(57)【要約】【課題】  水素生成装置の組み立て後に、迅速かつ簡便な方法により水素生成装置に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定し、前記判定の結果に基づいて水素生成装置を処理する、水素生成装置および燃料電池発電システムの製造方法を提供する。【解決手段】  二以上の開口部を持ち、水素生成に関連する流体が通流する流路を有する水素生成装置の製造方法であって、水素生成装置を組み立てる水素生成装置組立工程と、前記水素生成装置の、第一のガスが満たされている前記流路の内部に、少なくとも一つの前記開口部を注入口として、前記第一のガスと組成の異なる第二のガスが注入され、注入口とは異なる少なくとも一つの前記開口部を排出口として排出される排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて、前記水素生成装置の異常の有無を判定する異常判定工程と、前記判定に基づいて前記水素生成装置を処理する後工程とを有する。【選択図】      図１
2006169026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二以上の開口部を持ち、水素生成に関連する流体が通流する流路を有する水素生成装置の製造方法であって、
水素生成装置を組み立てる水素生成装置組立工程と、
前記水素生成装置の、
第一のガスが満たされている前記流路の内部に、
少なくとも一つの前記開口部を注入口として、前記第一のガスと組成の異なる第二のガスが注入され、
前記注入口とは異なる少なくとも一つの前記開口部を排出口として排出される排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて、
前記水素生成装置の異常の有無を判定する異常判定工程と、
前記判定に基づいて前記水素生成装置を処理する後工程とを有する、
水素生成装置の製造方法。
【請求項２】
前記異常判定工程においては、
前記注入口から前記第一のガスを注入することで前記流路の内部に第一のガスを満たす、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法
【請求項３】
前記異常判定工程においては、
前記注入口から前記第二のガスを注入してから一定時間を経過した後における前記排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項４】
前記異常判定工程においては、
前記注入口から前記第二のガスを注入してから前記排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項５】
前記異常判定工程においては、
前記注入口から前記第二のガスを短時間のみ注入し、
次に、前記注入口から前記第一のガスを注入し、
前記注入口から前記第二のガスを注入してから前記排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項６】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、
前記注入口から窒素を注入してから一定時間を経過した後における前記排出ガスの窒素濃度に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項７】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、
前記注入口から窒素を注入してから前記排出ガスの窒素濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項８】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、
次に、前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、
次に、前記注入口から二酸化炭素を注入し、
その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度が最大になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項９】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、
次に、前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、
次に、前記注入口から二酸化炭素を注入し、
その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度の最大値に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第一のガスは空気とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から窒素を注入してから一定時間を経過した後における前記排出ガスの窒素濃度に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第一のガスは空気とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から窒素を注入してから前記排出ガスの窒素濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第一のガスは空気とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、
次に、前記注入口から空気を注入し、
その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度が最大になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第一のガスは空気とし、
前記第二のガスは窒素とし、
前記異常判定工程においては、
前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、
次に、前記注入口から空気を注入し、
その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度の最大値に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定する、
請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３の方法により製造された水素生成装置を用いて燃料電池発電システムを製造する、燃料電池発電システムの製造方法。
【請求項１５】
二以上の開口部を持ち、水素生成に関連する流体が通流する流路を有する水素生成装置の異常判定方法であって、
前記水素生成装置の、
少なくとも一つの前記開口部からなる注入口から、前記第一のガスと組成の異なる第二のガスを注入し、
前記注入口とは異なる少なくとも一つの前記開口部を排出口として排出される排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて、
前記水素生成装置の異常の有無を判定する水素生成装置の異常判定方法。
【請求項１６】
二以上の開口部を持ち、水素生成に関連する流体が通流する流路を有する水素生成装置を構成要素に含む燃料電池発電システムの異常判定方法であって、
前記水素生成装置の、
少なくとも一つの前記開口部を注入口として、前記第一のガスと組成の異なる第二のガスが注入され、
前記注入口とは異なる少なくとも一つの前記開口部を排出口として排出される排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて、
前記燃料電池発電システムの異常の有無を判定する燃料電池発電システムの異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置の異常の有無を判定する方法および、水素生成装置および燃料電池発電システムの製造方法に関する。より詳しくは、組み立てが完了した水素生成装置にガスを注入し、排出されるガス組成の時間変化を用いて、その水素生成装置に異常があるか否かを判定する、水素生成装置および燃料電池発電システムの異常判定方法および、前記判定を含む、水素生成装置および燃料電池発電システムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素生成装置は、都市ガス等の炭化水素を原料として、原料と水の水蒸気改質反応により水素リッチなガスを生成する装置である。また、燃料電池発電システムには、水素生成装置によって生成された水素リッチなガスを燃料として発電を行うものがある。前記水素生成装置および前記燃料電池発電システムの従来例として、例えば、特許文献１がある。
【０００３】
