(57)【要約】  水素生成装置は、原料供給器と、水添脱硫器と、原料供給流路と、改質器と、水素含有ガス流路と、リサイクルガス流路と、エジェクタと、開閉弁と、異常検知部とを有する。異常検知部は、圧力検知部および制御部を有する。制御部は、原料供給器が供給動作し、開閉弁開放させている状態における圧力検知部の検知圧力値が、第１の閾値よりも低い場合、または、原料供給器が供給動作し、開閉弁を開放させている状態から開閉弁を閉止させた後の圧力検知部の検知圧力値が、第１の閾値よりも低く設定された第２の閾値以下に下がらない場合は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行う。
2016021182.tif 000002
【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を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器から水素含有ガスを排出する水素含有ガス流路と、
前記改質器から排出された水素含有ガスの一部を、前記水素含有ガス流路から分岐して、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、
前記リサイクルガス流路に設けられた開閉弁と、
前記リサイクルガス流路を通して前記水素含有ガスが前記水添脱硫器に正常に供給されない異常を検知する異常検知部とを備え、
前記異常検知部は、前記原料供給流路の圧力、または、前記開閉弁よりも下流の前記リサイクルガス流路の圧力を基に、前記リサイクルガス流路を通して前記水素含有ガスが前記水添脱硫器に正常に供給されない異常を検知する水素生成装置。
【請求項２】
前記異常検知部は、前記開閉弁よりも下流の前記リサイクルガス流路の圧力を検知する圧力検知部と、制御器とを有し、
前記制御器は、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態における前記圧力検知部の検知圧力値が、第１の閾値よりも低い場合、または、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態から前記開閉弁を閉止させた後の前記圧力検知部の検知圧力値が、前記第１の閾値よりも低く設定された第２の閾値以下に下がらない場合は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態における前記圧力検知部の検知圧力値が、前記第１の閾値以上であって、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態から前記開閉弁を閉止させた後の前記圧力検知部の検知圧力値が、前記第１の閾値よりも下がらない場合は、前記エジェクタの異常、前記エジェクタと前記圧力検知部との間の前記リサイクルガス流路の閉塞異常、および、前記開閉弁の閉止動作異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態における前記圧力検知部の検知圧力値が前記第１の閾値以上であって、前記原料供給器が供給動作し前記開閉弁を開放させている状態から前記開閉弁を閉止させた後の前記圧力検知部の検知圧力値が前記第１の閾値よりは下がるが、前記第２の閾値以下にまで下がらない場合は、前記エジェクタの水詰まり異常、前記エジェクタの微小な異常、および、前記開閉弁の閉止動作の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、ならびに、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態における前記圧力検知部の検知圧力値が、前記第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも低くなっている場合は、前記圧力検知部よりも上流側の前記リサイクルガス流路の詰まり異常、および、前記開閉弁が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態における前記圧力検知部の検知圧力値が、前記第１の閾値よりも低く、かつ、前記第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも高い場合は、前記圧力検知部よりも上流側の前記リサイクルガス流路に微小な詰まり異常、水詰まり異常、および、前記開閉弁が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、ならびに、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている請求項２記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記異常検知部は、前記原料供給流路の圧力を検知する圧力検知部と、制御器とを有し、
前記制御器は、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態における前記圧力検知部の検知圧力値が、第４の閾値以上であって、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態から前記開閉弁を閉止させた後の前記圧力検知部の検知圧力値が、前記第４の閾値よりも下がらない場合は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記制御器は、前記水素生成装置の運転時に、前記開閉弁を定期的に閉止する制御を行うよう構成されている請求項２から７のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の前記水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システム。
【請求項１０】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させ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を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器から水素含有ガスを排出する水素含有ガス流路と、
前記改質器から排出された水素含有ガスの一部を、前記水素含有ガス流路から分岐して、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、
前記リサイクルガス流路に設けられた開閉弁と、
を備えた水素生成装置の運転方法であって、
前記原料供給流路の圧力、または、前記開閉弁よりも下流の前記リサイクルガス流路の圧力を検知する圧力検知ステップと、
前記原料供給流路の圧力、または、前記開閉弁よりも下流の前記リサイクルガス流路の圧力を基に、前記リサイクルガス流路を通して前記水素含有ガスが前記水添脱硫器に正常に供給されない異常を検知する異常検知ステップと、
を有する、水素生成装置の運転方法。
【請求項１１】
前記異常検知ステップにおいて、前記原料供給器が原料を供給し、前記開閉弁を開放させている状態において、前記開閉弁よりも下流の前記リサイクルガス流路の圧力が第１の閾値よりも低い場合、または、前記原料供給器が供給動作し、前記開閉弁を開放させている状態から前記開閉弁を閉止させた後の前記開閉弁よりも下流の前記リサイクルガス流路の圧力が前記第１の閾値よりも低く設定された第２の閾値以下に下がらない場合は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させる処理のうち少なくとも一つが実行される、請求項１０に記載の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、水添脱硫器を備えた水素生成装置およびその運転方法ならびに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、発電時の燃料として用いられる水素含有ガスが一般的な原料インフラとして未だ十分に整備されていないため、通常、一般的な原料インフラである天然ガスおよびＬＰＧ等から水素含有ガスを生成させる改質器を有する水素生成装置を備えている。【０００３】
改質器では、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。この水蒸気改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とを、Ｎｉ系およびＲｕ系などの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水素含有ガスを生成するものである。【０００４】
ところで、都市ガス等の原料ガスには硫黄化合物が含まれており、この硫黄化合物は、特に、改質触媒および燃料電池スタック触媒の被毒物質であるので、何らかの方法で除去する必要がある。【０００５】
硫黄化合物の除去方法としては、水素含有ガスと原料ガスとを混合させて、水添脱硫触媒にて水添脱硫により除去する水素生成装置がある。水素含有ガスの供給方法としては、改質触媒により生成した水素含有ガスを、原料ガスの供給経路に戻す方法（以下、リサイクルと呼ぶ）が一般的である。【０００６】
水素含有ガスをリサイクルするためのリサイクルガス流路に温度検知器が設けられ、この温度検知器によりリサイクルガス流路の詰まり異常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および特許文献２を参照）。【０００７】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されている水素生成装置では、環境温度変化および原料ガス流量の変動に伴うリサイクルガス流路の温度変動が大きく、リサイクルガス流路の詰まりを検出するのが困難である。【０００８】
