(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を供給され、該原料中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、
該脱硫器を通過した原料から水素含有ガスを生成する改質器と、
前記脱硫器で除去される前記硫黄化合物の量（以下、硫黄化合物の除去量という。）を計測する計測器と、
制御器と、を備え、前記水素生成装置の運転中に前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値以上になった場合には、前記水素生成装置の運転を停止するように構成された水素生成装置であって、
前記制御器は、前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算値が第１の閾値未満で前記水素生成装置の停止処理が開始され、前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以上である場合、次回の起動を許可しないよう構成されている、水素生成装置。
【請求項２】
前記脱硫器の硫黄化合物の除去量の上限値に関係する情報（以下、「上限除去量情報」という。）を取得する上限除去量情報取得器と、前記取得された上限除去量情報に基づき前記第１の閾値及び第２の閾値のうちの少なくとも一方を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記原料中の硫黄濃度に関係する情報（以下、「硫黄濃度情報」という。）を取得する硫黄濃度情報取得器と、前記取得された硫黄濃度情報に基づき前記第１の閾値及び第２の閾値のうちの少なくとも一方を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記計測される硫黄化合物の除去量の積算値が第１の閾値未満で前記水素生成装置の停止処理が開始された後、前記計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以上になった場合は、前記脱硫器の交換を促す動作を行うよう構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項５】
報知器をさらに備え、
前記制御器は、前記脱硫器の交換を促す動作として、前記脱硫器の交換が必要である旨を前記報知器を用いて報知するよう構成されている、請求項４に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記脱硫器は、該原料中の硫黄化合物を吸着除去する吸着除去剤を備える、請求項１から５のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記第２の閾値が前記第１の閾値から少なくとも水素生成装置の起動時に必要とされる原料の供給量の積算値分の硫黄化合物の除去量を減じた値である、請求項１から６のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記第２の閾値が前記第１の閾値から水素生成装置の起動時に必要とされる原料供給量の積算値分の硫黄化合物の除去量及び前記水素生成装置の運転時の原料供給量の平均積算値分の硫黄化合物の除去量未満の値との総和を減じた値である、請求項７に記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記制御器は、前記脱硫器を交換した後に前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算量を０にリセットするよう構成されている、請求項１から８のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記制御器は、前記水素生成装置の運転中に前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値以上になった場合に、前記水素生成装置の運転を継続し、その後、該水素生成装置が停止した場合に、起動を許可しないよう構成されている、請求項１から９のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記脱硫器の硫黄化合物の除去量の上限値に関係する情報（以下、「上限除去量情報」という。）を取得する上限除去量情報取得器と、前記取得された上限除去量情報に基づき前記第１の閾値を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記原料中の硫黄濃度に関係する情報（以下、「硫黄濃度情報」という。）を取得する硫黄濃度情報取得器と、前記取得された硫黄濃度情報に基づき前記第１の閾値を設定する閾値設定器と、を備えた、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記制御器は、前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値以上になった場合、前記脱硫器の交換を促す動作を行うよう構成されている、請求項１、１１及び１２のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１４】
報知器をさらに備え、
前記制御器は、前記脱硫器の交換を促す動作として前記脱硫器の交換が必要である旨を前記報知器を用いて報知するよう構成されている、請求項１３に記載の水素生成装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか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を行う燃料電池と、を備えた、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、燃料電池に水素含有ガスを供給する水素生成装置、及びこの水素生成装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池が注目されている。燃料ガスとしては、水素ガスが用いられる。この水素ガスの供給手段としては、一般的なインフラが整備されていない。そこで、都市ガス等の既存のガスインフラを利用し、供給される都市ガスから水素生成装置を用いて水素ガスを生成させる。水素生成装置は、原料と水とを改質反応させて水素含有ガスを生成する改質器と、生成された水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を水成ガスシフト反応により除去する変成器と、水素含有ガス中に残存する一酸化炭素を酸化させて除去するＣＯ酸化器とを備える。これらの各構成要素には、上記の各反応を促進するため各反応に適した触媒、例えば、改質器にはＲｕ触媒やＮｉ触媒等が、変成器にはＣｕ−Ｚｎ触媒等が、ＣＯ酸化器にはＲｕ触媒等が用いられる。
【０００３】
一方、既存のガスインフラで供給される都市ガス等には、ガス漏れを検知するため、付臭剤が添加されている。付臭剤としては、現在、一般的に、メルカプタン類（例えば、ターシャリーブチルメルカプタン）、チオフェン類（例えば、テトラヒドロチオフェン）、サルファイド類（例えば、ジメチルサルファイド）等のうちの１種又は２種以上の硫黄化合物が用いられる。これらの硫黄化合物は、前述の、水素生成装置の各構成要素に用いられる触媒を劣化させる被毒成分となる。そこで、水素生成装置は、改質器に供給される前の都市ガスから硫黄化合物を除去する脱硫器を備えていることが一般的である。その脱硫器として、水添脱硫反応を使用する脱硫器と、吸着剤を用いる脱硫器とがある。例えば、吸着剤を用いる脱硫器としては、常温で硫黄化合物を吸着除去することができるゼオライト系吸着除去剤を備えているものが知られている（特許文献１参照）。また、長期間にわたり脱硫性能を維持するよう改良されたゼオライト系吸着除去剤も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
一方、硫黄化合物を含む原料ガス（都市ガス）が脱硫器に供給され続けると、吸着除去剤の吸着能力が低下してしまう。この場合には、脱硫器又はこの脱硫器が備える吸着除去剤を交換する必要が生じる。そこで、吸着除去剤の交換時期を容易に判定することのできるインジケーター機能付き吸着除去剤を配置した脱硫器が提案されている（特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、燃料の使用量に基づき吸着除去剤の寿命を演算し、脱硫器の交換時期を表示したり、又は、外部のメンテナンス端末に送信したりする装置が知られている（特許文献４参照）。
【０００６】
また、脱硫器等の交換を前提とした消耗品の残りの寿命が一定期間になった場合に警報表示を行い、この警報表示から一定の期間内に応答がない場合には自動的に装置を停止させるものが知られている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３７４７３号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８０１６号公報
【特許文献３】特開２００２−３５８９９２号公報
【特許文献４】特開２００４−３６２８５６号公報
【特許文献５】特開２００２−２９８８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の脱硫器を備える水素生成装置等、例えば、特許文献1ないし5の構成では、水素生成装置又は燃料電池システムが停止している状態において、脱硫器の残りの寿命が少ないにもかかわらず水素生成装置又は燃料電池システムを起動したとしても、すぐに脱硫器の寿命に達してしまう。そうすると、水素生成装置又は燃料電池システムの起動の途中において停止せざるを得なくなったり、燃料電池システムによる十分な発電(運転)が行われないまま水素生成装置又は燃料電池システムを停止させたりしなければならず、起動に要する原料が無駄に消費されるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、脱硫器の寿命に応じて原料の無駄な消費を抑制し、省エネに寄与する運転制御をすることができる水素生成装置及びこれを備えた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】
【００１０】
発明者等は、鋭意検討した結果、以下の結論を得た。
【００１１】
燃料電池を用いた燃料電池システムにおいては、発電効率を高めるために電力需要や熱需要に応じて起動及び停止を行うことが多い。例えば、燃料電池システムを家庭用コージェネレーションシステムとして用いる場合には、電気消費量の少ない時間帯（深夜）は停止し、電気消費量の多い時間帯（昼間）に発電する運転方法（ＤＳＳ（Daily Start-up &Shut-down）運転）が行われる。
【００１２】
その際、燃料電池システムの停止状態から起動してすぐに発電を開始できるわけではなく、燃料電池システムが備える水素生成装置が所定の状態（例えば、水素生成装置が備える改質器が所定の温度以上）になり、水素を発生できるようになってから、燃料電池システムによる発電が可能となる。水素生成装置の備える改質器において原料と水との改質反応を進行させるためには６００〜７００℃程度の温度が必要であり、その温度上昇のためのエネルギーは原料又はオフガスを燃焼させることによって得る場合が多い。つまり、燃料電池システムの停止状態から起動し、発電可能な状態になるまでにはエネルギーが必要になる。そして、そのエネルギー量は、一般に、起動エネルギーと呼ばれ、水素生成装置の規模や性能によって、ある程度決まる。
【００１３】
また、改質器において原料と水との改質反応を行う際には、脱硫器の備える吸着除去剤によって原料中の硫黄化合物が吸着除去された原料が用いられる。しかし、脱硫器が備えている吸着除去剤の大部分が飽和吸着状態になった場合、原料中の硫黄化合物を十分に吸着除去できないため、脱硫器を通過した原料中に硫黄化合物が残存する。そうすると、改質器の備える改質触媒が硫黄化合物によって被毒され、大幅に劣化する。改質触媒が劣化すると、燃料電池システムの発電に必要となる水素含有ガスを生成できなくなる。したがって、脱硫器（又は脱硫器の備える吸着除去剤）が十分に吸着性能を発揮できる原料供給量の上限値を脱硫器の寿命と定義すると、この寿命を超えて脱硫器を使用することは避けなければならない。
【００１４】
