(57)【要約】【課題】リサイクルガス流路の閉塞検知を確実に行うことができる水素生成装置、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムを提供すること。【解決手段】水添脱硫器１と、原料供給器２と、原料供給流路３と、改質器４と、燃料ガス流路５と、リサイクルガス流路６と、エジェクタ７と、圧力検知手段８と、制御器９とを備え、制御器９は、圧力検知手段８が検出する圧力値が、予め設定される第１所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置１００の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路と前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
前記原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段と、
制御器と
を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記圧力検知手段が検出する圧力値が、予め設定される第１所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する、
水素生成装置。
【請求項２】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路の前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
制御器と、
を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第２所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する、
水素生成装置。
【請求項３】
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁を備え、
前記制御器は、前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記圧力検知手段の検知する圧力値の変化量が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁を備え、
前記制御器は、前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記原料供給器の能力値又は消費電力の変化量が、予め設定される第４所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する、請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項５】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路と前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
前記原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段と、
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、
制御器と
を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記圧力検知手段の検知する圧力値の変化量が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する、
水素生成装置。
【請求項６】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路の前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、
制御器と、
を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第４所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する、
水素生成装置。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置から排出された燃料ガスと酸化剤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。
【請求項８】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路の前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
前記原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段と、
を備える水素生成装置の運転方法であって、
前記圧力検知手段が検出する圧力値が、予め設定される第１所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する、
水素生成装置の運転方法。
【請求項９】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路の前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
を備える水素生成装置の運転方法であって、
前記原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第２所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する、水素生成装置の運転方法。
【請求項１０】
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁を備え、
前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記圧力検知手段の検知する圧力値の変化量が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する、請求項３に記載の水素生成装置の運転方法。
【請求項１１】
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁を備え、
前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第４所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する、請求項４に記載の水素生成装置の運転方法。
【請求項１２】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路と前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
