JP6650582B2 - 水素生成システム及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭化水素系の原料を改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置を複数台連携させた水素生成システムおよびその運転方法に関する。

燃料電池の発電時の燃料として用いる水素含有ガスは、未だ、一般的なインフラガスとして整備されていない。このため、現在の燃料電池システムは、改質器を有する水素生成装置や、水素生成装置を複数台連携させた水素生成システムを備える。改質器は、一般的なインフラである都市ガス、液化石油ガス、あるいは天然ガス等の炭化水素から、水素含有ガスを、改質反応により生成する。

改質反応として、一般的に用いられている水蒸気改質反応では、原料となる炭化水素と水蒸気とをＮｉ系、Ｒｕ系またはＲｈ系等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。

また、改質器を水蒸気改質反応に必要な温度にするため、燃焼器で改質器を加熱する。燃焼器は、改質器から排出され燃料電池で利用されなかった可燃ガスを含むオフガスや、炭化水素を燃料として供給して燃焼させる。

従来、この種の水素生成システムは、原料と水から水素含有ガスを生成する改質器を備えた複数台の水素生成装置において、生成された水素含有ガスを合流して水素利用機器である燃料電池に供給する構成が示されている。この構成の水素生成システムでは、複数台の水素生成装置のうちの一部のものを起動停止させることで、水素含有ガスの生成量を増減することが出来る（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１０５７０６号公報

しかしながら、前記従来の構成の水素生成システムでは、一部の水素生成装置から水素利用機器に水素含有ガスを供給する運転中に、他の水素生成装置を起動する場合には、起動中の水素生成装置から運転中よりも原料ガスや水蒸気の比率が高く水素濃度が低いガスが排出される。

具体的には、改質器への水供給開始前の改質器内には、水素含有ガスを供給する運転中よりも水素濃度が低いガスが存在し、水供給後に発生した水蒸気によって改質器内のガスは、改質器の下流側の流路に押し出される。

そして、改質器から押し出された水素濃度が低いガスは、水素利用機器に供給されている水素含有ガスと合流して、水素利用機器に供給される。また、改質器への水供給開始時は水が不安定に蒸発する場合もあり、改質器から押し出されるガスの流量が一時的に変動する場合もある。

このような理由から、一部の水素生成装置から水素利用機器に水素含有ガスを供給する運転中に、他の水素生成装置を起動する場合には、水素利用機器に供給される水素含有ガ
スの組成や流量が変動して、水素利用機器に供給される水素量が低下し、水素利用機器が安定に運転できない場合があるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水素利用機器に供給される水素含有ガスの組成や流量の変動を抑制した水素生成システムおよびその運転方法を提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の水素生成システムは、原料と水から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、改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器に水を供給する水供給器と、燃焼器に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器とを備えた、複数台の水素生成装置と、複数台の水素生成装置のそれぞれの改質器で生成された水素含有ガスを合流して水素利用機器に供給するように、複数の改質器および水素利用機器を接続する水素含有ガス供給流路と、複数台の水素生成装置を制御する制御器と、を備え、制御器は、複数台の水素生成装置を起動させる時に、原料が供給されている改質器への水の供給の開始タイミングが互いにずれるよう水素生成装置が起動動作中の複数台の水供給器を制御するものである。

これによって、改質器への水の供給の開始タイミングが互いにずれているので、改質器への水供給開始時に発生した水蒸気は、改質器内のガスを複数台同時ではなく１台ずつタイミングをずらして押し出す。複数台の改質器内からのガスは、タイミングをずらして１台分ずつ押し出されるため、水素利用機器に供給される水素含有ガスの組成と流量の変動を、複数台同時に水供給開始する場合よりも抑制することができる。

本発明によれば、改質器への水供給開始時に発生した水蒸気が改質器内のガスを一度に押し出す量が減るため、水素利用機器に供給される水素含有ガスの組成や流量の変動を抑制することができ、水素利用機器を安定に運転することができる水素生成システムを構成することが可能となる。

本発明の実施の形態１における水素生成システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における水素生成システムの動作の前段部分を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における水素生成システムの動作の後段部分を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における水素生成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における水素生成システムの動作を示すフローチャート

