(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料中の硫黄化合物を除去する脱硫触媒を備え、前記脱硫触媒が第１熱源により加熱可能に配置されている、脱硫器と、
前記脱硫器を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
所定部位の前記脱硫触媒の温度を検知する第１温度検知器と、
前記所定部位よりも前記第１熱源から遠い部位の前記脱硫触媒の温度を検知する第２温度検知器と、
前記第１温度検知器および前記第２温度検知器の検知結果に基づいて前記第１熱源による前記脱硫触媒の加熱を制御する制御器と、
を備えた、水素生成装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記第２温度検知器により検知される温度が第１閾値以上になると、前記第１熱源による加熱量を低下させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記第１温度検知器により検知される温度が第２閾値以上になると、前記第１熱源による加熱量を低下させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記第２温度検知器により検知される温度が第３閾値以下になると、前記第１熱源による加熱量を上昇させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記第１温度検知器により検知される温度が第４閾値以下になると、前記第１熱源による加熱量を上昇させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記制御器は、
前記水素生成装置の起動において、前記第１熱源により前記脱硫触媒を加熱しているとき、前記第２温度検知器により検知される温度に基づいて前記第１熱源による加熱量を制御し、
前記水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときは、前記第１温度検知器により検知される温度に基づいて前記第１熱源による加熱量を制御する、
請求項１、２、４、５のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記脱硫器は、前記第１温度検知器よりも前記第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、
前記制御器は、
前記水素生成装置の起動において、前記第１熱源により前記脱硫触媒を加熱しているとき、前記第１熱源による前記脱硫器の加熱量を前記第２熱源による前記脱硫器の加熱量よりも大きくし、
前記水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときは、前記第２熱源による前記脱硫器の加熱量を前記第１熱源による前記脱硫器の加熱量よりも大きくする、
請求項１または６に記載の水素生成装置。
【請求項８】
さらに、前記脱硫触媒を冷却可能な位置に配置された冷却器を備え、
前記脱硫器は、前記第１温度検知器よりも前記第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、
前記制御器は、前記第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、前記冷却器を動作させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記制御器は、前記第２温度検知器により検知される温度が第１閾値以上になると、前記第１熱源による加熱量を低下させ、かつ、前記第２温度検知器により検知される温度が前記第１閾値よりも小さい第３閾値以下になると、前記第１熱源による加熱量を増加させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記制御器は、前記第１温度検知器により検知される温度が第２閾値以上になると、前記第１熱源による加熱量を低下させ、かつ、前記第１温度検知器により検知される温度が前記第２閾値よりも小さい第４閾値以下になると、前記第１熱源による加熱量を増加させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記制御器は、前記第１温度検知器により検知される温度が第２閾値以上になると、前記第１熱源による加熱量を低下させ、かつ、前記第２温度検知器により検知される温度が第３閾値以下になると、前記第１熱源による加熱量を増加させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記脱硫器は、前記第１温度検知器よりも前記第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、
前記制御器は、前記第２温度検知器により検知される温度が第６閾値以上になると、前記第２熱源による加熱量を低下させ、かつ、前記第２温度検知器により検知される温度が前記第６閾値よりも小さい第７閾値以下になると、前記第２熱源による加熱量を増加させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１３】
さらに、前記脱硫触媒を冷却可能な位置に配置された冷却器を備え、
前記脱硫器は、前記第１温度検知器よりも前記第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、
前記制御器は、前記第２温度検知器により検知される温度が第８閾値以下になると、前記第２熱源による加熱量を増加させ、かつ、前記第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、前記冷却器を動作させる、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１４】
前記第１熱源は、電気ヒータである、請求項１−１３のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１５】
前記第２熱源は、前記改質器である、請求項７、８、１２、１３のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置から供給される水素含有ガス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、水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムに関する。より詳しくは、脱硫器を備えた水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、中空形状の容器内に原料ガス中に含まれる硫黄化合物を吸着する触媒を有している脱硫器と、前記脱硫器を通過した原料ガスと水とを用いて改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記脱硫器を加熱するヒータと、を有し、前記脱硫器は、前記改質部の外側に前記改質部と隙間を空けて配置され、前記ヒータは、前記脱硫器の外表面の内壁に沿って螺旋形状に形成されるとともに、前記改質部と隙間を空けて配置される、水素生成装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０８２０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水素生成装置では、脱硫触媒の温度を適切な範囲に保つことが困難な場合があった。【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、脱硫触媒の温度を適切な範囲に保つことをより容易とする水素生成装置及びこれを備える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】
【０００６】
本発明による水素生成装置の一態様は、原料中の硫黄化合物を除去する脱硫触媒を備え、前記脱硫触媒が第１熱源により加熱可能に配置されている、脱硫器と、前記脱硫器を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、所定部位の前記脱硫触媒の温度を検知する第１温度検知器と、前記所定部位よりも前記第１熱源から遠い部位の前記脱硫触媒の温度を検知する第２温度検知器と、前記第１温度検知器および前記第２温度検知器の検知結果に基づいて前記第１熱源による前記脱硫触媒の加熱を制御する制御器と、を備える。【０００７】
