JP6593754B2

JP6593754B2 - 水素生成装置および燃料電池システム

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Publication number: JP6593754B2
Application number: JP2015211700A
Authority: JP
Inventors: 美妃阿部; 章典行正
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: EP3028991B1; US20160149244A1; US9966620B2; JP2016104686A; EP3028991A1

Description

本発明は、原料ガスに含まれる硫黄を水素含有ガスの一部と反応させて除去する水添脱硫器を備えている水素生成装置および燃料電池システムに関するものである。

原料ガス（原燃料ガス）として炭化水素を用いた燃料電池システムでは、たとえば、改質触媒の存在の下、水蒸気を用いた水蒸気改質により原料ガスを改質している。この原料ガスには付臭剤としての硫黄化合物や原料由来の硫黄化合物が含まれている。これらの硫黄が改質触媒を被毒するため、硫黄化合物を原料ガスから除去する必要がある。

硫黄を除去する脱硫装置としては、たとえば、水添脱硫装置が挙げられる。この水添脱硫装置では、触媒（Ｎｉ−Ｍｏ系、Ｃｏ−Ｍｏ系）の存在下で硫黄を水素と反応させ、生成された硫化水素を酸化亜鉛に吸着させる水添脱硫反応が行われている。このように水添脱硫反応では水素が必要であるため、改質器で生成された燃料ガスの一部を脱硫器に供給するように構成されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００２−３５６３０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術には、水素生成装置の効率低下を抑制するという観点から未だ改善の余地がある。本発明は、この従来の課題を解決するもので、水素生成装置の効率低下を抑制することができる水素生成装置および燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様に係る燃料電池システムは、原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検知する温度検知器と、前記原料ガスに含まれる硫黄を水添脱硫反応により除去する水添脱硫器と、前記水素含有ガスの一部のリサイクルガスを前記水添脱硫器に供給するリサイクル流路と、前記リサイクルガスと前記原料ガスとが合流する部分より上流の前記原料ガスが流れる流路に設けられ、前記原料ガスの流量を検知する原料ガス流量検知器と、前記改質器の温度、前記原料ガスの流量および前記リサイクルガスの流量に基づいて前記リサイクルガスの流量を調整する制御器と、を備えている。

本発明は、水素生成装置および燃料電池システムにおいて効率の低下を抑制することが可能であるという効果を奏する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。図１の水素生成装置の動作の一例を示すフロー図である。実施の形態１の変形例に係る水素生成装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の動作の一例を示すフロー図である。本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成の一例を概略的に示すブロック図である。

（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、水素生成装置および燃料電池システムの効率低下を抑制することについて検討した。上記特許文献１の燃料改質システムでは、原燃料とリサイクルガスとの流量比が一定になるようにリサイクルガスの流量を調整している。しかしながら、燃料ガスの水素含有率は改質部の温度により変動する。このため、脱硫部に供給される水素量が水添脱硫反応に必要な水素量より少ないと、水添脱硫反応が十分に行われない。よって、原燃料ガスに残った硫黄により改質触媒が劣化して、水素生成装置における効率が低下してしまう。

そこで、本発明者などは、改質器の温度、原料ガスの流量およびリサイクルガスの流量に基づいてリサイクルガスの流量を調整することにより、水素生成装置の効率の低下の抑制、延いては、燃料電池システムの効率の低下の抑制を図ることができることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

本発明の第１の態様に係る水素生成装置は、原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器の温度を検知する温度検知器と、前記原料ガスに含まれる硫黄を水添脱硫反応により除去する水添脱硫器と、前記水素含有ガスの一部のリサイクルガスを前記水添脱硫器に供給するリサイクル流路と、前記リサイクルガスと前記原料ガスとが合流する部分より上流の前記原料ガスが流れる流路に設けられ、前記原料ガスの流量を検知する原料ガス流量検知器と、前記改質器の温度、前記原料ガスの流量および前記リサイクルガスの流量に基づいて前記リサイクルガスの流量を調整する制御器と、を備えている。

これにより、改質器の温度などの変化によりリサイクルガスの水素含有率が変化しても、それに伴いリサイクルガスの流量が制御される。よって、リサイクルガスの水素含有量が水添脱硫反応に必要な水素量を満たすため、水添脱硫反応により原料ガスから硫黄をより確実に除去することができる。よって、硫黄による触媒等の劣化を抑え、水素生成装置の効率低下を抑制することができる。