前記原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段と、
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、
を備える水素生成装置の運転方法であって、
前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記圧力検知手段の検知する圧力値の変化量が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する、
水素生成装置の運転方法。
【請求項１３】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
原料ガスを昇圧して前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、
前記原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路から分岐して前記改質器から排出された燃料ガスの一部を前記原料供
給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、
前記原料供給流路の前記リサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、
前記リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、
を備える水素生成装置の運転方法であって、
前記第１開閉弁を開閉させた場合の前記原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第４所定値以下であれば、異常と判定する、前記水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する、
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、水素生成装置、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システム、特に水添脱硫により原料ガス中の硫黄化合物を除去する水素生成装置、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとしての空気を用いて発電する。水素を供給するためのインフラは整備されていないため、通常、改質器を有する水素生成装置が、天然ガスまたはＬＰＧ等を原料にして改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する。
【０００３】
改質反応には、部分酸化、オートサーマル、水蒸気改質等の様々な方法がある。例えば、水蒸気改質反応は、原料となる天然ガスと水蒸気とをＮｉ系、またはＲｕ系といった貴金属系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした燃料ガスを生成するものである。
【０００４】
ここで、生成された燃料ガスの一部を原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路に設けられた閉塞検知部で、リサイクルガス流路の閉塞を検知する水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１５は、特許文献１に記載された従来の水素生成装置を示すもので、リサイクルガス流路６に閉塞検知部１１が設けられている。閉塞検知部１１は、温度検知器、圧力検知器、及び流量検知器の少なくとも一つから構成されている。リサイクルガス流路６に流れる水素を含む燃料ガスの温度、圧力、流量の少なくとも一つが、所定値もしくは所定範囲内を外れることを測定することでリサイクルガス流路６の閉塞を検知している。これにより、水添脱硫器１へ燃料ガスが適切に供給されるため、改質器４の内部にある改質触媒が、硫黄化合物で被毒して劣化することを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３―２１２９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、改質反応において触媒劣化を防ぐため、最低限必要な水蒸気量よりも多くの水蒸気を改質器におくるのが一般的である。その場合、燃料ガス中に水蒸気が多く含まれる。前記従来の構成では、リサイクルガス流路６を流れる燃料ガスの中には水蒸気が含まれているため、リサイクルガス流路６で凝縮水が生成され、凝縮水がリサイクルガス流路６に設けられている閉塞検知部１１に付着し、閉塞検知部１１がリサイクルガス流路６の閉塞を確実に検知できない恐れがあった。
【０００８】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リサイクルガス流路の閉塞検知を確実に行う水素生成装置及び燃料電池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】
【０００９】
上述した従来の課題を解決するために、第１の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供
給する原料供給器と、原料供給器と水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路とリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段と、制御器とを備える水素生成装置である。そして、制御器は、圧力検知手段が検出する圧力値が、予め設定される第１所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００１０】
これにより、圧力検知手段は、エジェクタよりも上流に配置されるため、水蒸気を含んだガスが圧力検知手段内を流れず、水蒸気の凝縮水による圧力の誤測定を防止し、正しく圧力を検知することができるため、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００１１】
第２の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供給する原料供給器と、原料供給器と水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路のリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、制御器と、を備える水素生成装置であって、制御器は、原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第２所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００１２】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。さらに、圧力検知手段が不要であるため、コストを下げることができる。