本発明による燃料電池システムの一態様は、上記水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、脱硫触媒の温度を適切な範囲に保つことをより容易とする水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、第２実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第３実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第４実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第５実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第５実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第７実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、第７実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第８実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、第８実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第９実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、第１０実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、第１１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
水添脱硫触媒の温度を適切な範囲に保つべく、鋭意検討が加えられた。その結果、以下の知見が得られた。
【００１１】
特許文献１に記載される水素生成装置では、起動時に使用するヒータからの熱を効率的に水添脱硫器に伝えることで、起動時間の短縮化とヒータの高耐久化を実現する。
【００１２】
上記従来の水素生成装置では、水添脱硫触媒を適温に保つことが困難となる場合がある。検討した結果、かかる課題が生じる原因は、水添脱硫器の温度検知部が一箇所であるために、水添脱硫触媒のうち、低温になりやすい部位もしくは高温になりやすい部位の温度を測定することができないためであることが判明した。そして、水添脱硫触媒の複数の部位にそれぞれ温度検出器を配置し、該温度検出器の検出結果に基づいて水添脱硫触媒の加熱を制御することに想到した。
【００１３】
かかる構成は水添脱硫触媒を用いる脱硫器のみならず、常温よりも高温で使用される他の脱硫触媒を用いる脱硫器についても同様に有効である。
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ、各実施形態について説明する。各実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例である。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より望ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。
【００１５】
（第１実施形態）
第１実施形態の水素生成装置は、原料中の硫黄化合物を除去する脱硫触媒を備え、脱硫触媒が第１熱源により加熱可能に配置されている、脱硫器と、脱硫器を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、所定部位の脱硫触媒の温度を検知する第１温度検知器と、所定部位よりも第１熱源から遠い部位の脱硫触媒の温度を検知する第２温度検知器と、第１温度検知器および第２温度検知器の検知結果に基づいて第１熱源による脱硫触媒の加熱を制御する制御器と、を備える。
【００１６】
かかる構成では、脱硫触媒の温度を適切な範囲に保つことがより容易となる。
【００１７】
［装置構成］
図１は、第１実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。以下、図１を参照しつつ、第１実施形態にかかる水素生成装置１００について説明する。
【００１８】
図１に示す例では、水素生成装置１００は、第１熱源１０と、脱硫器１２と、第１温度検知器１６と、第２温度検知器１８と、改質器２０と、制御器３０と、を備えている。
【００１９】
脱硫器１２は、原料中の硫黄化合物を除去する脱硫触媒１４を備える。脱硫器１２は、例えば、改質器に供給される原料ガス中の硫黄化合物を、常温よりも高い温度（例えば、２００℃〜４００℃）で水添反応を用いて硫黄化合物を除去する。脱硫器１２は、水添脱硫器に限定されず、常温よりも高温で使用される脱硫器であれば、他の脱硫器であってもよい。例えば、固体酸系脱硫剤を含む脱硫触媒が充填された脱硫器でもよいし、加温吸着脱硫剤を含む脱硫触媒が充填された脱硫器でもよい。脱硫器１２は、例えば、容器に脱硫触媒１４が充填され構成される。
【００２０】
原料は、例えば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧなどの少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガス、灯油、及びメタノール、エタノール等のアルコールとすることができる。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭などに供給されるガスをいう。
【００２１】
脱硫触媒１４は、第１熱源１０により加熱可能に配置されている。具体的には例えば、脱硫器１２の容器の壁を挟むように、脱硫触媒１４と第１熱源１０とが壁に隣接して配置されている。
【００２２】
脱硫触媒１４は、水添脱硫触媒である。脱硫触媒１４は、例えば、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（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系触媒、及び、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系触媒等）が用いられる。脱硫触媒１４は、本例に限定されるものではなく、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系触媒とで構成してもよい。脱硫触媒１４は、常温よりも高温で使用される脱硫触媒であれば、他の触媒であっても構わない。脱硫触媒１４は、例えば、固体酸系脱硫剤（ルイス酸系脱硫剤、アルミナ系脱硫剤等：特開２０１０−１３８０１３号公報参照）でもよいし、加温吸着脱硫剤（遷移金属系脱硫剤、Ｎ ｉ 系脱硫剤、Ｃ ｕ 系脱硫剤等：特開２００６−１１１７６６号公報参照）でもよい。
【００２３】
硫黄化合物は、付臭成分として人為的に原料へ添加されるものであってもよいし、原料自体に由来する天然の硫黄化合物であってもよい。具体的には、ターシャリブチルメルカプタン（ＴＢＭ：tertiary-butylmercaptan）、ジメチルスルフィド（ＤＭＳ：dimethyl sulfide）、テトラヒドロチオフェン（ＴＨＴ：Tetrahydrothiophene）、硫化カルボニル（ＣＯＳ：carbonyl sulfide）、硫化水素（hydrogen sulfide）等が例示される。
【００２４】
第１熱源１０は、脱硫触媒１４を加熱可能に配置されている。第１熱源１０としては、例えば、電気ヒータとすることができる。その他、第１熱源１０としては、燃焼用燃料と燃焼用空気とから燃焼排ガスを発生させる燃焼器等を用いることができる。
【００２５】
第１温度検知器１６は、所定部位の脱硫触媒１４の温度を検知する。所定部位は、例えば、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、脱硫触媒１４のうち相対的に高温となりやすい部位としうる。所定部位は、例えば、水素生成装置１００の起動において第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに脱硫触媒１４のうち最も高温となりやすい部位であってもよいし、水素生成装置１００の起動において第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに脱硫触媒１４のうち平均よりも温度が高くなる部位であってもよい。
【００２６】
所定部位は、例えば、脱硫触媒１４のうち、第１熱源１０のみによって脱硫触媒１４を加熱した場合に最も高温となりやすい部位としうる。所定部位は、例えば、脱硫触媒１４のうち、第１熱源１０に最も近い部位としうる。第１熱源１０の温度が一様でない場合において、所定部位は、例えば、脱硫触媒１４のうち、第１熱源１０のうち最も温度が高くなる部位に隣接する部位としうる。
【００２７】
