(57)【要約】【課題】水供給器と原料供給器との少なくとも一方を複数台設置する場合に、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げ、信頼性の高い水素生成装置を提供する。【解決手段】原料と水より水素含有ガスを生成する一つ以上の改質器１と、水素含有ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器４と、改質器１に原料を供給する原料供給器２と、改質器１に水を供給する水供給器３と、制御器２００とを備え、原料供給器２と水供給器３との少なくとも一方は複数台備えた水素生成装置１００であって、制御器２００は、水供給器３及び原料供給器２の動作台数が増加すれば、下限温度を低く設定することと上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行うよう制御する。【選択図】図１
2018135221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料および水が供給され改質反応により水素含有ガスを生成する一つ以上の改質器と、
前記水素含有ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器と、
前記ＣＯ除去器を加熱する加熱器と、
前記ＣＯ除去器の温度を検出する温度検出器と、
一つ以上の前記改質器で生成された前記水素含有ガスが前記ＣＯ除去器に送られるよう一つ以上の前記改質器と前記ＣＯ除去器とを接続する水素含有ガス流路と、
一つ以上の前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
一つ以上の前記改質器に前記水を供給する水供給器と、
前記原料供給器および前記水供給器の供給動作を制御すると共に、前記温度検出器で検出される前記ＣＯ除去器の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように前記加熱器の加熱量を制御する制御器と、
を備え、前記原料供給器と前記水供給器との少なくとも一方は複数台備えた、水素生成装置であって、
前記制御器は、前記水供給器の動作台数もしくは前記原料供給器の動作台数が増加すれば、前記下限温度を低く設定することと前記上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行い、前記水供給器の動作台数もしくは前記原料供給器の動作台数が減少すれば、前記下限温度を高く設定することと、前記上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行うことを特徴とする、水素生成装置。
【請求項２】
原料および水が供給され改質反応により水素含有ガスを生成する一つ以上の改質器と、
前記水素含有ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器と、
前記ＣＯ除去器を加熱する加熱器と、
前記ＣＯ除去器の温度を検出する温度検出器と、
一つ以上の前記改質器で生成された前記水素含有ガスが前記ＣＯ除去器に送られるよう一つ以上の前記改質器と前記ＣＯ除去器とを接続する水素含有ガス流路と、
一つ以上の前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
一つ以上の前記改質器に前記水を供給する水供給器と、
を備え、前記原料供給器と前記水供給器との少なくとも一方は複数台備えた、水素生成装置の運転方法であって、
前記原料供給器および前記水供給器の供給動作を制御すると共に、前記温度検出器で検出される前記ＣＯ除去器の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように前記加熱器の加熱量を制御し、
前記水供給器の動作台数もしくは前記原料供給器の動作台数が増加すれば、前記下限温度を低く設定することと前記上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行い、前記水供給器の動作台数もしくは前記原料供給器の動作台数が減少すれば、前記下限温度を高く設定することと、前記上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行うことを特徴とする、水素生成装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料と水を用いて水素含有ガスを生成させる改質器とＣＯ除去器を有する水素生成装置並びにその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（例えば、固体高分子形燃料電池）をはじめとする水素利用機器が燃料として用いる水素の供給手段は、未だ、インストラクチャーとして整備されていない。従って、水素利用機器を運転するためには、その水素利用機器の設置場所において、燃料としての水素を生成する必要がある。そのため、従来の水素利用機器では、水素利用機器と共に、水素生成装置が併設されることが多い。
【０００３】
この水素生成装置では、例えば、水蒸気改質法が用いられて、水素が生成される。この水蒸気改質法では、天然ガス、プロパンガス、ナフサ、ガソリン、灯油等の炭化水素系の原料、又は、メタノール等のアルコール系の原料と水とが混合される。そして、その混合物が、改質触媒を備える改質器に供給される。すると、改質器では、水蒸気改質反応が進行することにより、水素を含有する水素含有ガスが生成される。
【０００４】
一方、水蒸気改質法により水素生成装置の改質器で生成された水素含有ガスは、副生成物として生成される一酸化炭素（ＣＯ）を含有している。例えば、水素生成装置の改質器で生成された水素含有ガスは、約１０〜１５％の濃度でＣＯを含有している。
【０００５】
