JP5581466B1 - 水素生成装置、これを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

水素生成装置、これを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法 Download PDF

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Abstract

本発明に係る水素生成装置は、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器（１）と、改質器（１）を加熱する燃焼器（２）と、燃焼器（２）に空気を供給する空気供給器（３）と、燃焼器（２）に燃料を供給する燃料供給器（４）と、燃焼器（２）から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出するＣＯ検出器（５）と、空気供給器（３）及び燃料供給器（４）の少なくともいずれか一方の機器を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう燃焼器（２）における空気比を増加させた後、ＣＯ検出器（５）の異常を検査する制御器（１０）と、を備える、水素生成装置。

Description

本発明は、水素生成装置、これを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法に関する。
燃料電池システムには、燃料としての水素を供給するためのインフラは整備されていないため、通常、改質器を有する水素生成装置が設けられている。また、水素生成装置には、燃料電池で使用されなかった燃料等を燃焼して、改質器を加熱する燃焼器が設けられている。このような燃料電池システムにおいて、燃焼部から排出される排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素センサを備える、燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、特許文献１に開示されている燃料電池システムに備えられている一酸化炭素センサでは、従来から、一酸化炭素濃度を既知量含む検査用ガスを用いて、センサの検知感度を検査することが知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
ＷＯ２０１０／０１０６９９ 特開２００８−２６１８５７号公報 特開２００４−９３２０４号公報
しかしながら、従来の燃料電池システムが備える一酸化炭素センサにおいて、検査用ガスを用いて検知感度を検査しようとすると、燃料電池システムに検査用ガス供給設備を備えておかなければならない。これは、燃料電池システムの装置の大型化、コスト増加につながり好ましくない。また、燃料電池システムに検査用ガスの供給設備を備えない場合には、燃料電池システムの設置場所にまで、検査用ガス供給設備を運搬しなければならず、ＣＯ検出器の検知感度の検査作業が煩雑になるという課題があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ＣＯ検出器の検知感度の検査を従来よりも簡易に実行し得る、水素生成装置、これを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。
前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、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に空気を供給する空気供給器と、前記燃焼器に燃料を供給する燃料供給器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出するＣＯ検出器と、前記空気供給器及び前記燃料供給器の少なくともいずれか一方を制御して、前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させた後、前記ＣＯ検出器の異常を検査する制御器と、を備える。
本発明により、ＣＯ検出器の検知感度の検査を従来よりも簡易に実行し得る。
図１は、第１実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図２は、第１実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、第２実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、第３実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、第４実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図６は、第４実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図７は、第５実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、第６実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、第７実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第８実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図１１は、第９実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図１２は、第９実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図１３は、第１０実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図１４は、第１０実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図１５は、第１１実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図１６は、第１２実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。 図１７は、第１２実施形態の水素生成装置の概略動作の他の例を示すフローチャートである。 図１８は、第１３実施形態の燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図１９は、第１４実施形態の燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。 図２０は、第１４実施形態の燃料電池システムの概略動作の一例を示すフローチャートである。 図２１は、第１４実施形態における第１変形例の燃料電池システムの概略動作の一例を示すフローチャートである。 図２２は、燃焼器における空気比を変動させたときに、燃焼排ガス中に含まれるＣＯ濃度を測定したときのグラフである。
（基礎的知見）
本発明者等は、水素生成装置又は燃料電池システムに備えるＣＯ検出器において、従来よりも検知感度の検査を簡易に実行すべく鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
すなわち、本発明者等は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を増加させたときの、ＣＯ検出器の出力値を確認することで、従来よりもＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行できると考えた。
ところで、燃焼器における空気比が低くすることで、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を増加させることも可能である。しかしながら、本発明者等は、以下の理由から、ＣＯ濃度を増加させるように燃焼器における空気比を高くしたときに、ＣＯ検出器の検知感度の検査を実行する形態を採用した。
図２２は、燃焼器における空気比を変動させたときに、燃焼排ガス中に含まれるＣＯ濃度を測定したときのグラフである。
図２２に示すように、水素生成装置において、燃焼器の空気比を低下させて、ＣＯ濃度を増加させる場合、空気比の低下量に対して、ＣＯ濃度が急激に増加する。このため、空気比を低下させて、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を増加させる場合、燃焼器で発生するＣＯ濃度が過剰に増加しないよう制御するのは、技術的困難性が高い。
一方、図２２に示すように、水素生成装置において、燃焼器の空気比を増加させて、ＣＯ濃度を増加させる場合、空気比を低くして、ＣＯ濃度を増加させる場合に比して、ＣＯ濃度の増加は緩やかである。このため、燃焼器で発生するＣＯ濃度が過剰に増加しないよう制御するには、空気比を増加させてＣＯ濃度を増加させる場合の方が、空気比を低下させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べて、技術的に容易となる。
また、燃焼器における空気比を増加させると、空気比を低下させた場合に比して、燃焼排ガス流路における煤の付着が少なくなるので、燃焼器への悪影響を低減し得る。これは、以下の理由による。
まず、燃焼器における空気比を増加させるために、燃焼器への空気供給量を増加させると、燃焼器から排出される燃焼排ガスの流量が増加するため、発生した煤は、速やかに燃焼排ガス流路から排出される。また、燃焼器における空気比を増加させるために、燃焼器への燃料の供給量を低下させると、煤煙の発生量が低下する。
