(57)【要約】【課題】  起動が早く、高い効率と安定動作を実現する水素生成装置および燃料電池発電システムを提供すること。【解決手段】  本発明の水素生成装置は、有機化合物を含む原料と水とを反応させ、少なくとも水素および一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する改質部と、その改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減する変成触媒体を有する変成部と、その変成部内に配設された１以上の温度検知手段からなる触媒温度検知部と、起動時において、温度検知手段からの検知温度と段階的に増加する１以上の目標温度とを順次対比し、各目標温度で規定される上限流量値まで原料流量を増加させる制御部とを有する。【選択図】図１
2006219328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を含む原料と水とを反応させ、少なくとも水素および一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する改質部と、
前記改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減する変成触媒体を有する変成部と、
制御部とを備え、
前記制御部は、装置起動動作時に、前記変成触媒体の温度が、前記変成触媒体の上流温度および下流温度のそれぞれに対して設けられた一対の温度値である目標温度以上に到達したと直接的または間接的に判定した場合に、前記目標温度で規定される上限流量値まで原料流量を増加させる水素生成装置。
【請求項２】
前記目標温度は、前記原料流量が前記上限流量値の場合に、前記水素生成装置の運転停止時間または起動開始時の前記水素生成装置内の温度に拘わらず、前記変成部通過後の改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の許容一酸化炭素濃度以下になる前記変成触媒体の上流温度及び下流温度の１対の温度値である請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記変成触媒体の上流側の改質ガスの温度を検知する上流温度検知手段と、下流側の改質ガスの温度を検知する下流温度検知手段とをさらに備え、前記制御部は、前記上流温度検知手段により検知された上流温度と下流温度検知手段により検知された下流温度とが共に前記一対の温度値以上になった場合に、前記変成触媒体の温度が前記目標温度以上に到達したと直接的に判定する請求項１または２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記変成触媒体の下流温度を検知する下流温度検知手段を備え、
前記制御部は、前記水素生成装置の停止から起動動作開始までの経過時間に基づき、該経過時間での予め測定された起動動作開始後の前記変成触媒体の上流温度及び下流温度の温度プロファイルを参照し、前記下流温度検知手段により検知される下流温度が、前記温度プロファイルから前記上流温度及び下流温度が共に前記一対の温度値以上になると推定される下流温度以上になった場合に、前記変成触媒体の温度が、前記目標温度以上に到達したと間接的に判定する請求項１または２記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記変成触媒体の下流温度を検知する下流温度検知手段を備え、
前記制御部は、前記水素生成装置の起動動作開始時に前記下流温度検知手段により検知される下流温度に基づき、該下流温度での予め測定された起動動作開始後の前記変成触媒体の上流温度及び下流温度の温度プロファイルを参照し、前記下流温度検知手段により検知される下流温度が、前記温度プロファイルから前記上流温度及び下流温度が共に前記一対の温度値以上になると推定される下流温度以上になった場合に、前記変成触媒体の温度が、前記目標温度以上に到達したと間接的に判定する請求項１または２記載の水素生成装置。
【請求項６】
有機化合物を含む原料と水とを反応させ、少なくとも水素および一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する改質部と、
前記改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減する変成触媒体を有する変成部と、
制御部とを備え、
前記制御部は、装置起動動作において前記変成触媒体の温度が所定の目標温度以上になってから前記目標温度により規定される上限流量値までに原料流量を増加させる際に、装置停止時間または装置起動開始時の装置内温度に応じて、前記目標温度を変更する水素生成装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記装置停止時間または前記装置起動開始後の装置内温度に応じて規定される、前記原料流量が前記上限流量値の場合に前記変成部通過後の改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の許容一酸化炭素濃度以下になる前記変成触媒体の温度に前記目標温度を変更する請求項６記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記変成触媒体の下流側の改質ガスの温度を検知する下流温度検知手段を備え、
前記制御部は、前記水素生成装置の運転停止後から運転開始時までの経過時間である前記装置停止時間に応じて前記下流温度検知手段で検知される下流温度に対する前記所定の目標温度を変更する請求項７記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記変成触媒体の下流側の改質ガスの温度を検知する下流温度検知手段からなり、
さらに、前記水素生成装置は、起動動作開始時に、前記下流温度検知手段で検知される下流温度である前記装置内温度に応じて、前記下流温度検知手段で検知される下流温度に対する所定の目標温度を変更する請求項８記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記目標温度が、段階的に増加する複数の目標温度からなり、前記上限流量値は前記複数の目標温度によってそれぞれ規定される複数の上限流量値からなり、
前記制御部は、前記上限流量値の上昇に伴って、前記改質部の温度を低下させる請求項１または６に記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記目標温度が、段階的に増加する複数の目標温度からなり、前記上限流量値は前記複数の目標温度によってそれぞれ規定される複数の上限流量値からなり、