すなわち、リサイクルガス流路に流れるリサイクルガスの温度は、水素生成装置で生成する水素含有ガスの生成量の変動および水素生成装置の雰囲気温度の変動による影響を受けて変動する。このため、リサイクルガスの温度によりリサイクルガス流路の詰まりを検知しようとしても、温度変動が生じているために誤検知する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−９２４５２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１２９６１号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、リサイクルガス流路の詰まりなどにより、リサイクルガス流路を通して水素含有ガスが水添脱硫器に正常に供給されない異常を検知する水素生成装置を提供する。
【００１１】
すなわち、本発明の一例による水素生成装置は、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を有する。本発明の一例による水素生成装置はさらに、水添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、改質器から水素含有ガスを排出する水素含有ガス流路と、改質器から排出された水素含有ガスの一部を水素含有ガス流路から分岐させて、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を有する。さらに、本発明の一例による水素生成装置は、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、リサイクルガス流路に設けられた開閉弁と、リサイクルガス流路を通して水素含有ガスが水添脱硫器に正常に供給されない異常を検知する異常検知部とを有する。
【００１２】
本発明の一例による水素生成装置においては、異常検知部が、原料供給流路の圧力、または、開閉弁よりも下流のリサイクルガス流路の圧力を基に、リサイクルガス流路を通して水素含有ガスが水添脱硫器に正常に供給されない異常を検知する。
【００１３】
このような構成により、リサイクルガス流路を通して水素含有ガスが水添脱硫器に正常に供給されない異常を検知することが可能となる。これにより、水添脱硫部の水添脱硫触媒が劣化してしまったり、原料ガス中の硫黄化合物が除去されることなく改質器に供給されたりすること等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図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概略構成の一例を示す概念図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１におけ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、本発明の実施の形態１におけ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、本発明の実施の形態２の第１変形例におけ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、本発明の実施の形態３におけ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、本発明の実施の形態３の第１変形例におけ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、本発明の実施の形態４におけ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８Ａ】図８Ａは、本発明の実施の形態４における水素生成装置の開閉弁が開状態での圧力検知部の検知圧力値および水素生成装置の状態を示す概念図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の実施の形態４における水素生成装置の開閉弁が閉状態での圧力検知部の検知圧力値および水素生成装置の状態を示す概念図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態５における燃料電池システムの概略構成の一例を示す概念図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態６における水素生成装置の概略構成の一例を示す概念図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態７における水素生成装置の概略構成の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
［装置構成］
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１００の概略構成の一例を示す概念図である。
【００１６】
図１に示す例では、本実施の形態の水素生成装置１００は、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、水素含有ガス流路５と、リサイクルガス流路６と、エジェクタ７と、開閉弁８と、異常検知部とを有する。異常検知部は、圧力検知部９と制御器１０とを有する。
【００１７】
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、水添脱硫用の脱硫剤が容器に充填され構成される。水添脱硫用の脱硫剤は、例えば、原料中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、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。
【００１８】
水添脱硫用の脱硫剤は、これら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とを共に有するＣｕＺｎ系触媒のみで構成されていてもよい。
【００１９】
また、水添脱硫器１は、原料ガス中の硫黄化合物を水素含有ガスと反応させ硫化水素に変換した後、その硫化水素を吸着除去する。さらに、水添脱硫器１は、水素含有ガスがなくとも、原料ガス中の硫黄化合物を直接物理的に吸着する(以下、単に「物理的な吸着」という)ことも可能である。
【００２０】
ただし、原料ガス中の硫黄化合物を物理的に吸着させる場合は、水添脱硫用の脱硫剤の量が、原料ガス中の硫黄化合物を水素含有ガスと反応させ硫化水素に変換した後に硫化水素を吸着除去する(以下、「硫化水素による吸着除去」という)場合に比べて、多量に必要となる。このため、通常の使用では、硫化水素による吸着除去が一般的である。なお、本実施の形態では、水素含有ガスが生成されていないタイミングである水素生成装置１００の起動時および停止時などに限り、物理的な吸着を使用する。
【００２１】
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る。原料供給器２は、例えば、昇圧器および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いてもよい。昇圧器は、例えば、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。原料ガスは、原料供給源より供給される。原料供給源としては、例えば、原料ガスボンベおよび原料ガスインフラ等が挙げられ、所定の供給圧を有している。
【００２２】
原料供給流路３は、原料供給器２により昇圧された原料ガスを水添脱硫器１に供給するための流路であり、原料供給器２と水添脱硫器１とを繋ぐ配管などで構成される。原料供給流路３としては、原料供給器２と水添脱硫器１との間で原料ガスを流すことができれば如何なる構成でも構わない。
【００２３】
改質器４は、水添脱硫器１にて硫黄化合物が除去された原料ガスを用いて、水素含有ガスを生成する。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、水素含有ガスが生成される。改質反応としては、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応および部分酸化反応等が挙げられる。
【００２４】
図１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る。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質触媒部を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、および蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。
【００２５】
改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置１００には、さらに、改質器４に空気を供給する空気供給器（図示せず）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、天然ガスおよびＬＰＧ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有するものが用いられる。
【００２６】
水素含有ガス流路５は、改質器４にて生成された水素含有ガスを改質器４から排出する流路である。水素含有ガスは、水素含有ガス流路５を通って、水素含有ガスを利用する機器などに供給される。水素含有ガスを利用する機器としては、燃料電池などがある。
【００２７】
リサイクルガス流路６は、改質器４から水素含有ガス流路５を通して送出される水素含有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。水素含有ガス流路５を分岐させることで、水素含有ガスの一部が原料供給流路３に送られ、そこで原料ガスと水素含有ガスとが混合される。
【００２８】
