(57)【要約】【課題】触媒の劣化を抑制しつつ、マイコンメータによるガス漏れの誤検出を回避するための技術を提供する。【解決手段】本開示の水素生成装置（２００）は、改質器（１）と、改質器（１）を加熱する電気ヒータ（５）と、改質器（１）に接続され、改質器（１）に原料ガスを供給するためのガス供給経路（６）と、ガス供給経路（６）に設けられた弁（７）と、水素生成装置（２００）の運転を停止したとき、弁（７）を閉じたまま、改質器（１）が加熱されるように電気ヒータ（５）に通電する制御を実行する制御器（３０）とを備えている。【選択図】図６
2018002508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成装置であって、
改質器と、
前記改質器を加熱する電気ヒータと、
前記改質器に接続され、前記改質器に原料ガスを供給するためのガス供給経路と、
前記ガス供給経路に設けられた弁と、
前記水素生成装置の運転を停止したとき、前記弁を閉じたまま、前記改質器が加熱されるように前記電気ヒータに通電する制御を実行する制御器と、
を備えた、水素生成装置。
【請求項２】
前記制御器は、所定の必須待機期間のみにおいて、前記弁を閉じたまま、前記改質器が加熱されるように前記電気ヒータに通電する制御を実行する一方、前記必須待機期間以外の前記水素生成装置の運転停止時においては、前記電気ヒータをオフに維持しつつ、前記弁を開き、前記改質器に前記原料ガスを充填する制御を実行する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記水素生成装置の運転を停止したとき、前記制御器は、前記弁を閉じたまま、前記改質器が加熱されるように前記電気ヒータに通電する制御と、前記改質器への単位時間あたりの前記原料ガスの供給量が閾値を下回るように前記弁を開く制御とを実行する、請求項１又は２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記改質器の内部の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサの検出信号に基づいて前記電気ヒータのオンオフを制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置の前記改質器で生成された水素ガスを用いて電力を生成する燃料電池と、
を備えた、燃料電池システム。
【請求項６】
改質器に原料ガスを供給し、燃焼器で前記改質器を加熱しつつ前記原料ガスを改質して水素ガスを生成させることと、
前記改質器に前記原料ガスを供給するためのガス供給経路に設けられた弁を開状態から閉状態に切り替えて前記水素ガスの生成を停止させることと、
前記弁を閉じたまま、前記改質器に設けられた電気ヒータに通電して前記改質器を加熱することと、
を含む、水素生成装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素生成装置及びそれを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
改質器及び燃料電池を備えた燃料電池システムはよく知られている。改質器において、改質反応によって都市ガスなどの原料ガスから水素ガスが生成される。生成された水素ガスは、酸化剤ガスとしての酸素（空気）とともに燃料電池に供給される。燃料電池において、水素と酸素との電気化学反応によって電力が生成される。
【０００３】
水蒸気改質によって水素ガスを生成するために、改質器は加熱される。燃料電池システムの運転を停止又は一時停止するとき（例えば、貯湯タンクの湯量が規定値に達したとき）、改質器の加熱も中止する。改質器の加熱を中止すると、改質器の内部に残存する原料ガスが触媒に吸着し、改質器の内圧が下がる。すると、改質器の内部に空気が入り、空気が改質触媒などの触媒に吸着する。触媒に吸着した空気（特に、酸素）は触媒の劣化を促進する。空気の吸着による触媒の劣化を抑制するために、燃料電池システムの運転停止時に改質器の内部を原料ガスでパージ（purge）することが行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６２５８０号公報
【特許文献２】特開２００４−２５８７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、都市ガスインフラのような原料ガス源から改質器に原料ガスを供給するための経路上には、原料ガスの流量（詳細には、原料ガスの使用量）を計測するための流量計が設けられている。流量計の検出信号は、マイクロコンピュータを備えたガスメータに送られる。マイクロコンピュータを備えたガスメータは、しばしば、「マイコンメータ」と呼ばれている。マイコンメータは、単にガスの流量を記録する機能だけでなく、ガス漏れを検出する機能も備えている。