脱硫器１２の容器が、互いに対向する第１壁面と第２壁面とを備え、かつ、第１熱源１０が脱硫器１２の第１壁面に隣接して設けられている場合、第１温度検知器１６は、例えば、脱硫器１２の第２壁面に比べて第１壁面に近い側に配置されうる。脱硫器１２は、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、主に第１熱源１０によって加熱されるため、第２壁面に比べて第１壁面の方が高温になり易い。第１温度検知器１６が第１壁面に近い側に配置されるため、脱硫器１２の高温側の温度を検知することができる。なお、第１温度検知器１６は、図１では脱硫器１２の上部に配置されているが、例えば、脱硫器１２の中部および下部等に配置してもよい。第１温度検知器１６としては、例えば、熱電対、及び、サーミスタ等を用いることができる。
【００２８】
第２温度検知器１８は、所定部位（第１温度検知器１６が温度を検知する部位）よりも第１熱源１０から遠い部位の脱硫触媒１４の温度を検知する。所定部位よりも第１熱源１０から遠い部位とは、例えば、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、脱硫触媒１４のうち相対的に低温となりやすい部位としうる。所定部位よりも第１熱源１０から遠い部位は、例えば、水素生成装置１００の起動において第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに脱硫触媒１４のうち最も低温となりやすい部位であってもよいし、水素生成装置１００の起動において第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに脱硫触媒１４のうち平均よりも温度が低くなる部位であってもよい。所定部位よりも第１熱源１０から遠い部位は、例えば、脱硫触媒１４の温度が低温になりやすい脱硫器１２の入口付近の部位としうる。脱硫器１２の入口付近は、脱硫器１２に供給される原料が低温であるため、低温になりやすい。
【００２９】
所定部位よりも第１熱源１０から遠い部位は、例えば、脱硫触媒１４のうち、第１熱源１０のみによって脱硫触媒１４を加熱した場合に最も低温となりやすい部位としうる。所定部位よりも第１熱源１０から遠い部位は、例えば、脱硫触媒１４のうち、第１熱源１０から最も遠い部位としうる。第１熱源１０の温度が一様でない場合において、所定部位よりも第１熱源１０から遠い部位は、例えば、脱硫触媒１４のうち、第１熱源１０のうち最も温度が高くなる部位から最も遠い部位としうる。
【００３０】
脱硫器１２の容器が、互いに対向する第１壁面と第２壁面とを備え、かつ、第１熱源１０が脱硫器１２の第１壁面に隣接して設けられている場合、第２温度検知器１８は、例えば、脱硫器１２の第１壁面に比べて第２壁面に近い側に配置されうる。脱硫器１２は、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、主に第１熱源１０によって加熱されるため、第１壁面に比べて第２壁面の方が低温になり易い。第２温度検知器１８が第２壁面に近い側に配置されるため、脱硫器１２の低温側の温度を検知することができる。なお、第２温度検知器１８は、図１では脱硫器１２の下部に配置されているが、例えば、脱硫器１２の中部および上部等に配置してもよい。第２温度検知器１８としては、例えば、熱電対、及び、サーミスタ等を用いることができる。
【００３１】
改質器２０は、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる。改質器２０が進行させる改質反応は、いずれの形態であってもよい。具体的には例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。各改質反応において必要となる機器は適宜設けられうる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質器を加熱する燃焼器、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うる。改質反応がオートサーマル反応であれば、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器が設けられうる。
【００３２】
制御器３０は、第１温度検知器１６および第２温度検知器１８の検知結果に基づいて第１熱源１０による脱硫触媒１４の加熱を制御する。制御器３０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。
【００３３】
第１熱源１０による脱硫触媒１４の加熱量を制御するとき、第１熱源の温度は変化する。例えば、第１熱源１０の加熱量を増加させると、第１熱源１０の温度は上昇し、第１熱源１０の加熱量を低下させると、第１熱源１０の温度は低下する。
【００３４】
本実施形態では、制御器３０が脱硫触媒１４の複数個所に設けられた温度検知器１６、１８の検知結果に基づいて脱硫触媒１４の加熱を制御する。よって、脱硫触媒１４の温度を適切な範囲に保つことがより容易となる。
【００３５】
第１熱源１０は、脱硫器１２の外部に配置されていてもよい。かかる構成では、ヒータ等の第１熱源１０が脱硫器１２の内部に配置されている場合に比べ、組立が飛躍的に容易となる。
【００３６】
（第２実施形態）
第２実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、制御器は、第２温度検知器により検知される温度が第１閾値以上になると、第１熱源による加熱量を低下させる。
【００３７】
かかる構成では、例えば、水素生成装置の起動時において、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の略全体が適切な温度範囲に入っている可能性があると、第１熱源による加熱を低減できる。よって、不必要な加熱によりエネルギーが浪費される可能性を低減できる。
【００３８】
ここで、第１閾値は、脱硫触媒の使用温度の下限値以上の値として設定される。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【００３９】
第２実施形態にかかる水素生成装置の装置構成については、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置の運転方法、を除き、第１実施形態と同様とすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００４０】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。
【００４１】
［運転方法］
図２は、第２実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図２を参照しつつ、第２実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図２に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【００４２】
水素生成装置１００の運転が開始されると（スタート）、第１熱源１０により脱硫器１２の加熱（昇温）が開始される。その後、第２温度検知器１８により検知される温度が第１閾値以上となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ１０１）。
【００４３】
判定結果がＮＯである場合には、再度ステップＳ１０１が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には、第１熱源１０による加熱量が低下させられる（ステップＳ１０２）。このとき、第１熱源１０による加熱量は適宜設定されるが、第１熱源１０による脱硫触媒１４の加熱を停止してもよい。
【００４４】
脱硫触媒１４が低温の場合、水添反応が起こりにくく、硫黄の吸着も起こりにくくなる。この状態で脱硫器１２に原料を供給すると、原料中の硫黄化合物が脱硫器１２で十分に脱硫されずに下流に供給され、例えば、燃料電池の寿命を低下させる可能性がある。この場合、脱硫触媒１４の略全域を脱硫が起こりやすい温度（使用温度）まで加熱した後、つまり、脱硫触媒１４の昇温が完了した後で、脱硫器１２に原料を供給してもよい。
【００４５】
前述のとおり、第２温度検知器１８は、例えば、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、脱硫触媒１４のうち相対的に低温となる部位の温度を検知している。第２温度検知器１８で検知される温度が第１閾値以上になれば、脱硫触媒１４が適温となり、脱硫触媒１４の略全域で脱硫を行うことができる。
【００４６】
なお、第１閾値は、例えば、１５０℃としてもよいし、１６５℃としてもよい。
【００４７】
