JP5480684B2 - 水素含有ガス生成装置の起動時運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、原燃料に水素を添加した上で、その原燃料に含まれる硫黄成分の脱硫処理を行う脱硫器を有する水素含有ガス生成装置の起動時運転方法に関する。

炭化水素を含む原燃料に水素を添加した上で、当該原燃料に含まれる硫黄成分の脱硫処理を行うことで、脱硫剤の長寿命化を図ることのできる脱硫器がある。特許文献１には、このような脱硫器を有する水素含有ガス生成装置が記載されている。例えば、特許文献１に記載されている水素含有ガス生成装置は、原燃料供給路を通して供給される原燃料の脱硫処理を行う脱硫器と、その脱硫器で脱硫処理された原燃料を改質して水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質器と、改質器で生成された水素含有ガスが流通する水素含有ガス供給路の途中の水素含有ガス分流箇所と脱硫器よりも上流側の原燃料供給路の途中の水素含有ガス合流箇所とを接続して、改質器で生成された水素含有ガスの一部を原燃料供給路に流入させるリサイクルガス供給路と、を備えている。加えて、そのリサイクルガス供給路には、遮断弁、調節弁、逆止弁、ブロアー、定量ポンプなどを設けることが記載されている。従って、リサイクルガス供給路に設けられている遮断弁、調節弁、逆止弁、ブロアー、定量ポンプなどの動作状態を制御することで、原燃料に添加される水素含有ガスの量が調節されることになる。
更に、特許文献１には、水素含有ガス生成装置を起動するとき、水素濃度が低い水素含有ガスが脱硫器に流入することを嫌って、水素含有ガスのリサイクルを休止することが記載されている。

特開２００３−０１７１０９号公報（請求項１２、段落００３５、段落００４９）

水素含有ガス生成装置に上述したようなリサイクルガス供給路を開け閉めするような装置を設けないことができれば、水素含有ガス生成装置のコスト低減の観点から好ましい。しかし、上述したようなリサイクルガス供給路を開け閉めするような装置を設けなかった場合、リサイクルガス供給路をガスが常時流通できる構成となる。そのため、水素含有ガス生成装置の起動時に原燃料供給路へ原燃料の供給を開始したとき、上記水素含有ガス合流箇所の圧力の方が上記水素含有ガス分流箇所の圧力よりも高くなって、原燃料がリサイクルガス供給路を逆流する可能性がある。そして、脱硫処理されていない原燃料が改質器の下流側へ流入して、改質器の改質触媒や改質器の下流側に設けられている一酸化炭素除去器としての一酸化炭素選択酸化器の触媒が硫黄被毒されるという問題が発生し得る。

加えて、水素含有ガス生成装置の起動時に、改質器を加熱するための燃焼熱を放出する燃焼器が、原燃料供給路の途中の原燃料分流箇所から分岐した原燃料分流路を通して供給される原燃料を燃焼するような装置構成の場合、原燃料がリサイクルガス供給路の方へ流れてしまうと、燃焼器への原燃料の供給量が相対的に減少してしまうため、燃焼器での着火不良や失火が発生し得る。

更に、リサイクルガス供給路に逆止弁を設けた場合には、上述した装置コストの問題に加えて、水素含有ガス生成装置の運転継続中、生成される水素含有ガスに含まれる水分が凝縮して逆止弁を閉塞させるという問題も発生し得る。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水素含有ガス生成装置の装置コストを抑えながらも、水素含有ガス生成装置を適正に起動できる起動時運転方法を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る水素含有ガス生成装置の起動時運転方法の特徴構成は、原燃料供給路を通して供給される原燃料の脱硫処理を行う脱硫器と、前記脱硫器で脱硫処理された前記原燃料を改質して水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質器と、前記原燃料供給路の途中の原燃料分流箇所から分岐した原燃料分流路を通して供給される原燃料を燃焼して、前記改質器を加熱するための燃焼熱を放出する燃焼器と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスが流通する水素含有ガス供給路の途中の水素含有ガス分流箇所と前記脱硫器よりも上流側の前記原燃料供給路の途中の水素含有ガス合流箇所とを接続して前記水素含有ガスの一部を前記原燃料供給路に流入させるリサイクルガス供給路と、を備える水素含有ガス生成装置の起動時運転方法であって、
前記水素含有ガス生成装置の起動時に、
前記水素含有ガス合流箇所及び前記原燃料分流箇所よりも下流側であり且つ前記脱硫器よりも上流側の前記原燃料供給路に設けられる第１弁を閉止し、及び、前記水素含有ガス分流箇所よりも下流側の前記水素含有ガス供給路に設けられる第２弁を閉止し、及び、前記原燃料分流路を開放して前記燃焼器に原燃料を供給して前記燃焼器で前記原燃料を燃焼させる昇温工程と、
前記昇温工程によって前記改質器を設定起動温度以上に昇温した後、前記第１弁を開放して前記原燃料を前記脱硫器及び前記改質器に流入させて前記改質器において前記水素含有ガスの生成を開始するガス生成開始工程と、
前記ガス生成開始工程によって前記水素含有ガス供給路の圧力を設定始動圧力まで昇圧した後、前記第２弁を開放して前記水素含有ガス生成装置の外部に前記水素含有ガスを供給するガス供給開始工程と、を含む点にある。

