JPWO2015118860A1 - 水素生成装置および水素生成装置の運転方法 - Google Patents

水素生成装置および水素生成装置の運転方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2015118860A1
JPWO2015118860A1 JP2015538168A JP2015538168A JPWO2015118860A1 JP WO2015118860 A1 JPWO2015118860 A1 JP WO2015118860A1 JP 2015538168 A JP2015538168 A JP 2015538168A JP 2015538168 A JP2015538168 A JP 2015538168A JP WO2015118860 A1 JPWO2015118860 A1 JP WO2015118860A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen generator
valve
combustor
air
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015538168A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6500237B2 (ja
Inventor
友也 竹内
友也 竹内
吉田　豊
豊 吉田
向井　裕二
裕二 向井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JPWO2015118860A1 publication Critical patent/JPWO2015118860A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6500237B2 publication Critical patent/JP6500237B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
    • C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

水素生成装置（１）であって、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器（６）と、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、改質器（６）を加熱する燃焼器（７）と、燃焼器（７）に空気を供給する空気供給器（９）とを備えている。また、燃焼器（７）と空気供給器（９）とを接続する燃焼空気流路（１０）と、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器（３）と、空気を通流することで水添脱硫器（３）を冷却する冷却器（１４）とを備えている。さらに、絞り部（１７）と、絞り部（１７）の下流側に合流する冷却流路（１５）と、冷却流路（１５）に配置される第１弁（１６）とを備えている。さらに、所定のタイミングで、第１弁（１６）の開度を上げる制御を行うように構成された制御器（１３）を備えている。

Description

本発明は、炭化水素系の原料と水とを反応させることにより、水素を生成する水素生成装置に関する。より詳しくは、原料中に含まれ、水素生成装置に有害な硫黄化合物を、水添反応によって除去する水添脱硫器を有する水素生成装置、およびその運転方法に関する。
燃料電池システムは、発電時の燃料として用いられる水素ガスが一般的なインフラとして整備されていないため、通常、水素生成装置を備えている。水素生成装置では、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。
この水蒸気改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とを、Ｎｉ系やＲｕ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ものである。水蒸気改質反応に必要な熱エネルギーを得る方法としては、燃料電池からの燃料オフガスを燃焼器で燃焼させる方法が一般的である。
水素生成装置に供給される原料には、硫黄化合物が含まれる。具体的には、メタンを主成分とする都市ガスおよびＬＰガスには、原料由来の硫黄分の他に、漏洩検知の目的で、サルファイド類、またはメルカプタン類等の硫黄化合物が付臭剤として添加されている。そして、これらの硫黄化合物に含まれる硫黄は、極めて低濃度であっても、水蒸気改質反応に繁用されるＮｉ系およびＲｕ系の改質触媒の活性低下を進行させることが知られている。
このため、都市ガスおよびＬＰガスのような原料に対しては、水素生成装置に供給される前に、適切な脱硫処理が行われる。脱硫処理方法としては、現在、吸着脱硫方式および水添脱硫方式の２つの方式が用いられている。
吸着脱硫方式は、硫黄化合物を常温で吸着する吸着剤を充填した脱硫器に、原料を通過させて除去するものであり、取り扱いが非常に簡便であるという長所がある。しかしながら、その反面、吸着容量が小さいため、原料中の硫黄化合物濃度が高い場合には、脱硫器の交換頻度が高くなり、総合的な価格も高くなるという課題がある。
一方、水添脱硫方式は、原料に水素を加えて水添反応させることにより、硫黄化合物を吸着されやすい硫化水素に変化させ、生成した硫化水素を吸着剤に吸着除去するものであり、吸着容量が大きいという長所がある。しかしながら、水添反応および吸着のために、脱硫器を、最低温度の２００℃程度以上から最高温度の３００℃程度以下の適温に維持しなければならないという課題がある。
より具体的に説明すると、水添脱硫器の温度が最低温度よりも低い場合には、吸着容量が著しく低下し、逆に、最高温度よりも高い場合には、水添脱硫剤が熱劣化して脱硫性能を失ってしまう。
そこで、水添脱硫器の内部または表面に冷却用熱交換器を設けて、その冷却用熱交換器に冷却媒体である空気を流通させることにより、水添脱硫器が適温になるように水添脱硫器を冷却することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
しかしながら、特許文献１に開示された水素生成装置では、燃焼器が着火した直後は燃焼状態が不安定なため、燃焼空間および燃焼空気流路に圧力変動が生じる。このとき、燃焼空気流量の制御性が悪化するため、燃焼空気の供給過不足、または、燃焼火炎の振動（振動燃焼）が発生し、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題が起こる可能性がある。
特開平１０−２１４６３２号公報
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃焼器での不安定な燃焼を抑制することの可能な水素生成装置およびその運転方法を提供するものである。
本発明の水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、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、燃焼器と空気供給器とを接続する燃焼空気流路とを備えている。また、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器と、空気を通流することで水添脱硫器を冷却する冷却器と、燃焼空気流路に配置される絞り部と、燃焼空気流路のうちの絞り部の上流側より分岐し、冷却器を通流した後に、燃焼空気流路のうちの絞り部の下流側に合流する冷却流路とを備えている。さらに、冷却流路に配置される第１弁と、所定のタイミングで、第１弁の開度を上げる制御を行うように構成された制御器とを備えている。
このような構成により、燃焼器での不安定な燃焼を抑制することができ、水素生成装置を安定に運転することが可能となる。
また、本発明の水素生成装置の運転方法は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、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、燃焼器と空気供給器とを接続する燃焼空気流路と、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器と、空気を通流することで水添脱硫器を冷却する冷却器と、燃焼空気流路に配置される絞り部と、燃焼空気流路のうちの絞り部の上流側より分岐し、冷却器を通流した後に、燃焼空気流路のうちの絞り部の下流側に合流する冷却流路と、冷却流路に配置される第１弁とを備えた水素生成装置の運転方法である。そして、所定のタイミングで、第１弁の開度を上げるステップを備えた水素生成装置の運転方法である。
このような方法により、燃焼器での不安定な燃焼を抑制することができ、水素生成装置を安定に運転することが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水素生成装置の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第２の実施の形態に係る水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、本発明の第３の実施の形態に係る水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第４の実施の形態に係る水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第５の実施の形態に係る水素生成装置の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図７は、本発明の第５の実施の形態に係る水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、本発明の第６の実施の形態に係る水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図９は、本発明の第７の実施の形態に係る水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の第８の実施の形態に係る水素生成装置の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図１１は、本発明の第８の実施の形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第９の実施の形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１３は、本発明の第１０の実施の形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１４は、本発明の第１１の実施の形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。 図１５は、本発明の第１２の実施の形態にかかる燃料電池システム１２１の概略構成の一例を示す模式図である。
以下、図面を参照しながら、本発明による水素生成装置の各実施の形態について説明する。なお、各実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ならびに、ステップの順序等は、あくまでも一例である。
また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より望ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付された構成要素は、重複する説明が省略される場合がある。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水素生成装置１の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
図１に示されるように、本発明の第１の実施の形態に係る水素生成装置１は、改質器６、燃焼器７、空気供給器９、燃焼空気流路１０、水添脱硫器３、冷却器１４、絞り部１７、冷却流路１５、第１弁１６、および制御器１３を備えている。
