JP2018100193A - 水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システム並びにその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニアにより劣化する選択酸化触媒を搭載したＣＯ除去器を含む水素生成装置が、長時間連続して、水素生成できるようにする。
【解決手段】水素生成装置１００は、選択酸化触媒を含むＣＯ除去器３０を備え、複数並列に接続された燃料処理器１０と、複数の燃料処理器１０の水素含有ガスを生成する水素生成動作と、ＣＯ除去器３０への酸化ガスの供給の制御により選択酸化触媒を再生させる再生動作を制御する制御器８０と、を備え、制御器８０は、水素生成装置１００の水素含有ガス生成時において、前回の再生動作から起算したＣＯ除去器３０への累計アンモニア供給量に相関するパラメータが所定の閾値を超えない範囲で再生動作を行い、少なくとも一台の燃料処理器１０が再生動作を行っている間は、残りの少なくとも一台の燃料処理器１０が水素生成動作を行うように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システムに関するものである。

燃料電池システムは、発電部の本体に、水素と酸素との電気化学反応により生じるエネルギーを取り出して発電する燃料電池を用いた発電システムである。また、燃料電池システムは、高効率発電が可能で、また、発電運転の際に発生する熱エネルギーを簡単に利用することができるので、高いエネルギー利用効率を実現することが可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。

水素を供給する設備は、未だ一般に普及していないため、燃料電池システムには、水と都市ガス、又は液化石油ガス等の原料を改質して水素含有ガスを生成する燃料処理器を備えた水素生成装置が必要となる場合が多い。この水素生成装置としては、小型化、高効率化、起動性向上の観点から、種々の装置が従来から提案されており、例えば、加熱器、改質器、ＣＯ除去器が一体となった装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

改質器は、一般的な都市ガス、天然ガス或いは液化石油ガスから、水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する。この水蒸気改質反応では、原料となる都市ガス等と水蒸気とをニッケル（Ｎｉ）系またはルテニウム（Ｒｕ）系等の貴金属系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成する。

改質器での水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応を進めるには改質器へ熱を供給し、６００℃〜７００℃程度の高温に保つ必要がある。そのため、改質器には、改質器へ熱を供給する加熱器が組み合わされることが多い。加熱器としては、可燃ガスの燃焼により熱を供給するバーナ等が用いられる。

改質器から生成される水素含有ガスには水素と同時に生成される一酸化炭素（ＣＯ）が含まれるが、特に固体高分子型燃料電池ではＣＯによる電極被毒が起こりやすいため、供給される水素含有ガス中のＣＯ濃度を数十ｐｐｍに低減する必要がある。

そこで、改質器の後段に設けられたＣＯ除去器にて、水素含有ガスに酸化ガスである空気を加え、水素含有ガス中に含まれるＣＯを選択的に酸化させることによってＣＯ濃度を低減する。この選択酸化反応では、Ｒｕなど貴金属系の選択酸化触媒が用いられる。

ところで、水素生成装置の改質器に原料として供給される天然ガスは、通常、微量の窒素を含有している。そして、燃料電池システムの発電運転の際、この窒素を含有する天然ガスが水素生成装置の改質器に供給されると、その改質器が備える改質触媒上において、水蒸気改質反応により生成される水素と窒素との化学反応が進行することにより、アンモニアが生成されることがある。

ここで、ＣＯ除去器に設けられた選択酸化触媒の触媒種（例えば、Ｒｕ）によっては、改質器で生成されたアンモニアにより被毒される場合がある。このアンモニアによる選択酸化触媒の被毒は、ＣＯ除去器のＣＯ除去性能を著しく低下させる。

選択酸化触媒のＣＯ低減性能が低下する理由としては、選択酸化触媒のＲｕ上で、空気に含まれる酸素と水素含有ガスに含まれるアンモニアとの化学反応が進行し、生成された
ニトロシル（ＮＯ）が、Ｒｕ上に吸着して、選択酸化触媒が被毒されることにより、ＣＯ除去器の選択酸化触媒の触媒活性が低下することが挙げられる。

選択酸化触媒のＣＯ低減性能が低下することで、水素生成装置から供給される水素含有ガス中のＣＯ濃度が高くなる。その結果、固体高分子形燃料電池における電極触媒のＣＯによる被毒の原因となり、固体高分子形燃料電池の発電性能を著しく低下させる。

つまり、上述のように、改質器の改質触媒上でアンモニアが生成されると共に、ＣＯ除去器の選択酸化触媒がアンモニアに対して被毒する金属を含有する場合は、水素生成装置の運転時間が長くなるに伴い、選択酸化触媒の被毒が進行し、燃料電池システムから安定した電力を得ることはできない。

そこで、改質反応中に窒素等の含窒素化合物が供給され、生成したアンモニアによりＣＯ除去器の選択酸化触媒が被毒されるような水素生成装置であっても、選択酸化触媒の動作温度を通常よりも高くすることで、還元反応により選択酸化触媒上から被毒物質を脱離させる再生動作を行うことで、ＣＯ濃度が十分に低減された水素含有ガスを供給する方法が提案されている。

また、選択酸化触媒が被毒されてＣＯ濃度を十分に低減できない状態に陥る前に、燃料電池の発電を停止し、ＣＯ除去器への空気の供給を停止し、停止時、起動時に空気供給の開始、停止のタイミングをずらし、選択酸化触媒を還元雰囲気下で再生動作を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−３３１９８５号公報 特開２００７−１８６３８１号公報

しかしながら、上記従来の方法は、水素生成装置の運転中にＣＯ除去器の動作温度を通常よりも高くするものであり、原料の供給量を低減しないため、選択酸化触媒が十分な還元雰囲気とならず、再生効果が十分ではない。また、選択酸化触媒を十分に再生させるために酸化ガスである空気の供給を停止させると、ＣＯ濃度を十分に低減した水素含有ガスを供給できない。

このため、水素生成装置は長時間連続してＣＯ濃度を十分に低減した水素含有ガスを供給することができず、燃料電池は発電を停止させる必要があり、燃料電池システムを長時間連続して運転することができないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、水素生成装置のＣＯ濃度を十分に低減した水素含有ガスの生成および燃料電池の発電を停止することなく、選択酸化触媒を再生することにより、長時間連続してＣＯ濃度を十分に低減した水素含有ガスを供給することができる水素生成装置及びそれを用いた長時間連続発電可能な燃料電池システム並びにその運転方法を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の水素生成装置は、原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器、選択酸化触媒と酸化ガスを用いて水素含有ガス中に含まれるＣＯを除去するＣＯ除去器を備えた複数の燃料処理器と、複数の燃料処理器の水素生成動作と、Ｃ
Ｏ除去器への酸化ガスの供給の制御による選択酸化触媒の再生動作を制御する制御器と、を備え、制御器は、水素生成装置の水素生成時において、燃料処理器の所定の連続水素生成時間を超えない範囲で再生動作を行い、かつ、少なくとも一台の燃料処理器が再生動作を行っている間は、残りの少なくとも一台の燃料処理器が水素生成動作を行うように制御することを特徴とする。

これによって、複数の燃料処理器の内、少なくとも一台は水素含有ガスの生成を行いつつ、水素含有ガスの生成を行っていない他の燃料処理器に搭載される選択酸化触媒の再生を行うため、水素生成装置は、ＣＯ除去器に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続して安定して水素含有ガスを供給することができる。

本発明の水素生成装置は、ＣＯ除去器に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続での安定した水素含有ガスの供給を可能とする。これにより、本発明の水素生成装置を備えた燃料電池システムは長時間安定して、連続発電することができる。

本発明の実施の形態１および３における水素生成装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における水素生成装置の処理動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における水素生成装置の複数台の燃料処理器の再生動作時刻を説明するための説明図 本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２における燃料電池システムの処理動作を示すフローチャート （ａ）本発明の実施の形態２の燃料電池システムにおける１番目の燃料処理器への原料ガスの供給量の時刻による変化を説明するための説明図（ｂ）同実施の形態の燃料電池システムにおける２番目の燃料処理器への原料ガスの供給量の時刻による変化を説明するための説明図（ｃ）同実施の形態の燃料電池システムにおける２台の燃料処理器の初期に設定される再生動作時刻を説明するための説明図（ｄ）同実施の形態の燃料電池システムにおける２台の燃料処理器の時刻８時に再設定される再生動作時刻を説明するための説明図（ｅ）同実施の形態の燃料電池システムにおける２台の燃料処理器の時刻２４時に再設定される再生動作時刻を説明するための説明図 本発明の実施の形態３における水素生成装置の処理動作を示すフローチャート （ａ）本発明の実施の形態３の水素生成装置における複数台の燃料処理器の水素生成台数の時刻による変動を説明するための説明図（ｂ）同実施の形態の水素生成装置における複数台の燃料処理器の再生動作時刻を説明するための説明図 本発明の実施の形態４における水素生成装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４における水素生成装置の処理動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態４における燃料処理器の再生動作を行う原料ガスの総累計供給量を説明するための説明図