一方、燃焼器における空気比を低下させるために、燃焼器への空気供給量を低下させると、燃焼器から排出される燃焼排ガスの流量が減少するので、燃焼排ガス流路から煤が排出されにくくなる。また、燃焼器における空気比を低下させるために、燃焼器への燃料の供給量を増加させると、煤煙の発生量が増加する。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
（第１実施形態）
第１実施形態の水素生成装置は、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器に空気を供給する空気供給器と、燃焼器に燃料を供給する燃料供給器と、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出するＣＯ検出器と、空気供給器及び燃料供給器の少なくともいずれか一方を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度（一酸化炭素濃度）が増加するよう燃焼器における空気比を増加させた後、ＣＯ検出器の異常を検査する制御器と、を備える。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。
［水素生成装置の構成］
図１は、第１実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
図１に示す例において、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器１、燃焼器２、空気供給器３、燃料供給器４、ＣＯ検出器５、及び制御器１０を備えている。
改質器１は、原料及び水蒸気を用いて、改質反応により水素含有ガスを生成するように構成されている。具体的には、改質器１内の改質触媒（図示せず）において、原料が改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。
なお、原料は、メタンを主成分とする天然ガス、ＬＰＧ、アルコール、ガソリン、灯油等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を用いることができる。また、原料は、原料供給源（図示せず）より供給される。原料供給源としては、例えば、原料ガスボンベ、原料ガスインフラ、原料タンク等が挙げられる。また、水は、水道水等を用いることができ、水道水の配管等から供給される。
また、図１には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、水蒸気を生成する蒸発器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置１００には、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられる。
改質器１で生成された水素含有ガスは、適宜な流路を介して、水素利用機器（図示せず）に供給される。水素利用機器としては、例えば、水素タンク、又は燃料電池等が挙げられる。
燃焼器２は、該燃焼器２に供給された燃料と空気を燃焼して、改質器１を加熱するように構成されている。燃焼器２としては、例えば、バーナを用いることができる。燃焼器２には、空気供給経路１１を介して空気供給器３が接続されている。空気供給器３は、燃焼器２に空気を供給することができれば、どのような構成であってもよい。空気供給器３としては、例えば、ファン又はブロワ等を用いることができる。
また、燃焼器２には、燃料供給経路１２を介して燃料供給器４が接続されている。燃料供給器４は、燃焼器２に燃料を供給することができれば、どのような構成であってもよい。燃料供給器４としては、例えば、図示されない原料供給器を用いてもよい。燃料供給器４は、燃焼器２へ供給する燃料の流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器と流量調整弁により構成されている。昇圧器は、例えば、定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。
なお、燃料は、天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等を用いることができる。また、燃料は、燃料供給源より供給される。燃料供給源としては、例えば、燃料ガスボンベ、燃料ガスインフラ、燃料タンク等が挙げられる。また、燃料供給器は、昇圧器と流量調整弁のいずれか一方により構成されていてもよい。
燃料供給器４として、原料供給器を用いる場合、燃焼器２には、水素生成装置１００の起動時に、改質器１を通過した原料が供給されるように構成されていてもよく、改質器１をバイパスした原料が供給されるように構成されていてもよい。
また、後述するように、燃焼器２に改質器１で生成された水素含有ガスが供給される形態を採用した場合、原料供給器、水蒸気供給器（水供給器と蒸発器）、及び改質器１が燃料供給器４を構成する。さらに、水素利用機器が燃料電池であり、燃料電池の発電運転時に該燃料電池で使用されなかった水素含有ガスが燃焼器２に供給される形態を採用した場合、原料供給器、水蒸気供給器、改質器１、及び燃料電池が燃料供給器４を構成する。
燃焼器２には、燃焼により生成された燃焼排ガスが通流する燃焼排ガス経路１５が接続されている。燃焼排ガス経路１５の途中には、ＣＯ検出器５が設けられている。ＣＯ検出器５は、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出し、検出した一酸化炭素濃度を制御器１０に出力するように構成されている。ＣＯ検出器５としては、接触燃焼式のＣＯセンサ又は半導体式のＣＯセンサ等を用いることができる。なお、ＣＯ検出器５は、燃焼排ガス経路１５から分岐した経路に設けてもよい。
制御器１０は、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう燃焼器２における空気比を増加させた後、ＣＯ検出器５の異常（検知感度）を検査する。ここで、空気比とは、燃料を完全燃焼するのに必要な理論空気量に対する実際の空気量の比をいう。
制御器１０は、異常検査を実行する際に動作が必要な機器（例えば、空気供給器３等）を制御するものであればよく、演算処理部と制御プログラムを記憶している記憶部（いずれも図示せず）を備えている。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。なお、制御器１０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
［水素生成装置の動作］
次に、第１実施形態の水素生成装置１００の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下では、水素生成装置１００の水素生成動作は、公知の水素生成装置と同様に行われるため、その詳細な説明は省略し、ＣＯ検出器５の異常を検査する異常検査について説明する。また、異常検査は、記憶部に記憶されている制御プログラムに基づき、燃焼器２が定常燃焼状態にある任意のタイミングで実行されるが、水素生成装置１００の定常運転時等、燃焼器２へ供給される燃料及び空気の増減が小さいときに実行されるのが好ましい。
図２は、第１実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図２に示すように、制御器１０は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御して、燃焼器２における空気比を増加させる（ステップＳ１０１）。
具体的には、例えば、燃焼器２における空気比が４〜６となるように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御する。より詳細には、制御器１０は、制御器１０は、燃焼器２に供給される空気の流量を増加させるように、空気供給器３を制御する。又は、制御器１０は、燃焼器２に供給される燃料の流量を減少させるように、燃料供給器４を制御する。これにより、ＣＯ濃度の高い燃焼排ガスが燃焼器２で生成される。
次に、制御器１０は、ＣＯ検出器５から該ＣＯ検出器５が検出した一酸化炭素濃度を取得する（ステップＳ１０２）。ついで、制御器１０は、ステップＳ１０２で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、所定の範囲は、予め制御器１０の記憶器に記憶されており、ＣＯ検出器５の検出感度の範囲内で、任意に設定される。所定の範囲としては、例えば、１００ｐｐｍ以上、２４００ｐｐｍ以下、つまり、下限値＝１００ｐｐｍ、上限値＝２４００ｐｐｍであってもよく、上限値＝５００ｐｐｍであってもよい。
制御器１０は、ステップＳ１０２で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内であると判定した場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は正常であると判定し（ステップＳ１０４）、異常検査を終了する。また、ステップＳ１０２で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ１０３でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は異常であると判定し（ステップＳ１０４）、異常検査を終了する。
（第２実施形態）
第２実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置において、制御器は、ＣＯ検出器が異常と判断すると、水素生成装置の運転を停止する。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、異常と判断された後、水素生成装置の運転が継続されないので、ＣＯ検出器の検知感度が異常であるにも拘わらず、運転が継続されるような状況が発生することが抑制され、従来の水素生成装置よりも、安全性を向上し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。