第１の発明は、原料と水から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、改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器に水を供給する水供給器と、燃焼器に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器とを備えた、複数台の水素生成装置と、複数台の水素生成装置のそれぞれの改質器で生成された水素含有ガスを合流して水素利用機器に供給するように、複数の改質器および水素利用機器を接続する水素含有ガス供給流路と、複数台の水素生成装置を制御する制御器と、を備えた、水素生成システムであって、制御器は、複数台の水素生成装置を起動させる時に、原料が供給されている改質器への水の供給の開始タイミングが互いにずれるよう水素生成装置が起動動作中の複数台の水供給器を制御するものである。

これによって、改質器への水の供給の開始タイミングが互いにずれているので、改質器への水供給開始時に発生した水蒸気は、改質器内のガスを複数台同時ではなく１台ずつタイミングをずらして押し出す。複数台の改質器内からのガスは、タイミングをずらして１台分ずつ押し出されるため、水素利用機器に供給される水素含有ガスの組成と流量の変動を、複数台同時に水供給開始する場合よりも抑制することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の水素生成システムを、水素利用機器から排出される排出ガスを分流して複数台の水素生成装置のそれぞれの燃焼器に供給するように、複数台の燃焼器および水素利用機器を接続する燃焼ガス供給流路を備えたものである。

これによって、改質器への水の供給の開始タイミングが互いにずれているので、改質器への水供給開始時に発生した水蒸気は、改質器内のガスを複数台同時ではなく１台ずつタイミングをずらして押し出す。複数台の改質器内からのガスは、タイミングをずらして１台分ずつ押し出されるため、燃焼器に供給されるガスの組成と流量の変動を、複数台同時に水供給開始する場合よりも抑制することができ、燃焼器で安定に燃焼を継続することができる。

第３の発明は、原料と水から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、改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器に水を供給する水供給器と、燃焼器に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器とを備えた、複数台の水素生成装置と、複数台の水素生成装置のそれぞれの改質器で生成された水素含有ガスを合流して水素利用機器に供給するように、複数の改質器および水素利用機器を接続する水素含有ガス供給流路と、を備えた、水素生成システムの運転方法であって、複数台の水素生成装置を起動させる時に、原料が供給されている改質器への水の供給の開始タイミングが互いにずれるよう水素生成装置が起動動作中の複数台の水供給器を動作させるものである。

これによって、改質器への水の供給の開始タイミングが互いにずれているので、改質器への水供給開始時に発生した水蒸気は、改質器内のガスを複数台同時ではなく１台ずつタイミングをずらして押し出す。複数台の改質器内からのガスは、タイミングをずらして１台分ずつ押し出されるため、水素利用機器に供給される水素含有ガスの組成と流量の変動を、複数台同時に水供給開始する場合よりも抑制することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成システム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の水素生成システム３０は、改質器１ａ〜１ｃと、燃焼器２ａ〜２ｃと、温度検知器３ａ〜３ｃと、原料供給器４ａ〜４ｃと、水供給器５ａ〜５ｃと、燃料供給器１０ａ〜１０ｃと、空気供給器１１ａ〜１１ｃを備えた水素生成装置２０ａ〜２０ｃと、水素供給流路６ａ〜６ｃと、原料供給流路７と、水供給流路８と、燃料流路９ａ〜９ｃと、水素供給流路封止弁１２と、排気流路１３と、排気流路封止弁１４と、制御器５０とを備えている。また、水素供給流路封止弁１２の出口は、水素利用機器である燃料電池４０の入口側に接続されている。

ここで、これらの構成要素の符号を示す数字に添えた英字（ａ，ｂ，ｃ）について、改質器１ａ〜１ｃを例に挙げて説明する。符号の１ａは１つ目の改質器を指し、符号の１ｃは３つ目の改質器を指す。したがって、改質器１ａ〜１ｃと記述した場合は、１つ目から
３つ目までの３台の改質器を指す。また、改質器１ｂ〜１ｃと記述した場合は、２つ目から３つ目までの２台の改質器を指す。

一方で、今後、符号の添え字（ａ，ｂ，ｃ）を省略して説明することがあるが、改質器１と記述した場合は、改質器１ａ〜１ｃのいずれかの特定しない改質器を指し、いずれの改質器でもよい場合を説明するときに用いる。

改質器１ａ〜１ｃは、原料及び水蒸気から改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガスを用いた。本実施の形態の改質反応は、都市ガスと水蒸気を反応させる水蒸気改質を用いた。改質器１ａ〜１ｃの内部には改質触媒（図示せず）が搭載さている。また、水を蒸発させる蒸発器（図示せず）も搭載されている。