ここで、水素含有ガスが含有するＣＯは、水素利用機器が固体高分子形燃料電池である場合、固体高分子形燃料電池の電極触媒を著しく被毒し、固体高分子形燃料電池の発電性能を著しく低下させる。そのため、従来の水素生成装置では、水素含有ガスを生成する改質器に加え、その水素含有ガス中のＣＯ濃度を十分に低減するために、ＣＯ除去器が併設されることが多い。
【０００６】
このＣＯ除去器により、改質器で生成された水素含有ガス中のＣＯ濃度が、１００ｐｐｍ以下、好ましくは、１０ｐｐｍ以下にまで低減される。このＣＯが十分に除去された水素含有ガスが固体高分子形燃料電池に供給されることにより、電極触媒の被毒が防止される。
【０００７】
ところで、水素生成装置に求められる水素含有ガス生成量は、水素利用機器の要求する水素含有ガス量に応じて決まり、その水素含有ガス量は例えば３ＮＬＭ程度から２００ＮＬＭ程度まで様々である。これに都度対応するためには、３〜１０ＮＬＭ程度の水素含有ガス生成能力を有する水素生成装置を複数台設置することで、水素利用機器が要求する水素含有ガス量を生成することができる。
【０００８】
また、従来の水素生成装置では、水供給器の水の供給量および原料供給器の原料の供給量の制御ばらつきにより、改質器に供給される原料に含まれる炭素原子のモル数に対する水のモル数比であるＳ／Ｃがばらつき、ＣＯ除去器に供給される水素含有ガス中のＣＯ濃度がばらつくため、ＣＯ除去器出口の水素含有ガス中のＣＯ濃度が所定値以上にならないよう、ＣＯ除去器の動作温度範囲を制限する必要があった（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２５６００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の水素生成装置を複数台設置する場合、ＣＯ除去器出口の水素含有ガス中のＣＯ濃度が所定値以上にならないよう、ＣＯ除去器の温度範囲を制限する必要があり、ＣＯ除去器の動作温度範囲が広げられないので、水素生成装置の信頼性を上げることができないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水供給器と原料供給器との少なくとも一方を複数台設置する場合に、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げ、信頼性の高い水素生成装置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】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料および水が供給され改質反応により水素含有ガスを生成する一つ以上の改質器と、水素含有ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器と、ＣＯ除去器を加熱する加熱器と、ＣＯ除去器の温度を検出する温度検出器と、一つ以上の改質器で生成された水素含有ガスがＣＯ除去器に送られるよう一つ以上の改質器とＣＯ除去器とを接続する水素含有ガス流路と、一つ以上の改質器に原料を供給する原料供給器と、一つ以上の改質器に水を供給する水供給器と、原料供給器および水供給器の供給動作を制御すると共に、温度検出器で検出されるＣＯ除去器の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように加熱器の加熱量を制御する制御器と、を備え、原料供給器と水供給器との少なくとも一方は複数台備えた水素生成装置であって、制御器は、水供給器の動作台数もしくは原料供給器の動作台数が増加すれば、下限温度を低く設定することと上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行い、水供給器の動作台数もしくは原料供給器の動作台数が減少すれば、下限温度を高く設定することと上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行うこととしたものである。
【００１３】
これによって、水供給器の水の供給量および原料供給器の原料の供給量の制御ばらつきにより、改質器に供給されるＳ／Ｃがばらつく場合でも、水供給器と原料供給器との少なくとも一方が複数台で供給する水および原料の供給量のばらつきは独立しているため、改質器に供給する平均のＳ／Ｃのばらつきは、小さくなる。
【００１４】
そのため、複数台の水供給器および原料供給器が水を供給する場合の改質器に供給する平均のＳ／Ｃのばらつきの最低値は、１台の水供給器および原料供給器が水と原料を供給する場合の改質器に供給するＳ／Ｃのばらつきの最低値より、高くなる。
【００１５】
改質器に供給されるＳ／Ｃにより、水素含有ガス中のＣＯ濃度は決まり、Ｓ／Ｃが高いほど水素含有ガス中のＣＯ濃度は低くなるので、Ｓ／Ｃのばらつきの最低値であっても水素含有ガス中のＣＯ濃度を所定濃度以下とするＣＯ除去器の動作温度範囲を広くすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水素生成装置によれば、水供給器と原料供給器との少なくとも一方を複数台設置する場合に、水供給器と原料供給器の動作台数に応じて、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げられるので、水素生成装置の信頼性向上を図ることができる。
【００１７】
また、触媒温度を下げることができるため、耐久性が高くなり、水素生成装置の商品寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における水素生成装置のＣＯ除去器の温度と水素含有ガス中のＣＯ濃度の関係を示す特性図