前記制御部は、前記上限流量値の上昇に伴って、原料に対する水の比率を低下させる請求項１または６に記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記目標温度が、段階的に増加する複数の目標温度からなり、前記上限流量値は前記複数の目標温度によってそれぞれ規定される複数の上限流量値からなり、
前記制御部は、前記上限流量値の上昇に伴って、原料流量の増加速度を低下させる請求項１または６に記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記目標温度を、装置の起動回数及び運転時間の少なくとも一方に連動して上昇させる請求項１または６に記載の水素生成装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一つに記載の水素生成装置と、酸素を含有する酸化剤ガスと前記水素生成装置から供給される水素を含有する燃料ガスと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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系の燃料を改質して水素ガスを生成する水素生成装置と、それを用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は発電効率が高いことに加えて、発電時に発生した熱が給湯や暖房等、有効に利用できるため、家庭用のコージェネレーションシステムへの応用が期待されている。家庭用途においては、装置の頻繁な起動停止への対応、装置の耐久性およびコスト低減の観点から、燃料電池発電装置は比較的低温で作動させることが望ましい。そこで、発電部として高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池の開発が進められている。
【０００３】
燃料電池の多くは水素を燃料として発電する。現状ではその燃料となる水素ガスインフラが整っていないため、発電装置設置場所において、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素成分、メタノール等のアルコール、あるいはナフサ成分等の少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含む原料と、水とを反応させて水素を含む改質ガスを生成するための水素生成装置が併用される。また、生成した改質ガス中には、水素の他、原料に由来する二酸化炭素および一酸化炭素（以下ＣＯと示す）が副生成物として含まれる。現在開発が進められている固体高分子型燃料電池は１００℃以下の低温で作動するため、ＣＯが電池電極触媒に被毒しやすく、電池電極触媒の活性を維持するには、改質ガス中のＣＯをできるだけ低減（一般的には１０〜５０ｐｐｍ以下）させる必要がある。そこで、水素生成装置では、水素ガスを生成する改質部と、前記改質ガス中のＣＯと水をシフト反応させる変成部、およびＣＯを酸化反応させるＣＯ選択酸化部で構成されるＣＯ除去部が併用される。改質部、変成部、ＣＯ選択酸化部にはそれぞれの反応に適した触媒体が充填されており、最も装置効率が高くかつ安定に動作する所定の温度に制御される。
【０００４】
ところで、水素生成装置を起動してＣＯを除去した改質ガスを発生させる場合、改質部を加熱バーナーで加熱して昇温させ、変成部や選択酸化部はこの改質部で発生した改質ガスの熱と、外部からの電気ヒーター等によって加熱する。特に変成部は一般的に触媒反応の速度が遅いため触媒量が他の部分より多く、昇温に時間がかかる。触媒の温度が低い時に原料流量を上昇させると、触媒の処理能力が許容量を超えて変成部通過後のＣＯ濃度が高くなり、燃料電池の発電能力が低下する。
そこで、温度コントローラにより変成部の温度を制御し、温度が所定の値になると原料流量の上昇を始めるという技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。これにより、発電までの時間を短縮させ、ＣＯを燃料電池の発電能力を急激に低下させることのない最適なＣＯ濃度に変成部で低減しながら、定格発電まで上昇させることができる。
【特許文献１】特開２００４−３１２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、変成部は前述の通り触媒容量が大きく、通常、単一の触媒温度検知では温度検知手段を設けた周辺での触媒の処理能力は推定可能であるが、触媒全体に亘っての触媒処理能力（原料流量許容量）を推定することが困難で、さらに電気ヒーターで加熱した場合などは、ヒーターの加熱によって触媒全体の温度分布を正確に検知することが困難である。特に、装置内温度が外気温と同程度まで低減するほど十分な停止期間を経てから水素生成装置を再度起動した場合（以下、コールドスタートと称する）と装置停止から装置が再起動するまでそれほどの期間を経ておらず、装置内温度が外気温より大きな温度で再度起動した場合（以下、ホットスタートと称する）とでは、起動開始後の変成触媒温度の温度分布に違いが生じ、単一の触媒温度検知で触媒の処理能力を推定することはさらに困難になる。そのため、上記特許文献１の燃料電池システムにおいてコールドスタート時に原料の上昇を許可した所定温度で、ホットスタート時も同様に原料流量を上昇させると、変成部を流通後の改質ガス中のＣＯ濃度を最適な濃度にまで抑制することができずに、起動に遅れをもたらしたり、燃料電池の安定動作を阻害するという問題が起こる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の従来の水素生成装置に関しての課題を解決するものであり、変成触媒体の温度に基づき原料流量を最大流量にまで上昇させる際に、起動開始時の装置内の温度に拘わらず、変成部でＣＯ濃度を最適な濃度にまで低減することが可能となる水素生成装置および燃料電池発電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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の水素生成装置は、有機化合物を含む原料と水とを反応させ、少なくとも水素および一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する改質部と、前記改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減する変成触媒体を有する変成部と、制御部とを備え、前記制御部は、装置起動動作時に、前記変成触媒体の温度が、前記変成触媒体の上流温度および下流温度のそれぞれに対して設けられた一対の温度値である目標温度以上に到達したと直接的または間接的に判定した場合に、前記目標温度で規定される上限流量値まで原料流量を増加させることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記第１の水素発生装置において、前記目標温度には、前記原料流量が前記上限流量値の場合に、前記水素生成装置の運転停止時間または起動開始時の前記水素生成装置内の温度に拘わらず、前記変成部通過後の改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の許容一酸化炭素濃度以下になる前記変成触媒体の上流温度及び下流温度の１対の温度値を用いることができる。
