(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器に流入する前の原料に水素含有ガスを供給するためのリサイクル流路と、前記改質器に原料を供給する昇圧器と、前記改質器に供給される原料が流れる原料供給路と、前記昇圧器よりも下流かつ前記水添脱硫器よりも上流の前記原料供給路に設けられ、前記リサイクル流路から流入した水素含有ガスが、その内部において原料と合流するエジェクターとを備える水素生成装置。
【請求項２】
前記昇圧器と前記エジェクターとの間の前記原料供給路から分岐し、前記エジェクターと前記水添脱硫器との間の前記原料供給路に合流する第１分岐路と、
前記第１分岐路上に配置され、前記原料中の硫黄化合物を除去する常温脱硫器と、
前記原料が前記エジェクター又は前記常温脱硫器を流通するように切替る切替器と、
を備える、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記昇圧器と前記エジェクターとの間の前記原料供給路から分岐し、前記水添脱硫器と前記改質器との間の前記原料供給路に合流する第２分岐路と、
前記第２分岐路上に配置され、前記原料中の硫黄化合物を除去する常温脱硫器と、
前記原料が前記エジェクター又は前記常温脱硫器を流通するように切替る切替器と、
を備える、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記昇圧器よりも上流の前記原料供給路から分岐し、前記昇圧器よりも上流の前記原料供給路に合流する第３分岐路と、
前記第３分岐路上に配置され、前記原料中の硫黄化合物を除去する常温脱硫器と、
前記原料が前記常温脱硫器又は前記原料供給路を流通するように切替る切替器と、
を備える、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記切替器を制御する制御器を備え、
前記制御器は、前記原料流量が所定の閾値以上である場合に、前記原料が前記エジェクターを流通するよう切替、前記原料流量が所定の閾値より小さい場合に、前記原料が前記常温脱硫器を流通するよう切替る、請求項２−４のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記昇圧器と前記エジェクターとの間の前記原料供給路から分岐し、前記エジェクターと前記水添脱硫器との間の前記原料供給路に合流する第１分岐路と、
前記原料が前記エジェクター又は前記第１分岐路を流通するように切替る切替器と、
を備える、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記エジェクターを加熱する加熱器を備える請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記加熱器は、前記リサイクル流路を加熱する、請求項７に記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記加熱器は、前記改質器を加熱する、請求項７又は８記載の水素生成装置。
【請求項１０】
請求項１−９のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置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とを備える燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池であり、前記改質器と前記燃料電池とを内部に備えるホットモジュールを備え、前記エジェクターは、前記ホットモジュールからの熱を受けるよう構成されている、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記昇圧器と前記エジェクターとの間の原料供給路に配置された開閉弁を備え、前記開閉弁はホットモジュール外に設けられる、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、原料の改質により生成した水素リッチな燃料と、酸化剤である空気中の酸素の反応により電気エネルギーを高い効率で取り出すことができる。原料の改質に用いられる触媒は硫黄被毒により活性が著しく低下することはよく知られており、原料を改質器に供給する前に、硫黄分を除去する必要がある。【０００３】
原料中の硫黄化合物を除去する方法としては、常温で吸着剤による吸着脱硫を行う常温脱硫方式と、水添触媒上で硫黄化合物を水素と反応させて硫化水素とし、硫化水素を吸着及び除去する水添方式がある。【０００４】
常温脱硫方式では、加熱が不要であるためシステム構成は簡単になるが、脱硫剤の吸着容量は大きくないため、定期的な脱硫剤の交換が必要となる。【０００５】
一方、水添方式は、吸着容量が大きく、長時間の運転においても脱硫剤の交換が不要となるようにシステムを構成することが可能となる。しかし、硫黄化合物を含む原料を水添触媒に供給する前に水素と混合させ、水添触媒は３００℃前後に加熱される必要がある。【０００６】
一般に、家庭用の燃料電池システムでは原料に混合する水素源として、改質器で生成した水素含有ガスの一部を循環させる方式が用いられている。この方式では、改質器で水素含有ガスが生成されるまでは水素がないため、この間の改質触媒の硫黄被毒を避ける目的で吸着脱硫のための吸着剤を設ける等の措置がとられている。【０００７】
また、改質器で生成した水素含有ガスの一部を循環させるためには、リサイクル流路にブロワ等の圧送装置を設ける方法、あるいは、水素含有ガスの圧力が原料供給路と水素含有ガス循環経路の合流部の圧力より高くなるように、合流部上流にオリフィス等を設け、圧力バランスを調整する方法等が用いられる。【０００８】
ところで、１ｋＷ程度の家庭用の燃料電池システムでは、燃料電池の作動温度が８０℃程度以下であることから、循環する水素含有ガス中の水蒸気が結露し、原料を供給する昇圧器に凝縮水が供給される可能性がある。【０００９】
そこで、改質器で生成した水素含有ガスの循環方式として、改質器で生成した水素含有ガスの一部を凝縮器に通じて水蒸気を除去した後、昇圧器上流側で原料供給路と合流させる方法（例えば、特許文献１−２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４４９３２５７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１６３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記の従来例では、下記に述べる課題がある。【００１２】