改質器６は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する。燃焼器７は、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、改質器６を加熱する。空気供給器９は、燃焼器７に空気を供給する。燃焼空気流路１０は、燃焼器７と空気供給器９とを接続する。水添脱硫器３は、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する。冷却器１４は、空気を通流することで水添脱硫器３を冷却する。絞り部１７は、燃焼空気流路１０に配置される。冷却流路１５は、燃焼空気流路１０のうちの絞り部１７の上流側より分岐し、冷却器１４を通流した後に、燃焼空気流路１０のうちの絞り部１７の下流側に合流する。第１弁１６は、冷却流路１５に配置される。制御器１３は、所定のタイミングで、第１弁１６の開度を上げる制御を行うように構成されている。本実施の形態においては、制御器１３は、燃焼器７の着火動作を行う場合に、第１弁１６の開度を上げるよう制御するように構成されている。
ここで、原料とは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、およびＬＰＧ等のうち、少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガス、灯油、ならびに、メタノールおよびエタノール等のアルコールから選択されるものを用いることができる。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。
原料には、原料由来の硫黄化合物を含む他に、漏洩検知の目的で、サルファイド類、またはメルカプタン類等の硫黄化合物が付臭剤として添加されている。具体的には、ターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ：ｔｅｒｔｉａｒｙ−ｂｕｔｙｌｍｅｒｃａｐｔａｎ）、ジメチルスルフィド（ＤＭＳ：ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｉｄｅ）、テトラヒドロチオフェン（ＴＨＴ：Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ：ｃａｒｂｏｎｙｌ ｓｕｌｆｉｄｅ）、および、硫化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ）等が例示される。
原料は原料流量調節器２に供給され、原料流量調節器２により流量制御された後、水素を主成分とする生成ガスの一部と混合され、２００℃から３００℃までの温度範囲に制御された水添脱硫器３へ供給される。
水添脱硫器３に充填される水添脱硫剤は、水添反応により硫黄化合物から硫化水素を生成する硫化水素生成剤と、硫化水素を吸着する硫化水素吸着剤とを備えている。
ここで、硫化水素生成剤としては、例えば、Ｃｏ−Ｍｏ系の触媒が挙げられる。硫化水素吸着剤としては、例えば、酸化亜鉛が挙げられる。また、硫化水素生成剤と硫化水素吸着剤との機能を合わせ持つ触媒を用いてもよい。このような触媒としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系触媒、およびＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系触媒が挙げられる。なお、水添脱硫器３に充填される水添脱硫剤は例示であって、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
水添脱硫器３で脱硫された原料は、配管４を通って、水供給器５から供給される水と混合され、水蒸発部を通過して加熱された水が水蒸気となった後、改質器６に供給される。
改質器６は、原料と水蒸気とを用いた水蒸気改質反応により、水素、二酸化炭素、および一酸化炭素からなる水素含有ガスを生成する。その水素含有ガスは、燃料電池８の被毒物質である一酸化炭素を低減させる、一酸化炭素の低減部を通って、燃料電池８へ供給される。
改質器６の内部には、改質触媒が配設されている。この改質触媒によって、改質反応が進行し、原料および水から水素含有ガスを生成させることができる。改質反応に要する熱は、燃焼器７から供給される。
改質触媒としては、一般的に、Ｐｔ、Ｒｕ、およびＲｈ等の貴金属系触媒ならびにＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。本例では、Ｒｕを含む改質触媒が用いられる。
燃焼器７は、燃料電池８から排出された水素含有ガスを燃焼させることによって、または、改質器６から排出されるガスを燃焼させることによって、改質器６を加熱する。なお、燃焼器７には、燃料として、水素含有ガスに加えて、他のガスが供給されてもよい。
燃焼に必要な空気は、空気供給器９から燃焼空気流路１０を介して燃焼器７へ供給される。そして、燃焼器７によって生成された高温の燃焼ガスは、熱交換流路１１を通って、改質器６を４５０℃から６５０℃に加熱し、燃焼排ガス経路１２から排出される。
水添脱硫器３は、改質器６の熱を利用して、２００℃から３００℃までの所定の温度に効率良く加熱されるように、改質器６の近傍に配置されている。なお、水添脱硫器３は、一酸化炭素の低減部の近傍に配置されていてもよい。また、水添脱硫器３と熱交換可能な位置には、冷却器１４が設けられている。
この冷却器１４には、燃焼空気流路１０途中の第１分岐部Ａから分岐して第１合流部Ｂへ接続した冷却流路１５が接続されており、冷却媒体として空気供給器９から供給された空気が通過するようになっている。
なお、冷却流路１５の流路を流れる空気量を調節するため、冷却流路１５の冷却器１４の上流側には第１弁１６が配置されている。また、燃焼空気流路１０の第１分岐部Ａと第１合流部Ｂとの間には、燃焼空気流路１０の流路抵抗を調節可能な絞り部１７が配置されている。
この絞り部１７によって流路抵抗を設けることにより、燃焼空気の一部（所定割合）を、冷却用の空気として冷却器１４に供給することが可能となる。ここで、第１弁１６としては、可変オリフィスまたは開閉弁を用いることができる。また、絞り部１７としては、流路抵抗となるようなオリフィス、または可変オリフィスを用いることができる。
制御器１３は、水素生成装置１の状態に基づいて、第１弁１６の開度を制御する。制御器１３は、制御機能を有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する記憶部とを備えている。
演算処理部としては、ＭＰＵ、またはＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器１３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。
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図２を参照しつつ、第１の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法を説明する。なお、図２に示される運転方法は、例えば、制御器１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１３が水素生成装置１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１の運転が開始されると（Ｓ１０１）、着火動作を行うか否かの判定が行われる（Ｓ１０２）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ１０２，ＮＯ）、再度ステップＳ１０２が実行される。一方、判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ１０２，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が上げられる（Ｓ１０３）。
燃焼器７が着火された直後は、燃焼状態が不安定なため、燃焼空間および燃焼空気流路１０に圧力変動が生じる。このとき、燃焼空気流量の制御性が悪化するので、燃焼空気の供給過不足、または、燃焼火炎の振動（振動燃焼）が発生し、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題が起こる可能性がある。
ここで、着火の際、第１弁１６の開度を上げると、燃焼空気流路１０の圧損が小さくなり、着火時に発生する圧力変動が緩和され、不安定な燃焼を抑制することができる。
すなわち、燃焼空気は第１弁１６および絞り部１７のうち、どちらか一方を通過して燃焼器７に供給されるが、燃焼空気の全量は不変のため、第１弁１６の開度を上げると、燃焼空気が寄与する圧損は低下するものである。
このように、本実施の形態によれば、着火時に発生する圧力変動が燃焼空気に与える影響が緩和されるため、不安定な燃焼が抑制される。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
本発明の第２の実施の形態に係る水素生成装置１の装置構成については、制御器１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１の運転方法を除いて、第１の実施の形態で説明したものと同様とすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
第２の実施の形態の水素生成装置１は、制御器１３が、起動中に改質器６に改質水を供給する場合に、第１弁１６の開度を上げるように制御するものである。
なお、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の変形が可能である。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図３を参照しつつ、第２の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法を説明する。なお、図３に示される運転方法は、例えば、制御器１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１３が水素生成装置１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１の運転が開始されると（Ｓ２０１）、改質水を供給するか否かの判定が行われる（Ｓ２０２）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ２０２，ＮＯ）、再度ステップＳ２０２が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ２０２，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が上げられる（Ｓ２０３）。
改質器６に改質水が供給される際、まず、改質器６の前段に設置される水蒸発部にて改質水が加熱され、水が水蒸気へと状態変化する。この状態変化に伴い、改質器６に供給される流体の体積が急激に増加するため、改質器６内に供給されていた原料が押し出される。
押し出された原料は、燃料として燃焼器７で燃焼されるが、急激な燃料流量の増加により、燃焼器７での燃焼状態が不安定となり、燃焼空間および燃焼空気流路１０に圧力変動が生じる。このとき、燃焼空気流量の制御性が悪化するため、燃焼空気の供給過不足、または、燃焼火炎の振動（振動燃焼）が発生し、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題が起こる可能性がある。
ここで、改質水を供給する際、第１弁１６の開度を上げると、燃焼空気流路１０の圧損が低下し、改質水供給時に発生する圧力変動が緩和され、不安定な燃焼を抑制することができる。
すなわち、燃焼空気は第１弁１６および絞り部１７のうち、どちらか一方を通過して燃焼器７に供給されるが、燃焼空気の全量は不変のため、第１弁１６の開度を上げると、燃焼空気が寄与する圧損は低下するものである。
したがって、本実施の形態によれば、改質水供給時に発生する圧力変動が燃焼空気に与える影響が緩和されるため、不安定な燃焼が抑制されることとなる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