一方、特許文献５に示されているように、装置（燃料電池システム）による発電を行っている最中に脱硫器が寿命に達した場合には、装置を停止させれば上記のような不都合は解消される。しかし、特許文献５の構成では、燃料電池システムが停止している状態において、脱硫器の残りの寿命が少ない場合には、燃料電池システムを起動しても、水素生成装置及び燃料電池システムの起動の途中又は発電の途中において脱硫器が寿命に達して、水素生成装置及び燃料電池システムを停止せざるをえなくなる。そうすると、水素生成装置及び燃料電池システムの起動のために供給された原料が無駄に消費される。
【００１５】
そこで、本発明の水素生成装置は、原料を供給され、該原料中の硫黄化合物を除去する脱硫器と、該脱硫器を通過した原料から水素含有ガスを生成する改質器と、前記脱硫器で除去される前記硫黄化合物の量（以下、硫黄化合物除去量という。）を計測する計測器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算値が第１の閾値以上になった場合、次回の起動を許可しないよう構成されている。
【００１６】
このような構成とすると、水素生成装置が運転している場合において、脱硫器における硫黄化合物の除去量の積算値が第１の閾値以上になったとき、すなわち脱硫器の寿命がもうすぐ尽きる場合には、水素生成装置を起動しないことにより、改質器に硫黄化合物が十分に低減されていない原料が供給されることが抑制される。その結果、改質器等の備える触媒の被毒が防止される。また、無駄な起動による原料の無駄な消費を抑制することができる。
【００１７】
前記水素生成装置は、前記脱硫器の硫黄化合物の除去量の上限値に関係する情報（以下、「上限除去量情報」という。）を取得する上限除去量情報取得器と、前記取得された上限除去量情報に基づき前記第１の閾値を設定する閾値設定器と、を備えてもよい。
【００１８】
このような構成とすると、脱硫器の上限吸着量情報に応じて第１の閾値を適宜設定することができる。これにより、脱硫器の残りの寿命に応じて適切に水素生成装置を運転することができる。
【００１９】
前記水素生成装置は、前記原料中の硫黄濃度に関係する情報（以下、「硫黄濃度情報」という。）を取得する硫黄濃度情報取得器と、前記取得された硫黄濃度情報に基づき前記第１の閾値を設定する閾値設定器と、を備えてもよい。
【００２０】
このような構成とすると、原料中の硫黄濃度情報に応じて第１の閾値を適宜設定することができる。例えば、原料（都市ガス）を供給する主体（ガス会社）等によって原料中の硫黄濃度が異なっても、第１の閾値を適宜設定することができる。これにより、脱硫器の残りの寿命に応じて適切に水素生成装置を運転することができる。
【００２１】
前記制御器は、前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量が前記第１の閾値以上になった場合、前記脱硫器の交換を促す動作を行うよう構成されていてもよい。
【００２２】
前記水素生成装置は、報知器をさらに備え、前記制御器は、前記脱硫器の交換を促す動作として前記脱硫器の交換が必要である旨を、前記報知器を用いて報知するよう構成されていてもよい。
【００２３】
このような構成とすると、脱硫器の寿命が残り少ない場合には、使用者または保守要員に対して脱硫器の交換が促されるため、脱硫器の寿命による不具合を防止することができる。
【００２４】
前記脱硫器は、該原料中の硫黄化合物を吸着除去する吸着除去剤を備えてもよい。
【００２５】
前記制御器は、前記水素生成装置の運転中に前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値以上になった場合には、前記水素生成装置の運転を停止し、前記計測される硫黄化合物の除去量の積算値が第１の閾値未満で前記水素生成装置の停止処理が開始された後、前記計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以上になった場合は、前記水素生成装置の起動を許可しないよう構成されていてもよい。
【００２６】
このような構成とすると、水素生成装置が運転している場合において、脱硫器への原料供給量の積算値が第１の閾値以上になったとき、すなわち脱硫器の寿命がもうすぐ尽きるときには、水素生成装置の運転を停止することにより、改質器に硫黄化合物が十分に低減されていない原料が供給されることが抑制される。その結果、改質器等の備える触媒の被毒が防止される。さらに、水素生成装置の停止処理開始後において、原料供給量の積算値が第１の閾値より小さい第２の閾値以上であるとき、すなわち脱硫器の残りの寿命が少なくなったときには、水素生成装置を起動しないことにより、脱硫器の寿命により運転が十分に継続できないエネルギー的に無駄な運転を抑制することができる。これにより、無駄なエネルギー消費が抑制され、省エネに寄与することができる。
【００２７】
前記制御器は、前記計測される硫黄化合物の除去量が第１の閾値未満で前記水素生成装置の停止処理が開始された後、前記計測される前記硫黄化合物の除去量が前記第１の閾値より小さい第２の閾値以上になった場合は、前記脱硫器の交換を促す動作を行うよう構成されていてもよい。
【００２８】
このような構成とすると、脱硫器の寿命が残り少ない場合には、使用者または保守要員に対して脱硫器の交換が促されるため、脱硫器の寿命により運転が十分に継続できないまま停止されるようなエネルギー的に無駄な運転が抑制される。
【００２９】
前記水素生成装置は、前記脱硫器の硫黄化合物の除去量の上限値に関係する情報（以下、「上限除去量情報」という。）を取得する上限除去量情報取得器と、前記取得された上限除去量情報に基づき前記第１の閾値及び第２の閾値のうちの少なくとも一方を設定する閾値設定器と、を備えてもよい。
【００３０】
このような構成とすると、脱硫器の上限吸着量情報に応じて第１の閾値又は第２の閾値を適宜設定することができる。これにより、脱硫器の残りの寿命に応じて適切に水素生成装置を運転することができる。
【００３１】
前記水素生成装置は、前記原料中の硫黄濃度に関係する情報（以下、「硫黄濃度情報」という。）を取得する硫黄濃度情報取得器と、前記取得された硫黄濃度情報に基づき前記第１の閾値及び第２の閾値のうちの少なくとも一方を設定する閾値設定器と、を備えてもよい。
【００３２】
このような構成とすると、原料中の硫黄濃度情報に応じて第１の閾値又は第２の閾値を適宜設定することができる。例えば、原料（都市ガス）を供給する主体（ガス会社）等によって原料中の硫黄濃度が異なっても、第１の閾値又は第２の閾値を適宜設定することができる。これにより、脱硫器の残りの寿命に応じて適切に水素生成装置を運転することができる。
【００３３】
前記第２の閾値が前記第１の閾値から少なくとも水素生成装置の起動時に必要とされる原料の供給量の積算値分の硫黄化合物の除去量を減じた値よりも小さいことが好ましい。
【００３４】
このような構成とすると、水素生成装置を起動してすぐに、もしくは起動途中で停止しなければならなくなる不都合が解消される。
【００３５】
前記第２の閾値が前記第１の閾値から水素生成装置の起動時に必要とされる原料供給量の積算値分の硫黄化合物の除去量及び前記水素生成装置の運転時の原料供給量の平均積算値分の硫黄化合物の除去量未満の値との総和を減じた値であることが好ましい。
【００３６】
このような構成とすると、水素生成装置を起動しても、脱硫器の寿命により通常の平均運転時間よりも短い時間で停止しなければならなくなるような場合のエネルギー消費の無駄を抑制できる。
【００３７】
前記制御器は、前記脱硫器を交換した後に前記計測器で計測される硫黄化合物の除去量の積算量を０にリセットするよう構成されていてもよい。
【００３８】
このような構成とすると、脱硫器の次の交換時期を的確に判定することができる。
【００３９】
前記制御器は、前記水素生成装置の運転中に前記計測器で計測される前記硫黄化合物の除去量の積算値が前記第１の閾値以上になった場合に、前記水素生成装置の運転を継続し、その後、該水素生成装置が停止した場合に、起動を許可しないよう構成されていてもよい。
【００４０】
このような構成とすると、脱硫器の余裕度を利用して運転をはしばらく継続させることができる。その結果、ユーザが、水素生成装置を使用できないデメリットを小さくすることができ、かつ水素生成装置を最大限利用できるので、省エネ性をも維持することができる。
【００４１】
また、本発明の燃料電池システムは、上記のいずれかの水素生成装置と、当該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を行う燃料電池と、を備える。
【００４２】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、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。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の水素生成装置及び燃料電池システムは、上記のような構成としたため、脱硫器の寿命に応じて原料の無駄な消費を抑制し、省エネに寄与する運転制御をすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の水素生成装置の備える脱硫器の交換の要否を判定する制御プログラムを示すフローチャートである。
【図３】図３は第１実施形態における、原料供給量の積算値の第１の閾値と第２の閾値との関係を示す棒グラフである。
【図４】図４は第１実施形態における、原料供給量の積算値と水素生成装置の動作との関係を示す棒グラフである。
【図５】図５は第２実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】図６は第３実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】図７は硫黄濃度取得器によって取得された硫黄濃度と、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂとの対応関係を示す図である。
【図８】図８は第４実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図９】図９原料中の硫黄濃度に間接的に関係する情報（原料である都市ガスの供給会社（ガス供給主体））と、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂとの対応関係を示す図である。
【図１０】図１０は第５実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は第５実施形態における、原料供給量の積算値の第１の閾値と第２の閾値との関係を示す棒グラフである。
【図１２】図１２は第５実施形態における、原料供給量の積算値と水素生成装置の動作との関係を示す棒グラフである。
【図１３】図１３は本発明の第６実施形態に係る水素生成装置の備える脱硫器の交換の要否を判定する制御プログラムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、全図面を通じて同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、図１の水素生成装置の備える脱硫器の交換の要否を判定する制御プログラムを示すフローチャートである。図３は、原料供給量の積算値の第１の閾値と第２の閾値との関係を示す棒グラフである。図４は、原料供給量の積算値と水素生成装置の動作との関係を示す棒グラフである。以下、図１乃至図４を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
【００４７】
まず、本実施形態の燃料電池システム１００について説明する。
【００４８】
燃料電池システム１００は、燃料電池５０と、水素生成装置１０と、酸化剤ガス供給装置６０と、を備えている。なお、水素生成装置１０の構成については、後で詳しく説明する。
【００４９】
燃料電池５０は、本実施形態では高分子電解質形燃料電池で構成されている。高分子電解質形燃料電池は、複数個のセルが積層され、締結されることにより、燃料電池スタックに形成されている。個々のセルは、高分子電解質膜５１をアノード５２及びカソード５３で挟んだＭＥＡ（図示せず）と、このＭＥＡのアノード５２側の主面に配設されたアノード側セパレータ（図示せず）と、ＭＥＡのカソード５３側の主面に配設されたカソード側セパレータ（図示せず）とを備えている。なお、高分子電解質形燃料電池は公知のように構成されているので、上記以外の詳しい説明は省略する。