リサイクル流路を経由して昇圧器に流入する水素含有ガス中の水蒸気が昇圧器へ流入する前に結露すると昇圧器に凝縮水が供給される場合がある。昇圧器に凝縮水が供給された場合、凝縮水流入による昇圧器の性能への悪影響の問題等が懸念される。【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、昇圧器に凝縮水が供給される可能性を低減し得る水素生成装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の一態様の水素生成装置は、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器に流入する前の原料に水素含有ガスを供給するためのリサイクル流路と、前記改質器に原料を供給する昇圧器と、前記改質器に供給される原料が流れる原料供給路と、前記昇圧器よりも下流かつ前記水添脱硫器よりも上流の前記原料供給路に設けられ、前記リサイクル流路からの水素含有ガスが流入するエジェクターとを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様の水素生成装置及び燃料電池システムは、従来に比べ、昇圧器に凝縮水が供給される可能性を低減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、第２実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図３】図３は、第３実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図４】図４は、第４実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図５】図５は、第５実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図６】図６は、第５実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図７】図７は、第５実施形態の水素生成装置の動作の一例を示す図である。
【図８】図８は、第６実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図９】図９は、第７実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第７実施形態の第１変形例の水素生成装置の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第７実施形態の第２変形例の水素生成装置の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第８実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第９実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図１４】図１４は、第１０実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明者らは、改質器に原料を供給する昇圧器での凝縮水の問題について鋭意検討し、以下の知見を得た。
【００１８】
特許文献１−２の如く、リサイクルガス中には水蒸気が含まれるので冷やされると、リサイクルガスから凝縮水が発生する。例えば、リサイクルガスよりも低温の原料がリサイクルガスと混合すると、リサイクルガスが冷やされるので、これらの混合ガスの供給先である昇圧器に凝縮水が流入する。すると、昇圧器において、凝縮水による流路閉塞などが発生し、適量のガス流量を供給できないという問題、または昇圧器が故障するという問題などが生じる可能性がある。
【００１９】
そこで、第１実施形態の水素生成装置は、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器と、水添脱硫器に流入する前の原料に水素含有ガスを供給するためのリサイクル流路と、改質器に原料を供給する昇圧器と、改質器に供給される原料が流れる原料供給路と、昇圧器よりも下流かつ水添脱硫器よりも上流の原料供給路に設けられ、リサイクル流路からの水素含有ガスが流入するエジェクターとを備える。
【００２０】
かかる構成により、リサイクル流路からの水素含有ガスは、昇圧器よりも下流のエジェクターに流入する。よって、従来に比べ、昇圧器に凝縮水が供給される可能性を低減し得る。
【００２１】
［装置構成］
図１は、第１実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【００２２】
図１に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、を備える。
【００２３】
改質器３は、原料を用いて水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器３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などが挙げられる。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、改質器３を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。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３に空気を供給する空気供給器が設けられる。なお、原料は、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧなど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含有する。
【００２４】
原料供給路５は、改質器３に供給される原料が流れる流路である。
【００２５】
水添脱硫器２は、原料中の硫黄化合物を除去する。水添脱硫器２は、容器に水添脱硫剤が充填され構成される。水添脱硫剤は、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒が用いられる。水添脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、原料中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成しても構わない。
【００２６】
リサイクル流路８は、水添脱硫器２に流入する前の原料に水素含有ガスを供給するための流路である。リサイクル流路８の上流端は、改質器３より送出された水素含有ガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。例えば、改質器３の下流に水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器を設けた場合、リサイクル流路８の上流端は、改質器３とＣＯ低減器との間の流路に接続されていてもよいし、ＣＯ低減器に接続されていてもよいし、ＣＯ低減器の下流に接続されていてもよい。なお、ＣＯ低減器が、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器とを備える場合、リサイクル流路８の上流端を変成器とＣＯ除去器との間の流路に接続するよう構成しても構わない。また、リサイクル流路８の上流端を、水素含有ガスを利用する機器（例えば、燃料電池など）の下流の流路に接続しても構わない。なお、水素生成装置１００はＣＯ低減器を必ずしも備える必要はなく、水素生成装置１００にて生成した水素含有ガスを用いる装置に対して必要な性能を出すことができれば、無くても構わない。
【００２７】
昇圧器１は、改質器３に原料を供給する。改質器３及び水添脱硫器２に原料を供給するために、昇圧器１を用いて原料が昇圧される。つまり、所定量の原料を流すには、昇圧器１の下流側での機器における流路抵抗を考慮した圧力まで、原料が昇圧される必要がある。昇圧器１は、原料を昇圧できれば、いかなる構成であっても構わない。昇圧器１は、例えば、ブロア、ダイヤフラム式のポンプなどを用いることができる。なお、原料は、原料供給源より供給される。原料供給源は、所定の供給圧を有しており、例えば、原料ボンベ、原料インフラなどが挙げられる。