【００１３】
第３の発明の水素生成装置において、第１の本発明の水素生成装置に第１開閉弁を備え、制御器は、圧力検知手段が検出する圧力値が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００１４】
これにより、圧力検知手段は、エジェクタよりも上流に配置されるため、水蒸気を含んだガスが圧力検知手段内を流れず、水蒸気の凝縮水による圧力の誤測定を防止し、正しく圧力を検知することができるため、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００１５】
第４の発明の水素生成装置において、第２の本発明の水素生成装置に第１開閉弁を備え、制御器は、原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第４所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００１６】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００１７】
第５の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供給する原料供給器と、原料供給器と水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガ
ス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路とリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段と、リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、制御器とを備える水素生成装置である。そして、制御器は、第１開閉弁を開閉させた場合の圧力検知手段の検知する圧力値の変化量が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００１８】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００１９】
第６の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供給する原料供給器と、原料供給器と水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路のリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、制御器と、を備える水素生成装置である。そして、制御器は、第１開閉弁を開閉させた場合の原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第４所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００２０】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００２１】
第７の発明は、第１〜６の発明のいずれか１つの水素生成装置と、水素生成装置より供給される燃料ガスを用いて発電する発電装置とを備える。このような構成にすると、水素生成装置は適量の燃料ガスを触媒へ供給することができるため、安定した水添脱硫を行うことができる。水添脱硫が安定して行われると、発電装置の燃料である水素を安定して供給することができるため、長期間安定した発電を継続することができる。
【００２２】
第８の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供給する原料供給器と、原料供給器と前記水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路のリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段とを備える水素生成装置の運転方法である。そして、圧力検知手段が検出する圧力値が、予め設定される第１所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する。
【００２３】
これにより、圧力検知手段は、エジェクタよりも上流に配置されるため、水蒸気を含んだガスが圧力検知手段内を流れず、水蒸気の凝縮水による圧力の誤測定を防止し、正しく圧力を検知することができるため、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００２４】
第９の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供給する原料供給器と、原料供給器と水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガ
ス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路のリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、を備える水素生成装置の運転方法である。そして、原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第２所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する。
【００２５】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。さらに、圧力検知手段が不要であるため、コストを下げることができる。
【００２６】
第１０の発明は、第３の発明における、リサイクルガス流路の閉塞を検知する水素生成装置の運転方法である。圧力検知手段が検出する圧力値が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００２７】
これにより、圧力検知手段は、エジェクタよりも上流に配置されるため、水蒸気を含んだガスが圧力検知手段内を流れず、水蒸気の凝縮水による圧力の誤測定を防止し、正しく圧力を検知することができるため、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００２８】
第１１の発明は、第４の発明における、リサイクルガス流路の閉塞を検知する水素生成装置の運転方法である。原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第４所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止するよう制御する。
【００２９】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００３０】