第２温度検知器１８により検知される温度が第１閾値以上になった後は、第１熱源１０による加熱量が低下する。第２温度検知器１８により検知される温度が第１閾値以上になった後もそのままの加熱ペースで脱硫器１２を加熱し続けると、加熱にかかるエネルギーを必要以上に消費したり、脱硫器１２が過昇温したりし得る。第１熱源１０による加熱量を低下させることにより、これらの不具合を避けることが可能となる。
【００４８】
（第３実施形態）
第３実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、制御器は、第１温度検知器により検知される温度が第２閾値以上になると、第１熱源による加熱量を低下させる。
【００４９】
かかる構成では、例えば、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を超えて上昇している可能性があると、第１熱源による加熱量を低減できる。よって、過熱による脱硫触媒等の損傷が生じる可能性を低減できる。
【００５０】
ここで、第２閾値は、脱硫触媒の使用温度の上限値以下の値として設定される。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【００５１】
第３実施形態にかかる水素生成装置の装置構成については、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置の運転方法、を除き、第１実施形態と同様とすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００５２】
第３実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態と同様の変形が可能である。
【００５３】
［運転方法］
図３は、第３実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図３を参照しつつ、第３実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図３に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【００５４】
水素生成装置１００の運転が開始され、水素含有ガスの生成が開始されると（スタート）、第１温度検知器１６により検知される温度が第２閾値以上となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ２０１）。
【００５５】
判定結果がＮＯである場合には、再度ステップＳ２０１が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には、第１熱源１０による加熱量が低下させられる（ステップＳ２０２）。このとき、第１熱源１０による加熱量は適宜設定されるが、第１熱源１０による脱硫触媒１４の加熱を停止してもよい。
【００５６】
脱硫触媒１４の温度が高くなる過ぎると、触媒のシンタリング、及び、触媒上で炭素析出等が発生し、脱硫触媒１４の活性が低下したり、脱硫器１２における流路の目詰まりが発生したりしうる。このため、脱硫触媒１４を過昇温させることなく、脱硫器１２を使用する必要がある。
【００５７】
前述のとおり、第１温度検知器１６は例えば、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、脱硫触媒１４のうち相対的に高温となる部位の温度を検知している。第１温度検知器１６で検知される温度が第２閾値以上になったときに、第１熱源１０による加熱量を低下させることで、脱硫触媒１４の温度が高くなり過ぎることがなく、脱硫器１２を適温で使用することができる。
【００５８】
第２閾値は、例えば、３５０℃としてもよいし、３２０℃としてもよい。
【００５９】
上記において、脱硫触媒１４の使用温度に着目して第２閾値を設定するとしたが、脱硫器１２の容器の耐熱性に着目して第２閾値を設定してもよい。具体的には、第２閾値は、脱硫器１２の耐熱温度以下の値として設定される。
【００６０】
第１温度検知器１６により検知される温度が第２閾値以上になった後は、第１熱源１０の加熱量が低下する。第１温度検知器１６により検知される温度が第２閾値以上になった後もそのままの加熱ペースで脱硫器１２を加熱し続けると、脱硫器１２が過昇温して、脱硫触媒１４の活性が低下したり、脱硫器１２の容器が損傷したりし得る。第１熱源１０による加熱量を低下させることにより、これらの不具合を避けることが可能となる。
【００６１】
第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせてもよい。
【００６２】
（第４実施形態）
第４実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、制御器は、第２温度検知器により検知される温度が第３閾値以下になると、第１熱源による加熱量を上昇させる。
【００６３】
かかる構成では、例えば、水素生成装置の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて低下している可能性があると、第１熱源による加熱を増加できる。よって、脱硫触媒の温度低下によって脱硫反応の反応性が低下する可能性を低減できる。
【００６４】
第３閾値は、脱硫触媒の使用温度の下限値以上の値として設定される。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【００６５】
また、第３閾値は第１閾値より小さくてもよい。
【００６６】
例えば、第２温度検知器が検知する温度が、脱硫触媒の内の最も温度が低い部分の温度である場合において、脱硫触媒の適切な温度範囲の下限が第３閾値であってもよい。例えば、第２温度検知器が検知する温度が、脱硫触媒の内の最も温度が低い部分の温度でない場合に、脱硫触媒の一部が適切な温度範囲を下回る時点において第２温度検知器で検出される温度を第３閾値としてもよい。
【００６７】
第４実施形態にかかる水素生成装置の装置構成については、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置の運転方法、を除き、第１実施形態と同様とすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００６８】
第４実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、制御器は、第２温度検知器により検知される温度が第１閾値以上になると、第１熱源による加熱量を低下させ、かつ、第２温度検知器により検知される温度が第１閾値よりも小さい第３閾値以下になると、第１熱源による加熱量を増加させてもよい。
【００６９】
かかる構成では、例えば、水素生成装置の起動において、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の略全体が適切な温度範囲に入っている可能性があると、第１熱源による加熱を低減できる。よって、不必要な加熱によりエネルギーが浪費される可能性を低減できる。また、例えば、水素生成装置の起動において、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて低下している可能性があると、第１熱源による加熱を増加できる。よって、脱硫触媒の温度低下によって脱硫反応の反応性が低下する可能性を低減できる。
【００７０】
第４実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、制御器は、第１温度検知器により検知される温度が第２閾値以上になると、第１熱源による加熱量を低下させ、かつ、第２温度検知器により検知される温度が第３閾値以下になると、第１熱源による加熱量を増加させてもよい。
【００７１】
かかる構成では、例えば、水素生成装置から水素利用機器に水素含有ガスを供給しているときに、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を超えて上昇している可能性があると、第１熱源による加熱量が低減される。よって、過熱による脱硫触媒等の損傷が生じる可能性を低減できる。また、例えば、水素生成装置から水素利用機器に水素含有ガスを供給しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて低下している可能性があると、第１熱源により加熱量が増加される。よって、脱硫触媒の温度低下によって脱硫反応の反応性が低下する可能性を低減できる。
【００７２】
ここで、水素利用機器は、水素を利用する機器であればいずれの機器でもよく、例えば、水素タンク、燃料電池等が挙げられる。
【００７３】
第４実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態および第３実施形態と同様の変形が可能である。
【００７４】
［運転方法］