【図３】本発明の実施の形態１における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の下限温度係数αの関係を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態１における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の上限温度係数βの関係を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態１における水素生成装置の制御器の制御方法を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態２における水素生成装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の下限温度係数αの関係を示す特性図
【図８】本発明の実施の形態２における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の上限温度係数βの関係を示す特性図
【図９】本発明の実施の形態２における水素生成装置の制御器の制御方法を示すフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態３における水素生成装置の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態３における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の下限温度係数αの関係を示す特性図
【図１２】本発明の実施の形態３における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の上限温度係数βの関係を示す特性図
【図１３】本発明の実施の形態３における水素生成装置の制御器の制御方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、原料および水が供給され改質反応により水素含有ガスを生成する一つ以上の改質器と、水素含有ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器と、ＣＯ除去器を加熱する加熱器と、ＣＯ除去器の温度を検出する温度検出器と、一つ以上の改質器で生成された水素含有ガスがＣＯ除去器に送られるよう一つ以上の改質器とＣＯ除去器とを接続する水素含有ガス流路と、一つ以上の改質器に原料を供給する原料供給器と、一つ以上の改質器に水を供給する水供給器と、原料供給器および水供給器の供給動作を制御すると共に、温度検出器で検出されるＣＯ除去器の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように加熱器の加熱量を制御する制御器と、を備え、原料供給器と水供給器との少なくとも一方は複数台備えた水素生成装置であって、制御器が、水供給器の動作台数もしくは原料供給器の動作台数が増加すれば、下限温度を低く設定することと上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行い、水供給器の動作台数もしくは原料供給器の動作台数が減少すれば、下限温度を高く設定することと上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行う水素生成装置である。
【００２０】
これによって、水供給器の水の供給量および原料供給器の原料の供給量の制御ばらつきにより、改質器に供給されるＳ／Ｃがばらつく場合でも、水供給器と原料供給器との少なくとも一方が複数台で供給するそれぞれ水および原料の供給量のばらつきは独立しているため、改質器に供給する平均のＳ／Ｃのばらつきは、小さくなる。
【００２１】
そのため、複数台の水供給器および原料供給器が水を供給する場合の改質器に供給する平均のＳ／Ｃのばらつきの最低値は、１台の水供給器および原料供給器が水と原料を供給する場合の改質器に供給するＳ／Ｃのばらつきの最低値より、高くなる。
【００２２】
改質器に供給されるＳ／Ｃにより、水素含有ガス中のＣＯ濃度は決まり、Ｓ／Ｃが高いほど水素含有ガス中のＣＯ濃度は低くなるので、Ｓ／Ｃのばらつきの最低値であっても水
素含有ガス中のＣＯ濃度を所定濃度以下とするＣＯ除去器の動作温度範囲を広くすることができる。
【００２３】
水供給器と原料供給器との少なくとも一方を複数台設置する場合に、水供給器と原料供給器の動作台数に応じて、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げられるので、水素生成装置の信頼性向上を図ることができる。
【００２４】
また、触媒温度を下げることができるため、耐久性が高くなり、水素生成装置の商品寿命を長くすることができる。
【００２５】
第２の発明は、原料および水が供給され改質反応により水素含有ガスを生成する一つ以上の改質器と、水素含有ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器と、ＣＯ除去器を加熱する加熱器と、ＣＯ除去器の温度を検出する温度検出器と、一つ以上の改質器で生成された水素含有ガスがＣＯ除去器に送られるよう一つ以上の改質器とＣＯ除去器とを接続する水素含有ガス流路と、一つ以上の改質器に原料を供給する原料供給器と、一つ以上の改質器に水を供給する水供給器と、を備え、原料供給器と水供給器との少なくとも一方は複数台備えた水素生成装置の運転方法であって、原料供給器および水供給器の供給動作を制御すると共に、温度検出器で検出されるＣＯ除去器の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように加熱器の加熱量を制御し、水供給器の動作台数もしくは原料供給器の動作台数が増加すれば、下限温度を低く設定することと上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行い、水供給器の動作台数もしくは原料供給器の動作台数が減少すれば、下限温度を高く設定することと上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行う水素生成装置の運転方法である。