図１２は、特許文献１に記載された水素生成装置の内部構造を示す断面図である。前記水素生成装置は多重円筒型の構造を有している。原料と水蒸気は、流路７３を経て、水素リッチなガスへと変化する。流路７３は、図に示すように複雑に屈曲しており、内部に改質触媒層７０や、変成触媒層７１、選択酸化触媒層７２などが配設されている。そして、原料と水蒸気が流路７３に導かれて触媒層を順次に通過していくことにより、反応が効率よく確実に進行する。また、燃料電池発電システムにおいては、前記反応によって得られた水素リッチなガスを燃料として発電が行われる。
【特許文献１】再公表ＷＯ００／６３１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の構成を有する水素生成装置の流路は、円筒状の曲面を構成する縦壁と円形の平面を構成する横壁を溶接により接合して形成される。しかし、流路は複雑に屈曲しているため、溶接不良や割れによる異常が発生しやすい。溶接不良や割れによる異常が生じている場合、流路からガスが漏れて、反応が適正に進行せず、水素生成装置から想定通りの組成を有する水素リッチなガスを得られなくなる。したがって、水素生成装置の製造時において、流路を形成した後、流路に漏れによる異常が生じているか否かを判定する必要がある。また、水素生成装置が故障した場合にも、故障原因の一つとして、流路に漏れが生じているか否かを確認する必要がある。
【０００５】
ここで、流路の漏れによって生じる水素生成装置の異常は、流路と外部との間で漏れが発生している場合（以下、外部漏れ）と、流路同士の間で漏れが発生している場合（以下、内部漏れ）の２種類がある。例えば、図１２のＡにおいて溶接不良や割れが生じると、外部漏れとなる。この場合、原料や水蒸気が流路から外部へと漏れてしまい、想定量の水素リッチなガスを得られなくなる。外部漏れによる異常を判定する方法としては、例えば、流路の出口を封じておき、入口からガスを注入して圧力をかけるものがある。この方法では、圧力が所定の値以上まで上昇するか否かや、ガスの流量を基準として、漏れが生じているか否かを判定することができる。
【０００６】
内部漏れの一例としては、図１２のＢやＣにおいて溶接不良や割れが生じた場合が挙げられる。この場合、改質前のガスが改質後のガスに混入し、全体として改質反応の効率が低下する。内部漏れによる異常の場合には、外部へガスが漏れることはない。よって、上述の方法では内部漏れによる異常が生じているか否かを判定することはできない。したがってこれまでは、内部漏れによる異常が生じているか否かを判定するために、実際に水素生成装置を運転して、改質反応の効率や一酸化炭素濃度を測定する必要があった。かかる判定を行うためには、水素生成装置を加温し、改質反応が安定するまで運転を継続し、所定のパラメータを測定した後に冷却するという過程が必要となる。したがって、一回の判定を行うために２〜３時間という長い時間を必要とするという問題を有していた。
【０００７】
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、水素生成装置の組み立て後に、迅速かつ簡便な方法により水素生成装置に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定し、前記判定の結果に基づいて水素生成装置を処理する、水素生成装置および燃料電池発電システムの製造方法を提供することを目的としている。また、本発明の第二の目的は、動作不良となった水素生成装置および燃料電池発電システムについて、迅速かつ簡便な方法により、内部漏れによる異常が生じているか否かを判定する、水素生成装置および燃料電池発電システムの検査方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置の製造方法は、二以上の開口部を持ち、水素生成に関連する流体が通流する流路を有する水素生成装置の製造方法であって、水素生成装置を組み立てる水素生成装置組立工程と、前記水素生成装置の、第一のガスが満たされている前記流路の内部に、少なくとも一つの前記開口部を注入口として、前記第一のガスと組成の異なる第二のガスが注入され、前記注入口とは異なる少なくとも一つの前記開口部を排出口として排出される排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて、前記水素生成装置の異常の有無を判定する異常判定工程と、前記判定に基づいて前記水素生成装置を処理する後工程とを有する（請求項１）。
【０００９】
これにより、実際に水素生成装置を運転することなく、迅速かつ簡便な方法により水素生成装置に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定できる。よって、前記判定の結果に基づいて水素生成装置を処理することが可能となり、水素生成装置の製造における歩留まりおよび製造時間を大幅に向上できる。
【００１０】
前記異常判定工程においては、前記注入口から前記第一のガスを注入することで前記流路の内部に第一のガスを満たしてもよい（請求項２）。
【００１１】
これにより、異常判定工程を開始する時点で流路に満たされているガスの組成が不明である場合においても、第一のガスで流路を満たすことができる。
【００１２】
前記異常判定工程においては、前記注入口から前記第二のガスを注入してから一定時間を経過した後における前記排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項３）。
【００１３】
これにより、第二のガスを注入してから一定時間経過後の排出ガスの組成を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００１４】
前記異常判定工程においては、前記注入口から前記第二のガスを注入してから前記排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項４）。
【００１５】
これにより、第二のガスを注入してから排出ガスが特定の組成になるまでの経過時間を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００１６】
前記異常判定工程においては、前記注入口から前記第二のガスを短時間のみ注入し、次に、前記注入口から前記第一のガスを注入し、前記注入口から前記第二のガスを注入してから前記排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項５）。
【００１７】
これにより、短時間のみ第二のガスを注入し、排出ガスが特定の組成（一定濃度やピーク濃度など）になるまでの経過時間を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００１８】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、前記注入口から窒素を注入してから一定時間を経過した後における前記排出ガスの窒素濃度に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項６）。
【００１９】
これにより、異常判定工程を開始する時点で流路に満たされているガスの組成が不明である場合においても、二酸化炭素で流路を満たすことができる。さらに、注入口から窒素を注入してから一定時間経過後の窒素濃度を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００２０】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、前記注入口から窒素を注入してから前記排出ガスの窒素濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項７）。
【００２１】
これにより、異常判定工程を開始する時点で流路に満たされているガスの組成が不明である場合においても、二酸化炭素で流路を満たすことができる。さらに、注入口から窒素を注入してから排出ガスの窒素濃度が特定濃度になるまでの経過時間を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００２２】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、次に、前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、次に、前記注入口から二酸化炭素を注入し、その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度が最大になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項８）。
【００２３】
これにより、異常判定工程を開始する時点で流路に満たされているガスの組成が不明である場合においても、二酸化炭素で流路を満たすことができる。さらに、短時間のみ窒素を注入し、排出ガス中の窒素濃度が最大になるまでの経過時間を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００２４】