【００５０】
燃料電池５０のカソード５３には、酸化剤ガス供給流路６２の下流端が連通している。酸化剤ガス供給流路６２の上流端は、酸化剤ガス供給装置６０に接続されている。これにより、酸化剤ガス供給装置６０からカソード５３に酸化剤ガスが供給される。本実施形態では、酸化剤ガスとして空気が用いられる。カソード５３には、さらに、酸化剤ガス排出流路６４の上流端が連通している。酸化剤ガス排出流路６４の下流端は、大気に開放されている（図示せず）。
【００５１】
燃料電池５０のアノード５２には、燃料ガス供給流路２７の下流端が連通している。燃料ガス供給流路２７の上流端は、水素生成装置１０（の備える燃料処理器２０）に接続されている。これにより、燃料処理器２０で生成された水素含有ガス（以下、「燃料ガス」と呼ぶ場合もある。）がアノード５２に供給される。そして、アノード５２に供給された燃料ガスと、カソード５３に供給された酸化剤ガスとが電池反応することにより、熱と電気とが発生する。
【００５２】
燃料ガス供給流路２７の途中には、第１の三方弁７１が配設されている。第１の三方弁７１は、第１のポート７１ａと、第２のポート７１ｂと、第３のポート７１ｃとを有している。第１の三方弁７１は、第３のポート７１ｃが第１のポート７１ａと第２のポート７１ｂとに選択的に連通可能なように構成されている。
【００５３】
第１の三方弁７１の第３のポート７１ｃには、水素生成装置１０（燃料処理器２０）側の燃料ガス供給流路２７が接続されている。
【００５４】
第１の三方弁７１の第２のポート７１ｂは、後述する第２の三方弁７２の第２のポート７２ｂに、バイパス流路３３を介して接続されている。バイパス流路３３は、燃料処理器２０から供給される燃料ガスを、燃料電池５０（アノード５２）をバイパスして燃焼器１９に供給する。
【００５５】
第１の三方弁７１の第１のポート７１ａには、燃料電池５０のアノード５２側の燃料ガス供給流路２７が接続されている。燃料電池５０のアノード５２には、さらに、燃料ガス排出流路３１の上流端が連通している。燃料ガス排出流路３１には、燃料ガス供給流路２７からアノード５２に供給され、酸化剤ガスと反応しなかった未反応の燃料ガスが流れる。
【００５６】
燃料ガス排出流路３１の途中には、第２の三方弁７２が配設されている。第２の三方弁７２は、第１のポート７２ａと、第２のポート７２ｂと、第３のポート７２ｃとを有している。第２の三方弁７２は、第３のポート７２ｃが第１のポート７２ａと第２のポート７２ｂとに選択的に連通可能なように構成されている。
【００５７】
第２の三方弁７２の第１のポート７２ａには、燃料電池５０側の燃料ガス排出流路３１が接続されている。
【００５８】
第２の三方弁７２の第２のポート７２ｂには、前述のように、バイバス流路３３を介して、第１の三方弁７１の第２のポート７１ｂが接続されている。
【００５９】
第２の三方弁７２の第３のポート７２ｃには、燃焼器１９側の燃料ガス排出流路３１が接続されている。燃料ガス排出流路３１の下流端は、燃焼器１９に接続されている。燃焼器１９には、アノード５２から流出した未反応の燃料ガス又は燃料電池５０（アノード５２）をバイパスしたガス（バイパス流路３３を流れたガス）が供給される。燃焼器１９は、アノード５２から排出された未反応の燃料ガス等を燃焼させ、その際に発生した熱を改質器１７に供給する。この熱が、改質器１７での原料ガス（以下、単に「原料」という。）と水との改質反応に用いられる。
【００６０】
次に、本実施形態の水素生成装置１０について詳しく説明する。まず、水素生成装置１０のハードウェアについて説明する。
【００６１】
図１に示すように、本実施形態の水素生成装置１０は、原料供給器２と、脱硫器７と、燃料処理器２０と、硫黄化合物除去量計測器としての原料流量計（原料供給量を計測する計測器）３と、制御器４０とを主な構成要素として備えている。
【００６２】
硫黄化合物除去量計測器は、本発明の「脱硫器で除去される硫黄化合物の量（硫黄化合物除去量）を計測する計測器」である。「硫黄化合物除去量を計測する計測器」は、硫黄化合物除去量そのものを計測する計測器（直接的に計測する計測器）と、硫黄化合物除去量に関連する物理量を計測する計測器（間接的に計測する計測器）との双方を含む。典型的な硫黄化合物除去量計測器として、例えば、原料流量計が挙げられる。本実施形態ではこの原料流量計が硫黄化合物除去量計測器として用いられている。原料流量計は硫黄化合物除去量を間接的に計測する計測器である。原料流量計で計測される原料供量に例えば原料中の硫黄化合物の濃度を乗ずることにより硫黄化合物除去量を得ることができる。この場合、原料中の硫黄化合物の濃度として、原料のガスインフラにおける公称値、予め求めた実測値等を用いることができる。もちろん、原料中の硫黄化合物の濃度を計測し、その計測値を原料中の硫黄化合物の濃度として用いてもよい。また、この場合、脱硫器による原料中の硫黄化合物の除去率が略１００％であることが前提となるが、そうでない場合には、原料供量に硫黄化合物の濃度を乗じたものにさらに当該除去率を乗ずることによって正確な硫黄化合物除去量を得ることができる。この脱硫器による原料中の硫黄化合物の除去率として、メーカによる公称値、予め求めた実測値等を用いることができる。
【００６３】
また、「原料供給量を計測する計測器」とは、原料供給量そのものを計測する計測器（直接的に計測する計測器）と、原料供給量に関連する物理量を計測する計測器（間接的に計測する計測器）との双方を含む。「原料供給量に関連する物理量」としては、例えば、改質器への水の供給量や、水素生成装置の運転時間、水素生成装置と燃料電池を組み合わせた燃料電池システムの場合であれば、燃料電池の発電量、燃料電池からの排熱回収量、燃料電池の発電時間、起動停止回数等の物理量が挙げられる。なお、本実施形態においては、原料供給量そのものを計測する計測器（直接的に計測する計測器）を用い、この計測器により原料供給量そのものを計測する場合について説明する。
【００６４】
原料供給器２は、例えば、プランジャーポンプ、流量調整器等で構成されていて、既存の都市ガスのガスインフラ１に接続されている。ガスインフラ１は、原料供給器２に原料としての都市ガスを供給する。ガスインフラ１から原料供給器２に供給される都市ガスには、付臭剤としての硫黄化合物が含まれている。原料供給器２には、原料供給流路４の上流端が接続されている。原料供給流路４の下流端は燃料処理器２０に接続されている。原料供給流路４には、上流から下流に向けて、順に、原料流量計３、第１接続部５、脱硫器７、及び第２接続部１２が設けられている。脱硫器７は、第１接続部５及び第２接続部１２を介して原料供給流路４に取り付け可能、及び原料供給流路４から取り外し可能になっている。ガスインフラ１から原料供給器２に供給された原料は、脱硫器７に供給される。
【００６５】
原料流量計３は、原料供給器２から脱硫器７に供給される原料の供給量（以下、「原料供給量」という。）を計測する。なお、原料流量計３の計測値に基づく原料供給量の積算値の算定については、後に、詳しく説明する。
【００６６】
脱硫器７は、原料から硫黄化合物を除去できるものであれば特に限定されない。本実施形態では、脱硫器７は、吸着除去剤（図示せず）を備えている。吸着除去剤は、脱硫器７に供給された原料に含まれる硫黄化合物を吸着し、除去する。吸着除去剤としては、例えば、ゼオライト系の吸着除去剤が用いられる。なお、ゼオライト系の吸着除去剤としては、公知のものを用いることができるので、その詳しい説明を省略する。なお、脱硫器７として、例えば、水添脱硫反応を使用する脱硫器を用いてもよい。
【００６７】
脱硫器７により硫黄化合物が除去された原料は、原料供給流路４を介して燃料処理器２０（改質器１７）に供給される。
【００６８】
燃料処理器２０は、燃焼器１９と、改質器１７と、変成器（図示せず）と、ＣＯ除去器（図示せず）とを備えている。
【００６９】
燃焼器１９は、例えば、火炎バーナで構成されている。燃焼器１９には、空気供給器２１が接続されている。空気供給器２１は、燃焼器１９に燃焼用の空気（燃焼空気）を供給する。一方、燃焼器１９には、燃焼用の燃料として、改質器１７等が所定の温度に上昇するまでに通過した原料（燃焼ガス）、一酸化炭素の濃度が燃料電池５０に供給可能な濃度にまで低減されていない燃料ガス（燃焼ガス）、又は燃料電池５０のアノード５２から排出された未反応の排出燃料ガス（オフガス：燃焼ガス）が供給される。燃焼器１９は、これらの燃焼ガスを燃焼させて、この熱を改質器１７に供給する。なお、燃焼器１９は、本実施形態のように燃料処理器２０に組み込まれて構成されていてもよいし、燃料処理器２０と別の構成要素として構成されていてもよい。
【００７０】
改質器１７は、改質触媒を備えている。改質触媒として、ここでは、Ｒｕ系触媒が用いられる。改質器１７には、水供給器２５が接続されている。本実施形態では、水供給器２５は公知のように構成されており、例えば、水タンク等の水供給源、ポンプ、流量調整器等を構成要素として備えている。水供給器２５は、改質反応に必要な水（水蒸気）を改質器１７に供給する。供給される水としては、あらかじめ、市水を活性炭やイオン交換樹脂等で浄化したものを用いる。改質器１７には、脱硫器７によって硫黄化合物が除去された原料と、水供給器２５による水とが供給される。改質器１７は、供給された原料と水とを改質触媒を用いて改質反応させることにより、水素含有ガスを生成する。この改質反応には、燃焼器１９から供給される熱が利用される。改質器１７で生成された水素含有ガスは、変成器に供給される。
【００７１】
変成器は、変成触媒を備えている。変成触媒として、ここでは、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒が用いられる。変成器は、改質器１７から供給された水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を、変成触媒を用いてシフト反応させることにより、一酸化炭素の濃度を低減させる。変成器で一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガスは、ＣＯ酸化器に供給される。
【００７２】
ＣＯ酸化器は、ＣＯ酸化触媒を備えている。ＣＯ酸化触媒として、ここでは、Ｒｕ系触媒が用いられる。ＣＯ酸化器は、変成器から供給された水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を、ＣＯ酸化触媒を用いてＣＯ酸化反応させることによりさらに低減させる。具体的には、水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下に低減させる。このように一酸化炭素の濃度が低減された水素含有ガスが、燃料ガスとして燃料電池５０のアノード５２に供給される。
【００７３】
次に、本実施形態の水素生成装置１０の制御系統について説明する。
【００７４】
本実施形態の水素生成装置１０は、脱硫器７（又は、脱硫器７の備える吸着除去剤）の交換情報取得器としてのセンサ６を備えている。センサ６は、脱硫器７に配設されている。センサ６は、脱硫器７（又は、脱硫器７の備える吸着除去剤）が交換された情報を検知し、この情報を、後述する制御器４０に入力する。センサ６としては、本実施形態では、接点スイッチ等の接触式のセンサが用いられ、これが脱硫器７の取り付け部に設けられる。この接点スイッチ等のセンサ６は、脱硫器７の着脱時にオン／オフして、このオン／オフ信号を脱硫器７（又は、脱硫器７の備える吸着除去剤）の交換情報として、後述する制御器４０に入力する。  なお、センサ６として、ＩＣタグリーダが用いられ、脱硫器７にその固体番号を記憶するＩＣタグ等が取り付けられてもよい。この場合には、ＩＣタグリーダは、読み取ったＩＣタグを制御器４０に入力し、制御器４０は、ＩＣタグの固体番号が変更されたら交換されたと判定する。また、交換情報取得器は、使用者により脱硫器を交換した旨の情報が入力される入力装置（図示せず）であっても構わない。
【００７５】
本実施形態の水素生成装置１０は、前述のように、原料供給量の計測器としての原料流量計３を備えている。原料流量計３は、原料供給器２から脱硫器７に供給される原料供給量を計測する。このように計測された原料供給量は、後述する制御器４０に入力される。なお、ここでは、原料流量計３は、原料供給器２と脱硫器７（詳しくは、第１接続部５）との間の原料供給流路４に配設されているが、原料流量計３が原料供給器２に組み込まれた構成であってもよい。この構成は、後に説明する各実施形態においても当てはまる。