なお、第２実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、ＣＯ検出器の異常検査について説明する。
図３は、第２実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図３に示すように、第２実施形態の水素生成装置の概略動作は、第１実施形態の水素生成装置の概略動作と基本的には同じであるが、制御器１０がステップＳ１０５でＣＯ検出器５の検知感度は、異常であると判定した後に、水素生成装置１００の運転を停止させる（ステップＳ１０６）点が異なる。
（第３実施形態）
第３実施形態の水素生成装置は、第２実施形態の水素生成装置において、制御器は、ＣＯ検出器が異常と判断すると、水素生成装置の再起動を禁止する。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。さらに、異常と判断された後、水素生成装置の運転が継続されないので、ＣＯ検出器の検知感度が異常であるにも拘わらず、運転を実行するような状況が発生することが抑制され、従来の水素生成装置よりも、安全性を向上し得る。
なお、第３実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、ＣＯ検出器の異常検査について説明する。
図４は、第３実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図４に示すように、第３実施形態の水素生成装置の概略動作は、第２実施形態の水素生成装置の概略動作と基本的には同じであるが、制御器１０がステップＳ１０６で水素生成装置１００の運転を停止させた後に、水素生成装置１００の再起動を禁止する（ステップＳ１０７）点が異なる。
なお、水素生成装置１００の再起動を禁止すると、例えば、水素生成装置１００を起動する指令を外部から制御器１０に入力されても、制御器１０は、水素生成装置１００を起動しない。他の例としては、水素生成装置１００を予め起動する時刻が決まっており、当該時刻になっても、制御器１０は水素生成装置１００を起動しない等が挙げられる。
（第４実施形態）
第４実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第３実施形態のいずれかの水素生成装置において、ＣＯ検出器が異常であることを報知する報知器をさらに備える。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第３実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。さらに、報知器により、ＣＯ検出器が異常であることが報知されるので、従来の水素生成装置よりも、安全性を向上し得る。
［水素生成装置の構成］
図５は、第４実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
図５に示す例において、本実施形態の水素生成装置１００は、第１実施形態の水素生成装置１００と基本的構成は同じであるが、報知器４０が設けられている点が異なる。
報知器４０は、ＣＯ検出器５が異常であることを外部に知らせることができれば、どのような構成であってもよい。外部に知らせる態様としては、例えば、リモコンの表示部（画面）に、文字データ又は画像データ等を表示させる態様であってもよく、スピーカー等により音声で知らせる態様であってもよく、光又は色で知らせるような態様であってもよい。また、通信ネットワークを介してスマートフォン、携帯電話、又はタブレット型コンピュータ等にメール又はアプリで知らせる態様であってもよい。
［水素生成装置の動作］
図６は、第４実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図６に示すように、第４実施形態の水素生成装置の概略動作は、第２実施形態の水素生成装置の概略動作と基本的には同じであるが、制御器１０は、ＣＯ検出器５の検知感度が異常と判定した（ステップＳ１０５）後、報知器４０にＣＯ検出器５が異常であることを報知させる（ステップＳ１０６Ａ）点が異なる。
なお、報知器４０での報知は、水素生成装置１００の運転停止後（ステップＳ１０６）であってもよく、水素生成装置１００の再起動の禁止後（ステップＳ１０７）であってもよい。
（第５実施形態）
第５実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第４実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、ＣＯ検出器の異常を検査した後に、空気供給器及び燃料供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が低下するよう燃焼器における空気比を低下させる。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第４実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。さらに、従来の水素生成装置よりも、安全性を向上し得る。
なお、第５実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、ＣＯ検出器の異常検査について説明する。
図７は、第５実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図７に示すように、第５実施形態の水素生成装置の概略動作は、第１実施形態の水素生成装置の概略動作と基本的には同じであるが、制御器１０がＣＯ検出器５の検知感度が正常又は異常と判定した（ステップＳ１０４又はステップＳ１０５）後、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が低下するよう、燃料供給器及び空気供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御して、燃焼器２における空気比を低下させる（ステップＳ１０８）。つまり、制御器１０は、ＣＯ検出器５の異常検査をした後、燃焼器２における空気比を戻す。
具体的には、制御器１０は、ＣＯ検出器５の異常検査をした後、ステップＳ１０１で燃焼器２における空気比を増加させる前の空気比（例えば、空気比が１．５〜３．２）となるように、燃料供給器及び空気供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御する。これにより、一酸化炭素濃度の高い燃焼排ガスが排出される状態が継続することを抑制することができる。
［第６実施形態］
第６実施形態の水素生成装置は、第５実施形態の水素生成装置において、所定時間経過後に、燃焼器における空気比を低下するよう燃料供給器及び空気供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御する。
また、第６実施形態の水素生成装置においては、制御器は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう燃焼器における空気比を増加させた後に、燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の総量が、第１の閾値以上になると、空気供給器及び燃料供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が低下するよう燃焼器における空気比を低下させてもよい。
さらに、第６実施形態の水素生成装置においては、制御器は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう燃焼器における空気比を増加させた後に、燃焼器で生成することができる最も高いＣＯ濃度と時間との積の値が第２の閾値以上になると、空気供給器及び燃料供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が低下するよう燃焼器における空気比を低下させてもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。さらに、従来の水素生成装置よりも、安全性を向上し得る。
ここで、上記第１の閾値及び第２の閾値は、燃焼排ガス中に含まれるＣＯによる人体への悪影響を抑制するための閾値として設定され、水素生成装置の構成等により適宜設定される。
また、空気比を増加させた後の一酸化炭素の総量、または最も高いＣＯ濃度と時間との積は、直接特定してもよいし、これらの値と相関するパラメータを特定してもよい。このパラメータは、空気比を増加させた後の一酸化炭素の総量、または最も高いＣＯ濃度と時間との積を間接的に示すパラメータとも言える。具体的には、空気比を増加させた後の経過時間等が例示される。
なお、第６実施形態の水素生成装置は、第５実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、ＣＯ検出器の異常検査について説明する。
図８は、第６実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図８に示すように、制御器１０は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御して、燃焼器２における空気比を増加させる（ステップＳ２０１）。
ついで、制御器１０は、ステップＳ２０１で空気比を変動させてからの時間を計測し、所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ２０２）。なお、後述するように、制御器１０は、ステップＳ２０２を実行中に、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０６を実行する。
