達するごとに、通流比率を複数段の調整設定値について定められている目標比率に調整することによって、運転累積値が大きくなるほど、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させることになる。
したがって、運転累積値が複数段の調整設定値の夫々に達するごとに、燃焼排ガス通流比率調整手段を調整すればよいため、運転累積値の増加に伴って、通流比率を連続的に変更させるようにするに較べて、燃焼排ガス通流比率調整手段に対する操作が簡略化するため、操作性の向上を図れるものとなる。
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の運転方法の第２特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、操作性の向上を図りながら、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うことができる。
本発明の水素含有ガス生成装置は、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記ＣＯ変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられたものであって、その特徴構成は、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、前記変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが前記変成触媒冷却器を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転を制御する運転制御手段が、
前記水素含有ガス生成部の運転時間及び前記水素含有ガス生成部の運転回数のいずれか一方又は両方に基づいて、前記運転時間が長くなるほど大きな値となりかつ前記運転回数が多くなるほど大きな値となる運転累積値を求めて、前記運転累積値が大きくなるほど前記通流比率を小さくするように前記燃焼排ガス通流比率調整手段を調整するように構成されている点を特徴する。
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、前記変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが前記変成触媒冷却器を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転を制御する運転制御手段が、
前記水素含有ガス生成部の運転時間及び前記水素含有ガス生成部の運転回数のいずれか一方又は両方に基づいて、前記運転時間が長くなるほど大きな値となりかつ前記運転回数が多くなるほど大きな値となる運転累積値を求めて、前記運転累積値が大きくなるほど前記通流比率を小さくするように前記燃焼排ガス通流比率調整手段を調整するように構成されている点を特徴する。
すなわち、本発明の水素含有ガス生成装置の特徴構成は、上述した水素含有ガス生成装置の運転方法の第１特徴構成を実施するための構成を備えるものであるから、上述した水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第１特徴構成の欄で記載の作用効果と同様な作用効果を奏することになり、加えて、運転制御手段の制御作動によって、燃焼排ガス通流比率調整手段の調整を自動的に行うことができる。
つまり、運転制御手段が、運転累積値を求めて、運転累積値が大きくなるほど通流比率を小さくするように燃焼排ガス通流比率調整手段を調整することにより、運転累積値が大きくなって、ＣＯ変成触媒の活性が低下するほど、変成処理温度（換言すれば、ＣＯ変成触媒の温度）を上昇させるようにして、ＣＯ変成触媒の活性の低下を適切に補いながら、変成処理された改質処理ガスに残存する一酸化炭素の濃度が高くなることを適切に抑制することができる。
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の特徴構成によれば、燃焼排ガス通流比率調整手段の調整を自動的に行うようにしながら、ＣＯ変成触媒の活性の低下を補うことができる。
〔実施形態〕
以下、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の実施形態を説明する。
（全体構成）
図１に示すように、水素含有ガス生成装置は、水素ガスを主成分とする改質ガス（水素含有ガス）を生成する水素含有ガス生成部Ｐ、及び、水素含有ガス生成部Ｐの運転を制御する運転制御部としての制御部Ｃを備えるものであり、水素含有ガス生成部Ｐにて生成される改質ガス（水素含有ガス）が、燃料ガスとして燃料電池Ｇに供給されるように構成されている。
以下、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の実施形態を説明する。
（全体構成）
図１に示すように、水素含有ガス生成装置は、水素ガスを主成分とする改質ガス（水素含有ガス）を生成する水素含有ガス生成部Ｐ、及び、水素含有ガス生成部Ｐの運転を制御する運転制御部としての制御部Ｃを備えるものであり、水素含有ガス生成部Ｐにて生成される改質ガス（水素含有ガス）が、燃料ガスとして燃料電池Ｇに供給されるように構成されている。
水素含有ガス生成部Ｐは、水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓ、原燃料に含まれる硫黄分を脱硫処理する脱硫部Ｄ、脱硫部Ｄにて脱硫処理された後の原燃料を改質処理する改質部Ｒ、改質部Ｒにて改質処理された改質処理ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成処理するＣＯ変成部Ｔ、及び、変成処理された改質処理ガス中に残存する一酸化炭素を選択酸化処理する選択酸化部Ｕを主要部として構成されている。
すなわち、水素含有ガス生成部Ｐは、改質部Ｒへ供給する原燃料を脱硫部Ｄにて脱硫処理し、脱硫した原燃料に水蒸気生成部Ｓにて生成された水蒸気を混合し、水蒸気が混合された原燃料を改質部Ｒにて改質処理して改質処理ガスを生成し、改質部Ｒにて生成された改質処理ガスをＣＯ変成部Ｔに供給して、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素に変成処理し、ＣＯ変成部Ｔにて変成処理された改質処理ガスを選択酸化部Ｕに供給して、改質処理ガス中に残存する一酸化炭素ガスを選択酸化処理することにより、一酸化炭素の含有率が低い改質ガス（水素含有ガス）を生成するように構成されている。
本実施形態の水素含有ガス生成部Ｐには、改質部Ｒと伝熱可能に設けた改質部加熱用通流部６、脱硫部Ｄに供給する原燃料を加熱する脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ、及び、脱硫部Ｄにて脱硫処理された後の原燃料を加熱する脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａが設けられている。
そして、改質部Ｒから排出される改質処理ガスが、改質部加熱用通流部６、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂを順次通流した後に、ＣＯ変成部Ｔに流動するように構成され、且つ、原燃料が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ、脱硫部Ｄ、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａを順次通流して、改質部Ｒに流動するように構成されている。
つまり、改質部Ｒから排出される改質処理ガスが、改質部加熱用通流部６を通流する際に、改質部Ｒを加熱し、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａを通流する際に、改質部Ｒに供給される水蒸気が混合された原燃料を加熱し、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂを通流する際に、脱硫器５に供給される原燃料を加熱するように構成されている。
図２に示すように、本実施形態の水素含有ガス生成部Ｐは、扁平な矩形板状の容器Ｂの複数個（本実施形態では９個）を、容器Ｂの厚さ方向に並べる形態に構成されている。
そして、並置された９個の容器Ｂにて、水蒸気生成部Ｓ、改質部Ｒ、改質部加熱用通流部６、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ、脱硫部Ｄ、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、ＣＯ変成部Ｔ、及び、選択酸化部Ｕが構成されることになり、その詳細は後述する。
尚、図２においては、左端から右端側に向けて、水蒸気生成部Ｓ、改質部Ｒ、改質部加熱用通流部６、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、脱硫部Ｄ、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ、ＣＯ変成部Ｔ、及び、選択酸化部Ｕが、記載順に並ぶ状態で設けられている。
そして、並置された９個の容器Ｂにて、水蒸気生成部Ｓ、改質部Ｒ、改質部加熱用通流部６、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ、脱硫部Ｄ、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、ＣＯ変成部Ｔ、及び、選択酸化部Ｕが構成されることになり、その詳細は後述する。
尚、図２においては、左端から右端側に向けて、水蒸気生成部Ｓ、改質部Ｒ、改質部加熱用通流部６、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、脱硫部Ｄ、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ、ＣＯ変成部Ｔ、及び、選択酸化部Ｕが、記載順に並ぶ状態で設けられている。
図１に示すように、水素含有ガス生成部Ｐにて生成される改質ガス（水素含有ガス）は、上述の如く、燃料ガスとして燃料電池Ｇに供給されることになり、選択酸化部Ｕから排出される改質ガス（水素含有ガス）を燃料電池Ｇに導く燃料ガス路９が設けられている。
本実施形態の燃料電池Ｇは、詳細な説明は省略するが、高分子膜を電解質とする固体高分子型であり、水素含有ガス生成部Ｐから供給される燃料ガス中の水素と、発電用ファン１３から供給される反応用空気中の酸素との電気化学反応により発電するように構成されている。
本実施形態の燃料電池Ｇは、詳細な説明は省略するが、高分子膜を電解質とする固体高分子型であり、水素含有ガス生成部Ｐから供給される燃料ガス中の水素と、発電用ファン１３から供給される反応用空気中の酸素との電気化学反応により発電するように構成されている。