【００７６】
水素生成装置１０は、制御器４０を備えている。制御器４０は、例えば、マイコンで構成され、本実施形態では演算部４１と記憶部４２とを備えている。記憶部４２はマイコンの内部メモリで構成され、この内部メモリに格納されたソフトウェアをマイコンのＣＰＵが実行することにより、演算部４１（及び第２実施形態の閾値設定部４３）が実現される。記憶部４２には、制御プログラム、及び、後述する第１の閾値Ａや第２の閾値Ｂ等が格納され、このように格納された制御プログラム等を演算部４１が実行する。制御器４０は、ここでは、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の上述の構成要素を含む所要の構成要素を制御して、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の動作を制御する。なお、本実施形態においては、水素生成装置１０が制御器４０を備えているが、燃料電池システム１００の備える制御装置（図示せず）があわせて水素生成装置１０の動作を制御する制御器として機能してもよい。また、本明細書においては、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して制御を実行する制御器群をも意味する。よって、制御器４０は、必ずしも単独の制御器で構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置されていて、それらが協働して水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の動作を制御するよう構成されていてもよい。
【００７７】
次に、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の一般的な動作について説明する。なお、本実施形態においては、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の動作は、制御器４０（の備える演算部４１）が記憶部４２に格納された制御プログラムを実行することにより遂行される。
【００７８】
燃料電池システム１００が起動されると、制御器４０は、第１の三方弁７１における第３のポート７１ｃを第２のポート７１ｂに連通させる。また、制御器４０は、第２の三方弁７２における第３のポート７２ｃを第２のポート７２ｂに連通させる。
【００７９】
次に、制御器４０は、原料供給器２により原料としての都市ガスを供給する。これにより、原料供給流路４を通じて脱硫器７に原料が流れる。その際に、脱硫器７が備える吸着除去剤が原料中の硫黄化合物を吸着して除去する。
【００８０】
なお、吸着除去剤が硫黄化合物を十分に吸着しなくなるので、脱硫器７の出口における硫黄濃度が高くなる（破過する）と、破過する前に脱硫器７ごと、又は脱硫器７の備える吸着除去剤を交換する必要が生じる。
【００８１】
脱硫器７から流出した原料が、原料供給流路４を通じて改質器１７に供給される（図１中の矢印３０１）。この時点では、制御器４０は水供給器２５を動作させていないため、水供給器２５から改質器１７に水は供給されていない。したがって、原料は、改質器１７（燃料処理器２０）を単に通過する。このように通過した原料（燃焼ガス）は、燃料ガス供給流路２７、バイパス経路３３、及び燃料ガス排出流路３１を介して燃焼器１９に供給される（図１中の矢印３０２）。これに並行して、制御器４０は、空気供給器２１によって燃焼空気を燃焼器１９に供給する。そして、制御器４０は、燃焼器１９を用いて、燃焼ガスを燃焼空気により燃焼させ、改質器１７、変成器、及びＣＯ酸化器に熱を供給する。
【００８２】
そして、改質器１７、変成器、及びＣＯ酸化器の温度が所定の温度になった時点で、制御器４０は水供給器２５を動作させて、改質器１７に水（水蒸気）を供給する。水は、スチームカーボン比（Ｓ／Ｃ）が３になるように供給される。改質器１７に供給された原料は、改質触媒を介して水蒸気によって改質され、水素含有ガスとなる。この水素含有ガスには、一酸化炭素が含まれているので、前述のように変成器とＣＯ酸化器とによって一酸化炭素濃度が低減される。このように一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガス（燃料ガス）が、燃料ガス供給流路２７に供給される。
【００８３】
なお、燃料処理器２０から燃料ガス供給流路２７に供給が開始された直後の燃料ガスは、一酸化炭素濃度の低減が十分でないため、そのまま燃料電池５０のアノード５２に供給すると、アノード５２を被毒させてしまう。そこで、制御器４０は、起動当初のように、燃料ガスを、燃料ガス供給流路２７、バイパス経路３３、及び燃料ガス排出流路３１を介して燃焼器１９に供給する。
【００８４】
その後、燃料処理器２０から燃料ガス供給流路２７に供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度が十分に低減されると、制御器４０は、第１の三方弁７１における第３のポート７１ｃの連通先を第２のポート７１ｂから第１のポート７１ａに切り替えると共に、第２の三方弁７２における第３のポート７２ｃの連通先を第２のポート７２ｂから第１のポート７２ａに切り替える。これにより、燃料処理器２０から燃料ガス供給流路２７に供給された燃料ガスは、燃料電池５０のアノード５２に供給される。これに並行して、制御器４０は、酸化剤ガス供給器６０を動作させて、燃料電池５０のカソード５３に酸化剤ガスを供給する。このように、アノード５２に供給された燃料ガスと、カソード５３に供給された酸化剤ガスとの電池反応により、電気と熱とが発生される。また、アノード５２から排出されたオフガス（燃焼ガス）が燃料ガス排出流路３１を通じて燃焼器１９に供給され（図１中の矢印３０３）、そこで燃焼される。
【００８５】
そして、燃料電池システム１００により所望の発電が行われ、その後、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は停止に移行する。この停止動作は、まず、原料供給器２からの原料の供給を停止すると共に、水供給器２５からの水の供給を停止する。これにより、改質器１７を原料が通過しなくなり、ひいては、原料（燃焼ガス）が燃焼器１９に供給されなくなる。すると、燃焼器１９から改質器１７等に熱が供給されなくなるので、改質器１７等が備える触媒の温度が低下する。その後、原料供給器２により原料を供給し、燃料電池５０の図示しないアノードガス流路（図示せず）を含む燃料ガス流通経路内の残留ガスをパージした後、原料の供給を停止する。
【００８６】
次に、本発明の水素生成装置１０の備える脱硫器７の交換の要否を判定する動作について、図２を参照しながら説明する。なお、この動作は、制御器４０（の備える演算部４１）が図２の制御プログラムを実行することによって遂行される。また、この制御プログラムは、所定のサンプリング間隔（Δｔ）で水素生成装置の停止状態も含めて定常的に実行される。また、原料供給量の積算値に対して設定された第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂ、並びに原料供給量の前記積算値が、制御器４０の記憶部４２に格納されている。第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂは、それぞれ、本発明における第１の閾値及び第２の閾値に相当する。何故ならば、既述のように「原料流量計」が本発明の「脱硫器で除去される硫黄化合物の量（硫黄化合物除去量）を計測する計測器」に相当する以上、「原料流量計」で計測される原料供給量の積算値に対して設定された第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂは、「硫黄化合物除去量を計測する計測器」で計測される硫黄化合物除去量原料供給量の積算値に対してそれぞれ設定された本発明の第１の閾値及び第２の閾値に他ならないからである。これは他の実施形態においても同様である。なお、第１の閾値Ａと第２の閾値Ｂとの関係については、後に詳しく説明する（図３参照）。
【００８７】
水素生成装置１０は、制御器４０から起動指令が出力されると起動処理を行い、その後通常運転状態に入る。そして、制御器４０より停止指令が出力されると停止処理を実行し、停止処理が完了すると次の起動処理に入るまで停止状態となる。
【００８８】
そして、制御器４０は、上記所定のサンプリング間隔の間に、原料流量計３から入力される原料の流量値を取得する（ステップＳ１）。次に、制御器４０は、ステップＳ１において取得した原料流量値にサンプリング間隔Δｔを乗じた値を記憶部４２から読み出した原料供給量の積算値に加えることで算定された新たな原料供給量の積算値を記憶部４２に更新記録する（ステップＳ２）。そして、制御器４０は、水素生成装置１０が起動処理中又は運転中であるかどうかを判定する（ステップＳ３）。水素生成装置１０が起動処理中又は運転中である場合には、制御器４０は、ステップＳ２において更新記録された原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ４）。なお、「第１の閾値Ａ」とは、後述する「第２の閾値Ｂ」よりも大きい値である。ステップＳ４において、原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上であれば（ステップＳ４においてＹＥＳ）、制御器４０は水素生成装置１０の運転の停止処理を開始する（ステップＳ５）。そして、制御器４０は、脱硫器７を交換すべき旨（警報）を報知器３０により報知させる（ステップＳ６）。例えば、制御器４０は、上記報知器３０の一例としての表示部（図示せず）に脱硫器７を交換すべき旨のメッセージを表示させる。なお、報知器３０により上記警報が発せられた場合、例えば、ユーザがメーカの保守要員を呼び、当該保守要員が、水素生成装置１０の停止後において脱硫器７を交換する（ステップＳ７）。具体的には、脱硫器７の交換は、ガスインフラ１からの脱硫器７側への原料（都市ガス）の供給を遮断弁等（図示せず）で封止した状態で、第１接続部５及び第２接続部１２において脱硫器７を原料供給流路４から取り外すようにして行う。そして、脱硫器７を交換した後、制御器４０は原料供給量の積算値をゼロにリセットする（ステップＳ８）。なお、水素生成装置１０の停止動作が完了されるまでの間は、原料供給量の積算値の記憶部４２への更新記録動作が所定のサンプリング間隔Δｔにおいて継続される。
【００８９】
一方、ステップＳ４において、更新記録された原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上でなければ（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ１に戻る。
【００９０】
一方、ステップＳ３において、水素生成装置１０が起動処理中又は運転中でない場合（ステップＳ３においてＮＯ）、すなわち、水素生成装置が停止処理中又は停止状態の場合には、ステップＳ２において更新された原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ９）。なお、「第２の閾値Ｂ」とは、「第１の閾値Ａ」よりも小さい値である。更新された原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂ以上であれば（ステップＳ９においてＹＥＳ）、制御器４０は、脱硫器７を交換する必要があると判定し、報知器３０により脱硫器７を交換すべき旨（警報）を報知させる（ステップＳ１０）。例えば、制御器４０は、本発明の報知器の一例である表示器（図示せず）に脱硫器７を交換すべき旨のメッセージを表示させる。なお、報知器３０により上記警報が報知された場合、例えば、ユーザがメーカの保守要員を呼び、当該保守要員が、水素生成装置１０の停止状態で脱硫器７を交換する（ステップＳ１１）。具体的には、脱硫器７の交換は、ガスインフラ１から脱硫器７側への原料（都市ガス）の供給を遮断弁等（図示せず）で封止した状態で、第１接続部５及び第２接続部１２において脱硫器７を原料供給流路４から取り外すようにして行う。そして、脱硫器７を交換した後、制御器４０は原料供給量の積算値をゼロにリセットする（ステップＳ１２）。
【００９１】
一方、ステップＳ９において、更新された原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂ以上でなければ（ステップＳ９においてＮＯ）、ステップＳ１に戻る。