第１の発明は、原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器、選択酸化触媒と酸化ガスを用いて水素含有ガス中に含まれるＣＯを除去するＣＯ除去器を備えた複数の燃料処理器と、複数の燃料処理器の水素含有ガスを生成する水素生成動作と、ＣＯ除去器への酸化ガ
スの供給の制御により選択酸化触媒を再生させる再生動作を制御する制御器と、を備えた水素生成装置において、制御器が、水素生成装置の水素含有ガス生成時において、前回の再生動作から起算したＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータが所定の閾値を超えない範囲で再生動作を行い、かつ、少なくとも一台の燃料処理器が再生動作を行っている間は、残りの少なくとも一台の燃料処理器が水素生成動作を行うように制御することを特徴とする。

これによって、複数の燃料処理器の内、少なくとも一台は水素含有ガスの生成を行いつつ、水素含有ガスの生成を行っていない燃料処理器に搭載される選択酸化触媒の再生を行うため、水素生成装置は、ＣＯ除去器に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続して水素含有ガスを供給することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、選択酸化触媒の再生動作が、改質器から水素含有ガスが供給されているＣＯ除去器への酸化ガスの供給を停止する動作であることを特徴とする。

これによって、ＣＯ除去器に搭載される選択酸化触媒には、再生動作時には水素含有ガスのみ供給され、酸化ガスが供給されないため、再生動作時における選択酸化触媒は十分な還元雰囲気となり、確実に選択酸化触媒を再生することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、制御器が、前回の再生動作から起算したＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータの値が所定の閾値を超えない範囲で大きくなるように制御することを特徴とする。

これによって、各燃料処理器の選択酸化触媒の再生動作を行う間隔が平均化され、特定の燃料処理器の選択酸化触媒の再生動作の間隔が短くなることを抑制し、また、各燃料処理器の再生動作に要する積算時間を低減し、水素生成動作を実施する積算時間の低減を抑制するため、水素生成装置の水素含有ガスの生成量の低下を抑制することができる。

第４の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明において、制御器が、必要な量の水素含有ガスが生成されるように複数の燃料処理器の再生動作と水素生成動作を行う台数を制御することを特徴とする。

これによって、水素含有ガスの必要な量が少ない時刻に、複数の燃料処理器の内一部を水素生成動作させることにより、水素含有ガスの生成量を調整することができる。

また、水素生成装置による水素含有ガスの生成量が少ない時間に、燃料処理器の再生動作を優先的に行い、水素生成装置による水素含有ガスの生成量が多い時間の再生動作を抑制することにより、再生動作による水素生成装置の水素含有ガスの生成量の低下を抑制することができる。

第５の発明は、特に、第１から４のいずれか１つの発明において、ＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータが、前回の再生動作から起算した水素生成動作の累計時間であることを特徴とする。

これによって、水素生成動作の累計時間で制御するため、従来の水素生成装置に対して特別な装置を追加することなく、簡便な構成で燃料処理器の再生動作を制御することができる。

第６の発明は、特に、第１から４のいずれか１つの発明において、ＣＯ除去器への累計
アンモニア供給量に相関するパラメータが、前回の再生動作から起算した原料ガスの供給量の累計値であることを特徴とする。

これによって、原料ガスの供給量の累計値で制御するため、従来の水素生成装置に対して特別な装置を追加することなく、簡便な構成で燃料処理器の再生動作を制御することができる。

第７の発明は、特に、第１から６のいずれか１つの発明の水素生成装置と、水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムである。

これによって、本発明の水素生成装置を備えた燃料電池システムは、水素生成装置が長時間連続して水素含有ガスを燃料電池へ供給することができるため、長時間安定して、連続発電することができる。

第８の発明は、原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器、選択酸化触媒と酸化ガスを用いて水素含有ガス中に含まれるＣＯを除去するＣＯ除去器を備えた複数の燃料処理器が並列に接続され、複数の燃料処理器が、水素含有ガスを生成する水素生成動作と、ＣＯ除去器への酸化ガスの供給の制御により選択酸化触媒を再生させる再生動作を行う水素生成装置の運転方法であって、水素生成装置の水素含有ガス生成時に、前回の再生動作から起算したＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータが所定の閾値を超えない範囲で選択酸化触媒の再生動作を行い、かつ、少なくとも一台の燃料処理器が再生動作を行っている間は、残りの少なくとも一台の燃料処理器は水素生成動作を行うことを特徴とする。

これによって、少なくとも一台の複数並列に接続された燃料処理器は水素含有ガスの生成を行いつつ、水素含有ガスの生成を行っていない他の燃料処理器に搭載される選択酸化触媒の再生を行うため、ＣＯ除去器に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続して水素含有ガスを供給可能な水素生成装置の運転方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では全ての図を通じて同じ構成要素には同じ符号を付し、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１の水素生成装置１００は、複数並列に接続された燃料処理器１０と、燃料処理器１０の動作を制御する制御器８０と、燃料処理器１０から生成される水素含有ガスを通流し、水素利用機器２００へ供給する水素含有ガス流路７０から構成される。実施の形態１においては、燃料処理器１０を４台並列に接続している。

各燃料処理器１０は、原料ガスを改質器２０へ供給する原料供給器４０と、原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器２０と、改質器２０から生成された水素含有ガスに含まれるＣＯを除去する（ＣＯの濃度を低減する）ＣＯ除去器３０と、酸化ガスである空気をＣＯ除去器３０へ供給する酸化ガス供給器５０と、ＣＯ除去器３０から流出するＣＯを除去された水素含有ガスの水素含有ガス流路７０への流入を制御する水素含有ガス流路切替器６０から構成される。

ここで、改質器２０は、水蒸気改質反応により水蒸気と炭化水素を反応させて水素を生
成するＲｕを含有する改質触媒が充填された反応器である。水蒸気改質反応に適した温度は、例えば６００℃〜７００℃であり、また、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質器２０を高温に保つため、改質器２０には改質触媒を加熱するバーナが含まれる。

ＣＯ除去器３０は、水素含有ガス中に含まれるＣＯを選択酸化反応により除去するＲｕを含有する選択酸化触媒が充填された反応器である。選択酸化反応に適した温度は、例えば１２０℃〜１８０℃であり、ＣＯ除去器３０は改質器２０から流出する水素含有ガスの流れの下流に、選択酸化反応に適した温度となるように高温の改質器２０の近傍に配置される。

原料供給器４０は、昇圧器及び流量調整弁の組み合わせによって構成される。原料ガスとしてガス会社から配管を通じて供給される都市ガスを用い、原料ガスの量を調整して、改質器２０へ供給する。

酸化ガス供給器５０は、ファンおよび流量計で構成され、空気量を調整して、ＣＯ除去器３０への供給を行う。

水素含有ガス流路切替器６０は、制御器８０からの電気信号により、水素含有ガス流路７０と外部への排気を切り替える三方弁により構成される。

水素含有ガス流路７０は、各燃料処理器１０から生成される水素含有ガスを通流し、合流される配管から構成される。

制御器８０は、ＭＰＵおよびメモリから構成され、演算機能および記憶機能を有し、制御プログラムの記憶し、実行することにより、水素生成装置１００の各種の動作を制御する。制御器８０は、各燃料処理器１０に備わる改質器２０、原料供給器４０、酸化ガス供給器５０、水素含有ガス流路切替器６０の動作を制御するため、各燃料処理器１０と電気信号により接続される。