第１２の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供給する原料供給器と、原料供給器と水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路とリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、原料供給流路の圧力を検知する圧力検知手段と、リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、を備える水素生成装置の運転方法である。そして、第１開閉弁を開閉させた場合の圧力検知手段の検知する圧力値の変化量が、予め設定される第３所定値以下であれば、異常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する。
【００３１】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【００３２】
第１３の発明の水素生成装置は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、原料ガスを昇圧して水添脱硫器に供給する原料供給器と、原料供給器と水添脱硫器の間に設置される原料供給流路と、水添脱硫器を通過した原料ガスと水蒸気とを反応させて水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス流路と、燃料ガス流路から分岐して改質器から排出された燃料ガスの一部を原料供給流路に流入する原料ガスに混合するためのリサイクルガス流路と、原料供給流路のリサイクルガス流路との合流部に配置されたエジェクタと、リサイクルガス流路に配置された第１開閉弁と、を備える水素生成装置の運転方法である。そして、第１開閉弁を開閉させた場合の原料供給器の能力値又は消費電力が、予め設定される第４所定値以下であれば、異
常と判定する、水素生成装置の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する。
【００３３】
これにより、リサイクルガス流路の閉塞を確実に検知することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の水素生成装置及び燃料電池システムによれば、従来に比べ、リサイクルガス流路の閉塞検知を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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】実施の形態１における水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャート
【図３】実施の形態１における水素生成装置の原料ガス流量と第１所定値の関係を示すグラフ
【図４】実施の形態１における水素生成装置の概略動作の他の例を示すフローチャート
【図５】実施の形態１における水素生成装置の原料ガス流量と、第３所定値の関係を示す図
【図６】実施の形態１における水素生成装置の構成の第１変形例を示すブロック図
【図７】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８】実施の形態２における可変容積型ポンプの圧力と流量の関係を示す図
【図９】実施の形態２における水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャート
【図１０】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】実施の形態３における定容積型ポンプの圧力と消費電力の関係を示す図
【図１２】実施の形態３における水素生成装置の概略動作の一例を示すフローチャート
【図１３】実施の形態３における原料供給流路の圧力差と第４所定値の関係を示すグラフ
【図１４】実施の形態４における水素生成装置の構成を示すブロック図
【図１５】従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、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場合がある。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（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。
【００３８】
図１に示すように、水添脱硫器１と、原料供給器２と、原料供給流路３と、改質器４と、燃料ガス流路５と、リサイクルガス流路６と、エジェクタ７と、圧力検知手段８と、制御器９と、第１開閉弁１０とを備えている。
【００３９】
水添脱硫器１は、改質器４に供給される原料ガス中の硫黄化合物を除去する。水添脱硫器１は、容器に水添脱硫用の脱硫剤が充填され構成される。水添脱流用の脱硫剤は、例えば、原料ガス中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成される。なお、水添脱硫用の脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒のみ
で構成されても構わない。
【００４０】
原料供給器２は、水添脱硫器１へ供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器と流量調整弁により構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器は、例えば、昇圧器にかかる負荷（圧力）の大きさによって吐出する流量が変わる可変容積型ポンプや、昇圧器にかかる負荷（圧力）の変動に影響を受けずに特定の流量を吐出する定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。また、原料ガスは、原料ガス供給源より供給される。原料ガス源は、所定の供給圧を有しており、例えば、原料ガスボンベ、原料ガスインフラ等が挙げられる。
【００４１】
原料供給流路３は、原料供給器２と水添脱硫器１の間に設けられる流路である。
【００４２】
改質器４は、原料ガスを用いて水素を含む燃料ガスを生成する。具体的には、改質器４内の改質触媒部（図示せず）において、原料ガスが改質反応して、水素を含む燃料ガスが生成される。原料ガスを水蒸気と反応させて、一酸化炭素と水素にする水蒸気改質方式を例に挙げると、図１には示されていないが、改質触媒部を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。なお、原料ガスは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の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ガスである。なお、水蒸気改質方式の改質器を用いて説明したが、この限りではなく、酸素と原料ガスの一部を反応させて一酸化炭素と水素を得る部分酸化方式や水蒸気改質方式と部分酸化方式を組み合わせたオートサーマル方式の改質器を用いても構わない。
【００４３】