燃焼器２ａ〜２ｃは、改質器１ａ〜１ｃをそれぞれ加熱するバーナーである。燃焼器２ａ〜２ｃは着火のための点火器（図示せず）を備えている。温度検知器３ａ〜３ｃは、改質器１ａ〜１ｃの温度を検知する熱電対である。

原料供給器４ａ〜４ｃは、都市ガスを改質器１ａ〜１ｃにそれぞれ供給するポンプであり、原料供給流路７に接続されている。また、水供給器５ａ〜５ｃは、水を改質器１ａ〜１ｃにそれぞれ供給するポンプであり、水供給流路８に接続されている。

水素供給流路６ａ〜６ｃは、改質器１ａ〜１ｃから排出された水素含有ガスを燃料電池４０に導く流路であり、水素供給流路６ａ〜６ｃは合流した後で電磁弁である水素供給流路封止弁１２を経由して、燃料電池４０に接続されている。

燃料供給器１０ａ〜１０ｃは、燃料を燃焼器２ａ〜２ｃにそれぞれ供給するポンプであり、燃料流路９に接続されている。燃料は、本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガスを用いた。

空気供給器１１ａ〜１１ｃは、燃焼器２ａ〜２ｃに燃焼用の空気を供給するファンである。また、排気流路封止弁１４は、水素供給流路封止弁１２の上流側から分岐された排気流路１３の途中に設置されている電磁弁である。

燃料電池４０は、水素生成システム３０から供給される水素と、空気中の酸素から、電気化学反応によって電力を得る。また、制御器５０は、水素生成システム３０の運転を制御する。制御器５０は、信号入出力部（図示せず）と、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。

以上の様に構成された本実施の形態の水素生成システム３０について、以下その動作、作用を説明する。以下の動作は、制御器５０が水素生成システム３０の水素生成装置２０ａ〜２０ｃ、水素供給流路封止弁１２、排気流路封止弁１４を制御することによって行われる。

まず、水素生成システム３０での水素含有ガスの生成動作について説明する。

水素生成システム３０は、水素生成装置２０ａ〜２０ｃそれぞれに備えられた原料供給器４ａ〜４ｃと水供給器５ａ〜５ｃが動作することによって、都市ガスと水が改質器１ａ〜１ｃに供給される。

水素生成装置２０ａ〜２０ｃにそれぞれ備えられた燃料供給器１０ａ〜１０ｃを動作さ
せることで、都市ガスが燃焼器２ａ〜２ｃに供給されて燃焼し、改質器１ａ〜１ｃが所定の温度になるように加熱されるとともに改質器１ａ〜１ｃに供給された水は水蒸気となって、１００倍以上の体積となる。改質器１ａ〜１ｃにおける所定の温度とは、改質反応に適した温度であり、本実施の形態では６００℃とした。

水素生成装置２０ａ〜２０ｃで生成した水素含有ガスは、水素供給流路６ａ〜６ｃと水素供給流路封止弁１２を経由して、燃料電池４０に供給され利用される。

燃料電池４０に水素含有ガスを供給する場合は、水素供給流路封止弁１２を開け、排気流路封止弁１４を閉める。逆に燃料電池４０に水素含有ガスを供給しない場合は、水素供給流路封止弁１２を閉め、排気流路封止弁１４を開ける。

なお、水素生成システム３０の起動時など排気流路１３から可燃ガスが排出される運転時には、排出されたガスは排出ガス燃焼器（図示せず）で可燃ガスが除去される。

次に本発明の実施の形態１における水素生成システム３０の動作について図２ａ及び図２ｂを参照しながら説明する。

図２ａ及び図２ｂは、本発明の実施の形態１における水素生成システムの動作を示すフローチャートを、前段と後段に２分割したものである。

水素生成システム３０の起動前は、水素生成装置２０ａ〜２０ｃは停止しており、水素供給流路封止弁１２と排気流路封止弁１４は閉状態である。

水素生成装置２０ａを起動するため、ステップＳ１０１では、まず燃料供給器１０ａと空気供給器１１ａを動作させ燃焼器２ａで燃焼させて改質器１ａの加熱を開始する。燃料供給器１０ａと空気供給器１１ａからは、それぞれ１Ｌ／ｍｉｎの都市ガスと２０Ｌ／ｍｉｎの空気を燃焼器２ａに供給した。