水素利用機器２００は、水素を利用する機器であり、本実施の形態では水素含有ガスを貯める水素貯蔵タンクである。

以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１００について、以下その動作および作用を説明する。

初めに、燃料処理器１０での、水素含有ガスの生成動作およびＣＯ除去器３０の再生動作について説明する。

燃料処理器１０の起動時には、制御器８０から改質器２０に起動を指示する信号が送られ、改質器２０に含まれるバーナが点火され、改質器２０に搭載される改質触媒およびＣＯ除去器３０に搭載される選択酸化触媒が、改質反応および選択酸化反応に適した温度となるまで昇温する。改質触媒および選択酸化触媒が反応に適した温度へと昇温した後、燃料処理器１０は水素生成動作へ移行する。

燃料処理器１０での水素生成動作時には、原料供給器４０から改質器２０へ原料ガスが供給される。酸化ガス供給器５０には、酸化ガス供給器５０からＣＯ除去器３０へ空気が供給される。水素含有ガス流路切替器６０はＣＯ除去器３０から水素含有ガス流路７０への流路を連通させる。

原料供給器４０から原料ガスが供給された改質器２０は、改質触媒の触媒作用による水
蒸気改質反応により、原料ガスから水素とＣＯを含む水素含有ガスを生成する。

改質器２０で生成された水素含有ガスは、酸化ガス供給器５０から供給された酸化ガスである酸素を含む空気と混合された後に、ＣＯ除去器３０に供給される。ＣＯ除去器３０では、水素含有ガス中のＣＯと酸素とが選択酸化触媒の作用で反応し、水素含有ガス中のＣＯは除去され、ＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下まで除去された水素含有ガスが生成される。

各燃料処理器１０から生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路切替器６０を介して、水素含有ガス流路７０を通流し、水素利用機器２００へ供給される。ここで、原料ガス中に約３％の窒素を含む天然ガスの場合、改質器２０で生成される水素含有ガスには、約１０ｐｐｍのアンモニアが含まれる。このアンモニアを含む水素含有ガスは、改質器２０からＣＯ除去器３０に供給される。

ＣＯ除去器３０の再生動作は、改質器２０において水素含有ガスを生成中に、酸化ガス供給器５０からＣＯ除去器３０への酸化ガスである空気の供給を停止させ、ＣＯ除去器３０に充填される選択酸化触媒を還元雰囲気下とする処理である。

水素生成動作時に、ＣＯ除去器３０に約１０ｐｐｍの濃度のアンモニアが供給されることで選択酸化触媒にＮＯが吸着されるが、再生動作時には、選択酸化触媒に吸着したＮＯは、水素と反応してアンモニアに還元され、選択酸化触媒から離脱する。これにより、ＮＯの吸着により低下した選択酸化触媒の活性は再生される。

この再生動作時において、ＣＯ除去器３０において水素含有ガスに含まれるＣＯの除去が行われないため、制御器８０から水素含有ガス流路切替器６０には、水素含有ガスの水素含有ガス流路７０への通流を停止する信号が送られ、水素含有ガスは外部に接続されたバーナ（図示せず）により燃焼される。

選択酸化触媒のアンモニアによる被毒の度合いは、再生動作から起算したＣＯ除去器３０へ供給される累計アンモニア量により決まる。本実施の形態では、ＣＯ除去器３０へ供給される累計アンモニア量に相関するパラメータとして、前回の再生動作から起算した水素生成動作の累計時間を用いる。

選択酸化触媒の被毒による性能低下に対する累計アンモニア供給量の上限に相当する、前回の再生動作から起算した水素生成動作の累計時間の閾値Ｔｒｍａｘ（以下、閾値Ｔｒｍａｘ）は、２０時間である。また、ＣＯ除去器３０の再生動作に要する再生動作時間ｄＴｒは、２０分である。

次に、複数並列に接続された燃料処理器１０から構成される水素生成装置１００の各燃料処理器１０に搭載されるＣＯ除去器３０の再生動作を行う運転方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の処理動作を示すフローチャートである。

図２において、水素生成装置１００の運転が開始されると、ステップＳ００１により、制御器８０は、全ての燃料処理器１０の起動を指示し、ステップＳ００２へ移行する。

ステップＳ００２では、各燃料処理器１０に対して、閾値Ｔｒｍａｘを２０時間と設定し、再生動作を実施する時刻である再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を、閾値Ｔｒｍａｘを超えない範囲で、少なくとも一つの燃料処理器１０は水素生成動作を実施し、かつ、再生動作を行う燃料処理器１０は重複しないように設定し、ステップＳ００３へ移行する。

ここで、符号ｉは複数の燃料処理器１０を区別し、識別する符号であり、本実施の形態では、１〜４の番号を割り振る。

ここでは、燃料処理器１０のそれぞれの再生動作を行う時刻が一致しないように、１番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］は、閾値Ｔｒｍａｘ（２０時間）と一致させ、２〜４番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［２］〜Ｔｒ［４］では、１番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］から、再生動作が完了する再生動作時間ｄＴｒ（２０分）分ずつ、短くなるように設定する。

ステップＳ００３では、制御器８０は、各燃料処理器１０へ水素生成の開始を指示し、ｉ番目の燃料処理器１０の前回の再生動作から起算した水素生成動作の累計時間である累計生成時間Ｔｐ［ｉ］（以下、累計生成時間Ｔｐ［ｉ］）を初期化し、ステップＳ００４へ移行する。

ステップＳ００４では、所定時間ｄＴ、ここでは１分とする、毎にステップＳ００４以降の処理を行うため、時間調整を実施し、ステップＳ００５へ移行する。

ステップＳ００５では、ｉ番目の燃料処理器１０の累計生成時間Ｔｐ［ｉ］を、ステップＳ００４で調整した所定時間ｄＴ（１分）分更新し、ステップＳ００６へ移行する。

ステップＳ００６では、ｉ番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］が時刻Ｔと一致するか確認し、一致した場合は、ステップＳ００７へ移行し、一致しない場合は、ステップＳ００８へ移行する。

ステップＳ００７では、ｉ番目の燃料処理器１０に対し、再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］が時刻Ｔと一致した燃料処理器１０に対し、再生動作の実行を指示し、ステップＳ００８へ移行する。

ステップＳ００８では、全ての燃料処理器１０に対し、ｉ番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］が時刻Ｔと一致したかを確認し、全て確認した場合は、ステップＳ００９へ移行し、確認が終わっていない場合は、ステップＳ００６へ移行する。

ステップＳ００９では、ｉ番目の燃料処理器１０の燃料処理器１０の再生動作が終了する再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］に再生動作時間ｄＴｒ（２０分）を加算した時刻が時刻Ｔと一致するか確認し、一致した場合は、ステップＳ０１０へ移行し、一致しない場合は、ステップＳ０１１へ移行する。

ステップＳ０１０では、ｉ番目の燃料処理器１０に対し、再生動作が終了する時刻である再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］＋再生動作時間ｄＴｒ（２０分）が時刻Ｔと一致した燃料処理器１０に対し、再生動作を終了し、水素生成動作への復帰を指示し、再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を、時刻Ｔに閾値Ｔｒｍａｘ（２０時間）を加算して更新し、また、累計生成時間Ｔｐ［ｉ］を初期化し、ステップＳ０１１へ移行する。

ステップＳ０１１では、全ての燃料処理器１０に対し、各燃料処理器１０の再生動作が終了する時刻である再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］＋再生動作時間ｄＴｒ（２０分）が時刻Ｔと一致したかを確認し、全て確認した場合は、ステップＳ０１２へ移行し、確認が終わっていない場合は、ステップＳ００９へ移行する。

ステップＳ０１２では、制御器８０は、運転停止要求の発生を確認し、運転停止要求が発生した場合は、ステップＳ０１３へ移行し、運転停止要求がない場合はステップＳ００
４へ移行する。

ステップＳ０１３では、全ての燃料処理器１０に対して、再生動作の実施を指示し、水素生成装置１００の運転を停止する。

図３は、本発明の実施の形態１における燃料処理器の再生動作時刻を説明するための説明図であり、４台並列に接続される燃料処理器１０が同時刻に水素生成動作を開始した場合の４台の燃料処理器１０のそれぞれの再生動作を行うタイミングを示す再生動作時刻を図示している。

図３に示されるように、再生動作時刻Ｔｒ［１］〜Ｔｒ［４］は、４台並列に接続される燃料処理器１０のそれぞれの再生動作を行う時刻を表しており、同じ時刻に再生動作を行う燃料処理器１０は１台のみである。