【０００６】
マイコンメータのガス漏れ検出機能は、燃料電池システムの長期使用、改質器の容量増大などを考慮に入れたものではない。そのため、マイコンメータがガス漏れを誤検出する可能性がある。
【０００７】
本開示の目的は、触媒の劣化を抑制しつつ、マイコンメータによるガス漏れの誤検出を回避するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本開示は、
水素生成装置であって、
改質器と、
前記改質器を加熱する電気ヒータと、
前記改質器に接続され、前記改質器に原料ガスを供給するためのガス供給経路と、
前記ガス供給経路に設けられた弁と、
前記水素生成装置の運転を停止したとき、前記弁を閉じたまま、前記改質器が加熱されるように前記電気ヒータに通電する制御を実行する制御器と、
を備えた、水素生成装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の技術によれば、触媒の劣化を抑制しつつ、マイコンメータによるガス漏れの誤検出を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本開示の一実施形態にかかる燃料電池システムの構成図である。
【図２】図２は、改質器の概略断面図である。
【図３】図３は、燃料電池システムの運転サイクルを示すタイムチャートである。
【図４】図４は、停止期間から待機期間への移り変わりのタイミングで制御器において実行されるべき待機開始処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、燃料電池システムの待機期間に実行されるべき待機中処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本開示の変形例にかかる水素生成装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の基礎となった知見）
マイコンメータのガス漏れ検出機能は、例えば、次のようなアルゴリズムによって成り立っている。マイコンメータは、流量計から取得した検出信号に基づき、ガス使用量を継続的に記録し続ける。併せて、単位時間（例えば、１時間）おきに、直近の単位時間あたりのガス使用量が実質的にゼロ（例えば、１．０リットル／ｈ以下）かどうかを判断する。単位時間あたりのガス使用量が実質的にゼロの時間帯が所定期間（例えば、３０日間）に１回も存在しないとき、マイコンメータは、ガスが漏れているものと判断し、警告を発する。
【００１２】
マイコンメータが上記のようなガス漏れ検出機能を備えている場合、燃料電池システムを長期間にわたって連続運転することは難しい。さらに、特許文献１に記載されているように、燃料電池システムの運転停止時において、改質器の内部を原料ガスでパージするために原料ガスを使用し続けると、ガス使用量が実質的にゼロの時間帯を作ることが難しい。ガス使用量が実質的にゼロの時間帯を所定期間内に作ることができない場合、たとえガスの使用が適切であったとしても、マイコンメータは、ガス漏れを検出する。この問題は、大きい容量を有する改質器を使用するとき、原料ガスが吸着しやすい触媒を使用するとき、触媒に吸着しやすい原料ガスを使用するときなどに顕在化する。
【００１３】
本開示の第１態様にかかる水素生成装置は、
改質器と、
前記改質器を加熱する電気ヒータと、
前記改質器に接続され、前記改質器に原料ガスを供給するためのガス供給経路と、
前記ガス供給経路に設けられた弁と、
前記水素生成装置の運転を停止したとき、前記弁を閉じたまま、前記改質器が加熱されるように前記電気ヒータに通電する制御を実行する制御器と、
を備えたものである。
【００１４】
本開示の第１態様によれば、電気ヒータによって改質器の内部の温度、言い換えれば、触媒の温度を高い温度に保つことができる。その結果、触媒の温度の低下に伴って触媒に原料ガスが吸着することを抑制できる。その結果、改質器の内圧の低下が抑制されるので、改質器の内部に空気が侵入することも抑制できる。原料ガスを改質器に大量にパージせずに済むので、ガスメータによるガス漏れの誤検出を回避できる。