リサイクルガス流路６の上流端は、改質器４より送出された水素含有ガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていてもよい。
【００２９】
例えば、改質器４の下流に水素含有ガス中の一酸化炭素を低減させるＣＯ低減器が設けられている場合、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。
【００３０】
なお、ＣＯ低減器が、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応およびメタン化反応の少なくともいずれか一方により、一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器とを備える場合は、リサイクルガス流路６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されていてもよい。また、リサイクルガス流路６の上流端を、水素含有ガスが利用される水素利用機器の下流の流路に接続してもよい。
【００３１】
なお、水素生成装置１００は、ＣＯ低減器およびＣＯ除去器を必ずしも有している必要はなく、水素生成装置１００にて生成されたガスを用いる装置に対して必要な性能を出すことができれば、ＣＯ低減器およびＣＯ除去器は無くてもよい。
【００３２】
エジェクタ７は、原料供給流路３とリサイクルガス流路６との合流部に配置される。エジェクタ７は、昇圧器などの原料供給器２により圧送された原料ガスが流れる流路の断面積を狭めることで、流速を高め、原料ガスの流速が最大となる位置でリサイクルガス流路６が原料供給流路３と合流するように構成された装置である。
【００３３】
流速を高めることで、原料ガスの流速が最大となる位置での原料ガスの圧力をベンチュリ効果により低下させることが可能となる。原料ガスの流速が最大となる位置では、原料ガスの圧力が最も低下する。この圧力が、リサイクルガス流路６の上流側の圧力よりも低くなるように設計することで、リサイクルガス流路６を通して、水素含有ガスを原料供給流路３に流入させることが可能となる。
【００３４】
なお、水素含有ガスをベンチュリ効果により原料供給流路３に流入させることが可能である場合は、必ずしも原料ガスの流速が最大となる位置で水素含有ガスを流入させなくてもよい。
【００３５】
開閉弁８は、リサイクルガス流路６に設けられている。開閉弁８を閉止することにより、リサイクルガス流路６内の水素含有ガスの流れを止めたり、開閉弁８を開放することでリサイクルガス流路６内の水素含有ガスの流れを開始させたりする。
【００３６】
開閉弁８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く、リサイクルガス流路６内のガス経路を閉止したり開放したりできるのであれば、いかなる構成でも構わない。
【００３７】
本実施の形態において、異常検知部は、上述したように、圧力検知部９と制御器１０とを有する。
【００３８】
圧力検知部９は、開閉弁８よりも下流のリサイクルガス流路６の圧力を検知する。圧力検知部９は、圧力を検知することができるものであれば、如何なる構成のものでも構わない。
【００３９】
制御器１０は、原料供給器２および開閉弁８を動作させたり、開閉弁８の状態を確認したり、圧力検知部９により圧力値を検知したりする。また、制御器１０は、圧力検知部９により検知される圧力値に応じて、異常と判定したり、水素生成装置１００の状態もしくは異常を報知したり、運転を停止させたり、次回の起動を禁止したり等の制御を行う。
【００４０】
制御器１０は、これらのいずれか１つ以上を実行すればよく、本実施の形態で記載する組み合わせに限られず、上述のような制御機能を有しているものであればよい。制御器１０は、本実施の形態では、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）とを有する。
【００４１】
演算処理部としては、例えば、ＭＰＵおよびＣＰＵなどが用いられる。記憶部としては、例えば、メモリが用いられる。制御器１０は、集中制御を行う単独の制御器１０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１０で構成されていてもよい。
【００４２】
［動作］
以下、水素生成装置１００の動作について、図１を用いて説明する。
【００４３】
水素生成装置１００が水素含有ガスを生成するとき、次のような動作を行う。すなわち、原料ガスを原料供給器２により原料供給流路３を通して水添脱硫器１に供給し、硫黄化合物を除去する。硫黄化合物が除去された原料ガスを改質器４に供給し、水素含有ガスを生成する。改質器４にて生成された水素含有ガスを、水素含有ガス流路５を通して、改質器４から排出する。
【００４４】
水素含有ガス流路５を通過して排出される水素含有ガスの一部を、リサイクルガス流路６を通じてエジェクタ７にてベンチュリ効果により吸引する。吸引された水素含有ガスと原料ガスとを混合させた上で、水添脱硫器１に供給する。
【００４５】
エジェクタ７内において、原料ガスの流通経路の流路断面積は徐々に狭くなるよう構成されており、また、原料ガスおよびリサイクルガスの混合ガスが流れる流通経路の流路断面積は、徐々に大きくなるように構成されている。
【００４６】
このような構成により、原料ガスとリサイクルガスとの合流部にて、原料ガスの流速が最も速くなり、原料ガスの圧力は最も低くなる。このときの原料ガス圧力が、リサイクルガス流路６の上流側の圧力よりも低くなるように、流路断面積を設計することで、リサイクルガスを原料経路に引き込むことが可能となる。
【００４７】
水素含有ガスが水添脱硫器１に供給されれば、水添脱硫器１にて、硫黄化合物と水素が反応し硫化水素となり、水添脱硫触媒にて硫化水素は吸着除去される。本実施の形態においては、水添脱硫器１に水素含有ガスが供給されるまでは、水添脱硫器１にて硫黄化合物を物理的に吸着除去する。
【００４８】
なお、水添脱硫器１は、物理的に硫黄化合物を吸着除去することは可能であるが、水添脱硫器１に含まれる水添脱硫触媒は、物理的に硫黄化合物を吸着除去すると、水素含有ガスを用いて硫黄化合物を除去する場合に比べて、負荷が大きく触媒寿命が短くなる。このため、水添脱硫器１に水素含有ガスが供給されるまでは、別途設けられた吸着脱硫器（図示せず）により、原料ガス中の硫黄化合物を除去する構成としてもよい。
【００４９】
ここで、水素生成装置１００にて水素含有ガスを生成している間は、リサイクルガス流路６を通して、水素含有ガスを水添脱硫器１に供給することで、水添脱硫器１での水素含有ガスを用いた硫黄化合物の除去が可能となる。しかし、リサイクルガス流路６を通して水素含有ガスを水添脱硫器１に正常に供給できなくなってしまうと、水添脱硫器１では物理的な硫黄化合物の吸着除去が行われることになる。この場合、水添脱硫器１に含まれる水添脱硫触媒が想定よりも早く劣化してしまい、水添脱硫器１が機能しなくなり、結果として、改質器４および水素生成装置１００にて生成された水素含有ガスを利用する機器が劣化してしまう可能性がある。
【００５０】
このような事態を防止するために、リサイクルガス流路６を通じて水素含有ガスが正常に水添脱硫器１に供給されているかどうかを、開閉弁８および圧力検知部９を用いて確認する。
【００５１】
次に、水素生成装置１００において、水添脱硫器１に水素含有ガスが供給されているかどうかを確認する運転方法について説明する。
【００５２】
図２は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。水素生成装置１００は、改質器４で水素含有ガスを生成する際、開閉弁８が開かれた状態で、リサイクルガス流路６に水素含有ガスを流し続ける。
【００５３】
リサイクルガス流路６を水素含有ガスが正常に流れているかどうか検知する際、開閉弁８が開放時において異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力値、および、開閉弁８が閉止時において異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力値に基づき、異常の有無を検知する。
【００５４】
リサイクルガス流路６を水素含有ガスが正常に流れることが可能な状態であるならば、開閉弁８が開放時に異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力値は、水素含有ガス流路５からリサイクルガス流路６に分岐する部分（以下、「分岐部」という）の圧力値と同等、もしくは分岐部から圧力検知部９までのリサイクルガス流路６の流路抵抗に応じた圧力低下が生じた圧力値を示す。
【００５５】
本実施の形態では、分岐部から異常検知部の圧力検知部９までのリサイクルガス流路６の流路抵抗が非常に小さく、改質器４より下流に分岐部が設けられているため、異常検知部の圧力検知部９は、改質器４より下流の圧力値とほぼ同等の圧力値を示す。
【００５６】
正常な状態（水素含有ガスがリサイクルガス流路６を正常に流れている状態）において、開閉弁８が開放時に異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力は、第１の閾値以上である。正常時に異常検知部の圧力検知部９が検知する圧力値は、装置構成によって異なってくるため、第１の閾値は、その装置構成にて正常と判断できる値であればよく、装置構成に応じて任意に設定される。
【００５７】
また、リサイクルガス流路６を水素含有ガスが正常に流れることが可能な状態であるならば、開閉弁８を開放から閉止にしたとき、開閉弁８からエジェクタ７までのリサイクルガス流路６は、エジェクタ７によるベンチュリ効果により吸引されるため、異常検知部の圧力検知部９にて検知される圧力は、開閉弁８が開放時に比べて大幅に低下する。
【００５８】