つまり、４台の燃料処理器１０が動作している場合は、４台の燃料処理器１０のそれぞれの再生動作を行うタイミング（時間帯）が他と重ならず、１台の燃料処理器１０が再生動作を行っている間は、残りの３台の燃料処理器１０が水素生成動作を行っている。

水素生成動作開始から最初の再生動作を行う時間間隔は、１番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］では、閾値Ｔｒｍａｘ（２０時間）と一致するが、２〜４番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［２］〜Ｔｒ［４］では、それぞれ再生動作が完了する再生動作時間ｄＴｒ（２０分）分ずつ、閾値Ｔｒｍａｘ（２０時間）から短くなる。

また、初回の再生動作以降の再生動作間の時間間隔は、４台の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］〜Ｔｒ［４］とも、閾値Ｔｒｍａｘ（２０時間）となり、一定となる。

このように、４台の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］〜Ｔｒ［４］を設定することにより、水素生成装置１００は、４台の燃料処理器１０の再生動作を１台ずつ実施して、他の燃料処理器１０は水素生成動作を実施することができる。

また、前回の再生動作から起算したＣＯ除去器３０への累計アンモニア供給量に相関するパラメータである前回の再生動作から起算した水素生成動作の累計時間が、所定の閾値を超えない範囲で長くなるように制御することができる。

以上のように、本発明の実施の形態１の水素生成装置１００においては、複数並列に接続された燃料処理器１０のうち少なくとも一台の燃料処理器１０が水素含有ガスの生成を行っている間に、他の燃料処理器１０に搭載される選択酸化触媒の再生を行うため、水素生成装置１００は、ＣＯ除去器３０に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続して水素含有ガスを供給することができる。

さらに、各燃料処理器１０の選択酸化触媒の再生動作を行う間隔が平均化され、特定の燃料処理器１０の選択酸化触媒の再生動作の間隔が短くなることを抑制し、また、各燃料処理器１０の再生動作に要する積算時間を低減し、水素生成動作を実施する積算時間の低減を抑制するため、水素生成装置１００の水素含有ガスの生成量の低下を抑制することができる。

なお、実施の形態１では、燃料処理器１０を４台並列に接続した構成について記載したが、燃料処理器１０は複数台並列に接続すればよく、これに限定されるものではない。

また、実施の形態１では、累計アンモニア量に相関するパラメータとして、累計アンモ
ニア供給量が上限界に到達すると想定される水素生成動作の累計時間として定義したが、より安全には、累計アンモニア供給量が、上限界未満の所定値に到達すると想定される水素生成動作の累計時間として定義してもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２では、燃料電池の発電量を時刻により変化させ、燃料処理器への原料ガスの供給量を変更させる場合について説明する。

図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図４に示すように、実施の形態２の燃料電池システム５００は、水素生成装置１０１と燃料電池３００から構成され、水素生成装置１０１は、２台並列に接続された燃料処理器１０と、燃料処理器１０の動作を制御する制御器８１と、２台並列に接続された燃料処理器１０から燃料電池３００へ水素含有ガスを供給する水素含有ガス流路７０から構成される。

水素含有ガス流路７０と各燃料処理器１０およびその構成要素は、実施の形態１と同じであり、その重複する説明を省略する。

制御器８１は、ＭＰＵおよびメモリから構成され、演算機能および記憶機能を有し、制御プログラムの記憶し、実行することにより、水素生成装置１０１および燃料電池３００の各種の動作を制御する。制御器８１は、各燃料処理器１０に備わる改質器２０、原料供給器４０、酸化ガス供給器５０、水素含有ガス流路切替器６０の動作を制御するため、各燃料処理器１０と、燃料電池３００と電気信号により接続される。

燃料電池３００は、水素を利用して発電を行う発電器であり、本実施の形態では、固体高分子形燃料電池である。

実施の形態２においては、燃料処理器１０を２台並列に接続し、それぞれの燃料処理器１０は、原料ガスの供給量の１．５ＮＬＭ〜３ＮＬＭまで対応し、原料ガスの供給量を変化させ、水素含有ガスの生成量を変更することができるケースについて説明する。

以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１０１について、以下その動作および作用を説明する。なお、燃料処理器１０での、水素含有ガスの生成動作およびＣＯ除去器３０の再生動作は、実施の形態１と同じであり、その重複する説明は省略する。

本実施の形態の水素生成装置１０１と実施の形態１の水素生成装置１００との主要な違いは、本実施の形態の水素生成装置１０１では、時刻により燃料電池３００の発電量を変化させる場合に対応し、燃料処理器１０への原料ガスの供給量を変更することである。

また、選択酸化触媒のアンモニアによる被毒の度合いは、再生動作から起算したＣＯ除去器３０へ供給される累計アンモニア量により決まるが、本実施の形態では、ＣＯ除去器３０へ供給される累計アンモニア量に相関するパラメータとして、前回の再生動作から起算した原料ガスの供給量の累計値を用いる。

この選択酸化触媒の被毒による性能低下に対する累計アンモニア供給量の上限に相当する前回の再生動作から起算した原料ガスの累計供給量の閾値Ｑｍａｘ（以下、閾値Ｑｍａｘ）は、３６００ＮＬに設定する。また、ＣＯ除去器３０の再生動作に要する時間（再生動作時間ｄＴｒ）は、２０分に設定する。

図５は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの処理動作を示すフローチャ
ートである。図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態２における燃料処理器の原料ガスの供給量と再生動作時刻を説明するための説明図である。

図６（ａ）は、本発明の実施の形態２の燃料電池システム５００における１番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［１］の時刻による変化を説明するための説明図、図６（ｂ）は、同実施の形態の燃料電池システム５００における２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］の時刻による変化を説明するための説明図である。

各燃料処理器１０への原料ガスの供給量が、運転開始からの時刻０時から８時の間は、２台の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［１］、Ｑ［２］とも３ＮＬＭとし、時刻８時から２４時の間は、１番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［１］は３ＮＬＭ、２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］は１．５ＮＬＭとし、時刻２４時から３２時の間は、２台の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［１］、Ｑ［２］とも３ＮＬＭとし、時刻３６時から４８時の間は、１番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［１］は１．５ＮＬＭ、２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］は３ＮＬＭとなるサイクルを繰り返す場合について説明する。

図６（ｃ）〜（ｅ）は、本実施の形態の燃料電池システム５００における２台の燃料処理器１０への原料ガスの供給量を設定する初期または原料ガスの供給量を変化する時刻である０時、８時、２４時に設定される２台の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］、Ｔｒ［２］を示している。

以下、図５を用いて、水素生成装置１００の処理動作を説明する。

燃料電池システム５００の運転を開始すると、ステップＳ３０１で、制御器８１は、各燃料処理器１０へ起動を指示する。

ステップＳ３０２では、各燃料処理器１０に対し、必要とされる発電量から各燃料処理器１０に対して、原料ガスの供給量Ｑ［ｉ］を設定し、ステップＳ３０２へ移行する。ここで、番号ｉは複数の燃料処理器１０を区別し、識別する番号であり、本実施の形態では、１〜２の番号を割り振る。ここでは、１番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［１］を３ＮＬＭ、２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］を３ＮＬＭと設定する。

さらに、ステップＳ３０２では、各燃料処理器１０に対し、前回の再生動作から起算した水素生成動作の累計時間の閾値Ｔｒｍａｘ［ｉ］（以下、閾値Ｔｒｍａｘ［ｉ］）を、原料ガスの供給量Ｑ［ｉ］、閾値Ｑｍａｘ、前回の再生動作から起算した原料ガスの供給量の累計値である累計供給量Ｑｐ［ｉ］（以下、累計供給量Ｑｐ［ｉ］）、から、（数１）に示されるように、設定する。

起動後は、各燃料処理器１０の累計供給量Ｑｐ［１］、Ｑｐ［２］は０であり、閾値Ｑｍａｘは３６００ＮＬであるから、（数１）より、１番目の燃料処理器１０の閾値Ｔｒｍａｘ［１］は２０時間、２番目の燃料処理器１０の閾値Ｔｒｍａｘ［２］は２０時間となる。

さらに、ｉ番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］は、ｉ番目の燃料処理器１０の閾値Ｔｒｍａｘ［ｉ］を超えない範囲で、少なくとも一つの燃料処理器１０は水素生成動作を実施し、かつ、再生動作を行う燃料処理器１０は重複しないように設定した後、ステップＳ３０３へ移行する。