本発明の第２の態様に係る水素生成装置は、第１の態様において、前記制御器は、前記改質器の温度および前記リサイクルガスの流量に基づいた前記リサイクルガスに含まれる水素の量が、還流後の前記原料ガスに含有される水素の量が一定となるように、前記リサイクルガスの流量を調整するよう構成されている。これにより、水添脱硫反応により原料ガスから硫黄をより確実に除去し、水素生成装置の効率低下を抑制することができる。

本発明の第３の態様に係る水素生成装置は、第１または第２の態様において、前記制御器は、前記リサイクルガスに含まれる水素の量が所定値以下になるように、前記リサイクルガスの流量を調整するよう構成されている。これにより、たとえば、原料ガス流量調整器の能力に基づいた所定値に設定すると、この所定値以下にリサイクルガスの水素含有量がなるようにリサイクルガスの流量が調整される。このため、リサイクルガスの流量増加により原料ガスの流量が原料ガス流量調整器の能力より大きくなることが防がれる。
本発明の第４の態様に係る水素生成装置は、第１〜第３のいずれか１つの態様において、前記リサイクルガスの流量を検知するリサイクルガス流量検知器を備える。

本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、第１〜第４のいずれか１つの態様の水素生成装置と、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、を備えている。これにより、水添脱硫反応により原料ガスから硫黄をより確実に除去されるため、硫黄による燃料電池の電極等の劣化が抑えられ、燃料電池システムの効率低下を抑制することができる。

本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、第５の態様において、前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池である。これにより、水素生成装置に変成器を設けない固体酸化物形燃料電池であっても、水添脱硫反応により原料ガスから硫黄をより確実に除去して、燃料電池システムの効率低下を抑制することができる。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る水素生成装置１００の構成について図１を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る水素生成装置１００の構成の一例を概略的に示すブロック図である。水素生成装置１００は、水添脱硫器１、改質器２、温度検知器２ａ、原料ガス流量検知器４、原料ガス流量調整器５、リサイクルガス流量調整器６、原料ガス流路７ａ、水素含有ガス流路７ｂ、リサイクル流路９および制御器１０を備えている。

原料ガス流路７ａは、原料ガスを改質器２に供給するための流路である。原料ガス流路７ａは、原料ガス源（図示せず）と改質器２とを接続する。原料ガス源としては、たとえば、原料ガスボンベ、原料ガスインフラなどが挙げられる。原料ガスは、所定の圧力で原料ガス源から供給される。

原料ガスは、少なくとも炭素および水素から構成されている有機化合物を含むガスであって、たとえば、メタンを主成分とする都市ガスおよび天然ガス、ならびに、ＬＰＧなどが挙げられる。原料ガスは、原料由来または付臭剤として硫黄化合物を含んでいる。たとえば、都市ガスは、ジメチルスルフィド（dimethyl sulfide ;Ｃ_２Ｈ_６Ｓ、ＤＭＳ）を付
臭剤として含有している。ＤＭＳ以外の付臭剤としては、ＴＢＭ（Ｃ_４Ｈ_１０Ｓ）およびＴＨＴ（Ｃ_４Ｈ_８Ｓ）などが例示される。

原料ガス流量検知器４は、原料ガス源から供給される原料ガスの流量（単位時間当たりに流れる原料ガスの体積または質量）を検知するセンサである。原料ガス流量検知器４は、リサイクルガスと原料ガスとが合流する部分より上流において原料ガス流路７ａに設けられている。

原料ガス流量調整器５は、原料ガス流路７ａを流れる原料ガスの流量を調整する機器である。原料ガス流量調整器５は、原料ガス流量検知器４の下流側において原料ガス流路７ａに設けられている。原料ガス流量調整器５は、たとえば、昇圧器と流量調整弁により構成されているが、これらのいずれか一方により構成されていてもよい。昇圧器には、たとえば、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。

水添脱硫器１は、原料ガス中の硫黄を水添脱硫反応により除去する反応器である。水添脱硫器１は、原料ガス流量調整器５の下流側において原料ガス流路７ａに設けられる。水添脱硫器１は、容器（図示せず）を備え、容器に水添脱硫用の脱硫剤が充填されている。