【００２６】
これによって、水供給器と原料供給器との少なくとも一方を複数台設置する場合に、水供給器と原料供給器の動作台数に応じて、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げられるので、信頼性を向上させた水素生成装置の運転方法を提供することが可能となる。また、触媒温度を下げることができるため、耐久性が高くなり、商品寿命の長い水素生成装置の運転方法を提供することが可能となる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態の水素生成装置１００は、原料および水が供給され改質反応により水素含有ガスを生成する１０台の改質器１と、１０台の改質器１に個別に原料を供給する１０台の原料供給器２と、１０台の改質器１に個別に水を供給する１０台の水供給器３と、ＣＯ除去器４を加熱する加熱器５と、ＣＯ除去器４の温度を検出する温度検出器６と、水素含有ガス中のＣＯ濃度を低減させるＣＯ除去器４と１０台の改質器１で生成された水素含有ガスがＣＯ除去器４に送られるよう１０台の改質器１とＣＯ除去器４とを接続する水素含有ガス流路７と、制御器２００とを備えている。
【００３０】
制御器２００は、原料供給器２からそれぞれの改質器１に供給する原料の供給量に応じて、水供給器３を制御し、温度検出器６で検出されるＣＯ除去器４の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように加熱器５の加熱量を制御する。
【００３１】
また、制御器２００は、水供給器３の動作台数もしくは原料供給器２の動作台数が増加すれば、ＣＯ除去器４の下限温度を低く設定することと上限温度を高く設定することとの
少なくとも一方を行い、水供給器３の動作台数もしくは原料供給器２の動作台数が減少すれば、下限温度を高く設定することと、上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行うよう構成されている。
【００３２】
以上のように構成された水素生成装置１００について、以下、その動作、作用を具体的に説明する。
【００３３】
本実施の形態において、原料として、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給される都市ガスを用いる。
【００３４】
水素生成装置１００の改質器１の内部には、改質触媒が搭載される。改質器１では、（化１）に示す水蒸気改質反応により、都市ガスの主成分であるメタンと水からＣＯと水素含有ガスを生成し、さらに、（化２）に示すＣＯの水性ガスシフト反応により、ＣＯから水素含有ガスを生成する。
【００３５】
【化１】
2018135221.tif 000003
【００３６】
【化２】
2018135221.tif 000004
ここで、本実施の形態の水素生成装置１００において、水素含有ガス中の水素の供給量を９．４ＮＬＭ必要とする場合、水供給器３の動作台数が１台、つまり、改質器１の動作台数が１台となる。本実施の形態では、原料の供給量（Ｆｉ）と水の供給量（Ｆｗ）の関係は（数１）のように表すことができる。
【００３７】
【数１】
2018135221.tif 000005
原料の供給量（Ｆｉ）を３ＮＬＭとし、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０とする。水供給器３の制御精度により改質器１に供給される水の供給量にばらつきが生じるため、Ｓ／Ｃは２．６０から３．００であった。
【００３８】
水素生成装置１００のＣＯ除去器４の内部には、メタン化触媒が搭載される。ＣＯ除去器４では、（化３）に示す水素含有ガス中のＣＯとＨ２のＣＯ選択メタン化反応により、水素含有ガス中のＣＯ濃度が低減し、また、（化４）に示す水素含有ガス中のＣＯ２とＨ２の逆水性ガスシフト反応により、水素含有ガス中のＣＯ濃度が増加する。
【００３９】
【化３】
2018135221.tif 000006
【００４０】
【化４】
2018135221.tif 000007
つまり、ＣＯ除去器４での（化３）に示すＣＯ選択メタン化反応と（化４）に示す逆水性ガスシフト反応のそれぞれの起こり具合によって水素含有ガス中のＣＯ濃度が決まる。
【００４１】
制御器２００は、ＣＯ除去器４の温度が下限温度である１６０℃以上、上限温度である２２０℃以下となるよう制御し、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、６ｐｐｍから９ｐｐｍとなった。
【００４２】
改質器１に供給されるＳ／Ｃは、全てがばらつきの最低値（２．６０）となることはなく、平均すると、ばらつきの最低値よりも高くなる。
【００４３】
本実施の形態においては、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０としたときに、Ｓ／Ｃの平均値のばらつきは、動作台数が１台のときは０．２０（Ｓ／Ｃ２．６０から３．００）、動作台数が５台のときは０．０９（Ｓ／Ｃ２．７１から２．８９）、動作台数が１０台のときは０．０４（Ｓ／Ｃ２．７６から２．８４）と、改質器１の動作台数が増加するにつれて、小さくなった。
【００４４】
これは、水供給器３の水の供給量および原料供給器２の原料の供給量のばらつきが、動作台数が増加するにつれて、確率的に小さくなるためである。つまり、水供給器３と原料供給器２との少なくとも一方が複数台動作し、その動作台数が増加すれば、改質器１に供給されるＳ／Ｃの最低値は高くなる。
【００４５】
図２は、本発明の実施の形態１における水素生成装置のＣＯ除去器の温度と水素含有ガス中のＣＯ濃度の関係を示す特性図である。
【００４６】