初期にステップＳ３０２で設定されるｉ番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を図６（ｃ）に示す。図６（ｃ）は、本実施の形態の燃料電池システム５００における２台の燃料処理器１０の初期（時刻０時）に設定される再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を説明するための説明図である。

時刻Ｔは水素生成動作を開始した時刻を０とした時刻とした場合、１番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］は閾値Ｔｒｍａｘ［１］と同じ２０時、２番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［２］は、１番目の燃料処理器１０の閾値Ｔｒｍａｘ［１］と２番目の燃料処理器１０の閾値Ｔｒｍａｘ［２］がともに２０時間であるため、再生動作が重複しないように設定する。２番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［２］は、再生動作にかかる再生動作時間ｄＴｒ（２０分）から、１９時４０分に設定される。

このように各燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を設定することにより、再生動作を行う燃料処理器１０は重複することなく、各燃料処理器１０への累計供給量Ｑｐ［ｉ］は、閾値Ｑｍａｘを超えないように再生動作を実施することができる。

ステップＳ３０３では、制御器８１は、各燃料処理器１０へ水素生成の開始と、燃料電池３００へ発電開始を指示し、各燃料処理器１０の累計生成時間Ｔｐ［ｉ］を初期化（０）し、ステップＳ３０４に移行する。

ステップＳ３０４では、所定時間ｄＴ（１分）毎にステップＳ３０４以降の処理を行うため、時間調整を実施し、ステップＳ３０５へ移行する。

ステップＳ３０５では、各燃料処理器１０の累計生成時間Ｔｐ［ｉ］を、ステップＳ３０４で調整した所定時間ｄＴ分更新し、各燃料処理器１０への累計供給量Ｑｐ［ｉ］を、（数２）に示されるように、所定時間ｄＴに供給された原料ガスの供給量分更新し、ステップＳ３０６に移行する。

ステップＳ３０６では、ｉ番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］が時刻Ｔと一致するか確認し、一致した場合は、ステップＳ３０７へ移行し、一致しない場合は、ステップＳ３１０へ移行する。

ステップＳ３０７では、時刻Ｔと一致する再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］に対応するｉ番目の燃料処理器１０の再生動作の実行を指示し、ステップＳ３０８に移行する。

ステップＳ３０８では、全ての燃料処理器１０に対し、再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］が時刻Ｔと一致したかを確認し、全て確認した場合は、ステップＳ３０９へ移行し、確認が終わっていない場合は、ステップＳ３０６へ移行する。

ステップＳ３０９では、各燃料処理器１０の再生動作が終了する時刻である再生動作時
刻Ｔｒ［ｉ］＋再生動作時間ｄＴｒが時刻Ｔと一致するか確認し、一致した場合は、ステップＳ３１０へ移行し、一致しない場合は、ステップＳ３１１へ移行する。

ステップＳ３１０では、ｉ番目の燃料処理器１０に対し、再生動作を終了し、水素生成動作へ復帰させる。ｉ番目の燃料処理器１０に対応する、累計生成時間Ｔｐ［ｉ］、累計供給量Ｑｐ［ｉ］を初期化し、さらに、各燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を、ステップＳ３０２と同じ方法により、閾値Ｑｍａｘ、累計供給量Ｑｐ［ｉ］、（数１）より算出された閾値Ｔｒｍａｘ［ｉ］から再設定し、ステップＳ３１１へ移行する。

ステップＳ３１１では、全ての燃料処理器１０に対し、再生動作が終了する時刻である再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］＋再生動作時間ｄＴｒが時刻Ｔと一致したかを確認し、全て確認した場合は、ステップＳ３１２へ移行し、確認が終わっていない場合は、ステップＳ３１４へ移行する。

ステップＳ３１２では、運転停止要求の発生を確認し、運転停止要求が発生した場合はステップＳ３１３へ移行し、運転停止要求がない場合はステップＳ３０４へ移行する。

ステップＳ３１３では、全ての燃料処理器１０に対して、再生動作の実施を指示し、燃料電池システム５００への運転を停止する。

ステップＳ３１４では、発電量の変更要求が発生した場合は、各燃料処理器１０の原料ガスの供給量Ｑ［ｉ］を変更するため、ステップＳ３０２へ移行し、変更要求がない場合はステップＳ３０４へ移行し、それぞれのステップを繰り返す。

ステップＳ３１４では、発電量が変更するのは、時刻８時、２４時、３６時となる。このとき、Ｓ３０２に移行し、再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］が再設定される。時刻８時、２４時において再設定される再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を図６（ｄ）、図６（ｅ）に示す。

図６（ｄ）は本実施の形態の燃料電池システム５００における２台の燃料処理器１０の時刻８時（２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］が３．０ＮＬＭから１．５ＮＬＭに減る時刻）に再設定される再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を説明するための説明図である。

図６（ｅ）は本実施の形態の燃料電池システム５００における２台の燃料処理器１０の時刻２４時（２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］が１．５ＮＬＭから３．０ＮＬＭに戻る（増える）時刻）に再設定される再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を説明するための説明図である。

時刻８時に、２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］は１．５ＮＬＭ（９０ＮＬ／ｈ）、累計供給量Ｑｐ［２］は１４４０ＮＬとなるため、（数１）より、閾値Ｔｒｍａｘ［２］は２４時間となる。

そのため、図６（ｄ）に示すように、時刻８時において、２番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［２］は、８時に２４時間を加算し、３２時となる。このとき、２番目の燃料処理器１０の閾値Ｔｒｍａｘ［２］は１番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［１］（２０時）と重複しないため、そのままの時刻に設定される。

また、図６（ｅ）に示すように、１番目の燃料処理器１０の２回目の再生動作時刻Ｔｒ［１］は、４０時２０分に設定されている。これは、再生動作が終了した時刻２０時２０分の時点で、ステップＳ３１０において、閾値Ｑｍａｘ（３６００ＮＬ）、供給量Ｑ［１
］（３ＮＬＭ（１８０ＮＬ／ｈ））、累計供給量Ｑｐ［１］（０ＮＬ）から、（数１）より、閾値Ｔｒｍａｘ［１］は２０時間となり、時刻２０時２０分に２０時間を加算して、２回目の再生動作時刻Ｔｒ［１］は、４０時２０分となり、再生動作時刻Ｔｒ［２］（３２時）と重複しないため、そのままの時刻（４０時２０分）に設定されるためである。

２番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［２］は、時刻２４時に、２番目の燃料処理器１０への原料ガスの供給量Ｑ［２］が３ＮＬＭ（１８０ＮＬ／ｈ）、累計供給量Ｑｐ［２］は２１６０ＮＬとなるため、（数１）より、閾値Ｔｒｍａｘ［２］は４時間となるため、２４時に４時間を追加し、２８時となる。このとき、２番目の燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［２］は、再生動作時刻Ｔｒ［１］（４０時２０分）と重複しないため、そのままの時刻（２８時）となる。

このように各燃料処理器１０の再生動作時刻Ｔｒ［ｉ］を設定することにより、再生動作を行う燃料処理器１０は重複することなく、累計供給量Ｑｐ［ｉ］は、閾値Ｑｍａｘを超えないように再生動作を実施することができる。

以上のように、本発明の実施の形態２においては、少なくとも一台の複数並列に接続された燃料処理器１０は水素含有ガスの生成を行いつつ、水素含有ガスの生成を行っていない他の燃料処理器１０に搭載される選択酸化触媒の再生を行うため、水素生成装置１０１は、ＣＯ除去器３０に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続して水素含有ガスを供給することができる。

これによって、本発明の水素生成装置１０１を備えた燃料電池システム５００は、水素生成装置１０１が長時間連続して水素含有ガスを燃料電池３００へ供給することができるため、長時間安定して、連続発電することができる。

なお、各燃料処理器１０へ供給する原料ガスの供給量は燃料処理器１０が対応している範囲で変更してもよく、また、供給量を変化させる時刻は任意の時間でよく、本実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態３）
実施の形態３では、時刻に対して、水素生成を行う燃料処理器の台数を変えて、水素含有ガスの生成量を調整するケースについて説明する。