前記第一のガスは二酸化炭素とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から二酸化炭素を注入することで前記流路の内部に二酸化炭素を満たし、次に、前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、次に、前記注入口から二酸化炭素を注入し、その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度の最大値に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項９）。
【００２５】
これにより、異常判定工程を開始する時点で流路に満たされているガスの組成が不明である場合においても、二酸化炭素で流路を満たすことができる。さらに、短時間のみ窒素を注入し、その後に検出される排出ガスの窒素濃度の最大値を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００２６】
前記第一のガスは空気とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から窒素を注入してから一定時間を経過した後における前記排出ガスの窒素濃度に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項１０）。
【００２７】
これにより、製造後に流路に残留している空気をそのまま利用することができる。よって、異常判定工程を簡略化できる。さらに、注入口から窒素を注入してから一定時間経過後の窒素濃度を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００２８】
前記第一のガスは空気とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から窒素を注入してから前記排出ガスの窒素濃度が特定の濃度になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項１１）。
【００２９】
これにより、製造後に流路に残留している空気をそのまま利用することができる。よって、異常判定工程を簡略化できる。さらに、注入口から窒素を注入してから排出ガスの窒素濃度が特定濃度になるまでの経過時間を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００３０】
前記第一のガスは空気とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、次に、前記注入口から空気を注入し、その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度が最大になるまでの経過時間に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項１２）。
【００３１】
これにより、製造後に流路に残留している空気をそのまま利用することができる。よって、異常判定工程を簡略化できる。さらに、短時間のみ窒素を注入して空気を続けて注入し、排出ガス中の窒素濃度が最大になるまでの経過時間を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００３２】
前記第一のガスは空気とし、前記第二のガスは窒素とし、前記異常判定工程においては、前記注入口から窒素を短時間のみ注入し、次に、前記注入口から空気を注入し、その後に検出される前記排出ガスの窒素濃度の最大値に基づいて前記水素生成装置の異常の有無を判定してもよい（請求項１３）。
【００３３】
これにより、製造後に流路に残留している空気をそのまま利用することができる。よって、異常判定工程を簡略化できる。さらに、短時間のみ窒素を注入し、その後に検出される排出ガスの窒素濃度の最大値を正常時と比較することで、水素生成装置の異常の有無を判定することができる。
【００３４】
また、本発明に係る燃料電池発電システムの製造方法は、請求項１乃至請求項１３の方法により製造された水素生成装置を用いて燃料電池発電システムを製造する（請求項１４）。
【００３５】
これにより、水素生成装置に異常があるか否かを効率的に判定しつつ燃料電池発電システムを製造することができる。よって、システム全体の製造効率が向上する。
【００３６】
また、本発明に係る水素生成装置の異常判定方法は、二以上の開口部を持ち、水素生成に関連する流体が通流する流路を有する水素生成装置の異常判定方法であって、前記水素生成装置の、少なくとも一つの前記開口部からなる注入口から、前記第一のガスと組成の異なる第二のガスを注入し、前記注入口とは異なる少なくとも一つの前記開口部を排出口として排出される排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて、前記水素生成装置の異常の有無を判定する（請求項１５）。
【００３７】
これにより、実際に水素生成装置を運転することなく、迅速かつ簡便な方法により水素生成装置に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定できる。
【００３８】
また、本発明に係る燃料電池発電システムの異常判定方法は、二以上の開口部を持ち、水素生成に関連する流体が通流する流路を有する水素生成装置を構成要素に含む燃料電池発電システムの異常判定方法であって、前記水素生成装置の、少なくとも一つの前記開口部を注入口として、前記第一のガスと組成の異なる第二のガスが注入され、前記注入口とは異なる少なくとも一つの前記開口部を排出口として排出される排出ガスに含まれる、第一のガスあるいは第二のガスの特定成分の濃度の変動に基づいて、前記燃料電池発電システムの異常の有無を判定する（請求項１６）。
【００３９】
これにより、実際に水素生成装置を運転することなく、迅速かつ簡便な方法により燃料電池発電システムの構成要素である水素生成装置に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定できる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明は、以上に説明したような構成を有し、以下のような効果を奏する。すなわち、水素生成装置の組み立て後に、迅速かつ簡便な方法により水素生成装置に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定し、前記判定の結果に基づいて水素生成装置を処理する、水素生成装置および燃料電池発電システムの製造方法を提供することができるという効果を奏する。また、動作不良となった水素生成装置および燃料電池発電システムについて、迅速かつ簡便な方法により、内部漏れによる異常が生じているか否かを判定する、水素生成装置および燃料電池発電システムの検査方法を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態は、水素生成装置の製造工程において、組み立ての終わった水素生成装置に第一のガスを注入した後、さらに第二のガスを注入し、第一のガスあるいは第二のガスに含まれる成分を特定成分として、排出されるガス中における前記特定成分の濃度の時間変化を用いて、水素生成装置に異常が存在するか否かを判定する水素生成装置の製造方法を例示するものである。本実施の形態では、第一のガスには二酸化炭素を、第二のガスには窒素を用いる。以下、第二のガスの成分である窒素を特許請求の範囲で言うところの特定成分とする場合を例として説明する。
【００４２】
本実施の形態に係る製造方法は、図１に示すように、水素生成装置を組み立てる水素生成装置組立工程（ステップＳ４０）と、組み立ての終わった水素生成装置に異常があるか否かを判定する異常判定工程（ステップＳ４１）と、判定結果を用いて水素生成装置を処理する後工程（ステップＳ４２）とからなる。本実施の形態において特徴となるのは異常判定工程（ステップＳ４１）である。なお、水素生成装置組立工程（ステップＳ４０）の終了時においては、必ずしも完全に水素生成装置の組立が完了している必要はなく、少なくとも内部漏れの生じうる流路部分の溶接が部分的にでも完了していればよい。
【００４３】
図２は、異常判定工程（ステップＳ４１）において、異常判定を行うための装置（以下、異常判定装置）の概略構成を示すブロック図である。以下、図２を参照しながら、異常判定装置の概略構成について説明する。
【００４４】