ＣＯ除去器４の温度が１８０℃以下の低温度域では、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、（化３）に示すＣＯメタン化反応の起こり具合によって決まる。水供給器３の動作台数が増加し、Ｓ／Ｃの最低値が高くなると改質器１において、（化２）に示すＣＯの水性ガスシフト反応が促進され、水素含有ガス中のＣＯ濃度が低下する。
【００４７】
ＣＯメタン化反応は、入口のＣＯ濃度が低いほど出口のＣＯ濃度が低くなるため、水供給器３の動作台数が増加すると、ＣＯ除去器４の温度がより低温でも、ＣＯ除去器４の出口の水素含有ガス中のＣＯ濃度を所定濃度以下となる。
【００４８】
また、ＣＯ除去器４の温度が１８０℃以上の高温度域では、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、（化４）に示すＣＯ２の逆水性ガスシフト反応の起こり具合によって決まる。水供給器３の動作台数が増加し、Ｓ／Ｃの最低値が高くなると、Ｈ２Ｏ濃度が高くなる。Ｈ２Ｏ濃度が高いほど、ＣＯ２の逆水性ガスシフト反応が抑制されるため、水供給器３の動作台数が増加すると、ＣＯ除去器４の温度がより高温でも、ＣＯ除去器４の出口の水素含有ガス中のＣＯ濃度を所定濃度以下となる。
【００４９】
図３は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の下限温度係数αの関係を示す特性図である。図４は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の上限温度係数βの関係を示す特性図である。
【００５０】
ここで、水供給器３の動作台数がＮ台のときにＣＯ除去器４の下限温度Ｔｌを設定する下限温度係数をα、上限温度Ｔｈを設定する上限温度係数をβとすると、ＣＯ除去器４の下限温度（Ｔｌ）と下限温度係数（α）は（数２）及び（数３）で表され、ＣＯ除去器４の上限温度（Ｔｈ）と上限温度係数（β）は（数４）及び（数５）で表される。
【００５１】
【数２】
2018135221.tif 000008
【００５２】
【数３】
2018135221.tif 000009
【００５３】
【数４】
2018135221.tif 000010
【００５４】
【数５】
2018135221.tif 000011
水供給器３の動作台数が５台であるときは、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０とする。水供給器３の制御精度により改質器１に供給される水の供給量にばらつきが生じるが、５台の水供給器３のばらつきは独立しているため、Ｓ／Ｃの平均値は２．７１から２．８９であった。
【００５５】
制御器２００は、（数２）から（数５）の関係式に従い、ＣＯ除去器４の温度が下限温度（Ｔｌ）である１４６℃以上、上限温度（Ｔｈ）である２２４℃以下となるよう制御した。その結果、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、６ｐｐｍから１０ｐｐｍとなった。
【００５６】
水供給器３の動作台数が１０台であるときは、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０とする。水供給器３の制御精度により改質器１に供給される水の供給量にばらつきが生じるが、１０台の水供給器３のばらつきは独立しているため、Ｓ／Ｃの平均値は２．７６から２．８４であった。
【００５７】
制御器２００は、（数２）から（数５）の関係式に従い、ＣＯ除去器４の温度が下限温度（Ｔｌ）である１４０℃以上、上限温度（Ｔｈ）である２２５℃以下となるよう制御した。その結果、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、５ｐｐｍから９ｐｐｍとなった。
【００５８】
図５は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の制御器の制御方法を示すフローチャートである。
【００５９】
制御器２００は、水素生成装置１００の運転開始要求が発生するまでは待機し（Ｓ１０１）、運転開始要求が発生する（Ｓ１０１）と、水素生成装置１００は運転を開始し、原料供給器２と水供給器３の動作台数（Ｎ）を検知する（Ｓ１０２）ことによって、ＣＯ除去器４の下限温度係数（α）および上限温度係数（β）を設定し（Ｓ１０３）、改質器１に水および原料を供給する（Ｓ１０４）する。水素生成装置１００の運転停止要求が発生する（Ｓ１０５）までは、Ｓ１０２〜Ｓ１０４を繰り返し、水素生成装置１００の運転停止要求が発生する（Ｓ１０５）と、水素生成装置１００の運転を停止する（Ｓ１０６）。
【００６０】
つまり、制御器２００は、原料供給器２の原料の供給量（Ｆｉ）に応じて水の供給量（Ｆｗ）を制御する。そして、原料供給器２および水供給器３の動作台数（Ｎ）を検知し、動作台数が増加すればＣＯ除去器４の下限温度係数（α）を小さくすることで、下限温度（Ｔｌ）を低くし、上限温度係数（β）を大きくすることで、上限温度（Ｔｈ）を高くする。
【００６１】
また、動作台数が減少すればＣＯ除去器４の下限温度係数（α）を大きくすることで、下限温度（Ｔｌ）を高くし、上限温度係数（β）を小さくすることで、上限温度（Ｔｈ）を低くする。
【００６２】
以上のように、改質器１を複数台、水供給器３および原料供給器２を複数台で構成される水素生成装置１００において、水供給器３および原料供給器２の動作台数（Ｎ）が増加すると、Ｓ／Ｃの最低値が高くなり、ＣＯ低減性能が高くなるため、ＣＯ除去器４の下限温度係数（α）および上限温度係数（β）を設定することにより、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げられるので、水素生成装置１００の信頼性向上を図ることができる。
【００６３】