実施の形態３における水素生成装置１００の構成は、図１に示す実施の形態１の水素生成装置１００と同じであり、その重複する説明を省略する。

以下、図１に示される水素生成装置１００の並列に接続された各燃料処理器１０に含まれるＣＯ除去器３０の再生動作を行う運転方法について、図７、図８を用いて説明する。

図７は、本発明の実施の形態３における水素生成装置の処理動作を示すフローチャートである。

図８（ａ）は、本発明の実施の形態３の水素生成装置における複数台の燃料処理器の水素生成台数の時刻による変動を説明するための説明図、図８（ｂ）は、同実施の形態の水素生成装置における複数台の燃料処理器の再生動作時刻を説明するための説明図であり、水素生成装置１００の４台並列に接続される燃料処理器１０の内、４台分の水素含有ガスを生成する時刻と１台分の水素含有ガスを生成する時刻がある場合を示している。

水素生成装置１００は、水素生成の開始時刻を０時とした場合、０〜１２時の間は、４
台の燃料処理器１０が水素を生成し、１２〜２４時の間は１台の燃料処理器１０が水素を生成するサイクルを繰り返す。

０〜１２時および２４〜３６時の間は、４台の燃料処理器１０の全てが水素を生成するため、燃料処理器１０の再生動作は、１台の燃料処理器１０のみが水素生成する１２〜２４時および３６〜４８時の間に再生動作を実施するように、燃料処理器１０の再生動作時刻を調整している。

先ず、制御器８０が、各燃料処理器１０が時刻毎に実施する動作を設定する状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］について説明する。状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］は、燃料処理器１０の動作に応じた値、水素生成停止（０）、水素生成動作（１）、再生動作（２）、起動動作（３）をとり、タイムステップｔｓ毎に各燃料処理器１０が実施する動作を設定される。

ここで、番号ｉは複数の燃料処理器１０を区別し、識別する番号であり、本実施の形態では、１〜４の番号を割り振る。タイムステップｔｓは、水素生成装置１００の水素生成が開始されてから一定の間隔の時間ｄＴ、ここでは２０分とする、毎に区切った時間を表す番号である。

制御器８０は、タイムステップｔｓ毎に各燃料処理器１０が実施する動作を状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］として設定し、状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］の値に応じて、各燃料処理器１０へ動作を実行するように指示する。

本実施の形態で設定される状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］の具体例を（表１）に記す。

（表１）は、水素生成装置１００の水素生成開始を０時とした場合の時刻Ｔ、タイムステップｔｓ、各タイムステップｔｓでの各燃料処理器１０の水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］、状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］を示している。

水素生成の開始時刻を０時とした場合、０〜１２時の間は、タイムステップｔｓは１から３６に対応し、４台の燃料処理器１０が水素生成するので、水素生成台数Ｎｐ［１］〜Ｎｐ［３６］は４、１２〜２４時の間は、タイムステップｔｓは３７から７２に対応し、１台の燃料処理器１０が水素生成するので水素生成台数Ｎｐ［３７］〜Ｎｐ［７２］は１となる。

状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］は、タイムステップｔｓにおける燃料処理器１０の水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］を満たし、かつ、各燃料処理器１０に対して、前回の再生動作から
起算した水素生成動作の累計時間の閾値Ｔｒｍａｘを２０時間と設定し、再生動作の間隔は、閾値Ｔｒｍａｘ（２０時間）に対応したタイムステップ数６０ステップを超えない範囲となるように設定される。

さらに、各燃料処理器１０の、前回の再生動作から起算した水素生成動作の累計時間が閾値Ｔｒｍａｘ（２０時間）となる以前のタイムステップに、水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］が増加するタイムステップがある場合は、再生動作を行うタイムステップは水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］が変化する一つ前のタイムステップとし、水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］が減少するタイムステップがある場合は、再生動作を行うタイムステップは水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］が変化するタイムステップとする。

このとき、再生動作を行っても水素生成台数が必要量確保できるように、再生動作を行う燃料処理器１０以外で、再生動作を行うタイムステップ前後のタイムステップで水素生成を行っている燃料処理器１０の水素生成から水素生成以外へ状態を変化させるタイムステップを調整し、さらに、水素生成装置１００の運転開始からの各燃料処理器１０の水素生成動作の総累計時間が平均化されるように、水素生成する燃料処理器１０を調整する。

また、燃料処理器１０は水素生成を行う前に、燃料処理器１０に含まれる触媒の温度を上げる起動動作を実施する必要があるため、水素生成装置１００の運転開始時や各燃料処理器１０が水素生成停止（０）から水素生成動作（１）または再生動作（２）へ移行する前のタイムステップｔｓには起動動作（３）を設定する。

以下、図７に従い、複数並列に接続された燃料処理器１０から構成される水素生成装置１００の各燃料処理器１０に搭載されるＣＯ除去器３０の再生動作を行う運転方法について説明する。

図７において、水素生成装置１００の運転が開始されると、ステップＳ５０１により、タイムステップｔｓにおける必要な水素含有ガスの量から燃料処理器１０の水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］を設定し、水素生成動作を行う燃料処理器１０を設定する。

更に、ステップＳ５０１では、水素生成の開始時刻を０時とした時刻Ｔに対応するタイムステップｔｓを初期化（０）し、ステップＳ５０２へ移行する。具体的には、ステップＳ５０１では、水素生成台数Ｎｐ［ｔｓ］は（表１）に従って設定される。

ステップＳ５０２では、各燃料処理器１０に対応する状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］を設定し、ステップＳ５０３へ移行する。具体的に、ステップＳ５０２で設定される状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］の値は（表１）に従って設定される。

ステップＳ５０３では、状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］の値に応じて、各燃料処理器１０へ水素生成停止（０）、水素生成動作（１）、再生動作（２）、起動動作（３）の実行を指示し、次に状態識別子Ｆｐ［ｉ］［ｔｓ］の値が変化するタイムステップとして状態変化タイムステップＴｓｃを設定し、ステップＳ５０４へ移行する。

具体的には、ステップＳ５０３では、（表１）より、タイムステップｔｓが０では、Ｆｐ［１］［０］〜Ｆｐ［４］［０］は、起動動作を示す値（３）であり、全ての燃料処理器１０へ起動を指示し、状態変化タイムステップＴｓｃを１に設定する。

タイムステップｔｓが１では、Ｆｐ［１］［１］〜Ｆｐ［４］［１］は水素生成動作を示す値（１）であるから全ての燃料処理器１０へ水素生成動作を指示し、状態変化タイムステップＴｓｃを３７に設定する。

ステップＳ５０４では、１タイムステップ分に相当する所定時間ｄＴ（２０分）毎にステップＳ５０４以降の処理を行うため、時間調整を実施して、ステップＳ５０５へ移行する。

ステップＳ５０５では、タイムステップｔｓを１タイムステップ分更新し、ステップＳ５０６へ移行する。

ステップＳ５０６では、タイムステップｔｓが状態変化タイムステップＴｓｃと一致するか確認し、一致した場合は、ステップＳ５０３へ移行し、一致しない場合は、ステップＳ５０７へ移行する。

ステップＳ５０６では、初めにタイムステップｔｓと状態変化タイムステップＴｓｃが一致するのは、（表１）よりタイムステップｔｓが３７となる場合であり、状態識別子Ｆｐ［１］［３７］は水素生成動作（１）から再生動作（２）へ、状態識別子Ｆｐ［２］［３７］は水素生成動作（１）のまま、状態識別子Ｆｐ［３］［３７］および状態識別子Ｆｐ［４］［３７］は水素生成動作（１）から水素生成停止（０）へ変化する。

ステップＳ５０６からステップＳ５０３に移行後、状態識別子Ｆｐ［１］［３７］〜Ｆｐ［４］［３７］に従い、各燃料処理器１０の動作を変化させ、運転を継続する。

ステップＳ５０７では、運転停止要求の発生を確認し、運転停止要求が発生した場合はステップＳ５０８へ移行し、運転停止要求がない場合はステップＳ５０４へ移行して、運転を継続する。

ステップＳ５０８では、全ての燃料処理器１０に対して、再生動作の実施を指示し、水素生成装置１００の運転を停止する。

以上のように、本発明の実施の形態３においては、少なくとも一台の複数並列に接続された燃料処理器１０は水素含有ガスの生成を行いつつ、水素含有ガスの生成を行っていない他の燃料処理器１０に搭載される選択酸化触媒の再生を行うため、水素生成装置１００は、ＣＯ除去器３０に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続して水素含有ガスを供給することができる。