図２において、水素生成装置１０５は、異常判定の対象となる水素生成装置である。そして、異常判定装置９８は、二酸化炭素を供給する第一ガス供給器９９と、窒素を供給する第二ガス供給器１００と、水素生成装置１０５から排出されるガス（以下、排出ガス）中の窒素濃度を検出する濃度検出器１０３と、第一ガス供給器９９および第二ガス供給器１００を制御し、濃度検出器１０３から窒素濃度の検出結果を受け取る制御装置１０４とを備えている。第一ガス供給器９９および第二ガス供給器１００は、二股の供給配管１０１を介して水素生成装置１０５に接続される。濃度検出器１０３は、排出配管１０２を介して水素生成装置１０５に接続される。
【００４５】
本実施の形態において、第一ガス供給器９９には、例えば二酸化炭素を封入したボンベとこれに接続された流量調節弁などが用いられる。第二ガス供給器１００には、例えば窒素を封入したボンベとこれに接続された流量調節弁などが用いられる。また、濃度検出器１０３には、例えば赤外線吸収法を用いた濃度検出器が用いられる。制御装置１０４には、例えばマイコン基板が用いられる。
【００４６】
次に、制御装置１０４の構成について説明する。図３は、制御装置１０４の概略構成を示すブロック図である。制御装置１０４は、制御部１１０と、記憶部１１１と、判定の開始を指令するための信号や各種パラメータ等を制御部１１０へ送る入力手段１０６と、制御部１１０の指令に基づいて判定結果や各種パラメータを表示する出力手段１０７とを有している。制御部１１０には、例えばＣＰＵが用いられる。記憶部１１１には、例えば内部メモリが用いられる。入力手段１０６には、例えばキーボードが用いられる。出力手段１０７には、例えば液晶パネルが用いられる。制御部１１０と記憶部１１１は相互に接続されている。また、制御部１１０は、第一ガス供給器９９と、第二ガス供給器１００と、濃度検出器１０３とにも接続されている。なお、図中の矢印は信号の送られる方向を示す。
【００４７】
次に、図３を参照しながら、制御装置１０４の動作について説明する。ここでは、制御プログラムは、予め記憶部１１１に記憶されている。また、該プログラムに用いられる各設定値等は、操作者により、入力手段１０６および制御部１１０を介して記憶部１１１に記憶されている。制御部１１０は、この制御プログラムを記憶部１１１から読み出してこれを実行することにより、以下のように動作する。制御部１１０は、第一ガス供給器９９および第二ガス供給器１００を制御して二酸化炭素および窒素を水素生成装置１０５に注入する。濃度検出器１０３により、排出ガス中の窒素濃度の検出値を示す信号が、制御部１１０に送られる。制御部１１０は、必要に応じて、それらの検出値を記憶部１１１に記憶させる。制御部１１０は、記憶部１１１に記憶されている設定値、検出値やソフトウェア等を用いて、水素生成装置１０５に異常が存在するか否かを判定する。さらに制御部１１０は、計算結果から必要であれば、出力手段１０７に判定結果等を表示する。以上の動作により、制御装置１０４は、排出ガスの組成変化に基づいて、水素生成装置１０５に異常が存在するか否かの判定を行う。
【００４８】
水素生成装置１０５は、本実施の形態において製造され、異常判定工程（ステップＳ４１）において判定の対象となる水素生成装置である。以下、水素生成装置１０５の一例を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の特徴は、異常判定工程（ステップＳ４１）において異なる組成のガスを注入し、第一のガスあるいは第二のガスに異なる濃度で含まれる成分を特定成分として、排出ガス中の前記特定成分の濃度の時間変化から流路の内部漏れを検出することにある。よって、内部漏れの起こりやすい流路を備える部分のみについて構成を示すこととし、流路が単純で溶接不良などによる内部漏れが起こりにくい部分については、図示及び詳細な説明を省略する。
【００４９】
図４は、水素生成装置１０５の構成の一例を示す模式的な断面図である。図４に示すように、水素生成装置１０５は、上端及び下端が閉鎖された円筒状の本体５０と、円筒状の輻射筒２１とが取り付けられたバーナ２０と、本体５０の外周を覆う断熱材５３とから主に構成されている。なお、図中の矢印は、流路中をガスが通過する方向を示す。以下に、水素生成装置１０５の詳細な構造について説明する。
【００５０】
輻射筒２１が取り付けられたバーナ２０は、本体５０と同心状に収納配置されている。円筒状の本体５０の内部、具体的には、本体５０の内壁と輻射筒２１との間の空間は、同心円筒形状を有し径方向及び軸方向の長さが各種異なる複数の縦壁６０と、この縦壁６０の所定の端部に適宜配設された複数の円板状又は中空円板状の横壁６１とで区画されている。具体的には、本体５０の内部に、複数の縦壁６０が同心状に直立して配置されることにより縦壁６０間に間隙５１が形成され、この間隙５１を利用して所望のガス流路が形成されるように、縦壁６０の所定端部が横壁６１によって適宜閉鎖されている。それにより、本体５０内部に、改質部１０と、ＣＯ変成部１５と、後述の各ガス流路とが形成されている。
【００５１】
各ガス流路は、本体５０の径方向のＩ−Ｉ’断面においてリング状に形成され、外側から内側に向かって、二重構造を有する燃焼ガス流路４の下流側流路４Ａ、二重構造を有する改質原料流路１の上流側流路１Ａ及び下流側流路１Ｂ、改質ガス流路２、改質部１０、及び、前記燃焼ガス流路４の上流側流路４Ｂが順に配設されている。燃焼ガス流路４の下流側流路４Ａと上流側流路４Ｂとは、横壁６１により形成された本体径方向の流路によって底部で連通している。そして、上流側流路４Ｂの端部が、輻射筒２１が取り付けられたバーナ２０に連通するとともに、下流側流路４Ａの端部が排ガス取り出し口８を通じて外部に連通している。また、改質原料流路１の上流側流路１Ａと下流側流路１Ｂとは、横壁６１により形成された本体径方向の流路によって底部で連通しており、この連通する底部の領域が、第一の水蒸発部９となっている。後述するように、上流側流路１Ａを通じて第一の水蒸発部９に水が供給されて第一の水蒸気が発生し、この第一の水蒸気が下流側流路１Ｂを移動する。そこで、ここでは、上流側流路１Ａ及び下流側流路１Ｂによって形成される第一の水蒸気の経路を、第一の水蒸気流路１Ｄと呼ぶ。
【００５２】
改質部１０は、円筒形状を有し、燃焼ガス流路４の上流側流路４Ｂを介して、輻射筒２１の側部と上部とを囲むように配置されている。改質部１０の本体軸方向の上方には、横壁６１により、改質部１０の上端面に沿う改質原料流路１の下流側流路１Ｃが形成されている。改質部と下流側流路１Ｃとの間に存在する横壁６１には、下流側流路１Ｃと改質部１０とが連通すべく、中央に孔を有している。本体径方向の下流側流路１Ｃは、前述の改質原料流路１の下流側流路１Ｂに連通している。それにより、改質原料流路１の下流側端部が、改質部１０の上端面に連通した構成となる。改質原料流路１の下流側流路１Ｂは、さらに本体軸方向上方まで延設されており、後述するように、この延設部分によって、第二の水蒸気流路３０が形成されている。したがって、第二の水蒸気流路３０と改質原料流路１とが連通した構成となる。
【００５３】
また、改質部１０の軸方向上方には、改質部１０の上端面と対向するように、ＣＯ変成部１５が配設されている。ＣＯ変成部１５と改質部１０とは、改質ガス流路２によって連通している。この改質ガス流路２は、上流側端部が改質部１０の下端面に連通し、改質部１０の外周を囲むように本体軸方向に延び、かつ、下流側領域がＣＯ変成部１５の上端面に沿って本体径方向に形成されている。また、ＣＯ変成部１５の下端面と横壁６１とにより、変成後ガス流路３が形成されている。上流側端部がＣＯ変成部１５に連通する変成後ガス流路３の下流側端部は、変成後ガス取り出し口７を通じて選択酸化部（図示しない）に連通している。
【００５４】
改質原料流路１の上流側流路１Ａは、原料供給部５及び第一の水供給部６に接続されている。ここでは図示を省略しているが、原料供給部５は、原料供給装置と、原料の供給管とを備えており、第一の水蒸発部６は、水供給装置と、水の供給管とを備えている。また、第二の水蒸気流路３０は、第二の水供給部３２に接続されている。ここでは図示を省略しているが、第二の水供給部３２は、水供給装置と、水の供給管とを備えている。また、本体５０に取り付けられたバーナ２０には、燃焼用空気供給口２０ａ及び燃焼用燃料ガス供給口２０ｂが形成されており、ここでは図示を省略しているが、空気供給口２０ａは空気供給部に接続され、燃焼用燃料ガス供給口２０ｂは燃焼ガス供給部に接続されている。
【００５５】
改質部１０は、粒状に成型された金属酸化物からなる担体上に改質触媒たる白金族金属が担持されたものが、縦壁６０の間に形成された間隙５１に充填されて形成されている。改質部１０は、改質原料流路１や改質ガス流路２よりも装置の内側に形成され、上端面が改質原料流路１に連通するとともに、下端面が改質ガス流路２に連通している。
【００５６】
ＣＯ変成部１５は、セラミック製のハニカム基材上に形成された膜状の金属酸化物からなる担体上に、変成触媒たる白金族金属が分散して担持された構成を有する。
【００５７】
本体５０及びバーナ２０は、変成後ガス取り出し口７、排ガス取り出し口８、燃焼用空気供給口２０ａ及び燃焼用燃料ガス供給口２０ｂ、ならびに、原料供給部５、第一の水供給部６及び第二の水供給部３２との接続部分を除いて、外周が断熱材５３により覆われている。