以下、水素含有ガス生成部Ｐの各部の構成について説明を加える。
（脱硫部の構成）
脱硫部Ｄは、脱硫触媒が装入された脱硫器５を備えて、原燃料を、脱硫器５を通して流動させるように構成されている。
脱硫触媒としては、銅−亜鉛系脱硫剤等の吸着式脱硫剤が使用され、例えば１５０〜３００°Ｃの範囲の脱硫処理温度で、脱硫触媒にて原燃料中の硫黄化合物を水素化して、その水素化物を酸化亜鉛に吸着させて脱硫するように構成してある。
（脱硫部の構成）
脱硫部Ｄは、脱硫触媒が装入された脱硫器５を備えて、原燃料を、脱硫器５を通して流動させるように構成されている。
脱硫触媒としては、銅−亜鉛系脱硫剤等の吸着式脱硫剤が使用され、例えば１５０〜３００°Ｃの範囲の脱硫処理温度で、脱硫触媒にて原燃料中の硫黄化合物を水素化して、その水素化物を酸化亜鉛に吸着させて脱硫するように構成してある。
ちなみに、脱硫触媒としては、水添吸着脱硫剤を使用してもよく、この場合には、例えば、ＣＯ変成部Ｔから排出された後に、後述の如く水分が除去された改質処理ガスを、リサイクルガスとして脱硫器５に供給することになる。
（改質部の構成）
改質部Ｒは、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナ１による加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成するように構成されている。
具体的には、改質部Ｒには、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入した改質処理室１１が設けられ、 改質バーナ１を備えた燃焼室１２が、改質処理室１１と伝熱可能に設けられている。
そして、燃焼室１２の内部にて、改質バーナ１によりガス燃料を燃焼させて、改質処理室１１を加熱するように構成されている。
改質部Ｒは、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナ１による加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成するように構成されている。
具体的には、改質部Ｒには、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入した改質処理室１１が設けられ、 改質バーナ１を備えた燃焼室１２が、改質処理室１１と伝熱可能に設けられている。
そして、燃焼室１２の内部にて、改質バーナ１によりガス燃料を燃焼させて、改質処理室１１を加熱するように構成されている。
改質部Ｒでは、原燃料がメタンガスを主成分とする都市ガス（１３Ａ）である場合は、改質触媒の触媒作用により、例えば６００〜７００°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式（１）にて改質反応されて、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質処理ガスが生成されことになる。
ちなみに、改質部Ｒにおける改質反応は吸熱反応であるため、改質処理室１１に装入された改質触媒を、燃焼室１２及び改質部加熱用通流部６にて加熱することになる。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2Ｏ --------（１）
ちなみに、改質部Ｒにおける改質反応は吸熱反応であるため、改質処理室１１に装入された改質触媒を、燃焼室１２及び改質部加熱用通流部６にて加熱することになる。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2Ｏ --------（１）
（水蒸気生成部の構成）
水蒸気生成部Ｓは、改質処理室１１に供給する原燃料に混合する水蒸気を改質バーナ１の燃焼排ガスによる水の加熱により生成するように構成されている。
具体的には、水蒸気生成用の原料水が供給される水蒸気生成室２Ａと、改質バーナ１の燃焼排ガスが通流される加熱用排ガス通流室２Ｂとが伝熱可能に並設され、水蒸気生成室２Ａが加熱用排ガス通流室２Ｂからの伝熱により加熱されて、水蒸気生成室２Ａの内部に蒸気が生成されるように構成されている。
水蒸気生成部Ｓは、改質処理室１１に供給する原燃料に混合する水蒸気を改質バーナ１の燃焼排ガスによる水の加熱により生成するように構成されている。
具体的には、水蒸気生成用の原料水が供給される水蒸気生成室２Ａと、改質バーナ１の燃焼排ガスが通流される加熱用排ガス通流室２Ｂとが伝熱可能に並設され、水蒸気生成室２Ａが加熱用排ガス通流室２Ｂからの伝熱により加熱されて、水蒸気生成室２Ａの内部に蒸気が生成されるように構成されている。
ちなみに、詳細な説明は省略するが、水蒸気生成室２Ａ及び加熱用排ガス通流室２Ｂの内部には、ステンレスウール等からなる伝熱促進材が通気可能な状態で充填されている。
（ＣＯ変成部の構成）
ＣＯ変成部Ｔは、改質処理室１１からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ変成触媒により二酸化炭素に変成処理するように構成されている。
具体的には、本実施形態では、酸化鉄系又は銅亜鉛系のＣＯ変成触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が装入される変成器３が備えられ、この変成器３を通して、改質部Ｒから供給される改質処理ガスが流動するように構成されている。
ＣＯ変成部Ｔは、改質処理室１１からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ変成触媒により二酸化炭素に変成処理するように構成されている。
具体的には、本実施形態では、酸化鉄系又は銅亜鉛系のＣＯ変成触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が装入される変成器３が備えられ、この変成器３を通して、改質部Ｒから供給される改質処理ガスが流動するように構成されている。
また、ＣＯ変成部Ｔには、水蒸気生成部Ｓの加熱用排ガス通流室２Ｂを通過した後の燃焼排ガスが通流する変成触媒冷却器４が、変成器３と伝熱可能に設けられて、変成器３に装入されたＣＯ変成触媒を冷却するように構成されている。
ちなみに、図１には、図面を簡略化するために、変成器３が一つだけ示されているが、図２に示すように、本実施形態においては、変成器３が、変成触媒冷却器４の両側に２個ずつ位置する状態で、４個設けられている。
ちなみに、図１には、図面を簡略化するために、変成器３が一つだけ示されているが、図２に示すように、本実施形態においては、変成器３が、変成触媒冷却器４の両側に２個ずつ位置する状態で、４個設けられている。
ＣＯ変成部Ｔにおいては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、ＣＯ変成触媒の触媒作用により、例えば１５０〜３１０°Ｃの範囲の変成処理温度の下で、下記の反応式（２）にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。
ちなみに、ＣＯ変成部Ｔにおける変成反応は発熱反応であるため、変成器３に装入されたＣＯ変成触媒を変成触媒冷却器４にて冷却することになる。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 --------（２）
ちなみに、ＣＯ変成部Ｔにおける変成反応は発熱反応であるため、変成器３に装入されたＣＯ変成触媒を変成触媒冷却器４にて冷却することになる。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 --------（２）
尚、変成触媒冷却器４は、水素含有ガス生成部Ｐの起動時においては、変成器３に装入したＣＯ変成触媒を加熱して昇温する作用を発揮することになり、起動後の通常運転時においては、ＣＯ変成触媒を冷却する作用を発揮することになる。
（選択酸化部の構成）
選択酸化部Ｕは、選択酸化触媒の触媒作用によって、変成処理後の改質処理ガス中に残存する一酸化炭素ガスを選択酸化処理するように構成されている。
具体的には、白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体が多数装入された選択酸化反応器１５が設けられて、この選択酸化反応器１５を通して、ＣＯ変成部Ｔから供給される改質処理ガスが、酸化用空気を混合した状態で通流するように構成されている。
選択酸化部Ｕは、選択酸化触媒の触媒作用によって、変成処理後の改質処理ガス中に残存する一酸化炭素ガスを選択酸化処理するように構成されている。
具体的には、白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体が多数装入された選択酸化反応器１５が設けられて、この選択酸化反応器１５を通して、ＣＯ変成部Ｔから供給される改質処理ガスが、酸化用空気を混合した状態で通流するように構成されている。
説明を加えると、選択酸化部Ｕの選択酸化反応器１５に酸化用空気を供給する選択酸化用ファン５２が、酸化用空気供給路３７を通して、変成器３から選択酸化反応器１５に供給される変成処理後の改質処理ガスに酸化用空気を供給する状態で設けられて、酸化用空気が混合された改質処理ガスが選択酸化反応器１５に流動するように構成されている。
選択酸化部Ｕにおいては、選択酸化触媒の触媒作用によって、例えば８０〜１００°Ｃの範囲の選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質処理ガス中に残存している一酸化炭素ガスを選択酸化処理して、一酸化炭素ガス濃度が低い改質ガス、例えば、一酸化炭素ガス濃度が１０ｐｐｍ以下となる改質ガス（水素含有ガス）を生成するように構成されている。
選択酸化部Ｕにおける選択酸化反応は発熱反応であるため、選択酸化部Ｕに対して冷却風を送風する冷却用ファン８が設けられて、選択酸化部Ｕが冷却されるように構成されている。
選択酸化部Ｕにおける選択酸化反応は発熱反応であるため、選択酸化部Ｕに対して冷却風を送風する冷却用ファン８が設けられて、選択酸化部Ｕが冷却されるように構成されている。
また、選択酸化部Ｕには、改質バーナ１に供給される燃焼用空気を通流させる酸化部冷却用空気通流部７が、選択酸化反応器１５と伝熱可能に設けられて、選択酸化反応器１５を冷却するように構成されている。
つまり、外気温が高い夏期等においては、冷却用ファン８によって冷却風を送風して選択酸化部Ｕを冷却することに加えて、酸化部冷却用空気通流部７を通して改質バーナ１に供給される燃焼用空気を通流させて、選択酸化部Ｕを冷却するように構成されている。
つまり、外気温が高い夏期等においては、冷却用ファン８によって冷却風を送風して選択酸化部Ｕを冷却することに加えて、酸化部冷却用空気通流部７を通して改質バーナ１に供給される燃焼用空気を通流させて、選択酸化部Ｕを冷却するように構成されている。
（脱硫後原燃料加熱用熱交換部の構成）
脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａには、改質部加熱用通流部６から排出された改質処理ガスを通流させる上流側熱交換用通流部１６と、脱硫器５から排出された後に水蒸気が混合された原燃料を通流させる脱硫後原燃料通流部１７とが熱交換自在に設けられて、水蒸気の混合状態の原燃料を、改質処理ガスにて加熱するように構成されている。
脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａには、改質部加熱用通流部６から排出された改質処理ガスを通流させる上流側熱交換用通流部１６と、脱硫器５から排出された後に水蒸気が混合された原燃料を通流させる脱硫後原燃料通流部１７とが熱交換自在に設けられて、水蒸気の混合状態の原燃料を、改質処理ガスにて加熱するように構成されている。
（脱硫前原燃料加熱用熱交換部の構成）
脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂは、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの上流側熱交換用通流部１６から排出された改質処理ガスを通流させる下流側熱交換用通流部１８と、脱硫器５に供給する原燃料を通流させる脱硫前原燃料通流部１９とを熱交換自在に設けて、脱硫器５に供給する原燃料を、改質処理ガスにて加熱するように構成されている。
脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂは、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの上流側熱交換用通流部１６から排出された改質処理ガスを通流させる下流側熱交換用通流部１８と、脱硫器５に供給する原燃料を通流させる脱硫前原燃料通流部１９とを熱交換自在に設けて、脱硫器５に供給する原燃料を、改質処理ガスにて加熱するように構成されている。
（容器の具体構成）
水素含有ガス生成部Ｐは、上述した通り、複数個（本実施形態では９個）の扁平な矩形板状の容器Ｂを容器厚さ方向に並べて構成されるものであり、容器Ｂとしては、一つの扁平な室を備える単室具備容器Ｂｍと、区画された二つの扁平な室を備える双室具備容器Ｂｄとがある。
水素含有ガス生成部Ｐは、上述した通り、複数個（本実施形態では９個）の扁平な矩形板状の容器Ｂを容器厚さ方向に並べて構成されるものであり、容器Ｂとしては、一つの扁平な室を備える単室具備容器Ｂｍと、区画された二つの扁平な室を備える双室具備容器Ｂｄとがある。
双室具備容器Ｂｄは、図３に示すように、一対の皿形状容器形成部材４１の間に平板状の仕切り部材４３を位置させた状態で、一対の皿形状容器形成部材４１及び仕切り部材４３の周辺部を溶接接続して、二つの扁平な室を区画形成する形態に構成されている。
単室具備容器Ｂｍは、図４に示すように、皿形状容器形成部材４１と平板状容器形成部材４２の周辺部を溶接接続して、一つの扁平な室を区画形成する形態に構成されている。
そして、単室具備容器Ｂｍ及び双室具備容器Ｂｄには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用の接続ノズル４４が内部の室と連通する状態で取り付けられている。
単室具備容器Ｂｍは、図４に示すように、皿形状容器形成部材４１と平板状容器形成部材４２の周辺部を溶接接続して、一つの扁平な室を区画形成する形態に構成されている。
そして、単室具備容器Ｂｍ及び双室具備容器Ｂｄには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用の接続ノズル４４が内部の室と連通する状態で取り付けられている。
（容器の並置形態）
図２に示すように、本実施形態においては、８個の双室具備容器Ｂｄと１個の単室具備容器Ｂｍとが設けられ、これら９個の容器Ｂが、左端から右端に向けて３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で、容器Ｂの厚さ方向に並設されている。
尚、８個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左端から右端に向けての並び順を示す符号１，２，３……………８を付す。
図２に示すように、本実施形態においては、８個の双室具備容器Ｂｄと１個の単室具備容器Ｂｍとが設けられ、これら９個の容器Ｂが、左端から右端に向けて３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で、容器Ｂの厚さ方向に並設されている。
尚、８個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左端から右端に向けての並び順を示す符号１，２，３……………８を付す。
また、左端の双室具備容器Ｂｄ１と左端から２個目の双室具備容器Ｂｄ２と間、単室具備容器Ｂｍと左端から３個目の双室具備容器Ｂｄ３との間、及び、左端から３個目の双室具備容器Ｂｄ３と左端から４個目の双室具備容器Ｂｄ３との間の夫々に、伝熱量調整用の断熱材２２が配置されている。
左端の双室具備容器Ｂｄ１が、水蒸気生成部Ｓの加熱用排ガス通流室２Ｂ及び水蒸気生成室２Ａを形成し、左端から２個目の双室具備容器Ｂｄ２が、改質部Ｒの燃焼室１２及び改質処理室１１を形成するように構成されている。
尚、左端から２個目の双室具備容器Ｂｄ２は、図３で示す形状とは異なり、一対の皿形状容器形成部材４１の一方が、燃焼室１２の形状に合わせて屈曲した形状に形成されることになるが、本実施形態では詳細な説明を省略する。
尚、左端から２個目の双室具備容器Ｂｄ２は、図３で示す形状とは異なり、一対の皿形状容器形成部材４１の一方が、燃焼室１２の形状に合わせて屈曲した形状に形成されることになるが、本実施形態では詳細な説明を省略する。
単室具備容器Ｂｍが、改質部加熱用通流部６を形成し、左端から３個目の双室具備容器Ｂｄ３が、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの上流側熱交換用通流部１６及び脱硫後原燃料通流部１７を形成するように構成されている。
左端から４個目の双室具備容器Ｂｄ４の左側の室が、脱硫部Ｄの脱硫器５を形成し、その双室具備容器Ｂｄ４の右側の室が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの脱硫前原燃料通流部１９を形成するように構成されている。
左端から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの下流側熱交換用通流部１８を形成するように構成されている。
左端から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの下流側熱交換用通流部１８を形成するように構成されている。
左端から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の右側の室、左端から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室、及び、左端から７個目の双室具備容器Ｂｄ７の左右両側の室が、ＣＯ変成部Ｔの変成器３を形成し、左端から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の右側の室が、変成触媒冷却器４を形成する形態で、４個の変成器３を備えるＣＯ変成部Ｔを形成するように構成されている。
つまり、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の右側の室にて形成される変成器３を１番目に改質処理ガスが通流し、左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室にて形成される変成器３を２番目に改質処理ガスが通流し、左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７の左側の室にて形成される変成器３を３番目に改質処理ガスが通流し、その７個目の双室具備容器Ｂｄ７の右側の室にて形成する変成器３を４番目に改質処理ガスが通流する形態で、それら４個の変成器３を通して、改質処理ガスが通流するように構成されている。
左端から８個目（換言すれば、右端）の双室具備容器Ｂｄ８の左側の室が、酸化部冷却用空気通流部７を形成し、その双室具備容器Ｂｄ８の右側の室が、選択酸化反応器１５を形成するように構成されている。
ちなみに、詳細な説明は省略するが、９個の容器Ｂ及び断熱材２２が、容器厚さ方向に締め付けられて、９個の容器Ｂが、断熱材２２にて熱伝達量を調整された状態で、隣接するもの同士で熱伝達を行うことにより、各部の温度が適正な温度に維持されるように構成されている。
つまり、脱硫部Ｄ、改質部Ｒ、ＣＯ変成部Ｔ及び選択酸化部Ｕを、それらのうちで最も高温に維持する必要のある改質部Ｒと、最も低温に維持する必要のある選択酸化部Ｕとの間に、それら改質部Ｒの温度と選択酸化部Ｕの温度との間の温度に維持する必要のある脱硫部ＤとＣＯ変成部Ｔとを並置する形態で、隣接するもの同士で熱伝達可能に設けるようにし、また、改質部Ｒにおける脱硫部Ｄが設けられている側とは反対側に、改質部Ｒよりも低い温度に維持する必要のある水蒸気生成部Ｓを改質部Ｒと伝熱可能なように設けるようにして、水蒸気生成部Ｓ、脱硫部Ｄ、改質部Ｒ、ＣＯ変成部Ｔ及び選択酸化部Ｕの温度を、適正な温度に維持できるようにしてある。
（原燃料の流動形態）
図１及び図２において、白抜き線にて示すように、原燃料供給路２３が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの脱硫前原燃料通流部１９に接続されている。
また、脱硫前原燃料通流部１９、脱硫器５、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの脱硫後原燃料通流部１７、改質部Ｒの改質処理室１１、改質部加熱用通流部６、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの上流側熱交換用通流部１６、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの下流側熱交換用通流部１８、ＣＯ変成部Ｔの４段の変成器３、及び、選択酸化部Ｕの選択酸化反応器１５の順に接続するガス処理用流路２４が設けられている。
図１及び図２において、白抜き線にて示すように、原燃料供給路２３が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの脱硫前原燃料通流部１９に接続されている。