リサイクルガス供給路に、ガスの流通を調節可能な装置（例えば、遮断弁、調節弁、逆止弁、ブロアー、ポンプなど）が設けられていない場合、昇温工程において燃焼器のみに原燃料を供給しようして原燃料供給路にガスを流通させると、そのガスが原燃料供給路の水素含有ガス分流箇所からリサイクルガス供給路へと流入してリサイクルガス供給路を逆流する可能性がある。原燃料がリサイクルガス供給路を逆流した場合、脱硫されていない原燃料が改質器に流入して、改質器の改質触媒や改質器の下流側に設けられている一酸化炭素除去器の触媒が硫黄被毒されるという問題が発生し得る。
ところが、本特徴構成の昇温工程では、燃焼器で原燃料を燃焼させるために原燃料分流路を開放して燃焼器に原燃料を供給している間、水素含有ガス合流箇所及び原燃料分流箇所よりも下流側であり且つ脱硫器よりも上流側の原燃料供給路に設けられる第１弁が閉止され、及び、水素含有ガス分流箇所よりも下流側の水素含有ガス供給路に設けられる第２弁が閉止される。つまり、脱硫器の上流側の原燃料供給路に設けられる第１弁が閉止されることで、原燃料が脱硫器の上流側から脱硫器及び必要な昇温が未だ十分に行われていない改質器へ流入することを阻止できる。また、第２弁が閉止されることで、水素含有ガス生成装置の外部（例えば、燃料電池）にガスが流れ出さないようにできる。更に、第１弁及び第２弁が閉止されることで、リサイクルガス供給路が接続されている水素含有ガス分流箇所よりも上流側の原燃料供給路は第１弁で閉止され、下流側の水素含有ガス供給路は第２弁で閉止される。つまり、水素含有ガス分流箇所よりも上流側に向かってガスが流れることはできず、且つ、水素含有ガス分流箇所よりも下流側に向かってガスが流れることはできない。従って、水素含有ガス分流箇所に接続されているリサイクルガス供給路にガスが流れる（即ち、逆流する）ことはなく、脱硫されていない原燃料が改質器や一酸化炭素除去器へ流入することもない。
更に、昇温工程において、燃焼器に供給しようとしている原燃料が、リサイクルガス供給路の方へ流れてしまうことがないため、燃焼器への原燃料の供給量が相対的に減少してしまうといった問題も発生しない。その結果、燃焼器に対して十分な量の原燃料を供給して、燃焼器において着火不良や失火が発生しないようにできる。
従って、水素含有ガス生成装置の装置コストを抑えながらも、水素含有ガス生成装置を適正に起動できる起動時運転方法を提供できる。

本発明に係る水素含有ガス生成装置の起動時運転方法の別の特徴構成は、前記ガス供給開始工程の実施に先だって、前記ガス生成開始工程の実施中に前記第２弁よりも上流側に滞留しているガスを、前記第２弁よりも上流側の前記水素含有ガス供給路に設けられるガス排出箇所から排出するガス排出工程を含む点にある。