【０００９】
また、前記変成触媒体の上流側の改質ガスの温度を検知する上流温度検知手段と、下流側の改質ガスの温度を検知する下流温度検知手段とをさらに備え、前記制御部は、上流温度検知手段により検知された上流温度と下流温度検知手段により検知された下流温度とが共に前記一対の温度値以上になった場合に、変成触媒体の温度が目標温度以上に到達したと直接的に判定することもできる。
【００１０】
また、前記変成触媒体の下流温度を検知する下流温度検知手段を備え、制御部は、水素生成装置の停止から起動動作開始までの経過時間に基づき、その経過時間での予め測定された起動動作開始後の変成触媒体の上流温度及び下流温度の温度プロファイルを参照し、下流温度検知手段により検知される下流温度が、温度プロファイルから上流温度及び下流温度が共に一対の温度値以上になると推定される下流温度以上になった場合に、変成触媒体の温度が、目標温度以上に到達したと間接的に判定することもできる。
【００１１】
また、前記変成触媒体の下流温度を検知する下流温度検知手段を備え、制御部は、水素生成装置の起動動作開始時に下流温度検知手段により検知される下流温度に基づき、その下流温度での予め測定された起動動作開始後の変成触媒体の上流温度及び下流温度の温度プロファイルを参照し、下流温度検知手段により検知される下流温度が、温度プロファイルから上流温度及び下流温度が共に一対の温度値以上になると推定される下流温度以上になった場合に、変成触媒体の温度が、目標温度以上に到達したと間接的に判定することもできる。
【００１２】
本発明に係る第２の水素生成装置は、有機化合物を含む原料と水とを反応させ、少なくとも水素および一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する改質部と、改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減する変成触媒体を有する変成部と、制御部とを備え、その制御部は、装置起動動作において変成触媒体の温度が所定の目標温度以上になってから目標温度により規定される上限流量値までに原料流量を増加させる際に、装置停止時間または装置起動開始時の装置内温度に応じて、目標温度を変更することを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記第２の水素発生装置において、前記制御部は、装置停止時間または装置起動開始後の装置内温度に応じて規定される、原料流量が上限流量値の場合に変成部通過後の改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の許容一酸化炭素濃度以下になる変成触媒体の温度に目標温度を変更することもできる。
【００１４】
また、前記変成触媒体の下流側の改質ガスの温度を検知する下流温度検知手段を備え、
制御部は、水素生成装置の運転停止後から運転開始時までの経過時間である装置停止時間に応じて下流温度検知手段で検知される下流温度に対する所定の目標温度を変更することもできる。
【００１５】
また、前記変成触媒体の下流側の改質ガスの温度を検知する下流温度検知手段からなり、さらに、水素生成装置は、起動動作開始時に、下流温度検知手段で検知される下流温度である装置内温度に応じて、下流温度検知手段で検知される下流温度に対する所定の目標温度を変更することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る第１及び／又は第２の水素発生装置においては、前記目標温度を、段階的に増加する複数の目標温度から構成する一方、上限流量値を複数の目標温度によってそれぞれ規定される複数の上限流量値から構成することができ、制御部は、上限流量値の上昇に伴って、改質部の温度を低下させることができる。また、制御部は、上限流量値の上昇に伴って、原料に対する水の比率を低下させることもできる。また、制御部は、上限流量値の上昇に伴って、原料流量の増加速度を低下させることもできる。
【００１７】
また、本発明に係る第１及び／又は第２の水素発生装置においては、制御部は、目標温度を、装置の起動回数及び運転時間の少なくとも一方に連動して上昇させることもできる。
【００１８】
本発明に係る燃料電池システムは、請求項１から１３のいずれか一つに記載の水素生成装置と、酸素を含有する酸化剤ガスと前記水素生成装置から供給される水素を含有する燃料ガスとを用いて発電する燃料電池とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、水素生成装置を起動させるに際し、変成部の温度状態に応じて段階的に原料流量を増加させるようにしたので、変成部流通後の改質ガス中のＣＯ濃度を抑制しながら最適な原料流量の増加を行うことができる。これにより、起動が早く、安定動作を実現する水素生成装置および燃料電池発電システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る水素生成装置を含む燃料電池発電システムの構成の一例を示すブロック図である。改質部１は改質触媒を充填した反応器であり、加熱部２は改質部１を加熱する燃焼バーナーである。また、改質部１に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む原料を供給する原料供給部３、改質部１に水を供給する改質水供給部４を設置してある。改質部１の下流側にはＣＯ変成部５、ＣＯ変成部５の下流側には、酸素を含有する酸素含有ガス（本実施の形態では空気）を供給する選択酸化空気供給部６とＣＯ選択酸化部７、さらにＣＯ選択酸化部７の下流側には燃料電池発電部８を設置している。燃料電池発電部８を通過した後のメタンや水素を含んだオフガスは加熱部２に供給して、改質部１の加熱に用いる。また、燃焼ガス供給部９は装置起動時や改質部１を加熱するための加熱量が不足した場合に燃焼ガスを供給する。
【００２１】
また、改質部１の内部にはＲｕをアルミナに担持した改質触媒体を充填し、改質触媒体の温度を検知する改質部熱電対（図示せず）を設置してある。
【００２２】
また、ＣＯ変成部５の内部には図２に示すように、ＣＯ変成触媒体２２として銅亜鉛系触媒を充填し、ＣＯ変成触媒体２２の上流側と下流側にそれぞれ温度を検知する変成部上流熱電対２３と変成部下流熱電対２４を設置してある。さらに、ＣＯ変成触媒体２２の温度を制御する変成部熱交換部２６を変成部改質ガス入口２１に設置してある。
【００２３】
また、ＣＯ選択酸化部７の内部には、Ｒｕをアルミナに担持したＣＯ選択酸化触媒体を充填し、ＣＯ選択酸化触媒体の温度を検知する選択酸化部熱電対を（図示せず）を設置してある。
