(57)【要約】【課題】改質ガスの検知温度から改質触媒層の温度を正確に求めることができ、また運転停止後に加熱手段を再度燃焼させて運転を再開する際にも、改質触媒層の温度を正確に求めることができる水素製造装置を提供する。【解決手段】原料と水蒸気から水素リッチな改質ガスを生成する改質触媒層３と、改質触媒層３より改質ガスの流れの下流側に設けられ、改質ガスの流れを集合させる改質ガス集合部５と、改質ガス集合部５を通過する改質ガスの温度を検知する温度検知手段６を備える。さらに、改質触媒層３の実測温度値と、改質触媒層３がこの温度のときに温度検知手段６で検知される改質ガス集合部５の改質ガスの検知温度値との対応関係のデータを保存するデータ保存部７と、データ保存部７に保存されたこの対応関係データに基づいて、温度検知手段６で検知された温度から改質触媒層３の温度を演算して推定する演算部８を備える。【選択図】図１
2008189519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と水を供給する原料・水供給部と、原料・水供給部から原料と水が供給され、水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部と、蒸発部から原料と水蒸気が供給され、原料と水蒸気から水素リッチな改質ガスを生成する改質触媒層と、燃料を燃焼させることによって蒸発部と改質触媒層を加熱する加熱手段と、改質触媒層より改質ガスの流れの下流側に設けられ、改質ガスの流れを集合させる改質ガス集合部と、改質ガス集合部を通過する改質ガスの温度を検知する温度検知手段と、改質触媒層の実測温度値と、改質触媒層がこの温度のときに温度検知手段で検知される改質ガス集合部の改質ガスの検知温度値との対応関係のデータを保存するデータ保存部と、データ保存部に保存されたこの対応関係データに基づいて、温度検知手段で検知された温度から改質触媒層の温度を演算して推定する演算部と、を備えて成ることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
上記データ保存部に保存される、改質触媒層の実測温度値と温度検知手段による検知温度値との対応関係データは、加熱手段で燃料を燃焼し始めるときの、改質触媒層の異なる複数の実測温度値とこの各実測温度値に対応する温度検知手段による検知温度値を起点とする、複数の対応関係データのデータ群からなるものであり、上記演算部は、加熱手段で燃料を燃焼し始めるときに温度検知手段で検知された温度に相応する検知温度値を起点とする対応関係データをデータ群から選択して、この対応関係データに基づいて、温度検知手段で検知された温度から改質触媒層の温度を演算して推定するものであることを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
温度検知手段によって検知された温度を基に演算部で推定された改質触媒層の温度に基づいて、原料・水供給部からの原料と水の供給の開始時期を制御する制御部を備えて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の水素製造装置と、この水素製造装置から供給される改質ガスを用いて発電する燃料電池とを備えて成ることを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素等の原料を水蒸気改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成する水素製造装置及び、水素製造装置で生成された改質ガスを用いて発電する燃料電池発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池発電システムなどにおいて、天然ガスや都市ガスといった炭化水素等を原料として使用し、この原料を水蒸気改質反応させることによって、水素を主成分とする改質ガスを生成する水素製造装置が使用されている。
【０００３】
このような水素製造装置Ａの一例を図４に示す。図４において３は改質触媒層であり、粒状や円柱状の改質触媒を充填して円筒形状に形成してある。改質触媒層３の上流側には蒸発部２が設けてあり、原料・水供給部１から原料と水が蒸発部２に供給されるようにしてある。改質触媒層３の下流側には改質ガスが通過する改質ガス通過部１５が設けてあり、改質ガス通過部１５の一箇所に改質ガス集合部５が設けてある。改質触媒層３と蒸発部２の内側には加熱手段４が設けてある。加熱手段４は燃料を燃焼させるバーナ１６を備えて形成されるものであり、改質触媒層３と蒸発部２を加熱するようにしてある。上記の改質ガス集合部５に温度検知手段６が設けてあり、この温度検知手段６は制御手段１７に接続してあって、バーナ１６に燃料を供給する燃料供給部１８やバーナ１６に空気を送風するファン１９を制御手段１７で制御するようにしてある（特許文献１参照）。
【０００４】