水添脱流用の脱硫剤は、たとえば、反応触媒および吸着触媒により構成されている。反応触媒は、原料ガス中の硫黄化合物が水素と反応する水添脱硫反応の触媒であって、たとえば、Ｎｉ−Ｍｏ系またはＣｏ−Ｍｏ系触媒である。吸着触媒は、反応触媒より原料ガスの流れの下流に設けられている。吸着触媒は、水添脱硫反応により生成された硫化水素を吸着する硫黄吸着剤であって、たとえば、ＺｎＯ系触媒またはＣｕＺｎ系触媒である。このような、Ｎｉ−Ｍｏ系触媒、Ｃｏ−Ｍｏ系触媒、ＺｎＯ系触媒またはＣｕＺｎ系触媒を用いた脱硫剤は、単位体積あたりの硫黄成分除去量が大きい。よって、所望の硫黄濃度まで硫黄を除去するために必要な脱硫剤の量は少なくてすむ。

このＣｕＺｎ系触媒の水添脱硫反応に適した温度は、たとえば、１０〜４００℃、好ましくは１５０〜３００℃である。ＣｕＺｎ系触媒は、低温では主に物理吸着を行い、高温では化学吸着（Ｈ_２Ｓ＋ＺｎＯ→Ｈ_２Ｏ＋ＺｎＳ）を行う。この吸着によって、原料ガスに含まれる硫黄含有量は、たとえば、１ｖｏｌｐｐｂ（parts per billion）以下になる。通常の硫黄含有量は、たとえば、０．１ｖｏｌｐｐｂ以下になる。

たとえば、ＤＭＳは、以下の反応式（１）、（２）に示す水添脱硫反応によって原料ガスから除去される。

Ｃ_２Ｈ_６Ｓ＋２Ｈ_２→２ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｓ・・・（１）
Ｈ_２Ｓ＋ＺｎＯ→Ｈ_２Ｏ＋ＺｎＳ・・・（２）
なお、水添脱硫用の脱硫剤は、上記反応触媒および吸着触媒に限定されず、たとえば、ＣｕＺｎ系触媒のみを脱硫剤と用いることもできる。ＣｕＺｎ系触媒は、硫黄化合物を水素と水添脱硫反応させる機能、および、硫化水素を吸着する機能を併せ持つ。

改質器２は、原料ガスを改質反応して水素含有ガスを生成する反応器である。改質器２は、水添脱硫器１の下流側において原料ガス流路７ａに接続され、また、水素含有ガス流路７ｂに接続されている。改質器２には、改質反応の触媒（改質触媒）が充填されている。改質触媒としては、たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）の球体表面にＮｉを含浸して担持したもの、または、Ａｌ_２Ｏ_３の球体表面にルテニウムを付与したものが例示される。

改質反応は、いずれの形態であってもよく、たとえば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応および部分酸化反応などが挙げられる。ただし、水蒸気改質反応が他に比べて高い効率を有している。改質器２には、各改質反応に必要な機器が適宜設けられている。たとえば、水蒸気改質反応では、改質器２を加熱する燃焼器（図示せず）、水蒸気を生成する蒸発器（図示せず）、および、蒸発器に水を供給する水供給器（図示せず）が設けられる。オートサーマル反応では、改質器２に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられる。

温度検知器２ａは、改質器２の温度を検知するセンサである。本実施形態では、温度検知器２ａが改質器２に設けられている。温度検知器２ａは、改質器２の改質触媒の温度を直接的または間接的に検知できれば、どのような構成であっても構わない。つまり、温度検知器２ａを改質触媒に配置して、改質触媒の温度を直接的に検知しても構わないし、改質触媒の温度と相関する所定の箇所（例えば、改質器２の反応器の表面またはその周辺）に温度検知器２ａを設け、改質触媒の温度を間接的に検知しても構わない。温度検知器２ａとして、熱電対またはサーミスタが例示される。

リサイクル流路９は、水素含有ガスの一部（リサイクルガス）を水添脱硫器１よりも上流側の原料ガスに混合させるための流路である。リサイクル流路９の上流端は、水素含有ガス流路７ｂに接続されている。リサイクル流路９の下流端は、原料ガス流量検知器４と原料ガス流量調整器５との間において原料ガス流路７ａに接続されている。

