(57)【要約】【課題】水素生成システムが流量計を備えない構成であっても、ガス供給器の異常を検知ができる水素生成システムを提供すること。【解決手段】本発明の水素生成システム１００は、水素生成器１１、原料ガス供給経路１２、圧力検知器１３、ガス供給器１４、原料ガス遮断弁１５、制御器１７と、を備え、前記制御器は、ガス供給器１４が第１操作量で動作したときに圧力検知器１３が検知する第１圧力と、第２操作量で動作したときに圧力検知器１３が検知する第２圧力との差と、ガス供給器１４の操作量に基づいて、ガス供給器１４の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくともひとつを実施する。【選択図】図１
2014122130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
前記水素生成器に接続され、前記水素生成器に前記原料ガスを供給するための原料ガス経路と、
前記水素生成器に接続され、前記水素生成器で生成された前記燃料ガスを導出する燃料ガス経路と、
前記原料ガス経路内の前記原料ガスの圧力を検知する圧力検知器と、
前記原料ガス経路上に配置され、前記水素生成器に前記原料ガスを供給するガス供給器と、
制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記ガス供給器の操作量が第１操作量の場合に前記圧力検知器が検知する第１圧力と前記ガス供給器の操作量が第２操作量の場合に前記圧力検知器が検知する第２圧力との差と、前記第１操作量と、前記第２操作量と、に基づいて、前記ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施する、
水素生成システム。
【請求項２】
前記水素生成器と前記圧力検知器の間の前記原料ガス経路、及び、前記燃料ガス経路のうちの少なくとも一方に配置され、前記原料ガスの供給を遮断するための遮断弁をさらに備え、
前記制御器は、起動工程において前記遮断弁を閉じ、前記第１操作量をゼロに設定して、前記第１圧力と前記第２圧力との差と、前記第１操作量と、前記第２操作量と、に基づいて、前記ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施する、
水素生成システム。
【請求項３】
前記ガス供給器は操作量に基づいて前記原料ガスの供給量が算出可能な定容積ポンプである、
請求項１または２に記載の水素生成システム。
【請求項４】
前記制御器は、前記圧力検知器が検知する前記第１圧力が予め定められる時間以上、予め定められる圧力変動範囲以内である場合に、前記第１圧力と前記第２圧力との差と、前記第１操作量と、前記第２操作量と、に基づいて、前記ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施する、
請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の水素生成システム。
【請求項５】
前記水素生成器は、前記原料ガス及び前記燃料ガスのうちの少なくとも一方のガスを燃焼させる燃焼器を備え、
前記制御器は、前記ガス供給が動作しており、前記燃焼器が燃焼している場合に、前記第１圧力と前記第２圧力との差と、前記第１操作量と、前記第２操作量と、に基づいて、前記ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施する、
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の水素生成システム。
【請求項６】
前記原料ガス経路上の前記圧力検知器より上流に配置され、前記原料ガスの圧力を予め定められる所定値に調整する圧力調整器をさらに備えている、
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の水素生成システム。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の水素生成システムと、
前記水素生成システムから供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
を備えている燃料電池システム。
【請求項８】
炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
前記水素生成器に接続され、前記水素生成器に前記原料ガスを供給するための前記原料ガス経路と、
前記水素生成器に接続され、前記水素生成器で生成された前記燃料ガスを導出する燃料ガス経路と、
前記原料ガス経路内の前記原料ガスの圧力を検知する圧力検知器と、
前記原料ガス経路上に配置され、前記水素生成器に前記原料ガスを供給するガス供給器と、
を備える水素生成システムの運転方法であって、
前記ガス供給器の操作量が第１操作量の場合に前記圧力検知器が第１圧力を検知する工程と、
前記ガス供給器の操作量が第２操作量の場合に、前記圧力検知器が第２圧力を検知する工程と、
前記第１圧力と前記第２圧力の圧力差を演算する工程と、
前記ガス供給器の前記第１操作量と、前記第２操作量と、前記圧力差に基づいて、前記ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施する工程と、
を備える水素生成システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスから水素を含む燃料ガスを生成する水素生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原料ガスに天然ガスやＬＰＧなど炭化水素を含むガスを用い、改質反応により、水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成器がある。