また、水素含有ガスの必要な量が少ない時刻に、複数の燃料処理器１０の内一部を水素生成動作させることにより、水素含有ガスの生成量を調整することができる。さらに、水素含有ガスの生成量が少ない時間に、燃料処理器１０の再生動作を優先的に行い、水素含有ガスの生成量が多い時間の再生動作を抑制することにより、再生動作による水素生成装置１００の水素含有ガスの生成量の低下を抑制することができる。

（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４における水素生成装置の構成を示すブロック図である。図９に示すように、実施の形態４の水素生成装置１０２は、複数並列に接続された燃料処理器１１と、燃料処理器１１の動作を制御する制御器８０と、燃料処理器１１から生成される水素含有ガスを通流し、水素利用機器２０１へ供給する水素含有ガス流路７０から構成される。実施の形態４においては、燃料処理器１１を２５台並列に接続している。

各燃料処理器１１は、原料ガスを改質器２０へ供給する原料供給器４０と、原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器２０と、改質器２０から生成された水素含有ガスに含まれるＣＯを低減するＣＯ低減器９０、ＣＯ低減器９０により低減された水
素含有ガスに含まれるＣＯを除去するＣＯ除去器３０と、酸化ガスである空気をＣＯ除去器３０へ供給する酸化ガス供給器５０から構成される。

改質器２０、ＣＯ除去器３０、原料供給器４０、酸化ガス供給器５０、水素含有ガス流路７０、制御器８０は、実施の形態１と同じであり、その重複する説明を省略する。

ＣＯ低減器９０は、水素含有ガス中に含まれるＣＯを変成反応により低減する、銅を含有する変成触媒が充填された反応器である。変成反応に適した温度は、例えば、２００℃〜３００℃であり、ＣＯ低減器９０は改質器２０から流出する水素含有ガスの流れの下流に、変成反応に適した温度となるように高温の改質器２０の近傍に配置される。

水素利用機器２０１は、水素含有ガス中のＣＯ濃度を０．０１％まで許容する水素を利用する機器であり、本実施の形態では水素含有ガスを貯める水素貯蔵タンクである。

以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１０２について、以下その動作および作用を説明する。

初めに、燃料処理器１１での、水素含有ガスの生成動作およびＣＯ除去器３０の再生動作について説明する。

燃料処理器１１の起動時には、制御器８０から改質器２０に起動を指示する信号が送られ、改質器２０に含まれるバーナが点火され、改質器２０に搭載される改質触媒、ＣＯ低減器９０に含まれる変成触媒、ＣＯ除去器３０に搭載される選択酸化触媒が、改質反応、変成反応、選択酸化反応に適した温度となるまで昇温する。触媒が反応に適した温度へと昇温した後、燃料処理器１１は水素生成動作へ移行する。

燃料処理器１１の水素生成動作時には、原料供給器４０から改質器２０へ原料ガスが供給される。酸化ガス供給器５０には、酸化ガス供給器５０からＣＯ除去器３０へ空気が供給される。原料供給器４０から原料ガスが供給された改質器２０は、改質触媒の触媒作用による水蒸気改質反応により、原料ガスから水素とＣＯを含む水素含有ガスを生成する。

改質器２０で生成された水素含有ガスは、ＣＯ低減器９０へ供給される。ＣＯ低減器９０では、水素含有ガス中のＣＯと水蒸気とが変成触媒の作用で反応し、水素含有ガス中のＣＯ濃度が０．１〜０．２％程度まで低減された水素含有ガスが生成され、ＣＯ除去器３０に供給される。

ＣＯ除去器３０では、水素含有ガスは酸化ガス供給器５０から供給された酸化ガスである酸素を含む空気と混合された後に、水素含有ガス中のＣＯと酸素とが選択酸化触媒の作用で反応し、水素含有ガス中のＣＯは除去され、ＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下まで除去された水素含有ガスが生成される。各燃料処理器１１から生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路７０を通流し、水素利用機器２０１へ供給される。

ここで、原料ガス中に約３％の窒素を含む天然ガスの場合、改質器２０で生成される水素含有ガスには、約１０ｐｐｍのアンモニアが含まれる。このアンモニアを含む水素含有ガスは、改質器２０からＣＯ低減器９０を介し、ＣＯ除去器３０に供給される。

ＣＯ除去器３０の再生動作は、改質器２０において水素含有ガスを生成中に、酸化ガス供給器５０からＣＯ除去器３０への酸化ガスである空気の供給を停止させ、ＣＯ除去器３０に充填される選択酸化触媒を還元雰囲気下とする処理である。

水素生成動作時に、ＣＯ除去器３０に約１０ｐｐｍの濃度のアンモニアが供給されることで選択酸化触媒にＮＯが吸着されるが、再生動作時には、選択酸化触媒に吸着したＮＯは、水素と反応してアンモニアに還元され、選択酸化触媒から離脱する。これにより、ＮＯの吸着により低下した選択酸化触媒の活性は再生される。

この再生動作時において、ＣＯ除去器３０において水素含有ガスに含まれるＣＯの除去が行われないため、ＣＯ濃度が０．１％〜０．２％程度の水素含有ガスが水素含有ガス流路７０へと流出する。

このため、２５台の燃料処理器１１の内、再生動作を行う燃料処理器１１の台数が増えると、水素生成装置１０２から生成される水素含有ガス中のＣＯ濃度が高くなるが、本実施の形態では、ある時刻において再生動作を行う燃料処理器１１の数を２５台中１台のみとすることにより、水素生成装置１０２から生成される水素含有ガス中のＣＯ濃度を０．０１％以下に抑えている。

選択酸化触媒のアンモニアによる被毒の度合いは、再生動作から起算したＣＯ除去器３０へ供給される累計アンモニア量により決まる。本実施の形態では、ＣＯ除去器３０へ供給される累計アンモニア量に相関するパラメータとして、前回の再生動作から起算した原料ガスの供給量の累計値を用いる。

この選択酸化触媒の被毒による性能低下に対する累計アンモニア供給量の上限に相当する前回の再生動作から起算した原料ガスの累計供給量の閾値Ｑｍａｘは、３６００ＮＬに設定する。また、ＣＯ除去器３０の再生動作に要する原料ガスの供給量ｄＱｒは、６０ＮＬである。

次に、水素生成装置１０２の複数並列に接続された各燃料処理器１１に搭載されるＣＯ除去器３０の再生動作を伴う運転方法について説明する。

図１０は、本発明の実施の形態４における水素生成装置の処理動作を示すフローチャートである。図１０に示すように、水素生成装置１０２の運転が開始されると、ステップＳ７０１により、制御器８０は、全ての燃料処理器１１の起動を指示し、ステップＳ７０２へ移行する。

ステップＳ７０２では、閾値Ｑｍａｘを３６００ＮＬと設定し、各燃料処理器１１に対し、再生動作の実施を判定する原料ガスの累計供給量として、前回の再生動作から起算した原料ガスの累計供給量の判定値Ｑｒ［ｉ］（以下、判定値Ｑｒ［ｉ］）を、閾値Ｑｍａｘを超えない範囲で、かつ、再生動作を行う燃料処理器１１の時刻は重複しないように設定し、ステップＳ７０３へ移行する。

ここで、番号ｉは複数の燃料処理器１１を区別し、識別する番号であり、本実施の形態では、１〜２５の番号を割り振る。

ここでは、燃料処理器１１のそれぞれの再生動作を行う時刻が一致しないように、判定値Ｑｒ［１］は、閾値Ｑｍａｘ（３６００ＮＬ）と一致させ、判定値Ｑｒ［２］〜Ｑｒ［２５］は、再生動作時刻が、他の燃料処理器１１と一致しないように、再生動作に要する原料ガスの供給量ｄＱｒ（６０ＮＬ）分ずつ、少なくなるように設定する。

ステップＳ７０３では、制御器８０は、各燃料処理器１１へ水素生成の開始を指示し、各燃料処理器１１の前回の再生動作から起算した原料ガスの各累計供給量Ｑｐ［ｉ］を初期化し、ステップＳ７０４へ移行する。