ガス供給開始工程の実施前の段階では、第２弁の上流側には、ガス生成開始工程の実施中に改質器で生成された水素含有ガスだけでなく、ガス生成開始工程の実施前の段階で水素含有ガス生成装置の内部に既に存在していたガス（水素含有ガス生成装置が運転停止していた間に水素含有ガス生成装置の内部を封止するために用いられていたガスなど）が存在している。そのため、ガス生成開始工程からガス供給開始工程へと直接移行すると、水素の純度が低い水素含有ガスが水素含有ガス生成装置の下流側へ供給されるという問題が生じる可能性がある。これにより、水素含有ガス生成装置の下流に燃料電池が接続されている場合は、燃料電池が硫黄化合物や一酸化炭素によって被毒してしまう可能性がある。
ところが本特徴構成によれば、ガス供給開始工程の実施に先だってガス排出工程を実施することで、ガス生成開始工程の実施中に第２弁よりも上流側に滞留している水素純度の低い水素含有ガスがガス排出箇所から排出される。つまり、ガス供給開始工程を実施したときには、水素純度の高い水素含有ガスを水素含有ガス生成装置の下流側へ供給できる。

本発明に係る水素含有ガス生成装置の起動時運転方法の更に別の特徴構成は、前記ガス排出箇所から排出されたガスを前記燃焼器に供給する点にある。

上記特徴構成によれば、ガス排出箇所から排出されたガスには水素などが含まれているため、燃焼器での燃焼に有効利用できる。

本発明に係る水素含有ガス生成装置の起動時運転方法の更に別の特徴構成は、前記水素含有ガス生成装置は、前記改質器で生成された前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器を備え、前記水素含有ガス分流箇所は、前記改質器と前記一酸化炭素除去器との間を接続する前記水素含有ガス供給路の途中に設けられる点にある。

リサイクルガス供給路を通して脱硫器に供給するガスに含まれる一酸化炭素まで選択酸化する必要はない。つまり、一酸化炭素選択酸化器に対して、リサイクルガス供給路を通して脱硫器に供給するガスに含まれる一酸化炭素まで選択酸化させると、一酸化炭素選択酸化器の寿命が必要以上に短くなってしまう。
ところが本特徴構成によれば、リサイクルガス供給路が接続される水素含有ガス分流箇所は、改質器と一酸化炭素選択酸化器との間を接続する水素含有ガス供給路の途中に設けられる。つまり、リサイクルガス供給路を通して脱硫器に供給するガスは、一酸化炭素選択酸化器を通っていない。その結果、一酸化炭素選択酸化器の寿命が必要以上に短くなることが避けられる。

第１実施形態の水素含有ガス生成装置の構成を示す図である。 第２実施形態の水素含有ガス生成装置の構成を示す図である。 第３実施形態の水素含有ガス生成装置の構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の水素含有ガス生成装置の起動時運転方法について説明する。図１は、本発明に係る水素含有ガス生成装置の起動時運転方法が行われる第１実施形態の水素含有ガス生成装置の構成を示す図である。図示するように、水素含有ガス生成装置Ｓ１（Ｓ）では、原燃料供給路１０を通して改質器４に原燃料が供給され、その原燃料が改質器４で水素を主成分とするガス（水素含有ガス）に改質される。そして、改質器４で生成された水素含有ガスが水素含有ガス供給路１１を通して燃料電池１に供給される。

〔水素含有ガス生成装置の構成〕
原燃料供給路１０には、流量調節弁Ｖａが設けられ、水素含有ガス生成装置Ｓ１の系内に流入するガスの流量が調節される。例えば、制御部２０が、電動式の流量調節弁Ｖａの開度を制御して、原燃料供給路１０を通して水素含有ガス生成装置Ｓ１の系内に流入する原燃料の流量を調節する。
流量調節弁Ｖａよりも下流側の原燃料供給路１０には昇圧ポンプ５が設けられている。つまり、流量調節弁Ｖａから系内に流入した原燃料は昇圧ポンプ５によって吸引されて昇圧された上でその昇圧ポンプ５の下流側に送出される。
昇圧ポンプ５よりも下流側の原燃料供給路１０に脱硫器２が設けられている。脱硫器２には脱硫剤が充填されており、原燃料供給路１０を通して供給される炭化水素やアルコール等の原燃料の脱硫処理を行う。本実施形態において、原燃料は、メタンやプロパンなどの炭化水素を主成分とする原燃料ガスである。これら原燃料として用いられるメタンやプロパンなどは一般に都市ガスやＬＰＧであり、例えばジメチルスルフィド（ＤＭＳ）などの硫黄化合物が付臭剤として含まれている。よって、後段の改質器４に充填されている改質触媒や燃料電池１のセルを構成するアノードなどが硫黄化合物によって劣化することを避けるために、脱硫器２によってその硫黄化合物を除去する。また、原燃料ガスに水素を添加した水添脱硫を行うことで、脱硫剤の長寿命化を図ることができる。原燃料ガスに水素を添加するために利用するリサイクルガス供給路１３の構成については後述する。