【０００３】
水素生成器は、原料ガスを水素生成器へ供給する原料ガス供給経路、原料ガスの供給圧力を計測するガス圧計、原料ガスを水素生成器へ供給または遮断するガス遮断弁、原料ガスを昇圧して水素生成器へ供給するガス供給器、そして、水素生成器へ供給される原料ガス流量を計測するガス流量計といった補機と、それら機器を制御する制御装置を備え、水素生成システムを構成し、原料ガスから燃料ガスを生成し、様々な機器と組み合わせて利用される。
【０００４】
その一例として、水素生成システムを燃料電池と組み合わせた燃料電池システムがあり、燃料電池システムは、原料ガスと空気から発電を行う発電システムとして利用されている。
【０００５】
必要な燃料ガスを得るためには安定な原料ガス供給が必要であり、水素生成システムではその機能をガス供給器が担っている。その一例として、ガス供給器とガス流量計を用い、ガス流量計で計測したガス流量をガス供給器へフィードバックし、原料ガス供給量を調整し、必要な燃料ガス量を安定に生成する方法がある。
【０００６】
また、安定な燃料ガスの生成を行うためには、ガス供給器が正常動作する必要がある。ガス供給器の異常を確認する手段として、ガス流量計の指示値と燃料設定値の偏差が所定時間内に所定範囲を超えた場合にガス供給器の異常と判断し、システムを停止する方法（特許文献１）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４０６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方で、部品点数の削減などにより、水素生成システムを簡素化する目的で、高価なセンサであるガス流量計を水素生成システムの構成から削除し、ガス供給器に定容積型ポンプを用いることでガス供給と流量調整の機能をガス供給器に持たせた水素生成システムの技術が報告されている。
【０００９】
しかしながら、従来技術では、このガス供給器にガス流量の調整機能を付与した水素生成システムの燃料生成の技術開示はあるが、ガス供給器の異常を判定する手段に関する技術開示がなされていなかった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するもので、水素生成システムが流量計を備えない構成であっても、ガス供給器の異常を判定できる水素生成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】
【００１１】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素生成システムは、
炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
水素生成器に接続され、水素生成器に原料ガスを供給するための原料ガス経路と、
水素生成器に接続され、水素生成器で生成された燃料ガスを導出する燃料ガス経路と、
原料ガス経路内の原料ガスの圧力を検知する圧力検知器と、
原料ガス経路上に配置され、水素生成器に原料ガスを供給するガス供給器と、
制御器と、
を備え、
制御器は、ガス供給器の操作量が第１操作量の場合に圧力検知器が検知する第１圧力とガス供給器の操作量が第２操作量の場合に圧力検知器が検知する第２圧力との差と、第１操作量と、第２操作量と、に基づいて、ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施する。
【００１２】
かかる構成とすることで、制御器が、圧力検知器が検知する圧力値の差とガス供給器の操作量に基づいて、ガス供給器の運転を停止する、異常と判定する、又は報知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、ガス流量計の代わりに圧力検知器を用い、圧力検知器の値とガス供給器の操作量に基づいて、ガス供給器の異常を判定することができることで、水素生成システムの構成の簡素化に加え、これまでの高価なセンサであったガス流量計を用いた水素生成システムに比べ、安価な水素生成システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る水素生成システムの概略構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態１に係る水素生成システムの動作を模式的に示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１の変形例に係る水素生成システムの概略構成を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２に係る水素生成システムの動作を模式的に示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３及び実施の形態４に係る水素生成システムの概略構成を示す模式図
【図６】本発明の実施の形態３に係る水素生成システムの動作を模式的に示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態４に係る水素生成システムの動作を模式的に示すフローチャート
【図８】本発明の変形例１に係る水素生成システムの概略構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明の水素生成システムは、
炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
水素生成器に接続され、水素生成器に原料ガスを供給するための原料ガス経路と、
水素生成器に接続され、水素生成器で生成された燃料ガスを導出する燃料ガス経路と、
原料ガス経路内の原料ガスの圧力を検知する圧力検知器と、
原料ガス経路上に配置され、水素生成器に原料ガスを供給するガス供給器と、
制御器と、
を備え、