この水素製造装置Ａにあって、原料・水供給部１から原料と水が蒸発部２に供給されると、加熱手段４による加熱によって、水は水蒸気となり、この水蒸気と原料は改質触媒層３に供給される。そして原料と水蒸気とが加熱手段４で加熱された改質触媒層３に供給されると、原料と水蒸気が水蒸気改質反応して水素リッチな改質ガスが生成される。生成された改質ガスは改質触媒層３から改質ガス通過部１５に流れ、さらに改質ガス集合部５に集められた後に、水素製造装置Ａから送り出される。
【０００５】
このとき、改質ガス集合部５を流れる改質ガスの温度が温度検知手段６で検知されており、この検知温度に基づいて、燃料供給部１８からバーナ１６に供給する燃料の量や、ファン１９でバーナ１６に送風する空気量を制御手段１７で制御することによって、加熱手段４による改質触媒層３の加熱温度を、水蒸気改質反応に適した７００℃前後の温度に制御するようにしてある。
【０００６】
ここで、改質触媒層３で生じる水蒸気改質反応は吸熱反応であり、また改質触媒層３は容積が大きく、吸熱反応の分布の不均一や、改質ガスの流れの不均一のために、改質触媒層３内での温度分布は不均一になり易い。このため、改質触媒層３の温度を直接、計測する場合には、改質触媒層３の複数個所に熱電対などを配置し、改質触媒層３の複数個所の温度を計測して、その平均値をとるなどが必要であり、装置構成が複雑になりメンテナンスも面倒になる。
【０００７】
そこで図４の水素製造装置Ａでは、改質触媒層３内に温度検知手段６を設けるのではなく、改質触媒層３から出てくる改質ガスが流れる改質ガス集合部５に温度検知手段６を設けるようにしている。改質ガス集合部５には改質触媒層３を通過した改質ガスが集合して流れるので、改質ガス集合部５での改質ガスの温度は、改質触媒層３を通過する改質ガスの温度の平均値になっているものであり、改質ガス集合部５の一箇所に温度検知手段６を設けるだけで、改質触媒層３の吸熱反応の分布の不均一や、改質ガスの流れの不均一に影響されることなく、温度検知を行なうことができるのである。
【特許文献１】特開２００２−２０１００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、改質ガス集合部５の改質ガスは改質触媒層３から流れ出た後のものであるので、温度検知手段６によって検知される改質ガスの温度は一般的に改質触媒層３の温度よりも低くなっており、温度検知手段６で検知された温度は改質触媒層３の正確な温度ではない。従って、温度検知手段６で検知された温度に基づいて、制御手段１７で加熱手段４を制御する場合、改質触媒層３を水蒸気改質反応に適した温度に正確に制御することが難しいという問題があった。
【０００９】
特に問題になるのは、水素製造装置Ａを運転して改質触媒層３で改質ガスを生成している途中で、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を停止し、改質ガスの生成を停止させた後に、温度検知手段６で検知される温度が２００〜５００℃程度の中温度の状態で、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を再度開始して、水素製造装置の運転を再開する場合、改質触媒層３の実際の温度が不明確であるため、原料・水供給部１から原料と水の供給を開始する時期を誤り易いことである。すなわち、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を再度開始してから、原料と水の供給を開始する時期が早いと、改質触媒層３の温度がまだ低く、水蒸気の作用で改質触媒層３の触媒が劣化するおそれがあり、また加熱手段４のバーナ１６の燃焼を再度開始してから、原料と水の供給を開始する時期が遅いと、改質触媒層３の温度が高くなり過ぎて、原料の炭化水素から炭素が触媒の表面に析出し、触媒作用が阻害されるおそれがある。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、改質ガスの検知温度から改質触媒層の温度を正確に求めることができ、また運転停止後に加熱手段を再度燃焼させて運転を再開する際にも、改質触媒層の温度を正確に求めることができる水素製造装置及び燃料電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る水素製造装置は、原料と水を供給する原料・水供給部１と、原料・水供給部１から原料と水が供給され、水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部２と、蒸発部２から原料と水蒸気が供給され、原料と水蒸気から水素リッチな改質ガスを生成する改質触媒層３と、燃料を燃焼させることによって蒸発部２と改質触媒層３を加熱する加熱手段４と、改質触媒層３より改質ガスの流れの下流側に設けられ、改質ガスの流れを集合させる改質ガス集合部５と、改質ガス集合部５を通過する改質ガスの温度を検知する温度検知手段６と、改質触媒層３の実測温度値と、改質触媒層３がこの温度のときに温度検知手段６で検知される改質ガス集合部５の改質ガスの検知温度値との対応関係