本発明の第３の実施の形態に係る水素生成装置１の装置構成については、制御器１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１の運転方法を除いて、第１の実施の形態と同様のものとすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
本発明の第３の実施の形態の水素生成装置１は、制御器１３が、着火動作の開始時、または終了時から第１設定時間経過後に、第１弁１６の開度を下げるよう制御する。
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図４を参照しつつ、第３の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法を説明する。なお、図４に示される運転方法は、例えば、制御器１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１３が水素生成装置１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１の運転が開始されると（Ｓ３０１）、着火動作を行うか否かの判定が行われる（Ｓ３０２）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ３０２，ＮＯ）、再度ステップＳ３０２が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ３０２，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が上げられる（Ｓ３０３）。
その後、着火動作が行われ（Ｓ３０４）、着火動作が終了した（Ｓ３０５）後、第１設定時間が経過したか否かの判定が行われる（Ｓ３０６）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ３０６，ＮＯ）、再度ステップＳ３０６が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ３０６，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が下げられる（Ｓ３０７）。
第１弁１６の開度が上げられている場合、冷却器１４に、より多くの空気が供給されるため、水添脱硫器３がより冷却され、水添脱硫器３の温度上昇が遅くなるために水素生成装置１の起動時間が長くなってしまう。
着火動作の終了後、燃焼器７の燃焼状態が安定した時点で、第１弁１６の開度を下げると、冷却器１４に供給される空気流量が低下し、水添脱硫器３の冷却が緩和される。
したがって、水添脱硫器３の温度が上昇しやすくなり、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
そして第１設定時間を、着火動作終了後から燃焼器７の燃焼状態が安定するまでの時間に設定することにより、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題を起こすことなく、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
なお、第１設定時間は、着火動作終了後からの時間に限らず、着火動作開始時からの時間としてもよい。また、第１設定時間は、燃焼器７の燃焼状態が安定するまで時間であればよく、本実施の形態では一例として１分に設定されている。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
本発明の第４の実施の形態に係る水素生成装置１の装置構成については、制御器１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１の運転方法を除いて、第１の実施の形態と同様のものとすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
本発明の第４の実施の形態の水素生成装置１は、制御器１３が、改質水の供給開始時から第２設定時間経過後に、第１弁１６の開度を下げるよう制御する。
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図５を参照しつつ、本発明の第４の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法を説明する。なお、図５に示される運転方法は、例えば、制御器１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１３が水素生成装置１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１の運転が開始されると（Ｓ４０１）、改質水を供給するか否かの判定が行われる（Ｓ４０２）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ４０２，ＮＯ）、再度ステップＳ４０２が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ４０２，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が上げられる（Ｓ４０３）。
その後、改質水の供給が開始（Ｓ４０４）された後、第２設定時間が経過したか否かの判定が行われる（Ｓ４０５）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ４０５，ＮＯ）、再度ステップＳ４０５が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ４０５，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が下げられる（Ｓ４０６）。
第１弁１６の開度が上げられている場合、冷却器１４に、より多くの空気が供給されるため、水添脱硫器３がより冷却され、水添脱硫器３の温度上昇が遅くなるために、水素生成装置１の起動時間が長くなってしまう。
改質水供給開始後、燃焼器７の燃焼状態が安定した時点で、第１弁１６の開度を下げると、冷却器１４に供給される空気流量が低下し、水添脱硫器３の冷却が緩和される。
したがって、水添脱硫器３の温度が上昇しやすくなり、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
第２設定時間を、改質水供給開始時から燃焼器７の燃焼状態が安定するまでの時間に設定することにより、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大および消火といった問題を起こすことなく、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
なお、第２設定時間は、改質水供給開始後から燃焼器７の燃焼状態が安定するまで時間であればよく、本実施の形態では一例として５分に設定されている。
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る水素生成装置１の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
図６に示すように、本発明の第５の実施の形態に係る水素生成装置１は、改質器６、燃焼器７、空気供給器９、燃焼空気流路１０、水添脱硫器３、冷却器１４、絞り部１７、冷却流路１５、第１弁１６、第１温度検知器１９、および制御器１３を備えている。
改質器６は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する。燃焼器７は、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、改質器６を加熱する。空気供給器９は、燃焼器７に空気を供給する。燃焼空気流路１０は、燃焼器７と空気供給器９とを接続する。水添脱硫器３は、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する。冷却器１４は、空気を通流することで水添脱硫器３を冷却する。絞り部１７は、燃焼空気流路１０に配置される。冷却流路１５は、燃焼空気流路１０のうちの絞り部１７の上流側より分岐し、冷却器１４を通流した後に、燃焼空気流路１０のうちの絞り部１７の下流側に合流する。第１弁１６は、冷却流路１５に配置される。第１温度検知器１９は、改質器６の温度を検知する。制御器１３は、燃焼器７の着火動作を行う場合に、第１弁１６の開度を上げ、起動中に、第１温度検知器１９で検知された温度が第１閾値以上となった場合に、第１弁１６の開度を下げるよう制御するように構成されている。
ここで、第１温度検知器１９は、改質器６の温度を検知可能な位置に配置されている。第１温度検知器１９としては、例えば、熱電対等を用いることができる。
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図７を参照しつつ、本発明の第５の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法を説明する。なお、図７に示される運転方法は、例えば、制御器１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１３が水素生成装置１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１の運転が開始されると（Ｓ５０１）、着火動作を行うか否かの判定が行われる（Ｓ５０２）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ５０２，ＮＯ）、再度ステップＳ５０２が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ５０２，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が上げられる（Ｓ５０３）。
その後、着火動作が行われ（Ｓ５０４）、着火動作が終了した（Ｓ５０５）後、第１温度検知器１９で検知された温度が第１閾値以上であるか否かの判定が行われる（Ｓ５０６）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ５０６，ＮＯ）、再度ステップＳ５０６が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ５０６，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が下げられる（Ｓ５０７）。
第１弁１６の開度が上げられている場合、冷却器１４に、より多くの空気が供給されるため、水添脱硫器３がより冷却され、水添脱硫器３の温度上昇が遅くなるために水素生成装置１の起動時間が長くなってしまう。
燃焼器７の燃焼状態が安定した時点で、第１弁１６の開度を下げると、冷却器１４に供給される空気流量が低下し、水添脱硫器３の冷却が緩和される。したがって、水添脱硫器３の温度が上昇しやすくなり、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
燃焼器７の燃焼状態が安定したときに第１温度検知器１９で検知される温度を第１閾値と設定することにより、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題を起こすことなく、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
なお、第１閾値は、燃焼器７の燃焼状態が安定したときに第１温度検知器１９で検知される温度であればよく、本実施の形態では一例として３００℃に設定されている。
また、本実施の形態では、着火動作終了後に第１温度検知器１９で検知された温度が第１閾値以上であるか否かの判定を行っているが、この判定のタイミングは必ずしも着火動作終了後に限られるものではなく、例えば、着火動作開始後や、改質水供給開始後であってもよい。
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