【００９２】
なお、本実施形態では、上記のステップＳ６及びステップＳ１１において、制御器４０が脱硫器７を交換すべき旨を報知するよう構成されている。しかし、ステップＳ６及びステップＳ１１において当該報知を実行せずに、制御器４０が次の水素生成装置１０の起動を許可しないものとしてもよい。具体的には、図示されない起動ボタンが押される等して起動指令が入力され、あるいは、電力負荷の大きさが燃料電池システム１００の起動が必要になる所定値以上になっても、制御器４０は水素生成装置１０の起動を許可しない。そして、併せて、制御器４０は、脱硫器７を交換すべき旨を報知器３０により報知させてもよい。これにより、硫黄化合物が十分に低減されない状態で水素生成装置の運転が継続されることを抑止するとともに、脱硫器の寿命により運転が十分に継続できないエネルギー的に無駄な運転を抑制することが可能になる。
【００９３】
次に、図３を参照しながら、原料供給量の積算値の「第１の閾値Ａ」と「第２の閾値Ｂ」との関係について説明する。なお、「第１の閾値Ａ」を算出するために必要な「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」は、ここでは、脱硫器７の出口から排出される原料中に含まれる硫黄化合物の濃度が所定の上限濃度（例えば、２０ｐｐｂ）になる（上昇する）まで、脱硫器７が硫黄化合物を吸着できる原料供給量の積算値（例えば、体積）である。「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」は、脱硫器７の性能、すなわち脱硫器７の備える吸着除去剤の種類、質量、または吸着除去剤の単位質量あたりの硫黄吸着量等と、供給される原料中の硫黄濃度とによって定まる。
【００９４】
「第１の閾値Ａ」は、ここでは、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」から「燃料電池システム１００の停止に必要な原料の供給量Ｚ」を減じた値である。「燃料電池システム１００の停止に必要な原料の供給量Ｚ」は、燃料電池システム１００の停止動作において、燃料ガス流通経路内の残留ガスをパージするために必要となる原料の供給量である。なお、「第１の閾値Ａ」は、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」から、「燃料電池システム１００の停止に必要な原料供給量Ｚ」を超える値を減じた値であってもよい。
【００９５】
「第２の閾値Ｂ」は、「第１の閾値Ａ」から「燃料電池システム１００が停止した状態から発電可能な状態になるまでに必要な原料の供給量Ｘ」を減じた値である。「燃料電池システム１００が停止した状態から発電可能な状態になるまでに必要な原料の供給量Ｘ」は、季節によって、すなわち外気の温度によって変更される値である。なお、「第２の閾値Ｂ」は、「第１の閾値Ａ」から、「燃料電池システム１００が停止した状態から発電可能な状態になるまでに必要な原料の供給量Ｘ」を超える値を減じた値であってもよい。
【００９６】
次に、原料供給量の積算値と、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の動作との関係を、図４を参照しながら説明する。図４は、脱硫器７の原料供給量の積算値に関する４つの状態（α，β，γ，δ）を示している。また、各状態α，β，γ，δの左側の棒グラフ（α1，β1，γ1，δ1）は、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７に供給された原料供給量の積算値を示すものである。また、各状態α，β，γ，δの右側の棒グラフ（α2，β2，γ2，δ2）は、燃料電池システム１００の起動後に必要となる原料供給量を、起動前の原料供給量の積算値（α1，β1，γ1，δ1）に加算したものである。なお、以下においては、「燃料電池システム１００の発電のために必要な原料の供給量Ｙ」は、便宜上、一定の値として説明する。
【００９７】
まず、状態αについて説明する。
【００９８】
状態αにおいては、左側の棒グラフ（α1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂに到達していない。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は、通常のように起動、運転、及び停止する。その結果、右側の棒グラフ（α2）に示すように、脱硫器７への原料供給量の積算値α2が、燃料電池システム１００の起動前における原料供給量の積算値（α1）に、燃料電池システム１００の起動、発電、及び停止に必要な原料供給量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を加算したものとなるが、第２の閾値Ｂには到達しない。
【００９９】
次に、状態βについて説明する。
【０１００】
状態βにおいては、左側の棒グラフ（β1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂに到達していない。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は、通常のように起動、運転、及び停止する。その結果、右側の棒グラフ（β2）に示すように、脱硫器７への原料供給量の積算値β2が、燃料電池システム１００の起動前における原料供給量の積算値（β1）に、燃料電池システム１００の起動、発電、及び停止に必要な原料供給量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を加算したものとなり、第２の閾値Ｂを超える。この場合には、後述する状態δのように、その後の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の起動は行われない。
【０１０１】
次に、状態γについて説明する。
【０１０２】
状態γにおいては、左側の棒グラフ（γ1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂに到達していない。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は起動される。すると、右側の棒グラフ（γ2）に示すように、燃料電池システム１００の起動前における原料供給量の積算値（γ1）に、「燃料電池システム１００の起動に要する原料供給量Ｘ」と、「燃料電池システム１００の発電に要する原料供給量Ｙ」とが加算されて、脱硫器７への原料供給量の積算値γ2が第１の閾値Ａを超える。具体的には、原料をＹ’（Ｙ’＜Ｙ）だけ脱硫器７に供給した時点で、原料供給量の積算値が第１の閾値Ａに到達する。すなわち、脱硫器７への原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上になるので、制御器４０は、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を停止させる。その結果、脱硫器７への原料供給量の積算値γ2は、さらに「燃料電池システム１００の停止に必要な原料供給量Ｚ」が加算されて、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」に到達する。しかし、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」を超えることはないので、所定の濃度（２０ｐｐｂ）以上の硫黄化合物を含む原料が改質器１７に供給されることが防止される。この場合には、脱硫器７が交換される。
【０１０３】
次に、状態δについて説明する。
【０１０４】
状態δにおいては、左側の棒グラフ（δ1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が第２の閾値Ａと第１の閾値Ｂとの間にある（原料供給量の積算値が状態βの右側の棒グラフ（β2）と同じ状態）。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は起動されない。この状態において、もし、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を起動すると、「燃料電池システム１００の起動に必要な原料供給量Ｘ」が脱硫器７に供給されて、右側の棒グラフ（δ2）に示すように、脱硫器７への原料供給量の積算値が第１の閾値Ａを超えてしまい（状態δ2の破線部）、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００はその時点で停止される。従って、このように起動をしないことによって、起動に要する原料の消費を防止することができる。
【０１０５】
総括すると、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の停止処理開始後において、脱硫器７への原料供給量の積算値が（第１の閾値Ａよりも小さい）第２の閾値Ｂ以上になったとき、すなわち、脱硫器７の残りの寿命が少ないと判定されたときには、制御器４０が、脱硫器７の交換が必要であると判定する。この場合には、制御器４０は、脱硫器７の交換が必要である旨を報知器３０に報知させるか、又は、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の起動を行わない。これにより、原料の無駄な消費を抑制することができ、省エネに寄与することができる。
【０１０６】
また、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００が運転している場合において、脱硫器７への原料供給量の積算値が（第２の閾値Ｂよりも大きい）第１の閾値Ａ以上になったとき、すなわち脱硫器７の寿命がもうすぐ尽きると判定されたときには、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の運転が停止される。これにより、改質器１７に硫黄化合物が十分に低減されていない原料が供給されることが抑制され、改質器１７等の備える触媒の被毒が防止される。
【０１０７】
なお、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００では、第２の閾値Ｂを予め設定したが、第１の閾値Ａのみを設定しておき、水素生成装置１０または燃料電池システム１００の運転状況を考慮して、第２の閾値Ｂ又は第２の閾値Ｂに代わる指標を推測し、その推測したものを上述の制御プログラムにおいて第２の閾値Ｂと同様に用いてもよい。具体的には、制御器４０で、発電状況や起動停止頻度等の日々の運転状況に基づいて、次回起動時には、どの程度運転されるかを予測し、この予測した運転時間を第１の閾値Ａとともに用いて水素生成装置１０等を運転する。この場合、その予測した運転時間だけ水素生成装置１０等を運転することが効率的であるか否か（エネルギー効率が有利化か否か）に応じて、水素生成装置１０等を起動するか否かが判定される。
【０１０８】
［変形例］
第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムにおいては、原料供給量そのものを計測する計測器（直接的に計測する計測器）を用い、この計測器により原料供給量そのものを計測する場合について説明した。当該変形例においては、原料供給量そのものを計測する計測器のかわりに、原料供給量に関連する物理量を計測する計測器（間接的に計測する計測器）を用いる。「原料供給量に関連する物理量」としては、前述のように、例えば、改質器への水の供給量や、水素生成装置の運転時間、水素生成装置と燃料電池を組み合わせた燃料電池システムの場合であれば、燃料電池の発電量、燃料電池からの排熱回収量、燃料電池の発電時間等の物理量が挙げられる。それ以外の構成については、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの構成と同じである。
【０１０９】
次に、前述の図２のフローチャートを参照しながら、本変形例の水素生成装置１０の備える脱硫器７の交換の要否を判定する動作について、簡単に説明する。なお、本変形例の当該判定の動作は、図２のフローチャートと共通するステップが多いので、相違するステップのみについて説明する。
【０１１０】
本変形例の水素生成装置１０では、水素生成装置１０の起動処理中又は運転中の場合（図２のステップＳ３においてＹＥＳ）には、図２のステップＳ４において制御器４０が原料供給量に関連する物理量の積算量が第１の閾値Ａ´以上であるかどうかを判定することにより、脱硫器７を交換するか否かを判定する。