図４は、第４実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、第４実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図４に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【００７５】
水素生成装置１００の運転が開始され、水素の生成が開始されると（スタート）、第２温度検知器１８により検知される温度が第３閾値以下となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ３０１）。
【００７６】
判定結果がＮＯである場合には、再度ステップＳ３０１が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には、第１熱源１０による加熱量が上昇させられる（ステップＳ３０２）。第１熱源１０による加熱量が上昇させられることで、例えば、第１熱源１０による脱硫触媒１４の加熱が再開される。
【００７７】
脱硫触媒１４の温度が低くなり過ぎると、脱硫反応が進行しにくくなるため、脱硫触媒１４の略全域を脱硫が起こりやすい温度に維持し、脱硫を行う必要がある。
【００７８】
前述のとおり、第２温度検知器１８は例えば、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、脱硫触媒１４のうち相対的に低温となる部位の温度を検知している。よって、例えば、第３閾値を脱硫触媒１４において脱硫反応が起こりやすい温度範囲の下限に設定する。第２温度検知器１８で検知される温度が第３閾値以下になったときに、第１熱源１０による加熱量を上昇させることで、脱硫触媒１４の温度が低くなり過ぎることがなく、脱硫器１２を適温で使用することができる。具体的には例えば、脱硫触媒１４の略全域で脱硫反応を進行させることができる。
【００７９】
なお、第３閾値は、例えば、１６０℃としてもよいし、１８０℃としてもよい。
【００８０】
第２温度検知器１８により検知される温度が第３閾値以下になった後は、第１熱源１０による加熱量が上昇する。第２温度検知器１８により検知される温度が第３閾値以下になった後も脱硫器１２の加熱量（加熱量がゼロ及びマイナスの場合を含む）を変えずに維持すると、脱硫器１２の温度が下がり過ぎて、脱硫触媒１４の少なくとも一部において脱硫反応が進行しにくくなる。第１熱源１０による加熱量を上昇させることにより、これらの不具合を避けることが可能となる。
【００８１】
第２実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。第２実施形態と第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。
【００８２】
（第５実施形態）
第５実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、制御器は、第１温度検知器により検知される温度が第４閾値以下になると、第１熱源による加熱量を上昇させる。
【００８３】
かかる構成では、例えば、水素生成装置から水素利用機器に水素含有ガスを供給しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて低下している可能性があると、第１熱源による加熱を増加できる。よって、脱硫触媒の温度低下によって脱硫反応の反応性が低下する可能性をより効果的に低減できる。
【００８４】
ここで、水素利用機器は、水素を利用する機器であればいずれの機器でもよく、例えば、水素タンク、燃料電池等が挙げられる。
【００８５】
また、第４閾値は、脱硫触媒の使用温度の下限値以上の値として設定される。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【００８６】
また、第４閾値は第２閾値より小さくてもよい。
【００８７】
第５実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、制御器は、第１温度検知器により検知される温度が第２閾値以上になると、第１熱源による加熱量を低下させ、第１温度検知器により検知される温度が第２閾値よりも小さい第４閾値以下になると、第１熱源による加熱量を増加させてもよい。
【００８８】
かかる構成では、例えば、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を超えて上昇している可能性があると、第１熱源による加熱量を低減できる。よって、過熱による脱硫触媒等の損傷が生じる可能性を低減できる。
【００８９】
また、水素生成装置から水素利用機器に水素含有ガスを供給しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて低下している可能性があると、第１熱源による加熱を増加できる。よって、脱硫触媒の温度低下によって脱硫反応の反応性が低下する可能性をより効果的に低減できる。
【００９０】
第５実施形態にかかる水素生成装置の装置構成については、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置の運転方法、を除き、第１実施形態と同様とすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００９１】
第５実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態および第３実施形態および第４実施形態と同様の変形が可能である。
【００９２】
［運転方法］
図５は、第５実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図５を参照しつつ、第５実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図５に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【００９３】
水素生成装置１００の運転が開始され、水素の生成が開始されると（スタート）、第１温度検知器１６により検知される温度が第４閾値以下となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ４０１）。
【００９４】
判定結果がＮＯである場合には、再度ステップＳ４０１が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には、第１熱源１０による加熱量が上昇させられる（ステップＳ４０２）。第１熱源１０による加熱量が上昇させられることで、例えば、第１熱源１０による脱硫触媒１４の加熱が開始される。
【００９５】
脱硫触媒１４の温度が低くなり過ぎると、脱硫反応が進行しにくくなるため、脱硫触媒１４の略全域を脱硫が起こりやすい温度に維持し、脱硫を行う必要がある。
【００９６】
前述のとおり、第２温度検知器１８は例えば、水素生成装置１００の起動において、第１熱源１０により脱硫触媒１４を加熱しているときに、脱硫触媒１４のうち相対的に低温となる部位の温度を検知している。よって、例えば、第４閾値を脱硫触媒１４において脱硫反応が起こりやすい温度範囲の下限に設定する。
【００９７】
また、水素生成装置１００から水素利用機器に水素含有ガスを供給しているときに、第２温度検知器１８で検知される温度が第４閾値以下になると、第１熱源１０による加熱量を上昇させることで、脱硫触媒１４が加熱され、脱硫器１２を適温で使用することができる。具体的には例えば、脱硫触媒１４の略全域で脱硫反応を進行させることができる。
【００９８】
なお、第４閾値は、例えば、１６０℃としてもよいし、１８０℃としてもよい。
【００９９】
第１温度検知器１６により検知される温度が第４閾値以下になった後は、第１熱源１０による加熱量が上昇する。第１温度検知器１６により検知される温度が第４閾値以下になった後も脱硫器１２の加熱量（加熱量がゼロ及びマイナスの場合を含む）を変えずに維持すると、脱硫器１２の温度が下がり過ぎて、脱硫触媒１４の少なくとも一部において脱硫反応が進行しにくくなる。第１熱源１０による加熱量を上昇させることにより、これらの不具合を避けることが可能となる。
【０１００】
第２実施形態と第５実施形態とを組み合わせてもよい。第３実施形態と第５実施形態とを組み合わせてもよい。第２実施形態と第３実施形態と第４実施形態と第５実施形態とを組み合わせてもよい。第２〜５実施形態を任意に組み合わせることができる。
【０１０１】
（第６実施形態）