ステップＳ１０２では、排気流路封止弁１４を開状態にする。次のステップＳ１０３では、原料供給器４ａの動作を開始し、改質器１ａへの都市ガスの供給を開始する。原料供給器４ａからは４Ｌ／ｍｉｎの都市ガスを供給した。

ステップＳ１０４では、温度検知器３ａで改質器１ａの改質温度Ｔａを検知し、改質温度Ｔａが１００℃を超えたら、ステップＳ１０５に移行する。

改質温度Ｔａが１００℃を超えるまでは、ステップＳ１０４を繰り返す。ここで１００℃とは、予め実験的に取得した改質器１ａに水を供給しても蒸発できる温度である。

ステップＳ１０５では、水供給器５ａを動作させ、改質器１ａへの水供給を開始する。水供給器５ａからは１１ｃｃ／ｍｉｎの水を供給した。１１ｃｃ／ｍｉｎの水の供給量は都市ガス４Ｌ／ｍｉｎに対して、水蒸気と炭素の比率が３となる値である。

ステップＳ１０６では、温度検知器３ａで改質器１ａの改質温度Ｔａを検知し、改質温度Ｔａが６００℃を超えたら、ステップＳ１０７に移行する。

改質温度Ｔａが６００℃を超えるまでは、ステップＳ１０６を繰り返す。ここで、６００℃とは、予め実験的に取得した温度であり、改質器１ａで都市ガスから水素含有ガスを所定の転化率で生成でき、燃料電池４０で発電するのに必要な水素量が得られる温度である。

続いて、燃料電池４０に水素含有ガスを供給するために、水素供給流路封止弁１２を開状態にし（ステップＳ１０７）、排気流路封止弁１４を閉状態にする（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０９では、燃料電池４０で発電を開始し、水素生成装置２０ａの起動は終了する。この時の燃料電池４０の発電出力は１ｋＷである。ここで、１ｋＷとは、都市ガス４Ｌ／ｍｉｎを本実施の形態の水素生成装置２０に供給した場合に生成する水素量から燃料電池４０を発電させるのに適した出力である。

次に水素生成装置２０ｂ〜２０ｃを起動するため、燃料供給器１０ｂ〜１０ｃと空気供給器１１ｂ〜１１ｃを動作させ燃焼器２ｂ〜２ｃで燃焼させて改質器１ｂ〜１ｃの加熱を開始する（ステップＳ１１０）。燃料供給器１０ｂ〜１０ｃと空気供給器１１ｂ〜１１ｃからは、それぞれ１Ｌ／ｍｉｎの都市ガスと２０Ｌ／ｍｉｎを燃焼器２ｂ〜２ｃにそれぞれ供給した。

続いて、原料供給器４ｂ〜４ｃの動作を開始し、改質器１ｂ〜１ｃへの都市ガスの供給を開始する（ステップＳ１１１）。原料供給器４ｂ〜４ｃからは、それぞれ４Ｌ／ｍｉｎの都市ガスを供給した。

ステップＳ１１２では、温度検知器３ａで改質器１ａの改質温度Ｔａを検知し、改質温度Ｔａが１００℃を超えたら、ステップＳ１０５に移行する。改質温度Ｔｂ〜Ｔｃが１００℃を超えるまでは、ステップＳ１１２を繰り返す。

ステップＳ１１３では、水供給器５ｂを動作させ、改質器１ｂへの水供給を開始する。水供給器５ｂからは、１１ｃｃ／ｍｉｎの水を供給した。

ステップＳ１１４では、水供給器５ｂの動作開始からの経過時間をカウントし、水供給器５ｂの動作開始から２分間が経過したら、ステップＳ１１５に移行する。水供給器５ｂの動作開始から２分間が経過するまでは、ステップＳ１１４を繰り返す。

ステップＳ１１５では、水供給器５ｃを動作させ、改質器１ｃへの水供給を開始する。水供給器５ｃからは、１１ｃｃ／ｍｉｎの水を供給した。ここで２分とは、予め実験的に取得した時間であり、改質器１ｂへの水供給開始時に、燃料電池４０に供給される水素含有ガスの組成と流量の変動が発生した後に、変動が小さくなるまでに要する時間である。