制御器は、ガス供給器の操作量が第１操作量の場合に圧力検知器が検知する第１圧力とガス供給器の操作量が第２操作量の場合に圧力検知器が検知する第２圧力との差と、第１操作量と、第２操作量と、に基づいて、ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施するように構成されている。
【００１６】
これにより、ガス供給器を動作させ、そのときの操作量から予測される原料ガスの流量と、それから間接的に得られる圧力損失値と、第１圧力と第２圧力の差を、比較することでガス供給器の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００１７】
第２の発明の水素生成システムは、
水素生成器と圧力検知器の間の原料ガス経路、及び、燃料ガス経路のうちの少なくとも一方に配置され、原料ガスの供給を遮断するための遮断弁をさらに備え、
制御器は、起動工程において遮断弁を閉じ、第１操作量をゼロに設定して、第１圧力と第２圧力との差と、第１操作量と、第２操作量と、に基づいて、ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施するように構成されている。
【００１８】
これにより、水素生成器へガス流通がない状態からガス流通がある状態（例えば、水素生成器の待機から起動へ状態変化する場合など）へ状態変化する場合においても、第１圧力と第２圧力の差と操作量に基づいてガス供給器の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００１９】
第３の発明の水素生成システムは、特に第１の発明及び第２の発明において、ガス供給器は操作量に基づいて原料ガスの供給量が算出可能な定容積ポンプで構成されている。
【００２０】
これにより、水素生成システムが接続されたガス供給系統などによる圧力変動を抑制することができ、圧力検知器で検知する圧力値を精度よく算出することができる。
【００２１】
第４の発明の水素生成システムは、特に第１の発明から第３の発明のいずれか１つの発明において、制御器は、圧力検知器が検知する第１圧力が予め定められる時間以上、予め定められる圧力変動範囲以内である場合に、第１圧力と第２圧力との差と、第１操作量と、第２操作量と、に基づいて、ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施するように構成されている。
【００２２】
これにより、水素生成システムの待機から起動への一連の通常動作の中でガス供給器の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００２３】
また、原料ガス、あるいは生成した燃料ガスを燃焼することで可燃ガスをそのまま放出することなくガス供給器の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００２４】
第５の発明の水素生成システムは、第１の発明から第４の発明のいずれか１つの発明において、水素生成器は、原料ガス及び燃料ガスのうちの少なくとも一方のガスを燃焼させる燃焼器を備え、制御器は、ガス供給が動作しており、燃焼器が燃焼している場合に、第１圧力と第２圧力との差と、第１操作量と、第２操作量と、に基づいて、ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施するように構成されている。
【００２５】
第６の発明の水素生成システムは、第１の発明から第４の発明のいずれか１つの発明において、原料ガス供給経路の圧力検知器より上流に配置され、原料ガスの圧力を一定値に
調整する圧力調整器をさらに備えているように構成している。
【００２６】
これにより、水素生成システムが接続されたガス供給系統などによる圧力変動を排除することができ、圧力検知器で検知する圧力値を精度よく算出することができる。
【００２７】
第７の発明は、第１〜第６のうちのいずれか１つの水素生成システムと、水素生成システムから供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、を備えている燃料電池システムである。
【００２８】
第８の発明は、
炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、
水素生成器に接続され、水素生成器に原料ガスを供給するための原料ガス経路と、
水素生成器に接続され、水素生成器で生成された燃料ガスを導出する燃料ガス経路と、
原料ガス経路内の原料ガスの圧力を検知する圧力検知器と、
原料ガス経路上に配置され、水素生成器に原料ガスを供給するガス供給器と、
を備える水素生成システムの運転方法であって、
ガス供給器の操作量が第１操作量の場合に圧力検知器が第１圧力を検知する工程と、
ガス供給器の操作量が第２操作量の場合に、圧力検知器が第２圧力を検知する工程と、
第１圧力と第２圧力の圧力差を演算する工程と、
ガス供給器の第１操作量と、第２操作量と、圧力差に基づいて、ガス供給器の運転を停止する、異常を判定する、又は異常を報知する、の少なくとも一つの動作を実施する工程と、
を備える水素生成システムの運転方法である。
【００２９】
この方法により、圧力検知器で第１圧力と第２圧力を検知する工程、その差を演算する工程、圧力差と操作量を比較し、ガス供給器の異常を判定する工程からなる一連の運転方法でガス供給器の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００３０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分に同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００３１】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る水素生成システムの構成について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成システムの概略構成を示す模式図である。