【００２８】
エジェクター９は、昇圧器１よりも下流かつ水添脱硫器２よりも上流の原料供給路５に設けられ、リサイクル流路８からの水素含有ガスが流入する。具体的には、エジェクター９は、昇圧器１からの原料の流速を増加させることで、リサイクル流路８の上流端の圧力よりもエジェクター９内の原料供給路５の圧力を低下させ、リサイクル流路８内の水素含有ガスを引き込むよう構成された装置である。具体的には、エジェクター９において、原料供給路５の断面積を狭める絞り機構を備え、この絞り機構によって、原料の流速を増加させて、絞り機構を形成する部分よりも原料の流速が低速の低流速部に比べて低い圧力を発生する装置である。上記絞り機構は、エジェクター９における原料供給路５の少なくとも一部に設けられていればよい。
【００２９】
また、エジェクター９は、原料の流速が最大となる位置で、リサイクル流路８が、エジェクター９の原料供給路５と合流するように構成してもよい。原料の流速が最大となる位置では、ガス圧力が最も低下する。よって、このガス圧力が、リサイクル流路８の上流側よりも低圧力となるように、エジェクター９のガス流路断面積を設計すると、リサイクル流路８からの水素含有ガスをエジェクター９に引き込むことができる。このようなエジェクター９による水素含有ガス引き込みの作用により、圧力バランスを取るための機器（例えば、減圧器など）をリサイクル流路８に設けない構成が可能となる。これにより、水素生成装置１００の構成を簡素化でき、水素生成装置１００のコストを低減できる。
【００３０】
以上により、本実施形態の水素生成装置１００では、硫黄化合物を含む原料を駆動源としてエジェクター９を駆動するため、昇圧器１は水分を含んだ水素含有ガスを扱わずに、水素化反応に必要な水素を水添脱硫器２に循環供給することができる。よって、従来に比べ、昇圧器１に凝縮水が供給される可能性を低減し得る。また、簡便な構成で水素含有ガスが循環可能となる。
【００３１】
なお、水添脱硫器２は改質器３内に含まれる一体構成としても構わない。また、必要に応じて、リサイクル流路８の開放及び遮断を目的とした開閉弁等を設けた構成としても構わない。
【００３２】
また、エジェクター９の上流で原料供給路５を分岐させ、改質器３で水素含有ガス生成が可能となるまでの改質触媒昇温のための燃焼用原料供給路を形成としも構わない。
【００３３】
これにより、改質器３で水素含有ガス生成が可能な温度になった後、原料がエジェクター９を流通する流路に切替る構成とすることで、水素含有ガスが生成するまでの原料に含まれる硫黄化合物は燃焼により燃焼排気ガスとして水素生成装置１００外に排出され、改質器３の改質触媒の硫黄被毒および水添脱硫器２の長寿命化を両立することができる。
【００３４】
［動作］
以下、水素生成装置１００の動作について図１を用いて説明する。
【００３５】
水素生成装置１００を運転している時、原料が水添脱硫器２を通過して、原料中の硫黄化合物が除去される。
【００３６】
改質器３にて生成した水素含有ガスの一部を、リサイクル流路８を通じて、原料供給路５に戻し、水素含有ガスを原料と混合した後、水添脱硫器２に供給する。水素含有ガスを水添脱硫器２に供給すると、水添脱硫器２は、原料中の硫黄化合物を水添反応により除去できる。
【００３７】
このとき、本実施形態では、改質器３からの水素含有ガスは、リサイクル流路８を経て、エジェクター９において原料と混合した後、水添脱硫器２に供給される。つまり、リサイクル流路８との合流部よりも下流の原料供給路５は、原料及びリサイクルガスの混合ガスが流れる。エジェクター９では、上記のとおり、原料供給路５の断面積が徐々に狭くなり、リサイクル流路８との合流部よりも下流で、原料供給路５の断面積が徐々に広くなる。これにより、上記の合流部において、原料の流速が最も速くなるので、ガス圧力は最も低下する。そして、合流部のガス圧力が、リサイクル流路の上流側の圧力よりも低くなるように、エジェクター９のガス流路断面積を設計すると、リサイクルガスを原料供給路５に引き込むことができる。
【００３８】
（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、昇圧器とエジェクターとの間の原料供給路から分岐し、エジェクターと水添脱硫器との間の原料供給路に合流する第１分岐路と、第１分岐路上に配置され、原料中の硫黄化合物を除去する常温脱硫器と、原料がエジェクター又は常温脱硫器を流通するように切替る切替器とを備える。
【００３９】
かかる構成により、原料が第１分岐路を流通する場合、エジェクターへの原料流通を停止でき、リサイクル流路に改質器で生成した水素含有ガスを流通させないようにできる。このため、原料が第１分岐路を流通する場合、簡便な構成で、水素含有ガスの循環を停止でき、水素含有ガスの有効利用が可能となる。
【００４０】
また、原料を第１分岐路に流通することによって、常温脱硫器及び水添脱硫器に原料を流通させることができる。これにより、常温脱硫器を用いて、原料中の硫黄化合物を除去できる。また、水添脱硫器は、水素がない場合であっても微量に硫黄を除去できるため、改質器に供給する原料中の硫黄化合物の濃度をより低減することができる。よって、改質器の耐久性を向上することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
［装置構成］
図２は、第２実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【００４３】
図２に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、第１分岐路１１と、常温脱硫器１２と、切替器１３と、を備える。
【００４４】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１及びエジェクター９については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４５】
第１分岐路１１は、昇圧器１とエジェクター９との間の原料供給路５から分岐し、エジェクター９と水添脱硫器２との間の原料供給路５に合流する。
【００４６】
常温脱硫器１２は、第１分岐路１１上に配置され、原料中の硫黄化合物を除去する。ここで、常温とは、水添脱硫器２の使用温度（例えば、３００℃前後）に比べ相対的に常温域に近いことから使用しており、常温域から使用脱硫剤が脱硫剤として有効に機能する温度までを含む意味である。
【００４７】
切替器１３は、原料がエジェクター９又は常温脱硫器１２を流通するように切替る。切替器１３は、原料がエジェクター９又は常温脱硫器１２を流通するように切替ることができれば、いかなる構成であっても構わない。切替器１３は、例えば、複数の開閉弁の組合せであってもいし、三方弁であってもいい。
【００４８】
かかる構成により、原料が第１分岐路１１を流通する場合、エジェクター９への原料流通を停止でき、リサイクル流路８に改質器３で生成した水素含有ガスを流通させないようにできる。このため、原料が第１分岐路１１を流通する場合、簡便な構成で、水素含有ガスの循環を停止でき、水素含有ガスの有効利用が可能となる。
【００４９】
また、原料を第１分岐路１１に流通することによって、常温脱硫器１２及び水添脱硫器２に原料を流通させることができる。これにより、常温脱硫器１２を用いて、原料中の硫黄化合物を除去できる。また、水添脱硫器２は、水素がない場合であっても微量に硫黄を除去できるため、改質器３に供給する原料中の硫黄化合物の濃度をより低減することができる。よって、改質器３の耐久性を向上することができる。