正常な状態における開閉弁８が閉止時の異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力は、第２の閾値以下である。この圧力は、エジェクタ７の特性により異なってくる。このため、第２の閾値は、その装置構成にて正常と判断できる値であればよく、エジェクタ７の特性に鑑みて任意に設定される。
【００５９】
ここで、リサイクルガス流路６をリサイクルガスが正常に流れない異常が生じる原因としては、次のようなことが考えられる。
【００６０】
すなわち、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６での詰まり異常、開閉弁８が閉じたまま開かない閉止異常、開閉弁８が開いたまま閉じない開放異常、エジェクタ７と圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６の詰まり異常、および、エジェクタ７の異常などである。
【００６１】
エジェクタ７の異常としては、エジェクタ７内に水素含有ガスを導入するための流路（図示せず）の詰まり異常、エジェクタ７内にて原料ガスが流れる流路（図示せず）の詰まり異常および変形によるエジェクタ７による水素含有ガス吸引力低下などが挙げられる。
【００６２】
ここで、これらの異常が生じた場合の開閉弁８の状態と、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値との関係について述べる。
【００６３】
異常検知部の圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６での詰まり異常が生じると、開閉弁８を開放した状態であっても、詰まりが生じた部分からエジェクタ７までの空間がエジェクタ７のベンチュリ効果により吸引されるため、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力は、第１の閾値よりも低下してしまう。これにより、異常を検知することが可能となる。
【００６４】
次に、開閉弁８が閉じたまま開かない閉止異常が生じると、制御器１０が開閉弁８を開放に制御しても、開閉弁８は閉止してしまっている。このため、開閉弁８からエジェクタ７までの空間がエジェクタ７のベンチュリ効果により吸引され、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力は、第１の閾値よりも低下してしまう。これにより、異常を検知することが可能となる。
【００６５】
次に、開閉弁８が開いたまま閉じない開放異常が生じると、制御器１０が開閉弁８を閉止に制御しても、開閉弁８は開放してしまっている。このため、異常検知部の圧力検知部９は、水素含有ガス流路５とリサイクルガス流路６との分岐部と連通したままとなり、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力は、水素含有ガス流路５における改質器４より下流の圧力と同等となるため、第２の閾値を上回ってしまう。これにより、異常を検知することが可能となる。
【００６６】
次に、エジェクタ７と圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６が詰まり異常、または、エジェクタ７の異常が生じると、開閉弁８を閉止しても開閉弁８からエジェクタ７までの空間はエジェクタ７のベンチュリ効果により吸引されなくなる。このため、異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力は水素含有ガス流路５における改質器４より下流の圧力と同等となり、第２の閾値を上回ってしまう。これにより、異常を検知することが可能となる。
【００６７】
図２は、これらの異常検知方法をまとめて示している。
【００６８】
図２に示すように、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ３０１）で、かつ、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が第１の閾値よりも低い（Ｓ３０２）状態であれば、異常検知部の制御器１０は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止（Ｓ３０５）させる処理のうち、少なくとも一つを行う。
【００６９】
また、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ３０１）であり、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が第１の閾値よりも低い（Ｓ３０２）状態でないとき、開閉弁８を閉止（Ｓ３０３）させた後、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が第１の閾値よりも低く設定された第２の閾値以下に下がらない（Ｓ３０４）場合は、異常検知部の制御器１０は、異常と判定（Ｓ３０５）する。
【００７０】
なお、本実施の形態では、異常検知部の制御器１０は、異常と判定するとしたが、これに限られず、異常と判定する、水素生成装置１００の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させる処理のうち、少なくとも一つを行う構成としてもよい。
【００７１】
なお、リサイクルガス流路６を水素含有ガスが正常に流れない異常が検知された場合、異常検知部の制御器１０は、それを異常と判定する構成としてもよいし、水素生成装置１００の状態および異常を水素生成装置１００から外部に報知する構成としてもよいし、水素生成装置１００の運転を停止させる構成としてもよい。
【００７２】
なお、第１の閾値および第２の閾値は、装置の構成のみだけでなく、原料ガスの流量によっても異なってくるため、原料ガス流量によっても閾値を適切に設定する必要がある。
【００７３】
なお、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が第２の閾値以下に下がらないということと、第２の閾値よりも大きいということとは、同義であり、どちらの条件を用いても構わない。
【００７４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の水素生成装置１００は、実施の形態１の水素生成装置１００において、さらに、異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値以上であって、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態から開閉弁８を閉止させた後の異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも下がらない場合、次の処理のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。
【００７５】
すなわち、異常検知部の制御器１０は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。なお、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の異常、エジェクタ７と圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６の閉塞異常、および、開閉弁８の閉止動作異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する処理のうち少なくとも一つを行うよう構成されていてもよい。
【００７６】
このような構成により、リサイクルガス流路６等を水素含有ガスが正常に流れない異常を検知し易くなる。
【００７７】
本実施の形態の水素生成装置１００は、上記特徴以外は、実施の形態１の水素生成装置１００と同様に構成されている。
【００７８】
［装置構成］
本実施の形態における水素生成装置１００の装置構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７９】
［動作］
以下、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。
【００８０】
本実施の形態の水素生成装置１００の動作の特徴について、図３を用いて説明する。以下に説明する動作以外の動作は、実施の形態１の水素生成装置１００と同様の動作であるので、その説明を省略する。
【００８１】
図３は、本実施の形態における水素生成装置１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【００８２】
図３に示すように、まず、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ４０１）における異常検知部の制御器１０は、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値以上（Ｓ４０２）であることを確認する。開閉弁８が開放状態における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値に問題がなければ、次のステップに移行する。
【００８３】
次に、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態から開閉弁８を閉止（Ｓ４０３）させて、そのときの異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値により異常があるかどうかを確認する。
【００８４】
開閉弁８を閉止させたときの異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも下がらない場合は（Ｓ４０４）、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の異常、エジェクタ７と圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６の閉塞異常、および、開閉弁８の閉止動作異常のうち少なくとも一つの異常と判定（Ｓ４０５）する。