【００１５】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる水素生成装置の前記制御器は、所定の必須待機期間のみにおいて、前記弁を閉じたまま、前記改質器が加熱されるように前記電気ヒータに通電する制御を実行する一方、前記必須待機期間以外の前記水素生成装置の運転停止時においては、前記電気ヒータをオフに維持しつつ、前記弁を開き、前記改質器に前記原料ガスを充填する制御を実行する。このようにすれば、電気ヒータの使用頻度を減らすことができるので、電力消費をさらに抑制することができる。
【００１６】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる前記水素生成装置の運転を停止したとき、前記制御器は、前記弁を閉じたまま、前記改質器が加熱されるように前記電気ヒータに通電する制御と、前記改質器への単位時間あたりの前記原料ガスの供給量が閾値を下回るように前記弁を開く制御とを実行する。このようにすれば、触媒に原料ガスが多少吸着したとしても、改質器の内圧の低下が確実に抑制されるので、改質器の内部に空気が侵入することを抑制できる。
【００１７】
本開示の第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つにかかる水素生成装置は、前記改質器の内部の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記制御器は、前記温度センサの検出信号に基づいて前記電気ヒータのオンオフを制御する。このようにすれば、改質器の温度の低下を防止しつつ、電気ヒータによる電力消費を抑制することができる。
【００１８】
本開示の第５態様にかかる燃料電池システムは、
第１〜第４態様のいずれか１つの水素生成装置と、
前記水素生成装置の前記改質器で生成された水素ガスを用いて電力を生成する燃料電池と、
を備えたものである。
【００１９】
本開示の第６態様にかかる水素生成装置の運転方法は、
改質器に原料ガスを供給し、燃焼器で前記改質器を加熱しつつ前記原料ガスを改質して水素ガスを生成させることと、
前記改質器に前記原料ガスを供給するためのガス供給経路に設けられた弁を開状態から閉状態に切り替えて前記水素ガスの生成を停止させることと、
前記弁を閉じたまま、前記改質器に設けられた電気ヒータに通電して前記改質器を加熱することと、
を含むものである。
【００２０】
第５態様及び第６態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。
【００２１】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２２】
図１に示すように、本開示の一実施形態にかかる燃料電池システム１００は、改質器１及び燃料電池２を備えている。改質器１は、例えば、水蒸気改質反応（CH4+H2O→CO+3H2）などの改質反応によって水素ガスを生成するためのデバイスである。改質器１には、改質反応を進行させるための改質触媒が収められている。改質器１には、一酸化炭素を除去するための触媒（ＣＯ変成触媒及びＣＯ選択酸化除去触媒）も収められている。改質器１は、水及び原料ガスを用いて、水素ガスを生成する。原料ガスは、例えば、都市ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）などの炭化水素ガスである。改質器１で生成された水素ガスが燃料電池２に供給される。燃料電池２は、酸化剤ガスと水素ガスとを用いて電力を生成する。燃料電池２は、例えば、固体高分子形燃料電池である。燃料電池２の排熱によって湯が生成される。生成された湯は貯湯タンク（図示省略）に貯められる。
【００２３】
改質器１には、ガス供給経路６及び給水経路２２が接続されている。ガス供給経路６は、ガスメータ２０に接続されている。ガス供給経路６は、都市ガスインフラ、ガスボンベなどの原料ガス源から改質器１に原料ガスを供給するための経路である。ガス供給経路６には、弁７、脱硫器８及びポンプ９が配置されている。弁７は、例えば、開閉弁である。弁７は、流量制御弁であってもよい。脱硫器８は、原料ガスに含まれた硫黄化合物を燃料から除去するためのデバイスである。ポンプ９は、原料ガスを昇圧するためのポンプである。ポンプ９を制御することによって原料ガスの流量を調節することができる。給水経路２２は、貯水タンク（図示省略）などの水源から改質器１に水を供給するための経路である。給水経路２２には、ポンプ１０が配置されている。改質器１に供給された水は、改質器１に設けられた蒸発器３で加熱されて気化し、原料ガスとともに改質触媒層に導かれる。
【００２４】