【００５８】
改質原料流路１の下流側流路１Ｂは、下流側流路１Ｃとの接続部（以下、この接続部で混合原料ガスの移動方向が変わる（変向する）ことから、この接続部を変向部と呼ぶ）を越えて、さらに、ＣＯ変成部１５よりも本体軸方向上方まで延びている。そして、その延設端部領域が、ＣＯ変成部１５の上端面に沿って形成された改質ガス流路２と横壁６１を介して隣接するように配置されている。ここでは、このように形成された改質原料流路１の下流側流路１Ｂのうち、前記変向部よりもＣＯ変成部１５側（すなわち上側）に位置する部分を、特に、第二の水蒸気流路３０と呼ぶ。
【００５９】
第二の水蒸気流路３０の内部には、改質ガス流路２と横壁６１を介して隣接する部分に、第二の水蒸発部３１が形成されている。第二の水蒸発部３１は、第二の水供給部３２から供給された水を貯留可能に構成され、例えば、底面とこの底面外周に配置された側面とからなり所定の深さを有する容器が、第二の水蒸気流路３０内に配置されて第二の水蒸発部３１が構成されている。
【００６０】
なお、上記の水素生成装置においては、選択酸化部は、波多重円筒型流路の外に設置されるため図示されていない。しかし、多重円筒型流路の内部に選択酸化部を備えていてもよい。
【００６１】
本実施の形態に係る水素生成装置製造方法により製造される水素生成装置は、以上のような構造を有している。すなわち、流路は、複雑に屈曲しており、内部に水の蒸発部や触媒などが配設されている。そして、原料と水が流路に沿って順次に通過していくことにより、反応が効率よく確実に進行することになる。
【００６２】
本実施の形態に係る水素生成装置組立工程（ステップＳ４０）においては、溶接により、水素生成装置の組み立てが行われる。ここで、水素生成装置の製造時に、溶接部に溶接不良や割れが生じると、原料や水が流路から漏れ出してしまい、水素生成装置は所定の性能を発揮できなくなってしまう。
【００６３】
例えば、図４中のＡに溶接不良や割れなどが生じる場合がある。かかる溶接不良や割れが存在すると、改質原料流路１と改質ガス流路２との間に内部漏れが生じる。すると、原料ガスの一部が改質部１０を通過することなく、すなわち改質反応を起こさずに、改質ガス流路２へと流出する。かかる事態が起こると、水素生成装置の水素生成効率が低下してしまう。一方、例えば、図４中のＢに溶接不良や割れが生じると、改質原料流路と変成後ガス流路との間に内部漏れが生じる。このような場合でも、原料ガスが改質反応を起こさずに変成後のガスに混入するため、水素生成装置の水素生成効率が低下してしまう。また、図４中のＣに溶接不良や割れが生じると、第二の水蒸気流路３０と改質ガス流路２との間で内部漏れが生じる。すると、水蒸気が改質反応に利用されることなく改質ガスへと混入し、水効率が低下する等の問題が発生する。
【００６４】
そこで、本実施の形態に係る水素生成装置の製造方法においては、異常判定工程（ステップＳ４１）で、流路の内部漏れによる異常が生じているか否かの判定を行う。前記判定は、停止状態の水素生成装置を対象とし、上述の異常判定装置により行われる。以下、前記異常判定装置の動作について詳細に説明する。なお、以下に説明する動作が、本実施の形態に係る水素生成装置の製造方法において特徴となる部分である。
【００６５】
異常判定装置による判定にあたって、まず、第一水供給部６と第二水供給部３２に栓をしてガスが漏れないようにする。第一ガス供給器９９および第二ガス供給器１００から供給される二酸化炭素および窒素は、原料供給部５（以下、注入口）から水素生成装置１０５に注入される。水素生成装置１０５から流出するガスは、変成後ガス取り出し口７（以下、排出口）から排出され、排出配管１０２を介して濃度検出器１０３に導かれる。濃度検出器１０３は、排出ガス中の窒素濃度を測定する。
【００６６】
まず、第一ガス供給器９９は、水素生成装置１０５に二酸化炭素を４Ｌ／分の流量で注入する。濃度検出器１０３による窒素濃度の検出値が安定するまで二酸化炭素のみを注入し続ける。検出値が安定した後、第一ガス供給器９９による二酸化炭素の注入は継続しつつ、さらに第二ガス供給器１００により注入口から窒素を１Ｌ／分の流量で注入する。そして、濃度検出器１０３により排出ガス中の窒素濃度（以下、窒素濃度）を検出する。
【００６７】
図５に、窒素注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示す。図５（ａ）は窒素注入速度の時間変化を示す図であり、図５（ｂ）は、水素生成装置が正常である場合の窒素濃度の時間変化を示す図であり、図５（ｃ）は、水素生成装置に内部漏れが生じている場合の窒素濃度の時間変化を示す図である。図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、窒素の注入を開始した時点では、図５（ｂ）においても、図５（ｃ）においても、窒素濃度は０％となる。その後、時間が経過するのに伴い窒素濃度は上昇する。水素生成装置が正常な場合、図５（ｂ）に示すように、注入開始から時間Ｔ１を経過した時点では、窒素濃度はＣ１となる。その後、窒素濃度は、２０％（注入される窒素の流量がガス全体の流量に占める割合）へと近づき、注入開始から時間Ｔを経過した時点において、窒素濃度は最終的に２０％で安定する。
【００６８】
ここで、水素生成装置に対して窒素の注入を開始してから時間Ｔ１を経過した時点における窒素濃度をＣｘとする。水素生成装置１０５の流路に内部漏れが生じていない場合（正常な場合）には、Ｃｘ＝Ｃ１となる。一方、流路の内部漏れが起きている場合（異常な場合）には、内部漏れ箇所から窒素が漏出するため、注入した窒素がより早く排出口に達することになる。このため、図５（ｃ）に示すように、窒素濃度は正常な場合に比べてより早く上昇する。すなわち、Ｃｘ＞Ｃ１となる。従って、ＣｘをＣ１と比較することで、内部漏れによる異常の有無を判定することができる。
【００６９】
図６は、本実施の形態における水素生成装置の製造方法に使用される異常判定装置の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。異常判定装置の動作が始まる時点では、水素生成装置の組み立ては終わったばかりであり、流路は空気で満たされている。そこで、まず、注入口から二酸化炭素のみを注入する（ステップＳ１）。排出ガス中の窒素濃度は、当初は空気と同じ８０％であるが、二酸化炭素が排出口に達するに従って低下し、完全に流路が二酸化炭素で満たされれば、０％で安定することになる。そこで、窒素濃度の検出値が安定しているかの判定を行う（ステップＳ２）。ステップＳ２で窒素濃度が安定していないと判定された場合には、二酸化炭素の注入を継続する（ステップＳ１）。ステップＳ２で窒素濃度が安定していると判定された場合には、注入口から二酸化炭素に加えてさらに窒素を注入する（ステップＳ３）。そして、Ｔ１秒間注入を継続する（ステップＳ４）。注入開始からＴ１秒経過した後に検出された窒素濃度をＣｘとする（ステップＳ５）。次に、ＣｘがＣ１より大きいか否かの判定を行う（ステップＳ６）。ステップＳ６において、Ｃｘ＞Ｃ１と判定された場合、水素生成装置に異常があると判定し、結果を出力手段１０７に出力する（ステップＳ７）。ステップＳ４において、ＣｘがＣ１より大きくないと判定された場合、水素生成装置に異常はないと判定し、結果を出力手段１０７に出力する（ステップＳ８）。以上の動作により、本実施の形態における水素生成装置の製造方法では、水素生成装置について内部漏れによる異常の有無を判定する。
【００７０】
ここで、通常の水素生成装置は、流路の全長や容積は小さく、しかも内部に触媒が詰められている。このため、二酸化炭素を４Ｌ／分の流量で注入しつつ、窒素を１Ｌ／分程度の流量で注入すれば、数分から１０分程度で窒素が排出口に達し始める。よって、上記のような方法で判定を行えば、数分から１０分程度で判定結果を得ることができる。したがって、実際に水素生成装置を運転する場合と比較してはるかに迅速に、水素生成装置の異常の有無を判定できる。
【００７１】
次に、前記判定の結果に基づき、水素生成装置１０５は、後工程（ステップＳ４２）へと送られる（図１）。水素生成装置１０５に異常がないと判定された場合には、必要な部品等を組み付けたり、梱包して出荷される。あるいは、燃料電池発電システムに組み込むための工程へと送られてもよい。一方、水素生成装置１０５に異常があると判定された場合には、水素生成装置１０５は廃棄される。あるいは、水素生成装置１０５は修理工程へと送られてもよい。なお、後工程（ステップＳ４２）は如何なる工程であってもよい。
【００７２】
以上のような方法により、本実施の形態に係る水素生成装置の製造方法は、排出ガスの組成の変動に基づいて、水素生成器の流路に異常があるか否かを判定できる。したがって、水素生成装置を運転することなく、簡便かつ迅速な方法により水素生成装置の異常の有無を判定できる。よって、異常のある水素生成装置をそのまま出荷したり、燃料電池発電システムに組み込むことを防ぐことができる。