ステップＳ７０４では、所定時間ｄＴ、ここでは１分とする、毎にステップＳ７０４以降の処理を行うため、時間調整を実施し、ステップＳ７０５へ移行する。

ステップＳ７０５では、各燃料処理器１１の各累計供給量Ｑｐ［ｉ］を、ステップＳ７０４で調整した所定時間ｄＴ（１分）分更新し、ステップＳ７０６へ移行する。

ステップＳ７０６では、ｉ番目の燃料処理器１１の各累計供給量Ｑｐ［ｉ］が判定値Ｑｒ［ｉ］と一致するか確認し、一致した場合は、ステップＳ７０７へ移行し、一致しない場合は、ステップＳ７０８へ移行する。

ステップＳ７０７では、燃料処理器１１の各累計供給量Ｑｐ［ｉ］が判定値Ｑｒ［ｉ］と一致した燃料処理器１１に対し、再生動作の実行を指示し、ステップＳ７０８へ移行する。

ステップＳ７０８では、全ての燃料処理器１１に対し、各燃料処理器１１の各累計供給量Ｑｐ［ｉ］が判定値Ｑｒ［ｉ］と一致したかを確認し、全て確認した場合は、ステップＳ７０９へ移行し、確認が終わっていない場合は、ステップＳ７０６へ移行する。

ステップＳ７０９では、ｉ番目の燃料処理器１１の累計供給量Ｑｐ［ｉ］が再生動作終了時の累計供給量（Ｑｒ［ｉ］＋ｄＱｒ）以上であるか確認し、再生動作終了時の累計供給量（Ｑｒ［ｉ］＋ｄＱｒ）以上である場合は、ステップＳ７１０へ移行し、再生動作終了時の累計供給量（Ｑｒ［ｉ］＋ｄＱｒ）未満の場合は、ステップＳ７１１へ移行する。

ステップＳ７１０では、ｉ番目の燃料処理器１１に対し、再生動作を終了し、水素生成動作への復帰を指示し、判定値Ｑｒ［ｉ］を、閾値Ｑｍａｘを３６００ＮＬと設定し、また、累計供給量Ｑｐ［ｉ］を初期化し、ステップＳ７１１へ移行する。

ステップＳ７１１では、全ての燃料処理器１１に対し、各燃料処理器１１の累計供給量Ｑｐ［ｉ］が再生動作終了時の累計供給量（Ｑｒ［ｉ］＋ｄＱｒ）以上であるか確認し、全て確認した場合は、ステップＳ７１２へ移行し、確認が終わっていない場合は、ステップＳ７０９へ移行する。

ステップＳ７１２では、制御器８０は、運転停止要求の発生を確認し、運転停止要求が発生した場合は、ステップＳ７１３へ移行し、運転停止要求がない場合はステップＳ７０４へ移行する。

ステップＳ７１３では、全ての燃料処理器１１に対して、再生動作の実施を指示し、水素生成装置１０２の運転を停止する。

図１１は、本発明の実施の形態４における燃料処理器の再生動作を行う原料ガスの総累計供給量を説明するための説明図である。図１１は、２５台並列に接続される燃料処理器１１の運転開始から水素生成および再生動作による原料ガスの総累計供給量に対して、再生動作を行うタイミングを示す。

図１１に示されるように、判定値Ｑｒ［１］〜Ｑｒ［２５］は、２５台並列に接続される燃料処理器１１の原料ガスの累計供給量を表し、同じタイミングで再生動作を行う燃料処理器１１は１台のみである。

初回の再生動作での判定値Ｑｒ［１］は、閾値Ｑｍａｘ（３６００ＮＬ）と一致し、判
定値Ｑｒ［２］〜Ｑｒ［２５］では、それぞれ再生動作に要する原料ガスの供給量ｄＱｒ（６０ＮＬ）分ずつ閾値Ｑｍａｘ（３６００ＮＬ）から少なくなるように設定し、判定値Ｑｒ［２５］では１４４０ＮＬとなる。２回目回の再生動作以降の判定値Ｑｒ［１］〜Ｑｒ［２５］は、閾値Ｑｍａｘ（３６００ＮＬ）と同じとなる。

このように、判定値Ｑｒ［１］〜Ｑｒ［２５］を設定することにより、水素生成装置１０２は、１台の燃料処理器１１のみ再生動作を実施し、他の燃料処理器１１は水素生成動作を実施することができる。また、前回の再生動作から起算したＣＯ除去器３０への累計アンモニア供給量に相関するパラメータである前回の再生動作から起算した原料ガスの供給量の累計値が、所定の閾値を超えない範囲で長くなるように制御することができる。

以上のように、本発明の実施の形態４においては、少なくとも一台の複数並列に接続された燃料処理器１１は水素含有ガスの生成を行いつつ、水素含有ガスの生成を行っていない他の燃料処理器１１に搭載される選択酸化触媒の再生を行うため、水素生成装置１０２は、ＣＯ除去器３０に含まれる選択酸化触媒のアンモニアによる劣化を抑制し、長時間連続して水素含有ガスを供給することができる。

さらに、各燃料処理器１１の選択酸化触媒の再生動作を行う間隔が平均化され、特定の燃料処理器１１の選択酸化触媒の再生動作の間隔が短くなることを抑制し、総運転時間に対して各燃料処理器１１の再生動作に要する積算時間を低減し、水素生成装置１０２により生成される水素含有ガスの平均的なＣＯ濃度の上昇を抑制している。

以上のように、本発明にかかる水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システム並びにその運転方法は、長時間の連続運転を可能とするため、商品性の高い水素生成装置及び燃料電池システムに応用できる。

１０ 燃料処理器
１１ 燃料処理器
２０ 改質器
３０ ＣＯ除去器
４０ 原料供給器
５０ 酸化ガス供給器
６０ 水素含有ガス流路切替器
７０ 水素含有ガス流路
８０ 制御器
８１ 制御器
９０ ＣＯ低減器
１００ 水素生成装置
１０１ 水素生成装置
１０２ 水素生成装置
２００ 水素利用機器
２０１ 水素利用機器
３００ 燃料電池
５００ 燃料電池システム

Claims (8)

1. 原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器、選択酸化触媒と酸化ガスを用いて前記水素含有ガス中に含まれるＣＯを除去するＣＯ除去器を備えた複数の燃料処理器と、複数の前記燃料処理器の前記水素含有ガスを生成する水素生成動作と、前記ＣＯ除去器への前記酸化ガスの供給の制御により前記選択酸化触媒を再生させる再生動作を制御する制御器と、を備えた水素生成装置において、
   前記制御器は、前記水素生成装置の水素含有ガス生成時において、前回の前記再生動作から起算した前記ＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータが所定の閾値を超えない範囲で前記再生動作を行い、かつ、少なくとも一台の前記燃料処理器が前記再生動作を行っている間は、残りの少なくとも一台の前記燃料処理器が前記水素生成動作を行うように制御することを特徴とする水素生成装置。
2. 前記再生動作は、前記改質器から前記水素含有ガスが供給されている前記ＣＯ除去器への酸化ガスの供給を停止する動作であることを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。
3. 前記制御器は、前回の前記再生動作から起算した前記ＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータの値が所定の閾値を超えない範囲で大きくなるように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の水素生成装置。
4. 前記制御器は、必要な量の水素含有ガスが生成されるように複数の前記燃料処理器の前記再生動作と前記水素生成動作を行う台数を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水素生成装置。
5. 前記ＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータは、前回の前記再生動作から起算した水素生成動作の累計時間であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
6. 前記ＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータは、前回の前記再生動作から起算した原料ガスの供給量の累計値であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項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、を備えた燃料電池システム。
8. 原料ガスから水素含有ガスを生成する改質器、選択酸化触媒と酸化ガスを用いて前記水素含有ガス中に含まれるＣＯを除去するＣＯ除去器を備えた複数の燃料処理器が並列に接続され、複数の前記燃料処理器が、水素含有ガスを生成する水素生成動作と、前記ＣＯ除去器への前記酸化ガスの供給の制御により前記選択酸化触媒を再生させる再生動作を行う水素生成装置の運転方法であって、前記水素生成装置の水素含有ガス生成時に、前回の前記再生動作から起算した前記ＣＯ除去器への累計アンモニア供給量に相関するパラメータが所定の閾値を超えない範囲で前記選択酸化触媒の前記再生動作を行い、かつ、少なくとも一台の前記燃料処理器が前記再生動作を行っている間は、残りの少なくとも一台の前記燃料処理器が前記水素生成動作を行うことを特徴とする水素生成装置の運転方法。

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