燃料ガス流路５は、改質器４で生成された燃料ガスを外部の装置（例えば、燃料電池）に流すための流路である。
【００４４】
リサイクルガス流路６は、燃料ガス流路５を流れる燃料ガスの一部を原料供給流路３に供給するための流路である。リサイクルガス流路６の上流端は、燃料ガス流路５の経路の途中に接続されている。例えば、改質器４の下流に燃料ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器を設けた場合、リサイクルガス流路６の上流端は、改質器４とＣＯ低減器との間の流路に接続されていてもよいし、ＣＯ低減器に接続されていてもよいし、ＣＯ低減器の下流に接続されていてもよい。なお、ＣＯ低減器が、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器とを備える場合、燃料ガス流路５の上流端を変成器とＣＯ除去器との間の流路に接続するよう構成しても構わない。改質器４で生成され燃料ガス流路５を流れる燃料ガスは、水蒸気を多く含むため、リサイクルガス流路６に供給される燃料ガスも同様に水蒸気を多く含む。リサイクルガス流路６は、エジェクタ７（後述する）に接続される。
【００４５】
エジェクタ７は、エジェクタ７の内部で原料供給流路３を流れる原料ガスの流速を上げることで、リサイクルガス流路６から燃料ガスの一部を吸入し原料ガスと燃料ガスの一部とを混合して水添脱硫器１へ供給する。圧力検知手段８は、原料供給器２とエジェクタ７との間に設けられ、原料供給流路３を流れるガスの圧力を測定する。
【００４６】
制御器９は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００４７】
第１開閉弁１０は、リサイクルガス流路６に設けられていて、第１開閉弁１０を閉止することでリサイクルガス流路６内のリサイクルガスの流れを止めたり、第１開閉弁１０を開放することでリサイクルガス流路６内のリサイクルガスの流れを開始したりする。第１開閉弁１０は、電磁弁のように電力により駆動するものでもよいし、ガス圧により駆動するようなものでもよい。リサイクルガス流路６内の流路を閉止したり開放したりできるのであれば、第１開閉弁１０はいかなる構成でも構わない。
【００４８】
このように構成された水素生成装置１００の動作について、以下に説明する。
【００４９】
原料供給器２から排出された原料ガスは、リサイクルガス流路６を経由した燃料ガス（以下、リサイクルガス）と合流し、水添脱硫器１へ供給される。
【００５０】
水添脱硫器１へ供給されたリサイクルガスは改質器４に供給される原料ガス中の硫黄化合物を除去するために使用される。硫黄化合物が除去された原料ガスは、改質器４へ供給され、改質器４で水素を含む燃料ガスとなる。生成された燃料ガスは一部が、リサイクルガス流路６とエジェクタ７を介して循環するようになっている。
【００５１】
リサイクルガス流路６が閉塞していない場合、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４には原料供給器２から供給される所定の原料ガス流量とリサイクルガス流路６を経由したリサイクルガス流量を足した合計のガス流量が流れる。そのため、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４の圧力損失は、合計のガス流量が流れるときの第１圧力損失となる。一方、リサイクルガス流路６が閉塞していている場合、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４には原料供給器２から供給される所定の原料ガス流量のみが流れる。そのため、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４の圧力損失は、原料ガス流量が流れるときの第２圧力損失となる。このとき、第１圧力損失＞第２圧力損失の関係がある。
【００５２】
エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４の圧力損失が大きくなると、圧力検知手段８が測定する圧力は、大きくなり、一方、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４の圧力損失が小さくなると、圧力検知手段８が測定する圧力は、小さくなる。
【００５３】
図２は、本実施の形態１の水素生成装置１００のリサイクルガス流路６の閉塞検知の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器９の制御によって実行される。
【００５４】
まず、水素生成装置１００は、第１開閉弁１０が開いた状態で、改質器４で水素を含む燃料ガスを生成し、リサイクルガス流路６にはリサイクルガスが流れている（スタート）。
【００５５】
図２に示すように、制御器９は、圧力検知手段８が検知した圧力値を取得する（Ｓ１０１）。次に、制御器９は、圧力検知手段８が検知した圧力値が予め定められる第１所定値以下であるか比較する（Ｓ１０２）。圧力検知手段８が検知した圧力値が予め定められる第１所定値以下であれば（Ｓ１０２でＹｅｓ）、制御器９は、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定し、異常をユーザーに報知する（Ｓ１０３）。なお、これに限らず、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定する、水素生成装置１００の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する動作を１つ実行すればよく、本実施の形態で記載した組み合わせに限らない。圧力検知手段８が検知した圧力値が予め定められる第１所定値より大きければ（Ｓ１０２でＮｏ）、制御器９は、Ｓ１０２とＳ１０１を繰り返す。
【００５６】
Ｓ１０３は、具体的には、制御器９が、記憶部（図示せず）に記憶された原料ガス流量と、リサイクルガス流路６が閉塞している時の原料供給流路３の圧力値である第１所定値の対応関係を示すグラフを参照し、圧力検知手段８が取得した圧力値と比較する。
【００５７】
第１所定値は、リサイクルガス流路６が閉塞していない時の原料供給流路３の圧力と、リサイクルガス流路６が閉塞した時の原料供給流路３の圧力の間の値である。
【００５８】
図３は、原料ガス流量と、原料供給流路３の圧力値である第１所定値の対応関係を示すグラフである。原料ガス流量をＱ，原料供給流路３の圧力値をＰとする。一般的に所定の流路を通過するガス流量が増大、減少するとそれに応じて所定の流路の圧力損失も増大、減少する。そのため、リサイクルガス流路６が閉塞しているか、閉塞していないかを判断する第１の所定値もエジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４を通過する原料ガス流量の増大、減少にあわせて増大、減少するように設定するのが良い。