【００８５】
なお、本実施の形態では、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の異常、エジェクタ７と圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６の閉塞異常、および、開閉弁８の閉止動作異常のうち少なくとも一つの異常と判定するとしたが、これらに限られない。開閉弁８を閉止させたときの異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも下がらない場合は（Ｓ４０４）、異常検知部の制御器１０は、次の制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されていてもよい。
【００８６】
すなわち、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の異常、エジェクタ７と圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６の閉塞異常、および、開閉弁８の閉止動作異常のうち少なくとも一つの異常と判定する、水素生成装置１００の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されていてもよい。
【００８７】
開閉弁８を閉止させたとき、正常な状態であるならば、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力は、第２の閾値以下となる。これに対し、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が、第１の閾値よりも下がらない状態は、非常に重大な異常が発生していると考えられる。
【００８８】
異常が発生する部位としては、エジェクタ７の異常、エジェクタ７と異常検知部の圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６の閉塞異常、および、開閉弁８の閉止動作異常などが挙げられる。エジェクタ７の異常としては、エジェクタ７内に水素含有ガスを導入するための流路（図示せず）の詰まり異常、および、エジェクタ７内にて原料ガスが流れる流路の詰まり異常および変形によるエジェクタ７による水素含有ガス吸引力低下などが想定される。
【００８９】
また、エジェクタ７と圧力検知部９との間のリサイクルガス流路６に異物などが詰まることにより、リサイクルガス流路６が閉塞している異常が考えられる。また、開閉弁８の閉止動作異常としては、閉止動作をしても開閉弁８が閉まらない異常が考えられる。
【００９０】
これらの異常は、水素生成装置１００の運転を再度実施しても異常が解消されない可能性が高いため、異常検知部の制御器１０は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させるという対応だけでなく、次回の起動を禁止するという制御を行う構成としてもよい。
【００９１】
なお、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が第１の閾値よりも下がらないということと、第１の閾値以上ということとは、同義であり、どちらの条件を用いても構わない。
【００９２】
［変形例］
図４は、本発明の実施の形態２の変形例における水素生成装置１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【００９３】
図４に示すように、異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値以上であって、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態から開閉弁８を閉止させた後の異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりは下がるが、第２の閾値以下にまで下がらない場合は、次の制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。
【００９４】
すなわち、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の水詰まり異常、エジェクタ７の微小な異常、および、開閉弁８の閉止動作の異常のうち少なくとも一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、ならびに、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。
【００９５】
このような構成により、リサイクルガス流路６等を水素含有ガスが正常に流れない異常を検知し易くなる。
【００９６】
本変形例の水素生成装置１００において、上記の点以外は、実施の形態２と同様に構成されている。
【００９７】
図４に示すように、まず、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ５０１）における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値以上（Ｓ５０２）であることを確認する。開閉弁８が開放状態にて異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値に問題がなければ、次のステップに移行する。
【００９８】
次に、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態から開閉弁８を閉止（Ｓ５０３）させて、そのときの異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値により異常があるかどうかを確認する。
【００９９】
開閉弁８を閉止させたときの異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりは下がるが第２の閾値以下にまで下がらない場合は（Ｓ５０４）、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の水詰まり異常、エジェクタ７の微小な異常、および、開閉弁８の閉止動作の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定（Ｓ５０５）する。
【０１００】
なお、本変形例では、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の水詰まり異常、エジェクタ７の微小な異常、および、開閉弁８の閉止動作の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定（Ｓ５０５）するとしたが、これらに限られるものではない。
【０１０１】
開閉弁８を閉止させたときの異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりは下がるが第２の閾値以下にまで下がらない場合は（Ｓ５０４）、異常検知部の制御器１０は、エジェクタ７の水詰まり異常、エジェクタ７の微小な異常、および、開閉弁８の閉止動作の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、ならびに、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されていてもよい。
【０１０２】
開閉弁８を閉止させたとき、正常な状態であるならば、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力は、第２の閾値以下となる。これに対し、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が、第１の閾値よりは下がるが第２の閾値以下にまで下がらない場合は、微小な異常が発生していると考えられる。
【０１０３】
微小な異常とは、リサイクルガス流路６を流通する水素含有ガスの流量が、設計値よりも低下しているが、完全に流れなくなったわけではない状態をいう。微小な異常は、再起動などを実施すれば異常が解消される可能性を有している。
【０１０４】
異常が発生する部位としては、エジェクタ７の水詰まり異常、エジェクタ７の微小な異常、および、開閉弁８の閉止動作の異常などが挙げられる。エジェクタ７関連の異常としては、エジェクタ７に水が詰まったり、微小なゴミ噛みが生じたり、微小な変形が生じるなどして、エジェクタによるベンチュリ効果が低下する異常が考えられる。
【０１０５】
また、開閉弁８の閉止動作の異常としては、開閉弁８を閉止しようとするが、完全に閉止することができず、微小に水素含有ガスが流通してしまうような中途半端な故障が考えられる。
【０１０６】
なお、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が第２の閾値以下にまで下がらないということと、第２の閾値より上がるということとは、同義であり、どちらを用いても構わない。
【０１０７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の水素生成装置１００は、実施の形態１、ならびに、実施の形態２およびその変形例のいずれかの水素生成装置１００において、さらに、異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも低くなっている場合は、次の制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。
【０１０８】