ガスメータ２０は、例えば、超音波流量計及びマイクロコンピュータを内蔵したマイコンメータである。超音波流量計で計測されたガス使用量がマイクロコンピュータに記録される。流量計の種類は特に限定されない。
【００２５】
改質器１は、燃料ガス供給経路１１によって燃料電池２に接続されている。改質器１で生成された水素ガスは、燃料ガス供給経路１１を経由して燃料電池２に供給される。
【００２６】
燃料電池システム１００は、さらに、燃焼器４及び電気ヒータ５を備えている。燃焼器４は、燃料を燃焼させることによって改質器１を加熱するためのデバイスである。燃焼器４は、改質器１に隣接して設けられている。
【００２７】
電気ヒータ５の例は、改質器１に内蔵された抵抗加熱式のシースヒータ（sheathed heater）である。電気ヒータ５は、例えば、改質触媒などの触媒が配置された容器の外周面に取り付けられている。燃料器４と電気ヒータ５とを併用すれば、燃料電池システム１００の起動時において、触媒の温度を素早く上昇させることができる。それぞれ独立してオン／オフを制御可能な複数の電気ヒータ５が改質器１に内蔵されていてもよい。この場合、段階的な温度調節が可能である。電気ヒータ５には、商用電源から電力が供給されうる。
【００２８】
触媒の温度は、改質器１の内部に配置された温度センサ２１によって検出することが可能である。温度センサ２１の例は、サーミスタ又は熱電対である。改質器１の内部には、複数の温度センサ２１が設けられていてもよい。各温度センサ２１によって、改質触媒の温度、ＣＯ変成触媒の温度、ＣＯ選択酸化除去触媒の温度などを個別に検出することが可能である。
【００２９】
燃料電池２には、酸化剤ガス供給経路１４が接続されている。酸化剤ガス供給経路１４は、酸素などの酸化剤ガスを燃料電池２に供給するための経路である。酸化剤ガス供給経路１４には、ブロワ１５、加湿器１６及び弁１７が配置されている。弁１７は、例えば、開閉弁である。
【００３０】
燃料電池２には、さらに、燃料ガス排出経路１２及び酸化剤ガス排出経路１８が接続されている。燃料電池２で消費されなかった水素ガス及び未反応の原料ガスは、燃料ガス排出経路１２を経由して燃焼器４に供給され、燃焼器４で燃やされる。燃料電池２で消費されなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出経路１８を経由して外部に排出される。酸化剤ガス排出経路１８には弁１９が配置されている。弁１９は、例えば、開閉弁である。
【００３１】
燃料電池システム１００は、さらに、制御器３０を備えている。制御器３０は、燃焼器４、電気ヒータ５、弁７、ポンプ９、ポンプ１０、ブロワ１５、弁１７、弁１９などの制御対象を制御する。制御器３０には、温度センサ２１などの各種センサから検出信号が入力される。制御器３０として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。制御器３０には、燃料電池システム１００を適切に運転するためのプログラムが格納されている。
【００３２】
ガス供給経路６などの各経路は、金属配管、樹脂配管などの配管によって構成されうる。
【００３３】
次に、改質器１の構造の例を詳細に説明する。
【００３４】
図２に示すように、改質器１は、容器４１、外筒４２及び内筒４３を備えている。容器４１の内部に外筒４２が配置されている。外筒４２の内部に内筒４３が配置されている。つまり、改質器１は、三層のシェル構造を有している。内筒４３の外周面と外筒４２の内周面との間には、ドーナツ状の横断面形状を有する流路６１が形成されている。容器４１の内周面と外筒４２の外周面との間には、ドーナツ状の横断面形状を有する流路６２が形成されている。流路６１は、外筒４２の底部に設けられた貫通孔４２ｈを通じて、流路６２に連通している。流路６１の最上流部分には、原料ガス入口５１を通じてガス供給経路６が接続され、改質水入口５２を通じて給水経路２２が接続されている。流路６１の一部は、図１に示す蒸発器３の役割を果たす。流路６１には、改質触媒４５が配置されている。流路６２には、ＣＯ変成触媒４７及びＣＯ選択酸化除去触媒４９が配置されている。ＣＯ変成触媒４７よりも下流側かつＣＯ選択酸化除去触媒４９よりも上流側において、流路６２には、容器４１に設けられた空気入口５３を通じて空気供給経路６０が接続されている。流路６２の最下流部分には、燃料ガス出口５４を通じて燃料ガス供給経路１１が接続されている。
【００３５】