【０１１１】
一方、水素生成装置１０の停止処理中又は停止状態の場合（図２のステップＳ３においてＮＯ）には、図２のステップＳ１０において制御器４０が原料供給量に関連する物理量の積算量が第２の閾値Ｂ´以上であるかどうかを判定することにより、脱硫器７を交換するか否かを判定する。それ以外の動作については、第１実施形態の水素生成装置における脱硫器の交換の要否を判定する動作と同じである。
【０１１２】
本変形例の水素生成装置及び燃料電池システムにおいても、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同様の効果を奏する。
【０１１３】
なお、以上の本実施の形態の水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムにおいては、水素生成装置への原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上であるか否かを判定する水素生成装置の運転中の具体的時期として「起動処理中」及びその後の「通常運転中」としたが、第２の閾値Ｂが「第１の閾値Ａ」から少なくとも「燃料電池システム１００が停止した状態から発電可能な状態になるまでに必要な原料の供給量Ｘ」を減じた値であることから起動処理中に原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上になる可能性は低いもののより安全性を向上するために「起動処理中」においても原料供給量の積算値と第１の閾値Ａとの比較を行なっているが、原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上であるか否かを判定する水素生成装置の運転中の具体的時期として起動処理後の「通常運転中」のみであっても構わない。
【０１１４】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。以下、図５を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
【０１１５】
図５に示すように、本実施形態では、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムにおける制御系統を変更している。
【０１１６】
具体的には、本実施形態では、脱硫器７の硫黄吸着量の上限値Ｌ’（上限吸着量（上限吸着量情報））を取得する上限吸着量取得器（上限吸着量情報取得器）８が設けられている。例えば、上限吸着量取得器８としてはＩＣタグリーダが用いられ、脱硫器７には硫黄吸着量の上限値Ｌ’（以下、単に「上限値Ｌ’」という場合がある。）を記憶するＩＣタグが取り付けられている。ＩＣタグリーダは、ＩＣタグから上限値Ｌ’を読み取って、これを制御器４０の備える閾値設定部４３（後述）に入力する。上限値Ｌ’は、脱硫器７の備える吸着除去剤の種類、質量、単位質量あたりの硫黄吸着量等によって定められる。
【０１１７】
「上限吸着量情報」とは、直接的な情報である脱硫器７の上限吸着量そのものであってもよいし、脱硫器７の上限吸着量に間接的に関係する情報であってもよい。「上限吸着量に間接的に関係する情報」としては、例えば、脱硫器７の備える吸着除去剤の種類、質量、吸着除去剤の単位質量あたりの硫黄吸着量等が挙げられる。
【０１１８】
また、「硫黄吸着量」には、硫黄（Ｓ）そのものの吸着量に限られず、硫黄化合物の吸着量（例えば、都市ガスであればＤＭＳやＴＢＭの濃度）も含まれる。したがって、本実施形態においては、上限吸着量情報取得器８により取得される硫黄吸着量の上限値Ｌ'には、硫黄（Ｓ）そのものの吸着量に限られず、硫黄化合物の吸着量（例えば、都市ガスの場合、ＴＢＭやＤＭＳの濃度）も含まれる。なお、上限値Ｌ'が硫黄化合物の吸着量の場合、上記第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを算出する際に、原料中の硫黄濃度でなく、原料中の硫黄化合物濃度が用いられる。
【０１１９】
なお、センサ６として、ＩＣタグリーダが用いられ、脱硫器７にその固体番号を記憶するＩＣタグ等が取り付けられてもよい。この場合には、ＩＣタグリーダは、読み取ったＩＣタグを制御器４０に入力し、制御器４０は、ＩＣタグの固体番号が変更されたら交換されたと判定する。また、交換情報取得器は、使用者により脱硫器を交換した旨の情報が入力される入力装置（図示せず）であっても構わない。このとき、ＩＣタグに「上限吸着量情報」も記憶させておき、ＩＣタグリーダからその情報を入手する等により、脱硫器の硫黄化合物の除去量の上限値に関係する情報を取得してもよい。この場合制御器４０とセンサ６が、上限除去量情報取得器８を構成する。
【０１２０】
さらに、本実施形態では、制御器４０が、閾値設定部（閾値設定器）４３を備えている。閾値設定部４３には、上限吸着量取得器８により取得された上限値Ｌ’のデータが入力される。閾値設定部４３は、このように入力された上限値Ｌ’に基づき、原料供給量の積算値に対して設定される第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを算出する。具体的には、第１の閾値Ａは、脱硫器７の吸着量の上限値Ｌ’を原料中の硫黄濃度で除して原料供給量の積算値の上限値Ｌを算出し、この原料供給量の積算値の上限値Ｌから燃料電池システム１００の停止に必要な原料供給量Ｚを減算して算出される。そして、この第１の閾値Ａに基づいて第２の閾値Ｂが算出される。なお、本実施形態では、原料中の硫黄濃度として、原料のガスインフラにおける公称値、予め求めた実測値等の一定値が用いられる。このように算出された第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂは、制御装置４０の備える記憶部４２に格納されて設定される。このようにして、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂが算出され、記憶部４２に格納される以外は、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの構成と同じである。
【０１２１】
本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においても、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同様の効果が得られる。
【０１２２】
また、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においては、上記のような構成としたため、上限吸着量取得器８によって取得された上限値Ｌ’に基づいて第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを定めることができる。すなわち、脱硫器７における吸着除去剤の種類及び質量等に応じて、適宜、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを設定することができる。これにより、脱硫器７の残りの寿命に応じて、適切に水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を運転することができる。
【０１２３】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図７は、硫黄濃度取得器によって取得された硫黄濃度と、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂとの対応関係を示す図である。以下、図６及び図７を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
【０１２４】
図６に示すように、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００では、第２実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの制御系統の構成を変更している。
【０１２５】
具体的には、本実施形態では、原料流量計３と脱硫器７との間の原料供給流路４に、原料中の硫黄濃度（硫黄濃度情報）を取得する硫黄濃度取得器（硫黄濃度情報取得器）９が配設されている。また、硫黄濃度取得器９の配設位置は、この位置に限定されず、例えば、都市ガスのガスインフラ１の適宜の位置に配設されていてもよい。硫黄濃度取得器９は、原料中に含まれる硫黄濃度を直接取得する手段として、例えば、ガス濃度センサで構成される。なお、硫黄濃度とは、付臭剤である硫黄化合物や、ＣＯＳやチオフェン類等の元来原料中に含まれている硫黄化合物の濃度を意味する。
【０１２６】
そして、硫黄濃度取得器９によって取得された原料中の硫黄濃度は、閾値設定部４３に入力される。閾値設定部４３は、上限吸着量取得器８で取得した上限値Ｌ’と、入力された原料中の硫黄濃度とに基づいて、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを算出する。具体的には、第１の閾値Ａは、脱硫器７の硫黄の吸着量の上限値Ｌ’を原料中の硫黄の濃度で除して原料供給量の積算値の上限値Ｌを算出し、この原料供給量の積算値の上限値Ｌから燃料電池システム１００の停止に必要な原料供給量Ｚを減算して算出される。そして、この第１の閾値Ａに基づいて第２の閾値Ｂが算出される。このように算出された第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂは、記憶部４２に格納されて設定される。このようにして、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂが算出され、記憶部４２に格納される以外は、第２実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同様である。
【０１２７】
なお、本実施形態においては、上限吸着量取得器８により取得される硫黄吸着量の上限値Ｌ'としては、硫黄（Ｓ）そのものの吸着量に限らず、硫黄化合物の吸着量（例えば、都市ガスの場合、ＴＢＭやＤＭＳの濃度）も含まれる。なお、上限値Ｌ'が、硫黄化合物の濃度の場合、硫黄濃度取得器９より取得される硫黄濃度情報は、原料中の硫黄化合物の濃度となる。
【０１２８】
また、上限吸着量取得器８が設置されず、燃料電池システム１００に設けられる脱硫器７の仕様（すなわち、上限吸着量Ｌ'）が予め決定されている場合、硫黄濃度取得器９により取得される原料中の硫黄濃度と第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂとの対応関係（図７参照）が記憶部４２に記憶される。この対応関係は、例えば、図７に示すように、硫黄濃度（ｐｐｂ）がａ1以上ａ2未満の場合には第１の閾値Ａ1及び第２の閾値Ｂ1となり、硫黄濃度がａ2以上ａ3未満の場合には第１の閾値Ａ2及び第２の閾値Ｂ2となり、硫黄濃度がａ3以上ａ4未満の場合には第１の閾値Ａ3及び第２の閾値Ｂ3となっている。これにより、閾値設定部４３は、上記硫黄濃度取得器９により取得される原料中の硫黄濃度と上記対応関係に基づき原料中の硫黄濃度に対応する第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを選択し、これを設定するよう構成されていても構わない。
【０１２９】
本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においても、第２実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同様の効果が得られる。
【０１３０】
また、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においては、上記のような構成としたため、原料中の硫黄濃度に応じて、適宜、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを変更することができる。これにより、脱硫器７の残りの寿命に応じて、適切に水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を運転することができる。