【００２４】
なお、改質部１及びＣＯ選択酸化部７に用いた触媒体の形状は２〜３ｍｍの球状のもの、ＣＯ変成部５に用いた触媒体には円柱状のものを用いている。これらの触媒は、水素生成装置において一般的に用いられている触媒であり、同様な機能を有する他の触媒を用いても本発明における効果は変わらない。例えば、改質触媒としてはＮｉ触媒、ＣＯ変成触媒としてはＰｔ触媒や鉄−クロム触媒、ＣＯ選択酸化触媒としてはＰｔ触媒やＰｔ−Ｒｕ合金触媒等も用いることができる。また、形状も球状や円柱形状に加えてハニカム形状等のものも用いることができる。
【００２５】
また、ＣＯ変成部５とＣＯ選択酸化部７には昇温を早めるための加熱用電気ヒーターを設置している（図示せず）。
【００２６】
また、制御装置１０は、改質部１、ＣＯ変成部５、そしてＣＯ選択酸化部７に設置した熱電対の検知データによって、原料供給部３と改質水供給部４から供給される原料と水の供給量と、加熱部２での加熱量等をコントロールするものである。
【００２７】
また、流路切替弁１１は、水素生成装置の起動時にＣＯ選択酸化部７通過後の改質ガス中のＣＯ濃度が充分に低減できていない間に燃料電池発電部８に改質ガスを供給せず、直接加熱部２に改質ガスを供給して燃焼させるための切替弁である。
【００２８】
次に、本実施の形態における水素生成装置の動作について説明する。
改質部１に供給する原料としては、メタン、プロパン、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ、メタノール等のアルコール、ガソリン、灯油、ナフサなどに例示される少なくとも炭素及び水素を含む有機化合物がある。改質方法には、水蒸気を加える水蒸気改質、空気を加えておこなう部分改質などがあるが、ここでは、天然ガスを水蒸気改質して改質ガスを得る場合について説明する。
【００２９】
原料である天然ガスを原料供給部３から改質部１に供給する。改質水供給部４から水を供給して、改質部１内で蒸発させるとともに原料と混合し、改質部１内に充填された改質触媒体に接触させる。
【００３０】
改質部１では、改質部１に供給される水蒸気のモル数／改質部１に供給される原料中の炭素原子のモル数で表される比率（スチームカーボン比、以下Ｓ／Ｃと示す）が２．５〜３．５となるように、原料と改質水の供給量を調節することが好ましい。Ｓ／Ｃが２．５より低い場合には改質触媒上に炭素が析出したり、原料から水素への転換率が低下する。逆にＳ／Ｃが３．５より高い場合には、水を蒸発させるために加熱部２での加熱量を大きくする必要があり、水素生成装置の効率が低下する場合がある。本実施の形態ではＳ／Ｃを３となるようにした。
【００３１】
改質触媒体を６００℃〜７００℃に加熱し、原料と水蒸気を反応させて水素を主成分とする改質ガスに転換する。生成した改質ガスの組成は、改質触媒体の温度や水蒸気と原料の比率によって多少変化するが、水蒸気を除いた平均的な値として、水素が約８０体積％、二酸化炭素、一酸化炭素がそれぞれ約１０体積％含まれる。この改質ガスは、改質部１の下流側に設置されたＣＯ変成部５において、２５０℃〜３００℃程度の温度でシフト反応によりＣＯと水蒸気を反応させ、ＣＯ濃度を０．５体積％〜１体積％まで低減する。次にＣＯ浄化部７で選択酸化空気供給部６から供給された空気中の酸素とＣＯを１００℃〜２００℃の温度で反応させ、１０ｐｐｍ以下までＣＯ濃度を除去する。こうしてＣＯを除去された改質ガスは燃料電池発電部８に供給される。燃料電池発電部８を通過した後のオフガスは発電に使用されなかった水素や改質部で水素に転換しなかったメタンが残留しているため、燃焼ガス供給部９から供給される燃焼ガスとともに加熱部２で燃焼させる。
【００３２】
水素生成装置を起動する時には、加熱部２に燃焼ガス供給部より燃料を供給して着火し、原料供給部３と改質水供給部４から原料と水を供給して、改質部１で改質反応を行う。また、同時にＣＯ変成部５とＣＯ選択酸化部７に設置してある電気ヒーターに通電し、加熱を始める。改質部１の温度が上昇するとＣＯ変成部５に供給される改質ガスの温度が上昇する。ＣＯ変成部５では、変成部の上流側と下流側にそれぞれ変成部上流熱電対２３と変成部下流熱電対２４を設置しており、上流熱電対２３は変成触媒体を通過前の改質ガスの温度を検知し、下流熱電対２４は変成触媒体を通過後の改質ガスの温度を検知することにより、変成部５の温度状態を検知する。
【００３３】
ＣＯ変成部５の温度が所定の温度まで上昇すると、ＣＯ変成部５を通過後のＣＯ濃度が所定の値まで低下する。ＣＯ変成部５を通過後のＣＯ濃度が所定の濃度（本実施の形態ではＣＯ濃度約０．５％）まで低下すると、ＣＯ選択酸化部７でＣＯを燃料電池発電部８に供給可能な濃度にまで除去可能となる。すなわち、ＣＯ選択酸化部７通過後のＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下となるので、流路切替弁１１によって、燃料電池発電部８に改質ガスの供給を始める。同時にＣＯ変成部５とＣＯ選択酸化部７の電気ヒーターを停止させ、無駄な電力の消費を抑制する。なお、本実施の形態でのＣＯ選択酸化部７での許容ＣＯ濃度は０．５％であり、これ以下であればＣＯ選択酸化部７通過後のＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下まで除去することができる。
【００３４】
燃料電池発電部８での発電出力は、家庭での必要電力に応じて、変化できるようにするのが一般的である。本実施の形態では１０００Ｗから３００Ｗまで変化できる様にしている。このため、水素生成装置では、燃料電池発電部８での出力に応じて原料供給部３の流量を制御して発生させる水素量（改質ガス量）を変化させる。
【００３５】
水素生成装置の起動時には、触媒容量の大きいＣＯ変成部５の温度を充分に暖めるには時間を要し、いきなり燃料電池発電部８の最大出力に対応する原料流量を供給するとＣＯ変成部５を通過後のＣＯ濃度が高くなり、ＣＯ選択酸化部７でも除去しきれず、燃料電池発電部８に改質ガスの供給し、発電を開始するまでには相当の時間を要し、エネルギー効率が悪い。そこで、本発明においては、起動時にＣＯ変成部５が所定の温度まで暖まるまで、最低出力（本実施の形態では３００Ｗ）から発電を開始させる方法を用い、これにより早く発電を始めることができる。このとき３００Ｗの発電量に対応する原料流量の上限流量値は１分当たり１．５ＮＬ（０℃換算の流量）となり、この流量でＣＯ濃度をＣＯ変成部５で充分低減可能な（例えば、ＣＯ濃度０．５％以下に低減可能な）温度になった時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給し、発電を開始する。さらにＣＯ変成部５の温度が上昇すると、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗと順に出力の上限値を上げていき、これに対応して原料流量の上限流量値を１分当たりそれぞれ２ＮＬ、３ＮＬ、４ＮＬと上昇させた。原料流量が、上限流量値以下であればＣＯ変成部５の処理能力が対応できるため自由に原料流量を変化させてもＣＯ濃度が上昇することがない。