本発明の第６の実施の形態に係る水素生成装置１の装置構成については、制御器１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１の運転方法を除き、第１の実施の形態または第５の実施の形態と同様とすることができる。よって、図１または図６と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
第６の実施の形態の水素生成装置１は、制御器１３が、第１弁１６の開度を下げる前に、空気供給器９からの空気の供給量を増加させるように制御する。
図８は、本発明の第６の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図８を参照しつつ、第６の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法を説明する。なお、図８に示される運転方法は、例えば、制御器１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１３が水素生成装置１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１の運転が開始されると（Ｓ６０１）、着火動作を行うか否かの判定が行われる（Ｓ６０２）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ６０２，ＮＯ）、再度ステップＳ６０２が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ６０２，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が上げられる（Ｓ６０３）。
その後、着火動作が行われ（Ｓ６０４）、着火動作が終了した（Ｓ６０５）後、第１温度検知器１９で検知された温度が第１閾値以上であるか否かの判定が行われる（Ｓ６０６）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ６０６，ＮＯ）、再度ステップＳ５０６が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ６０６，ＹＥＳ）、空気供給器９からの燃焼空気流量を増加（Ｓ６０７）させた後、第１弁１６の開度を下げる（Ｓ６０８）。
第１弁１６の開度を下げた直後は、燃焼空気流路１０の圧損が増加するため、空気供給器９から供給される燃焼空気流量は低下する。燃料が一定のまま、燃焼空気流量が一定量低下すると、燃焼空気と燃料の比である空燃比も一定量低下し、排ガス中の一酸化炭素濃度が増大する。
ここで、空燃比が最適値に対して一定量増加した場合、排ガス中の一酸化炭素濃度の増加割合は、空燃比が最適値よりも一定量低下した場合の排ガス中の一酸化炭素濃度の増加割合に比べて低い。
したがって、第１弁１６の開度を下げる前に、空気供給器９からの燃焼空気流量を増加させておけば、第１弁１６の開度を下げた際に発生する排ガス中の一酸化炭素濃度の増加を抑制することができ、水素生成装置１を安定に運転することが可能となる。
なお、燃焼空気流量の増加（Ｓ６０７）前の過程は、本実施の形態に限られるものではなく、燃焼空気流量の増加（Ｓ６０７）は第１弁１６の開度を下げる（Ｓ６０８）前であればよいため、例えば、改質水供給開始後に燃焼器７での燃焼が安定した後、燃焼空気流量を増加させてもよい。
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
本発明の第７の実施の形態に係る水素生成装置１の装置構成については、制御器１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１の運転方法を除き、第１の実施の形態または第５の実施の形態と同様とすることができる。よって、図１または図６と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
第７の実施の形態の水素生成装置１は、制御器１３が、空気供給器９からの空気の供給量を減少させ、かつ、第１弁１６の開度を下げるよう制御する。
図９は、本発明の第７の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図９を参照しつつ、第７の実施の形態に係る水素生成装置１の運転方法を説明する。なお、図９に示される運転方法は、例えば、制御器１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１３が水素生成装置１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１の運転が開始されると（Ｓ７０１）、着火動作を行うか否かの判定が行われる（Ｓ７０２）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ７０２，ＮＯ）、再度ステップＳ７０２が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ７０２，ＹＥＳ）、第１弁１６の開度が上げられる（Ｓ７０３）。
その後、着火動作が行われ（Ｓ７０４）、着火動作が終了した（Ｓ７０５）後、第１温度検知器１９で検知された温度が第１閾値以上であるか否かの判定が行われる（Ｓ７０６）。判定結果がＮＯである場合には（Ｓ７０６，ＮＯ）、再度ステップＳ７０６が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には（Ｓ７０６，ＹＥＳ）、空気供給器９からの燃焼空気流量を増加（Ｓ７０７）させた後、空気供給器９からの燃焼空気流量を減少させ、かつ、第１弁１６の開度を下げる（Ｓ７０８）。
第１弁１６の開度を下げた直後は、前述のとおり、空気供給器９から供給される空気の供給量は低下する。ただし、その後は、空気供給器９の操作量を増加させて所定量の空気を供給するよう制御される。
すなわち、第１弁１６の開度を下げた直後は、第１弁１６の開度を下げる前に燃焼空気流量を増加させているため、最適な空燃比となるが、その後は燃焼空気流量の回復（増加）に伴い、空燃比がずれていくこととなる。
したがって、第１弁の開度を下げ、かつ、燃焼空気流量を低下させることにより、上述の空燃比のずれを抑制することができるため、燃焼器７での不安定な燃焼を抑制することができ、水素生成装置１を安定に運転することが可能となる。
なお、燃焼空気流量を増加させる（Ｓ７０７）前の過程は、本実施の形態に限られるものではなく、例えば、改質水供給開始後に燃焼器７での燃焼が安定した後、燃焼空気流量を増加させてもよい。
また、第１の実施の形態から第７の実施の形態の制御器１３が、起動完了後、水素利用機器（燃料電池８）に水素生成装置１の水素含有ガスを供給開始する繋ぎこみ時に、第１弁１６の開度を上げるよう制御しても構わない。
燃料電池８に水素生成装置１の水素含有ガスを供給開始する繋ぎこみ時には、燃焼器７で燃焼させるガスの流路が切り替わり、一時的に燃焼器７に供給される燃焼用ガスの量が変動して、燃焼器７での燃焼状態が不安定になり、燃焼空間および燃焼空気流路１０に圧力変動が生じる。このとき、燃焼空気流量の制御性が悪化するため、燃焼空気の供給過不足、または、燃焼火炎の振動（振動燃焼）が発生し、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題が起こる可能性がある。
ここで、燃料電池８に水素生成装置１の水素含有ガスを供給開始する繋ぎこみ時に、第１弁の開度を上げると、燃焼空気流路１０の圧損が小さくなり、燃料電池８に水素生成装置１の水素含有ガスを供給開始する繋ぎこみ時に発生する圧力変動が緩和され、不安定な燃焼を抑制することができる。
すなわち、燃焼空気は第１弁１６および絞り部１７のうちのどちらか一方を通過して燃焼器７に供給されるが、燃焼空気の全量は不変のため、第１弁の開度を上げると、燃焼空気が寄与する圧損は低下する。
したがって、燃料電池８に水素生成装置１の水素含有ガスを供給開始する繋ぎこみ時に発生する圧力変動が燃焼空気に与える影響は緩和されるため、不安定な燃焼が抑制されることとなる。
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、その構造および機能のうち少なくともいずれかの詳細を実質的に変更できる。
以上述べたように、実施の形態の水素生成装置１は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器６と、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、改質器６を加熱する燃焼器７と、燃焼器７に空気を供給する空気供給器９と、燃焼器７と空気供給器９とを接続する燃焼空気流路１０とを備えている。また、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器３と、空気を通流することで水添脱硫器３を冷却する冷却器１４と、燃焼空気流路１０に配置される絞り部１７と、燃焼空気流路１０のうちの絞り部１７の上流側より分岐し、冷却器１４を通流した後に、燃焼空気流路１０のうちの絞り部１７の下流側に合流する冷却流路１５とを備えている。さらに、冷却流路１５に配置される第１弁１６と、所定のタイミングで、第１弁１６の開度を上げる制御を行うように構成された制御器１３とを備えている。
上記構成において、燃焼空気は第１弁１６と絞り部１７のどちらか一方を通過して燃焼器７に供給され、燃焼空気の全量は不変である。よって、所定のタイミングで、第１弁１６の開度を上げると、燃焼空気流路１０の圧損が小さくなり、燃焼空気が寄与する圧損は低下する。
したがって、圧力変動が燃焼空気に与える影響は緩和されるため、不安定な燃焼が抑制されることとなり、水素生成装置１を安定に運転することが可能となる。
また、制御器１３は、燃焼器７の着火動作を行う場合に、第１弁１６の開度を上げるよう制御するように構成されていてもよい。
このような構成によれば、着火の際、第１弁１６の開度を上げると、燃焼空気流路１０の圧損が小さくなり、燃焼空気が寄与する圧損は低下する。したがって、着火時に発生する圧力変動が燃焼空気に与える影響は緩和されるため、不安定な燃焼が抑制されることとなり、水素生成装置１を安定に運転することが可能となる。
また、制御器１３が、起動中に改質器６に改質水を供給する場合に、第１弁１６の開度を上げるよう制御するように構成されていてもよい。
改質器６に改質水が供給される際、まず、改質器６の前段にて改質水が加熱され、水が水蒸気へと状態変化する。この状態変化に伴い、改質器６に供給される流体の体積が急激に増加するため、改質器６内に供給されていた原料が押し出される。
そして、押し出された原料は、燃料として燃焼器７で燃焼されるが、急激な燃料流量の増加により、燃焼器７での燃焼状態が不安定となり、燃焼空間および燃焼空気流路に圧力変動が生じる。このとき、燃焼空気流量の制御性が悪化するため、燃焼空気の供給過不足、および燃焼火炎の振動（振動燃焼）が発生し、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火が発生するという可能性が、従来の水素生成装置には存在する。
これに対して、上述の構成によれば、燃焼空気は第１弁１６と絞り部１７のどちらか一方を通過して燃焼器７に供給され、燃焼空気の全量は不変であるので、改質水を供給する際、第１弁１６の開度を上げると、燃焼空気流路１０の圧損が小さくなり、燃焼空気が寄与する圧損は低下する。
したがって、改質水供給時に発生する圧力変動が燃焼空気に与える影響は緩和されるため、不安定な燃焼が抑制されることとなり、水素生成装置１を安定に運転することが可能となる。
また、制御器１３が、着火動作の開始または終了時から第１設定時間経過後に、第１弁１６の開度を下げるよう制御するように構成されていてもよい。
制御器１３の制御によって、第１弁１６の開度が上げられている場合、第１弁１６の開度を上げていない場合と較べて、冷却器１４に、より多くの空気が供給されるため、水添脱硫器３がより冷却され、水添脱硫器３の温度上昇が遅くなるために水素生成装置１の起動時間が長くなってしまう。
そこで、着火動作の終了後、燃焼器７の燃焼状態が安定した時点で（着火動作開始時または着火動作終了時を起点として第１設定時間経過後に）、第１弁１６の開度を下げると、冷却器１４に供給される空気流量が低下し、水添脱硫器３の冷却が緩和される。