また、脱硫前原燃料通流部１９、脱硫器５、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの脱硫後原燃料通流部１７、改質部Ｒの改質処理室１１、改質部加熱用通流部６、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの上流側熱交換用通流部１６、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの下流側熱交換用通流部１８、ＣＯ変成部Ｔの４段の変成器３、及び、選択酸化部Ｕの選択酸化反応器１５の順に接続するガス処理用流路２４が設けられている。
したがって、原燃料供給路２３からの原料ガスが、脱硫前原燃料通流部１９、脱硫器５、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの脱硫後原燃料通流部１７、及び、改質部Ｒの改質処理室１１の順に流動し、そして、改質処理室１１にて改質された改質処理ガスが、改質部加熱用通流部６、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの上流側熱交換用通流部１６、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの下流側熱交換用通流部１８、ＣＯ変成部Ｔの４段の変成器３、及び、選択酸化部Ｕの選択酸化反応器１５の順に流動するように構成されている。
原燃料供給路２３には、水素含有ガス生成部Ｐへの原燃料の供給を断続する原燃料断続弁２５Ａ及び原燃料の供給量を調整する原燃料調整弁２５Ｂが設けられている。
また、ガス処理用流路２４のうちの、４番目に改質処理ガスが通流する変成器３と選択酸化反応器１５とを接続する部分に、後述する原料水供給路２６を流れる原料水を変成処理後の改質処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１０、及び、改質処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ２７が、ドレントラップ２７を原料水予熱用熱交換器１０よりも下流側に位置させる状態で設けられており、原料水を予熱しながら、変成処理後の改質処理ガスから水分を除去するように構成されている。
ちなみに、上述した選択酸化用ファン５２から供給される選択酸化用空気を選択酸化反応器１５に供給する酸化用空気供給路３７が、ガス処理用流路２４のうちの、改質処理ガスが４番目に通流する変成器３と選択酸化反応器１５とを接続する部分におけるドレントラップ２７よりも下流側箇所に接続されている。
（原料水の流動形態）
図１及び図２において、実線にて示すように、原料水供給路２６が、原料水予熱用熱交換器１０を経由する状態で水蒸気生成部Ｓの水蒸気生成室２Ａに接続されている。
原料水供給路２６には、原料水ポンプ２８が設けられており、原料水ポンプ２８にて水蒸気生成用の原料水を水蒸気生成室２Ａに圧送するように構成されている。
図１及び図２において、実線にて示すように、原料水供給路２６が、原料水予熱用熱交換器１０を経由する状態で水蒸気生成部Ｓの水蒸気生成室２Ａに接続されている。
原料水供給路２６には、原料水ポンプ２８が設けられており、原料水ポンプ２８にて水蒸気生成用の原料水を水蒸気生成室２Ａに圧送するように構成されている。
水蒸気生成室２Ａにて生成された水蒸気を通流する水蒸気路２９が、ガス処理用流路２４のうちの、脱硫器５と脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａの脱硫後原燃料通流部１７とを接続する部分に接続されて、脱硫処理後の原燃料に改質用の水蒸気を混合させるように構成されている。
ちなみに、脱硫処理後の原燃料に改質用の水蒸気を混合させるにあたり、混合用エジェクタ等の混合装置を設けることになるが、本実施形態では、混合装置についての説明を省略する。
ちなみに、脱硫処理後の原燃料に改質用の水蒸気を混合させるにあたり、混合用エジェクタ等の混合装置を設けることになるが、本実施形態では、混合装置についての説明を省略する。
（燃焼排ガスの流動形態）
図１及び図２において、破線にて示すように、改質部Ｒの燃焼室１２、水蒸気生成部Ｓの加熱用排ガス通流室２Ｂ、及び、ＣＯ変成部Ｔの変成触媒冷却器４の順に接続する排ガス路３０が設けられている。
図１及び図２において、破線にて示すように、改質部Ｒの燃焼室１２、水蒸気生成部Ｓの加熱用排ガス通流室２Ｂ、及び、ＣＯ変成部Ｔの変成触媒冷却器４の順に接続する排ガス路３０が設けられている。
したがって、燃焼室１２から排出された改質バーナ１の燃焼排ガスが、加熱用排ガス通流室２Ｂ、及び、変成触媒冷却器４を流動して、加熱用排ガス通流室２Ｂを流動するときには、水蒸気生成室２Ａを加熱し、変成触媒冷却器４を流動するときには、変成器３のＣＯ変成触媒を冷却するように構成されている。
尚、上述した如く、変成触媒冷却器４を流動する燃焼排ガスは、水素含有ガス生成部Ｐの起動時においては、変成器３を加熱して昇温する作用を発揮することになる。
尚、上述した如く、変成触媒冷却器４を流動する燃焼排ガスは、水素含有ガス生成部Ｐの起動時においては、変成器３を加熱して昇温する作用を発揮することになる。
また、排ガス路３０のうちの、加熱用排ガス通流室２Ｂと変成触媒冷却器４とを接続する部分から分岐する形態で、変成触媒冷却器４をバイパスして燃焼排ガスを流動させるための排ガスバイパス路３０ａが設けられている。
排ガス路３０における排ガスバイパス路３０ａの分岐箇所に、水蒸気生成部Ｓを通流した後の燃焼排ガスの一部を、排ガスバイパス路３０ａを通して通流させることにより、燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を調整する三方弁３０Ａが設けられている。
排ガス路３０における排ガスバイパス路３０ａの分岐箇所に、水蒸気生成部Ｓを通流した後の燃焼排ガスの一部を、排ガスバイパス路３０ａを通して通流させることにより、燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を調整する三方弁３０Ａが設けられている。
すなわち、三方弁３０Ａは、排ガス路３０を通しての燃焼排ガスを通流させる弁開度と排ガスバイパス路３０ａを通して燃焼排ガスを通流させる弁開度とを、背反的に変更するように構成されている。
ちなみに、本実施形態では、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、変成触媒冷却器４をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段Ｊが、排ガスバイパス路３０ａ、及び、三方弁３０Ａから構成されることになる。
ちなみに、本実施形態では、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、変成触媒冷却器４をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段Ｊが、排ガスバイパス路３０ａ、及び、三方弁３０Ａから構成されることになる。
（改質バーナの燃焼構成）
燃料電池Ｇの燃料極から排出された排ガス（以下、オフガスと称する場合がある）を改質バーナ１に供給するオフガス路３１が設けられて、改質バーナ１が、オフガスを燃料として燃焼するように構成されている。
また、都市ガス（１３Ａ）を燃焼用燃料として改質バーナ１に供給するガス燃料供給路３３が設けられて、改質バーナ１が、オフガスに加えて、ガス燃料供給路３３から供給される燃焼用燃料にても燃焼するように構成されている。
ガス燃料供給路３３には、燃料断続弁３４Ａ及び燃料調整弁３４が設けられている。
燃料電池Ｇの燃料極から排出された排ガス（以下、オフガスと称する場合がある）を改質バーナ１に供給するオフガス路３１が設けられて、改質バーナ１が、オフガスを燃料として燃焼するように構成されている。
また、都市ガス（１３Ａ）を燃焼用燃料として改質バーナ１に供給するガス燃料供給路３３が設けられて、改質バーナ１が、オフガスに加えて、ガス燃料供給路３３から供給される燃焼用燃料にても燃焼するように構成されている。
ガス燃料供給路３３には、燃料断続弁３４Ａ及び燃料調整弁３４が設けられている。
すなわち、改質バーナ１は、水素含有ガス生成部Ｐにて生成される改質ガス（水素含有ガス）を燃料電池Ｇに供給する通常運転時には、オフガスを燃料として燃焼し、かつ、オフガスのみにては加熱量が不足するときには、ガス燃料供給路３３から供給される燃焼用燃料をも燃料として燃焼するように構成され、かつ、水素含有ガス生成部Ｐの起動時には、ガス燃料供給路３３から供給される燃焼用燃料を燃料として燃焼するように構成されている。
図１及び図２において、一点鎖線にて示すように、燃焼用ファン５０からの空気を燃焼用空気として改質バーナ１に供給する燃焼用空気供給路３５が設けられ、加えて、酸化部経由空気供給路３６が、燃焼用空気供給路３５から分岐する形態で設けられている。
酸化部経由空気供給路３６は、酸化部冷却用空気通流部７を経由する形態で燃焼用ファン５０からの空気を通流するものであって、酸化部冷却用空気通流部７を経由した後で、燃焼用空気供給路３５に接続される。
酸化部経由空気供給路３６は、酸化部冷却用空気通流部７を経由する形態で燃焼用ファン５０からの空気を通流するものであって、酸化部冷却用空気通流部７を経由した後で、燃焼用空気供給路３５に接続される。
燃焼用空気供給路３５に、第１空気経路切換用開閉弁３８が設けられ、また、酸化部経由空気供給路３６に、第２空気経路切換用開閉弁３９が設けられている。
そして、第１空気経路切換用開閉弁３８と第２空気経路切換用開閉弁３９とを背反的に開閉することにより、燃焼用ファン５０からの燃焼用空気を、酸化部経由空気供給路３６を通じて改質バーナ１に供給する酸化部経由供給状態と、燃焼用ファン５０からの燃焼用空気を、酸化部冷却用空気通流部７を通流させることなく、燃焼用空気供給路３５を通じて改質バーナ１に直接供給する直接供給状態とに切り換えることができるように構成されている。
ちなみに、改質バーナ１への焼用空気は、通常は直接供給状態にて供給されることになるが、選択酸化部Ｕの冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、酸化部経由供給状態に切り換えて、燃焼用空気にて選択酸化部Ｕを冷却することになる。
そして、第１空気経路切換用開閉弁３８と第２空気経路切換用開閉弁３９とを背反的に開閉することにより、燃焼用ファン５０からの燃焼用空気を、酸化部経由空気供給路３６を通じて改質バーナ１に供給する酸化部経由供給状態と、燃焼用ファン５０からの燃焼用空気を、酸化部冷却用空気通流部７を通流させることなく、燃焼用空気供給路３５を通じて改質バーナ１に直接供給する直接供給状態とに切り換えることができるように構成されている。
ちなみに、改質バーナ１への焼用空気は、通常は直接供給状態にて供給されることになるが、選択酸化部Ｕの冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、酸化部経由供給状態に切り換えて、燃焼用空気にて選択酸化部Ｕを冷却することになる。
本実施形態の改質バーナ１は、図１に示すように、炎孔が長手方向に沿って形成された２つの第１噴出管１Ａと第２噴出管１Ｂとを備える形態に構成されている。