流路６１には、改質触媒４５の近傍において温度センサ２１ａが配置されている。流路６２には、ＣＯ変成触媒４７の近傍において温度センサ２１ｂが配置され、ＣＯ選択酸化除去触媒４９の近傍において温度センサ２１ｃが配置されている。温度センサ２１ａによって改質触媒４５の温度が検出される。温度センサ２１ｂによってＣＯ変成触媒４７の温度が検出される。温度センサ２１ｂによってＣＯ選択酸化除去触媒４９の温度が検出される。これらの温度センサ２１ａ〜２１ｃは、図１に示す温度センサ２１に対応している。
【００３６】
内筒４３の内部空間６３には燃焼器４が配置されている。燃焼器４には燃料ガス排出経路１２が接続されている。燃料ガス排出経路１２は、残余の水素ガス及び未反応の原料ガスを燃料電池２から燃焼器４に導くための経路である。内筒４３には、燃焼排ガス出口５７を通じて排ガス経路６５が接続されている。一点鎖線で示すように、燃焼排ガスは、排ガス経路６５を通じて燃料電池システム１００の外部に排出される。
【００３７】
電気ヒータ５は、ＣＯ変成触媒４７及びＣＯ選択酸化除去触媒４９を包囲する形で容器４１の周囲に配置されている。詳細には、電気ヒータ５が容器４１に巻き付けられている。図２において、電気ヒータ５はＣＯ変成触媒４７及びＣＯ選択酸化除去触媒４９の周囲のみに配置されている。しかし、改質触媒４５の周囲に電気ヒータ５が配置されていてもよい。また、流路６１及び流路６２から選ばれる少なくとも１つに電気ヒータ５が配置されていてもよい。
【００３８】
燃焼器４で水素ガス及び未反応の原料ガスを燃やすと、内筒４３が加熱される。内筒４３の熱が改質触媒４５に伝わり、改質触媒４５の温度を上昇させることができる。さらに、水素ガスを含む改質ガスが流路６１から流路６２に流れ、改質ガスの熱によってＣＯ変成触媒４７の温度及びＣＯ選択酸化除去触媒４９の温度も上昇する。電気ヒータ５に通電してＣＯ変成触媒４７及びＣＯ選択酸化除去触媒４９を電気ヒータ５で加熱することも可能である。改質触媒４５の近傍に電気ヒータ５があるとき、電気ヒータ５に通電して改質触媒４５を電気ヒータ５で加熱することができる。燃料電池システム１００の起動期間において、触媒の温度が十分に上がっていないとき、大部分の原料ガスが未反応のまま改質器１及び燃料電池２を経由して燃焼器４に導かれる。触媒の温度が上昇するにつれて、改質反応が効率的に進み、改質ガス中の水素ガス濃度も上昇する。触媒の温度を素早く上げるために、燃料電池システム１００の起動期間において、電気ヒータ５が使用されうる。
【００３９】
次に、燃料電池システム１００の運転について説明する。
【００４０】
図３に示すように、燃料電池システム１００は、主に、起動期間、発電期間、停止期間及び待機期間の４つの運転サイクルに従って運転されうる。「起動期間」は、燃料電池システム１００を起動させるための運転期間である。詳細には、「起動期間」は、燃料電池システム１００の出力を所定の定格出力（例えば、７５０Ｗ）まで徐々に上昇させるための運転期間である。起動期間において、改質器１への原料ガスの供給流量及び水の供給流量を徐々に増加させる。起動期間において、酸化剤ガスの流量及び水素ガスの流量が徐々に増加する。「発電期間」は、所定の定格出力で燃料電池システム１００が運転される期間である。ただし、発電期間において、燃料電池システム１００が常に定格出力で運転されることは必須ではない。一定の出力で燃料電池システム１００が安定的に運転されている期間が「発電期間」である。発電期間において、改質器１への原料ガスの供給流量及び水の供給流量はそれぞれ一定に保たれる。酸化剤ガスの流量及び水素ガスの流量もそれぞれ一定に保たれる。「停止期間」は、燃料電池システム１００を停止させるための運転期間である。詳細には、「停止期間」は、燃料電池システム１００の出力をゼロまで徐々に低下させるための運転期間である。停止期間において、改質器１への原料ガスの供給流量及び水の供給流量を徐々に減少させる。停止期間において、酸化剤ガスの流量及び水素ガスの流量が徐々に減少する。「待機期間」は、燃料電池システム１００の出力をゼロのまま保持している期間である。待機期間において、改質器１への原料ガスの供給流量及び水の供給流量は、基本的にはゼロである。ただし、後述するように、改質器１の劣化を抑制するために、改質器１を原料ガスで定期的にパージ（purge）することがある。制御器３０は、待機期間にも所定の電気的処理を実行し続けている。そのような電気的処理の例は、貯湯タンクの湯量を監視するための処理である。
【００４１】
図３の例によれば、起動期間及び停止期間において、燃料電池システム１００の出力は、連続的かつ一定のレートで上昇又は低下している。ただし、燃料電池システム１００の出力を段階的に上昇又は低下させてもよい。さらに、出力の上昇又は低下のレートを変化させてもよい。