【００３３】
図１に示すように本発明の水素生成システム１００は、炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器１１、水素生成器に接続され、水素生成器に原料ガスを供給するための原料ガス供給経路１２、原料ガス供給経路１２内の原料ガスの圧力を検知する圧力検知器１３、原料ガス供給経路１２上に配置され、水素生成器１１に原料ガスを供給するガス供給器１４、原料ガス供給経路１２上で圧力検知器１３と水素生成器１１との間に配置され、原料ガスの供給を遮断するための原料ガス遮断弁１５（遮断弁）、水素生成器１１で生成された燃料ガスを導出する燃料ガス供給経路１６、制御器１７を備えている。
【００３４】
水素生成器１１は、内部に改質触媒を備えた改質部が配置された構成をしており、炭化水素を含む原料ガスと水蒸気とを用い、改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する。また、水素生成システム１００の下流に配置され燃料ガスを利用する機器によっては、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を低減するために、水素生成器１１は、改質部に加え、ＣＯを二酸化炭素（ＣＯ２）に変える変成触媒を備えた変成部、さらにＣＯを酸化させＣＯ２に変える選択酸化触媒を備えた選択酸化部が配置された構成としてもよい。
【００３５】
圧力検知器１３は、圧力センサであり、供給される原料ガスの圧力を計測できればどのような構成でもよく、例えば、原料ガスの圧力をゲージ圧で計測する半導体式の圧力センサなどで構成されてもよい。
【００３６】
ガス供給器１４は、原料ガスをその流量を調整しながら供給することができ、かつ、ガス供給器１４の下流側の圧力変化の影響を受けにくく、その流量が流量計を使用せずとも、ガス供給器１４の操作量で決定できればどのような構成でもよく、例えば定容積型の電気軸流式のダイアフラムポンプなどで構成されてもよい。
【００３７】
原料ガス遮断弁１５は、原料ガスの供給、遮断を任意に制御できればどのような構成でもよく、例えば、プランジャ式の電磁弁などで構成されてもよい。
【００３８】
制御器１７は、水素生成システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御器１７は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵなどに例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器１７は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む水素生成システム１００に関する各種制御を行う。
【００３９】
なお、制御器１７は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協同して水素生成システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１７は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉＣ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路などによって構成されてもよい。
【００４０】
次に本実施の形態１に係る水素生成システム１００の動作について、図１、図２を参照しながら説明する。
【００４１】
図２は、本実施の形態１に係る水素生成システム１００におけるガス供給器１４の異常を判定し、ガス供給器１４の動作可否を決定する工程を模式的に示すフローチャートである。
【００４２】
図２に示すように、制御器１７は、原料ガス遮断弁１５の状態が開状態であることを確認する（ステップＳ１０１）。ステップ１０１で原料ガス遮断弁１５が開状態であることを確認出来た場合（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ステップ１０３へ進む。ガス遮断弁が開状態でない場合（ステップＳ１０１でＮｏ）は、原料ガス遮断弁１５を開状態（ステップＳ１０２）にし、ステップＳ１０１へ戻る。
【００４３】
続いて、ガス供給器を第１操作量（Ｕ１）で動作させ（ステップＳ１０３）、圧力検知器１３が第１圧力（Ｐ１）の測定を開始する（ステップＳ１０４）。
【００４４】
その後、圧力検知器１３でのＰ１の測定時間が予め定められた第１圧力判断時間以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５で第１圧力判断時
間以上経過している場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、ステップＳ１０６へ進む。第１圧力判断時間以下である場合（ステップＳ１０５でＮｏ）、ステップＳ１０４へ戻り、第１圧力の測定を継続する。
【００４５】
続いて、Ｐ１の圧力変動が範囲以内であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。Ｐ１の圧力変動が範囲以内である場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、ステップＳ１０７へ進む。Ｐ１の圧力変動が範囲以外の場合（ステップＳ１０６でＮｏ）の場合、ステップＳ１０４へ戻る。
【００４６】
ステップＳ１０６を通過した後、制御器１７は、第１圧力（Ｐ１）を記憶する。
【００４７】