リサイクルガス流量調整器６は、リサイクル流路９を流れるリサイクルガスの流量を調整する機器である。リサイクルガス流量調整器６は、リサイクル流路９に設けられている。リサイクルガス流量調整器６は、リサイクルガスの流量調整できれば、いずれの構成であってもよい。リサイクルガス流量調整器６としては、たとえば、流量調整弁または圧力調整弁が挙げられる。

なお、リサイクルガス流量調整器６は、リサイクルガスの流量を調整する機能だけでなく、リサイクルガスの流量を検知するリサイクルガス流量検知器としての機能を有していてもよい。また、リサイクルガス流量調整器６は、リサイクルガス流量調整器およびリサイクルガス流量検出器により構成されていてもよい。

制御器１０は、改質器２の温度、原料ガスの流量およびリサイクルガスの流量に基づいてリサイクルガスの流量を調整する制御機能を有している。制御器１０は、演算処理部（図示せず）および記憶部（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。記憶部は、制御プログラムを記憶し、メモリーが例示される。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。

次に、水素生成装置１００の動作方法（制御）の一例について図２を参照して説明する。この動作は、制御器１０の制御により実行される。図２は、水素生成装置１００の動作の一例を示すフロー図である。

制御器１０は、まず、原料ガス源から供給される原料ガスの流量を原料ガス流量検知器４から取得する（ステップＳ１）。原料ガスに含まれている硫黄化合物の種類および含有率は予め求められている。このため、原料ガス中の硫黄化合物の含有率および種類に基づいて、上記反応式（１）に従って、原料ガスの流量と水添脱硫反応に必要な水素量（以下、「必要水素量Ａ」と称する。）との関係は、データテーブルなどとして予め定められている。よって、この関係に基づいて原料ガスの流量から必要水素量Ａを算出する（ステップＳ２）。

また、制御器１０は、改質器２の温度を温度検知器２ａから取得する（ステップＳ３）。改質器２における改質反応における原料ガスの転化率は改質器２の温度に依存する。原料ガスの転化率は、改質器２に供給される原料ガスの流量（つまり、原料ガス流量検知器４により検知された原料ガスの流量）に対する、改質反応に用いられた原料ガスの流量である。原料ガスの転化率と改質器２の温度との関係は、たとえば、データテーブルとして、実験などにより予め求められている。この転化率と温度との関係に基づいて、改質器２の温度から改質器２における原料ガスの転化率を求める（ステップＳ４）。

さらに、制御器１０は、リサイクルガスの流量をリサイクルガス流量調整器６から取得する（ステップＳ５）。リサイクルガスは、改質反応により生成された水素と、改質反応されずに残った原料ガスを含んでいる。この改質反応における原料ガスの転化率およびリサイクルガスの流量は既に求められている。また、原料ガスの組成（たとえば、メタン：ＣＨ_４）および改質反応の形態は予め求められている。この原料ガスの組成および改質反応の形態に応じて、改質反応に用いられる原料ガスの量に対する、改質反応で生成される水素の量の割合が定められている。よって、この原料ガスの量に対する水素の量の割合、原料ガスの転化率およびリサイクルガスの流量に基づいて、リサイクルガスに含まれる水素の量（以下、「水素含有量Ｂ」と称する。）を求める（ステップＳ６）。なお、この原料ガスの転化率およびリサイクルガスの流量と水素含有量Ｂとの関係は、予め定められている。

そして、制御器１０は、必要水素量Ａと水素含有量Ｂとを比較する（ステップＳ７）。なお、必要水素量Ａおよび水素含有量Ｂの単位としては、たとえば、モル（mol）などが
用いられる。

ここで、水素含有量Ｂが必要水素量Ａ未満であれば（ステップＳ７：ＮＯ）、リサイクルガスに含まれる水素の量が水添脱硫反応に必要な水素の量に足りない。よって、リサイクルガスの流量を増やすように、リサイクルガス流量調整器６を制御する。このリサイクルガスの流量が増加するに伴い、リサイクルガスに含まれる水素の量が増える。よって、水添脱硫器１に供給される水素の量は、増えて、水添脱硫反応に必要な水素の量に達する。

一方、水素含有量Ｂが必要水素量Ａ以上であれば（ステップＳ７：ＹＥＳ）、リサイクルガスに含まれる水素の量が水添脱硫反応に必要な水素の量に足りている。よって、ステップＳ１の処理に戻って、ステップＳ１〜Ｓ８の処理を繰り返す。