【００７３】
なお、排出ガスの窒素濃度がどのように時間変化するかは、水素生成装置の構成、二酸化炭素および窒素の注入速度、ノイズの大きさなどによってさまざまである。よって、判定の基準とする時間（Ｔ１）や窒素濃度の基準値（Ｃ１）は、排出ガス中の窒素濃度の時間変化によって、内部漏れが生じているか否かを判定できるものであれば、如何なる値であってもよい。
【００７４】
また、本実施の形態では、排出口において、排出ガス中の窒素の濃度を測定し、その時間変化に基づいて、水素生成装置の異常の有無を判定している。しかし、測定する成分は必ずしも窒素である必要はなく、二酸化炭素であってもよい。すなわち、第一のガスの成分である二酸化炭素が特定成分であってもよい。この場合、注入した窒素が排出口に達すると、排出ガス中の二酸化炭素濃度が徐々に低下する。内部漏れが生じている場合には、二酸化炭素濃度がより早く低下することになるため、窒素ガスの注入を開始してから、判定の基準とする時間が経過した時点で、二酸化炭素濃度が基準値より低ければ、内部漏れが生じていると判定する。
【００７５】
なお、判定は、必ずしも濃度の検出と同時に行う必要はない。すなわち、窒素濃度の検出結果を制御装置１０４が記憶し、あるいはペンレコーダが紙に記録してもよい。そして、前記記憶あるいは前記記録に基づいて、窒素濃度の全体的な時間変化から、特定時刻における窒素濃度を計算してもよい。これにより、外部からのノイズ等によって濃度の検出結果が乱される場合等にあっても、より正確な判定を行うことができる。
【００７６】
なお、二酸化炭素および窒素の注入速度は、必ずしも４Ｌ／分および１Ｌ／分に限定されるものではなく、どのような比率で注入してもよい。また、窒素を注入する時点で二酸化炭素の注入を停止してもよい。
【００７７】
あるいは、流れるガスの総量を一定にしてもよい。例えば二酸化炭素を５Ｌ／分の流量で流しておき、その後、窒素を１Ｌ／分の流量で流し始めると同時に、二酸化炭素の流量を４Ｌ／分に減じてもよい。これにより、２つのガスの流量の合計は変動しなくなり、より安定して判定を行うことができる。
【００７８】
また、注入開始時においては、窒素の注入速度を突然に一定値まで引き上げる必要はなく、注入速度を徐々に引き上げてもよい。これにより、ハンチングによる注入速度の変動を防止できる。よって、窒素濃度の変動に与えるノイズを減らすことができる。したがって、より正確な判定を行うことができる。
【００７９】
また、特定の窒素濃度（Ｃ２）を判定の基準とし、窒素濃度がＣ２に達した時点での経過時間（Ｔｘ）から異常の有無を判定してもよい。この場合の判定方法を以下に説明する。
【００８０】
図７に、窒素の注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示す。図７（ａ）は窒素の注入速度の時間変化を示す図であり、図７（ｂ）は、水素生成装置が正常である場合の窒素濃度の時間変化を示す図であり、図７（ｃ）は、水素生成装置に内部漏れが生じている場合の窒素濃度の時間変化を示す図である。図７に示すように、窒素の注入を開始した時点では、図７（ｂ）においても、図７（ｃ）においても、窒素濃度は０％となる。その後、時間が経過するのに伴い窒素濃度は上昇する。水素生成装置が正常な場合、図７（ｂ）に示すように、窒素濃度がＣ２となるのは、注入開始から時間Ｔ２を経過した時点となる。また、窒素濃度が最大値である２０％（注入される窒素の流量がガス全体の流量に占める割合）で安定するのは、注入開始から時間Ｔを経過した時点となる。
【００８１】
ここで、排出ガス中の窒素濃度がＣ２となる時点での経過時間をＴｘとする。水素生成装置１０５の流路に内部漏れが生じていない場合（正常な場合）には、Ｔｘ＝Ｔ２となる。一方、流路の内部漏れが起きている場合（異常な場合）には、内部漏れ箇所から窒素が漏出するため、注入した窒素がより早く排出口に達することになる。このため、図７（ｃ）に示すように、窒素濃度は正常な場合に比べてより早く上昇する。すなわち、Ｔｘ＞Ｔ２となる。従って、ＴｘをＴ２と比較することで、内部漏れによる異常の有無を判定することができる。
【００８２】
また、窒素の注入速度は必ずしも一定に保つ必要はなく、例えば、短時間のみ窒素を注入したら窒素の注入を停止してもよい。以下、短時間のみ窒素を注入する場合について説明する。図８は、窒素の注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示すグラフである。図８（ａ）は窒素の注入速度の時間変化を示す図であり、図８（ｂ）は、水素生成装置が正常である場合の窒素濃度の時間変化を示す図であり、図８（ｃ）は、水素生成装置に内部漏れが生じている場合の窒素濃度の時間変化を示す図である。
【００８３】
図８（ａ）に示すように、異常判定装置による判定においては、ある時点において、注入口から窒素が注入される。そして、短時間（例えば５秒）経過後、窒素の注入は停止され、二酸化炭素のみが継続的に注入される。窒素の注入を開始した時点では、図８（ｂ）においても、図８（ｃ）においても、窒素濃度は、０％となる。時間が経過するのに伴って窒素濃度は一旦上昇して最大値Ｃ３（例えば４％）を経た後に低下する。水素生成装置が正常な場合、図８（ｂ）に示すように、窒素濃度が最大濃度Ｃ３となるのは、注入開始から時間Ｔ３を経過した時点となる。また、窒素濃度が最大濃度の二分の一（１／２Ｃｍａｘ）となる時点は二つあり、その間の時間間隔はＴ４となる。
【００８４】
ここで、検出される窒素濃度の最大値をＣｍａｘとする。水素生成装置１０５の流路に内部漏れが生じていない場合（正常な場合）には、Ｃｍａｘ＝Ｃ３となる。一方、流路の内部漏れが起きている場合（異常な場合）には、内部漏れ箇所から窒素が漏出するため、注入した窒素が流路の中でより広く拡散することになる。このため、図８（ｃ）に示すように、窒素濃度の最大値はより低く（例えば３％）なる。すなわち、Ｃｍａｘ＜Ｃ３となる。従って、ＣｍａｘをＣ３と比較することで、内部漏れによる異常の有無を判定することができる。
【００８５】
あるいは、排出ガス中の窒素濃度が最大となる時点での経過時間をＴｍａｘとし、Ｔｍａｘを用いて判定を行ってもよい。水素生成装置１０５の流路に内部漏れが生じていない場合（正常な場合）には、Ｔｍａｘ＝Ｔ３となる。一方、流路の内部漏れが起きている場合（異常な場合）には、内部漏れ箇所から窒素が漏出するため、注入した窒素がより早く排出口に達することになる。このため、図８（ｃ）に示すように、窒素濃度は正常な場合に比べてより早く最大値に達する。すなわち、Ｔｍａｘ＞Ｔ３となる。従って、ＴｍａｘをＴ３と比較することで、内部漏れによる異常の有無を判定することができる。
【００８６】
あるいは、窒素濃度が最大濃度の二分の一（１／２Ｃｍａｘ）となる時点の時間間隔をＴｗとし、Ｔｗを用いて判定を行ってもよい。水素生成装置１０５の流路に内部漏れが生じていない場合（正常な場合）には、Ｔｗ＝Ｔ４となる。一方、流路の内部漏れが起きている場合（異常な場合）には、内部漏れ箇所から窒素が漏出するため、注入した窒素が流路の中でより広く拡散することになる。このため、図８（ｃ）に示すように、窒素濃度のピークはより幅広くなる。すなわち、Ｔｗ＞Ｔ４となる。従って、ＴｗをＴ４と比較することで、内部漏れによる異常の有無を判定することができる。なお、必ずしも最大濃度の二分の一となる時間の間隔である必要はなく、例えば最大濃度の１／３や２／３等となる時間の間隔を比較してもよいことは言うまでもない。
【００８７】
また、上述の判定方法を複数組合せることにより、より正確に異常の有無を判定することができる。
【００８８】
また、最初に二酸化炭素と窒素を混合して流しておき、窒素の流量を一時的に減じてもよい。いずれにせよ、注入する二酸化炭素と窒素の混合比を時間によって変えれば、排出ガスの二酸化炭素あるいは窒素濃度の時間変化に基づいて、内部漏れによる異常の有無を判定することができる。なお、かかる場合においても、基準とする時間を経過した時点での窒素濃度や、基準とする窒素濃度に達した時点での経過時間、濃度の谷間の幅などを比較することで、水素生成装置の異常の判定ができることは言うまでもない。また、かかる場合においても、判定方法を複数組合せることで、より正確に異常の有無を判定することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態において、第一のガスおよび第二のガスは必ずしもそれぞれ二酸化炭素および窒素に限定されるものではなく、例えばヘリウムやアルゴン等であってもよい。また、第一のガスおよび第二のガスは、必ずしも単一の成分からなるガスに限定されず、例えば空気のように、複数の成分からなる混合ガスであってもよい。
【００９０】
また、濃度を測定する成分（特定成分）は、第一のガスおよび第二のガスのいずれかに含まれる成分であれば、如何なる成分であってもよい。ただし、第一のガスおよび第二のガスの両者において、濃度が等しければ、排出ガス中の濃度も変化しない。よって、第一のガスと第二のガスで濃度が異なる成分を特定成分とし、その濃度を検出することが好ましい。