ステップＳ１０３からＳ１０７は、Ｐ１が所定時間、安定な圧力値を示すことを確認し、水素生成システムが接続されたガス供給系統の圧力変動の影響を抑制し、圧力検知器で検知する圧力値を精度よく算出する工程である。
【００４８】
続いて、制御器１７は、ガス供給器を第２操作量（Ｕ２）で動作させ（ステップ１０８）、圧力検知器１３で測定した第２圧力（Ｐ２）を記憶する（ステップＳ１０９）。
【００４９】
さらに、制御器１７は、ステップＳ１０７で記憶したＰ１と、ステップＳ１０９で記憶したＰ２との、圧力差（Ｐ３）を算出する（ステップＳ１１０）。
【００５０】
続いて、制御器１７は、予め記憶していた操作量と流量の関係から操作量Ｕ１で動作したときの原料ガス流量（Ｑ１）と操作量Ｕ２で動作したときの原料ガス流量（Ｑ２）との差である流量（Ｑ３）を求め（ステップＳ１１１）、さらに予め記憶していた原料ガス供給経路１２の圧力検知器１３までの上流経路を流れる流量（Ｑ）と圧損（Ｐ）の関係から流量Ｑ３のときの圧力損失（Ｐ４）を読み出す（ステップＳ１１２）。
【００５１】
続いて、制御器１７は、ステップＳ１１０で得られた圧力差Ｐ３とステップＳ１１２で得られた圧力損失Ｐ４を比較する（ステップＳ１１３）。
【００５２】
続いて、Ｐ３とＰ４を比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。所定範囲内である場合（ステップＳ１１４でＹｅｓ）、ステップＳ１１５へ進みガス供給器１４は正常であると判定し、ガス供給器１４の動作を継続する（ステップＳ１１７）。所定範囲外である場合（ステップＳ１１４でＮｏ）、ステップＳ１１６へ進み、ガス供給器１４は異常であると判定し、ガス供給器１４の動作を停止する（ステップＳ１１８）。
【００５３】
ステップＳ１１０からステップＳ１１４では、ガス供給器が定容積型ポンプ（例えば直動式ダイアフラムポンプなど）であり、原料ガス流量がガス供給器１４の操作量で決まること、圧力差Ｐ３が、ガス供給器１４が操作量Ｕ１で動作したときに流れる原料ガス流量Ｑ１と、操作量Ｕ２で動作したときに流れる原料流量Ｑ２との差である流量Ｑ３が、原料ガス供給経路１２における圧力検知器１３までの上流経路を通過した時の圧力損失に相当すること、制御器１７が原料ガス供給経路１２における圧力検知器１３までの上流経路を通過した時の圧力損失と流量の関係を予め記憶していることを利用し、ガス供給器の異常を判定している。
【００５４】
以上のように、本実施の形態１では、水素生成システム１００が、水素生成器１１、圧力検知器１３、原料ガス遮断弁１５と、流量計を用いずとも原料ガスの流量をその操作量で調整できるガス供給器１４と制御器１７を備えた構成とし、制御器１７が、ガス供給器が第１操作量Ｕ１で動作したときに圧力検知器１３で測定される第１圧力Ｐ１、及びガス
供給器が第２操作量Ｕ２で動作したときに圧力検知器１３で測定される第２圧力Ｐ２と、その圧力差であるＰ３を演算し、さらに、予め記憶していた操作量と流量の関係および流量と圧力損失の関係から求めたＰ４とを比較する処理行い、直接原料ガス流量を測定することなくても、操作量と圧力の測定項目のみでガス供給器の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００５５】
なお、ステップＳ１１６でガス供給器の異常を判定し、ステップＳ１１８でガス供給器１４の動作を停止としたが、これに限定されず、ステップＳ１１８で図示していないリモコンなどに異常の報知あるいはガス供給器１４の交換の旨を表示するとしてもよい。
【００５６】
また、図２に示すステップＳ１０１を原料ガス遮断弁１５が閉状態であることを確認するステップに変更し、ステップＳ１０３でガス供給器の第１操作量をゼロとして、ガス供給器１４が動作していないときの圧力を第１圧力Ｐ１として、以下ステップを行ってもよい。
【００５７】
（変形例１）
本発明の実施の形態１に係る水素生成システムの構成の変形例について、図面を参照しながら説明する。
【００５８】
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る変形例１の水素生成システムの概略構成を示す模式図である。
【００５９】
図３（ａ）は、原料ガス供給経路１２上にガスの流れ方向に従って、圧力検知器１３、ガス供給器１４を順に配置し、燃料ガス供給経路１６上に原料ガス遮断弁１５を配置した構成である。
【００６０】
図３（ｂ）は、原料ガス供給経路１２上にガスの流れ方向に従って、ガス供給器１４、圧力検知器１３、原料ガス遮断弁１５を順に配置した構成である。
【００６１】
図２に示した本発明の実施の形態１に係る水素生成システムの動作を模式的に示すフローチャートは図３（ａ）、図３（ｂ）いずれの構成においても適応でき、ガス供給器の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００６２】
また、本発明の実施の形態１は、原料ガス遮断弁１５の位置がガスの流れ方向に対して圧力検知器１３より下流であれば原料ガス供給経路１２、燃料ガス供給経路１６のいずれに配置されてもよく、また、原料ガス供給経路１２上に圧力検知器１３とガス供給器１４が配置されていればよく、図１、図３（ａ）、図３（ｂ）に示された構成に限定されない。
【００６３】
（実施の形態２）
次に本実施の形態２に係る水素生成システム１００の動作について、図４を参照しながら説明する。
【００６４】
なお、本実施の形態２に係る水素生成システム１００の構成は、本実施の形態１に係る構成と同じであり、本実施の形態２では説明を省略する。
【００６５】
図４は、本実施の形態１に係る水素生成システム１００におけるガス供給器の異常を判定し、ガス供給器の動作可否を決定する工程を模式的に示すフローチャートである。
【００６６】
図４に示すように、制御器１７は、原料ガス遮断弁１５の状態が閉状態であることを確