したがって、第１弁１６の開度を下げない場合と較べて、水添脱硫器３の温度が上昇しやすくなり、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。そして、第１設定時間を、着火動作開始時または着火動作終了時を起点として燃焼器７の燃焼状態が安定するまでの時間に設定することにより、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題を起こすことなく、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
また、制御器１３が、改質水の供給開始時から第２設定時間経過後に第１弁１６の開度を下げるよう制御するように構成されていてもよい。
改質水を供給する際の制御器１３の制御によって、第１弁１６の開度が上げられている場合、第１弁１６の開度を上げていない場合と較べて、冷却器１４に、より多くの空気が供給されるため、水添脱硫器３がより冷却され、水添脱硫器３の温度上昇が遅くなるために水素生成装置１の起動時間が長くなってしまう。
そこで、改質水供給開始後、燃焼器７の燃焼状態が安定した時点で（改質水の供給開始時から第２設定時間経過後に）、第１弁１６の開度を下げると、冷却器１４に供給される空気流量が低下し、水添脱硫器３の冷却が緩和される。
したがって、第１弁１６の開度を下げない場合と較べて、水添脱硫器３の温度が上昇しやすくなり、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。そして、第２設定時間を、改質水供給開始時から燃焼器７の燃焼状態が安定するまでの時間に設定することにより、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題を起こすことなく、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
さらに、改質器６の温度を検知する第１温度検知器１９をさらに備え、制御器１３が、第１温度検知器１９で検知された温度が第１閾値以上となった場合に、第１弁１６の開度を下げるよう制御するように構成されていてもよい。
制御器１３の制御によって、第１弁１６の開度が上げられている場合、第１弁１６の開度を上げていない場合と較べて、冷却器１４に、より多くの空気が供給されるため、水添脱硫器３がより冷却され、水添脱硫器３の温度上昇が遅くなるために水素生成装置１の起動時間が長くなってしまう。
そこで、燃焼器７の燃焼状態が安定した時点（第１温度検知器１９で検知された改質器６の温度が第１閾値以上となった時点）で、第１弁１６の開度を下げると、冷却器１４に供給される空気流量が低下し、水添脱硫器３の冷却が緩和される。
したがって、第１弁１６の開度を下げない場合と較べて、水添脱硫器３の温度が上昇しやすくなり、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。そして、燃焼器７の燃焼状態が安定したときに第１温度検知器１９で検知される温度を第１閾値と設定することにより、排ガス中の一酸化炭素濃度の増大または消火といった問題を起こすことなく、水素生成装置１の起動時間を短縮することが可能となる。
また、制御器１３が、第１弁１６の開度を下げる前に、空気供給器９からの空気の供給量を増加させるよう制御するように構成されていてもよい。
第１弁１６の開度を下げた直後は、燃焼空気流路１０の圧損が増加するため、空気供給器９から供給される燃焼空気流量は低下する。そして、燃料が一定のまま、燃焼空気流量が一定量低下すると、燃焼空気と燃料との比である空燃比も一定量低下し、排ガス中の一酸化炭素濃度が増大する。
ここで、空燃比が最適値に対して一定量増加した場合、排ガス中の一酸化炭素濃度の増加割合は、空燃比が最適値よりも一定量低下した場合の排ガス中の一酸化炭素濃度の増加割合に比べて低い。
したがって、第１弁１６の開度を下げる前に、空気供給器９からの燃焼空気流量を増加させておけば、第１弁１６の開度を下げた際に発生する排ガス中の一酸化炭素濃度の増加を抑制することができ、水素生成装置１を安定に運転することが可能となる。
さらに、制御器１３が、空気供給器９からの空気の供給量を減少させ、かつ、第１弁１６の開度を下げるよう制御するように構成されていてもよい。
第１弁１６の開度を下げた直後は、空気供給器９から供給される空気の供給量は低下する。ただし、その後は、空気供給器９の操作量を増加させて所定量の空気を供給するよう制御される。
すなわち、第１弁１６の開度を下げた直後は、第１弁１６の開度を下げる前に燃焼空気流量を増加させているため最適な空燃比となるが、その後は燃焼空気流量の回復（増加）に伴い、空燃比がずれていくこととなる。
したがって、第１弁１６の開度を下げ、かつ、燃焼空気流量を低下させることにより、上述の空燃比のずれを抑制することができるため、燃焼器７での不安定な燃焼を抑制することができ、水素生成装置１を安定に運転することが可能となる。
また、制御器１３が、起動完了後、水素利用機器に水素生成装置１の水素含有ガスを供給開始する繋ぎこみ時に、第１弁１６の開度を上げるよう制御する構成であってもよい。
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態の水素生成装置１０１について説明する。
［水素生成装置の構成］
図１０は、本発明の第８の実施の形態に係る水素生成装置１０１の概略構成の一例を模式的に示すブロック図である。
図１０に示されるように、本発明の第８の実施の形態に係る水素生成装置１０１は、改質器１０６、燃焼器１０７、空気供給器１０９、燃焼空気流路１１０、水添脱硫器１０３、冷却器１１４、絞り部１１７、冷却流路１１５、第１弁１１６、および制御器１１３を備えている。
改質器１０６は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する。燃焼器１０７は、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼させ、改質器１０６を加熱する。空気供給器１０９は、燃焼器１０７に空気を供給する。燃焼空気流路１１０は、燃焼器１０７と空気供給器１０９とを接続する。水添脱硫器１０３は、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する。冷却器１１４は、空気を通流することで水添脱硫器１０３を冷却する。絞り部１１７は、燃焼空気流路１１０に配置される。冷却流路１１５は、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の上流側より分岐し、冷却器１１４を通流した後に、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の下流側に合流する。第１弁１１６は、冷却流路１１５に配置される。制御器１１３は、所定のタイミング、本実施の形態においては停止処理中に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御するように構成されている。
ここで、原料とは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、およびＬＰＧ等の、少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガス、灯油、ならびに、メタノールおよびエタノール等のアルコールから選択されるものを用いることができる。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。
原料ガスには、原料ガス由来の硫黄化合物の他に、漏洩検知の目的でサルファイド類、またはメルカプタン類等の硫黄化合物が付臭剤として添加されている。具体的には、ターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ：ｔｅｒｔｉａｒｙ−ｂｕｔｙｌｍｅｒｃａｐｔａｎ）、ジメチルスルフィド（ＤＭＳ：ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｉｄｅ）、テトラヒドロチオフェン（ＴＨＴ：Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、硫化カルボニル（ＣＯＳ：ｃａｒｂｏｎｙｌ ｓｕｌｆｉｄｅ）、および硫化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｕｌｆｉｄｅ）等が例示される。
原料は原料流量調節器１０２に供給され、原料流量調節器１０２により流量制御された後、水素を主成分とする生成ガスの一部と混合し、２００℃から３００℃の温度範囲に制御された水添脱硫器１０３へと供給される。水添脱硫器１０３に充填される水添脱硫剤は、水添反応により硫黄化合物から硫化水素を生成する硫化水素生成剤と、硫化水素を吸着する硫化水素吸着剤とを備えている。硫化水素生成剤としては、例えば、Ｃｏ−Ｍｏ系の触媒が挙げられる。硫化水素吸着剤としては、例えば、酸化亜鉛が挙げられる。また、硫化水素生成剤と硫化水素吸着剤との機能を合わせ持つ、同じ触媒を用いてもよく、このような触媒としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系触媒およびＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系触媒が挙げられる。なお、水添脱硫器３に充填される水添脱硫剤は、例示であって、本発明は、これらの例に限定されるものではない。
脱硫された原料は、配管１０４を通って水供給器１０５から供給される水と混合され、水蒸発部を通過して水が加熱されて水蒸気となった後、改質器１０６に供給される。改質器１０６は、原料と水蒸気とを用いて、水蒸気改質反応により、水素、二酸化炭素、および一酸化炭素からなる水素含有ガスを生成する。
水素含有ガスは、水素利用機器１０８の被毒物質である一酸化炭素を低減する一酸化炭素の低減部を通って、水素利用機器１０８へ供給される。改質器１０６の内部には、改質触媒が配設されている。改質触媒によって、改質反応が進行し、原料および水から水素含有ガスを生成することができる。改質反応に要する熱は燃焼器１０７から供給される。改質触媒には、一般的に、Ｐｔ、Ｒｕ、およびＲｈ等の貴金属系触媒、ならびにＮｉからなる群の中から選択される、少なくとも１種が好適に用いられる。本例では、Ｒｕを含む改質触媒が用いられる。
燃焼器１０７は、水素利用機器１０８から排出された水素含有ガスを燃焼することによって、または、改質器１０６から排出されるガスを燃焼することによって、改質器１０６を加熱する。燃焼器１０７には、燃料として、水素含有ガスに加えて、他のガスが供給されてもよい。燃焼に必要な空気は、空気供給器１０９から燃焼空気流路１１０を介して燃焼器１０７へ供給される。燃焼器１０７によって生成された高温の燃焼ガスは、熱交換流路１１１を通って、改質器１０６を４５０℃から６５０℃に加熱し、燃焼排ガス経路１１２から排出される。
また、水添脱硫器１０３は、改質器１０６の熱を利用して、２００℃から３００℃の所定の温度に効率良く加熱されるように、改質器１０６の近傍に配置されている。水添脱硫器１０３と改質器１０６とが一体構成されているため、改質器１０６により水添脱硫器１０３を効率的に加熱することができ、水素生成装置１０１を効率良く運転することが可能となる。
なお、水添脱硫器１０３は、一酸化炭素の低減部の近傍に配置してもよい。水添脱硫器１０３には、水添脱硫器１０３と熱交換可能な位置に冷却器１１４が設けられている。この冷却器１１４には、燃焼空気流路１１０途中の第１分岐部Ａから分岐して第１合流部Ｂへ接続した冷却流路１１５が接続されており、冷却媒体として空気供給器１０９から供給された空気が通過するようになっている。
なお、冷却流路１１５の流路を流れる空気量を調節するため、冷却流路１１５には第１弁１１６が配置され、また、燃焼空気流路１１０の第１分岐部Ａと第１合流部Ｂとの間には、流路抵抗を調節可能な絞り部１１７が配置されている。絞り部１１７によって流路抵抗を設けることにより、燃焼空気の一部を冷却用の空気として冷却器１１４に供給することが可能となる。第１弁１１６としては、可変オリフィスまたは開閉弁を用いることができる。絞り部１１７としては、流路抵抗となるようなオリフィス、または可変オリフィスを用いることができる。