ここで、所定時間は、燃焼排ガス中のＣＯによる人体への悪影響を抑制するための値として適宜設定され、ステップＳ２０４〜Ｓ２０６までの各ステップが実行するためにかかる時間よりも長くなるように設定されている。
例えば、空気比を増加させたときの燃焼排ガスに含まれるＣＯ濃度を実験等から予め推定しておき、人体への影響の観点から一酸化炭素濃度（ｐｐｍ）と時間（ｈｏｕｒ）の積で示されるｃｔ値が３００未満（第２所定値）になるように所定時間を設定してもよい。ｃｔ値３００未満とは、ＣＯ濃度（ｐｐｍ）をｃ、曝露時間をｔ（ｈｏｕｒ）としたときに人体への影響が少ないとされる条件である。例えば、燃焼器２が排出可能な一酸化炭素濃度の最大値が３，０００ｐｐｍである場合は、所定時間は６分と設定してもよい。
また、燃焼器２における空気比を高くすることで、燃焼器２で発生する一酸化炭素濃度を実験等から予め推定しておき、燃焼排ガス中の一酸化炭素の総量（総濃度）が、第１所定値（例えば、３００ｐｐｍ）を超えない時間を所定時間として設定してもよい。なお、時間の計測は、制御器１０の図示されない計時部で実行することができる。
制御器１０は、所定時間を経過する（ステップＳ２０２でＹｅｓ）と、ステップＳ２０１で燃焼器２における空気比を変動する前の空気比となるように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくともいずれか一方の機器を制御する（ステップＳ２０３）。
また、制御器１０は、上述したように、所定時間を経過するまでに、以下のステップＳ２０４〜Ｓ２０６を実行する。ステップＳ２０４では、制御器１０は、ＣＯ検出器５から該ＣＯ検出器５が検出した一酸化炭素濃度を取得する。ついで、制御器１０は、ステップＳ２０４で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ２０５）。
制御器１０は、ステップＳ２０４で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内であると判定した場合（ステップＳ２０５でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は正常であると判定し（ステップＳ２０６）、異常検査を終了する。また、ステップＳ２０４で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ２０５でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は異常であると判定し（ステップＳ２０７）、異常検査を終了する。
このように構成された本実施形態の水素生成装置１００では、所定時間で安全な空気比に戻すので、一酸化炭素濃度の高い燃焼排ガスが燃焼器２から排出される状態が継続することを抑制することができる。このため、本実施形態の水素生成装置１００は、第５実施形態の水素生成装置１００に比して、より安全性を向上し得る。
なお、上記ステップＳ２０３では、ステップＳ２０１で空気比を増加させる前の空気比に戻すよう制御しているが、これに限定されず、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が低下するよう空気比を低下させるのであれば、いずれの空気比に制御しても構わない。
（第７実施形態）
第７実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第６実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、改質器で水素含有ガスの生成開始前に燃焼器で改質器を加熱しているときに、空気供給器及び燃料供給器の少なくともいずれか一方を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう燃焼器における空気比を増加させた後、ＣＯ検出器の異常を検査する。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第６実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、水素含有ガスの生成開始前の燃焼器で燃焼される燃料中の可燃性の炭素化合物の濃度が水素含有ガス中の可燃性の炭素化合物の濃度よりも高いため、空気比を変動させると一酸化炭素濃度が高くなり易く、ＣＯ検出器の異常を検知し易い。なお、上記炭素化合物としては、炭化水素、アルコール等が例示される。
また、かかる構成により、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。
なお、第７実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、ＣＯ検出器の異常検査について説明する。また、本実施形態の水素生成装置では、ＣＯ検出器の異常検査は、燃焼器により改質器が加熱されているときに実行される。
図９は、第７実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図９に示すように、制御器１０は、燃焼器２を作動させる（ステップＳ３０１）。具体的には、制御器１０は、空気供給器３及び燃料供給器４を作動させて、燃焼器２に空気と燃料を供給させ、燃焼器２に着火動作を実行させて、燃焼を開始させる。これにより、改質器１は、燃焼器２で生成された燃焼排ガスの伝熱により、加熱される。
次に、制御器１０は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御して、燃焼器２における空気比を増加させる（ステップＳ３０２）。ついで、制御器１０は、ＣＯ検出器５から該ＣＯ検出器５が検出した一酸化炭素濃度を取得する（ステップＳ３０３）。そして、制御器１０は、ステップＳ３０３で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ３０４）。
制御器１０は、ステップＳ３０３で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内であると判定した場合（ステップＳ３０４でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は正常であると判定する（ステップＳ３０５）。
次に、制御器１０は、燃焼器２の運転を継続させる（ステップＳ３０６）。このとき、制御器１０は、燃焼器２における空気比をステップＳ３０３で燃焼器２における空気比を増加させる前の空気比となるように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくともいずれか一方の機器を制御してもよい。
そして、制御器１０は、改質器１が所定の温度になると、改質器１に原料と水を供給して、改質反応をさせて、水素の生成を開始させ（ステップＳ３０７）、本フローを終了する。
一方、ステップＳ３０３で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ３０４でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は異常であると判定し（ステップＳ３０８）、本フローを終了する。
（第８実施形態）
第８実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第７実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、改質器内での水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも少ないときに、ＣＯ検出器の異常を検査する。
また、第８実施形態の水素生成装置では、制御器は、改質器への原料の供給を停止し、改質器内を水蒸気でパージした後に、ＣＯ検出器の異常を検査してもよい。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第７実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。さらに、ＣＯ検出器の異常検査時に改質器の温度が上昇しても、改質器内での水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも少ないため、改質器内での水蒸気に対する原料の量が水素含有ガスを生成しているときと同じ場合に比べ、改質器内で炭素析出が生じることを抑制し得る。
なお、第８実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、ＣＯ検出器の異常検査について説明する。また、水素生成装置の停止処理（停止動作；停止工程）については、公知の水素生成装置の停止処理と同様に実行されるため、その詳細な説明は省略する。
図１０は、第８実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
まず、水素生成装置１００では、改質器１に原料及び水蒸気が供給され、改質器１で水素含有ガスを生成しているとする。そして、制御器１０に、水素生成装置１００の運転停止信号が入力されたとする。
なお、制御器１０に運転停止信号が入力される場合としては、使用者等がリモコン等を操作することにより、水素生成装置１００の運転を停止させる場合、水素生成装置１００の運転停止時刻になった場合、水素生成装置１００を構成する機器で異常が発生した場合等が挙げられる。
図１０に示すように、制御器１０は、水素生成装置１００の運転停止信号が入力される（スタート）と、改質器１での水素含有ガスの生成を停止させる（ステップＳ４０１）。具体的には、改質器１への原料及び水供給器から蒸発器への水の供給を停止する。これにより、改質器１には、蒸発器の予熱により蒸発器内に残留する水から水蒸気が生成し、改質器１に水蒸気が継続的に供給されるので、改質器１内における水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも少なくなる。