【００３６】
ここで、水素生成装置の起動時の運転方法について、図５のフローチャートを用いて説明する。起動開始後、原料流量は低流量の初期流量値に設定する。ステップＳ１では、制御部１０は、変成部上流熱電対２３と変成部下流熱電対２４の２点で計測された変成部の上流温度と下流温度とを、予め上流温度と下流温度についてそれぞれ設定された１対の温度値である目標温度と対比し、実際の上流温度と下流温度が目標温度より大きいと判断した時には、ステップＳ２に進み、燃料電池発電部８への改質ガスの供給を開始する。次いで、ステップＳ３に進み、目標温度を、より高い新たな目標温度に変更する。そして、ステップＳ４に進み、この目標温度と対比し、実際の上流温度と下流温度が目標温度より大きいと判断した時には、ステップＳ５に進み、その目標温度により規定され、初期流量値よりも大きい上限流量値まで原料流量を増加させる。次いで、ステップＳ６では、その上限流量値が予め設定された最大流量値よりも小さいか否かを判断し、小さいと判断した場合には、ステップＳ３に進み、ステップＳ３以降を繰り返す。また、ステップＳ６で、上限流量値が最大流量値であると判断した場合には、その最大流量値を維持し、起動は完了する。一方、ステップＳ１で、実際の上流温度と下流温度がその目標温度より小さいと判断した時には、初期流量値を維持し、変成部の温度が上昇し、目標温度に到達するまで、ステップＳ１を繰り返す。
【００３７】
図６は、変成部通過後のＣＯ濃度を０．５％以下にすることが可能な原料の上限流量値と、変成部の上流温度及び下流温度の関係の一例を示したものである。原料の上限流量値は、１．５、２、３、４ＮＬ／ｍｉｎの４段階に設定しており、４ＮＬ／ｍｉｎが最大流量値である。また、変成部の上流温度の上限は２００℃である。図に示すように、変成部上流と変成部下流の温度が（１３０℃、１０５℃）になった際に、ＣＯ濃度が０．５％以下にまで低減できていると判定し、燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに（１４０℃、１３５℃）、（１６０℃、１５０℃）、（１９０℃、１６０℃）を上回った時にそれぞれ２ＮＬ／ｍｉｎ、３ＮＬ／ｍｉｎ及び４ＮＬ／ｍｉｎまで 原料流量の上限流量値を上昇させるように設定している。装置の起動後、上流温度と下流温度が上昇して図中の上限流量値２ＮＬ／ｍｉｎの領域の温度に到達すれば原料流量を２ＮＬ／ｍｉｎまで増加させても変成部通過後のＣＯ濃度を許容濃度の０．５％以下に抑制することが出来る。また、３ＮＬ／ｍｉｎ、４ＮＬ／ｍｉｎ（最大流量）の領域に変成部温度が到達しても同様である。
【００３８】
通常、触媒反応は温度が高いほど反応速度が上昇するため、原料ガスの上限流量値を上げることができる。一方、ＣＯ変成部で進行するシフト反応は通常用いられる温度領域では反応速度が比較的に遅く、触媒の容量を多くする必要があり、触媒に温度分布がつきやすい。特に起動時には上流側から改質ガスを流通させたり、電気ヒーターなどで加熱するため、触媒の温度分布は様々な状態が考えられ、温度分布の把握は困難であるが、通常、定常状態ではＣＯ変成部は変成触媒体の下流部で計測される温度を変成触媒体の代表温度として用いている。
【００３９】
ところが、変成触媒体の下流温度のみを代表温度として用い、この下流温度に対してのみ目標温度を設定し、上述のような変成触媒体温度に基づき原料流量を上昇させる制御を行おうとすると、起動開始時の装置内（特に、変成部）の温度により変成部通過後の改質ガス中のＣＯ濃度を許容ＣＯ濃度にまで低減できない場合が生じる可能性がある。
具体的には、家庭用で用いる場合には様々な運転状態が考えられ、夜間遅くに停止して、朝早く起動する場合もある。この場合、反応器が充分に冷え切っていないうちの起動（ホットスタート）となる。ホットスタートでは、起動を始めてから変成触媒体の下流温度が所定の温度まで上昇する時間が短い。したがって、ＣＯ変成部５の下流側の温度は所定の温度に達していても、上流側の温度が低くなる。より具体的には上流温度と下流温度が、停止してからの時間で異なるが、（１３５℃、１３５℃）、（１５０℃、１５０℃）、（１７０℃、１６０℃）という温度状態となった。この場合、装置内温度が外気温と同程度まで低減するほど十分な停止期間を経てから水素生成装置を再度起動した場合（コールドスタート）よりも変成触媒体の上流温度が低いため、触媒上流部での反応速度が低く、下流温度にのみ目標温度を設定し、上述のような変成触媒体温度に基づき原料流量を上昇させる制御を行うと、ＣＯ変成部５通過後のＣＯ濃度が上昇し、ＣＯ選択酸化部７の許容ＣＯ濃度である０．５％を超過した。これに対し、本実施の形態のように、ＣＯ変成部５の上流温度と下流温度の組み合わせとして許容ＣＯ濃度にまで低減可能な目標温度を設定しておくと、ＣＯ変成部の温度状態を正確に把握でき、ホットスタートの場合とコールドスタートの場合の両方において、ＣＯ変成部５後の改質ガス中のＣＯ濃度を許容ＣＯ濃度以下に維持しながら、変成触媒の検知温度と目標温度との対比に基づいて、燃料電池の最大出力に対応した原料流量にまで段階的に原料流量上限値を上昇させることが可能となる。
【００４０】
なお、本実施の形態において、変成部上流熱電対２３と変成部下流熱電対２４とはそれぞれＣＯ変成触媒体の通過前と通過後の改質ガスの温度を検知するように構成したが、ＣＯ変成触媒体本体の上流部分及び下流側部分に熱電対が接触するようにしても、またＣＯ変成触媒体本体の上流部分及び下流側部分をそれぞれ流れる改質ガス温度を熱電対が測定するように構成し、それぞれ、熱電対で検知される温度を変成部の上流温度及び下流温度の代表温度として用いても構わない。また、温度検知手段として熱電対を用いたが、抵抗の変化で温度を計測するサーミスタ等でも良い。
【００４１】
また、速やかにＣＯ変成部５の温度を昇温させて原料を最大流量値まで上昇させるためには、上述の制御に基づき原料流量を最大流量値にまで上昇させる間は、ＣＯ変成部５に供給される改質ガス温度、すなわち改質部の温度を原料流量を最大流量値にまで上昇した後の、定常運転時の改質部の温度よりも高くすることが好ましい。このため、原料の上限流量値が低い間は改質部１の温度を高くしておくと良い。例えば、本実施の形態では定常運転時に６４０℃に改質部１の温度を制御しているが、原料の上限流量値が１分あたり１．５ＮＬ、２ＮＬ、３ＮＬの場合に、改質部の制御温度をそれぞれ、６７０℃、６６０℃、６５０℃とした場合には、原料の上限流量値を最大の４ＮＬ／ｍｉｎまで上昇させるまでの時間が５分間短縮することができた。
【００４２】