すなわち、異常検知部の制御器１０は、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６の詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常のうち少なくとも一つの異常と判定する、水素生成装置１００の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。
【０１０９】
このような構成により、リサイクルガス流路６等を水素含有ガスが正常に流れない異常を検知し易くなる。
【０１１０】
本実施の形態の水素生成装置１００は、上記特徴以外は、実施の形態１、ならびに、実施の形態２およびその変形例のいずれかの水素生成装置１００と同様に構成されている。
【０１１１】
［装置構成］
本発明の実施の形態３における水素生成装置１００の装置構成は、実施の形態１、ならびに、実施の形態２およびその変形例のいずれかと同様であるので説明を省略する。
【０１１２】
［動作］
以下、水素生成装置１００の動作について説明する。
【０１１３】
本実施の形態の水素生成装置１００の動作の特徴について、図４を用いて説明する。以下に説明する動作以外の水素生成装置１００の動作については、実施の形態１、ならびに、実施の形態２およびその変形例のいずれかの水素生成装置１００と同様の動作であるので説明を省略する。
【０１１４】
図５は、本発明の実施の形態３における水素生成装置１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【０１１５】
図５に示すように、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ６０１）における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも低くなっている場合（Ｓ６０２）は、異常検知部の制御器１０は、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６の詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定（Ｓ６０３）する。
【０１１６】
なお、本実施の形態では、異常検知部の制御器１０は、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６の詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定（Ｓ６０３）するとしたが、これに限られるものではない。
【０１１７】
原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ６０１）における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも低くなっている場合（Ｓ６０２）は、異常検知部の制御器１０は、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６の詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されていても構わない。
【０１１８】
第３の閾値は、リサイクルガス流路６に水素含有ガスが正常時に流れている状態において、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放状態から閉止した際、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力から決まる。この検知圧力が第３の閾値以下となるように、第３の閾値を設定する。
【０１１９】
開閉弁８を開放した状態にも関わらず、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が第３の閾値以下になるということは、リサイクルガス流路６における圧力検知部９よりも上流側に重大な異常が発生していると考えられる。
【０１２０】
異常が発生する部位としては、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６の詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常などが挙げられる。
【０１２１】
圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６の詰まり異常としては、流路内にゴミが詰まることなどが想定される。また、開閉弁８が閉止状態の異常としては、開閉弁８が閉止したまま開かない状態などが考えられる。
【０１２２】
これらの異常は、水素生成装置１００の運転を再度実施しても異常が解消されない可能性が高いため、制御器１０は、異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、および、運転を停止させるという対応だけでなく、次回の起動を禁止するという制御を行うよう構成されていてもよい。
【０１２３】
［変形例］
図６は、本発明の実施の形態３の変形例における水素生成装置１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【０１２４】
図６に示すように、異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも低く、かつ、第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも高い場合は、次の制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。
【０１２５】
すなわち、異常検知部の制御器１０は、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６に微小な詰まり異常、水詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、ならびに、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行うよう構成されている。
【０１２６】
このような構成により、リサイクルガス流路６等を水素含有ガスが正常に流れない異常を検知し易くなる。
【０１２７】
本変形例の水素生成装置１００において、上記の点以外は、実施の形態３と同様に構成されている。
【０１２８】
図６に示すように、異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ７０１）における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも低く、かつ、第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも高い場合（Ｓ７０２）は、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６に微小な詰まり異常、水詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定（Ｓ７０３）する。
【０１２９】
なお、本変形例では、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６に微小な詰まり異常、水詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定（Ｓ７０３）するとしたが、これに限られるものではない。
【０１３０】
異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態（Ｓ７０１）における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第１の閾値よりも低く、かつ、第１の閾値よりも低く設定された第３の閾値よりも高い場合（Ｓ７０２）は、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６に、微小な詰まり異常、水詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置の状態もしくは異常を報知する、ならびに、運転を停止させる制御のうち少なくとも一つを行う構成としても構わない。
【０１３１】
開閉弁８を開放させているとき、正常な状態であるならば、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力は第１の閾値以上となる。これに対し、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力が第１の閾値よりは下がるが第３の閾値よりも高い場合は、微小な異常が発生していると考えられる。
【０１３２】
微小な異常とは、リサイクルガス流路６を流通する水素含有ガスの流量が設計値よりも低下しているが、完全に流れなくなったわけではない状態である。そのため、再起動などを実施すれば異常が解消される可能性を有している。
【０１３３】
微小な異常としては、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６に微小な詰まり異常、水詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態などの異常が挙げられる。
【０１３４】
具体的には、圧力検知部９よりも上流側のリサイクルガス流路６に微小なゴミが詰まったり、水が詰まったり、開閉弁８が正常な開度まで開かず流路抵抗が大きくなった状態であったり、開閉弁８にゴミおよび水などが詰まったりする等の異常が想定される。
【０１３５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の水素生成装置１００は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、ならびに、実施の形態３およびその変形例のいずれかの水素生成装置１００であって、異常検知部の制御器１０は、水素生成装置１００の運転時に開閉弁８を定期的に閉止する制御を行うよう構成されている。