そして、オフガス路３１が第１噴出管１Ａに接続され、燃焼用空気供給路３５が第２噴出管１Ｂに接続され、また、ガス燃料供給路３３が、燃焼用空気供給路３５に接続されている。
そして、オフガス路３１が第１噴出管１Ａに接続され、燃焼用空気供給路３５が第２噴出管１Ｂに接続され、また、ガス燃料供給路３３が、燃焼用空気供給路３５に接続されている。
したがって、第１噴出管１Ａから噴出されるオフガスが、第２噴出管１Ｂから噴出される燃焼用空気にて燃焼するように構成され、ガス燃料供給路３３から供給される燃焼用燃料が、燃焼用空気と混合された状態で第２噴出管１Ｂから噴出されて燃焼するように構成されている。
ちなみに、水素含有ガス生成部Ｐの起動時においては、後述の如く、ガス燃料供給路３３からの燃焼用燃料が燃焼用空気との混合状態で第２噴出管１Ｂから噴出されて燃焼する状態において、オフガス路３１を通して流動する原燃料や水蒸気が第１噴出管１Ａから噴出されることになり、第１噴出管１Ａから噴出される原燃料は燃焼用燃料と併せて燃焼されることになる。
ちなみに、水素含有ガス生成部Ｐの起動時においては、後述の如く、ガス燃料供給路３３からの燃焼用燃料が燃焼用空気との混合状態で第２噴出管１Ｂから噴出されて燃焼する状態において、オフガス路３１を通して流動する原燃料や水蒸気が第１噴出管１Ａから噴出されることになり、第１噴出管１Ａから噴出される原燃料は燃焼用燃料と併せて燃焼されることになる。
（流路切換構成）
水素含有ガス生成部Ｐからの改質ガス（水素含有ガス）を燃料電池Ｇに導く燃料ガス路９と燃料電池Ｇからの排ガスを改質バーナ１に導くオフガス路３１とを、燃料電池Ｇをバイパスする状態で接続するバイパスガス路９ａが設けられている。
また、燃料ガス路９におけるバイパスガス路９ａの分岐箇所よりも下流側箇所に、燃料ガス路９を開閉する燃料ガス路開閉弁９Ａが設けられ、バイパスガス路９ａの途中部分に、バイパスガス路９ａを開閉するバイパスガス路開閉弁９Ｂが設けられ、オフガス路３１におけるバイパスガス路９ａの接続箇所よりも上流側箇所に、オフガス路３１を開閉する下流側開閉弁９Ｃが設けられている。
水素含有ガス生成部Ｐからの改質ガス（水素含有ガス）を燃料電池Ｇに導く燃料ガス路９と燃料電池Ｇからの排ガスを改質バーナ１に導くオフガス路３１とを、燃料電池Ｇをバイパスする状態で接続するバイパスガス路９ａが設けられている。
また、燃料ガス路９におけるバイパスガス路９ａの分岐箇所よりも下流側箇所に、燃料ガス路９を開閉する燃料ガス路開閉弁９Ａが設けられ、バイパスガス路９ａの途中部分に、バイパスガス路９ａを開閉するバイパスガス路開閉弁９Ｂが設けられ、オフガス路３１におけるバイパスガス路９ａの接続箇所よりも上流側箇所に、オフガス路３１を開閉する下流側開閉弁９Ｃが設けられている。
したがって、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを開くと、燃料ガス路９を通して流動する流体を、燃料電池Ｇ並びにバイパスガス路９ａを経由して、オフガス路３１に流動させることができる。以下、この状態を平行流動状態と呼称する。
また、燃料ガス路開閉弁９Ａと下流側開閉弁９Ｃとを開き、かつ、バイパスガス路開閉弁９Ｂを閉じると、燃料ガス路９を通して流動する流体を、燃料電池Ｇを経由して、オフガス路３１に流動させることができる。以下、この状態を通常流動状態と呼称する。
また、バイパスガス路開閉弁９Ｂを開き、かつ、燃料ガス路開閉弁９Ａと下流側開閉弁９Ｃとを閉じると、燃料ガス路９を通して流動する流体を、燃料電池Ｇを迂回しながら、バイパスガス路９ａを経由して、オフガス路３１に流動させることができる。以下、この状態をバイパス流動状態と呼称する。
また、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを閉じると、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇの内部に原燃料を充填した状態に保つことができる。つまり、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇは、後述の如く、運転停止時には、原燃料が充填されることになり、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを閉じることにより、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇの内部に原燃料を充填した状態に保つことができる。以下、この状態を封止状態と呼称する。
ちなみに、制御部Ｃが、後述する起動時処理や停止時処理を実行する際に、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃを開閉制御することになり、その詳細は後述する。
（起動用加熱構成）
水素含有ガス生成部Ｐを起動させる際に、脱硫器５を脱硫処理可能なように加熱する電気式の脱硫器用ヒータ２０、ＣＯ変成部Ｔを変成処理可能なように加熱する１対の電気式の変成部用ヒータ２１、及び、水蒸気生成部Ｓの水蒸気生成室２Ａを水蒸気生成処理可能なように加熱する電気式の水蒸気生成部用ヒータ５１が設けられている。
水素含有ガス生成部Ｐを起動させる際に、脱硫器５を脱硫処理可能なように加熱する電気式の脱硫器用ヒータ２０、ＣＯ変成部Ｔを変成処理可能なように加熱する１対の電気式の変成部用ヒータ２１、及び、水蒸気生成部Ｓの水蒸気生成室２Ａを水蒸気生成処理可能なように加熱する電気式の水蒸気生成部用ヒータ５１が設けられている。
すなわち、水素含有ガス生成部Ｐを起動させる際には、改質バーナ１の燃焼を開始させることに加えて、脱硫器用ヒータ２０、１対の変成部用ヒータ２１、及び、水蒸気生成部用ヒータ５１を作動させて、迅速に昇温させるように構成されている。
（運転制御のための温度検出構成）
改質部Ｒの改質処理室１１の温度を改質部温度として検出する改質温度センサＴ１が設けられて、後述の如く、制御部Ｃが、改質部温度に基づいて、起動時運転処理や停止時運転処理を実行するように構成されている。
燃焼室１２の温度を燃焼室温度として検出する燃焼室温度センサＴ２が設けられて、後述の如く、制御部Ｃが、燃焼室温度に基づいて、改質バーナ１の燃焼制御を実行するように構成されている。
改質部Ｒの改質処理室１１の温度を改質部温度として検出する改質温度センサＴ１が設けられて、後述の如く、制御部Ｃが、改質部温度に基づいて、起動時運転処理や停止時運転処理を実行するように構成されている。
燃焼室１２の温度を燃焼室温度として検出する燃焼室温度センサＴ２が設けられて、後述の如く、制御部Ｃが、燃焼室温度に基づいて、改質バーナ１の燃焼制御を実行するように構成されている。
選択酸化反応器１５の温度を選択酸化処理温度として検出する選択酸化部温度センサＴ３が設けられて、制御部Ｃが、選択酸化処理温度を設定適正温度に維持すべく、冷却用ファン８の回転速度を制御するように構成されている。
ちなみに、制御部Ｃは、冷却用ファン８の回転速度を高速に制御しても、選択酸化処理温度が設定適正温度よりも高くなるときには、燃焼用ファン５０からの燃焼用空気を、酸化部経由空気供給路３６を通じて改質バーナ１に供給する酸化部経由供給状態に切換えることにより、選択酸化反応器１５の冷却能力を高めるように構成されている。
ちなみに、制御部Ｃは、冷却用ファン８の回転速度を高速に制御しても、選択酸化処理温度が設定適正温度よりも高くなるときには、燃焼用ファン５０からの燃焼用空気を、酸化部経由空気供給路３６を通じて改質バーナ１に供給する酸化部経由供給状態に切換えることにより、選択酸化反応器１５の冷却能力を高めるように構成されている。
（水素含有ガス生成部の通常運転方法）
制御部Ｃは、後述する起動時処理が終了すると、通常運転方法に対応する通常運転処理を実行するように構成されている。
通常運転処理においては、燃料電池Ｇの出力を現在要求されている電力負荷に対して追従させる電主運転を行うための目標出力を設定して、その目標出力に合わせて、水素含有ガス生成部Ｐを制御する処理が実行されることになる。
制御部Ｃは、後述する起動時処理が終了すると、通常運転方法に対応する通常運転処理を実行するように構成されている。
通常運転処理においては、燃料電池Ｇの出力を現在要求されている電力負荷に対して追従させる電主運転を行うための目標出力を設定して、その目標出力に合わせて、水素含有ガス生成部Ｐを制御する処理が実行されることになる。
すなわち、図５に示すように、燃料電池Ｇの目標出力と、その目標出力を燃料電池Ｇが出力するのに必要とする目標原燃料流量との関係が、出力対原燃料流量情報として、目標出力が大きくなるほど目標原燃料流量が多くなる状態で設定されている。
図６に示すように、燃料電池Ｇの目標出力と、改質処理室１１の温度を改質処理用設定温度に調整するための燃焼室１２の目標燃焼室温度との関係が、出力対燃焼室温度情報として、目標出力が大きくなるほど目標燃焼室温度が高くなる状態で設定されている。
つまり、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなると、改質処理室１１における原燃料の改質処理量が多くなるので、その改質処理室１１の温度を改質処理用設定温度に維持するためには、改質バーナ１の燃焼量を多くして、燃焼室１２の目標燃焼室温度を高くすることになる。
つまり、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなると、改質処理室１１における原燃料の改質処理量が多くなるので、その改質処理室１１の温度を改質処理用設定温度に維持するためには、改質バーナ１の燃焼量を多くして、燃焼室１２の目標燃焼室温度を高くすることになる。
図７に示すように、燃料電池Ｇの目標出力と、原料水を供給する原料水ポンプ２８の目標回転速度との関係が、出力対原料水ポンプ回転速度情報として、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど目標回転速度が高くなる状態で設定されている。
つまり、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなると、改質処理室１１における原燃料の改質処理量が多くなり、それに伴って、原燃料に混合する水蒸気量が多くなるので、原料水ポンプ２８の目標回転速度を、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど高くする。
つまり、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなると、改質処理室１１における原燃料の改質処理量が多くなり、それに伴って、原燃料に混合する水蒸気量が多くなるので、原料水ポンプ２８の目標回転速度を、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど高くする。