制御器１０は、改質器１内における水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも少ないときに、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御して、燃焼器２における空気比を増加させる（ステップＳ４０２）。ついで、制御器１０は、ＣＯ検出器５から該ＣＯ検出器５が検出した一酸化炭素濃度を取得する（ステップＳ４０３）。そして、制御器１０は、ステップＳ４０３で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ４０４）。
制御器１０は、ステップＳ４０３で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内であると判定した場合（ステップＳ４０４でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は正常であると判定し（ステップＳ４０５）、本フローを終了する。
一方、制御器１０は、ステップＳ４０３で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ４０４でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は異常であると判定し（ステップＳ４０６）、本フローを終了する。
なお、本実施形態においては、蒸発器内に残留した水が余熱により生成した水蒸気を改質器１に供給することで、異常検査の実行前に改質器１内における水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも少なくなるよう構成されているが、これに限定されない。異常検査を実行しているときに改質器１内における水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも少なくなるよう構成されていれば、いずれの形態でも構わない。例えば、異常検査前に、改質器１内が水蒸気でパージされるまで、水蒸気供給器から改質器１に水蒸気を供給する形態を採用してもよい。
（第９実施形態）
第９実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第８実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、改質器内での水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも多く、かつ、炭素析出しない温度であるときに、ＣＯ検出器の異常を検査する。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第８実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
なお、制御器は、改質器での水素含有ガスの生成を停止した後に、ＣＯ検出器の異常を検査してもよく、改質器での水素含有ガスの生成を停止した後に、改質器内を原料でパージするときに、ＣＯ検出器の異常を検査してもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。さらに、改質器内での水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも多いと、ＣＯ検出器の異常検査時に改質器の温度が上昇すると、改質器で炭素析出し易くなるが、上記構成により改質器内で炭素析出が生じることを抑制し得る。
［水素生成装置の構成］
図１１は、第９実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
図１１に示す例において、本実施形態の水素生成装置１００は、第１実施形態の水素生成装置１００と基本的構成は同じであるが、改質器１に温度検知器２０が設けられている点が異なる。
温度検知器２０は、改質器１の温度を検知し、検知した温度を制御器１０に出力するように構成されている。なお、温度検知器２０は、改質器１の温度を直接検知するように構成されていてもよく、また、改質器１の温度を間接的に検知するように構成されていてもよい。例えば、温度検知器２０は、燃焼器２の温度を検知することで、改質器１の温度を検知するよう構成されていてもよい。
［水素生成装置の動作］
次に、第９実施形態の水素生成装置１００の動作について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。
図１２は、第９実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図１２に示すように、制御器１０は、水素生成装置１００の運転停止信号が入力される（スタート）と、改質器１での水素含有ガスの生成を停止させる（ステップＳ５０１）。
次に、制御器１０は、温度検知器２０が検知した改質器１内の温度を取得する（ステップＳ５０２）。ついで、制御器１０は、ステップＳ５０２で取得した温度が、所定の温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。ここで、所定の温度は、改質器１で炭素析出が生じない温度として設定され、改質器１で使用されている改質触媒の種類等により適宜設定される。
制御器１０は、ステップＳ５０２で取得した温度が、所定の温度以下でない場合（ステップＳ５０３でＮｏ）には、ステップＳ５０２で取得した温度が、所定の温度以下になるまで、ステップＳ５０２とステップＳ５０３を繰り返す。一方、制御器１０は、ステップＳ５０２で取得した温度が、所定の温度以下である場合（ステップＳ５０３でＹｅｓ）には、ステップＳ５０４に進む。
ステップＳ５０４では、改質器１内での水蒸気に対する原料の量を、水素含有ガスを生成しているときよりも多くする。具体的には、制御器１０は、改質器１内に原料を供給させ、改質器１内を原料でパージする。
次に、制御器１０は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御して、燃焼器２における空気比を増加させる（ステップＳ５０５）。ついで、制御器１０は、ＣＯ検出器５から該ＣＯ検出器５が検出した一酸化炭素濃度を取得する（ステップＳ５０６）。そして、制御器１０は、ステップＳ５０６取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ５０７）。
制御器１０は、ステップＳ５０６で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内であると判定した場合（ステップＳ５０７でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は正常であると判定し（ステップＳ５０８）、本フローを終了する。
一方、制御器１０は、ステップＳ５０６で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ５０７でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は異常であると判定し（ステップＳ５０９）、本フローを終了する。
なお、本実施形態においては、改質器１内を原料でパージすることで、異常検査を実行するときに改質器１内における水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも多くなるよう構成されているが、これに限定されない。異常検査を実行するときに改質器１内における水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも多くなるよう構成されていれば、いずれの形態でも構わない。
（第１０実施形態）
第１０実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第９実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、改質器での水素含有ガスの生成を停止後、改質器内に原料を補給した後に、ＣＯ検出器の異常を検査する。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第９実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、従来の水素生成装置よりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。さらに、改質器１内での水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも多いと、ＣＯ検出器の異常検査時に改質器の温度が上昇すると、改質器で炭素析出し易くなるが、上記構成により改質器内で炭素析出が生じることを抑制し得る。
［水素生成装置の構成］
図１３は、第１０実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
図１３に示す例において、本実施形態の水素生成装置１００は、第１実施形態の水素生成装置１００と基本的構成は同じであるが、改質器１に温度検知器２０が設けられている点と、原料供給経路１３に開閉弁２１が設けられている点と、水素含有ガス供給経路１６に開閉弁２２が設けられている点と、が異なる。
原料供給経路１３は、改質器１に接続されていて、原料が通流する経路である。開閉弁２１は、電磁弁のように電力により駆動するものでもよいし、ガス圧により駆動するようなものでもよい。原料供給経路１３内のガス経路を閉止したり開放したりできるのであれば、開閉弁２１は、いかなる構成でも構わない。