制御器１１３は、水素生成装置１０１の状態に基づいて第１弁１１６の開度を制御する。制御器１１３は、制御機能を有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する記憶部とを備えている。演算処理部としては、ＭＰＵ、およびＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器１１３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。
［運転方法］
図１１は、本発明の第８の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図１１を参照しつつ、本発明の第８の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法を説明する。なお、図１１に示される運転方法は、例えば、制御器１１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１１３が水素生成装置１０１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１０１の停止処理が開始されると（Ｓ１１０１）、第１弁１１６の開度が上げられる（Ｓ１１０２）。
停止処理では、水素生成装置１０１を冷却するため、空気供給器１０９によって多量の空気が供給される。しかし、燃焼空気流路１１０に流路抵抗である絞り部１１７が設けられているため、空気供給器１０９にかかる負荷が大きくなり、空気供給器１０９の操作量が上限に達してしまう。このため、冷却時に必要な所定量の空気を供給できず、停止時間が延長する。停止時間が延長すると、次の起動が遅れて発電までの時間が延長したり、メンテ時間が延長したり、といった問題が生じる。
ここで、停止処理の際、第１弁１１６の開度を上げると、燃焼空気流路１１０の抵抗が小さくなり、冷却に必要な所定量の空気を供給することができる。すなわち、冷却空気は、第１弁１１６と絞り部１１７とのどちらか一方を通過して燃焼器１０７に供給されるが、冷却空気の全量は不変のため、第１弁１１６の開度を上げると、冷却空気の全量が通過する燃焼空気流路１１０にかかる抵抗が低下する。したがって、空気供給器１０９にかかる負荷が緩和され、空気供給器１０９の操作量が上限に達することなく、冷却時に所定量の空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができ、水素生成装置１０１の停止時間の短縮が可能となる。
以上述べたように、第８の実施の形態に係る水素生成装置１０１は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器１０６と、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、改質器１０６を加熱する燃焼器１０７と、燃焼器１０７に空気を供給する空気供給器１０９とを備えている。また、燃焼器１０７と空気供給器１０９とを接続する燃焼空気流路１１０と、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器１０３と、空気を通流することで水添脱硫器１０３を冷却する冷却器１１４とを備えている。さらに、燃焼空気流路１１０に配置される絞り部１１７と、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の上流側より分岐し、冷却器１１４を通流した後に、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の下流側に合流する冷却流路１１５と、冷却流路に配置される第１弁１１６とを備えている。さらに、停止処理中に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御する制御器１１３を備えている。
このような構成によれば、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態における水素生成装置１０１について説明する。
第９の実施の形態の水素生成装置１０１は、第８の実施の形態の水素生成装置１０１と同様の構成である。そして、制御器１１３は、停止処理中で、かつ、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給を停止した後に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御するように構成されている。
このような構成によれば、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
第９の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の装置構成については、制御器１１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１０１の運転方法を除いて、第８の実施の形態と同様とすることができる。したがって、図１０と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。第９の実施の形態においても、第８の実施の形態と同様の変形が可能である。
［運転方法］
図１２は、本発明の第９の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図１２を参照しつつ、第９の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法を説明する。なお、図１２に示される運転方法は、例えば、制御器１１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１１３が水素生成装置１０１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１０１の停止処理が開始されると（Ｓ１２０１）、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給が停止（Ｓ１２０２）された後、第１弁１１６の開度が上げられる（Ｓ１２０３）。
停止処理への移行後、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給が停止されると、燃焼器１０７での燃焼が停止され、水素生成装置１０１の冷却工程に移る。すなわち、空気供給器１０９の操作量を上げて、所定量の多量な空気が水素生成装置１０１に供給される。燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給が停止された後、第１弁１１６の開度を上げることにより、前述のとおり、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができる。したがって、冷却工程の開始時より、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
第１０の実施の形態の水素生成装置１０１は、第９の実施の形態の水素生成装置１０１であって、制御器１１３は、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給を停止した後で、かつ、原料の改質に利用される水の供給を停止した後に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御するように構成されている。
このような構成によれば、水素生成装置１０１を安定に停止させることができ、また、停止時に所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
第１０の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の装置構成については、制御器１１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１０１の運転方法を除いて、第８の実施の形態と同様とすることができる。よって、図１０と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
［運転方法］
図１３は、本発明の第１０の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図１３を参照しつつ、第１０の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法を説明する。なお、図１３に示される運転方法は、例えば、制御器１１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１１３が水素生成装置１０１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１０１の停止処理が開始されると（Ｓ１３０１）、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給が停止（Ｓ１３０２）された後、原料の改質に利用される水の供給が停止（Ｓ１３０３）された後、第１弁１１６の開度が上げられる（Ｓ１３０４）。
停止処理への移行後、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給が停止される際には、改質器１０６へ供給される原料が停止される。すなわち、原料が停止されると、改質器１０６を介して供給される燃焼器１０７への燃焼用ガスが停止されることとなる。
ここで、原料が停止される前に原料の改質に利用される水の供給が停止されると、改質器１０６に原料のみが供給される期間ができる。高温状態の改質器１０６に原料のみが供給されると、原料が改質器１０６内で炭化してしまい、改質器１０６の性能が低下してしまう。このため、原料の供給を停止した後、水の供給を停止することにより、水素生成装置１０１を安全に停止させることが可能となる。
水の供給が停止されると、水素生成装置１０１は冷却工程に移る。すなわち、空気供給器１０９の操作量を上げて、所定量の多量の空気が水素生成装置１０１に供給される。燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給が停止された後、第１弁１１６の開度を上げると、前述のとおり、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができる。したがって、冷却工程の開始時より、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
（第１１の実施の形態）
次に、本発明の第１１の実施の形態について説明する。
第１１の実施の形態の水素生成装置１０１は、第９の実施の形態または第１０の実施の形態の水素生成装置１０１であって、制御器１１３は、燃焼器１０７の消火を検知した後に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御するように構成されている。
このような構成によれば、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
第１１の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の装置構成については、制御器１１３による制御の内容、すなわち水素生成装置１０１の運転方法を除いて、第８の実施の形態と同様とすることができる。よって、図１０と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
［運転方法］
図１４は、本発明の第１１の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法の一例を示すフローチャートである。
以下、図１４を参照しつつ、本発明の第１０の実施の形態にかかる水素生成装置１０１の運転方法を説明する。なお、図１４に示される運転方法は、例えば、制御器１１３に記憶されているプログラムに従って、制御器１１３が水素生成装置１０１の各部を制御することにより実行されうる。