水供給器５ｂの動作を開始してから、水供給器５ｂとタイミングをずらした２分間経過後に水供給器５ｃは動作開始して改質器１ｃへの水供給が開始される。

ステップＳ１１６では、改質温度Ｔｂ〜Ｔｃが６００℃を超えたら、ステップＳ１１７に移行する。改質温度Ｔｂ〜Ｔｃが６００℃を超えるまでは、ステップＳ１１６を繰り返す。

最後にステップＳ１１７では燃料電池４０の発電出力を上昇させる。上昇させた後の燃料電池４０の発電出力は３ｋＷとした。

以上のように、本実施の形態においては、２台の水素生成装置２０ｂ〜２０ｃを起動させる時に、原料が供給されている改質器１への水の供給の開始タイミングが互いにずれるようにしているため、改質器１への水供給開始時に発生した水蒸気が改質器１内のガスを２台同時ではなく、１台ずつタイミングをずらして押し出される。

これによって、一度に改質器１から押し出される都市ガスの量が減り、燃料電池４０に供給される水素含有ガスの組成と流量の変動は２台同時に水供給開始する場合よりも小さくなり、燃料電池４０は安定に発電を継続することができる。

なお、本実施の形態では、水素生成装置２０ａの運転中に水素生成装置２０ｂ〜２０ｃを起動したが、水素生成装置２０ｂの運転中に水素生成装置２０ａと水素生成装置２０ｃの２台を起動しても、１台ずつ改質器１への水の供給の開始タイミングをずらせば同様の効果が得られる。

また、水素生成装置２０ｃの運転中に水素生成装置２０ａと水素生成装置２０ｂの２台を起動しても、１台ずつ改質器１への水の供給の開始タイミングをずらせば同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態では、３台の水素生成装置からなる水素生成システムとしたが、起動する水素生成装置が２台以上であれば同様の効果が得られる。例えば、１０台の水素生成システムにおいて、５台の水素生成装置で１台ずつ改質器１への水の供給の開始タイミングをずらしても良い。

また、本実施の形態では、改質器１に都市ガスを先に供給しておき、その後水を供給したが、都市ガスと水を同じタイミングで行っても、水の供給を先に行っても、水の蒸発によって改質器１の内部のガスが押し出される場合には、同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、改質器１ｂ〜１ｃへの水の供給の開始タイミングを２分間ずらして実施したが、水素利用機器である燃料電池４０への影響が出ない時間に設定すればよい。

また、本実施の形態では、水の蒸発を改質器１の内部で行うようにしたが、外部に蒸発器を設けて、発生した水蒸気を改質器１に供給した場合も同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における水素生成システムの構成を示すブロック図である。

図３に示す実施の形態２における水素生成システム３１において、図１に示す実施の形態１における水素生成システム３０と同じ構成要素には同じ符号を付与し、重複する説明を省略する。

図３に示すように、実施の形態２の水素生成システム３１は、改質器１ａ〜１ｃと、燃焼器２ａ〜２ｃと、温度検知器３ａ〜３ｃと、原料供給器４ａ〜４ｃと、水供給器５ａ〜５ｃと、空気供給器１１ａ〜１１ｃを備えた水素生成装置２１ａ〜２１ｃと、水素供給流路６ａ〜６ｃと、原料供給流路７と、水供給流路８と、燃料流路９ａ〜９ｃと、水素供給流路封止弁１２と、燃料流路封止弁１５ａ〜１５ｃと、バイパス流量調整弁１６と、制御器５０とを備えている。また、水素供給流路封止弁１２の出口は、水素利用機器である水素貯蔵タンク４１に接続されている。

図３に示す実施の形態２における水素生成システム３１において、図１に示す実施の形態１における水素生成システム３０と異なる点は、水素生成装置２１ａ〜２１ｃから排出されたガスが燃焼器２ａ〜２ｃに供給され、さらに燃料流路９ａ〜９ｃに燃料流路封止弁１５ａ〜１５ｃと、燃料電池４０の代わりに水素貯蔵タンク４１が設置され、水素貯蔵タ
ンク４１の上流にバイパス流量調整弁１６が設置されている点である。

燃料流路封止弁１５ａ〜１５ｃは、燃料流路９ａ〜９ｃの途中にある電磁弁である。また、バイパス流量調整弁１６は、ニードル弁であり、開閉動作に加えて流量を調整する機能を持っている。また、水素貯蔵タンク４１は、水素含有ガスを貯蔵するタンクである。