そして、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど原料水ポンプ２８の目標回転速度を高くして、改質処理室１１への原燃料供給量に対する水蒸気供給量の比（Ｓ／Ｃ）を適正状態に維持することになる。
ちなみに、Ｓ／Ｃは、例えば２．５〜３．０の範囲に設定する。
ちなみに、Ｓ／Ｃは、例えば２．５〜３．０の範囲に設定する。
図８に示すように、燃料電池Ｇの目標出力と、燃焼用ファン５０の目標回転速度との関係が、出力対燃焼用ファン回転速度情報として、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど目標回転速度が高くなる状態で設定されている。
つまり、図９に示す出力対燃焼室温度情報に基づいて、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど目標燃焼室温度が高く設定され、その目標燃焼室温度に維持するために、制御部Ｃが、改質バーナ１への燃焼用燃料の供給量を制御することになるが、出力対燃焼ファン回転速度情報に基づいて設定した目標回転速度で燃焼用ファン５０を作動させることにより、改質バーナ１の空気比を適正状態に維持できるように構成されている。
つまり、図９に示す出力対燃焼室温度情報に基づいて、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど目標燃焼室温度が高く設定され、その目標燃焼室温度に維持するために、制御部Ｃが、改質バーナ１への燃焼用燃料の供給量を制御することになるが、出力対燃焼ファン回転速度情報に基づいて設定した目標回転速度で燃焼用ファン５０を作動させることにより、改質バーナ１の空気比を適正状態に維持できるように構成されている。
図９に示すように、燃料電池Ｇの目標出力と、選択酸化用ファン５２の目標回転速度との関係が、出力対選択酸化用ファン回転速度情報として、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど目標回転速度が高くなる状態で設定されている。
つまり、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなると、選択酸化反応器１５にて選択酸化処理する対象の改質処理ガスの量が多くなるので、選択酸化反応器１５に供給する選択酸化用空気の流量を多くするために、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど選択酸化用ファン５２の目標回転速度を高くする。
つまり、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなると、選択酸化反応器１５にて選択酸化処理する対象の改質処理ガスの量が多くなるので、選択酸化反応器１５に供給する選択酸化用空気の流量を多くするために、燃料電池Ｇの目標出力が大きくなるほど選択酸化用ファン５２の目標回転速度を高くする。
制御部Ｃは、通常運転処理においては、現在要求されている電力負荷に対して追従する目標出力を設定する。
そして、設定した目標出力と出力対原燃料流量情報とに基づいて、目標原燃料流量を求めて、求めた目標原燃料流量になるように、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整する。
ちなみに、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整する際には、原燃料供給路２３を流動する原燃料の流量を検出する流量センサを設けて、その検出情報に基づいて、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整することになるが、本実施形態では、詳細な説明を省略する。
そして、設定した目標出力と出力対原燃料流量情報とに基づいて、目標原燃料流量を求めて、求めた目標原燃料流量になるように、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整する。
ちなみに、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整する際には、原燃料供給路２３を流動する原燃料の流量を検出する流量センサを設けて、その検出情報に基づいて、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整することになるが、本実施形態では、詳細な説明を省略する。
また、設定した目標出力と出力対原料水ポンプ回転速度情報とに基づいて、原料水ポンプ２８の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように原料水ポンプ２８の回転速度を制御する。
また、設定した目標出力と出力対燃焼用ファン回転速度情報とに基づいて、燃焼用ファン５０の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように燃焼用ファン５０の回転速度を制御する。
また、設定した目標出力と出力対燃焼室温度情報とに基づいて、目標燃焼室温度を求めて、燃焼室温度センサＴ２の検出温度が求めた目標燃焼室温度になるように、燃料調節弁３４Ｂにて改質バーナ１への燃焼用燃料の供給量を調節する。
また、設定した目標出力と出力対燃焼室温度情報とに基づいて、目標燃焼室温度を求めて、燃焼室温度センサＴ２の検出温度が求めた目標燃焼室温度になるように、燃料調節弁３４Ｂにて改質バーナ１への燃焼用燃料の供給量を調節する。
また、設定した目標出力と出力対選択酸化用ファン回転速度情報とに基づいて、選択酸化用ファン５２の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように選択酸化用ファン５２の回転速度を制御する。
ちなみに、制御部Ｃは、通常運転処理において、選択酸化部温度センサＴ３の検出温度が設定適正温度（例えば、８０〜１５０°Ｃ）になるように、冷却用ファン８の回転速度を調節し、かつ、必要に応じて、第１空気経路切換用開閉弁３８及び第２空気経路切換用開閉弁３９を開閉制御することになる。
ちなみに、制御部Ｃは、通常運転処理において、選択酸化部温度センサＴ３の検出温度が設定適正温度（例えば、８０〜１５０°Ｃ）になるように、冷却用ファン８の回転速度を調節し、かつ、必要に応じて、第１空気経路切換用開閉弁３８及び第２空気経路切換用開閉弁３９を開閉制御することになる。
（通流比率調整制御）
制御部Ｃは、上記した通常運転処理を実行する際に、水蒸気生成部Ｓを通流した後の燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を調整すべく、三方弁３０Ａを操作する通流比率調整制御を実行するように構成されている。
制御部Ｃは、上記した通常運転処理を実行する際に、水蒸気生成部Ｓを通流した後の燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を調整すべく、三方弁３０Ａを操作する通流比率調整制御を実行するように構成されている。
すなわち、制御部Ｃは、水素含有ガス生成部Ｐの運転時間及び水素含有ガス生成部Ｐの運転回数（起動停止回数）のいずれか一方又は両方に基づいて、運転時間が長くなるほど大きな値となりかつ運転回数が多くなるほど大きな値となる運転累積値を求めて、運転累積値が大きくなるほど通流比率を小さくするように三方弁３０Ａを操作するように構成されている。
説明を加えると、本実施形態では、運転累積値として、水素含有ガス生成部Ｐの運転回数（起動停止回数）が求められるように構成されている。
そして、図１０に示すように、運転回数に対応して定めた複数段（本実施形態では３段階）の調整設定値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の夫々について、運転回数が大きな調整設定値ほど通流比率を小さくする状態で、通流比率の目標比率がＡ１、Ａ２、Ａ３が定められて、運転回数が多くなるほど、小さな通流比率にされるように構成されている。
そして、図１０に示すように、運転回数に対応して定めた複数段（本実施形態では３段階）の調整設定値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の夫々について、運転回数が大きな調整設定値ほど通流比率を小さくする状態で、通流比率の目標比率がＡ１、Ａ２、Ａ３が定められて、運転回数が多くなるほど、小さな通流比率にされるように構成されている。
つまり、水素含有ガス生成部Ｐが、設置してから１０年の間に、４０００回使用されると仮定して、４０００を約３等分することにより、１段階目の調整設定値Ｎ１を零とし、２段階目の調整設定値Ｎ２を、例えば１３００に設定し、３段階目の調整設定値Ｎ３を、例えば２６００に設定する。
そして、運転回数が１段階目の調整設定値Ｎ１から２段階目の調整設定値Ｎ２になるまでの目標比率Ａ１、運転回数が２段階目の調整設定値Ｎ２から３段階目の調整設定値Ｎ３になるまでの目標比率Ａ２、及び、運転回数が２段階目の調整設定値Ｎ２に達したのちの目標比率Ａ３の適正値を、実験によって求めて定めてある。
ちなみに、本実施形態では、運転回数が１段階目の調整設定値Ｎ１から２段階目の調整設定値Ｎ２になるまでの目標比率Ａ１が、１００％に定められている。
ちなみに、本実施形態では、運転回数が１段階目の調整設定値Ｎ１から２段階目の調整設定値Ｎ２になるまでの目標比率Ａ１が、１００％に定められている。
したがって、水素含有ガス生成部Ｐが設置されて運転を開始した直後から、運転回数が１段階目の調整設定値Ｎ１から２段階目の調整設定値Ｎ２になるまでの間においては、通流比率が１００％に設定されて、水蒸気生成部Ｓを通流した燃焼排ガスの全量が変成触媒冷却器４を通流することになる。
そして、運転回数が２段階目の調整設定値Ｎ２に達すると、通流比率が１００％よりも小さな一段階目の目標比率Ａ２に調整され、その後、運転回数が第３段階目の調整設定値Ｎ３に達すると、通流比率が、２段階目の目標比率Ａ２よりも小さな３段階目の目標比率Ａ３に調整されることになる。
そして、運転回数が２段階目の調整設定値Ｎ２に達すると、通流比率が１００％よりも小さな一段階目の目標比率Ａ２に調整され、その後、運転回数が第３段階目の調整設定値Ｎ３に達すると、通流比率が、２段階目の目標比率Ａ２よりも小さな３段階目の目標比率Ａ３に調整されることになる。
（改質処理部の停止運転方法）
制御部Ｃは、通常運転処理を実行しているときに、停止タイミングになると、停止運転方法に対応する停止時処理を実行する。
停止時処理においては、先ず、改質バーナ１の燃焼を停止した状態で、水蒸気生成部Ｓによる水蒸気の供給を継続する水蒸気供給処理を実行する。
制御部Ｃは、通常運転処理を実行しているときに、停止タイミングになると、停止運転方法に対応する停止時処理を実行する。
停止時処理においては、先ず、改質バーナ１の燃焼を停止した状態で、水蒸気生成部Ｓによる水蒸気の供給を継続する水蒸気供給処理を実行する。