第６実施形態の水素生成装置は、第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態、第５実施形態のいずれかの水素生成装置であって、制御器は、水素生成装置の起動において、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているとき、第２温度検知器により検知される温度に基づいて第１熱源による加熱量を制御し、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときは、第１温度検知器により検知される温度に基づいて第１熱源による加熱量を制御する。
【０１０２】
かかる構成では、起動時には主たる加熱源として第１熱源が用いられ、脱硫触媒は、第１熱源から遠い側でより低温となる。そこで、第１熱源から遠い部位に配置された第２温度検知器の検知温度に基づいて第１熱源による加熱量の制御が行われる。
【０１０３】
水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときは主たる加熱源が改質器となる。脱硫触媒は、第１熱源に近い側でより低温となる。つまり、起動時と、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときとで、脱硫触媒においてより低温となる部位が入れ替わる。そこで、第１熱源により近い部位に配置された第１温度検知器の検知温度に基づいて第１熱源による加熱量の制御が行われる。
【０１０４】
水素利用機器は、水素を利用する機器であればいずれの機器でもよく、例えば、水素を貯蔵するタンク、燃料電池等とすることができる。
【０１０５】
状況に応じて、より低温になりやすい部位に配置された温度検知器の検知温度に基づいて加熱制御を行うことで、脱硫触媒略全体の温度を適切な温度範囲に保つことがより容易となる。
【０１０６】
第６実施形態にかかる水素生成装置の装置構成については、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置の運転方法、を除き、第１実施形態と同様とすることができる。よって、図１と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１０７】
第６実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態および第３実施形態および第４実施形態および第５実施形態と同様の変形が可能である。
【０１０８】
［運転方法］
図６は、第６実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図６を参照しつつ、第６実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図６に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【０１０９】
水素生成装置１００の運転が開始され、起動シークエンスが開始されると（スタート）、第２温度検知器１８により検知される温度に基づいて第１熱源１０による加熱量が制御される（ステップＳ５０１）。
【０１１０】
その後、水素生成装置１００の昇温が完了すると（ステップＳ５０２でＹＥＳ）、水素利用機器への水素含有ガスの供給が開始される（ステップＳ５０３）。
【０１１１】
水素利用機器への水素含有ガスの供給が開始された後は、第１温度検知器１６により検知される温度に基づいて第１熱源１０による加熱量が制御される（ステップＳ５０４）。
【０１１２】
（第７実施形態）
第７実施形態の水素生成装置は、第１実施形態または第６実施形態のいずれかの水素生成装置であって、脱硫器は、第１温度検知器よりも第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、制御器は、水素生成装置の起動において、第１熱源により脱硫触媒を加熱しているとき、第１熱源による脱硫器の加熱量を第２熱源による脱硫器の加熱量よりも大きくし、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときは、第２熱源による脱硫器の加熱量を第１熱源による脱硫器の加熱量よりも大きくする。
【０１１３】
かかる構成では、水素生成装置の起動時に、脱硫器をより早く昇温することができるため、水素生成装置の起動時間を短縮することが可能となる。また、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときは、第１熱源による加熱を低減することができるため、水素生成装置を効率良く運転することが可能となる。
【０１１４】
［装置構成］
図７は、第７実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。以下、図７を参照しつつ、第７実施形態にかかる水素生成装置２００について説明する。
【０１１５】
図７に示す例では、水素生成装置２００は、第２熱源２１を備えている。第２熱源２１は、脱硫触媒１４を加熱可能な位置に配置されている。
【０１１６】
脱硫器１２の容器が、互いに対向する第１壁面と第２壁面とを備え、かつ、第１熱源１０が脱硫器１２の第１壁面に隣接して設けられている場合、第２熱源２１は、例えば、脱硫器１２の第２壁面に隣接して配置されうる。ただし、第２熱源２１を、脱硫器１２の上面および下面等に配置してもよいし、第１壁面に隣接して設けてもよい。
【０１１７】
第２熱源２１としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる改質器とすることができる。その他、第２熱源２１としては、水素含有ガスと水蒸気から一酸化炭素を低減させる変成器、燃焼用燃料と燃焼用空気とから燃焼排ガスを発生させる燃焼器、及び燃料電池等を用いることができる。なお、第２熱源は、第１熱源よりも脱硫器への加熱量を最大にするのに時間を要する機器であり、起動時に暖機され、起動完了時に暖機が完了している機器である。
【０１１８】
第２熱源２１を改質器とする場合において、改質器が進行させる改質反応は、いずれの形態であってもよい。具体的には例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。図７には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられうる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質器を加熱する燃焼器、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うる。改質反応がオートサーマル反応であれば、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器が設けられうる。
【０１１９】
第７実施形態にかかる水素生成装置２００の装置構成については、以上の点および、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置２００の運転方法、を除き、第１実施形態と同様とすることができる。よって、図１と図７とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１２０】
第７実施形態においても、第１実施形態または第６実施形態と同様の変形が可能である。
【０１２１】
［運転方法］
図８は、第７実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図８を参照しつつ、第７実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図８に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【０１２２】
水素生成装置２００の運転が開始され、起動シークエンスが開始されると（スタート）、第１熱源１０による加熱量が第２熱源２１による加熱量よりも大きくなるように制御される（ステップＳ６０１）。
【０１２３】
その後、水素生成装置１００の昇温が完了すると（ステップＳ６０２でＹＥＳ）、水素利用機器への水素含有ガスの供給が開始される（ステップＳ６０３）。
【０１２４】
水素利用機器への水素含有ガスの供給が開始された後は、第２熱源２１による加熱量が第１熱源１０による加熱量よりも大きくなるように制御される（ステップＳ６０４）。このとき、第１熱源１０による脱硫器１２の加熱を停止し、脱硫器１２の加熱が必要であるときに、第１熱源１０により加熱を行うように構成しても構わない。
【０１２５】
（第８実施形態）
第８実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、さらに、脱硫触媒を冷却可能な位置に配置された冷却器を備え、脱硫器は、第１温度検知器よりも第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、制御器は、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させる。
【０１２６】