ここで、これらの構成要素の符号の添え字（ａ，ｂ，ｃ）を省略して説明する場合と、添え字（ａ，ｂ，ｃ）を省略ないで説明する場合とを使い分けているルールについては、実施の形態１で説明したものと同じであるので、その説明を省略する。

次に本発明の実施の形態２における水素生成システム３１の動作について図４を参照しながら説明する。

図４は、本発明の実施の形態２における水素生成システムの動作を示すフローチャートである。

水素生成システム３１の起動前は、水素生成装置２１ａ〜２１ｃは停止しており、水素供給流路封止弁１２と燃料流路封止弁１５ａ〜１５ｃとバイパス流量調整弁１６は閉状態である。

水素生成装置２１ａ〜２１ｃを起動するため、ステップＳ２０１では、まず空気供給器１１ａ〜１１ｃを動作させる。空気供給器１１ａ〜１１ｃからは、それぞれ２０Ｌ／ｍｉｎの空気を燃焼器２ａ〜２ｃに供給した。

ステップＳ２０２では、燃料流路封止弁１５ａ〜１５ｃとバイパス流量調整弁１６を開状態にする。

ステップＳ２０３では、原料供給器４ａ〜４ｃを動作させ、燃焼器２ａ〜２ｃで燃焼させて、改質器１ａ〜１ｃの加熱を開始する。原料供給器４ａ〜４ｃからは、それぞれ１Ｌ／ｍｉｎの都市ガスを改質器１ａ〜１ｃに供給した。改質器１ａ〜１ｃに供給した都市ガスは燃料流路９ａ〜９ｃを経由して、燃焼器２ａ〜２ｃに供給される。

ステップＳ２０４では、温度検知器３ａ〜３ｃで改質器１ａ〜１ｃの改質温度Ｔａ〜Ｔｃを検知し、改質温度Ｔａ〜Ｔｃが１００℃を超えたら、ステップＳ２０５に移行する。

改質温度Ｔａ〜Ｔｃが１００℃を超えるまでは、ステップＳ２０４を繰り返す。

ステップＳ２０５では、水供給器５ａを動作させ、改質器１ａへの水供給を開始する。水供給器５ａからは２．８ｃｃ／ｍｉｎの水を供給した。２．８ｃｃ／ｍｉｎの水の供給量は都市ガス１Ｌ／ｍｉｎに対して、水蒸気と炭素の比率が３となる値である。

ステップＳ２０６では、水供給器５ａの動作開始からの経過時間をカウントし、水供給器５ａの動作開始から２分間が経過したらステップＳ２０７に移行する。水供給器５ａの動作開始から２分間が経過するまでは、ステップＳ２０６を繰り返す。

ここで、２分間とは、予め実験的に取得した時間であり、改質器１ａへの水供給開始時に、燃焼器２ａ〜２ｃに供給されるガス流量の変動が発生した後に、変動が小さくなるまでに要する時間である。水供給器５ａの動作を開始してから、水供給器５ａとタイミングをずらした２分間経過後に水供給器５ｂは動作開始して改質器１ｂへの水供給が開始される。

ステップＳ２０７では、水供給器５ｂを動作させ、改質器１ｂへの水供給を開始する。水供給器５ｂからは、２．８ｃｃ／ｍｉｎの水を供給した。

ステップＳ２０８では、水供給器５ｂの動作開始からの経過時間をカウントし、水供給器５ｂの動作開始から２分間が経過したらステップＳ２０９に移行する。水供給器５ｂの動作開始から２分間が経過するまでは、ステップＳ２０８を繰り返す。

ここで、２分間とは、ステップＳ２０６と同様に、改質器１ｂへの水供給開始時に、燃焼器２ａ〜２ｃに供給されるガス流量の変動が発生した後に、変動が小さくなるまでに要する時間である。水供給器５ｂの動作を開始してから、水供給器５ｂとタイミングをずらした２分間経過後に水供給器５ｃは動作開始して改質器１ｃへの水供給が開始される。

ステップＳ２０９では、水供給器５ｃを動作させ、改質器１ｃへの水供給を開始する。水供給器５ｃからは、２．８ｃｃ／ｍｉｎの水を供給した。

ステップＳ２１０では、改質温度Ｔａ〜Ｔｃが６００℃を超えたら、ステップＳ２１１に移行する。改質温度Ｔａ〜Ｔｃが６００℃を超えるまでは、ステップＳ２１０を繰り返す。