【００５０】
なお、リサイクル流路８上に、図示しない弁を設け、原料が第１分岐路１１を流通する場合、この弁を閉めても構わない。
【００５１】
（第３実施形態）
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において、昇圧器とエジェクターとの間の原料供給路から分岐し、水添脱硫器と改質器との間の原料供給路に合流する第２分岐路と、第２分岐路上に配置され、原料中の硫黄化合物を除去する常温脱硫器と、原料がエジェクター又は常温脱硫器を流通するように切替る切替器と、を備える。
【００５２】
かかる構成により、原料が第２分岐路を流通する場合、第２実施形態と同様に、簡便な構成で、水素含有ガスの循環を停止でき、水素含有ガスの有効利用が可能となる。
【００５３】
また、原料を第２分岐路に流通することによって、原料を水添脱硫器に流通させずに、常温脱硫器に流通させることができる。よって、常温脱硫器を用いて、原料中の硫黄化合物を除去でき、水添脱硫器の長寿命化をはかることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
［装置構成］
図３は、第３実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【００５６】
図３に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、第２分岐路１４と、常温脱硫器１２Ａと、切替器１３と、を備える。
【００５７】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１、エジェクター９及び切替器１３については第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５８】
第２分岐路１４は、昇圧器１とエジェクター９との間の原料供給路５から分岐し、水添脱硫器２と改質器３との間の原料供給路５に合流する。
【００５９】
常温脱硫器１２Ａは、第２分岐路１４上に配置され、原料中の硫黄化合物を除去する。常温の意味は、上記と同じである。
【００６０】
かかる構成により、原料が第２分岐路１４を流通する場合、第２実施形態と同様に、簡便な構成で、水素含有ガスの循環を停止でき、水素含有ガスの有効利用が可能となる。
【００６１】
また、原料を第２分岐路１４に流通することによって、原料を水添脱硫器２に流通させずに常温脱硫器１２Ａに流通させることができる。よって、常温脱硫器１２Ａを用いて、原料中の硫黄化合物を除去でき、水添脱硫器２の長寿命化をはかることができる。
【００６２】
なお、リサイクル流路８上に、図示しない弁を設け、原料が第２分岐路１４を流通する場合、この弁を閉めても構わない。
【００６３】
（第４実施形態）
第４実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置において、昇圧器よりも上流の原料供給路から分岐し、昇圧器よりも上流の原料供給路に合流する第３分岐路と、第３分岐路上に配置され、原料中の硫黄化合物を除去する常温脱硫器と、原料が常温脱硫器又は原料供給路を流通するように切替る切替器と、を備える。
【００６４】
かかる構成により、原料が第３分岐路に流通する場合、常温脱硫器及び水添脱硫器に原料を流通させることができる。これにより、常温脱硫器を用いて、原料中の硫黄化合物を除去できる。また、水添脱硫器は、水素がない場合であっても微量に硫黄を除去できるため、改質器に供給する原料中の硫黄化合物の濃度をより低減することができる。よって、改質器の耐久性を向上することができる。
【００６５】
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。
【００６６】
［装置構成］
図４は、第４実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【００６７】
図４に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、第３分岐路２０と、常温脱硫器１２Ｂと、切替器２１と、を備える。
【００６８】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１及びエジェクター９については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６９】
第３分岐路２０は、昇圧器１よりも上流の原料供給路５から分岐し、昇圧器１よりも上流の原料供給路５に合流する。
【００７０】
常温脱硫器１２Ｂは、第３分岐路２０上に配置され、原料中の硫黄化合物を除去する。常温の意味は、上記と同じである。
【００７１】
切替器２１は、原料が常温脱硫器１２Ｂ又は原料供給路５を流通するように切替る。切替器２１は、原料が常温脱硫器１２Ｂ又は原料供給路５を流通するように切替ることができれば、いかなる構成であっても構わない。切替器２１は、例えば、複数の開閉弁の組合せであってもいし、三方弁であってもいい。
【００７２】
かかる構成により、原料が第３分岐路２０に流通する場合、常温脱硫器１２Ｂ及び水添脱硫器２に原料を流通させることができる。これにより、常温脱硫器１２Ｂを用いて、原料中の硫黄化合物を除去できる。また、水添脱硫器２は、水素がない場合であっても微量に硫黄を除去できるため、改質器３に供給する原料中の硫黄化合物の濃度をより低減することができる。よって、改質器３の耐久性を向上することができる。
【００７３】
（第５実施形態）
第５実施形態の水素生成装置は、第２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、切替器を制御する制御器を備え、制御器は、原料流量が所定の閾値以上である場合に、原料が前記エジェクターを流通するよう切替、原料流量が所定の閾値より小さい場合に、原料が常温脱硫器を流通するよう切替る。
【００７４】
かかる構成により、制御器が、エジェクターにより水添脱硫に必要な水素含有ガス量を引き込みことが可能か否かを適切に判断でき、本判断により切替器の制御を行うことができる。
【００７５】
本実施形態の水素生成装置は、上記特徴以外は、第２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。
【００７６】
［装置構成］
図５及び図６は、第５実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【００７７】
図５に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、第１分岐路１１と、常温脱硫器１２と、切替器１３と、制御器１５と、を備える。
【００７８】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１、エジェクター９、第１分岐路１１、常温脱硫器１２及び切替器１３については第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７９】
図６に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、第２分岐路１４と、常温脱硫器１２Ａと、切替器１３と、制御器１５と、を備える。