また、速やかにＣＯ変成部５の温度を昇温させて原料を最大流量値まで上昇させるためには、上述の制御に基づき原料流量を最大流量値にまで上昇させる間、原料に対する水の比率を高めることが好ましい。改質ガスの保有熱量を増加させて、ＣＯ変成部５の昇温を早めることができるからである。例えば、原料の上限流量値が１分あたり１．５ＮＬ、２ＮＬ、３ＮＬでそれぞれ、スチームカーボン比（Ｓ／Ｃ）を３．６、３．４、および３．２とした場合には、原料の上限流量値を最大の４ＮＬまで上昇させるまでの時間を３分間短縮することができた。
【００４３】
通常原料流量は一定速度で増加させており、原料流量を急激に増加させると、ＣＯ変成部５を通過後のＣＯ濃度が上昇する。例えば、原料の上限流量値が１分あたり１．５ＮＬ、２ＮＬ、３ＮＬ、４ＮＬにおける増加速度をそれぞれ１分当たり０．１ＮＬの一定速度で増加させた場合、最大出力まで増加させるのに２５分を要した。このとき、変成部通過後のＣＯ濃度は０．３％以下である。これに対し、１分当たり０．２ＮＬの一定速度で増加させた場合、最大出力まで上昇させるのに１３分と約半分の時間に短縮できたが、３ＮＬから４ＮＬまで上昇させた時にＣＯ濃度が上昇し、ＣＯ変成部５を通過後のＣＯ濃度が０．５％を超過した。
【００４４】
しかしながら、燃料電池発電部８の最大出力付近での原料流量の増加速度を遅くすることによって、ＣＯ濃度を許容ＣＯ濃度以上に上昇させることなく燃料電池発電部８の出力を上昇させることができる。１．５ＮＬから２ＮＬまでの増加は１分当たり０．２ＮＬ、２ＮＬから３ＮＬまでは１分当たり０．１５ＮＬ、そして３ＮＬから４ＮＬまでの上昇は０．１ＮＬの速度とした場合には１９分であった。このように、原料流量の上限流量値が上昇するに伴い、原料流量の増加速度を遅くすることにより、ＣＯ濃度を上昇させることなく、燃料電池発電部８の最大出力までの上昇時間を短縮することができる。
【００４５】
また、目標温度を、装置の起動回数、停止回数及び累積運転時間の少なくとも一つに連動させて上昇させることが好ましい。例えば、過去の所定時間内における起動回数を記憶し、その起動回数が所定の回数より多い場合には、起動時の装置の温度が所定の温度以上であると判断して、その所定の温度未満である場合よりも低い目標温度を設定する方法を用いることができる。また、停止直前の運転時間を記憶し、停止直前の運転時間が所定の運転時間よりも長い場合には、起動時の装置の温度が所定の温度以上であると判断して、その所定の温度未満である場合よりも低い目標温度を設定する方法を用いることができる。また、過去の所定時間内における起動回数と停止直前の運転時間の両方を記憶し、その起動回数と運転時間が所定の回数及び運転時間より大きい場合には、低い場合に比べ低い目標温度を設定することもできる。
【００４６】
実施の形態２．
本実施の形態に係る水素生成装置は、制御部に水素生成装置が停止してから起動動作開始するまでの経過時間を計測するタイマーと、このタイマーにより計測された経過時間からＣＯ変成部５の下流温度に対し、段階的に増加する１以上の目標温度を算定する演算部とを設け、制御部１０は、経過時間に応じて、この演算部により算定された目標温度に変更する。それ以外の点については、ＣＯ変成部５の上流温度の検知を行わない、あるいは上流温度検知手段を設けない以外、実施の形態１と同様の構成を有している。
【００４７】
ＣＯ変成部５の上流温度と下流温度は、装置の停止後に時間の関数として低下する。水素生成装置の起動時にＣＯ変成部５の温度が高いほど、所定の温度まで上昇する時間は短くなるが、実施の形態１で説明したように、ＣＯ変成部５の下流温度が同じであっても上流温度が低い場合は、原料流量を増加させたときにＣＯ濃度が高くなって許容量を超える場合がある。本実施の形態では、演算部が、タイマーで計測された経過時間に応じて下流温度に対し、段階的に増加する１以上の目標温度を算定し、制御部１０は、この算定された目標温度を新たな目標温度として設定変更し、下流温度がその各目標温度以上に到達したと判断した場合に、各目標温度により規定される上限流量値まで原料流量を増加させる制御を行う。なお、上記目標温度は、演算部により、装置停止から装置起動開始までの経過時間に応じて、原料流量が上限流量値の場合に変成部通過後の改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の許容一酸化炭素濃度以下になる変成触媒体の温度として算定された値となる。具体的な算定方法としては、例えば、装置停止から装置起動開始までの経過時間毎に装置起動開始後の変成部上流温度及び下流温度の温度プロファイルを測定し、この温度プロファイルと図６に示す各上限流量値において許容一酸化炭素濃度以下になる変成部上流温度及び下流温度を示す境界線との交点における変成部下流側温度、すなわち所定の経過時間における変成部上流温度及び変成部下流温度のいずれもが図６に示す許容一酸化炭素濃度以下を実現する変成部上流温度以上及び変成部下流温度以上になる変成部下流温度が、目標温度として算定される。これにより、上述の実施の形態１と同様に、装置停止から装置起動開始までの経過時間によらず（すなわちホットスタートの場合とコールドスタートの場合の両方において）、ＣＯ変成部５後の改質ガス中のＣＯ濃度を許容ＣＯ濃度以下に維持しながら、変成触媒の検知温度と目標温度との対比に基づいて、燃料電池の最大出力に対応した原料流量にまで段階的に原料流量上限値を上昇させることが可能となる。
【００４８】
図３は、本実施の形態に用いる制御部の構成を示すブロック図である。制御部１０には、水素生成装置が停止してから起動開始までの経過時間を計測するタイマー１３と、その経過時間から下流温度に対し、段階的に増加する１以上の目標温度を算定する演算部１２とが設けられている。
【００４９】
次に、水素生成装置の起動時の運転方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。起動開始後、原料流量を低流量の初期流量値に設定する。ステップＳ１０では、演算部は水素生成装置が停止してからの経過時間を記憶するとともに、その経過時間に応じた下流温度の目標温度を算定する。次いで、ステップＳ１１では、制御部１０は、変成部の検知した下流温度を、演算部の算定した目標温度と対比し、実際の下流温度が目標温度より大きいと判断した時には、ステップＳ１２に進み、燃料電池発電部８への改質ガスの供給を開始する。次いで、ステップＳ１３に進み、目標温度を、より高い新たな目標温度に変更する。そして、ステップＳ１４に進み、この目標温度と対比し、実際の下流温度が目標温度より大きいと判断した時には、ステップＳ１５に進み、その目標温度により規定され初期流量値よりも大きい上限流量値まで原料流量を増加させる。次いで、ステップＳ１６では、その上限流量値が予め設定された最大流量値よりも小さいか否かを判断し、小さいと判断した場合には、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３以降を繰り返す。また、ステップＳ１６で、上限流量値が最大流量値であると判断した場合には、その最大流量値を維持し、起動は完了する。一方、ステップＳ１１で、実際の下流温度がその目標温度より小さいと判断した時には、初期流量値を維持し、変成部の温度が上昇し、新たな目標温度に到達するまで、ステップＳ１１を繰り返す。