【０１３６】
このような構成により、リサイクルガス流路６等を水素含有ガスが正常に流れない異常を定期的に検知することが可能となる。
【０１３７】
本実施の形態の水素生成装置１００は、上記特徴以外は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、ならびに、実施の形態３およびその変形例のいずれかの水素生成装置１００と同様に構成されている。
【０１３８】
［装置構成］
本実施の形態の水素生成装置１００の装置構成は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、ならびに、実施の形態３およびその変形例のいずれかの水素生成装置１００と同様であるので説明を省略する。
【０１３９】
［動作］
以下、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。
【０１４０】
本実施の形態の水素生成装置１００の動作の特徴について、図７を用いて説明する。以下に説明する動作以外の水素生成装置１００の動作は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、ならびに、実施の形態３およびその変形例のいずれかの水素生成装置１００と同様の動作であるので説明を省略する。
【０１４１】
図７は、本実施の形態における水素生成装置１００の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【０１４２】
図７に示すように、本実施の形態における水素生成装置１００においては、異常検知部の制御器１０は、開閉弁８を開放させた状態（Ｓ８０１）から、定期的に（Ｓ８０２）、開閉弁８を閉止させる（Ｓ８０３）。このような構成により、定期的に開閉弁８を閉止し、リサイクルガス流路６に水素含有ガスが正常に流れているか確認することが可能となる。
【０１４３】
なお、定期的というのは、一定時間毎でも構わないし、水素生成装置１００の起動毎でも構わないし、水素生成装置１００が水素含有ガスを発生させる毎でも構わないし、水素生成装置１００が生成した水素含有ガスを利用する、水素生成装置１００内の機器が水素含有ガスを利用する毎でも構わない。
【０１４４】
リサイクルガス流路６を水素含有ガスが流れない異常を早めに検知するためには、このように定期的に異常検知動作を行うことが望ましい。
【０１４５】
図８Ａは、本実施の形態の水素生成装置１００の開閉弁８が開状態における、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値および水素生成装置１００の状態を示す概念図である。図８Ｂは、本実施の形態の水素生成装置１００の開閉弁８が閉状態における、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値および水素生成装置１００の状態を示す概念図である。
【０１４６】
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、開閉弁８が開状態であるか閉状態であるかによって、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が示す水素生成装置１００の状態は異なる。
【０１４７】
図８Ａに示すように、開閉弁８が開状態のとき、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が第１の閾値以上であれば、水素生成装置１００でのリサイクルガス流路６を流通する水素含有ガスは正常である。異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が第１の閾値よりも低く、第３の閾値よりも高ければ、水素生成装置１００でのリサイクルガス流路６を流通する水素含有ガスは低下している異常状態である。異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が第３の閾値よりも低ければ、水素生成装置１００でのリサイクルガス流路６を水素含有ガスが流れない異常状態である。
【０１４８】
また、図８Ｂに示すように、開閉弁８が閉状態のとき、異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が第２の閾値以下であれば、水素生成装置１００でのリサイクルガス流路６を流通する水素含有ガスは正常である。異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が第２の閾値より高く、第１の閾値よりも低ければ、水素生成装置１００でのリサイクルガス流路６を流通する水素含有ガスは低下している異常状態である。異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が第１の閾値以上であれば、水素生成装置１００でのリサイクルガス流路６を水素含有ガスが流れない異常状態である。
【０１４９】
開閉弁８が開状態で異常を確認できる部位もあれば、開閉弁８を閉止状態にしなければ異常を確認できない部位もある。開閉弁８を閉止しなければ異常を確認できない部位の信頼性を高めていくために、定期的に開閉弁８を閉止することが望ましい。
【０１５０】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５における燃料電池システムは、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、実施の形態３およびその変形例、ならびに、実施の形態４のいずれかの水素生成装置１００に加えて、水素生成装置１００で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池１１をさらに備える。
【０１５１】
このような構成により、燃料電池１１を有する燃料電池システム２００において、リサイクルガス流路６を流れる水素含有ガスの異常を検知できる。
【０１５２】
図９は、本発明の実施の形態５における燃料電池システム２００の概略構成の一例を示す概念図である。
【０１５３】
図９に示す例では、本実施の形態の燃料電池システム２００は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、実施の形態３およびその変形例、ならびに、第４実施形態のいずれかの水素生成装置１００に加えて、燃料電池１１をさらに備える。
【０１５４】
燃料電池１１は、水素生成装置１００より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池である。燃料電池１１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、および、りん酸形燃料電池等を用いることができる。
【０１５５】
燃料電池システム２００は、発電運転時において、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。本実施の形態における燃料電池システム２００は、実施の形態１の水素生成装置１００と、実施の形態１の水素生成装置１００で生成された水素含有ガスを利用する機器として、燃料電池１１とを有する。よって、本実施の形態における水素生成装置１００の動作は、実施の形態１と同様である。よって、本実施の形態における水素生成装置１００の動作の詳細な説明は省略する。
【０１５６】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６の水素生成装置１００は、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、水素含有ガス流路５と、リサイクルガス流路６と、エジェクタ７と、開閉弁８と、異常検知部とを有する。異常検知部は、圧力検知部９と制御器１０とを有する。
【０１５７】
本実施の形態の水素生成装置１００の異常検知部の圧力検知部９は、原料供給器２とエジェクタ７との間の原料供給流路３の圧力を検知する。
【０１５８】
このような構成により、異常検知部の圧力検知部９が、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異常検知部の圧力検知部９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。
【０１５９】
［装置構成］
図１０は、本発明の実施の形態６における水素生成装置１００の概略構成の一例を示す概念図である。
【０１６０】
図１０に示すように、本実施の形態の水素生成装置１００は、異常検知部の圧力検知部９が、原料供給器２とエジェクタ７との間に設けられている。本実施の形態の水素生成装置１００のその他の装置構成は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、実施の形態３およびその変形例、ならびに、実施の形態４のいずれかの水素生成装置１００と同様である。よって、これらの実施の形態および変形例と同様の構成についての説明は省略する。
【０１６１】
［動作］
以下、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。
【０１６２】
以下に説明する動作以外の水素生成装置１００の動作は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、実施の形態３およびその変形例、ならびに、実施の形態４のいずれかの水素生成装置１００と同様の動作である。よって、これらの実施の形態および変形例と同様の動作についての説明は省略する。
【０１６３】