また、触媒温度を下げることができるため、耐久性が高くなり、水素生成装置１００の商品寿命を長くすることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、改質器１、原料供給器２と水供給器３をそれぞれ１０台有する構成をとったが、１０台に限るものではない。また、水供給器３と原料供給器２は改質器１と同台数でなくてもよく、例えば、水供給器３と原料供給器２のいずれかは１台でもよい。
【００６５】
また、本実施の形態においては、ＣＯ除去器４にメタン化触媒を充填したが、水素利用機器が要求する水素含有ガス中のＣＯ濃度によって、メタン化触媒に替えて変成触媒を用いてもよいし、変成触媒を前段、メタン化触媒を後段に設置してもよい。さらに、メタン化触媒に替えて選択酸化触媒を用いてもよい。
【００６６】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の構成を示すブロック図である。
【００６７】
図６に示すように、本実施の形態の水素生成装置１０１は、図１に示す実施の形態１の水素生成装置１００とは、改質器１が１台で構成されている点が異なる。
【００６８】
制御器２０１は、原料供給器２からそれぞれの改質器１に供給する原料の供給量に応じて、水供給器３を制御し、温度検出器６で検出されるＣＯ除去器４の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように加熱器５の加熱量を制御する。
【００６９】
また、制御器２０１は、水供給器３の動作台数もしくは原料供給器２の動作台数が増加すれば、ＣＯ除去器４の下限温度を低く設定することと上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行い、水供給器３の動作台数もしくは原料供給器２の動作台数が減少す
れば、下限温度を高く設定することと、上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行うよう構成されている。
【００７０】
以上のように構成された水素生成装置１０１について、以下、その動作、作用を、実施の形態１と同様な点は説明を省略し、実施の形態１と異なる部分について、具体的に説明する。
【００７１】
本実施の形態の水素生成装置１０１において、水素含有ガス中の水素の供給量を９．４ＮＬＭ必要とする場合、水供給器３および原料供給器２の動作台数は、それぞれ１台となる。このとき、制御器２０１は、ＣＯ除去器４の温度が下限温度である１６０℃以上、上限温度である２２０℃以下となるよう制御し、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、６ｐｐｍから９ｐｐｍとなった。
【００７２】
改質器１に供給されるＳ／Ｃは、水供給器３と原料供給器２との少なくとも一方が複数台動作する場合、全てがばらつきの最低値（２．６０）となることはなく、平均すると、ばらつきの最低値よりも高くなる。
【００７３】
本実施の形態においては、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０としたときに、Ｓ／Ｃの平均値のばらつきは、動作台数が１台のときは０．２０（Ｓ／Ｃ２．６０から３．００）、動作台数が５台のときは０．０９（Ｓ／Ｃ２．７１から２．８９）、動作台数が１０台のときは０．０４（Ｓ／Ｃ２．７６から２．８４）と、水供給器３と原料供給器２との動作台数が増加するにつれて、小さくなった。
【００７４】
これは、水供給器３の水の供給量および原料供給器２の原料の供給量のばらつきが、動作台数が増加するにつれて、確率的に小さくなるためである。つまり、水供給器３と原料供給器２との少なくとも一方が複数台動作し、その動作台数が増加すれば、改質器１に供給されるＳ／Ｃの最低値は高くなる。
【００７５】
図７は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の下限温度係数αの関係を示す特性図である。図８は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の上限温度係数βの関係を示す特性図である。
【００７６】
ここで、水供給器３の動作台数がＮ台のときのＣＯ除去器４の下限温度（Ｔｌ）と下限温度係数（α）は（数２）及び（数６）で表され、ＣＯ除去器４の上限温度（Ｔｈ）と上限温度係数（β）は（数４）及び（数７）で表される。
【００７７】
【数６】
2018135221.tif 000012
【００７８】
【数７】
2018135221.tif 000013
水供給器３の動作台数が５台であるときは、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０とする。水供給器３の制御精度により改質器１に供給される水の供給量にばらつきが生じるが、５台
の水供給器３のばらつきは独立しているため、Ｓ／Ｃは２．７１から２．８９であった。
【００７９】
制御器２０１は、（数２）、（数４）、（数６）、（数７）の関係式に従い、ＣＯ除去器４の温度が下限温度（Ｔｌ）である１４４℃以上、上限温度（Ｔｈ）である２２６℃以下となるよう制御した。その結果、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、５ｐｐｍから９ｐｐｍとなった。
【００８０】
水供給器３の動作台数が１０台であるときは、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０とする。水供給器３の制御精度により改質器１に供給される水の供給量にばらつきが生じるが、１０台の水供給器３のばらつきは独立しているため、Ｓ／Ｃは２．７６から２．８４であった。
【００８１】