【００８０】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１、エジェクター９、第２分岐路１４、常温脱硫器１２Ａ及び切替器１３については第３実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８１】
制御器１５は、切替器１３を制御する。制御器１５は、制御機能を有するものであればよく、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。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。制御器は、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。
【００８２】
［動作］
図７は、第５実施形態の水素生成装置の動作の一例を示す図である。以下の動作は制御器１５の制御プログラムにより行われる。
【００８３】
まず、ステップＳ１で、図示しない流量検知器を用いて、昇圧器１からの原料流量Ｑが検知される。なお、流量検知器は、原料流量Ｑを直接的または間接的に検知できれば、いかなる検知器であっても構わない。原料流量Ｑを直接的に検知する検知器は、原料供給路５を流れる原料の供給量を検知する検知器で、例えば、流量計等が例示される。原料流量Ｑを間接的に検知する検知器は、原料流量Ｑに相関する量を検知する検知器で、例えば、昇圧器１の出力（回転数）を検知する検知器、昇圧器１への制御指令をモニターする制御器等が例示される。
【００８４】
次に、ステップＳ２で、原料流量Ｑが、所定の閾値を超えたか否かが判定される。上記のとおり、原料の流速が増加するに連れて、エジェクター９とリサイクル流路８との合流部における原料の圧力が低下する。よって、原料流量Ｑから、本合流部を流れる原料の流速を知ることができるので、原料流量Ｑを用いて、エジェクター９により水添脱硫に必要な水素含有ガス量を引き込みことが可能か否かを判断できる。なお、上記の所定の閾値は、原料供給路５、リサイクル流路８及びエジェクター９の流路構成等に基づいて所望の値に設定され得る。
【００８５】
制御器１５は、原料流量Ｑが所定の閾値以上である場合に、原料がエジェクター９を流通するよう切替る（ステップＳ３）。例えば、図５（ａ）及び図６（ａ）に示す如く、切替器１３の一例である一対の弁のうちの原料供給路５上の弁を開き、他方の弁を閉じるとよい。これにより、リサイクル流路８を流れる水素含有ガスをエジェクター９に引き込むことができる場合に、エジェクター９において水素含有ガスと原料とが混合し、混合ガスを水添脱硫器２に供給できる。
【００８６】
また、制御器１５は、原料流量Ｑが所定の閾値より小さい場合に、原料が常温脱硫器１２、１２Ａを流通するよう切替る（ステップＳ４）。例えば、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示す如く、切替器１３の一例である一対の弁のうちの原料供給路５上の弁を閉じ、他方の弁を開くとよい。これにより、リサイクル流路８を流れる水素含有ガスをエジェクター９に引き込むことができない場合に、原料を常温脱硫器１２、１２Ａに供給できる。
【００８７】
（第６実施形態）
第６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、昇圧器とエジェクターとの間の原料供給路から分岐し、エジェクターと水添脱硫器との間の原料供給路に合流する第１分岐路と、原料がエジェクター又は第１分岐路を流通するように切替る切替器と、を備える。
【００８８】
かかる構成により、原料が第１分岐路を流通する場合、エジェクターへの原料流通を停止し、リサイクル流路に改質器で生成した水素含有ガスを流通させないようにできる。よって、簡便な構成で、水素含有ガスの有効利用が可能となる。また、エジェクターによる圧力損失を避けることができるため、昇圧器の消費電力を低減できる。
【００８９】
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。
【００９０】
［装置構成］
図８は、第６実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【００９１】
図８に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、第１分岐路１１と、切替器２３と、を備える。
【００９２】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１、エジェクター９及び第１分岐路１１については第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９３】
切替器２３は、原料がエジェクター９又は第１分岐路１１を流通するように切替る。切替器２３は、原料がエジェクター９又は第１分岐路１１を流通するように切替ることができれば、いかなる構成であっても構わない。切替器２３は、例えば、複数の開閉弁の組合せであってもいし、三方弁であってもいい。
【００９４】
かかる構成により、原料が第１分岐路１１を流通する場合、エジェクター９への原料流通を停止し、リサイクル流路８に改質器３で生成した水素含有ガスを流通させないようにできる。よって、簡便な構成で、水素含有ガスの有効利用が可能となる。また、エジェクター９による圧力損失を避けることができるため、昇圧器１の消費電力を低減できる。
【００９５】
（第７実施形態）
第７実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置において、エジェクターを加熱する加熱器を備える。
【００９６】
かかる構成により、エジェクターを加熱器で加熱するので、水素含有ガスがエジェクターに流入しても、エジェクターでの凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。
【００９７】
［装置構成］
図９は、第７実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【００９８】
図９に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、加熱器６とを備える。
【００９９】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１及びエジェクター９については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
加熱器６は、エジェクター９を加熱する。エジェクター９では、原料及び水素含有ガスが流れる。水素含有ガスは水蒸気を含むので、水素含有ガスが冷やされると、水蒸気から凝縮水が発生する場合がある。例えば、原料が水素含有ガスよりも低温の場合、水素含有ガスと原料とが混合すると、水素含有ガスは冷やされる。この場合、エジェクター９での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞などが起きる可能性がある。例えば、エジェクター９での原料供給路の細くなった部分は、凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起き易い。流路抵抗の増加が起きた場合、水添脱硫器２に水素含有ガスを所定量送れなくなり、水添脱硫器２において、原料中の硫黄化合物を除去仕切れずに、改質器３の改質触媒が、硫黄化合物により被毒する可能性がある。また、流路閉塞が起きた場合、原料を所定量流すことができずに、改質器３での水素含有ガスを生成できない可能性がある。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、上記のとおり、加熱器６が、エジェクター９を加熱し、これにより、エジェクター９において、水素含有ガスの水蒸気が凝縮することが抑制されている。