【００９１】
また、第一のガスおよび第二のガスを注入する開口部は必ずしも原料供給部５である必要はなく、第一水供給部６や、第二水供給部３２、変成後ガス取り出し口７であってもよい。また、ガスを排出させる開口部は、必ずしも変成後ガス取り出し口７である必要はなく、原料供給部５や、第一水供給部６、第二水供給部３２であってもよい。ただし、製造される水素生成装置の構造によっては、通常の流路とは逆方向にガスを流すと好ましくない場合がある。その場合には、上流側の開口部から第一のガスを注入し、下流側の開口部において、排出ガスの濃度を検出することが好ましい。また、排出口や注入口は複数としてもよい。
【００９２】
また、制御装置１０４は必須の構成要素ではない。すなわち、第一ガス供給器９９および第二ガス供給器１００を手動で制御してもよい。また、濃度検出器１０３に直接に出力手段１０７を接続してもよい。検出された濃度が、出力手段１０７により逐次表示されてもよい。あるいは、一定時間後の濃度が出力手段１０７により表示されてもよい。操作者が出力結果に基づいて異常の有無を判定してもよい。この場合の出力手段１０７には、例えば、濃度のアナログ表示計やデジタル表示計、ペンレコーダ、液晶表示装置などを用いてもよい。
【００９３】
また、後工程において、正常と判定された水素生成装置を燃料電池発電システムに組み込む工程を含み、全体の工程を燃料電池発電システムの製造方法としてもよい。
【００９４】
また、同様な方法により、すでに完成した水素生成装置あるいは燃料電池発電システムにおいて、異常が見られた場合に、その異常が、水素生成装置の流路に内部漏れが生じているための異常であるか否かの判定を行うこともできる。
【００９５】
また、本実施の形態では、原料と、水蒸気と、水素リッチなガスとが流れる流路に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定した。しかし、水素生成装置の形態によっては、水蒸気のみが流れる流路や原料のみが流れる流路等が存在する場合もある。本発明はかかる流路に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定することができることは言うまでもない。
（実施の形態２）
実施の形態１は、組み立ての終わった水素生成装置に第一のガスおよび第二のガスを注入し、排出されるガス中における特定成分の濃度の時間変化を検出する。そして、検出結果に基づいて、水素生成装置に異常が存在するか否かを判定し、判定結果に基づいて水素生成装置の処理を行う。これに対し、実施の形態２では、組み立ての終わった水素生成装置について、第一のガスを注入することなく、第二のガスを直接注入し、排出されるガス中における特定成分の濃度の時間変化を検出する。そして、検出結果に基づいて、水素生成装置に異常が存在するか否かを判定し、判定結果に基づいて水素生成装置の処理を行う。
【００９６】
一般に、組み立て終了時には、水素生成装置内部の流路には、空気が充満している。よって、本実施の形態では、空気が、特許請求の範囲で言うところの第一のガスに相当する。また、本実施の形態では、水素生成装置に注入するガスには窒素を用いる。よって、本実施の形態では、窒素が、特許請求の範囲で言うところの第二のガスに相当する。ただし、本実施の形態において、第二のガスは必ずしも窒素に限定されるものではなく、例えば二酸化炭素やアルゴン等であってもよい。また、第二のガスは、必ずしも単一の成分からなるガスに限定されず、複数の成分からなる混合ガスであってもよい。以下、第二のガスの成分である窒素を特許請求の範囲で言うところの特定成分とする場合を例として説明する。
【００９７】
本実施の形態に係る製造方法も、水素生成装置を組み立てる工程（水素生成装置組立工程）、組み立ての終わった水素生成装置に異常があるか否かを判定する工程（異常判定工程）、判定結果を用いて水素生成装置を処理する工程（後工程）、の３つに大きく分けられる。工程図は図１と同様であるので省略する。本実施の形態において特徴となるのは異常判定工程である。なお、水素生成装置組立工程の終了時においては、必ずしも完全に水素生成装置の組立が完了している必要はなく、少なくとも内部漏れの生じうる流路部分の溶接が部分的にでも完了していればよい。
【００９８】
図９は、本実施の形態に係る水素生成装置の製造工程の異常判定工程において、特徴部分である異常判定を行うための異常判定装置の概略構成を示すブロック図である。異常判定装置１０６は、実施の形態１における異常判定装置から第一ガス供給装置９９を取り除いたものである。よって、図２と図９との間で共通する構成要素には同一の番号を付し、説明を省略する。また、本実施の形態において製造する水素生成装置についても、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００９９】
本実施の形態に係る水素生成装置組立工程においても、実施の形態２と同様に、溶接により、水素生成装置の組み立てが行われる。ここで、水素生成装置の製造時に、溶接部に溶接不良や割れが生じると、原料や水が流路から漏れ出してしまい、水素生成装置は所定の性能を発揮できなくなってしまう。
【０１００】
そこで、本実施の形態に係る水素生成装置の製造方法においては、異常判定工程で、流路の内部漏れが生じているか否かの判定を行う。前記判定は、停止状態の水素生成装置を対象とし、上述の異常判定装置により行われる。以下、図９および図４を参照しつつ、異常判定装置の動作について詳細に説明する。なお、以下に説明する動作が、本実施の形態に係る水素生成装置の製造方法において特徴となる部分である。
【０１０１】
異常判定装置１０６による判定にあたっては、まず、第一水供給部６と第二水供給部３２に栓をしてガスが漏れないようにする。製造直後であるので、流路には空気が入っている。次に、第二ガス供給器１００は、供給配管を介して、原料供給部５（以下、注入口）から水素生成装置１０５に窒素を注入する。水素生成装置１０５から流出するガスは、変成後ガス取り出し口７（以下、排出口）から排出され、排出配管１０２を介して濃度検出器１０３に導かれる。そして、濃度検出器１０３が、排出ガス中の窒素濃度（以下、窒素濃度）を検出する。
【０１０２】
図１０に、窒素注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示す。図１０（ａ）は窒素注入速度の時間変化を示す図であり、図１０（ｂ）は、水素生成装置が正常である場合の窒素濃度の時間変化を示す図であり、図１０（ｃ）は、水素生成装置に内部漏れが生じている場合の窒素濃度の時間変化を示す図である。図１０に示すように、窒素の注入を開始した時点では、図１０（ｂ）においても、図１０（ｃ）においても、窒素濃度は、空気と同じ約８０％となる。その後、時間が経過するのに伴い窒素濃度は上昇する。水素生成装置が正常な場合、図１０（ｂ）に示すように、注入開始から時間Ｔ５を経過した時点では、窒素濃度はＣ５となる。その後、窒素濃度は、１００％へと近づき、注入開始から時間Ｔを経過した時点において、窒素濃度は最終的に１００％で安定する。
【０１０３】
ここで、水素生成装置に対して窒素の注入を開始してから時間Ｔ５を経過した時点における窒素濃度をＣｙとする。水素生成装置１０５の流路に内部漏れが生じていない場合（正常な場合）には、Ｃｙ＝Ｃ５となる。一方、流路の内部漏れが起きている場合（異常な場合）には、内部漏れ箇所から窒素が漏出するため、注入した窒素がより早く排出口に達することになる。このため、図１０（ｃ）に示すように、窒素濃度は正常な場合に比べてより早く上昇する。すなわち、Ｃｙ＞Ｃ５となる。従って、ＣｙをＣ５と比較することで、内部漏れによる異常の有無を判定することができる。
【０１０４】
図１１は、本実施の形態における水素生成装置の製造方法に使用される異常判定装置の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。まず、注入口から窒素の注入を開始し（ステップＳ１）、Ｔ５秒間注入を継続する（ステップＳ２）。次に、注入開始からＴ５秒経過した後に検出された窒素濃度をＣｙとする（ステップＳ３）。次に、ＣｙがＣ５より大きいか否かの判定を行う（ステップＳ４）。ステップＳ４において、Ｃｙ＞Ｃ５と判定された場合、水素生成装置に異常があると判定し、結果を出力手段１０７に出力する（ステップＳ５）。ステップＳ４において、ＣｙがＣ５より大きくないと判定された場合、水素生成装置に異常はないと判定し、結果を出力手段１０７に出力する（ステップＳ６）。以上の動作により、本実施の形態における水素生成装置の製造方法では、水素生成装置について内部漏れによる異常の有無を判定する。