【０１３１】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図９は、原料中の硫黄濃度に間接的に関係する情報（原料である都市ガスの供給会社（ガス供給主体））と、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂとの対応関係を示す図である。以下、図８及び図９を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。
【０１３２】
図８に示すように、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においては、第３実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの制御系統を変更している。
【０１３３】
具体的には、本実施形態では、第３実施形態の上限吸着量取得器８及び硫黄濃度取得器９に代えて、制御器４０が、本発明の上限吸着量取得器及び硫黄濃度取得器の一例として、脱硫器７の硫黄吸着量の上限値Ｌ’（上限吸着量）及び原料中の硫黄濃度を入力するための入力部４５を備えている。入力部４５は、例えば、キーボード、マウス、選択キー等の一般の入力装置で構成されている。吸着量の上限値Ｌ’及び原料中の硫黄濃度は、入力部４５を介して、閾値設定部４３に入力される。なお、入力部４５は、吸着量の上限値Ｌ'及び原料中の硫黄濃度に直接的に関係する情報（例えば、数値データ）が入力されるように構成されていても構わないし、間接的に関係する情報が入力されるように構成されていても構わない。例えば、吸着量の上限値Ｌ'の場合、入力部４５を介して、脱硫器７の備える吸着除去剤の種類、質量、単位質量あたりの硫黄吸着量等の上限吸着量と間接的に関係する情報が入力されるように構成してもよい。また、原料中の硫黄濃度の場合、入力部４５を介して、原料ガスの供給会社、原料ガス種等の原料中の硫黄濃度に間接的に関係する情報が入力されるように構成してもよい。
【０１３４】
閾値設定部４３は、入力された上限値Ｌ’及び入力された硫黄濃度に基づいて、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを算出する。このように算出された第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂが、記憶部４２に格納され設定される。以上のようにして第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂが算出され、記憶部４２に格納される以外は、第３実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同じである。
【０１３５】
なお、上限吸着量取得器８が設置されず、燃料電池システム１００に設けられる脱硫器７の仕様（すなわち、上限吸着量Ｌ'）が予め決定されている場合、原料ガスの供給会社等の原料中の硫黄濃度に間接的に関係する情報と第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂとの対応関係（図９参照）が記憶部４２に記憶される。この対応関係は、例えば、図９に示すように、原料ガスの供給会社がIの場合には第１の閾値Ａ4及び第２の閾値Ｂ4となり、原料ガスの供給会社がIIの場合には第１の閾値Ａ5及び第２の閾値Ｂ5となり、原料ガスの供給会社がIIIの場合には第１の閾値Ａ3及び第２の閾値Ｂ3となっている。そして、閾値設定部４３は、上記硫黄濃度取得器９により取得される原料中の硫黄濃度と上記対応関係に基づき原料中の硫黄濃度に対応する第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを選択し、これを設定するよう構成されていても構わない。
【０１３６】
本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においても、第３実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同様の効果が得られる。
【０１３７】
また、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においては、入力された上限値Ｌ’及び入力された硫黄濃度に基づいて、適宜、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを変更することができる。また、原料ガス中に含まれる硫黄濃度が、原料ガス中の硫黄濃度に関する直接的な情報だけでなく、原料ガス中の硫黄濃度に関係する間接的な情報であっても、適宜、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを変更することができる。例えば、上述のように供給主体であるガス会社によって異なることを利用して、水素生成装置が設置される場所に原料を供給するガス会社に関する情報を硫黄濃度取得器９より取得することで、適宜、第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂを設定することができる。これにより、脱硫器７の残りの寿命に応じて、適切に水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を運転することができる。
【０１３８】
（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図１１は、本実施形態における、原料供給量の積算値の第１の閾値と第２の閾値との関係を示す棒グラフである。図１２は、原料供給量の積算値と水素生成装置の動作との関係を示す棒グラフである。以下、図１０乃至図１２を参照しながら、本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態の水素生成装置の制御プログラムは、原料供給量の積算値における第２の閾値Ｂが異なる以外は、第１実施形態の制御プログラム（図２）と同じである。
【０１３９】
図１０に示すように、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においては、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの制御系統の構成を変更している。
【０１４０】
具体的には、本実施形態では、制御器４０が、さらに閾値設定部４３と学習部４６とを備えている。学習部４６は、燃料電池５０の個々の発電期間における発電量を取得し、これを学習することによって、１回の発電あたりに必要な原料供給量の推定値（例えば、平均値）ｙを算出する。ここで、学習方法を例示するが、学習方法自体は周知であるので、簡単に説明する。例えば、学習部４６は１回の発電期間における発電量（以下、単に発電量という）を取得すると、その都度、これを記憶部４２に記憶して蓄積し、かつ、その都度、記憶部４２に蓄積された発電量の平均値ｐを算出する。そして、この発電量の平均値ｐに基づいて理論上の原料供給量の平均値（推定値）ｙを算出し、これを記憶部４２に記憶する。この際、現在記憶されている平均値ｙを新しく算出した平均値ｙに更新するようにして記憶する。このように算出された原料供給量の推定値ｙが閾値設定部４３に入力され、原料供給量の積算値の第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂが算出される（後述する図１１参照）。このように算出された第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂが記憶部４２に格納され設定される。それ以外の構成については、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムの構成と同じである。
【０１４１】
次に、本実施形態における第２の閾値Ｂを、図１１を参照しながら説明する。
【０１４２】
図１１に示すように、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、「第１の閾値Ａ」は、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」から「燃料電池システム１００の停止に必要な原料供給量Ｚ」を減じた値である。
【０１４３】
一方、「第２の閾値Ｂ」は、「第１の閾値Ａ」から、「燃料電池システム１００の起動に必要な原料供給量Ｘ」と、「燃料電池システムの１回の発電あたりに必要な原料供給量の推定値ｙ」と、を減じた値である。
【０１４４】
次に、原料供給量の積算値と、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の動作との関係を、図１２を参照しながら説明する。なお、本実施形態においては、「燃料電池システム１００の１回の発電あたりに必要な原料供給量」は変動するものであるが、便宜上、所定の値Ｙ（Ｙ＞ｙ）として説明する。
【０１４５】
まず、状態αについて説明する。
【０１４６】
状態αにおいては、左側の棒グラフ（α1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂに到達していない。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は、通常のように起動、運転、及び停止する。その結果、右側の棒グラフ（α2）に示すように、脱硫器７への原料供給量の積算値α2が、燃料電池システム１００の起動前における原料供給量の積算値（α1）に、燃料電池システム１００の起動、発電、及び停止に必要な原料供給量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を加算したものとなるが、原料供給量の積算値は第２の閾値Ｂに到達しない。
【０１４７】
次に、状態βについて説明する。
【０１４８】
状態βにおいては、左側の棒グラフ（β1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂに到達していない。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は、通常のように起動、運転、及び停止する。その結果、右側の棒グラフ（β2）に示すように、脱硫器７への原料供給量の積算値β2が、燃料電池システム１００の起動前の原料供給量の積算値（β1）に、燃料電池システム１００の起動、発電、及び停止に必要な原料供給量（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を加算したものとなり、第２の閾値Ｂを超える。この場合には、後述する状態δのように、その後の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の起動は行われない。
【０１４９】
次に、状態γについて説明する。
【０１５０】
状態γにおいては、左側の棒グラフ（γ1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が、第２の閾値Ｂに到達していない。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は起動される。すると、右側の棒グラフ（γ2）に示すように、燃料電池システム１００の起動前における原料供給量の積算値（γ1）に、「燃料電池システム１００の起動に必要な原料供給量Ｘ」と、「燃料電池システム１００の発電に必要な原料供給量Ｙ」とが加算されて、脱硫器７への原料供給量の積算値γ2が第１の閾値Ａを超える。具体的には、原料をＹ’（ｙ＜Ｙ’＜Ｙ）だけ供給した時点で、原料供給量の積算値が第１の閾値Ａに到達する。すなわち、脱硫器７への原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上になるので、制御器４０は、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を停止させる。その結果、原料供給量の積算値γ2は、さらに「燃料電池システム１００の停止に必要な原料供給量Ｚ」を加算されて、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」に到達する。しかし、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」を超えることはないので、所定濃度（２０ｐｐｂ）以上の硫黄化合物を含む原料が改質器１７に供給されることが防止される。この場合には、脱硫器７が交換される。