水素生成装置１０１の停止処理が開始されると（Ｓ１４０１）、燃焼器１０７の消火が検知（Ｓ１４０２）された後、第１弁１１６の開度が上げられる（Ｓ１４０３）。停止処理への移行後、燃焼器１０７の消火が検知されると、水素生成装置１０１の冷却工程に移る。すなわち、空気供給器１０９の操作量を上げて、所定量の多量空気が水素生成装置１０１に供給される。燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給が停止された後、第１弁１１６の開度を上げると、前述のとおり、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができる。したがって、冷却工程の開始時より、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。なお、燃焼器１０７の消火検知方法として、本実施の形態では、火炎を検知するフレームロッドを用いているが、他に燃焼器１０７の温度を検知する熱電対等を用いてもよい。
（第１２の実施の形態）
次に、本発明の第１２の実施の形態について説明する。
第１２の実施の形態の燃料電池システム１２１は、第８の実施の形態から第１１の実施の形態のいずれかに記載された水素生成装置１０１と、水素生成装置１０１から供給された水素含有ガスを用いて発電を行う燃料電池１２０とを備えている。
このような構成では、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、燃料電池システム１２１の停止時間を短縮することが可能となる。
［装置構成］
図１５は、本発明の第１２の実施の形態にかかる燃料電池システム１２１の概略構成の一例を示す模式図である。
本発明の第１２の実施の形態の燃料電池システム１２１において、水素生成装置１０１の構成は、第８の実施の形態およびその変形例の水素生成装置１０１と同様に構成することができる。よって、図１５と図１０とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
燃料電池１２０は、水素生成装置１０１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１２０は、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池、または、りん酸形燃料電池等を用いることができる。
［運転方法］
本実施の形態における燃料電池システム１２１の動作は、第８の実施の形態から第１１の実施の形態、および、それらの変形例のうち、少なくともいずれか一つの水素生成装置１０１と同様とすることができる。よって、詳細な説明は省略する。かかる構成により、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、燃料電池システム１２１の停止時間を短縮することが可能となる。
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、その構造および機能のうち少なくともいずれかの詳細を実質的に変更できる。
以上述べたように、実施の形態の水素生成装置１０１は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器１０６と、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、改質器１０６を加熱する燃焼器１０７と、燃焼器１０７に空気を供給する空気供給器１０９とを備えている。また、燃焼器１０７と空気供給器１０９とを接続する燃焼空気流路１１０と、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器１０３と、空気を通流することで水添脱硫器１０３を冷却する冷却器１１４とを備えている。また、燃焼空気流路１１０に配置される絞り部１１７と、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の上流側より分岐し、冷却器１１４を通流した後に、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の下流側に合流する冷却流路１１５と、冷却流路に配置される第１弁１１６と、所定のタイミング、一例として停止処理中に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御する制御器１１３とを備えている。
この構成により、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
また、水素生成装置１０１の制御器１１３は、停止処理中で、かつ、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給を停止した後に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御する構成であってもよい。
このような構成によれば、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
また、水素生成装置１０１の制御器１１３は、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給を停止した後で、かつ、原料の改質に利用される水の供給を停止した後に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御する構成であってもよい。
このような構成により、停止時間を短縮することが可能となる。また、水素生成装置１０１を安定に停止することができ、また、停止時に所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
また、制御器１１３は、燃焼器１０７の消火を検知した後に、第１弁１１６の開度を上げるよう制御する構成であってもよい。
このような構成により、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
また、実施の形態の燃料電池システム１２１は、水素生成装置１０１と、水素生成装置１０１から供給された水素含有ガスを用いて発電を行う燃料電池１２０とを備えている。
このような構成により、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、燃料電池システム１２１の停止時間を短縮することが可能となる。
また、実施の形態の水素生成装置１０１は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器１０６と、原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、改質器１０６を加熱する燃焼器１０７と、燃焼器１０７に空気を供給する空気供給器１０９とを備えている。また、燃焼器１０７と空気供給器１０９とを接続する燃焼空気流路１１０と、原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器１０３と、空気を通流することで水添脱硫器１０３を冷却する冷却器１１４とを備えている。さらに、燃焼空気流路１１０に配置される絞り部１１７と、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の上流側より分岐し、冷却器１１４を通流した後に、燃焼空気流路１１０のうちの絞り部１１７の下流側に合流する冷却流路１１５とを備えている。さらに、冷却流路に配置される第１弁１１６を備えている。このような水素生成装置１０１の運転方法において、停止処理中に、第１弁１１６の開度を上げるステップを有することが説明されている。この方法により、停止時間を短縮することが可能となる。
また、停止処理中で、かつ、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給を停止した後に、第１弁１１６の開度を上げる方法であってもよい。
この方法により、停止時に所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
また、燃焼器１０７への燃焼用ガスの供給を停止した後で、かつ、原料の改質に利用される水の供給を停止した後に、第１弁１１６の開度を上げる方法であってもよい。
この方法により、水素生成装置１０１を安定に停止することができ、また、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
また、燃焼器１０７の消火を検知した後に、第１弁１１６の開度を上げる方法であってもよい。
このような方法により、停止時に、所定量の冷却空気を水添脱硫器１０３および燃焼器１０７に供給することができるため、水素生成装置１０１の停止時間を短縮することが可能となる。
以上述べたように、本発明によれば、燃焼器での不安定な燃焼を抑制することができる、という格別な効果を奏することができる。よって、本発明は、炭化水素系の原料と水とを反応させることにより、水素を生成する水素生成装置、より具体的には、原料中に含まれ、水素生成装置に有害な硫黄化合物を、水添反応によって除去する水添脱硫器を有する水素生成装置、およびその運転方法等として有用である。
１，１０１ 水素生成装置
２，１０２ 原料流量調節器
３，１０３ 水添脱硫器
４，１０４ 配管
５，１０５ 水供給器
６，１０６ 改質器
７，１０７ 燃焼器
８，１２０ 燃料電池
９，１０９ 空気供給器
１０，１１０ 燃焼空気流路
１１，１１１ 熱交換流路
１２，１１２ 燃焼排ガス経路
１３，１１３ 制御器
１４，１１４ 冷却器
１５，１１５ 冷却流路
１６，１１６ 第１弁
１７，１１７ 絞り部
１９ 第１温度検知器
１０８ 水素利用機器
１２１ 燃料電池システム

Claims (14)

  1. 炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
    原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、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、
    前記燃焼器と前記空気供給器とを接続する燃焼空気流路と、
    原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器と、
    空気を通流することで前記水添脱硫器を冷却する冷却器と、
    前記燃焼空気流路に配置される絞り部と、
    前記燃焼空気流路のうちの前記絞り部の上流側より分岐し、前記冷却器を通流した後に、前記燃焼空気流路のうちの前記絞り部の下流側に合流する冷却流路と、
    前記冷却流路に配置される第１弁と、
    所定のタイミングで、前記第１弁の開度を上げる制御を行うように構成された制御器と、
    を備えた水素生成装置。
  2. 前記制御器は、前記燃焼器の着火動作を行う場合に、前記第１弁の開度を上げる制御を行うように構成された、
    請求項１に記載の水素生成装置。
  3. 前記制御器は、起動中に前記改質器に改質水を供給する場合に、前記第１弁の開度を上げるよう制御するように構成された、請求項１に記載の水素生成装置。
  4. 前記制御器は、前記着火動作の開始または終了時から第１設定時間経過後に、前記第１弁の開度を下げるよう制御するように構成された、請求項２に記載の水素生成装置。
  5. 前記制御器は、前記改質水の供給開始時から第２設定時間経過後に、前記第１弁の開度を下げるよう制御するように構成された、請求項３に記載の水素生成装置。
  6. 前記改質器の温度を検知する第１温度検知器をさらに備え、
    前記制御器は、起動中に、前記第１温度検知器で検知された温度が第１閾値以上となった場合に、前記第１弁の開度を下げるよう制御するように構成されている、
    請求項２または請求項３に記載の水素生成装置。
  7. 前記制御器は、前記第１弁の開度を下げる前に、前記空気供給器からの空気の供給量を増加させるよう制御するように構成されている、
    請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の水素生成装置。
  8. 前記制御器は、前記空気供給器からの空気の供給量を減少させ、かつ、前記第１弁の開度を下げるよう制御するように構成されている、
    請求項７に記載の水素生成装置。