認する（ステップＳ２０１）。ステップ２０１で原料ガス遮断弁１５が閉状態であることを確認出来た場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）、ステップ１０３へ進む。原料ガス遮断弁１５が閉状態でない場合（ステップＳ２０１でＮｏ）は、原料ガス遮断弁１５を開状態（ステップＳ２０２）にし、ステップＳ２０１へ戻る。
【００６７】
続いて、ガス供給器１４の操作量（Ｕ１）をゼロとし（ステップＳ２０３）、圧力検知器１３が第１圧力の測定を開始する（ステップＳ２０４）。
【００６８】
その後、圧力検知器１３での第１圧力の測定時間が予め定められた第１圧力判断時間以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５で第１圧力判断時間以上経過している場合（ステップＳ２０５でＹｅｓ）、ステップＳ２０６へ進む。第１圧力判断時間以下である場合（ステップＳ２０５でＮｏ）、ステップＳ２０４へ戻り、第１圧力の測定を継続する。
【００６９】
続いて、第１圧力の圧力変動が範囲以内であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。Ｐ１の圧力変動が範囲以内である場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）、ステップＳ２０７へ進む。第１圧力の圧力変動が範囲以外の場合（ステップＳ２０６でＮｏ）の場合、ステップＳ２０４へ戻る。
【００７０】
ステップＳ２０６を通過した後、制御器１７は、第１圧力（Ｐ１）を記憶する（ステップＳ２０７）。
【００７１】
ステップＳ２０３からＳ２０７は、Ｐ１が所定時間、安定な圧力値を示すことを確認し、水素生成システム１００が接続されたガス供給系統の圧力変動の影響を抑制し、圧力検知器１３で検知する圧力値を精度よく算出する工程である。
【００７２】
続いて、制御器１７は、原料ガス遮断弁１５を開状態にする（ステップＳ２０８）。
【００７３】
続いて、制御器１７は、ガス供給器を操作量（Ｕ２）で動作させ（ステップ２０９）、圧力検知器１３で測定した第２圧力（Ｐ２）を記憶する（ステップＳ２１０）。
【００７４】
さらに、制御器１７は、ステップＳ２０７で記憶したＰ１と、ステップＳ２１０で記憶したＰ２との、圧力差（Ｐ３）を算出する（ステップＳ２１１）。
【００７５】
続いて、制御器１７は、予め記憶していた操作量と流量の関係から操作量Ｕ２で動作したときの原料ガス流量（Ｑ２）と、さらに予め記憶していた原料ガス供給経路１２における圧力検知器１３までの上流経路を流れる流量（Ｑ）と圧損（Ｐ）の関係から流量Ｑ２のときの圧力損失（Ｐ４）を読み出す（ステップＳ２１２）。
【００７６】
続いて、制御器１７は、ステップＳ２１０で得られた圧力差Ｐ３とステップＳ２１２で得られた圧力損失Ｐ４を比較する（ステップＳ２１３）。
【００７７】
続いて、Ｐ３とＰ４を比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２１４）。所定範囲内である場合（ステップＳ２１４でＹｅｓ）、ステップＳ２１５へ進みガス供給器１４は正常と判定し、ガス供給器１４の動作を継続する（ステップＳ２１７）。所定範囲外である場合（ステップＳ２１４でＮｏ）、ステップＳ２１６へ進み、ガス供給器１４は異常であると判定し、ガス供給器１４の動作を停止する（ステップＳ２１８）。
【００７８】
ステップＳ２０９からステップＳ２１４では、ガス供給器１４が定容積型ポンプ（例え
ば直動式ダイアフラムポンプなど）であり、原料ガス流量がガス供給器１４の操作量で決まること、圧力差Ｐ３が、ガス供給器１４が操作量Ｕ２で動作したときに流れる原料流量Ｑ２が、原料ガス供給経路１２における圧力検知器１３までの上流経路を通過した時の圧力損失に相当すること、制御器１７が原料ガス供給経路１２における圧力検知器１３までの上流経路を通過した時の圧力損失と流量の関係を予め記憶していることを利用し、ガス供給器の異常を判定している。
【００７９】
以上のように、本実施の形態２では、水素生成システム１００が、水素生成器１１、圧力検知器１３、原料ガス遮断弁１５と、流量計を用いずとも原料ガスの流量をその操作量で調整できるガス供給器１４と制御器１７を備えた構成とし、制御器１７が、ガス供給器が操作量ゼロで水素生成器への原料ガス流通がない状態に圧力検知器１３で測定される第１圧力Ｐ１、及びガス供給器が操作量Ｕ２で動作したときに圧力検知器１３で測定される第２圧力Ｐ２と、その圧力差であるＰ３を演算し、さらに、予め記憶していた操作量と流量の関係および流量と圧力損失の関係から求めたＰ４とを比較する処理行い、直接原料ガス流量を測定することなくても、操作量と圧力の測定項目のみでガス供給器１４の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００８０】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る水素生成システムの概略構成を示す模式図である。
【００８１】
図５に示すように、水素生成システム１００は、図１に示した構成に対し、水素生成器１１を加熱するための熱を原料ガス、あるいは燃料ガスを燃焼して得るための燃焼器２０、燃料ガス供給経路１６から分岐し、原料ガス、あるいは燃焼ガスを燃焼ガスとして、燃焼器２０へ送る燃焼ガス経路２１、燃焼ガスを燃焼器２０へ供給、遮断を行う燃焼ガス遮断弁２２（遮断弁）、燃焼器２０で発生する燃焼排ガスを水素生成システム１００系外へ排出する燃焼排ガス経路２３をさらに備えている。ここでは図示していないが燃焼器２０には、原料ガス、あるいは燃料ガスを燃焼するための空気を供給するための燃焼用空気供給系統も備えている。
【００８２】
図６は本実施の形態２に係る水素生成システム１００におけるガス供給器の異常判定動作を模式的に示すフローチャートである。