改質器４には改質触媒が充填され、水蒸気の存在下で脱硫処理後の原燃料の水蒸気改質を行って、水素を主成分とする水素含有ガスを生成する。改質器４には、改質器４を加熱するための燃焼器３が併設されている。燃焼器３は、原燃料供給路１０の途中の原燃料分流箇所１７から分岐した原燃料分流路１２を通して供給される原燃料を燃焼して、改質器４を加熱するための燃焼熱を放出する。原燃料分流路１２の途中には、流路を開閉する開閉弁Ｖｃが設けられている。図１には示していないが、改質器４には、水蒸気が混合された原燃料ガスが供給される。そして、改質器４は、原燃料ガスを、水素を主成分とし、副生成物としての一酸化炭素などを含む改質ガスに改質する。副生成物としての一酸化炭素は、燃料電池１のセルを構成するアノードを劣化させるため、必要に応じて一酸化炭素変成器（図示せず）による一酸化炭素変成処理を行えばよい。この一酸化炭素変成器では、水素含有ガスに含まれている一酸化炭素と水分とが反応して、一酸化炭素が二酸化炭素に変成される。

改質器４で生成された水素含有ガスは、水素含有ガス供給路１１を通して燃料電池１へと供給される。但し、上記一酸化炭素変成器で全ての一酸化炭素が二酸化炭素に変成される訳ではない。従って、改質器４の下流側に設けた一酸化炭素選択酸化器（本発明の「一酸化炭素除去器」の一例）６において、改質器４で生成された水素含有ガス（又は、一酸化炭素変成器で変成処理が施された後の水素含有ガス）に含まれる一酸化炭素を選択的に酸化する。つまり、一酸化炭素選択酸化器６では、一酸化炭素が二酸化炭素へと酸化される。この一酸化炭素選択酸化器６での酸化処理により、燃料電池１へと供給される水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を非常に低くできる。

原燃料ガスに水素を添加するために利用するリサイクルガス供給路１３は、改質器４で生成された水素含有ガスが流通する水素含有ガス供給路１１の途中の水素含有ガス分流箇所１８と、脱硫器２よりも上流側の原燃料供給路１０の途中の水素含有ガス合流箇所１６とを接続する。具体的には、水素含有ガス分流箇所１８は、改質器４と一酸化炭素選択酸化器６との間を接続する水素含有ガス供給路１１の途中に設けられる。その結果、改質器４で生成された水素含有ガスの一部が原燃料供給路１０に流入して、脱硫器２へは水素が添加された原燃料が供給されることになる。以上のように、リサイクルガス供給路１３を通して脱硫器２に供給されるガスは、一酸化炭素選択酸化器６を通っていない。従って、一酸化炭素選択酸化器６で選択酸化処理されるガス量は抑制されるため、一酸化炭素選択酸化器６に充填されている一酸化炭素選択酸化触媒の寿命が必要以上に短くなることが避けられる。
また、本実施形態では、リサイクルガス供給路１３に遮断弁、調節弁、逆止弁、ブロアー、ポンプなどを設けていない。

原燃料供給路１０の昇圧ポンプ５の下流側であり且つ脱硫器２の上流側には、開閉弁（本発明の「第１弁」）Ｖｂが設けられている。水素含有ガス分流箇所１８よりも下流側の水素含有ガス供給路１１にも開閉弁（本発明の「第２弁」）Ｖｅが設けられている。加えて、この開閉弁Ｖｅよりも上流側の水素含有ガス供給路１１のガス排出箇所１９にはガス排出路１４が接続されている。開閉弁Ｖｄよりも下流側のガス排出路１４は大気に開放されている。

〔水素含有ガス生成装置の起動時運転方法（昇温工程）〕
昇温工程では、水素含有ガス合流箇所１６及び原燃料分流箇所１７よりも下流側であり且つ脱硫器２よりも上流側の原燃料供給路１０に設けられる開閉弁（第１弁）Ｖｂを閉止し、及び、水素含有ガス分流箇所１８よりも下流側の水素含有ガス供給路１１に設けられる開閉弁（第２弁）Ｖｅを閉止し、及び、原燃料分流路１２を開放して燃焼器３に原燃料を供給して燃焼器３で原燃料を燃焼させることが実施される。