  9. 前記制御器は、起動完了後、水素利用機器に前記水素生成装置の水素含有ガスを供給開始する繋ぎこみ時に、前記第１弁の開度を上げるよう制御するように構成されている、
    請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の水素生成装置。
  10. 前記制御器は、停止処理中に、前記第１弁の開度を上げる制御を行うように構成された、
    請求項１に記載の水素生成装置。
  11. 前記制御器は、前記停止処理中で、かつ、前記燃焼器への前記燃焼用ガスの供給を停止した後に、前記第１弁の開度を上げるよう制御するように構成された、
    請求項１０に記載の水素生成装置。
  12. 前記制御器は、前記燃焼器への前記燃焼用ガスの供給を停止した後で、かつ、前記原料の改質に利用される水の供給を停止した後に、前記第１弁の開度を上げるよう制御するように構成された、
    請求項１１に記載の水素生成装置。
  13. 前記制御器は、前記燃焼器の消火を検知した後に、前記第１弁の開度を上げるよう制御するように構成された、
    請求項１１または請求項１２に記載の水素生成装置。
  14. 炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
    原料または水素含有ガスである燃焼用ガスと、空気とを燃焼させ、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、
    前記燃焼器と前記空気供給器とを接続する燃焼空気流路と、
    原料中の硫黄成分を水素添加反応により除去する水添脱硫器と、
    空気を通流することで前記水添脱硫器を冷却する冷却器と、
    前記燃焼空気流路に配置される絞り部と、
    前記燃焼空気流路のうちの前記絞り部の上流側より分岐し、前記冷却器を通流した後に、前記燃焼空気流路のうちの前記絞り部の下流側に合流する冷却流路と、
    前記冷却流路に配置される第１弁と、
    を備えた水素生成装置の運転方法であって、
    所定のタイミングで、前記第１弁の開度を上げるステップを
    備えた水素生成装置の運転方法。
JP2015538168A 2014-02-05 2015-02-04 水素生成装置および水素生成装置の運転方法 Active JP6500237B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014020030 2014-02-05
JP2014020030 2014-02-05
JP2014033761 2014-02-25
JP2014033761 2014-02-25
PCT/JP2015/000486 WO2015118860A1 (ja) 2014-02-05 2015-02-04 水素生成装置および水素生成装置の運転方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015118860A1 true JPWO2015118860A1 (ja) 2017-03-23
JP6500237B2 JP6500237B2 (ja) 2019-04-17

Family

ID=53777672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015538168A Active JP6500237B2 (ja) 2014-02-05 2015-02-04 水素生成装置および水素生成装置の運転方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3103765B1 (ja)
JP (1) JP6500237B2 (ja)
WO (1) WO2015118860A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7396176B2 (ja) 2020-04-06 2023-12-12 株式会社アイシン 燃料電池システム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197246A (ja) * 2001-12-27 2003-07-11 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2003277007A (ja) * 2003-04-23 2003-10-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素発生装置
JP2005209459A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃焼装置
JP2007070130A (ja) * 2005-09-05 2007-03-22 Fuji Electric Holdings Co Ltd 水素発生装置およびこれを備えた発電システム
JP2010025376A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Yoshitake Inc 温水製造装置
WO2010109863A1 (ja) * 2009-03-27 2010-09-30 パナソニック株式会社 燃料電池システム
JP2012116666A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Panasonic Corp 水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10214632A (ja) 1997-01-31 1998-08-11 Toshiba Corp 燃料電池発電装置
US8206857B2 (en) * 2007-06-26 2012-06-26 Hyteon Inc. Fuel cell combined heat and power generation
JP5337555B2 (ja) * 2009-03-31 2013-11-06 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 脱硫装置及び燃料電池システム
JP6098795B2 (ja) * 2012-11-29 2017-03-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体酸化物形燃料電池システム
JP5879552B2 (ja) * 2013-03-19 2016-03-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置、そ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
JP6142286B2 (ja) * 2013-03-26 2017-06-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置
JP2015022863A (ja) * 2013-07-18 2015-02-02 パナソニック株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003197246A (ja) * 2001-12-27 2003-07-11 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2003277007A (ja) * 2003-04-23 2003-10-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素発生装置
JP2005209459A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃焼装置
JP2007070130A (ja) * 2005-09-05 2007-03-22 Fuji Electric Holdings Co Ltd 水素発生装置およびこれを備えた発電システム
JP2010025376A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Yoshitake Inc 温水製造装置
WO2010109863A1 (ja) * 2009-03-27 2010-09-30 パナソニック株式会社 燃料電池システム
JP2012116666A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Panasonic Corp 水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015118860A1 (ja) 2015-08-13
JP6500237B2 (ja) 2019-04-17
EP3103765A1 (en) 2016-12-14
EP3103765A4 (en) 2016-12-14
EP3103765B1 (en) 2019-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5681211B2 (ja) 水素発生装置、これを備える燃料電池システム、及び水素発生装置の運転方法
JP5852011B2 (ja) 燃料電池システム
JP2012116666A (ja) 水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム
JP5879552B2 (ja) 水素生成装置、そ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
WO2015118860A1 (ja) 水素生成装置および水素生成装置の運転方法
JPWO2012091121A1 (ja) 燃料電池システム
JPWO2015177949A1 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム及びその停止方法
JP5926866B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム及びその停止方法
JP5531168B2 (ja) 水素生成装置
JP2012158489A (ja) 水素生成装置および燃料電池システムの運転方法
JP2015022863A (ja) 燃料電池システム
JP5938580B2 (ja) 水素生成装置
JP2015157732A (ja) 水素生成装置、これを備えた燃料電池システム、水素生成装置の運転方法
JP6142286B2 (ja) 水素生成装置
JP2011256059A (ja) 水素生成装置および燃料電池システムの運転方法
JP2016130192A (ja) 水素生成装置及び燃料電池システムとそれらの運転方法
EP2985259B1 (en) Hydrogen generator and fuel cell system including the same
JP2016119151A (ja) 燃料電池システム、及び燃料電池システムの運転方法
JP2014116099A (ja) 燃料電池システム
JP6089210B2 (ja) 水素生成装置
JP2015159061A (ja) 燃料電池システム並びにその運転方法
JP2016197536A (ja) 脱硫システム、改質システム、燃料電池システム及び脱硫済原料の製造方法
JP2016034881A (ja) 水素生成装置及びその運転方法並びに燃料電池システム
JP2016100160A (ja) 燃料電池システム
JP2013134920A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171013

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181226

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20190116

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190218

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6500237

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151