【００８３】
図６に示すように制御器１７は、原料ガス遮断弁１５と燃焼ガス遮断弁２２の状態が開状態であることを確認する（ステップＳ３０１）。ステップ３０１で原料ガス遮断弁１５および燃焼ガス遮断弁２２が開状態であることを確認出来た場合（ステップＳ３０１でＹｅｓ）、ステップ３０３へ進む。原料ガス遮断弁１５および燃焼ガス遮断弁２２が開状態でない場合（ステップＳ３０１でＮｏ）は、原料ガス遮断弁１５および燃焼ガス遮断弁２２を開状態（ステップＳ３０２）にし、ステップＳ３０１へ戻る。
【００８４】
続いて、ガス供給器１４を第１操作量Ｕ１で動作させ（ステップＳ３０３）、原料ガスを水素生成器１１へ供給を開始し、（ステップＳ３０４）、さらに原料ガスは、水素生成器１１を通過し、燃焼ガス経路２１を通じて燃焼器２０で燃焼し、水素生成器１１の昇温を行う（ステップＳ３０５）。
【００８５】
続いて、圧力検知器１３が第１圧力の測定を開始する（ステップＳ３０６）。
【００８６】
その後、圧力検知器１３での第１圧力の測定時間が予め定められた第１圧力判断時間以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０７で第１圧力判断時間以上経過している場合（ステップＳ３０７でＹｅｓ）、ステップＳ３０８へ進む。
第１圧力判断時間以下である場合（ステップＳ３０７でＮｏ）、ステップＳ３０６へ戻り、第１圧力の測定を継続する。
【００８７】
続いて、第１圧力の圧力変動が範囲以内であるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。第１圧力の圧力変動が範囲以内である場合（ステップＳ３０８でＹｅｓ）、ステップＳ３０９へ進む。第１圧力の圧力変動が範囲以外の場合（ステップＳ３０８でＮｏ）の場合、ステップＳ３０６へ戻る。
【００８８】
ステップＳ３０８を通過した後、制御器１７は、第１圧力（Ｐ１）を記憶する（ステップＳ３０９）。
【００８９】
続いて、制御器１７は、ガス供給器を第２操作量（Ｕ２）で動作させ（ステップ３１０）、圧力検知器１３で測定した第２圧力（Ｐ２）を記憶する（ステップＳ３１１）。第２操作量Ｕ２とは、例えば水素生成器の昇温と水素生成システムの下流に備えた機器で使用する燃料ガス量を得るための原料ガスを供給する操作量である。
【００９０】
さらに、制御器１７は、ステップＳ３０９で記憶したＰ１と、ステップＳ３１１で記憶したＰ２との、圧力差（Ｐ３）を算出する（ステップＳ３１２）。
【００９１】
続いて、制御器１７は、予め記憶していた操作量と流量の関係から操作量Ｕ１で動作したときの原料ガス流量（Ｑ１）と操作量Ｕ２で動作したときの原料ガス流量（Ｑ２）との差である流量（Ｑ３）を求め（ステップＳ３１３）、さらに予め記憶していた原料ガス供給経路１２における圧力検知器１３までの上流経路を流れる流量（Ｑ）と圧損（Ｐ）の関係から流量Ｑ３のときの圧力損失（Ｐ４）を読み出す（ステップＳ３１４）。
【００９２】
続いて、制御器１７は、ステップＳ２１２で得られた圧力差Ｐ３とステップＳ３１４で得られた圧力損失Ｐ４を比較する（ステップＳ３１５）。
【００９３】
続いて、Ｐ３とＰ４を比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３１６）。所定範囲内である場合（ステップＳ３１６でＹｅｓ）、ステップＳ３１７へ進みガス供給器１４は正常であると判定しガス供給器１４の動作を継続し、燃料ガス生成を継続とする（ステップＳ３１９）。所定範囲外である場合（ステップＳ３１６でＮｏ）、ステップＳ３１８へ進み、ガス供給器１４は異常であると判定し、ガス供給器１４の動作を停止する（ステップＳ３２０）。
【００９４】
以上のように、本実施の形態２では、水素生成システム１００が、水素生成器１１、圧力検知器１３、原料ガス遮断弁１５と、流量計を用いずとも原料ガスの流量をその操作量で調整できるガス供給器１４（例えば、定容積型の軸流式ダイアフラムポンプ）と制御器１７に加え、水素生成器１１を加熱するための熱を原料ガス、あるいは燃料ガスを燃焼して得るための燃焼器２０、燃料ガス供給経路１６から分岐し、原料ガス、あるいは燃焼ガスを燃焼ガスとして、燃焼器２０へ送る燃焼ガス経路２１、燃焼ガスを燃焼器２０へ供給、遮断を行う燃焼ガス遮断弁２２、燃焼器２０で発生する燃焼排ガスを水素生成システム１００系外へ排出する燃焼排ガス経路２３をさらに備えた構成とすることで、本発明の実施の形態１の効果に加え、水素生成システム１００を起動させ、燃料ガスを生成する工程の流れの中でガス供給器１４の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【００９５】
（実施の形態４）
図７は、本実施の形態４に係る水素生成システム１００におけるガス供給器の異常判定動作を模式的に示すフローチャートである。
【００９６】
図７に示すように、制御器１７は、原料ガス遮断弁１５の状態が閉状態であることを確認する（ステップＳ４０１）。ステップ４０１で原料ガス遮断弁１５が閉状態であることを確認出来た場合（ステップＳ４０１でＹｅｓ）、ステップ４０３へ進む。原料ガス遮断弁１５が閉状態でない場合（ステップＳ４０１でＮｏ）は、原料ガス遮断弁１５を開状態（ステップＳ４０２）にし、ステップＳ４０１へ戻る。
【００９７】
続いて、ガス供給器１４の操作量（Ｕ１）をゼロとし（ステップＳ４０３）、圧力検知器１３が第１圧力の測定を開始する（ステップＳ４０４）。
【００９８】
その後、圧力検知器１３でのＰ１の測定時間が予め定められた第１圧力判断時間以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ４０５）。ステップＳ４０５で第１圧力判断時間以上経過している場合（ステップＳ４０５でＹｅｓ）、ステップＳ４０６へ進む。第１圧力判断時間以下である場合（ステップＳ４０５でＮｏ）、ステップＳ４０４へ戻り、第１圧力の測定を継続する。