具体的には、水素含有ガス生成装置Ｓ１を起動するとき、制御部２０は、流量調節弁Ｖａを開弁し、昇圧ポンプ５を動作させて、水素含有ガス生成装置Ｓ１の系内に原燃料を流入させる。このとき、制御部２０は、開閉弁Ｖｃを開弁させ、開閉弁（第１弁）Ｖｂ及び開閉弁（第２弁）Ｖｅ及び開閉弁Ｖｄを閉弁させている。そして、制御部２０は、原燃料が供給される燃焼器３を燃焼作動させるので、燃焼器３による改質器４の加熱が開始される。

つまり、脱硫器２の上流側の原燃料供給路１０に設けられる開閉弁（第１弁）Ｖｂが閉止されることで、原燃料が脱硫器２の上流側から脱硫器２及び必要な昇温が未だ十分に行われていない改質器４へ流入することを阻止できる。また、開閉弁（第２弁）Ｖｅが閉止されることで、水素含有ガス生成装置Ｓ１の外部（例えば、燃料電池１）に原燃料が流れ出さないようにできる。更に、開閉弁Ｖｂ及び開閉弁Ｖｅが閉止されることで、リサイクルガス供給路１３が接続されている水素含有ガス分流箇所１８よりも上流側の原燃料供給路１０は開閉弁Ｖｂで閉止され、下流側の水素含有ガス供給路１１は開閉弁Ｖｅで閉止される。つまり、水素含有ガス分流箇所１８よりも上流側に向かってガスが流れることはできず、且つ、水素含有ガス分流箇所１８よりも下流側に向かってガスが流れることはできない。従って、水素含有ガス分流箇所１８に接続されているリサイクルガス供給路１３にガスが流れる（即ち、逆流する）ことはなく、脱硫されていない原燃料が改質器４や一酸化炭素選択酸化器６へ流入することもない。
更に、昇温工程において、燃焼器３に供給しようとしている原燃料が、リサイクルガス供給路１３の方へ流れ出すことがないため、燃焼器３への原燃料の供給量が相対的に減少してしまうといった問題も発生しない。その結果、燃焼器３に対して十分な量の原燃料を供給して、燃焼器３において着火不良や失火が発生しないようにできる。

〔水素含有ガス生成装置の起動時運転方法（ガス生成開始工程）〕
ガス生成開始工程では、上記昇温工程によって改質器４を設定起動温度以上に昇温した後、開閉弁（第１弁）Ｖｂを開放して原燃料を脱硫器２及び改質器４に流入させて改質器４において水素含有ガスの生成を開始することが行われる。

具体的には、制御部２０は、上記昇温工程を開始した後、改質器４の温度を検出する温度センサＴの検出結果に基づいて、改質器４の温度が設定起動温度以上になったか否かを判定する。そして、制御部２０は、改質器４の温度が設定起動温度以上になったと判定したとき、改質器４での水素含有ガスの生成を開始する。具体的には、制御部２０は、開閉弁（第１弁）Ｖｂを開弁することで、原燃料が脱硫器２及び改質器４に流入するように制御する。また、ガス生成開始工程の間も、燃焼器３に原燃料は供給され続けている。その結果、改質器４での改質反応により、水素を主成分とするガスが生成される。

但し、この時点では、制御部２０は、改質器４よりも下流側の水素含有ガス供給路１１に設けられている開閉弁Ｖｅ及び水素含有ガス供給路１１から分岐するガス排出路１４に設けられている開閉弁Ｖｄを閉弁している。そのため、改質器４で生成されたガスは開閉弁Ｖｅ及び開閉弁Ｖｄによって流通が遮られているため、開閉弁Ｖｅよりも上流側の水素含有ガス供給路１１の圧力が徐々に上昇する。このガス生成開始工程を実施することで、開閉弁Ｖｅよりも上流側の水素含有ガス供給路１１のガス圧力が上昇すると、水素含有ガス分流箇所１８の圧力が水素含有ガス合流箇所１６の圧力よりも高くなる。その結果、改質器４で生成された水素含有ガスが、水素含有ガス分流箇所１８からリサイクルガス供給路１３を通って水素含有ガス合流箇所１６に流れ、原燃料供給路１０に流入する。そして、脱硫器２において水添脱硫が行われる。