【０１０２】
加熱器６は、エジェクター９を加熱できれば、いかなる熱源を用いても構わない。
【０１０３】
例えば、改質器３から発生する熱によって、エジェクター９を加熱することができる。この場合、エジェクター９を改質器３の表面に配置してもいいし、エジェクター９を改質器３の内部に配置してもいい。
【０１０４】
また、水素含有ガスを利用する機器（例えば、燃料電池など）から発生する熱によって、エジェクター９を加熱することもできる。例えば、固体酸化物形燃料電池の如く、高温で動作する燃料電池の場合、燃料電池のホットモジュールの内部に、エジェクター９を配置してもいい。
【０１０５】
また、水素生成装置１００が、改質器３を加熱する燃焼器を備える構成であれば、燃焼器の燃焼排ガスの熱によって、エジェクター９を加熱することもできる。
【０１０６】
また、専用の熱源（例えば、電気ヒータなど）を用いて、エジェクター９を加熱することもできる。
【０１０７】
［動作］
以下、水素生成装置１００の動作について図９を用いて説明する。
【０１０８】
水素生成装置１００を運転している時、原料が水添脱硫器２を通過して、原料中の硫黄化合物が除去される。
【０１０９】
改質器３にて生成した水素含有ガスの一部を、リサイクル流路８を通じて、原料供給路に戻し、水素含有ガスを原料と混合した後、水添脱硫器２に供給する。水素含有ガスを水添脱硫器２に供給すると、水添脱硫器２は、原料中の硫黄化合物を水添反応により除去できる。
【０１１０】
このとき、本実施形態では、改質器３からの水素含有ガスは、リサイクル流路８を経て、エジェクター９において原料と混合した後、水添脱硫器２に供給される。つまり、リサイクル流路８との合流部よりも下流の原料供給路は、原料及びリサイクルガスの混合ガスが流れる。エジェクター９では、上記のとおり、原料供給路の断面積が徐々に狭くなり、リサイクル流路８との合流部よりも下流で、原料供給路の断面積が徐々に広くなる。これにより、上記の合流部において、原料の流速が最も速くなるので、ガス圧力は最も低下する。そして、合流部のガス圧力が、リサイクル流路の上流側の圧力よりも低くなるように、エジェクター９のガス流路断面積を設計すると、リサイクルガスを原料供給路に引き込むことができる。
【０１１１】
そして、本実施形態では、リサイクルガスが原料供給路に引き込まれるとき、加熱器６を用いてエジェクター９が加熱されている。エジェクター９の加熱温度としては、リサイクルガスの露点温度以上であれば、いかなる温度であっても構わない。これにより、エジェクター９内の水蒸気の凝縮が抑制され、エジェクター９での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。
【０１１２】
なお、水素生成装置１００の起動時におけるエジェクター９の加熱は、例えば、リサイクルガスがリサイクル流路８を流れ始めるまでに開始してもよい。
【０１１３】
（第１変形例）
第７実施形態の第１変形例の水素生成装置は、第７実施形態の水素生成装置において、上記の加熱器は、リサイクル流路を加熱する。
【０１１４】
かかる構成により、エジェクターでの凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。また、リサイクル流路での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。
【０１１５】
本変形例の水素生成装置は、上記特徴以外は、第７実施形態の水素生成装置と同様に構成してもよい。
【０１１６】
［装置構成］
図１０は、第７実施形態の第１変形例の水素生成装置の一例を示す図である。
【０１１７】
図１０に示す例では、本変形例の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、加熱器６Ａとを備える。
【０１１８】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１及びエジェクター９については、第７実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１１９】
加熱器６Ａは、リサイクル流路８を加熱する。本変形例では、図１０に示すように、加熱器６Ａにより、エジェクター９及びリサイクル流路８の両方が加熱される。
【０１２０】
なお、加熱器６Ａの熱源は、第７実施形態の加熱器６の熱源と同じであってもよい。よって、詳細な説明は省略する。
【０１２１】
また、リサイクル流路８の加熱が必要となった分、第７実施形態の加熱器６から得る熱量に比べて、本変形例の加熱器６Ａから得る熱量を上げても構わないし、加熱器６から得る熱量と同等の熱量を、加熱器６Ａからエジェクター９及びリサイクル流路８のそれぞれに分散して与えても構わない。本変形例では、加熱器６から得る熱量と同等の熱量を、加熱器６Ａからエジェクター９及びリサイクル流路８のそれぞれに分散して与えた。
【０１２２】
後者の場合でも、加熱器６Ａから得る熱量の全てが、エジェクター９及びリサイクル流路８のそれぞれを流れるガスに与えられたと仮定すると、トータルとして、第７実施形態の加熱器６から得る熱量と同等の熱量が、エジェクター９内のガスの加熱に用いられたと見なせるからである。
【０１２３】
以上により、リサイクルガスを高温状態に維持してエジェクター９に引き込むことができ、エジェクター９での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。また、リサイクル流路８を流れるリサイクルガスの温度低下を抑制でき、リサイクル流路８での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。また、リサイクル流路８の加熱の作用により、リサイクル流路８に凝縮器を設けない構成、あるいは、設けるにしても凝縮器の小型化が可能となる。
【０１２４】
これにより、水素生成装置１００の構成を簡素化でき、水素生成装置１００のコストを低減できる。
【０１２５】
（第２変形例）
第７実施形態の第２変形例の水素生成装置は、第７実施形態及び第７実施形態の第１変形例のいずれかの水素生成装置において、加熱器は、改質器を加熱する。
【０１２６】
かかる構成により、エジェクターでの凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。また、リサイクル流路での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。また、加熱器の熱量を効率良く利用できる。
【０１２７】
本変形例の水素生成装置は、上記特徴以外は、第７実施形態及び第７実施形態の第１変形例のいずれかの水素生成装置と同様に構成してもよい。
【０１２８】
［装置構成］
図１１は、第７実施形態の第２変形例の水素生成装置の一例を示す図である。
【０１２９】