上記実施の形態によれば、原料ガスの流量、改質器２の温度およびリサイクルガスの流量に基づいて、リサイクルガスの含有量が水添脱硫反応に必要な水素量より多くなるようにリサイクルガスの流量を調整している。よって、改質器２の温度変化によってリサイクルガス中の水素含有量が変動しても、水添脱硫反応に必要な量の水素が水添脱硫器１に供給される。このため、原料ガスから硫黄化合物が水素量の不足によって除去されずに残ってしまう事態を防止することができる。これにより、改質器２の改質触媒が原料ガス中の硫黄化合物により劣化することを低減して、改質触媒の劣化による水素生成装置１００の効率低下を抑制することができる。

なお、ステップＳ８の処理の後に水素含有量Ｂを所定値と比較してもよい。この所定値は、必要水素量Ａより大きな値に定められる。そして、水素含有量Ｂが所定値より大きい場合に、リサイクルガスに含まれる水素の量が水添脱硫反応に必要な水素の量より多すぎる。よって、リサイクルガスの流量を減らすように、リサイクルガス流量調整器６を制御する。これにより、原料ガスの流量低下などにより必要水素量Ａが減少したような場合に水素が無駄にリサイクル流路９に流れることを防止し、水素生成装置１００の効率低下を低減することができる。以上により、リサイクルガスの還流後の原料ガス流路７ａにおける原料ガスに含有される水素の量を一定とすることができる。

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１の変形例に係る水素生成装置１００は、図３に示すように、凝縮器８をさらに備えている。図３は、実施の形態１の変形例に係る水素生成装置１００の構成の一例を概略的に示すブロック図である。

凝縮器８は、リサイクルガスに含まれる水蒸気を凝縮させて除去する機器である。凝縮器８は、リサイクルガス流量調整器６の上流側においてリサイクル流路９に設けられている。凝縮器８は、水蒸気を凝縮させて生成された水分（凝縮水）を回収して貯める容器を備えていてもよい。この回収した凝縮水を改質器２の改質反応に利用するように構成されていてもよい。

なお、凝縮器８に代えて、凝縮水を回収する容器をリサイクル流路９に設けてもよい。この場合、水素含有ガスに含まれる水蒸気がリサイクル流路９を流れる間に冷却した際に生じる凝縮水を容器に回収する。この回収した凝縮水を改質器２の改質反応に利用するように構成されていてもよい。

上記変形例によれば、リサイクルガス中の水蒸気が凝縮器８により除去される。これにより、リサイクル流路９が凝縮水によって閉塞することが防がれる。このため、水添脱硫器１に供給されるリサイクルガス中の水素量がリサイクル流路９の閉塞によって減ることが防止される。この水素量の減少によって原料ガス中の硫黄化合物が十分に除去されずに、硫黄化合物により改質器２の改質触媒が劣化して、水素生成装置１００の効率が低下する事態を抑制することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る水素生成装置１００では、図４に示すように、ステップＳ８の処理の後にステップＳ９およびＳ１０の処理を実行する。図４は、実施の形態２に係る水素生成装置１００の動作を示すフローチャートである。

具体的には、図４に示すフローにおいても、図２に示したステップＳ１〜Ｓ８の処理を実行する。そして、水素含有量Ｂが必要水素量Ａ以上であれば（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御器１０は、水素含有量Ｂと所定値Ｘとを比較する（ステップＳ９）。所定値Ｘは、原料ガス流量調整器５の出力範囲および消費電力などに基づいて任意に決められる。

たとえば、原料ガスの供給圧の変動などによりリサイクルガスの流量が増えると、これに連動して原料ガス流量調整器５が送出するガスの流量も増加する。これにより、水素含有量Ｂが所定値Ｘより多くなる（ステップＳ９：ＮＯ）。このような場合、原料ガス流量調整器５が送出するガスの流量が原料ガス流量調整器５の出力範囲を超え、原料ガス流量調整器５が原料ガスを適正に送出できない。また、リサイクルガスの流量が必要以上に増えることは、原料ガス流量調整器５の消費電力の増大につながる。よって、制御器１０は、リサイクルガスの流量を減らすように、リサイクルガス流量調整器６を制御する（ステップＳ１０）。