制御器２０１は、（数２）、（数４）、（数６）、（数７）の関係式に従い、ＣＯ除去器４の温度が下限温度（Ｔｌ）である１３８℃以上、上限温度（Ｔｈ）である２２８℃以下となるよう制御した。その結果、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、５ｐｐｍから１０ｐｐｍとなった。
【００８２】
図９は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の制御器の制御方法を示すフローチャートである。
【００８３】
制御器２０１は、水素生成装置１０１の運転開始要求が発生するまでは待機し（Ｓ２０１）、運転開始要求が発生する（Ｓ２０１）と、水素生成装置１０１は運転を開始し、原料供給器２と水供給器３の動作台数（Ｎ）を検知する（Ｓ２０２）ことによって、ＣＯ除去器４の下限温度係数（α）および上限温度係数（β）を設定し（Ｓ２０３）、改質器１に水および原料を供給する（Ｓ２０４）する。
【００８４】
水素生成装置１００の運転停止要求が発生する（Ｓ２０５）までは、Ｓ２０２〜Ｓ２０４を繰り返し、水素生成装置１０１の運転停止要求が発生する（Ｓ２０５）と、水素生成装置１０１の運転を停止する（Ｓ２０６）。
【００８５】
つまり、制御器２０１は、原料供給器２および水供給器３の動作台数（Ｎ）を検知し、動作台数が増加すればＣＯ除去器４の下限温度係数（α）を小さくすることで、下限温度（Ｔｌ）を低くし、上限温度係数（β）を大きくすることで、上限温度（Ｔｈ）を高くする。
【００８６】
また、動作台数が減少すればＣＯ除去器４の下限温度係数（α）を大きくすることで、下限温度（Ｔｌ）を高くし、上限温度係数（β）を小さくすることで、上限温度（Ｔｈ）を低くする。
【００８７】
以上のように、改質器１を１台、水供給器３および原料供給器２が複数台構成される水素生成装置１０１において、水供給器３および原料供給器２の動作台数（Ｎ）を検知し、水供給器３および原料供給器２の動作台数（Ｎ）によって、ＣＯ除去器４の下限温度係数（α）および上限温度係数（β）を設定することにより、ＣＯ除去器の動作温度範囲をより広げられるので、水素生成装置１０１の信頼性向上をさらに図ることができる。
【００８８】
また、触媒温度をさらに下げることができるため、耐久性が高くなり、水素生成装置１０１の商品寿命を長くすることができる。
【００８９】
なお、本実施の形態においては、原料供給器２と水供給器３をそれぞれ１０台有する構成をとったが、１０台に限るものではない。また、水供給器３と原料供給器２は同台数で
なくてもよく、例えば、水供給器３と原料供給器２のいずれかは１台でもよい。
【００９０】
また、本実施の形態においては、ＣＯ除去器４にメタン化触媒を充填したが、水素利用機器が要求する水素含有ガス中のＣＯ濃度によって、メタン化触媒に替えて変成触媒を用いてもよいし、変成触媒を前段、メタン化触媒を後段に設置してもよい。さらに、メタン化触媒に替えて選択酸化触媒を用いてもよい。
【００９１】
（実施の形態３）
図１０は本発明の実施の形態３における水素生成装置の構成を示すブロック図である。
【００９２】
図１０に示すように、本実施の形態の水素生成装置１０２は、図１に示す実施の形態１の水素生成装置１００とは、原料供給器２が１台で構成されている点が異なる。
【００９３】
制御器２０２は、原料供給器２からそれぞれの改質器１に供給する原料の供給量に応じて、水供給器３を制御し、温度検出器６で検出されるＣＯ除去器４の温度が下限温度以上かつ上限温度以下になるように加熱器５の加熱量を制御する。
【００９４】
また、制御器２０２は、水供給器３の動作台数が増加すれば、ＣＯ除去器４の下限温度を低く設定することと上限温度を高く設定することとの少なくとも一方を行い、水供給器３の動作台数が減少すれば、下限温度を高く設定することと、上限温度を低く設定することとの少なくとも一方を行うよう構成されている。
【００９５】
以上のように構成された水素生成装置１０２について、以下、その動作、作用を、実施の形態１と同様な点は説明を省略し、実施の形態１と異なる部分について、具体的に説明する。
【００９６】
本実施の形態の水素生成装置１０２において、水素含有ガス中の水素の供給量を９．４ＮＬＭ必要とする場合、水供給器３の動作台数はそれぞれ１台となる。このとき、制御器２０２は、ＣＯ除去器４の温度が下限温度である１６０℃以上、上限温度である２２０℃以下となるよう制御し、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、６ｐｐｍから９ｐｐｍとなった。
【００９７】
改質器１に供給されるＳ／Ｃは、水供給器３が複数台動作する場合、全てがばらつきの最低値（２．６０）となることはなく、平均すると、ばらつきの最低値よりも高くなる。
【００９８】
本実施の形態においては、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０としたときに、Ｓ／Ｃの平均値のばらつきは、水供給器３の動作台数が１台のときは０．２０（Ｓ／Ｃ２．６０から３．００）、動作台数が５台のときは０．１２（Ｓ／Ｃ２．６８から２．９２）、動作台数が１０台のときは０．０８（Ｓ／Ｃ２．７２から２．８８）と、水供給器３の動作台数が増加するにつれて、小さくなった。
【００９９】
これは、水供給器３の水の供給量のばらつきが、動作台数が増加するにつれて、確率的に小さくなるためである。つまり、水供給器３が複数台動作し、その動作台数が増加すれば、改質器１に供給されるＳ／Ｃの最低値は高くなる。
【０１００】
図１１は、本発明の実施の形態３における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の下限温度係数αの関係を示す特性図である。
【０１０１】
図１２は、本発明の実施の形態３における水素生成装置の水供給器の動作台数ＮとＣＯ除去器の上限温度係数βの関係を示す特性図である。
【０１０２】
ここで、水供給器３の動作台数がＮ台のときのＣＯ除去器４の下限温度（Ｔｌ）と下限温度係数（α）は（数２）及び（数８）で表され、ＣＯ除去器４の上限温度（Ｔｈ）と上限温度係数（β）は（数４）及び（数９）で表される。