のデータを保存するデータ保存部７と、データ保存部７に保存されたこの対応関係データに基づいて、温度検知手段６で検知された温度から改質触媒層３の温度を演算して推定する演算部８と、を備えて成ることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、試験装置などで予め得られている、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６で検知される改質ガス集合部５の改質ガスの検知温度値との対応関係のデータに基づいて、温度検知手段６で検知された温度から改質触媒層３の温度を演算して推定することによって、改質触媒層３の実際の温度を正確に求めることができるものである。
【００１３】
また請求項２の発明は、請求項１において、上記データ保存部７に保存される、改質触媒層３の実測温度値と温度検知手段６による検知温度値との対応関係データは、加熱手段４で燃料を燃焼し始めるときの、改質触媒層３の異なる複数の実測温度値とこの各実測温度値に対応する温度検知手段６による検知温度値を起点とする、複数の対応関係データのデータ群からなるものであり、上記演算部８は、加熱手段４で燃料を燃焼し始めるときに温度検知手段６で検知された温度に相応する検知温度値を起点とする対応関係データをデータ群から選択して、この対応関係データに基づいて、温度検知手段６で検知された温度から改質触媒層３の温度を演算して推定するものであることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、運転停止後に加熱手段４を再度燃焼させて運転を再開する際に、運転再開時での温度検知手段６による検知温度を起点とする対応関係データをデータ群から選択して、改質触媒層３の温度を演算して推定することができ、改質触媒層３の実際の温度を正確に求めることができるものである。
【００１５】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、温度検知手段６によって検知された温度を基に演算部８で推定された改質触媒層３の温度に基づいて、原料・水供給部１からの原料と水の供給の開始時期を制御する制御部９を備えて成ることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、運転停止後に加熱手段４を再度燃焼させて運転を再開する際に、運転再開時での温度検知手段６による検知温度を基に正確に求められた改質触媒層３の温度に応じて、原料・水供給部１から原料と水の供給を開始することができ、改質触媒層３が劣化したり改質触媒層３に炭素が析出したりすることを防ぐことができるものである。
【００１７】
本発明の請求項４に係る燃料電池発電システムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の水素製造装置と、この水素製造装置から供給される改質ガスを用いて発電する燃料電池とを備えて成ることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、改質触媒層３の温度を正確に制御して効率良く生成された水素製造装置Ａの改質ガスを用いて、効率の良い発電を行なうことができるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６で検知される改質ガス集合部５の改質ガスの検知温度値との対応関係のデータに基づいて、温度検知手段６で検知された温度から改質触媒層３の温度を演算して推定することができ、温度検知手段６で検知される改質ガス集合部５の改質ガスの温度から、改質触媒層３の実際の温度を正確に求めることができるものである。
【００２０】
また、運転停止後に加熱手段４を再度燃焼させて運転を再開する際に、運転再開時での温度検知手段６による検知温度を起点とする対応関係データをデータ群から選択して、改質触媒層３の温度を演算して推定することができ、改質触媒層３の実際の温度を正確に求めることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２２】
図１は水素製造装置Ａと燃料電池Ｂを備えた本発明に係る燃料電池発電システムを示すものである。
【００２３】
水素製造装置Ａは同心円筒状の内筒２２と外筒２３を備えて形成されるものであり、外筒２３の外周を熱損失を緩和するための断熱材２４で覆ってある。内筒２２と外筒２３の間の中段部には粒状や円柱状の改質触媒を充填して、円筒形状の改質触媒層３が形成してあり、改質触媒層３の上側において内筒２２と外筒２３の間に円筒状空間部として蒸発部２が、改質触媒層３の下側において内筒２２と外筒２３の間に円筒状空間部として改質ガス通過部１５がそれぞれ形成してある。蒸発部２には、ブタンガス等の炭化水素ガスなど原料と水とを蒸発部２に供給する原料・水供給部１が接続してある。
【００２４】