水素含有ガス供給経路１６は、改質器１に接続されていて、改質器１より送出された水素含有ガスが通流する経路である。開閉弁２２は、電磁弁のように電力により駆動するものでもよいし、ガス圧により駆動するようなものでもよい。水素含有ガス供給経路１６内のガス経路を閉止したり開放したりできるのであれば、開閉弁２２は、いかなる構成でも構わない。
［水素生成装置の動作］
次に、第１０実施形態の水素生成装置１００の動作について、図１３及び図１４を参照しながら説明する。
ところで、水素生成装置１００の停止処理を実行しているとき、及び／又は水素生成装置１００が待機状態にあるときには、開閉弁２１及び開閉弁２２が閉止されて、これらの開閉弁により改質器１を含む空間は封止される。そして、改質器１の温度が低下すると、改質器１を含む空間が負圧となる。このため、開閉弁２１を開放して、原料を補給する補給処理が実行される。
なお、水素生成装置の待機状態とは、水素生成装置の停止処理を終了してから、次の水素生成装置の起動処理を開始するまでの間の水素生成装置の状態をいう。
本実施形態の水素生成装置１００では、補給処理を実行するときに、ＣＯ検出器５の異常検査を実行する。以下、図１３及び図１４を参照しながら、詳細に説明する。
図１４は、第１０実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図１４に示すように、制御器１０は、水素生成装置１００の運転停止信号が入力される（スタート）と、改質器１での水素含有ガスの生成を停止する（ステップＳ６０１）。具体的には、改質器１への原料及び水蒸気の供給を停止する。なお、水蒸気の供給の停止とは、蒸発器への水の供給の停止及び蒸発器の加熱の停止を意味する。
その後、制御器１０は、開閉弁２１及び開閉弁２２を閉止させる（ステップＳ６０２）。そして、制御器１０は、改質器１を含む封止空間内の圧力を直接的に、又は間接的に検知する検知器（例えば、圧力検知器、温度検知器等）により、改質器１を含む封止空間の圧力低下を検知する（ステップＳ６０３でＹｅｓ）と、改質器１を含む空間に原料を補給する（ステップＳ６０４）。具体的には、制御器１０は、開閉弁２１を開放する。原料供給経路１３には、図示されない、大気圧よりも高い所定の供給圧を有する原料供給源が接続されているので、開閉弁２１を開放すると、原料が原料供給経路１３を通流して、改質器１を含む空間に原料が補給される。このため、低下した改質器１の圧力の少なくとも一部が補われる。これにより、改質器１内での水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも多くなる。
次に、制御器１０は、温度検知器２０が検知した改質器１内の温度（改質触媒の温度）を取得する（ステップＳ６０５）。ついで、制御器１０は、ステップＳ６０５で取得した温度が、所定の温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ６０６）。
制御器１０は、ステップＳ６０５で取得した温度が、所定の温度以下でない場合（ステップＳ６０６でＮｏ）には、ステップＳ６０５で取得した温度が、所定の温度以下になるまで、ステップＳ６０５とステップＳ６０６を繰り返す。一方、制御器１０は、ステップＳ６０５で取得した温度が、所定の温度以下である場合（ステップＳ６０６でＹｅｓ）には、ステップＳ６０７に進む。ここで、上記所定の温度は、改質器１で炭素析出が生じない温度として設定される。
ステップＳ６０７では、制御器１０は、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、空気供給器３及び燃料供給器４の少なくとも一方の機器を制御して、燃焼器２における空気比を増加させる。
次に、制御器１０は、ＣＯ検出器５から該ＣＯ検出器５が検出した一酸化炭素濃度を取得する（ステップＳ６０８）。そして、制御器１０は、ステップＳ６０８で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ６０９）。
制御器１０は、ステップＳ６０８で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内であると判定した場合（ステップＳ６０９でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は正常であると判定し（ステップＳ６１０）、本フローを終了する。
一方、制御器１０は、ステップＳ６０８で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ６０９でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は異常であると判定し（ステップＳ６１１）、本フローを終了する。
なお、本実施形態の水素生成装置では、改質器１での水素含有ガスの生成停止後に、改質器１を封止するよう構成したが、開閉弁２２を設けずに、改質器１が大気開放されるよう構成されていてもよい。この場合においても、大気開放口から水素生成装置１００内部への空気の流入を低減するため、上記フローと同様に、改質器１の温度低下に伴い改質器１に原料を補給するよう構成しても構わない。
（第１１実施形態）
第１１実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第１０実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、ＣＯ検出器の異常を検査後、所定時間経過後に起動する際には、起動処理時にＣＯ検出器の異常を検査し、所定時間経過前に起動する際には、起動処理時にＣＯ検出器の異常を検査しないように構成されている。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第１０実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、余分なＣＯ検出器の異常検査を実行しなくても済むため、水素生成装置を速やかに起動することができるとともに、水素生成装置の停止から長時間経過した場合であっても、ＣＯ検出器に異常が発生しているか否かを確認することができる。
なお、第１１実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、制御器に水素生成装置の起動開始信号が入力されたときの動作について説明する。また、水素生成装置１００の起動処理（起動動作；起動工程）については、公知の水素生成装置の起動処理と同様に実行されるため、その詳細な説明は省略する。
図１５は、第１１実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図１５に示すように、制御器１０に、水素生成装置１００の起動開始信号が入力される（ステップＳ７０１）と、制御器１０は、前回のＣＯ検出器５の異常検査から所定時間以上経過しているか否かを判断する（ステップＳ７０２）。ここで、所定時間は、任意に設定することができ、ＣＯ検出器５の異常検査の頻度を低減する観点から、適宜設定されるが、例えば、３〜５時間であってもよい。
なお、制御器１０に、水素生成装置１００の起動開始信号が入力される場合としては、使用者等がリモコン等を操作することにより、水素生成装置１００の起動を開始させる場合、水素生成装置１００の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。
制御器１０は、前回のＣＯ検出器５の異常検査から所定時間以上経過している場合（ステップＳ７０２でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の異常検査と水素生成装置１００の起動処理を実行し（ステップＳ７０３）、本フローを終了する。
一方、制御器１０は、前回のＣＯ検出器５の異常検査から所定時間以上経過していない場合（ステップＳ７０２でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の異常検査を実行せずに、水素生成装置１００の起動処理を実行し（ステップＳ７０４）、本フローを終了する。
（第１２実施形態）
第１２実施形態の水素生成装置は、第１実施形態〜第１１実施形態のいずれかの水素生成装置において、制御器は、ＣＯ検出器の異常を検査後、起動処理時又は所定の運転時間内に停止し、再起動する際には、再起動時にＣＯ検出器の異常を検査しないように構成されている。なお、本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第１実施形態〜第１１実施形態のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
かかる構成により、余分なＣＯ検出器の異常検査を実行しなくても済むため、水素生成装置を速やかに起動することができる。
なお、第１２実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置と同様の構成であるため、以下の説明では、制御器に水素生成装置の起動開始信号が入力されたときの動作について説明する。
図１６は、第１２実施形態の水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャートである。
図１６に示すように、制御器１０に、水素生成装置１００の起動開始信号が入力される（ステップＳ８０１）と、制御器１０は、当該起動開始信号が、前回のＣＯ検出器５の異常検査後であって、水素生成装置１００の起動処理中における再起動（水素生成装置１００の起動処理時に停止し、再起動）を実行するためのものであるか否かを判断する（ステップＳ８０２）。ここで、水素生成装置１００の起動処理中における再起動とは、水素生成装置１００の起動処理中に、偶発的な異常（例えば、水供給器であるポンプのエア噛み）により、一時的に起動処理を継続することができなくなり、再度水素生成装置１００の起動を行うことをいう。