【０１０３】
【数８】
2018135221.tif 000014
【０１０４】
【数９】
2018135221.tif 000015
水供給器３の動作台数が５台であるときは、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０とする。水供給器３の制御精度により改質器１に供給される水の供給量にばらつきが生じるが、５台の水供給器３のばらつきは独立しているため、Ｓ／Ｃは２．６８から２．９２であった。
【０１０５】
制御器２０２は、（数２）、（数４）、（数８）、（数９）の関係式に従い、ＣＯ除去器４の温度が下限温度（Ｔｌ）である１５２℃以上、上限温度（Ｔｈ）である２２３℃以下となるよう制御した。その結果、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、５ｐｐｍから８ｐｐｍとなった。
【０１０６】
水供給器３の動作台数が１０台であるときは、Ｓ／Ｃの制御中心値を２．８０とする。水供給器３の制御精度により改質器１に供給される水の供給量にばらつきが生じるが、１０台の水供給器３のばらつきは独立しているため、Ｓ／Ｃは２．７２から２．８８であった。
【０１０７】
制御器２０２は、（数２）、（数４）、（数８）、（数９）の関係式に従い、ＣＯ除去器４の温度が下限温度（Ｔｌ）である１４７℃以上、上限温度（Ｔｈ）である２２４℃以下となるよう制御した。その結果、水素含有ガス中のＣＯ濃度は、６ｐｐｍから９ｐｐｍとなった。
【０１０８】
図１３は、本発明の実施の形態３における水素生成装置の制御器の制御方法を示すフローチャートである。
【０１０９】
制御器２０２は、水素生成装置１０２の運転開始要求が発生するまでは待機し（Ｓ３０１）、運転開始要求が発生する（Ｓ３０１）と、水素生成装置１０２は運転を開始し、水供給器３の動作台数（Ｎ）を検知する（Ｓ３０２）ことによって、ＣＯ除去器４の下限温度係数（α）および上限温度係数（β）を設定し（Ｓ３０３）、改質器１に水および原料を供給する（Ｓ３０４）する。
【０１１０】
水素生成装置１０２の運転停止要求が発生する（Ｓ３０５）までは、Ｓ３０２〜Ｓ３０４を繰り返し、水素生成装置１０２の運転停止要求が発生する（Ｓ３０５）と、水素生成装置１０２の運転を停止する（Ｓ３０６）。
【０１１１】
つまり、水供給器３の動作台数（Ｎ）を検知し、動作台数が増加すればＣＯ除去器４の下限温度係数（α）を小さくすることで、下限温度（Ｔｌ）を低くし、上限温度係数（β）を大きくすることで、上限温度（Ｔｈ）を高くする。また、動作台数が減少すればＣＯ
除去器４の下限温度係数（α）を大きくすることで、下限温度（Ｔｌ）を高くし、上限温度係数（β）を小さくすることで、上限温度（Ｔｈ）を低くする。
【０１１２】
以上のように、改質器１が複数台、原料供給器２が１台、水供給器３が複数台で構成される水素生成装置１０２において、水供給器３の動作台数（Ｎ）を検知して、水供給器３および原料供給器２の動作台数（Ｎ）によって、ＣＯ除去器４の下限温度係数（α）および上限温度係数（β）を設定することにより、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げられるので、水素生成装置１０２の信頼性向上をさらに図ることができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態においては、改質器１と水供給器３をそれぞれ１０台有する構成をとったが、１０台に限るものではない。また、水供給器３と改質器１は同台数でなくてもよい。また、水供給器３が１台、原料供給器２が複数台で構成されてもよい。
【０１１４】
また、本実施の形態においては、ＣＯ除去器４にメタン化触媒を充填したが、水素利用機器が要求する水素含有ガス中のＣＯ濃度によって、メタン化触媒に替えて変成触媒を用いてもよいし、変成触媒を前段、メタン化触媒を後段に設置してもよい。さらに、メタン化触媒に替えて選択酸化触媒を用いてもよい。
【０１１５】
以上の説明から、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、機能の両者もしくはいずれかの詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上のように、本発明にかかる水素生成装置並びにその運転方法は、ＣＯ除去器の動作温度範囲を広げられ、水素生成装置の信頼性向上を図ることができるので、燃料電池等の水素利用機器にＣＯ濃度が低減された水素含有ガスを供給するにあたり、耐久性や信頼性が求められる用途に適用できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  改質器
２  原料供給器
３  水供給器
４  ＣＯ除去器
５  加熱器
６  温度検出器
７  水素含有ガス流路
１００  水素生成装置
１０１  水素生成装置
１０２  水素生成装置
２００  制御器
２０１  制御器
２０２  制御器
【図１】
2018135221.tif 000016
【図２】
2018135221.tif 000017
【図３】
2018135221.tif 000018
【図４】
2018135221.tif 000019
【図５】
2018135221.tif 000020
【図６】
2018135221.tif 000021
【図７】
2018135221.tif 000022
【図８】
2018135221.tif 000023
【図９】
2018135221.tif 000024
【図１０】
2018135221.tif 000025
【図１１】
2018135221.tif 000026
【図１２】
2018135221.tif 000027
【図１３】
2018135221.tif 000028