この水蒸気供給処理においては、燃料断続弁３４Ａを閉じ、燃焼用ファン５０を停止して、改質バーナ１の燃焼が停止され、原燃料断続弁２５Ａが閉じられて、原燃料の供給が停止されるが、原料水ポンプ２８の作動が継続されて、水蒸気の供給が継続される。
また、この水蒸気供給処理においては、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを開いた平行流動状態にして、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに水蒸気が充填されるようにする。
また、この水蒸気供給処理においては、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを開いた平行流動状態にして、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに水蒸気が充填されるようにする。
次に、改質温度センサＴ１にて検出される改質部温度が原燃料パージ開始温度以になると、水蒸気生成部Ｓによる水蒸気の供給を停止し且つ原燃料供給路２３から原燃料を供給して、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに原燃料を充填する原燃料充填処理を実行する。
原燃料パージ開始用温度は、原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度であり、例えば、４００°Ｃに設定される。
原燃料パージ開始用温度は、原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度であり、例えば、４００°Ｃに設定される。
原燃料充填処理においては、原料水ポンプ２８を停止し、原燃料断続弁２５Ａを開き、原燃料調整弁２５Ｂの開度を、原燃料の流量が予め設定した充填用流量となるように調整する。
その後、原燃料充填処理を開始してからの時間が原燃料パージ用設定時間になると、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに原燃料を充填した状態に封止する封止処理を実行する。
原燃料パージ用設定時間は、原燃料断続弁２５Ａを開弁して原燃料の供給を開始した後において、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに満たされていた水蒸気が原燃料により改質バーナ１から押し出されて、原燃料が改質バーナ１に至るまでに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
原燃料パージ用設定時間は、原燃料断続弁２５Ａを開弁して原燃料の供給を開始した後において、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに満たされていた水蒸気が原燃料により改質バーナ１から押し出されて、原燃料が改質バーナ１に至るまでに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
封止処理においては、原燃料断続弁２５Ａを閉じ、そして、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを閉じる封止状態にして、原燃料が水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに充填された状態を維持する。
（改質処理部の起動運転方法）
制御部Ｃは、起動タイミングになると、原燃料が充填された状態で停止している水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇを起動する起動運転方法に対応する起動時処理を実行するように構成されている。
制御部Ｃは、起動タイミングになると、原燃料が充填された状態で停止している水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇを起動する起動運転方法に対応する起動時処理を実行するように構成されている。
起動時処理においては、先ず、改質バーナ１の燃焼を開始する燃焼開始処理を実行することになる。
この燃焼開始処理においては、燃料断続弁３４Ａを開いて燃焼用燃料の供給を開始し、目標出力を予め設定した起動用出力とした状態で、設定した起動用出力と出力対燃焼用ファン回転速度情報とに基づいて、燃焼用ファン５０の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように燃焼用ファン５０の回転速度を制御する形態で、燃焼用ファン５０の作動を開始する。
この燃焼開始処理においては、燃料断続弁３４Ａを開いて燃焼用燃料の供給を開始し、目標出力を予め設定した起動用出力とした状態で、設定した起動用出力と出力対燃焼用ファン回転速度情報とに基づいて、燃焼用ファン５０の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように燃焼用ファン５０の回転速度を制御する形態で、燃焼用ファン５０の作動を開始する。
また、設定した起動用出力と出力対燃焼室温度情報とに基づいて、目標燃焼室温度を求めて、燃焼室温度センサＴ２の検出温度が求めた目標燃焼室温度になるように、燃料調節弁３４Ｂの開度調整により改質バーナ１への燃焼用燃料の供給量を調節する。
尚、例示はしないが、燃焼用燃料の供給を開始する際には、点火プラグ等の点火器を、着火センサにて着火が検出されるまで作動させることになる。
尚、例示はしないが、燃焼用燃料の供給を開始する際には、点火プラグ等の点火器を、着火センサにて着火が検出されるまで作動させることになる。
ちなみに、図示は省略するが、燃焼開始処理においては、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを閉じる封止状態に維持する。
燃焼開始処理を実行した後に、改質温度センサＴ１にて検出される改質部温度が水蒸気供給開始温度に昇温すると、水蒸気生成部Ｓによる水蒸気の供給を開始して、水素含有ガス生成部Ｐ及び燃料電池Ｇに充填されている原燃料を水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を実行する。
水蒸気供給開始用温度は、原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度であり、例えば、例えば２２０〜２５０°Ｃに設定される。
水蒸気供給開始用温度は、原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度であり、例えば、例えば２２０〜２５０°Ｃに設定される。
水蒸気置換処理においては、燃料ガス路開閉弁９Ａ、バイパスガス路開閉弁９Ｂ、及び、下流側開閉弁９Ｃの全てを開く平行流動状態に切換え、加えて、原料水ポンプ２８の作動を開始する。
すなわち、設定した起動用出力と出力対原料水ポンプ回転速度情報とに基づいて、原料水ポンプ２８の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように原料水ポンプ２８の回転速度を制御する形態で、原料水ポンプ２８の作動を開始する。
すなわち、設定した起動用出力と出力対原料水ポンプ回転速度情報とに基づいて、原料水ポンプ２８の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように原料水ポンプ２８の回転速度を制御する形態で、原料水ポンプ２８の作動を開始する。
次に、改質温度センサＴ１にて検出される改質部温度が改質処理開始温度以上になると原燃料供給処理を実行する。
改質処理開始温度は、原燃料の改質処理が可能な温度であり、例えば、６００°Ｃに設定される。
改質処理開始温度は、原燃料の改質処理が可能な温度であり、例えば、６００°Ｃに設定される。
原燃料供給処理においては、燃料ガス路開閉弁９Ａ及び下流側開閉弁９Ｃを閉じ、かつ、バイパスガス路開閉弁９Ｃを開き、また、原燃料断続弁２５Ａを開きかつ原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整して、原燃料の供給を開始する。
すなわち、設定した起動用出力と出力対原燃料流量情報とに基づいて、目標原燃料流量を求めて、求めた目標原燃料流量になるように、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整する形態で、原燃料の供給を開始する。
すなわち、設定した起動用出力と出力対原燃料流量情報とに基づいて、目標原燃料流量を求めて、求めた目標原燃料流量になるように、原燃料調整弁２５Ｂの開度を調整する形態で、原燃料の供給を開始する。
次に、原燃料供給処理を開始してからの経過時間が迂回処理用設定時間を経過すると、発電開始処理を実行する。
迂回処理用設定時間は、原燃料の供給開始後において、脱硫部Ｄ、改質部Ｒ、ＣＯ変成部Ｔ、及び、選択酸化部Ｕ夫々における処理が通常安定状態になって、水素含有ガス生成部Ｐにおける改質ガス（水素含有ガス）生成が通常安定状態になるのに要する時間、例えば、２〜１０分に設定される。
迂回処理用設定時間は、原燃料の供給開始後において、脱硫部Ｄ、改質部Ｒ、ＣＯ変成部Ｔ、及び、選択酸化部Ｕ夫々における処理が通常安定状態になって、水素含有ガス生成部Ｐにおける改質ガス（水素含有ガス）生成が通常安定状態になるのに要する時間、例えば、２〜１０分に設定される。
発電開始処理においては、燃料ガス路開閉弁９Ａ及び下流側開閉弁９Ｃを開き、かつ、バイパスガス路開閉弁９Ｂを閉じる通常流動状態に切換える処理を実行する。
この発電開始処理によって、水素含有ガス生成部Ｐにて生成された改質ガス（水素含有ガス）が燃料電池Ｇに供給される状態となって、燃料電池Ｇの発電が開始されることになり、その後、燃料電池Ｇの目標出力に応じて改質ガスの生成量を調整する通常運転処理が実行されることになる。
この発電開始処理によって、水素含有ガス生成部Ｐにて生成された改質ガス（水素含有ガス）が燃料電池Ｇに供給される状態となって、燃料電池Ｇの発電が開始されることになり、その後、燃料電池Ｇの目標出力に応じて改質ガスの生成量を調整する通常運転処理が実行されることになる。
ちなみに、この起動処理においては、変成触媒冷却器４は変成器３を昇温する機能を発揮するものであるから、水素含有ガス生成部Ｐの運転回数に拘わらず、水蒸気生成部Ｓを通流した後の燃焼排ガスが変成触媒冷却器４を通流する通流比率を、１００％に調整することになる。
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）上記の実施形態においては、燃料電池Ｇを電力負荷に追従させる電主運転を実行させる場合を説明したが、燃料電池Ｇを一定の定格発電出力にて運転させる形態で実施してもよい。
この場合、水素含有ガス生成部Ｐは、定格発電出力に対応する量の改質ガス（水素含有ガス）を生成するように運転されることになる。
次に別実施形態を説明する。