〔水素含有ガス生成装置の起動時運転方法（ガス供給開始工程）〕
ガス供給開始工程では、上記ガス生成開始工程によって水素含有ガス供給路１１の圧力を設定始動圧力まで昇圧した後、開閉弁（第２弁）Ｖｅを開放して水素含有ガス生成装置Ｓ１の外部に水素含有ガスを供給することが行われる。また、ガス供給開始工程の実施に先だって、ガス生成開始工程の実施中に第２弁よりも上流側に滞留しているガスを、第２弁よりも上流側の水素含有ガス供給路１１に設けられるガス排出箇所１９から排出するガス排出工程が行われる。更に、ガス供給開始工程の間も、燃焼器３に原燃料は供給され続けている。

具体的には、制御部２０は、上記ガス生成開始工程を開始した後、水素含有ガス生成装置Ｓ１の内部の圧力（即ち、開閉弁Ｖｅよりも上流側の水素含有ガス供給路１１のガス圧力）が設定始動圧力まで上昇すると、水素含有ガス生成装置Ｓ１で生成した水素を燃料電池１に供給できるタイミングであると判定する。本実施形態では、脱硫器２の上流側の原燃料供給路１０の圧力を検出する圧力センサＰによって、上述した水素含有ガス生成装置Ｓ１の内部の圧力（即ち、開閉弁Ｖｅよりも上流側の水素含有ガス供給路１１のガス圧力）を検出している。但し、この時点で開閉弁Ｖｅの上流側の水素含有ガス供給路１１に滞留しているガスは、純度の低い水素である。そこで、制御部２０は、ガス排出路１４に設けられている開閉弁Ｖｄを所定期間の間だけ開弁して、開閉弁（第２弁）Ｖｅよりも上流側に滞留しているガスをその開弁期間の間に開閉弁（第２弁）Ｖｅよりも上流側の水素含有ガス供給路１１に設けられるガス排出箇所１９から排出するガス排出工程を実行する。その後、制御部２０は、水素含有ガス供給路１１に設けられている開閉弁Ｖｅを開弁して、水素含有ガス生成装置Ｓ１で生成された水素が燃料電池１へと水素含有ガス供給路１１を通して供給されるようにする。

以上のように、昇温工程では、燃焼器３で原燃料を燃焼させるために原燃料分流路１２を開放して燃焼器３に原燃料を供給している間、水素含有ガス合流箇所１６及び原燃料分流箇所１７よりも下流側であり且つ脱硫器２よりも上流側の原燃料供給路１０に設けられる開閉弁（第１弁）Ｖｂが閉止され、及び、水素含有ガス分流箇所１８よりも下流側の水素含有ガス供給路１１に設けられる開閉弁（第２弁）Ｖｅが閉止される。つまり、脱硫器２の上流側の原燃料供給路１０に設けられる開閉弁Ｖｂが閉止されることで、原燃料が脱硫器２の上流側から脱硫器２及び必要な昇温が未だ十分に行われていない改質器４へ流入することを阻止できる。また、開閉弁Ｖｅが閉止されることで、水素含有ガス生成装置Ｓ１の外部（例えば、燃料電池１）にガスが流れ出さないようにできる。更に、開閉弁Ｖｂ及び開閉弁Ｖｅが閉止されることで、リサイクルガス供給路１３が接続されている水素含有ガス分流箇所１８よりも上流側の原燃料供給路１０は開閉弁Ｖｂで閉止され、下流側の水素含有ガス供給路１１は開閉弁Ｖｅで閉止される。つまり、水素含有ガス分流箇所１８よりも上流側に向かってガスが流れることはできず、且つ、水素含有ガス分流箇所１８よりも下流側に向かってガスが流れることはできない。従って、水素含有ガス分流箇所１８に接続されているリサイクルガス供給路１３にガスが逆流することはない。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ２は、燃焼器に対して、燃料電池のアノード排ガスが供給される点で上記第１実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ１と異なっている。以下に、第２実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ２について説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図２は、第２実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ２の構成を示す図である。水素含有ガス生成装置Ｓ２の起動時運転方法の各工程（昇温工程、ガス生成開始工程、ガス供給開始工程、ガス排出工程）は、第１実施形態と同様である。但し、本実施形態では、図示するように、燃料電池１のアノードから排出されるアノード排ガスが流通するアノード排ガス路１５が原燃料分流路１２に接続されている。その結果、ガス供給開始工程以降の段階で、燃料電池１へ水素含有ガスを供給しているとき、燃料電池１のアノード排ガスは、アノード排ガス路１５及び原燃料分流路１２を通って燃焼器３に流入する。アノード排ガスには、燃料電池１における発電反応に用いられなかった水素が含まれているため、その水素が燃焼器３での燃焼に用いられる。