一方、水素含有量Ｂが所定値Ｘ以下であれば（ステップＳ９：ＹＥＳ）、リサイクルガスの流量が原料ガス流量調整器５の出力範囲などに基づいた流量より多すぎない。よって、ステップＳ１の処理に戻って、ステップＳ１〜Ｓ１０の処理を繰り返す。

上記実施の形態によれば、リサイクルガスの水素含有量Ｂが所定値Ｘ以下になるように、リサイクルガスの流量を調整している。よって、リサイクルガスの流量増加により原料ガス流量調整器５が原料ガスを適正に送出できない事態を防ぐことにより、適切な量のリサイクルガスにより原料ガス中の硫黄がより確実に除去される。このため、原料ガス中の硫黄により改質器２の改質触媒が劣化することを低減して、改質触媒の劣化による水素生成装置１００の効率低下を抑制することができる。また、リサイクルガスの流量増加による原料ガス流量調整器５の消費電力の増大を防ぐことにより、水素生成装置１００の効率低下を抑制することができる。

なお、実施の形態２の水素生成装置１００においても図１の水素生成装置１００のように凝縮器８を設けなくてもよい。また、図３の水素生成装置１００のように凝縮器８を設けていてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３に係る燃料電池システム２００は、図５に示すように、水素生成装置１００および燃料電池３を備えている。図５は、実施の形態３に係る燃料電池システム２００の構成の一例を概略的に示すブロック図である。なお、図５の水素生成装置１００は凝縮器８を備えているが、図１の水素生成装置１００と同様に凝縮器８を備えていなくてもよい。また、水素生成装置１００では、図２または図４に示す動作を行うことができる。

燃料電池３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発電部である。燃料電池３は、水素含有ガス流路７ｂにより水素生成装置１００の改質器２と接続されている。燃料電池３は、いずれの種類の燃料電池であってもよいが、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が好ましい。

すなわち、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）やりん酸形燃料電池などの燃料電池では、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素により燃料電池の電極が被毒される。このため、水素生成装置には、一酸化炭素を変成反応により除去する変成器が設けられている。この変成反応により水素が生成されるため、水添脱硫器１には改質反応による水素に加えて変成器による水素も供給される。よって、改質器２の温度変化による水素含有量の変化は水添脱硫反応に大きく影響しない。これに対して、固体酸化物形燃料電池では、水素だけでなく一酸化炭素も発電に利用することができる。このため、水素生成装置には変成器が設けられず、改質器２の温度変化による水素含有量の変化は水添脱硫反応に影響する。したがって、改質器２の温度に基づいてリサイクルガスの流量を調整することによって、改質器２の温度変化による水添脱硫反応に必要な水素量の不足を防止することができる。これにより、燃料電池３の電極や改質器２の改質触媒が原料ガス中の硫黄化合物により劣化することを低減して、燃料電池システム２００の効率低下を抑制することができる。

なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。

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の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、その構造および／また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および燃料電池システムは、水素生成装置の効率低下を抑制することができる水素生成装置および燃料電池システムなどとして有用である。

１：水添脱硫器
２：改質器
２ａ：温度検知器
３：燃料電池
４：原料ガス流量検知器
６：リサイクルガス流量調整器（リサイクルガス流量検知器）
９：リサイクル流路
１０：制御器
１００：水素生成装置
２００：燃料電池システム

Claims

原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器の温度を検知する温度検知器と、
前記原料ガスに含まれる硫黄を水添脱硫反応により除去する水添脱硫器と、
前記水素含有ガスの一部のリサイクルガスを前記水添脱硫器に供給するリサイクル流路と、
前記リサイクルガスと前記原料ガスとが合流する部分より上流の前記原料ガスが流れる流路に設けられ、前記原料ガスの流量を検知する原料ガス流量検知器と、
前記改質器の温度、前記原料ガスの流量および前記リサイクルガスの流量に基づいて前記リサイクルガスの流量を調整する制御器と、を備え、
前記制御器は、還流後の前記原料ガスに含有される水素の量が一定となるように、前記リサイクルガスの流量を調整するよう構成されている、水素生成装置。
前記リサイクルガスの流量を検知するリサイクルガス流量検知器を備える、請求項１に記載の水素生成装置。
請求項１又は２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、を備えている燃料電池システム。
前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池である、請求項３に記載の燃料電池システム。