図１１に示す例では、本変形例の水素生成装置１００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、加熱器６Ｂとを備える。
【０１３０】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１及びエジェクター９については、第７実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１３１】
加熱器６Ｂは、改質器３を加熱する。本変形例では、図１１に示すように、加熱器６Ｂにより、エジェクター９、リサイクル流路８及び改質器３のそれぞれが加熱される。例えば、加熱器６Ｂの熱源としては、改質器３を加熱する燃焼器の燃焼排ガスの熱を用いてもいいし、固体酸化物形燃料電池の如く、高温で動作する燃料電池の場合、燃料電池の熱を用いてもいい。
【０１３２】
かかる構成により、改質器３、リサイクル流路８及びエジェクター９を一体で加熱できる。改質器３の加熱により、水素含有ガスを生成するための触媒反応に必要な熱が得られる。また、エジェクター９の加熱により、エジェクター９での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。また、リサイクル流路８の加熱により、リサイクル流路での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。
【０１３３】
また、上記の構成により、加熱器６Ｂの熱量を効率良く利用できる。例えば、改質器３を加熱する燃焼器の熱を、リサイクル流路８及びエジェクター９の加熱に利用できるので、リサイクルガス中の水蒸気の凝縮を効率的に抑制できる。また、水素生成装置１００の設計によっては、加熱器６Ｂから得る熱量を全て、改質器３を加熱する燃焼器の熱で賄うことも可能となる。よって、水素生成装置１００の構成を簡素化できる。これにより、水素生成装置１００の低コスト化、コンパクト化が可能となる。
【０１３４】
（第８実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態−第７実施形態、第７実施形態の第１変形例及び第２変形例のいずれかの水素生成装置と、この水素生成装置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とを備える。
【０１３５】
かかる構成により、水素生成装置において、上記のとおり、昇圧器に凝縮水が供給される可能性を低減し得る。
【０１３６】
［装置構成］
図１２は、第８実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【０１３７】
図１２に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、第１実施形態−第７実施形態、第７実施形態の第１変形例及び第２変形例のいずれかの水素生成装置１００と、燃料電池７とを備える。
【０１３８】
燃料電池７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７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、固体酸化物形燃料電池又はりん酸形燃料電池などを用いることができる。
【０１３９】
本実施形態の水素生成装置１００の動作は、燃料電池７を、第１実施形態−第７実施形態、第７実施形態の第１変形例及び第２変形例のいずれかの水素生成装置１００から生成する水素含有ガスを使用する水素利用機器と考えれば、第１実施形態−第７実施形態、第７実施形態の第１変形例及び第２変形例のいずれかと同様である。よって、詳細な説明を省略する。
【０１４０】
（第９実施形態）
第９実施形態の燃料電池システムは、第８実施形態の燃料電池システムにおいて、燃料電池が固体酸化物形燃料電池であり、改質器と燃料電池とを内部に備えるホットモジュールを備え、エジェクターは、ホットモジュールからの熱を受けるよう構成されている。
【０１４１】
かかる構成により、固体酸化物形燃料電池の熱を有効にエジェクターの加熱に利用し、ホットモジュールが加熱器の役割を担うことができる。よって、燃料電池システムの構成を簡素化できる。これにより、燃料電池システムの低コスト化、コンパクト化が可能となる。
【０１４２】
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第８実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【０１４３】
［装置構成］
図１３は、第９実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【０１４４】
図１３に示す例では、燃料電池システム２００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、固体酸化物形燃料電池７Ａと、ホットモジュール３０と、を備える。
【０１４５】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８及び昇圧器１については、第８実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１４６】
固体酸化物形燃料電池７Ａ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。具体的には、固体酸化物形燃料電池７Ａは、電解質としてイオン伝導性セラミックスを用い、空気極で精製した酸化物イオンが、電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより、電気及び熱が発生する。固体酸化物形燃料電７Ａの動作温度は、７００℃−１０００℃程度と高い。このため、燃料電池システム２００の高温部の放熱を抑えて、高温部の熱を効率的に活用するため、燃料電池システム２００の高温部のみをまとめてモジュール化し、断熱構成を取るのが一般的である。
【０１４７】
よって、ホットモジュール３０は、図１３に示すように、改質器３と固体酸化物形燃料電７Ａとを内部に備える。本実施形態では、固体酸化物形燃料電池７Ａ及び改質器３が、燃料電池システム２００の高温部の一例であり、これらが一体でモジュール化されている。高温部を一体にモジュール化することにより、高温で動作する機器同士のガスの移動などによる放熱を抑制し、燃料電池システム２００の熱効率が向上する。また、高温部を一体にモジュール化することにより、熱効率がよい断熱を施すことができる。
【０１４８】
また、エジェクター９は、ホットモジュール３０からの熱を受けるよう構成されている。具体的には、上記の加熱器６、６Ａ、６Ｂに代えて、高温のホットモジュール３０が、エジェクター９を加熱する。これにより、エジェクター９での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。また、上記の加熱器６Ａ、６Ｂに代えて、高温のホットモジュール３０が、リサイクル流路８を加熱してもよい。これにより、リサイクル流路８での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞が起きる可能性を従来よりも低減し得る。
【０１４９】
本実施形態では、図１３に示すように、リサイクル流路８及びエジェクター９を、ホットモジュール３０の内部に配置している。これにより、リサイクル流路８及びエジェクター９は、ホットモジュール３０からの熱を受けやすくなる。