加えて、本実施形態において、上記ガス排出路１４はアノード排ガス路１５の途中に接続されている。その結果、ガス生成開始工程の実施中に開閉弁（第２弁）Ｖｅよりも上流側に滞留しているガスが、開閉弁ＶｄやＶｅを開弁することでガス排出箇所１９からガス排出路１４及びアノード排ガス路１５及び原燃料分流路１２を通って燃焼器３に流入する。ガス排出箇所１９から排出されたガスには水素などが含まれているため、燃焼器３での燃焼に有効利用できる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ３は、一酸化炭素選択酸化器６が設けられていない点で上記実施形態と異なっている。以下に、第３実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ３について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図３は、第３実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ３の構成を示す図である。水素含有ガス生成装置Ｓ３の起動時運転方法の各工程（昇温工程、ガス生成開始工程、ガス供給開始工程、ガス排出工程）は、第１実施形態と同様である。燃料電池１が固体酸化物形燃料電池である場合、動作温度が高いことから白金触媒のような貴金属触媒を使用しなくても電極反応が速やかに進行して、一酸化炭素による電極被毒が発生しない。そのため、本実施形態の水素含有ガス生成装置Ｓ３は、上述したような一酸化炭素選択酸化器６を備えていない。従って、水素含有ガス生成装置Ｓ３の装置構成を簡略化できる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態において、弁Ｖａが流量調節弁で構成される場合を例示したが、弁Ｖａの構成を改変してもよい。例えば、原燃料遮断機能を有する弁で弁Ｖａを構成してもよい。その場合、水素含有ガス生成装置Ｓの系内に流入するガスの流量調節は、昇圧ポンプ５とその昇圧ポンプ５と直列に接続された流量計（図示せず）とを用いて行うことができる。

＜２＞
上記実施形態において、弁の配置を変更してもよい。例えば、第３実施形態（図３）において、ガス排出路１４に開閉弁Ｖｄを設けなくてもよい。

＜３＞
上記実施形態において、一酸化炭素選択酸化器６を本発明の「一酸化炭素除去器」の一例として示したが、他の方式の一酸化炭素除去器を用いてもよい。例えば、一酸化炭素除去器として、一酸化炭素を選択的にメタン化する一酸化炭素選択メタン化器などを用いてもよい。

＜４＞
上記実施形態において、上述した昇温工程の前に別の工程を実施してもよい。例えば、上述した昇温工程の開始前に、水素含有ガス生成装置Ｓ内に原燃料ガスを供給して、水素含有ガス生成装置Ｓ内の圧力を高めた状態にしてもよい。
具体的には、図１の水素含有ガス生成装置Ｓ１を用いて説明すると、制御部２０は、上記昇温工程の前に、水素含有ガス生成装置Ｓ１の昇圧工程を実施する。
昇圧工程を以下に説明する。流量調節弁Ｖａを開弁し、昇圧ポンプ５を動作させて、水素含有ガス生成装置Ｓ１の系内に原燃料を所定時間流入させる。このとき、制御部２０は、開閉弁（第１弁）Ｖｂを開弁し、開閉弁Ｖｃ及び開閉弁（第２弁）Ｖｅ及び開閉弁Ｖｄを閉弁させている。その結果、水素含有ガス生成装置Ｓ内の開閉弁Ｖｂ及び開閉弁Ｖｃの上流側の圧力、並びに、開閉弁Ｖｂと開閉弁（第２弁）Ｖｅ及び開閉弁Ｖｄとの間の圧力、並びに、リサイクルガス供給路１３の圧力が高まる。当該箇所の圧力が高まった後、開閉弁Ｖｂ及びＶａを閉止する。つまり、水素含有ガス生成装置Ｓ１内の圧力が高まった状態で保持する。以上が昇圧工程である。
昇圧工程の次に、制御部２０は、開閉弁Ｖｃを開弁して（開閉弁（第１弁）Ｖｂ及び開閉弁（第２弁）Ｖｅ及び開閉弁Ｖｄは閉弁させたまま）、原燃料が供給される燃焼器３を燃焼作動させる（昇温工程）。これにより、昇圧工程開始前に水素含有ガス生成装置Ｓ内の圧力が原燃料供給圧よりも低くなっていたとしても、昇圧工程を実施することで、水素含有ガス合流箇所１６での圧力が水素含有ガス分流箇所１８での圧力よりも高くなることがないため、燃焼器３へ原燃料を供給開始する段階ではリサイクルガス供給路１３に原燃料が流れる（逆流する）ことを確実に防止できる（即ち、燃焼器３へ原燃料を確実に供給できる）ため、燃焼器３の着火不良や着火失敗が発生しないようにできる。