また改質ガス通過部１５の外周には改質ガス集合部５が突設してあり、改質ガス通過部１５の一箇所を改質ガス集合部５内と連通させてある。改質ガス集合部５には改質ガス供給路２５が接続してあり、改質ガス供給路２５は燃料電池Ｂに接続してある。図１の実施の形態では、改質ガス集合部５を改質ガス供給路２５で燃料電池Ｂに直接接続するようにしたが、ＣＯシフト反応部やＣＯ選択酸化反応部などの一酸化炭素除去部を介して改質ガス集合部５を燃料電池Ｂに接続するようにしてもよいのはいうまでもない。
【００２５】
内筒２２の内周は燃焼ガス流路２７として形成されるものであり、内筒２２の下端部に加熱手段４が設けてある。加熱手段４はバーナ１６を備えて形成されるものであり、バーナ１６には燃料を供給する燃料供給部１８を接続し、燃焼用空気を送風するファン１９が設けてある。燃料供給部１８からバーナ１６に供給される燃料としては、上記の炭化水素ガスなどの原料を用いることができ、また燃料電池Ｂで消費されなかった水素を含む改質ガスを返送して用いることもできる。
【００２６】
上記の改質ガス集合部５内には熱電対などで形成される温度検知手段６が設けてある。この温度検知手段６は改質ガス集合部５内の温度を検知するものであり、制御手段１７に電気的に接続してある。また制御手段１７は加熱手段４の燃料供給部１８やファン１９に電気的に接続してあり、燃料供給部１８からバーナ１６への燃料の供給や、ファン１９からバーナ１６への燃焼用空気の供給を制御手段１７で制御することができるようにしてある。制御手段１７はさらに原料・水供給部１に電気的に接続してあり、原料・水供給部１からの原料や水の供給を制御することができるようにしてある。
【００２７】
上記のように形成される水素製造装置Ａにあって、ファン１９から燃焼用空気を送風しつつ燃料供給部１８から燃料を供給し、スパーク等の点火源で点火してバーナ１６を燃焼させると、バーナ１６の燃焼で発生した燃焼ガスは燃焼ガス流路２７を通過した後に、燃焼ガス流路２７の上端の排気口２８から排気される。このように燃焼ガスが燃焼ガス流路２７を通過する際に、蒸発部２や改質触媒層３が熱交換により加熱される。そして原料・水供給部１から原料と水が蒸発部２に供給されると、水は蒸発部２内で加熱されて水蒸気となり、原料ガスと水蒸気とが混合した混合ガスが生成される。この混合ガスは蒸発部２から改質触媒層３へと流れ、混合ガスが改質触媒層３内を通過する際に、改質触媒層３の触媒作用で、混合ガスの原料と水蒸気とが水蒸気改質反応し、水素リッチな改質ガスが生成される。
【００２８】
改質触媒層３内で生成された改質ガスは、改質触媒層３から改質ガス通過部１５へと流れ、改質ガス通過部１５を流れる改質ガスは改質ガス集合部５で集合した後に、改質ガス集合部５から改質ガス供給路２５を通して燃料電池Ｂに供給される。このように水素製造装置Ａで生成された水素リッチな改質ガスを燃料電池Ｂに供給して、改質ガス中の水素と空気中の酸素を燃料電池Ｂで電気化学的に反応させることによって、発電をすることができるものである。
【００２９】
上記のように改質触媒層３内で生成された改質ガスが改質ガス集合部５内を流れる際に、改質ガス集合部５内に設けられた温度検知手段６で改質ガスの温度が検知されるものである。そして、温度検知手段６によるこの検知温度を基にして、制御手段１７で、燃料供給部１８からバーナ１６への燃料の供給や、ファン１９からバーナ１６への燃焼用空気の供給を制御することによって、バーナ１６の燃焼量や燃焼温度を制御し、改質触媒層３の温度を水蒸気改質反応に適した温度に保つようにしてある。改質ガス集合部５内を流れる改質ガスは改質触媒層３から流出する改質ガスが集合して混合されたものであるため、改質触媒層３を通過する改質ガスの温度の平均値になっているものであり、改質ガス集合部５の一箇所に温度検知手段６を設けるだけで、改質触媒層３の吸熱反応の分布の不均一や、改質ガスの流れの不均一に影響されることなく、温度検知を行なうことができるのである。
【００３０】
ここで、上記のように、改質ガス集合部５を通過する改質ガスは改質触媒層３から流れ出た後のものであるので、温度検知手段６によって検知される改質ガスの温度は一般的に改質触媒層３の温度よりも低くなっており、温度検知手段６で検知された温度は改質触媒層３の正確な温度ではない。そこで本発明では、予め試験装置で、改質触媒層３の実測温度値と、改質触媒層３がこの温度のときに温度検知手段６で検知される改質ガス集合部５の改質ガスの検知温度値との対応関係のデータをとっておき、この対応関係データに基づいて、実機の水素製造装置Ａにおいて温度検知手段６で検知された改質ガス集合部５の改質ガスの温度から、改質触媒層３の温度を演算して推定することによって、改質触媒層３の実際の正確な温度を求めるようにしたものである。
【００３１】
図２は試験装置Ｃを示すものであり、全体の構造は図１に示す実機の水素製造装置Ａと同じものであるが、試験装置Ｃには改質触媒層３内に熱電対などの改質触媒温度検知手段３０を設け、改質触媒層３の温度を実測することができるようにしてある。改質触媒温度検知手段３０を改質触媒層３の複数個所に設け、改質触媒層３の平均温度を測定するようにしてもよい。そして試験装置Ｃにおいて、上記と同様に、加熱手段４のバーナ１６を燃焼させ、原料・水供給部１から原料と水を供給し、改質触媒層３で水蒸気改質反応をさせて改質ガスを生成させる運転を行なう。