本実施の形態の水素生成装置１００において、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、水添脱硫器１および改質器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と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、水添脱硫器１および改質器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。
【０１６４】
一方、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、水添脱硫器１および改質器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、水添脱硫器１および改質器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。
【０１６５】
エジェクタ７、水添脱硫器１および改質器４の圧力損失が大きくなると、異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力は、大きくなる。一方、エジェクタ７、水添脱硫器１および改質器４の圧力損失が小さくなると、異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力は、小さくなる。
【０１６６】
まず、水素生成装置１００は、開閉弁８が開かれた状態で、改質器４で水素含有ガスを生成し、リサイクルガス流路６にはリサイクルガス（水素含有ガス）が流れている。
【０１６７】
異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が予め定められる第４の閾値以下であれば、リサイクルガス流路６の詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置１００の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する制御のうち少なくとも一つを行う。
【０１６８】
また、異常検知部の制御器１０は、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態における異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第４の閾値以上であっても、原料供給器２が供給動作し、開閉弁８を開放させている状態から開閉弁８を閉止させた後の異常検知部の圧力検知部９の検知圧力値が、第４の閾値よりも下がらない場合には、リサイクルガス流路６の詰まり異常、および、開閉弁８が閉止状態の異常の少なくともいずれか一つの異常と判定する、水素生成装置１００の状態もしくは異常を報知する、運転を停止させる、ならびに、次回の起動を禁止する制御のうち少なくとも一つを行う。
【０１６９】
第４の閾値は、リサイクルガス流路６が閉塞していないときの原料供給流路３の圧力と、リサイクルガス流路６が閉塞したときの原料供給流路３の圧力の間の値である。
【０１７０】
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、水添脱硫器１および改質器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とを足した合計のガス流量が流れる。
【０１７１】
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、水添脱硫器１および改質器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、水添脱硫器１および改質器４を流れるガス流量は減少する。
【０１７２】
エジェクタ７、水添脱硫器１および改質器４を流れるガス流量が小さくなると、異常検知部の圧力検知部９により検知される圧力は、小さくなる。
【０１７３】
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となる。一方、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。
【０１７４】
つまり、原料供給流路３の圧力値が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。異常検知部の制御器１０は、異常検知部の圧力検知部９により検知された圧力値が、ある原料ガス流量において、第４の閾値以下である場合、リサイクルガス流路６の閉塞を検知する。
【０１７５】
本実施の形態における水素生成装置１００の構成によれば、異常検知部の圧力検知部９は、原料供給器２とエジェクタ７との間の原料供給流路３（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異常検知部の圧力検知部９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。
【０１７６】
また、本実施の形態における水素生成装置１００の構成によれば、開閉弁８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。
【０１７７】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７の水素生成装置１００は、異常検知部の圧力検知部９が、エジェクタ７と水添脱硫器１との間の原料供給流路３（エジェクタ７の下流）に配置される点が、実施の形態６の水素生成装置１００と異なる。
【０１７８】
本実施の形態の水素生成装置１００においては、異常検知部の圧力検知部９が、エジェクタ７と水添脱硫器１との間の原料供給流路３（エジェクタ７の下流）に配置されている。異常検知部の圧力検知部９は、水蒸気を含むリサイクルガスおよび乾燥している原料ガスの混合ガスの圧力を測定する。
【０１７９】
このような構成により、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。
【０１８０】
［装置構成］
図１１は、本発明の実施の形態７における水素生成装置１００の概略構成の一例を示す概念図である。
【０１８１】
本実施の形態における水素生成装置１００は、異常検知部の圧力検知部９が、エジェクタ７と水添脱硫器１との間の原料供給流路３（エジェクタ７の下流）に配置されるという構成以外は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、実施の形態３およびその変形例、実施の形態４、ならびに、実施の形態６のいずれかの水素生成装置１００と同様である。よって、これらの実施の形態および変形例と同様の構成についての説明は省略する。
【０１８２】
［動作］
以下、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。
【０１８３】
以下に説明する動作以外の水素生成装置１００の動作は、実施の形態１、実施の形態２およびその変形例、実施の形態３およびその変形例、実施の形態４、ならびに、実施の形態６のいずれかの水素生成装置１００と同様の動作である。よって、これらの実施の形態および変形例と同様の動作についての説明は省略する。
【０１８４】
本実施の形態の水素生成装置１００において、異常検知部の圧力検知部９は、水添脱硫器１および改質器４の圧力損失の変化を検知する。異常検知部の圧力検知部９は、エジェクタ７の圧力損失を測定することはできないが、水添脱硫器１および改質器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１０に示す実施の形態６の水素生成装置１００と同等の効果が得られる。
【０１８５】
さらに、異常検知部の圧力検知部９を、エジェクタ７と水添脱硫器１との間の原料供給流路３（エジェクタ７の下流）に配置させる構成により、水蒸気を含むリサイクルガスおよび乾燥している原料ガスの混合ガスの圧力を、異常検知部の圧力検知部９により測定する。このため、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。
【０１８６】
以上の説明は、例示として解釈されるべきであり、当業者にとっては、上述の説明に基づき、本発明の各実施の形態における構造および機能の改良、ならびに、本発明の他の実施の形態を想到できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１８７】
以上述べたとおり、本発明は、原料ガス流量の変動および水素含有ガスの生成量の変動等に伴うリサイクルガス流路の温度変動の影響を受けることなく、リサイクルガス流路およびエジェクタ等の異常を検知できるという格別の効果を奏する水素生成装置を提供する。よって、水添脱硫器を備えた水素生成装置および水素生成装置を備える燃料電池システム等に有用である。
【符号の説明】
【０１８８】
１    水添脱硫器
２    原料供給器
３    原料供給流路
４    改質器
５    水素含有ガス流路
６    リサイクルガス流路
７    エジェクタ
８    開閉弁
９    圧力検知部
１０    制御器
１１    燃料電池
１００    水素生成装置
２００    燃料電池システム
【図１】
2016021182.tif 000003
【図２】
2016021182.tif 000004
【図３】
2016021182.tif 000005
【図４】
2016021182.tif 000006
【図５】
2016021182.tif 000007
【図６】
2016021182.tif 000008
【図７】
2016021182.tif 000009
【図８Ａ】
2016021182.tif 000010
【図８Ｂ】
2016021182.tif 000011
【図９】
2016021182.tif 000012
【図１０】
2016021182.tif 000013
【図１１】
2016021182.tif 000014
【国際調査報告】
2016021182.tif 000015
2016021182.tif 000016