制御器１０は、水素生成装置１００の再起動である場合（ステップＳ８０２でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の異常検査を実行せずに、水素生成装置１００の起動処理を実行し（ステップＳ８０３）、本フローを終了する。
一方、制御器１０は、水素生成装置１００の再起動ではない場合（ステップＳ８０２でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の異常検査と水素生成装置１００の起動処理を実行し（ステップＳ８０４）、本フローを終了する。なお、制御器１０は、当該起動が、ＣＯ検出器５の異常検査を実行した後、所定時間を経過していない場合には、異常検査を実行しなくてもよい。
図１７は、第１２実施形態の水素生成装置の概略動作の他の例を示すフローチャートである。
図１７に示す例では、図１６に示す例と基本的動作は同じであるが、ステップＳ８０２に代えて、ステップＳ８０２Ａが実行される点が異なる。具体的には、制御器１０は、ステップＳ８０１で入力された水素生成装置１００の起動開始信号が、前回のＣＯ検出器５の異常検査後、水素生成装置１００が所定の運転時間内に停止し、再起動するためのものであるか否かを判断する。
ここで、運転時間とは、水素生成装置１００が水素利用機器に水素含有ガスの供給を開始してからの作動（運転）時間をいう。また、所定の運転時間は、任意に設定することができ、ＣＯ検出器５の異常検査の頻度を低減する観点から、適宜設定されるが、例えば、１〜２時間であってもよい。
そして、制御器１０は、所定の運転時間内における水素生成装置１００の再起動である場合（ステップＳ８０２ＡでＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の異常検査を実行せずに、水素生成装置１００の起動処理を実行し（ステップＳ８０３）、本フローを終了する。
一方、制御器１０は、所定の運転時間内における水素生成装置１００の再起動ではない場合（ステップＳ８０２ＡでＮｏ）には、ＣＯ検出器５の異常検査と水素生成装置１００の起動処理を実行し（ステップＳ８０４）、本フローを終了する。
（第１３実施形態）
第１３実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態〜第１２実施形態のいずれかの水素生成装置と、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、を備える。
かかる構成により、従来の燃料電池システムよりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。
図１８は、第１３実施形態の燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
図１８に示す例では、第１３実施形態の燃料電池システム２００は、第１実施形態の水素生成装置１００と、燃料電池３０と、を備える。
燃料電池３０は、水素生成装置１００より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池である。燃料電池３０は、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、又はリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等を用いることができる。
発電運転時において、燃料電池システム２００は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する。本実施形態における水素生成装置１００の動作は、燃料電池３０を第１実施形態における水素利用機器と考えれば、第１実施形態と同様である。よって、詳細な説明を省略する。
なお、第１３実施形態では、第１実施形態の水素生成装置１００を備える形態について説明したが、第１４実施形態の燃料電池システム２００が、第２実施形態〜第１２実施形態のいずれかの水素生成装置１００を備えてもよいことは言うまでもない。
（第１４実施形態）
第１４実施形態の燃料電池システムは、第１３実施形態の燃料電池システムにおいて、制御器は、発電運転時においてＣＯ検出器の異常を検査する。
また、本実施形態の燃料電池システムでは、制御器は、燃料供給器、空気供給器、スタック電流、並びに、原料供給器及び水蒸気供給器の少なくともいずれかの機器を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、燃焼器における空気比を増加させてもよい。
かかる構成により、従来の燃料電池システムよりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。
［燃料電池システムの構成］
図１９は、第１４実施形態の燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
図１９に示す例では、第１４実施形態の燃料電池システム２００は、第１３実施形態の燃料電池システム２００と基本的構成は同じであるが、燃料電池３０で発電された電力を外部負荷等に出力するための出力制御器１８を備える点が異なる。
出力制御器１８は、燃料電池３０で発電された直流電力を交流電力に変換して、外部負荷等に出力することができれば、どのような形態であってもよい。出力制御器１８は、例えば、インバータ、又はインバータとコンバータで構成されていてもよい。
水素生成装置１００の改質器１には、原料供給経路１３及び水供給経路１４が接続されている。原料供給経路１３の途中には、原料供給器６が設けられている。水供給経路１４の途中には、水蒸気供給器７が設けられている。
水蒸気供給器７は、蒸発器と水供給器とを備え、水蒸気供給量は、制御器１０により水供給器及び蒸発器を加熱する加熱器の少なくとも一方を制御することで実現される。なお、蒸発器を加熱する加熱器は、燃焼器２であってもよく、燃焼器２とは別途設けられた燃焼器であってもよく、ヒーター等であってもよい。
また、改質器１には、該改質器１で生成された水素含有ガスを燃料電池３０に供給するための水素含有ガス供給経路１６が接続されている。また、燃料電池３０には、該燃料電池３０で使用されなかった水素含有ガスを燃焼器２に供給するためのオフ水素含有ガス経路１７が接続されている。
なお、制御器１０は、本実施形態においては、燃料電池システム２００を構成する各機器を制御する形態を採用しているが、これに限定されない。制御器１０とは別の制御器（群）が、燃料電池システム２００を構成する各機器を制御し、制御器１０と当該制御器（群）が、互いに協働して分散制御を行う形態を採用してもよい。
［燃料電池システムの動作］
次に、第１４実施形態の水素生成装置１００の動作について、図１９及び図２０を参照しながら説明する。なお、以下では、燃料電池システム２００の発電運転は、公知の燃料電池システムと同様に行われるため、その詳細な説明は省略し、ＣＯ検出器５の異常を検査する異常検査について説明する。また、本実施形態の燃料電池システムでは、異常検査は、燃料電池の発電運転時に実行される。
図２０は、第１４実施形態の燃料電池システムの概略動作の一例を示すフローチャートである。
図２０に示すように、制御器１０は、出力制御器１８を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加する（燃焼器２における空気比が増加する）ように、燃料電池３０から出力されるスタック電流（電力）を変動させる（ステップＳ９０１）。具体的には、燃料電池３０から出力されるスタック電流を増加させる。これにより、燃料電池３０で消費される水素量が増加し、燃焼器２に供給される水素含有ガスの流量が減少する。このため、燃焼器２における空気比が高くなり、燃焼器２で一酸化炭素が生成される。
次に、制御器１０は、ＣＯ検出器５から該ＣＯ検出器５が検出した一酸化炭素濃度を取得する（ステップＳ９０２）。ついで、制御器１０は、ステップＳ９０２で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内か否かを判定する（ステップＳ９０３）。
制御器１０は、ステップＳ９０２で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内であると判定した場合（ステップＳ９０３でＹｅｓ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は正常であると判定し（ステップＳ９０４）、異常検査を終了する。また、ステップＳ９０２で取得した一酸化炭素濃度が、所定の範囲内ではないと判定した場合（ステップＳ９０３でＮｏ）には、ＣＯ検出器５の検知感度は異常であると判定し（ステップＳ９０４）、異常検査を終了する。
なお、制御器１０は、ステップＳ９０１でスタック電流を変動させた後に、任意のタイミングで、ステップＳ９０１で燃料電池３０から出力されるスタック電流を変動する前のスタック電流となるように、出力制御器１８を制御してもよい。
［第１変形例］
次に、第１４実施形態の燃料電池システムにおける変形例について説明する。
第１４実施形態における第１変形例の燃料電池システムでは、制御器は、原料供給器及び水蒸気供給器を制御して、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するように、燃焼器における空気比を増加させる。
かかる構成により、従来の燃料電池システムよりも、ＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。また、空気比を減少させてＣＯ濃度を増加させる場合に比べ、ＣＯ濃度が過剰に増加する可能性を低減できる。
なお、第１変形例の燃料電池システムは、第１４実施形態の燃料電池システムと同様の構成であるため、以下の説明では、ＣＯ検出器の異常検査について説明する。
図２１は、第１４実施形態における第１変形例の燃料電池システムの概略動作の一例を示すフローチャートである。