ステップＳ２１１では、水素供給流路封止弁１２を開状態にし、水素貯蔵タンク４１に水素の供給を開始する。

最後に、ステップ２１２では、バイパス流量調整弁１６を絞り、燃焼器２ａ〜２ｃへの水素含有ガス流量を減少させる。バイパス流量調整弁１６を調整することによって、改質器１ａ〜１ｃを加熱するのに必要な分だけの水素含有ガスが燃焼器２ａ〜２ｃに供給される。

以上のように、本実施の形態においては、３台の水素生成装置２０ａ〜２０ｃを起動させる時に、原料が供給されている改質器１への水の供給の開始タイミングが互いにずれるようにしているため、改質器１への水供給開始時に発生した水蒸気が改質器１内のガスを３台同時ではなく、１台ずつタイミングをずらして押し出される。

これによって、一度に改質器１から押し出されるガスの量が減るため、燃焼器２ａ〜２ｃに供給されるガスの組成と流量の変動は３台同時に水供給開始する場合よりも小さくなり、燃焼器２ａ〜２ｃは安定に燃焼を継続することができる。

なお、本実施の形態では、水素生成装置２１ａ〜２１ｂの３台を同時に起動し１台ずつ改質器１への水の供給の開始タイミングをずらしたが、起動する水素生成装置が２台以上であれば同様の効果が得られる。

本実施の形態の上記説明から、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、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

以上のように、本発明の水素生成システムおよび水素生成システムの起動方法は、改質器への水供給開始時に発生した水蒸気が改質器内のガスを一度に押し出す量が減るため、水素利用機器に供給される水素含有ガスの組成と流量の変動を抑制することができ、水素
利用機器を安定に運転することができる水素生成システムを構成することが可能となるため、炭化水素系の原料を水蒸気改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置を複数台連携させた水素生成システムに最適である。

１ａ，１ｂ，１ｃ 改質器
２ａ，２ｂ，２ｃ 燃焼器
３ａ，３ｂ，３ｃ 温度検知器
４ａ，４ｂ，４ｃ 原料供給器
５ａ，５ｂ，５ｃ 水供給器
６ａ，６ｂ，６ｃ 水素供給流路
７ 原料供給流路
８ 水供給流路
９，９ａ，９ｂ，９ｃ 燃料流路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 燃料供給器
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 空気供給器
１２ 水素供給流路封止弁
１３ 排気流路
１４ 排気流路封止弁
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 燃料流路封止弁
１６ バイパス流量調整弁
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 水素生成装置
３０、３１ 水素生成システム
４０ 燃料電池
４１ 水素貯蔵タンク
５０ 制御器

Claims (3)

1. 原料と水から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、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、前記改質器に前記水を供給する水供給器と、前記燃焼器に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器とを備えた、複数台の水素生成装置と、
   複数台の前記水素生成装置のそれぞれの前記改質器で生成された前記水素含有ガスを合流して水素利用機器に供給するように、複数の前記改質器および前記水素利用機器を接続する水素含有ガス供給流路と、
   複数台の前記水素生成装置を制御する制御器と、
   を備えた、水素生成システムであって、
   前記制御器は、複数台の前記水素生成装置を起動させる時に、前記原料が供給されている前記改質器への前記水の供給の開始タイミングが互いにずれるよう前記水素生成装置が起動動作中の複数台の前記水供給器を制御することを特徴とする、水素生成システム。
2. 前記水素利用機器から排出される排出ガスを分流して複数台の前記水素生成装置のそれぞれの前記燃焼器に供給するように、複数台の前記燃焼器および前記水素利用機器を接続する燃焼ガス供給流路を備えた請求項１記載の水素生成システム。
3. 原料と水から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、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、前記改質器に前記水を供給する水供給器と、前記燃焼器に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器とを備えた、複数台の水素生成装置と、
   複数台の前記水素生成装置のそれぞれの前記改質器で生成された前記水素含有ガスを合流して水素利用機器に供給するように、複数の前記改質器および前記水素利用機器を接続する水素含有ガス供給流路と、
   を備えた、水素生成システムの運転方法であって、
   複数台の前記水素生成装置を起動させる時に、前記原料が供給されている前記改質器への前記水の供給の開始タイミングが互いにずれるよう前記水素生成装置が起動動作中の複数台の前記水供給器を動作させることを特徴とする、水素生成システムの運転方法。

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