【００４２】
一例において、起動期間の長さ及び停止期間の長さは、それぞれ、１０分〜９０分の範囲にある。燃料電池システム１００の起動又は停止に十分な時間を費やすことによって、改質器１の劣化、燃料電池２の劣化などを抑制することができる。発電期間の長さ及び待機期間の長さは、燃料電池システム１００の連続運転可能な時間、貯湯タンクの容量などに応じて変化する。貯湯タンクに十分な量の湯が貯められた場合、燃料電池システム１００は運転を自動的に停止し、待機期間に入る。貯湯タンクの湯量が閾値を下回ると、燃料電池システム１００は、自動的に運転を開始する。湯の使用量が多い場合、１回の運転サイクルの中で待機期間がゼロの場合もありうる。
【００４３】
本実施形態において、燃料電池システム１００の連続運転可能な最長時間は、例えば、２４〜２４０時間である。連続運転可能な最長時間が十分に長い場合、起動期間及び停止期間が相対的に短くなることによって、燃料電池システム１００の効率の向上を期待できる。改質器１、燃料電池２などのコンポーネントの劣化も抑制されうる。
【００４４】
先に説明したように、ガスメータ２０は、ガス使用量を継続的に記録し続ける。単位時間（例えば、１時間）あたりのガス使用量が実質的にゼロ（例えば、１．０リットル／ｈ以下）の時間帯が所定期間（例えば、３０日間）に１回も存在しないとき、ガスメータ２０は、ガスが漏れているものと判断し、警告を発する。たとえガスの使用が適切であったとしても、ガスメータ２０は、ガス漏れを検出する。言い換えれば、ガスメータ２０は、ガス漏れを誤検出する。以下に説明する方法によれば、改質器１における触媒の劣化を防ぎつつ、ガスメータ２０によるガス漏れの誤検出を回避することができる。
【００４５】
図４は、停止期間から待機期間への移り変わりのタイミングで制御器３０において実行されるべき待機開始処理を示している。ステップＳ１において、例えば燃焼器４への空気の供給を止め、燃焼器４を停止する（ステップＳ１）。つまり、燃焼器４による改質器１の加熱を停止する。ステップＳ２において、弁７を閉じる。言い換えれば、弁７を開状態から閉状態に切り替えて水素ガスの生成を停止させる。ステップＳ３において、電気ヒータ５をオンにする。ステップＳ１〜Ｓ３の処理の順序は限定されず、相互に入れ替わってもよいし、これらが同時に行われてもよい。電気ヒータ５は、例えば、次に燃料電池システム１００を起動するまでオンに維持される。つまり、弁７を閉じたまま、電気ヒータ７に通電して改質器１を加熱する。なお、酸化剤ガス供給経路１４に配置された弁１７及び酸化剤ガス排出経路１８に配置された弁１９を閉じてもよい。
【００４６】
燃料電池システム１００の運転を停止するとき（停止期間から待機期間に移行するとき）、弁７を閉じて改質器１への原料ガスの供給を停止する。弁７を閉じたとしても、例えば、燃焼器４、燃料ガス排出経路１２、燃料電池２及び燃料ガス供給経路１１を経由して改質器１の内部に空気が侵入できる。
【００４７】
本実施形態によれば、燃料器４による改質器１の加熱を停止したとしても、電気ヒータ５によって改質器１の内部の温度、言い換えれば、触媒の温度を高い温度に保つことができる。その結果、触媒の温度の低下に伴って触媒に原料ガスが吸着することを抑制できる。改質器１の内圧の低下が抑制されるので、上記の経路を経由して改質器１の内部に空気が侵入することも抑制できる。原料ガスを改質器１に大量にパージせずに済むので、ガスメータによるガス漏れの誤検出を回避できる。改質器１が図２に示す構造を有するとき、電気ヒータ５によって、主に、ＣＯ変成触媒４７及びＣＯ選択酸化除去触媒４９が加熱される。ただし、電気ヒータ５の配置は、図２の例に限定されない。電気ヒータ５の働きによって高い温度に保たれるべき触媒は、改質触媒４５、ＣＯ変成触媒４７及びＣＯ選択酸化除去触媒４９から選ばれる少なくとも１つである。
【００４８】
待機期間において、電気ヒータ５が常にオンの状態であってもよいし、電気ヒータ５のオン／オフが周期的に切り替えられてもよい。
【００４９】