（イ）上記の実施形態においては、燃料電池Ｇを電力負荷に追従させる電主運転を実行させる場合を説明したが、燃料電池Ｇを一定の定格発電出力にて運転させる形態で実施してもよい。
この場合、水素含有ガス生成部Ｐは、定格発電出力に対応する量の改質ガス（水素含有ガス）を生成するように運転されることになる。
（ロ）上記の実施形態においては、水素含有ガス生成部Ｐが生成する改質ガス（水素含有ガス）を燃料電池Ｇに供給する場合を説明したが、水素含有ガス生成部Ｐが生成する改質ガス（水素含有ガス）を、燃料電池Ｇとは異なる各種の改質ガス消費装置に供給する場合にも本発明は適用できる。
（ハ）上記の実施形態においては、水素含有ガス生成部Ｐが、選択酸化部Ｕを備える場合を例示したが、本発明は、選択酸化部Ｕを備えない水素含有ガス生成部Ｐについても適用できるものである。
（ニ）上記の実施形態においては、水素含有ガス生成部Ｐが、扁平な矩形板状の容器Ｂを並設する形態で構成される場合を例示したが、水素含有ガス生成部Ｐの具体構成は各種変更できる。
（ホ）上記の実施形態においては、水素含有ガス生成部Ｐや燃料電池Ｇに充填した原燃料や水蒸気を、改質バーナ１に供給する場合を例示したが、水素含有ガス生成部Ｐや燃料電池Ｇに充填した原燃料や水蒸気を、改質バーナ１とは異なる箇所に流動させて、外部に排出させるようにしてもよい。
この場合、原燃料は、外部排出用バーナにて燃焼させて、燃焼排ガスとして排出ことになる。
この場合、原燃料は、外部排出用バーナにて燃焼させて、燃焼排ガスとして排出ことになる。
（ヘ）上記の実施形態においては、４個の変成器３を設ける場合を例示したが、このように、変成器３を複数個に設ける場合において、その設置数は、４個に限定されるものではなく、２個や３個、あるいは、５個以上設けてもよく、また、１つの変成器３を設ける形態で実施しても良い。
（ト）上記の実施形態においては、水蒸気生成部Ｓ、改質部Ｒ、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ及びＣＯ変成部Ｔを、水蒸気生成部Ｓ、改質部Ｒ、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、ＣＯ変成部Ｔの順に並び且つ隣接するもの同士で伝熱可能な状態で並設する場合について例示したが、水蒸気生成部Ｓ、改質部Ｒ、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ｅａ、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂ及びＣＯ変成部Ｔを互いに分離状態で設ける形態で実施しても良い。
（チ）上記の実施形態においては、水素含有ガス生成部Ｐが、脱硫器５を備える脱硫部Ｄを一体的に組み付けた状態で備える場合について例示したが、脱硫器５を備える脱硫部Ｄを別体にて設けて構成する形態で実施しても良い。
また、硫黄分を除去する必要がない原燃料を使用する場合には、脱硫部Ｄを省略する形態で実施してもよい。
つまり、炭化水素系の原燃料として、硫黄化合物を含有しない又は硫黄化合物の含有量がわずかなものを用いる場合は、脱硫部Ｄを省略することが可能である。
また、硫黄分を除去する必要がない原燃料を使用する場合には、脱硫部Ｄを省略する形態で実施してもよい。
つまり、炭化水素系の原燃料として、硫黄化合物を含有しない又は硫黄化合物の含有量がわずかなものを用いる場合は、脱硫部Ｄを省略することが可能である。
（リ）上記の実施形態においては、炭化水素系の原燃料として、天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）を用いる場合を例示したが、原燃料としては、例えば、プロパンガス、メタノール等のアルコール類等、種々のものを用いることが可能である。
（ヌ）上記の実施形態においては、排ガス路３０における排ガスバイパス路３０ａの分岐箇所に三方弁３０Ａを設ける形態で、燃焼排ガス通流比率調整手段Ｊを構成する場合を例示したが、排ガス路３０における排ガスバイパス路３０ａの分岐箇所よりも下流側箇所及び排ガスバイパス路３０ａの夫々に、流量調整弁を設ける形態で、燃焼排ガス通流比率調整手段Ｊを構成してもよい。
（ル）上記実施形態においては、水素含有ガス生成部Ｐの運転回数（起動停止回数）を運転累積値とする場合を例示したが、水素含有ガス生成部Ｐの運転時間の積算値を運転累積値としてもよい。
また、水素含有ガス生成部Ｐの運転回数（起動停止回数）と水素含有ガス生成部Ｐの運転時間とから運転累積値を求めるようにしてもよい。この場合、水素含有ガス生成部Ｐの運転時間の積算値が設定換算時間になるごとに、水素含有ガス生成部Ｐが１回運転されたとして、運転累積値を求めるようにするとよい。
また、水素含有ガス生成部Ｐの運転回数（起動停止回数）と水素含有ガス生成部Ｐの運転時間とから運転累積値を求めるようにしてもよい。この場合、水素含有ガス生成部Ｐの運転時間の積算値が設定換算時間になるごとに、水素含有ガス生成部Ｐが１回運転されたとして、運転累積値を求めるようにするとよい。
１ 改質バーナ
３ 変成器
４ 変成触媒冷却器
１１ 改質処理室
Ｃ 運転制御手段
Ｐ 水素含有ガス生成部
Ｊ 燃焼排ガス通流比率調整手段
Ｓ 水蒸気生成部
３ 変成器
４ 変成触媒冷却器
１１ 改質処理室
Ｃ 運転制御手段
Ｐ 水素含有ガス生成部
Ｊ 燃焼排ガス通流比率調整手段
Ｓ 水蒸気生成部
Claims (3)
- 水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記ＣＯ変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられた素含有ガス生成装置の運転方法であって、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、前記変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが前記変成触媒冷却器を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転時間及び前記水素含有ガス生成部の運転回数のいずれか一方又は両方に基づいて、前記運転時間が長くなるほど大きな値となりかつ前記運転回数が多くなるほど大きな値となる運転累積値を求めて、
前記運転累積値が大きくなるほど前記通流比率を小さくするように前記燃焼排ガス通流比率調整手段を調整する水素含有ガス生成装置の運転方法。 - 前記運転累積値に対応して定めた複数段の調整設定値の夫々について、前記運転累積値が大きな調整設定値ほど前記通流比率を小さくする状態で、前記通流比率の目標比率が定められ、
前記運転累積値が複数段の前記調整設定値の夫々に達するごとに、前記通流比率を複数段の前記調整設定値について定められている前記目標比率に調整する請求項１記載の水素含有ガス生成装置の運転方法。 - 水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記ＣＯ変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられた素含有ガス生成装置であって、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスのうちの一部を、前記変成触媒冷却器をバイパスさせて通流させることにより、燃焼排ガスが前記変成触媒冷却器を通流する通流比率を調整する燃焼排ガス通流比率調整手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転を制御する運転制御手段が、
前記水蒸気生成部の運転時間及び前記水蒸気生成部の運転回数のいずれか一方又は両方に基づいて、前記運転時間が長くなるほど大きな値となりかつ前記運転回数が多くなるほど大きな値となる運転累積値を求めて、前記運転累積値が大きくなるほど前記通流比率を小さくするように前記燃焼排ガス通流比率調整手段を調整するように構成されている水素含有ガス生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014014474A JP2015140285A (ja) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | 水素含有ガス生成装置の運転方法及び水素含有ガス生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014014474A JP2015140285A (ja) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | 水素含有ガス生成装置の運転方法及び水素含有ガス生成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015140285A true JP2015140285A (ja) | 2015-08-03 |
Family
ID=53770887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014014474A Pending JP2015140285A (ja) | 2014-01-29 | 2014-01-29 | 水素含有ガス生成装置の運転方法及び水素含有ガス生成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015140285A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017157380A (ja) * | 2016-03-01 | 2017-09-07 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| WO2020196711A1 (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | 大阪瓦斯株式会社 | 改質炉 |
-
2014
- 2014-01-29 JP JP2014014474A patent/JP2015140285A/ja active Pending
Cited By (4)
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| WO2020196711A1 (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | 大阪瓦斯株式会社 | 改質炉 |
| JP2020158334A (ja) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | 大阪瓦斯株式会社 | 改質炉 |
| JP7126469B2 (ja) | 2019-03-26 | 2022-08-26 | 大阪瓦斯株式会社 | 改質炉 |
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