【０１５１】
次に、状態δについて説明する。
【０１５２】
状態δにおいては、左側の棒グラフ（δ1）に示すように、燃料電池システム１００の起動前において、脱硫器７への原料供給量の積算値が、第１の閾値Ａと第２の閾値Ｂとの間にある（原料供給量の積算値が状態βの右側の棒グラフ（β2）と同じ状態）。従って、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は起動されない。この状態において、もし、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を起動すると、「燃料電池システム１００の起動に必要な原料供給量Ｘ」と、「燃料電池システム１００の１回の発電あたりに必要な原料供給量の推定値ｙ」とが脱硫器７に供給されて、右側の棒グラフ（δ2）に示すように、脱硫器７への原料供給量の積算値が第１の閾値Ａを超えてしまう（δ2中の破線部）。そうすると、燃料電池システム１００における発電が十分に行われないまま、脱硫器７への原料供給量の積算値が第１の閾値Ａを超えた時点で、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００が停止されることになる。従って、このように起動しないことによって、起動に要する原料及び１回の発電あたりに要する原料の消費を防止することができる。
【０１５３】
本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においても、第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同様の効果が得られる。
【０１５４】
また、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００においては、水素生成装置１０の停止処理開始後に、脱硫器７への原料供給量の積算値が（第１の閾値Ａよりも小さい）第２の閾値Ｂ以上になったとき、すなわち、１回の発電を行うだけの脱硫器７の寿命が残っていないと判定された場合には、制御器４０は、脱硫器７の交換が必要である旨を報知器３０に報知させるか、又は、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の起動を行わない。これにより、水素生成装置１０の起動に要する原料及び１回の発電あたりに要する原料の消費を防止することができ、無駄に原料を消費することがさらに抑制され、より省エネに寄与することができる。
【０１５５】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態は、実施の形態１を簡略化したものである。本実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムは、基本的な構成は第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと同じであるが、原料供給量の積算値（硫黄化合物の除去量の積算値）が第１の閾値Ａ（第１の閾値）を超えてしまっても、水素生成装置及び燃料電池システムが運転を停止しないで、運転を継続する点で第１実施形態の水素生成装置及び燃料電池システムと異なる。以下、この相違点を説明する。具体的には、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００は、ハードウェアの構成は図１のブロック図に示されている第１実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００と同じであり、脱硫器７の交換の要否の判定に関する動作が異なる。
【０１５６】
脱硫器には、通常、原料中の硫黄濃度、計測器で計測される硫黄化合物の量の誤差、使用温度、脱硫剤の品質等を考慮して、ある程度余裕をもって脱硫剤が充填されている。例えば、本実施形態（及び第１実施形態）では、脱硫器が本来備えている硫黄化合物の上限除去量の２０％程度に第１の閾値Ａが設定されている。そこで、本実施形態では、第１の閾値Ａに到達後も、余裕度の範囲（本来、脱硫器が備えている硫黄化合物の上限除去量までの範囲）で、運転を継続するよう水素生成装置１０及び燃料電池システム１００が構成されている。
【０１５７】
次に、本実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の脱硫器７の交換の要否の判定に関する動作を説明する。図１３は、本実施形態の水素生成装置の備える脱硫器の交換の要否を判定する制御プログラムを示すフローチャートである。なお、図１３において、図２と同一又は相当するステップには同じ参照符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
【０１５８】
図１３に示すように、本実施形態では、第１実施形態と異なり第２の閾値Ｂが設定されていない。これに伴い、第２の閾値Ｂを用いた判定に伴う動作が省略されている。
【０１５９】
具体的には、制御器４０は、まず、原料流量計３から入力される原料の流量値を取得する（ステップＳ１）。次に、制御器４０は、新たな原料供給量の積算値を記憶部４２に更新記録する（ステップＳ２）。そして、制御器４０は、ステップＳ２において更新記録された原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ４）。原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ未満であれば（ステップＳ４においてＮＯ）、制御器４０は、ステップＳ１に戻る。一方、原料供給量の積算値が第１の閾値Ａ以上であれば（ステップＳ４においてＹＥＳ）、制御器４０は水素生成装置１０の次の起動を許可しない（ステップＳ２１）。換言すると、水素生成装置１０が運転中の場合は、その運転が継続され、その運転が停止された後、次の水素生成装置１０の起動が許可されない。この場合、原料供給量の積算値（硫黄化合物の除去量の積算値）が第１の閾値Ａ（第１の閾値）を超えているが、水素生成装置１０は、脱硫器が本来備えている余裕度の範囲（硫黄化合物の上限除去量までの範囲）で、運転されるので、脱硫器の硫黄化合物除去能力の不足に起因する不具合が生じることはない。
【０１６０】
次に、制御器４０は、脱硫器７を交換すべき旨（警報）を報知器３０により報知させる（ステップＳ６）。その後、水素生成装置１０の停止後において脱硫器７が交換される（ステップＳ７）。その後、制御器４０は原料供給量の積算値をゼロにリセットする（ステップＳ８）。こにより、水素生成装置１０は、次の起動が可能になる。
【０１６１】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００いよれば、例えば、脱硫器７の交換まで、運転はしばらく継続させることができる。その結果、ユーザが、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を使用できないデメリットを小さくでき、かつ水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を最大限利用できるので、省エネ性をも維持することができる。なお、脱硫器７が交換されない最悪の事態を避けるため、脱硫器７の余裕度を考慮して、さらに、運転を継続させる時間に上限値を設けることが好ましい。
【実施例】
【０１６２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１６３】
本実施例においては、図８に示す第４実施形態の水素生成装置１０及び燃料電池システム１００を用いた。そして、入力部４５を介して、手動で、原料中の硫黄濃度として６μｇ／Ｌ、脱硫器７の硫黄吸着容量（硫黄吸着量の上限値Ｌ’）として３ｇを入力した。これらの情報に基づき、吸着量の上限値Ｌ’を原料中の硫黄濃度で除すことによって、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」が、標準状態の体積換算で、５０００００ＮＬと算出された。
【０１６４】
また、燃料電池５０の出力が１ｋＷの条件で燃料電池システム１００の起動特性を測定したところ、燃料電池システム１００が停止状態から起動状態（発電可能な状態）になるまで、最大で１００ＮＬの原料を必要とした。したがって、入力部４５を介して、手動で、この値を「燃料電池システム１００の起動に必要な脱硫器７への原料供給量Ｘ」として入力した。
【０１６５】
一方、同様の条件で燃料電池システム１００の停止特性を測定したところ、燃料電池システム１００の発電状態から停止状態になるまで、最大で３０ＮＬの原料を必要とした。したがって、入力部４５を介して、手動で、この値を「燃料電池システム１００の停止に必要な原料供給量Ｚ」として入力した。
【０１６６】
以上の測定結果より、閾値設定部４３が、第１の閾値Ａを以下のようにして算出した。
【０１６７】
Ａ＝Ｌ−Ｚ
＝５０００００−３０
＝４９９９７０（ＮＬ）
また、以上の測定結果より、閾値設定部４３が、第２の閾値Ｂを以下のようにして算出した。
【０１６８】
Ｂ＝Ａ−Ｘ
＝４９９９７０−１００
＝４９９８７０（ＮＬ）
このようにして、閾値設定部４３により算出された第１の閾値Ａ及び第２の閾値Ｂが記憶部４２に格納され設定された。
【０１６９】
以上の設定で、燃料電池システム１００における起動処理、発電、及び停止処理の動作を繰り返した場合において、前回の燃料電池システム１００の停止処理開始以降において原料供給量の積算値が第２の閾値Ｂ以上になったときは、脱硫器７の交換が必要であると判定し、脱硫器７を交換するべき旨の警報を報知器により報知し、使用者に脱硫器７の交換を促す。そして、その後の、使用者もしくは保守要員により脱硫器７の交換が実行されるまで、制御器４０は、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００の起動が許可されなかった。したがって、第１の閾値Ａと第２の閾値Ｂとの差、すなわち、１００ＮＬの原料が無駄に消費されなかった。
【０１７０】
一方、以上の設定で、燃料電池システム１００における起動処理、発電、及び停止処理の動作を繰り返した場合において、燃料電池システム１００の運転時（発電時）における原料供給量の積算値が第１の閾値Ａに到達した場合には、水素生成装置１０及び燃料電池システム１００が停止動作に移行した。これにより、「原料供給量の積算値の上限値Ｌ」を超える原料が脱硫器７に供給されることが防止された。また、脱硫器７の吸着能力を超える前に脱硫器７を交換することが可能になった。
【０１７１】
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】
【０１７２】
本発明の水素生成装置及び燃料電池システムは、脱硫器の寿命に応じて原料の無駄な消費を抑制し、省エネに寄与する運転制御をすることができる水素生成装置及び燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１７３】
１  ガスインフラ
２  原料供給器
３  原料流量計（原料供給量の計測器）
４  原料供給流路
５  第１接続部
６  センサ（交換情報取得器）
７  脱硫器
８  上限吸着量取得器（上限吸着量情報取得器）
９  硫黄濃度取得器（硫黄濃度情報取得器）
１０  水素生成装置
１２  第２接続部
１７  改質器
１９  燃焼器
２０  燃料処理器
２１  空気供給器
２５  水供給器
２７  燃料ガス供給流路
３０  報知器
３１  燃料ガス排出流路
３３  バイパス流路
４０  制御器
４１  演算部
４２  記憶部
４３  閾値設定部（閾値設定器）
４５  入力部
４６  学習部
５０  燃料電池
５１  高分子電解質膜
５２  アノード
５３  カソード
６０  酸化剤ガス供給器
６２  酸化剤ガス供給流路
６４  酸化剤ガス排出流路
７１  第１の三方弁
７１ａ，７２ａ  第１のポート
７１ｂ，７２ｂ  第２のポート
７１ｃ，７２ｃ  第３のポート
７２  第２の三方弁
１００  燃料電池システム
３０１  原料の流れ
３０２  原料及び燃料ガスの流れ
３０３  燃料ガス及びオフガスの流れ
Ａ  第１の閾値
Ｂ  第２の閾値
Ｌ  原料供給量の積算値の上限値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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