電気ヒータ５による電力消費を抑制するために、例えば、所定の必須待機期間に燃料電池システム１００の運転を停止したとき、電気ヒータ５に通電する制御を実行してもよい。所定の必須待機期間は、ガスメータ２０によるガス漏れの誤検出を防止できる頻度で確保されるべき期間である。所定の必須待機期間は、例えば、３０日間に１回又は複数回確保される期間である。詳細には、必須待機期間のみにおいて、弁７を閉じたまま、電気ヒータ５に通電する制御が実行されうる。そして、必須待機期間以外の燃料電池システム１００の運転停止時（待機期間）においては、電気ヒータ５をオフに維持しつつ、弁７を開き、改質器１に原料ガスを充填する制御が実行される。つまり、必須待機期間以外の待機期間では、改質器１を原料ガスでパージすることによって、改質器１への空気の侵入を防ぐ。このようにすれば、電気ヒータ５の使用頻度を減らすことができるので、電力消費をさらに抑制することができる。
【００５０】
また、ガスメータ２０によるガス漏れの誤検出を防止できるのであれば、必須待機期間であったとしても、弁７を開いて原料ガスを改質器１に供給することが許容される。つまり、弁７を短時間開いて原料ガスで改質器１をパージする制御と、電気ヒータ５に通電する制御との両方を実行してもよい。具体的には、燃料電池システム１００の運転を停止したとき、弁７を閉じたまま、改質器１が加熱されるように電気ヒータ５に通電する制御と、改質器１への単位時間あたりの原料ガスの供給量が閾値（例えば、１．０Ｌ／ｈ）を下回るように弁７を開く（開閉する）制御とを実行する。このようにすれば、触媒に原料ガスが多少吸着したとしても、改質器１の内圧の低下が確実に抑制されるので、改質器１の内部に空気が侵入することを抑制できる。改質器１への単位時間あたりの原料ガスの供給量が閾値未満である限り、弁７の開閉制御は、待機期間において複数回にわたって実行されてもよい。
【００５１】
また、待機期間において、改質器１の内部の温度に応じて、電気ヒータ５のオン／オフを制御してもよい。具体的には、待機期間において、図５のフローチャートに示す待機中処理を定期的に実行する。ステップＳ１１において、改質器１の温度Ｔを検出する。具体的には、制御器３０は、温度センサ２１から検出信号を取得する。温度センサ２１の検出信号から改質器１の内部の温度Ｔを特定する。ステップＳ１２において、温度Ｔが閾値温度ＴＨ以上かどうかを判断する。温度Ｔが閾値温度ＴＨ以上であれば、電気ヒータ５をオフにする（ステップＳ１３）。温度Ｔが閾値温度ＴＨ未満であれば、電気ヒータ５をオンにする（ステップＳ１４）。このようにすれば、改質器１の温度の低下を防止しつつ、電気ヒータ５による電力消費を抑制することができる。
【００５２】
温度Ｔは、温度センサ２１ａ，２１ｂ及び２１ｃ（図２）から選ばれる１つの温度センサによって検出された温度であってもよいし、温度センサ２１ａ，２１ｂ及び２１ｃによって検出された３つの温度における最も低い温度であってもよいし、３つの温度の平均値であってもよい。また、改質触媒４５、ＣＯ変成触媒４７及びＣＯ選択酸化除去触媒４９の中で原料ガスを最も吸着しやすい触媒の温度を温度Ｔとして取り扱ってもよい。
【００５３】
閾値温度ＴＨは、触媒へのガス（原料ガス又は空気）の吸着を十分に抑制できる温度であることが望ましい。閾値温度ＴＨは、例えば、１００〜１２０℃の範囲内に設定される。図５のフローチャートに示す制御は、先に説明した必須待機期間に実行されてもよいし、原料ガスのパージと電気ヒータ５の通電とを併用する場合に実行されてもよい。
【００５４】
（変形例）
燃料電池システム１００の一部は、水素生成装置として利用できる。図６に示すように、水素生成装置２００は、図１における燃料電池２が水素貯蔵設備３２に置き換えられたこと、酸化剤ガス供給経路１４が省略されたこと、燃料ガス排出経路１２が省略されたことを除き、燃料電池システム１００と同じ構成を有する。改質器１で生成された水素ガスは、液化され、液体水素が水素貯蔵設備３２に貯められる。水素貯蔵設備３２は、水素ガスを液化させるための液化器、液体水素を貯蔵するためのタンクなどを含む。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本明細書に開示された技術は、燃料電池システム、水素ステーション、水素製造プラントなどに有用である。本明細書に開示された技術は、特に、改質器の触媒として、原料ガスを吸着しやすい触媒を使用するときに有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１  改質器
２  燃料電池
４  燃焼器
５  電気ヒータ
６  ガス供給経路
７  弁
２１  温度センサ
３０  制御器
１００  燃料電池システム
２００  水素生成装置
【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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