【００５０】
図８は原料の上限流量値と、水素生成装置の停止から起動までの時間と変成部の下流温度の目標温度との関係の一例を示したものである。装置を停止させてから１時間未満であれば、原料の上限流量値を最大流量値にすることができる。また、停止から１時間以上経過した場合には、演算部により経過時間に応じた変成部の下流温度に対する目標温度を算定し、この目標温度と変成部の下流温度とを対比しながら段階的に上限流量値を増加させる図７のフローで原料流量の制御を行う。経過時間が１時間以上経過した時点で起動開始した場合の各上限流量値に対する目標温度は、長期に渡って停止して起動停止した場合の目標温度に比べて高いが、停止から起動までの時間が長くなるに伴い、下流温度の目標温度は徐々に下がっていく。なお、８時間以上経過した場合、温度は室温まで低下するので、経過時間が８時間以上の場合は、長期に渡って停止して起動停止した場合の目標温度に収束する。具体的には、本実施の形態では、水素生成装置の停止から起動までの時間が８時間以上では、変成部の下流温度が目標温度１０５℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、目標温度１３５℃、１５０℃、１６０℃を上回った時にそれぞれ１分当たり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料流量の上限流量値を上昇させるように設定している。同様に４時間以上８時間未満では、変成部の下流温度が、目標温度１１０℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、変成部の下流温度が、目標温度１４０℃、１５５℃、１６５℃を上回った時にそれぞれ１分当たり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料流量の上限流量値を上昇させるように設定し、２時間以上４時間未満では、目標温度１１５℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、目標温度を１４５℃、１６０℃、１７０℃を上回った時にそれぞれ１分当たり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料流量の上限流量値を上昇させるように設定した。さらに１時間以上２時間未満では、変成部の下流温度が、目標温度１１５℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、目標温度１５０℃、１６５℃、１７５℃を上回った時にそれぞれ１分当たり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料流量の上限流量値を上昇させるように設定した。さらに停止後１時間未満の場合は、触媒温度が充分に高いため、目標温度は特に設定されず、上限流量値が最大流量値４ＮＬ／ｍｉｎとして設定され、上記最大流量値に達した時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始するよう制御される。この結果、上述のように実施の形態１の場合と同じくＣＯ変成部５後の改質ガス中のＣＯ濃度を許容ＣＯ濃度以下に維持しながら、燃料電池の最大出力に対応した原料流量にまで段階的に原料流量上限値を上昇させることが可能となる。
【００５１】
実施の形態３．
本実施の形態に係る水素生成装置は、制御部に、水素生成装置停止後、下流温度の時間変化を記憶する下流温度記憶部を有し、起動開始時の変成部下流温度から、変成部の下流温度に対し段階的に増加する１以上の目標温度を決定する演算部を設け、変成部の上流温度の検知を行わない、あるいは上流温度検知手段を設けない以外は、実施の形態１と同様の構成を有している。
【００５２】
ＣＯ変成部５の上流温度と下流温度は、装置の停止後に時間の関数として低下する。水素生成装置の起動時にＣＯ変成部５の温度が高いほど、所定の温度まで上昇する時間は短くなるが、実施の形態１で説明したように、ＣＯ変成部５の下流温度が同じであっても上流温度が低い場合は、原料流量を増加させたときにＣＯ濃度が高くなって許容量を超える場合がある。本実施の形態では、演算部が、装置起動開始時の変成部の下流温度に応じて変成部下流温度に対し、段階的に増加する１以上の目標温度を算定し、制御部１０は、この算定された目標温度を新たな目標温度として設定変更し、下流温度がその各目標温度以上に到達したと判断した場合に、各目標温度により規定される上限流量値まで原料流量を増加させる制御を行う。なお、上記目標温度は、演算部により、装置起動開始時の変成部下流温度に応じて、原料流量が上限流量値の場合に変成部通過後の改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の許容一酸化炭素濃度以下になる変成触媒体の温度として算定された値となる。具体的な算定方法としては、例えば、変成部下流温度の時間変化データを下流温度記憶部に記憶し、装置起動開始時の変成部下流温度からこの時間変化データを参照し、装置停止から装置起動開始までの経過時間を求め、この経過時間を基に上述の実施の形態２と同様の手法で変成部下流温度に対する目標温度を算定される。これにより、上述の実施の形態１と同様に、装置停止から装置起動開始までの経過時間によらず（すなわちホットスタートの場合とコールドスタートの場合の両方において）、ＣＯ変成部５後の改質ガス中のＣＯ濃度を許容ＣＯ濃度以下に維持しながら、変成触媒の検知温度と目標温度との対比に基づいて、燃料電池の最大出力に対応した原料流量にまで段階的に原料流量上限値を上昇させることが可能となる。
【００５３】
図４は、本実施の形態に用いる制御部の構成を示すブロック図である。制御部１０には、水素生成装置停止後、下流温度の時間変化を記憶する下流温度記憶部１４と、下流温度に対し段階的に増加する１以上の目標温度を決定する演算部１２が設けられている。
【００５４】