【００３２】
このように試験装置Ｃで改質ガスを生成する運転を行なう際に、改質触媒層３内の温度を改質触媒温度検知手段３０で実測すると共に、この実測した時点での改質ガス集合部５内の温度を温度検知手段６で検知する。このように改質触媒温度検知手段３０による改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による改質ガス集合部５内の検知温度値とを、図３のように、横軸に温度検知手段６による改質ガス集合部５内の検知温度値を、縦軸に改質触媒温度検知手段３０による改質触媒層３の実測温度値をとって、プロットすることによって、改質触媒層３の実測温度値と、改質触媒層３がこの温度のときに温度検知手段６で検知される改質ガス集合部５の検知温度値とが対応する関係の曲線として、対応関係データが得られる。
【００３３】
図３において曲線ａは、外気温度が常温付近において、試験装置Ｃを起動して運転を開始したときの対応関係データを示すものであり、この運転開始時には加熱手段４による加熱は行なわれていないので、曲線ａの起点の、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値は、それぞれ常温付近の約３０℃である。そしてバーナ１６を燃焼させて加熱手段４で加熱を開始すると、初期は改質触媒層３に混合ガスは供給されていないので、加熱手段４からの伝熱で加熱されて改質触媒層３の実測温度値が大きく上昇するが、改質ガス集合部５に改質ガスは供給されないので、温度検知手段６による検知温度値の上昇は小さい。次に改質触媒層３の実測温度値が３００〜４００℃の範囲で、原料・水供給部１から原料と水の供給が開始され、改質触媒層３で改質ガスが生成されて、改質ガス集合部５に改質ガスが供給されるようになると、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値の上昇速度はほぼ等しくなり、この結果、曲線ａのような挙動の対応関係データを得ることができる。
【００３４】
また図３において曲線ｂ、ｃ、ｄは、試験装置Ｃで改質ガスを生成させる運転を行なっている途中で、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を停止し、改質ガスを生成する運転を停止させた後に、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を再度開始して運転を再開したときの、対応関係データを示すものである。試験装置Ｃの運転を停止して加熱手段４のバーナ１６の燃焼を停止すると、改質触媒層３は加熱手段４から熱量が加えられない状態になり、またファン１９からの送風によって改質触媒層３が冷却され、改質触媒層３の温度は下がり易い。一方、改質ガス集合部５内では改質ガスが滞留しているために温度が下がり難い。また改質触媒層３と改質ガス集合部５との間の熱伝導によって、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値はほぼ同じ値になる。例えば曲線ｂの起点の、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値は、それぞれ約１７０℃、曲線ｃの起点の、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値は、それぞれ約３００℃、曲線ｄの起点の、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値は、それぞれ約４００℃である。そしてバーナ１６の燃焼を再開して加熱手段４による加熱を再開させると、上記の曲線ａと同様に、初期は、改質触媒層３の実測温度値の上昇は大きく、温度検知手段６による検知温度値の上昇は小さく、改質触媒層３から改質ガス集合部５に改質ガスが供給されるようになると、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値の上昇速度はほぼ等しくなり、それぞれ曲線ｂ，ｃ，ｄのような挙動の対応関係データを得ることができる。
【００３５】
このように、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を開始して運転を起動、あるいは再開する起点では、改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値はほぼ等しく、図３の改質触媒層３の実測温度値と、温度検知手段６による検知温度値が１：１で比例する線Ｌ上に起点が存在し、初期では温度上昇の対応関係の挙動がそれぞれ異なり、６００℃を超える高温領域になると一致する、曲線ａ〜ｄのような対応関係データのデータ群を得ることができる。
【００３６】