リサイクルガス流路６が閉塞していない場合、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４には原料供給器２から供給される所定の原料ガス流量とリサイクルガス流路６を経由したリサイクルガス流量を足した合計のガス流量が流れる。一方、リサイクルガス流路６が閉塞していている場合、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４には原料供給器２から供給される所定の原料ガス流量のみが流れる。そのため、リサイクルガス流路６が閉塞していている場合、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４を流れるガス流量は減少する。
【００５９】
エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４を流れるガス流量が小さくなると、圧力検知手段８が測定する圧力は、小さくなる。原料供給器２が、所定の原料ガス流量（例えばＱ１）を供給しているとき、リサイクルガス流路６が閉塞していない場合の原料供給流路３の圧力値はＰ１となり、リサイクルガス流路６が閉塞している場合、原料供給流路３の圧力値はＰ２となり、圧力が低下する。つまり、原料供給流路３の圧力値はＰ２以下となる場合、リサイクルガス流路６は閉塞している。制御器９は、圧力検知手段８が検知した圧力値が、ある原料流量において、第１所定値以下である場合、リサイクルガス流路６の閉塞を検知する。ただし、これに限らず、原料ガスとリサイクルガスの混合ガス流量と原料供給流路３の第１所定値の対応関係を示すグラフでもよいし、同等の対応関係を示すことができるガス流量と第１所定値の関係グラフであればよい。
【００６０】
また、第１所定値は、原料ガス流量、原料ガスとリサイクルガスの混合ガス流量、又はそれらに相当するガス流量に応じて、変動しているが、それに限らず、ガス流量と圧力のテーブルでもよいし、固定値でもよい。
【００６１】
本実施の形態における水素生成装置１００の構成をとると、リサイクルガス流路６の閉塞を確実に検知することができる。なお、リサイクルガス流路６の閉塞とは、リサイクルガスの流れが完全に塞がれていると定義してもよいし、リサイクルガス流路６の少なくとも一部が塞がれ、リサイクルガスの流量が閉塞していない場合に比べ、低下している状態と定義してもよい。つまり、どの程度のリサイクルガス流路６の閉塞を検知するかは、適宜設定される。
【００６２】
さらに、圧力検知手段８は、エジェクタ７よりも上流に配置されるため、水蒸気を含んだガスが圧力検知手段８内を流れず、水蒸気の凝縮水による圧力の誤測定を防止し、正しく圧力を検知することができる。
【００６３】
次に、第１開閉弁を閉止しリサイクルガス流路６の閉塞を検知する運転方法について、図４を用いて説明する。
【００６４】
図４は、本実施の形態１の水素生成装置１００における第１開閉弁１０を閉止し、リサイクルガス流路６の閉塞検知の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器９の制御によって実行される。
【００６５】
まず、水素生成装置１００は、第１開閉弁１０が解放された状態で、改質器４で水素を含む燃料ガスを生成し、リサイクルガス流路６にはリサイクルガスが流れている（スタート）。
【００６６】
図４に示すように、制御器９は、圧力検知手段８が検知した第１圧力値を取得する（Ｓ２０１）。次に、制御器９は、第１開閉弁１０を閉止させ（Ｓ２０２）、圧力検知手段８が検知した第２圧力値を取得する（Ｓ２０３）。その後、Ｓ２０３で取得した第２圧力値とＳ２０１で取得した第１圧力値との圧力差が、予め定められる第３所定値以下であるか比較する（Ｓ２０４）。Ｓ２０３で取得した第２圧力値とＳ２０１で取得した第１圧力値との圧力差、が予め定められる第３所定値以下であれば（Ｓ２０４でＹｅｓ）、制御器９は、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定する、水素生成装置１００の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する（Ｓ２０５）。制御器９は、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定し、例えば、改質器４の昇温動作及び改質器４での燃料ガスの生成動作を停止させ、水素生成装置１００の運転を停止させてもよい。なお、これに限らず、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定する、水素生成装置１００の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する動作を１つ実行すればよく、本実施の形態で記載した組み合わせに限らない。
【００６７】
Ｓ２０３で取得した第２圧力値とＳ２０１で取得した第１圧力値との圧力差が、予め定められる第３所定値より大きければ（Ｓ２０４でＮｏ）、制御器９は、Ｓ２０６へ移行し、第１開閉弁１０を開放する。その後、Ｓ２０１へ戻り、リサイクルガス流路６の閉塞検知動作を行う。なお、制御器９は、Ｓ２０６からＳ２０１の動作を数回繰り返してもよいし、定期的に繰り返しても、また、一度のみ行ってもよい。
【００６８】
Ｓ２０３は、具体的には、制御器９が、記憶部（図示せず）に記憶された原料ガス流量と、第１開閉弁１０を閉じたときの原料供給流路３の第１圧力値と、第１開閉弁１０を解放したときの原料供給流路３の第２圧力値の圧力差の対応関係を示すテーブルを参照し、圧力検知手段８が取得した圧力値と比較する。
【００６９】
第３所定値は、第１開閉弁１０を閉じたときの原料供給流路３の第１圧力値と、第１開閉弁１０を解放したときの原料供給流路３の第２圧力値の圧力差である。第３所定値は、リサイクルガス流路６が閉塞していない時の原料供給流路３の圧力差と、リサイクルガス流路６が閉塞した時の原料供給流路３の圧力差の間の値である。
【００７０】
図５は、原料ガス流量と、第１開閉弁１０を閉じたときの原料供給流路３の第１圧力値と第１開閉弁１０を解放したときの原料供給流路３の第２圧力値の圧力差である第３所定値の対応関係を示すテーブルである。原料ガス流量をＱ，第１開閉弁１０を閉じたときの原料供給流路３の第１圧力値と第１開閉弁１０を解放したときの原料供給流路３の第２圧力値の圧力差をΔＰとする。圧力検知手段８が検知した第２圧力値と第１圧力値の圧力値差ΔＰが、ある原料ガス流量において、第３所定値以下である場合、リサイクルガス流路６は閉塞している。例えば、原料ガス流量がＱ２からＱ３の間である場合において、圧力検知手段８が検知した第２圧力値と第１圧力値の圧力値差ΔＰが、ΔＰ２以下であれば、リサイクルガス流路６は閉塞している。ただし、テーブルは、これに限らず、原料ガスとリサイクルガスの混合ガス流量と第３所定値の対応関係を示すテーブルでもよいし、同等の対応関係を示すことができるガス流量と第３所定値の関係テーブルであればよい。
【００７１】
また、第３所定値は、原料ガス流量、原料ガスとリサイクルガスの混合ガス流量、又はそれらに相当するガス流量に応じて、テーブルを有するが、それに限らず、ガス流量と圧力差のグラフでもよいし、固定値でもよい。