次に、水素生成装置の起動時の運転方法について、図９のフローチャートを用いて説明する。起動開始後、原料流量を低流量の初期流量値に設定する。ステップＳ２０では、演算部が、起動開始直後の変成部下流温度に応じて変成部下流温度に対する目標温度を算定する。次いで、ステップＳ２１では、制御部１０は、検知された変成部の下流温度を、演算部の算定した目標温度と対比し、実際の下流温度が目標温度より大きいと判断した時には、ステップＳ２２に進み、燃料電池発電部８への改質ガスの供給を開始する。次いで、ステップＳ２３に進み、目標温度を、より高い新たな目標温度に変更する。そして、ステップＳ２４に進み、この目標温度と対比し、実際の下流温度が目標温度より大きいと判断した時には、ステップＳ２５に進み、その目標温度により規定され初期流量値よりも大きい上限流量値まで原料流量を増加させる。次いで、ステップＳ２６では、その上限流量値が予め設定された最大流量値よりも小さいか否かを判断し、小さいと判断した場合には、ステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３以降を繰り返す。また、ステップＳ２６で、上限流量値が最大流量値であると判断した場合には、その最大流量値を維持し、起動は完了する。一方、ステップＳ２１で、実際の下流温度がその目標温度より小さいと判断した時には、初期流量値を維持し、変成部の温度が上昇し、新たな目標温度に到達するまで、ステップＳ２１を繰り返す。
【００５５】
図１０は原料の上限流量値と、起動時の下流温度及び下流温度の目標温度との関係の一例を示したものである。起動開始時の変成部下流温度が８０℃未満では、変成部下流温度が、目標温度１０５℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、変成部下流温度が目標温度の１３５℃、１５０℃、１６０℃を上回った時にそれぞれ１分あたり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料の上限流量値を上昇させるように設定している。同様に起動開始時の変成部下流温度が８０℃以上１２０℃未満では、目標温度１１０℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、目標温度１４０℃、１５５℃、１６５℃を上回った時にそれぞれ１分あたり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料の上限流量値を上昇させるように設定し、起動開始時の変成部下流温度が１２０℃以上１４０未満では、変成部下流温度が、目標温度１１５℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、目標温度１４５℃、１６０℃、１７０℃を上回った時にそれぞれ１分あたり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料の上限流量値を上昇させるように設定した。さらに、起動開始時の変成部下流温度が、１４０℃以上１５０℃未満では、目標温度１２０℃を上回った時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始し、さらに、変成部下流温度が目標温度を１５０℃、１６５℃、１７５℃を上回った時にそれぞれ１分あたり２ＮＬ、３ＮＬ、および４ＮＬまで 原料の上限流量値を上昇させるように設定した。なお、起動開始時の変成部下流温度が１５０℃以上では、触媒温度が充分に高いため、変成部下流温度に目標温度は設定せず上限流量値は最大流量値４ＮＬとし、上記最大流量値に達した時点で燃料電池発電部８に改質ガスの供給を開始するよう制御される。この結果、実施の形態１と同じくＣＯ変成部５後の改質ガス中のＣＯ濃度を許容ＣＯ濃度以下に維持しながら、燃料電池の最大出力に対応した原料流量にまで段階的に原料流量上限値を上昇させることが可能となる。
なお、起動開始時の変成部下流温度が、１５０℃以上の場合に、１４０℃以上１５０℃未満時点での最大流量値４ＮＬに対する目標温度１７５℃に達していないにも拘わらず上限流量値を最大流量値に設定できるのは、原料流量を徐々に（例えば０．２ＮＬ／ｍｉｎ）最大流量値にまで上昇させている間に変成部下流温度は１７５℃以上に達し、ＣＯ変成部５後の改質ガス中のＣＯ濃度はＣＯ許容濃度を超えることなく最大流量値にまで到達することができる。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、水素生成装置を起動させるに際し、制御部が、変成部の温度検知手段からの検知温度と装置停止からの経過時間によらず所定原料流量において変成部後の改質ガス中のＣＯ濃度が許容ＣＯ濃度以下であることを保証し、段階的に増加する１以上の目標温度とを順次対比し、各目標温度で規定される上限流量値まで原料流量を増加させるようにしたので、変成部を流通後の改質ガス中のＣＯ濃度を抑制しながら最適な原料流量の増加を行うことができる。これにより、起動が早く、安定動作を実現する水素生成装置および燃料電池発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水素生成装置及び燃料電池発電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１のＣＯ変成部の構成の一例を示す模式縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る水素生成装置に用いる制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る水素生成装置に用いる制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１における制御部の制御フローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１における、上流温度及び下流温度と、原料流量の上限値との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２における制御部の制御フローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２における、上流温度及び下流温度と、原料流量の上限値との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態３における制御部の制御フローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３における、上流温度及び下流温度と、原料流量の上限値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１    改質部
２    加熱部
３    原料供給部
４    改質水供給部
５    ＣＯ変成部
６    選択酸化空気供給部
７    ＣＯ選択酸化部
８    燃料電池発電部
９    燃焼ガス供給部
１０  制御装置
１１  流路切替弁
１２  演算部
１３  タイマー
１４  下流温度記憶部
２１  変成部改質ガス入口
２２  ＣＯ変成触媒体
２３  変成部上流熱電対
２４  変成部下流熱電対
２５  変成部改質ガス出口
２６  変成部熱交換部
【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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