かかる構成では、例えば、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給している場合において、第２熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて上昇している可能性があると、冷却器を動作して脱硫触媒を冷却できる。よって、過熱による脱硫触媒等の損傷が生じる可能性を低減できる。
【０１２７】
ここで、第５閾値は、脱硫触媒の使用温度の上限値以下の値として設定される。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【０１２８】
上記水素生成装置において、制御器は、第２熱源による脱硫器への加熱が第１熱源による脱硫器への加熱量よりも多いときに、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させてもよい。
【０１２９】
上記水素生成装置において、制御器は、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときに、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させてもよい。
【０１３０】
上記水素生成装置において、制御器は、起動時の昇温完了後に、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させてもよい。
【０１３１】
［装置構成］
図９は、第８実施形態にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す模式図である。以下、図９を参照しつつ、第８実施形態にかかる水素生成装置３００について説明する。
【０１３２】
図９に示す例では、水素生成装置３００は、冷却器２２を備えている。冷却器２２は、脱硫触媒１４冷却可能な位置に配置されている。
【０１３３】
脱硫器１２の容器が、互いに対向する第１壁面と第２壁面とを備え、かつ、第１熱源１０が脱硫器１２の第１壁面に隣接して設けられている場合、冷却器２２は、例えば、脱硫器１２の第１壁面に隣接して配置されうる。ただし、冷却器２２を、脱硫器１２の上面および下面等に配置してもよいし、第１壁面に隣接して設けてもよい。冷却器２２を、脱硫触媒１４のうち、最も高温になりやすい部位に隣接して設けてもよい。冷却器２２を、第１温度検知器１６に隣接して設けてもよい。
【０１３４】
冷却器２２としては、例えば、冷却用ファン、冷却水ポンプに接続された冷却配管、及び、熱交換器等を用いることができる。
【０１３５】
第８実施形態にかかる水素生成装置３００の装置構成については、以上の点および、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置３００の運転方法、を除き、第７実施形態と同様とすることができる。よって、図７と図９とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１３６】
第８実施形態においても、第１実施形態及び第７実施形態と同様の変形が可能である。
【０１３７】
［運転方法］
図１０は、第８実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１０を参照しつつ、第８実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図１０に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【０１３８】
水素生成装置３００の運転が開始され（スタート）、脱硫が開始されると（ステップＳ７０１）、第２温度検知器１８により検知される温度が第５閾値以上となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ７０２）。
【０１３９】
判定結果がＮＯである場合には、再度ステップＳ７０２が実行される。判定結果がＹＥＳである場合には、冷却器２２の運転が開始される（ステップＳ７０３）。冷却器２２の運転が開始されることで、例えば、冷却器２２による脱硫触媒１４の冷却が開始される。
【０１４０】
脱硫触媒１４の温度が高くなる過ぎると、触媒のシンタリング、及び、触媒上で炭素析出等が発生し、脱硫触媒１４の活性が低下したり、脱硫器１２における流路の目詰まりが発生したりしうる。このため、脱硫触媒１４を過昇温させることなく、脱硫器１２を使用する必要がある。
【０１４１】
前述のとおり、第２温度検知器１８は例えば、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときに脱硫触媒１４のうち相対的に高温となる部位の温度を検知している。脱硫第２温度検知器１８で検知される温度が第５閾値以上になったときに、冷却器を動作させることで、脱硫触媒１４の温度が高くなり過ぎることがなく、脱硫器１２を適温で使用することができる。
【０１４２】
なお、第５閾値は、例えば、３５０℃としてもよいし、３２０℃としてもよい。
【０１４３】
上記において、脱硫触媒１４の使用温度に着目して第５閾値を設定するとしたが、脱硫器１２の耐熱温度に着目して第５閾値を設定してもよい。具体的には、第５閾値は、脱硫器１２の耐熱温度以下の値として設定される。
【０１４４】
第１温度検知器１６により検知される温度が第５閾値以上になった後は、冷却器２２が動作する。第２温度検知器１８により検知される温度が第５閾値以上になった後もそのままの加熱ペースで脱硫器１２を加熱し続けると、脱硫器１２が過昇温して、脱硫触媒１４の活性が低下したり、脱硫器１２の容器が損傷したりし得る。冷却器２２を動作させることにより、これらの不具合を避けることが可能となる。
【０１４５】
第２実施形態と第８実施形態とを組み合わせてもよい。第４実施形態と第８実施形態とを組み合わせてもよい。第２実施形態と第４実施形態と第５実施形態と第８実施形態とを組み合わせてもよい。第２〜８実施形態を任意に組み合わせることができる。
【０１４６】
（第９実施形態）
第９実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、脱硫器は、第１温度検知器よりも第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、制御器は、第２温度検知器により検知される温度が第６閾値以上になると、第２熱源による加熱量を低下させ、かつ、第２温度検知器により検知される温度が第６閾値よりも小さい第７閾値以下になると、第２熱源による加熱量を増加させる。
【０１４７】
かかる構成では、例えば、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給している場合において、第２熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を超えて上昇している可能性があると、第２熱源による加熱量を低減できる。よって、過熱による脱硫触媒等の損傷が生じる可能性を低減できる。また、例えば、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給している場合において、第２熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて低下している可能性があると、第２熱源による加熱を増加できる。よって、脱硫触媒の温度低下によって脱硫反応の反応性が低下する可能性を低減できる。
【０１４８】
ここで、第６閾値は、脱硫触媒の使用温度の上限値以下の値として設定される。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【０１４９】
ここで、第７閾値は、脱硫触媒の使用温度の上限値以下の値として設定してもよい。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【０１５０】
第９実施形態にかかる水素生成装置の装置構成については、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置の運転方法、を除き、第７実施形態と同様とすることができる。よって、図７と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１５１】
［運転方法］
図１１は、第９実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１１を参照しつつ、第９実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図１１に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【０１５２】