図２１に示すように、第１変形例の燃料電池システム２００の概略動作は、第１４実施形態の燃料電池システム２００の概略動作と基本的には同じであるが、ステップＳ９０１に代えてステップＳ９０１Ａが実行される点が異なる。具体的には、制御器１０は、改質器１に供給される原料及び水蒸気の流量を変動させるように、原料供給器６及び水蒸気供給器７を制御する（ステップＳ９０１Ａ）。
詳細には、燃焼器２における空気比が、燃焼器２における空気比が増加する（燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加する）ように原料供給器６及び水蒸気供給器７を制御し、改質器１に供給される原料及び水蒸気の流量を減少させる。これにより、改質器１で生成される水素含有ガスが減少し、燃焼器２に供給される水素含有ガスの流量が減少する。このため、燃焼器２における空気比が高くなり、一酸化炭素濃度の高い燃焼排ガスが燃焼器２で生成される。
なお、制御器１０は、ステップＳ９０１Ａで原料及び水蒸気の流量を減少させた後に、任意のタイミングで、ステップＳ９０１Ａで原料及び水蒸気の流量を減少する前の流量となるように、原料供給器６及び水蒸気供給器７を制御してもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明の水素生成装置、これを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法は、従来よりもＣＯ検出器の検知感度の検査を簡易に実行し得る。
１ 改質器
２ 燃焼器
３ 空気供給器
４ 燃料供給器
５ ＣＯ検出器
６ 原料供給器
７ 水蒸気供給器
１０ 制御器
１１ 空気供給経路
１２ 燃料供給経路
１３ 原料供給経路
１４ 水供給経路
１５ 燃焼排ガス経路
１６ 水素含有ガス供給経路
１７ オフ水素含有ガス経路
１８ 出力制御器
２０ 温度検知器
２１ 開閉弁
２２ 開閉弁
３０ 燃料電池
４０ 報知器
１００ 水素生成装置
２００ 燃料電池システム

Claims (20)

  1. 改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
    前記改質器を加熱する燃焼器と、
    前記燃焼器に空気を供給する空気供給器と、
    前記燃焼器に燃料を供給する燃料供給器と、
    前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出するＣＯ検出器と、
    前記空気供給器及び前記燃料供給器の少なくともいずれか一方を制御して、前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させた後、前記ＣＯ検出器の異常を検査する制御器と、を備える、水素生成装置。
  2. 前記制御器は、前記ＣＯ検出器が異常と判断すると、前記水素生成装置の運転を停止する、請求項１に記載の水素生成装置。
  3. 前記制御器は、前記ＣＯ検出器が異常と判断すると、前記水素生成装置の再起動を禁止する、請求項２に記載の水素生成装置。
  4. 前記ＣＯ検出器が異常であることを報知する報知器をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  5. 前記制御器は、前記ＣＯ検出器の異常を検査した後に、前記空気供給器及び前記燃料供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御して、前記燃焼排ガス中の前記ＣＯ濃度が低下するよう前記燃焼器における空気比を低下させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  6. 前記制御器は、前記燃焼排ガス中の前記ＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させた後に、前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素の総量が、第１の閾値以上になると、前記空気供給器及び前記燃料供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御して、前記燃焼排ガス中の前記ＣＯ濃度が低下するよう前記燃焼器における空気比を低下させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  7. 前記制御器は、前記燃焼排ガス中の前記ＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させた後に、前記燃焼器で生成することができる最も高いＣＯ濃度と時間との積の値が第２の閾値以上になると、前記空気供給器及び前記燃料供給器の少なくともいずれか一方の機器を制御して、前記燃焼排ガス中の前記ＣＯ濃度が低下するよう前記燃焼器における空気比を低下させる、請求項５に記載の水素生成装置。
  8. 前記制御器は、前記改質器で水素含有ガスの生成開始前に前記燃焼器で前記改質器を加熱しているときに、前記空気供給器及び前記燃料供給器の少なくともいずれか一方を制御して、前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させた後、前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  9. 前記制御器は、前記改質器内での水蒸気に対する原料の量が水素含有ガスを生成しているときよりも少ないときに、前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  10. 前記制御器は、前記改質器への前記原料の供給を停止し、前記改質器内を前記水蒸気でパージした後に、前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項９に記載の水素生成装置。
  11. 前記制御器は、前記改質器内での水蒸気に対する原料の量が、水素含有ガスを生成しているときよりも多く、かつ、炭素析出しない温度であるときに、前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  12. 前記制御器は、前記改質器での水素含有ガスの生成を停止した後に、前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項１１に記載の水素生成装置。
  13. 前記制御器は、前記改質器での水素含有ガスの生成を停止した後、前記改質器内を前記原料でパージするときに、前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項１１に記載の水素生成装置。
  14. 前記制御器は、前記改質器での水素含有ガスの生成を停止後、前記改質器内に前記原料を補給した後に、前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項１１に記載の水素生成装置。
  15. 前記制御器は、前記ＣＯ検出器の異常を検査後、所定時間経過後に起動する際には、起動処理時に前記ＣＯ検出器の異常を検査し、所定時間経過前に起動する際には、起動処理時に前記ＣＯ検出器の異常を検査しない、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  16. 前記制御器は、前記ＣＯ検出器の異常を検査後、起動処理時又は所定の運転時間内に停止し、再起動する際には、再起動時に前記ＣＯ検出器の異常を検査しない、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の水素生成装置。
  17. 請求項１〜１６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水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える、燃料電池システム。
  18. 前記制御器は、発電運転時において前記ＣＯ検出器の異常を検査する、請求項１７に記載の燃料電池システム。
  19. 改質器において水素含有ガスを生成するステップと、
    燃焼器で燃料供給器より供給される燃料及び空気供給器より供給される空気を燃焼して、前記改質器を加熱するステップと、
    ＣＯ検出器で前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出するステップと、
    前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させるステップと、
    燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させた後、前記ＣＯ検出器の異常を検査する異常検査を実行するステップと、を備える、
    水素生成装置の運転方法。
  20. 改質器において水素含有ガスを生成するステップと、
    前記水素含有ガスを用いて燃料電池で発電するステップと、
    燃焼器で燃料供給器より供給される燃料及び空気供給器より供給される空気を燃焼して、前記改質器を加熱するステップと、
    ＣＯ検出器で前記燃焼器から排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を検出するステップと、
    前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させるステップと、
    前記燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加するよう前記燃焼器における空気比を増加させた後、前記ＣＯ検出器の異常を検査する異常検査を実行するステップと、を備える、
    燃料電池システムの運転方法。
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