【００９９】
続いて、第１圧力の圧力変動が範囲以内であるか否かを判定する（ステップＳ４０６）。第１圧力の圧力変動が範囲以内である場合（ステップＳ４０６でＹｅｓ）、ステップＳ４０７へ進む。第１圧力の圧力変動が範囲以外の場合（ステップＳ４０６でＮｏ）の場合、ステップＳ４０４へ戻る。
【０１００】
ステップＳ４０６を通過した後、制御器１７は、第１圧力（Ｐ１）を記憶する（ステップＳ４０７）。
【０１０１】
ステップＳ４０４からＳ４０７は、Ｐ１が所定時間、安定な圧力値を示すことを確認し、水素生成システムが接続されたガス供給系統の圧力変動の影響を抑制し、圧力検知器で検知する圧力値を精度よく算出する工程である。
【０１０２】
続いて、制御器１７は、原料ガス遮断弁１５と燃焼ガス遮断弁２２を開状態にし（ステップＳ４０８）、水素生成器１１へ原料ガス供給し（ステップＳ４０９）、水素生成器の昇温を開始する（ステップＳ４１０）。
【０１０３】
続いて、制御器１７は、ガス供給器１４を操作量（Ｕ２）で動作させ（ステップ４１１）、圧力検知器１３で測定した第２圧力（Ｐ２）を記憶する（ステップＳ４１２）。
【０１０４】
さらに、制御器１７は、ステップＳ４０７で記憶したＰ１と、ステップＳ４１２で記憶したＰ２との、圧力差（Ｐ３）を算出する（ステップＳ４１３）。
【０１０５】
続いて、制御器１７は、予め記憶していた操作量と流量の関係から操作量Ｕ２で動作したときの原料ガス流量（Ｑ２）と、さらに予め記憶していた原料ガス供給経路１２における圧力検知器１３までの上流経路を流れる流量（Ｑ）と圧損（Ｐ）の関係から流量Ｑ２のときの圧力損失（Ｐ４）を読み出す（ステップＳ４１４）。
【０１０６】
続いて、制御器１７は、ステップＳ４１３で得られた圧力差Ｐ３とステップＳ４１４で得られた圧力損失Ｐ４を比較する（ステップＳ４１５）。
【０１０７】
続いて、Ｐ３とＰ４を比較し、その差が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ４１６）。所定範囲内である場合（ステップＳ４１６でＹｅｓ）、ステップＳ４１７へ進みガス供給器１４は正常であると判定し、ガス供給器１４の動作を継続する（ステップＳ４１９）。所定範囲外である場合（ステップＳ４１６でＮｏ）、ステップＳ４１８へ
進み、ガス供給器１４は異常であると判定し、ガス供給器１４の動作を停止する（ステップＳ４２０）。
【０１０８】
以上のように、本実施の形態４では、水素生成システム１００が、水素生成器１１、圧力検知器１３、原料ガス遮断弁１５と、流量計を用いずとも原料ガスの流量をその操作量で調整できるガス供給器１４と制御器１７を備えた構成とし、制御器１７が、ガス供給器が操作量ゼロで水素生成器への原料ガス流通がない状態に圧力検知器１３で測定される第１圧力Ｐ１、及びガス供給器が操作量Ｕ２で動作したときに圧力検知器１３で測定される第２圧力Ｐ２と、その圧力差であるＰ３を演算し、さらに、予め記憶していた操作量と流量の関係および流量と圧力損失の関係から求めたＰ４とを比較する処理し、直接原料ガス流量を測定することなくても、操作量と圧力の測定項目のみで水素生成システムの待機状態から起動状態へ移行する際にガス供給器１４の異常を判定、異常を報知し、または運転を停止することができる。
【０１０９】
（変形例１）
図８は本発明の実施の形態１、及び実施の形態２の変形例２に係る概略構成を示す模式図である。
【０１１０】
図８に示すように、本変形例の水素生成システム１００は、原料ガス供給経路１２の圧力検知器１３より上流の位置に圧力調整器３１を備える構成としている。
【０１１１】
圧力調整器３１は、水素生成システム１００に供給される原料ガスの供給圧を常に一定に調整できるものであればどのような構成でもよく、例えば、ガスガバナや圧力検知器１３で検知した値に基づき第１圧力を調整する比例弁などで構成されてもよい。
【０１１２】
図８に示したように圧力調整器３１を配置することで、水素生成システムが接続されたガス供給系統に圧力変動が発生した場合でも、圧力検知器が検知する圧力値への影響を抑制でき、その結果、ガス供給器の異常検知の精度を向上することができる。
【０１１３】
なお、本発明に係る水素生成システムと、水素生成システムから供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、を備えている燃料電池システムを構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
以上のように、本発明に係る水素生成システムは、流量計を配置しない構成としてもガス供給器の異常を判定し、異常の報知または運転の停止をすることが可能となり、水素生成システム、及び、当該水素生成システムで生成される燃料ガスを使用する機器の用途に適用できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１１  水素生成器
１２  原料ガス供給経路
１３  圧力検知器
１４  ガス供給器
１５  原料ガス遮断弁
１６  燃料ガス供給経路
１７  制御器
２０  燃焼器
２１  燃焼ガス経路
２２  燃焼ガス遮断弁
２３  燃焼排ガス経路
３１  圧力調整器
１００  水素生成システム
【図１】
2014122130.tif 000003
【図２】
2014122130.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014122130.tif 000006
【図５】
2014122130.tif 000007
【図６】
2014122130.tif 000008
【図７】
2014122130.tif 000009
【図８】
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