水素生成装置２００の運転が開始され（スタート）、脱硫が開始されると（ステップＳ８０１）、第２温度検知器１８により検知される温度が第６閾値以上となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ８０２）。
【０１５３】
ステップＳ８０２の判定結果がＹＥＳであれば、第２熱源２１による加熱量が下げられる（ステップＳ８０３）。
【０１５４】
ステップＳ８０２の判定結果がＮＯであれば、あるいは、ステップＳ８０３が完了すると、第２温度検知器１８により検知される温度が第７閾値以下となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ８０４）。
【０１５５】
ステップＳ８０４の判定結果がＹＥＳであれば、第２熱源２１による加熱量が上げられる（ステップＳ８０５）。
【０１５６】
ステップＳ８０４の判定結果がＮＯであれば、あるいは、ステップＳ８０５が完了すると、ステップＳ８０２の判定に戻る。
【０１５７】
（第１０実施形態）
第１０実施形態の水素生成装置は、第１実施形態の水素生成装置であって、さらに、脱硫触媒を冷却可能な位置に配置された冷却器を備え、脱硫器は、第１温度検知器よりも第２温度検知器に近い位置に配設された第２熱源により加熱可能に配置され、制御器は、第２温度検知器により検知される温度が第８閾値以下になると、第２熱源による加熱量を増加させ、かつ、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させる。
【０１５８】
かかる構成では、例えば、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給している場合において、第２熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を外れて低下している可能性があると、第２熱源による加熱を増加できる。よって、脱硫触媒の温度低下によって脱硫反応の反応性が低下する可能性を低減できる。また、例えば、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給している場合において、第２熱源により脱硫触媒を加熱しているときに、脱硫触媒の一部の温度が適切な温度範囲を超えて上昇している可能性があると、冷却器によって脱硫触媒の温度を低下させることができる。よって、過熱による脱硫触媒等の損傷が生じる可能性を低減できる。
【０１５９】
ここで、第８閾値は、脱硫触媒の使用温度の下限値以上の値として設定される。使用温度とは脱硫触媒の使用に適した温度であり、脱硫性能が適切に発揮される温度である。脱硫触媒を使用しているときには、触媒温度が使用温度になるよう温度制御される。
【０１６０】
第１０実施形態にかかる水素生成装置の装置構成については、制御器３０による制御の内容、すなわち水素生成装置の運転方法、を除き、第８実施形態と同様とすることができる。よって、図９と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【０１６１】
上記水素生成装置において、制御器は、第２熱源による脱硫器への加熱が第１熱源による脱硫器への加熱量よりも多いときに、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させてもよい。
【０１６２】
上記水素生成装置において、制御器は、水素生成装置から水素利用機器へ水素含有ガスを供給しているときに、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させてもよい。
【０１６３】
上記水素生成装置において、制御器は、起動時の昇温完了後に、第２温度検知器により検知される温度が第５閾値以上になると、冷却器を動作させてもよい。
【０１６４】
［運転方法］
図１２は、第１０実施形態にかかる水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１２を参照しつつ、第１０実施形態にかかる水素生成装置の運転方法を説明する。なお、図１２に示す運転方法は、例えば、制御器３０に記憶されているプログラムに従って、制御器３０が水素生成装置の各部を制御することにより実行されうる。
【０１６５】
水素生成装置３００の運転が開始され（スタート）、脱硫が開始されると（ステップＳ９０１）、第２温度検知器１８により検知される温度が第８閾値以下となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ９０２）。
【０１６６】
ステップＳ９０２の判定結果がＹＥＳであれば、第２熱源２１による加熱量が上げられる（ステップＳ９０３）。
【０１６７】
ステップＳ９０２の判定結果がＮＯであれば、あるいは、ステップＳ９０３が完了すると、第２温度検知器１８により検知される温度が第５閾値以上となっているか否かの判定が行われる（ステップＳ９０４）。
【０１６８】
ステップＳ９０４の判定結果がＹＥＳであれば、冷却器２２の運転が開始される（ステップＳ９０５）。
【０１６９】
ステップＳ９０４の判定結果がＮＯであれば、あるいは、ステップＳ９０５が完了すると、ステップＳ９０２の判定に戻る。
【０１７０】
（第１１実施形態）
第１１実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態〜第１０実施形態のいずれかの水素生成装置と、水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
【０１７１】
かかる構成では、脱硫触媒の温度を適切な範囲に保つことがより容易となる。
【０１７２】
［装置構成］
図１３は、第１１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図１３を参照しつつ、第７実施形態にかかる燃料電池システム５００について説明する。
【０１７３】
図１３に示す例では、燃料電池システム５００は、水素生成装置１００と、燃料電池４００とを備えている。
【０１７４】
燃料電池４００は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質器と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されることで、ホットモジュールが構成されうる。
【０１７５】
水素生成装置１００は、第１実施形態の水素生成装置１００と同様の構成とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。なお、水素生成装置１００は、第２実施形態から第１０実施形態のいずれかの水素生成装置でもよいし、第２〜１０実施形態を任意に組み合わせた水素生成装置としてもよい。
【０１７６】
燃料電池システム５００の動作は、燃料電池４００が水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する点を除き、第１〜第１０実施形態と同様とすることができる。よって、詳細な説明を省略する。
【０１７７】
上記説明から、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、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明の一態様は、脱硫触媒の温度を適切な範囲に保つことをより容易とする水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１７９】
１０  第１熱源
１２  脱硫器
１４  脱硫触媒
１６  第１温度検知器
１８  第２温度検知器
２０  改質器
２１  第２熱源
２２  冷却器
３０  制御器
１００、２００、３００  水素生成装置
４００  燃料電池
５００  燃料電池システム
【要約】
原料中の硫黄化合物を脱硫反応により除去する脱硫触媒を備え、脱硫触媒が第１熱源により加熱可能に配置されている、脱硫器と、脱硫器を通過した原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、所定部位の脱硫触媒の温度を検知する第１温度検知器と、所定部位よりも第１熱源から遠い部位の脱硫触媒の温度を検知する第２温度検知器と、第１温度検知器および第２温度検知器の検知結果に基づいて第１熱源による脱硫触媒の加熱を制御する制御器と、を備えた、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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【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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