【０１５０】
一方、昇圧器１は、高温環境下では耐久性が低下し、耐熱性の高価な部品を使用する必要が生じる。よって、本実施形態では、昇圧器１をホットモジュール３０の外部に配置し、ホットモジュール３０からの熱を受け難くなるようにしている。
【０１５１】
なお、図１３では、水添脱硫器２をホットモジュール３０の外部に配置する例が図示されているが、水添脱硫器２はホットモジュール３０の内部に配置しても構わない。これにより、ホットモジュール３０を用いて、水添脱硫器２を加熱することもできる。
【０１５２】
本実施形態の燃料電池システム２００の動作は、第８実施形態と同様の動作であってもよい。よって、詳細な説明は省略する。
【０１５３】
（第１０実施形態）
第１０実施形態の燃料電池システムは、第９実施形態の燃料電池システムにおいて、昇圧器と、エジェクターとの間の原料供給路に開閉弁を備え、この弁はホットモジュール外に設けられる。
【０１５４】
かかる構成により、開閉弁を用いて、昇圧器とエジェクターとの間のガスの流れを適切に遮断し得る。
【０１５５】
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第９実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
【０１５６】
［装置構成］
図１４は、第１０実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【０１５７】
図１４に示す例では、燃料電池システム２００は、改質器３と、水添脱硫器２と、原料供給路５と、リサイクル流路８と、昇圧器１と、エジェクター９と、固体酸化物形燃料電池７Ａと、ホットモジュール３０と、開閉弁１０と、を備える。
【０１５８】
改質器３、水添脱硫器２、原料供給路５、リサイクル流路８、昇圧器１、エジェクター９、固体酸化物形燃料電池７Ａ及びホットモジュール３０については、第９実施形態と同様であるので説明を省略する。
【０１５９】
開閉弁１０は、昇圧器１とエジェクター９との間の原料供給路に設けられる。これにより、両者間のガスの流れが遮断される。開閉弁１０は、昇圧器１とエジェクター９との間のガスの流れを遮断できれば、いかなる構成であっても構わない。開閉弁１０は、例えば、電磁弁であってもよい。
【０１６０】
また、開閉弁１０は、ホットモジュール３０外に設けられる。高温環境下での開閉弁１０の安定な動作には、大型の開閉弁１０を高価な部材で構成する必要がある。しかし、このような開閉弁１０の使用は、燃料電池システム２００の高コスト化及び大型化を招く可能性がある。よって、本実施形態では、開閉弁１０をホットモジュール３０の外部に配置し、開閉弁１０をホットモジュール３０からの熱を受け難くなるようにしている。
【０１６１】
なお、図１４では、水添脱硫器２をホットモジュール３０の外部に配置する例が図示されているが、水添脱硫器２をホットモジュール３０の内部に配置しても構わない。これにより、ホットモジュール３０を用いて、水添脱硫器２を加熱することもできる。
【０１６２】
［動作］
以下、燃料電池システム２００の動作について図１４を用いて説明する。
【０１６３】
燃料電池システム２００の運転時は、開閉弁１０を開く。これにより、昇圧器１によって原料をエジェクター９に送ることができる。
【０１６４】
燃料電池システム２００の運転を停止するときは、開閉弁１０を閉める。すると、昇圧器１とエジェクター９との間のガスの流れが、開閉弁１０により遮断されるので、昇圧器１からエジェクター９への原料の供給が停止する。開閉弁１０が開いたままの場合、昇圧器１の動作が停止しても、残留ガスが、暫く昇圧器１からエジェクター９に流れ込む可能性がある。そこで、開閉弁１０を閉めることにより、このような可能性を低減できる。
【０１６５】
また、昇圧器１とエジェクター９との間のガスの流れが、開閉弁１０により遮断されるので、ホットモジュール３０内のガスの昇圧器１への逆流を抑制できる。例えば、改質器３や固体酸化物形燃料電池７Ａの挙動によっては、これらの機器の内圧上昇により、ホットモジュール３０内のガスが昇圧器１に逆流する場合がある。ホットモジュール３０内のガスとして、原料、リサイクルガス、固体酸化物形燃料電池７Ａに流入する前の水素含有ガス及び固体酸化物形燃料電池７Ａから流出した水素含有ガス（オフガス）などが例示される。そして、このようなガスが昇圧器１に逆流すると、昇圧器１が故障する可能性があり、昇圧器１での凝縮水による流路抵抗の増加、または流路閉塞などが起きる可能性もある。そこで、開閉弁１０を閉めることにより、このような可能性を低減できる。
【０１６６】
なお、開閉弁１０の開閉タイミングについては、この開閉タイミングと、昇圧器１によるガス供給の動作タイミングと、を連動させてもよい。例えば、昇圧器１による動作開始タイミングとほぼ同時、又は、それよりも早いタイミングで開閉弁１０が開いてもいいし、昇圧器１による動作停止タイミングとほぼ同時、又は、それよりも遅れたタイミングで開閉弁１０が閉まってもいい。
【０１６７】
なお、本実施形態の燃料電池システム２００の動作は、上記以外は、第９実施形態と同様の動作であってもよい。
【０１６８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明の一態様によれば、従来に比べ、昇圧器に凝縮水が供給される可能性を低減し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、水素生成装置、燃料電池システムなどに利用できる。
【符号の説明】
【０１７０】
１  昇圧器
２  水添脱硫器
３  改質器
５  原料供給路
８  リサイクル流路
９  エジェクター
１１  第１分岐路
１２  常温脱硫器
１３  切替器
１４  第２分岐路
１５  制御器
２０  第３分岐路
【要約】
水素生成装置（１００）は、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器（３）と、原料中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器（２）と、水添脱硫器（２）に流入する前の原料に水素含有ガスを供給するためのリサイクル流路（８）と、改質器（３）に原料を供給する昇圧器（１）と、改質器（３）に供給される原料が流れる原料供給路（５）と、昇圧器（１）よりも下流かつ水添脱硫器（２）よりも上流の原料供給路（５）に設けられ、リサイクル流路（８）からの水素含有ガスが流入するエジェクター（９）とを備える。【図１】
0005589155.tif 000002
【図２】
0005589155.tif 000003
【図３】
0005589155.tif 000004
【図４】
0005589155.tif 000005
【図５】
0005589155.tif 000006
【図６】
0005589155.tif 000007
【図７】
0005589155.tif 000008
【図８】
0005589155.tif 000009
【図９】
0005589155.tif 000010
【図１０】
0005589155.tif 000011
【図１１】
0005589155.tif 000012
【図１２】
0005589155.tif 000013
【図１３】
0005589155.tif 000014
【図１４】
0005589155.tif 000015