【００７２】
本実施の形態における水素生成装置１００の構成をとると、第１開閉弁の開閉のタイミングでリサイクルガス流路６の閉塞を検知することができるため、閉塞検知を実施したいタイミングで確実にリサイクルガス流路６の閉塞を検知することができる。
【００７３】
（変形例１）
図６は、実施の形態１における水素生成装置１００の第１変形例を示すブロック図である。圧力検知手段８が、エジェクタ７の下流に配置される点が図１に示す水素生成装置１００と異なる。
【００７４】
圧力検知手段８が、エジェクタ７の下流に配置されるため、圧力検知手段８は、エジェクタ７の圧力損失は見られなくなるが、圧力検知手段８は、水添脱硫器１と改質器４の圧力損失の変化を検知することができるため、リサイクルガス流路６の閉塞検知において、図１に示す水素生成装置１００と同等の効果が得られる。
【００７５】
本実施の形態における水素生成装置１０１の構成をとると、リサイクルガス流路６の閉塞を確実に検知することができる。なお、リサイクルガス流路６の閉塞とは、リサイクルガスの流れが完全に塞がれていると定義してもよいし、リサイクルガス流路６の少なくとも一部が塞がれ、リサイクルガスの流量が閉塞していない場合に比べ、低下している状態と定義してもよい。つまり、どの程度のリサイクルガス流路６の閉塞を検知するかは、適宜設定される。
【００７６】
さらに、エジェクタ７の下流に配置される構成をとると、水蒸気を含むリサイクルガスと乾燥している原料ガスの混合ガスの圧力を測定するため、リサイクルガス流路６内の圧力を測定するよりも、水蒸気の凝縮水による圧力の誤測定を抑えることができ、正しく圧力を検知することができる。
【００７７】
（実施の形態２）
実施の形態２における水素生成装置の構成について図７を用いて説明する。図７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。なお、実施の形態１と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００７８】
図７に示す水素生成装置１０２においては、制御器９が、原料供給器２の能力値に基づいて、リサイクルガス流路６の閉塞を検知する点で実施の形態１と異なっている。
【００７９】
原料供給器２の能力値とは、原料供給器２に印加する直流電圧、  直流電流などで、所定のガス流量を排出するために、制御器９から原料供給器２に与えられる制御入力信号のことである。
【００８０】
本実施の形態における水素生成装置１０２を構成する各機器の動作は、実施の形態１と同様であるため説明を省略するが、制御器９が、原料供給器２の能力値に基づいて、リサイクルガス流路６の閉塞を検知する動作が異なる。
【００８１】
図８は、原料供給器２が原料供給流路３の圧力により吐出する流量が変化する可変容積型ポンプである場合の圧力（Ｐ）と流量（Ｑ）の関係を示している。図８を用いて、原料供給器２の能力値又は消費電力に基づいてリサイクルガス流路６の閉塞を検知する方法について説明する。
【００８２】
原料供給流路３の圧力により吐出する流量が変化する可変容積型ポンプを用いる場合、圧力（Ｐ）と流量（Ｑ）の関係は、リサイクルガス流路６の閉塞により、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４の圧力損失が小さくなるため、原料供給流路３の圧力が低下する
。このとき、同じの能力値では、流量が流れすぎるため、能力値は低下する。さらに、リサイクルガス流路６が閉塞していない場合の原料供給流路３の圧力をＰ２とすると、リサイクルガス流路６が閉塞している場合、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４にはリサイクルガスが流れず、若しくはリサイクルガス流量が減少し、原料ガスとの混合ガス流量が減少するため、エジェクタ７と水添脱硫器１と改質器４の圧力損失は低下し、原料供給流路３の圧力はＰ１となる（Ｐ１＜Ｐ２の関係がある）。原料供給器２が同じ原料ガス流量Ｑ１を流すとき、原料供給流路３の圧力はＰ２からＰ１へ減少するため、原料供給器２の能力値は、それに伴い低下する。
【００８３】
図９は、本実施の形態２の水素生成装置１０２のリサイクルガス流路６の閉塞検知の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器９の制御によって実行される。
図９に示すように、制御器９は、原料供給器２の能力値を取得する（Ｓ３０１）。次に、制御器９は、取得した原料供給器２の能力値が予め定められる第２所定値以下であるか比較する（Ｓ３０２）。取得した原料供給器２の能力値が予め定められる第２所定値以下であれば（Ｓ３０２でＹｅｓ）、制御器９は、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定する、水素生成装置１０２の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する（Ｓ３０３）。制御器９は、リサイクルガス流路６が閉塞していると報知し、例えば、改質器４の昇温動作及び改質器４での燃料ガスの生成動作を停止させ、水素生成装置１０２の運転を停止させてもよい。なお、これに限らず、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定する、水素生成装置１０２の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する動作を１つ実行すればよく、本実施の形態で記載した組み合わせに限らない。
【００８４】
取得した原料供給器２の能力値又は消費電力が予め定められる第２所定値より大きければ（Ｓ３０２でＮｏ）、制御器９は、Ｓ３０２とＳ３０１を繰り返す。
【００８５】
Ｓ３０３は、具体的には、制御器９が、具体的には、制御器９が、記憶部（図示せず）に記憶されたある閉塞時の原料供給器２の第２所定値を参照し、制御器９が取得した能力値と比較する。
【００８６】
第２所定値は、リサイクルガス流路６が閉塞していない時の原料供給器２の能力値と、リサイクルガス流路６が閉塞した時の原料供給器２の能力値の間の値である。ただし、第２所定値は固定値に限らず、あるガス流量における原料供給器２の能力値のテーブルでもよいし、グラフでも良い。
【００８７】
本実施の形態における水素生成装置１０２の構成をとると、リサイクルガス流路６の閉塞を確実に検知することができる。さらに、圧力検知手段８が不要であるため、コストを下げることができる。
【００８８】
（実施の形態３）
実施の形態３における水素生成装置の構成について図１０を用いて説明する。図１０は、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。なお、実施の形態２と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。
【００８９】
図１０に示す水素生成装置１０３においては、リサイクルガス流路６に第１開閉弁１０が設けられている点で実施の形態２と異なっている。