【０１０５】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様、実際に水素生成装置を運転する場合と比較してはるかに迅速に、水素生成装置の異常の有無を判定できる。次に、前記判定の結果に基づき、水素生成装置１０５は、後工程へと送られる。水素生成装置１０５に異常がないと判定された場合には、必要な部品等を組み付けたり、梱包して出荷される。あるいは、燃料電池発電システムに組み込むための工程へと送られてもよい。一方、水素生成装置１０５に異常があると判定された場合には、水素生成装置１０５は廃棄される。あるいは、水素生成装置１０５は修理工程へと送られてもよい。なお、後工程（ステップＳ４２）は如何なる工程であってもよい。
【０１０６】
以上のような方法により、本実施の形態に係る水素生成装置の製造方法は、排出ガスの組成の変動に基づいて、水素生成器の流路に異常があるか否かを判定できる。したがって、水素生成装置を運転することなく、簡便かつ迅速な方法により水素生成装置の異常の有無を判定できる。よって、異常のある水素生成装置をそのまま出荷したり、燃料電池発電システムに組み込むことを防ぐことができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様、判定の基準とする時間（Ｔ５）や窒素濃度の基準値（Ｃ５）は、如何なる値であってもよい。排出口において測定する成分は酸素であってもよい。あるいは、濃度を測定する成分（特定成分）は、第一のガスおよび第二のガスのいずれかに含まれる成分であれば、如何なる成分であってもよい。ただし、第一のガスと第二のガスで濃度が異なる成分を特定成分とし、その濃度を検出することが好ましい。また、第一のガスを注入する開口部は、第一水供給部６や、第二水供給部３２、変成後ガス取り出し口７であってもよい。また、ガスを排出させる開口部は、原料供給部５や、第一水供給部６、第二水供給部３２であってもよい。ただし、上流側の開口部から第一のガスを注入し、下流側の開口部において、排出ガスの濃度を検出することが好ましい。判定は、必ずしも濃度の検出と同時に行う必要はなく、窒素濃度の全体的な時間変化から、特定時刻における窒素濃度を計算してもよい。窒素の注入を開始した後は、窒素注入速度を徐々に引き上げてもよい。制御装置１０４は必ずしも必須の構成要素ではなく、第二ガス供給器を手動で制御してもよい。また、濃度検出器１０３に直接に出力手段１０７を接続してもよい。検出された濃度が、出力手段１０７により逐次表示されてもよい。あるいは、一定時間後の濃度が出力手段１０７により表示されてもよい。操作者が出力結果に基づいて異常の有無を判定してもよい。
【０１０８】
特定の窒素濃度を判定の基準とし、窒素濃度が前記特定の窒素濃度に達した時点での経過時間から異常の有無を判定してもよい。また、短時間のみ窒素を注入し、その後は窒素の注入を停止してもよい。後者の場合、窒素の注入を停止した後は、空気など、窒素と異なるガスを注入する必要がある。よって、第二ガス供給器１００は、窒素ボンベに加え、例えばポンプなどを備える。短時間のみ窒素を注入した後に窒素の注入を停止する場合においては、基準とする時間を経過した時点での窒素濃度や、基準とする窒素濃度に達した時点での経過時間、最大濃度、最大濃度に達した時点での経過時間、特定の濃度となった時点の時間差などを比較することで、水素生成装置の異常の判定ができる。また、それぞれの要素を組み合わせて判定することで、より正確な判定を行うことができる。
【０１０９】
また、後工程において、正常と判定された水素生成装置を燃料電池発電システムに組み込む工程を含み、全体の工程を燃料電池発電システムの製造方法としてもよい。
【０１１０】
また、同様な方法により、すでに完成した水素生成装置あるいは燃料電池発電システムにおいて、異常が見られた場合に、その異常が、水素生成装置の流路に内部漏れが生じているための異常であるか否かの判定を行うこともできる。この場合、流路には必ずしも空気が充満しているとは限らず、原料、水蒸気、水素リッチなガスなどが充満している場合もある。その場合には、それらのガスが第一のガスとなる。また、この場合には、原料、水蒸気、水素リッチなガスには含まれない成分を有するガスを第二のガスとして、これらの成分を特定成分とすることが好ましい。
【０１１１】
また、本実施の形態では、原料と、水蒸気と、水素リッチなガスとが流れる流路に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定した。しかし、水素生成装置の形態によっては、水蒸気のみが流れる流路や原料のみが流れる流路等が存在する場合もある。本発明はかかる流路に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定することができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明に係る水素生成装置および燃料電池発電システムの製造方法は、水素生成装置の組み立て後に、迅速かつ簡便な方法により水素生成装置に内部漏れによる異常が生じているか否かを判定し、前記判定の結果に基づいて水素生成装置を処理する、水素生成装置および燃料電池発電システムの製造方法として有用である。
【０１１３】
また、本発明に係る水素生成装置および燃料電池発電システムの検査方法は、動作不良となった水素生成装置および燃料電池発電システムについて、迅速かつ簡便な方法により、内部漏れによる異常が生じているか否かを判定する、水素生成装置および燃料電池発電システムの検査方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１に係る、異常判定を行うための装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る、制御装置１０４の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る、水素生成装置１０５の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、一定時間経過後の窒素濃度を基準とする場合の、窒素の注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る、異常判定装置の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１において、特定の窒素濃度に達するまでの経過時間を基準とする場合の、窒素の注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、短時間のみ窒素を注入する場合の、窒素の注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る、異常判定を行うための装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２において、一定時間経過後の窒素濃度を基準とする場合の、窒素の注入速度と窒素濃度の時間変化を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る、異常判定装置の動作プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図１２】従来の水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  改質原料流路
１Ａ  改質原料流路の上流側流路
１Ｂ  改質原料流路の下流側流路
１Ｃ  改質原料流路の下流側流路
１Ｄ  第一の水蒸気流路
２  改質ガス流路
３  変成後ガス流路
４  燃焼排ガス流路
４Ａ  燃焼ガス流路の下流側流路
４Ｂ  燃焼ガス流路の上流側流路
５  原料供給部
６  第一水供給部
７  変成後ガス取り出し口
８  排ガス取り出し口
９  第一の水蒸発部
１０  改質部
１５  ＣＯ変成部
２０  バーナ
２０ａ  燃焼用空気供給口
２０ｂ  燃焼用燃料ガス供給口
２１  輻射筒
３０  第二の水蒸気流路
３１  第二の水蒸発部
３２  第二水供給部
５０  本体
５１  間隙
５３  断熱材
６０  縦壁
６１  横壁
７０  改質触媒層
７１  変成触媒層
７２  選択酸化触媒層
７３  流路
９８  異常判定装置
９９  第一ガス供給器
１００  第二ガス供給器
１０１  供給配管
１０２  排出配管
１０３  濃度検出器
１０４  制御装置
１０５  水素生成装置
１０６  異常判定装置
【図１】
2006169026.tif 000003
【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】
2006169026.tif 000009
【図８】
2006169026.tif 000010
【図９】
2006169026.tif 000011
【図１０】
2006169026.tif 000012
【図１１】
2006169026.tif 000013
【図１２】
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