本発明に係る水素含有ガス生成装置の起動時運転方法は、リサイクルガス供給路に、ガスの流通を調節可能な装置（例えば、遮断弁、調節弁、逆止弁、ブロアー、ポンプなど）が設けられていないような水素含有ガス生成装置において利用可能である。

１ 燃料電池
２ 脱硫器
３ 燃焼器
４ 改質器
６ 一酸化炭素選択酸化器
１０ 原燃料供給路
１１ 水素含有ガス供給路
１２ 原燃料分流路
１３ リサイクルガス供給路
１４ ガス排出路
１５ アノード排ガス路
１６ 水素含有ガス合流箇所
１７ 原燃料分流箇所
１８ 水素含有ガス分流箇所
１９ ガス排出箇所
Ｓ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３） 水素含有ガス生成装置
Ｖｂ 弁（第１弁）
Ｖｅ 弁（第２弁）

Claims (4)

1. 原燃料供給路を通して供給される原燃料の脱硫処理を行う脱硫器と、前記脱硫器で脱硫処理された前記原燃料を改質して水素を主成分とする水素含有ガスを生成する改質器と、前記原燃料供給路の途中の原燃料分流箇所から分岐した原燃料分流路を通して供給される原燃料を燃焼して、前記改質器を加熱するための燃焼熱を放出する燃焼器と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスが流通する水素含有ガス供給路の途中の水素含有ガス分流箇所と前記脱硫器よりも上流側の前記原燃料供給路の途中の水素含有ガス合流箇所とを接続して前記水素含有ガスの一部を前記原燃料供給路に流入させるリサイクルガス供給路と、を備える水素含有ガス生成装置の起動時運転方法であって、
   前記水素含有ガス生成装置の起動時に、
   前記水素含有ガス合流箇所及び前記原燃料分流箇所よりも下流側であり且つ前記脱硫器よりも上流側の前記原燃料供給路に設けられる第１弁を閉止し、及び、前記水素含有ガス分流箇所よりも下流側の前記水素含有ガス供給路に設けられる第２弁を閉止し、及び、前記原燃料分流路を開放して前記燃焼器に原燃料を供給して前記燃焼器で前記原燃料を燃焼させる昇温工程と、
   前記昇温工程によって前記改質器を設定起動温度以上に昇温した後、前記第１弁を開放して前記原燃料を前記脱硫器及び前記改質器に流入させて前記改質器において前記水素含有ガスの生成を開始するガス生成開始工程と、
   前記ガス生成開始工程によって前記水素含有ガス供給路の圧力を設定始動圧力まで昇圧した後、前記第２弁を開放して前記水素含有ガス生成装置の外部に前記水素含有ガスを供給するガス供給開始工程と、を含む水素含有ガス生成装置の起動時運転方法。
2. 前記ガス供給開始工程の実施に先だって、前記ガス生成開始工程の実施中に前記第２弁よりも上流側に滞留しているガスを、前記第２弁よりも上流側の前記水素含有ガス供給路に設けられるガス排出箇所から排出するガス排出工程を含む請求項１記載の水素含有ガス生成装置の起動時運転方法。
3. 前記ガス排出箇所から排出されたガスを前記燃焼器に供給する請求項２記載の水素含有ガス生成装置の起動時運転方法。
4. 前記水素含有ガス生成装置は、前記改質器で生成された前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器を備え、前記水素含有ガス分流箇所は、前記改質器と前記一酸化炭素除去器との間を接続する前記水素含有ガス供給路の途中に設けられる請求項１〜３の何れか一項に記載の水素含有ガス生成装置の起動時運転方法。

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