【００９０】
本実施の形態における水素生成装置１０３を構成する各機器の動作は、実施の形態２と同様であるため説明を省略するが、制御器９が、第１開閉弁１０を開閉したときの原料供給器２の検知する消費電力の変化量により、リサイクルガス流路６の閉塞を検知する動作が異なる。
【００９１】
図１１は、原料供給器２が定容積型ポンプである場合の圧力（Ｐ）と消費電力（Ｗ）の関係を示している。図１１を用いて、原料供給器２の消費電力に基づいてリサイクルガス流路６の閉塞を検知する方法について説明する。原料供給器２が定容積型ポンプである場合、原料供給器２が同じ原料ガス流量を流すとき、原料供給流路３の圧力がＰ２からＰ１へ減少すると、原料供給器２の消費電力は、それに伴い低下する。
【００９２】
図１２は、本実施の形態３の水素生成装置１０３における第１開閉弁１０を閉止し、リサイクルガス流路６の閉塞検知の動作を示すフローチャートである。この動作は制御器９の制御によって実行される。
【００９３】
まず、水素生成装置１０３は、第１開閉弁１０を解放し、改質器４で水素を含む燃料ガスを生成し、リサイクルガス流路６にはリサイクルガスが流れている（スタート）。
【００９４】
図１２に示すように、制御器９は、原料供給器２の第１消費電力を取得する（Ｓ４０１）。次に、制御器９は、第１開閉弁１０を閉止させ（Ｓ４０２）、原料供給器２の第２消費電力を取得する（Ｓ４０３）。その後、Ｓ４０３で取得した第２消費電力とＳ４０１で取得した第１消費電力との変化量が、予め定められる第４所定値以下であるか比較する（Ｓ４０４）。
【００９５】
Ｓ４０３で取得した第２消費電力とＳ４０１で取得した第１消費電力との変化量が、予め定められる第４所定値以下であれば（Ｓ４０４でＹｅｓ）、制御器９は、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定する、水素生成装置１０３の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する（Ｓ４０５）。制御器９は、水素生成装置１０３の状態を報知し、例えば、改質器４の昇温動作及び改質器４での燃料ガスの生成動作を停止させ、水素生成装置１０３の運転を停止させてもよい。なお、これに限らず、リサイクルガス流路６が閉塞していると判定する、水素生成装置１０３の状態若しくは異常を報知する、又は運転を停止する動作を１つ実行すればよく、本実施の形態で記載した組み合わせに限らない。Ｓ４０３で取得した第２消費電力とＳ４０１で取得した第１消費電力との変化量が、予め定められる第４所定値より大きければ（Ｓ４０４でＮｏ）、制御器９は、Ｓ４０６へ移行し、第１開閉弁１０を開放する。その後、Ｓ４０１へ戻り、リサイクルガス流路６の閉塞検知動作を行う。なお、制御器９は、Ｓ４０６からＳ４０１の動作を数回繰り返してもよいし、定期的に繰り返しても、また、一度のみ行ってもよい。
【００９６】
Ｓ４０４は、具体的には、制御器９が、記憶部（図示せず）に記憶されたリサイクルガス流路６が閉塞している時の原料供給器２の消費電力と、リサイクルガス流路６が閉塞してない時の原料供給器２の消費電力の差の対応関係を示すグラフを参照し、第１開閉弁１０を閉じたときの原料供給器２の第１消費電力と、第１開閉弁１０を解放したときの原料供給器２の第２消費電力の差と比較する。
【００９７】
第４所定値は、リサイクルガス流路６が閉塞した時の原料供給器２の消費電力と、リサイクルガス流路６が閉塞していない時の原料供給記の消費電力の差の間の値である。
【００９８】
図１３は、第１開閉弁１０を閉じたときの原料供給器２の第１消費電力と、第１開閉弁１０を解放したときの原料供給器２の第２消費電力の差（ΔＷ）と、第１開閉弁１０を閉じたときの原料供給流路３の圧力と、第１開閉弁１０を解放したときの原料供給流路３の圧力の差（ΔＰ）を示すグラフである。原料供給器２が検知した第２消費電力と第１消費電力の差が、第４所定値以下である場合、リサイクルガス流路６は閉塞している。ただし、第４所定値はグラフに限らず、原料供給流路３の圧力差（ΔＰ）における原料供給器２の消費電力差のテーブルでもよいし、固定値でも良い。
【００９９】
本実施の形態における水素生成装置１０３の構成をとると、リサイクルガス流路６の閉塞を確実に検知することができる。
【０１００】
（実施の形態４）
実施の形態４における燃料電池システムの構成について図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の実施の形態４における水素生成装置の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１〜３と同様の構成要素については同一符号を付与し、その説明はここでは省略する。図４に示す燃料電池システム３００においては、水素生成装置１０４から排出された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池２００をさらに備えている点で実施の形態１〜３と異なっている。
【０１０１】
燃料電池２００は、水素生成装置１０４から排出された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する。燃料電池２００は、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）または、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等を用いることができる。
【０１０２】
実施の形態１から実施の形態４のいずれかの水素生成装置１０４は適量の水素を含んだ燃料ガスを触媒へ供給することができるため、安定した水添脱硫を行うことができる。
【０１０３】
本実施の形態における燃料電池システム３００の構成をとると、水添脱硫が安定して行われ、燃料電池２００の燃料である水素を安定して供給することができるため、長期間安定した発電を継続することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の水素生成装置、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムは、従来よりもリサイクルガス流路の閉塞検知を正確に行うことができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  水添脱硫器
２  原料供給器
３  原料供給流路
４  改質器
５  燃料ガス流路
６  リサイクルガス流路
７  エジェクタ
８  圧力検知手段
９  制御器
１０  第１開閉弁
１１  閉塞検知部
１００  水素生成装置
１０１  水素生成装置
１０２  水素生成装置
１０３  水素生成装置
１０４  水素生成装置
２００  燃料電池
３００  燃料電池システム
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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