そしてこのようにして試験装置Ｃで得られた対応関係データのデータ群は、図１の実機の水素製造装置Ａの制御手段１７のデータ保存部７に保存されている。図１の制御手段１７はＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えて形成されるものであり、このデータ保存部７と、演算部８と、制御部９を有して構成されているものである。
【００３７】
次に、図１の実機の水素製造装置Ａにおいて、データ保存部７に保存されている改質触媒層３の実測温度値と温度検知手段６による検知温度値との対応関係データを用いて、改質触媒層３の温度を推定する方法を説明する。
【００３８】
温度検知手段６で検知された改質ガス集合部５の温度のデータは演算部８に入力されるものであり、このように演算部８に温度検知手段６で検知された温度データが入力されると、データ保存部７に保存された対応関係データに基づいて、温度検知手段６で検知された温度データに対応する改質触媒層３の温度を演算して求めることができる。例えば、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を開始する時点での、温度検知手段６による検知温度が１７０℃であると、起点が１７０℃である図３の曲線ｂの対応関係データが選択され、曲線ｂの対応関係データに基づいて温度検知手段６による検知温度から改質触媒層３の温度を演算して、改質触媒層３の温度を推定することができるものである。この演算部８で推定された改質触媒層３の温度は、実測温度値に基づくものであるため、改質触媒層３の正確な温度である。例えば、温度検知手段６によって検知される温度が２００℃になると、改質触媒層３の温度は２６０℃であると推定することができる。
【００３９】
そして、改質触媒層３の温度が３００〜４００℃の範囲で原料・水供給部１から原料と水の供給を開始することによって、改質触媒層３の触媒劣化や炭素析出を防ぐことができるので、温度検知手段６によって検知される温度が、改質触媒層３の温度が３００℃を超えると推定される２３０℃を超える時点と、改質触媒層３の温度が４００℃以下であると推定される検知温度が２９０℃以下の時点の間に達すると、例えば温度検知手段６による検知温度が２６０℃に達すると、制御手段１７の制御部９によって、原料・水供給部１を制御し、原料と水の供給を開始するものである。また、温度検知手段６による検知温度を基に演算して推定される改質触媒層３の温度が、水蒸気改質反応に適した７００℃前後になると、制御手段１７の制御部９によって、加熱手段４の燃料供給部１８やファン１９を制御して、燃料供給部１８からバーナ１６への燃料の供給や、ファン１９からバーナ１６への燃焼用空気の供給を制御し、加熱手段４による加熱温度を制御することによって、改質触媒層３をこの温度に保つようにすることができるものである。
【００４０】
また、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を開始する時点での、温度検知手段６による検知温度が、図３の曲線ａ〜ｄの起点の温度と一致しない場合は、演算部８において、温度検知手段６による検知温度に近い起点の温度を有する２つの曲線を選択し、この２つの曲線の間に、温度検知手段６による検知温度を起点とすると共にこれらの曲線と相関を有する曲線を設定し、この設定された曲線の対応関係データに基づいて、上記と同様にして改質触媒層３の温度を推定するものである。
【００４１】
すなわち、線Ｌ上において曲線ａ〜ｂのエリア、曲線ｂ〜ｃのエリア、曲線ｃ〜ｄのエリアに区分けし、加熱手段４のバーナ１６の燃焼を開始する時点での、温度検知手段６による検知温度が存在するエリアの２つの曲線を選択する。そして温度検知手段６による検知温度と２つの曲線の各起点の温度との差を求め、２つの曲線の間にこの温度差に応じた関係の曲線を設定する。例えば温度検知手段６による検知温度が２００℃であるとすると、曲線ｂと曲線ｃが選択される。曲線ｂの起点の温度は１７０℃、曲線ｃの起点の温度は３００℃であり、温度検知手段６による検知温度との温度差は、曲線ｂは３０℃、曲線ｃは１００℃であるので、起点を２００℃とすると共に曲線ｂ，ｃに対してこの温度差に応じた相関関係を有する曲線が設定される。そしてこのように設定された曲線の対応関係データに基づいて、改質触媒層３の温度を推定することができるものである。
【００４２】
上記のように、改質ガス集合部５を流れる改質ガスの温度を温度検知手段６で検知することによって、この検知温度を基に改質触媒層３の正確な温度を演算して推定することができるものであり、そしてこの正確に推定された改質触媒層３の温度に応じて、原料・水供給部１からの原料と水の供給の開始を制御することができ、また加熱手段４による改質触媒層３の加熱温度を制御することができるものであり、改質触媒層３に劣化等が生じることなく、効率高く改質ガスを生成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】試験装置の水素製造装置を示す概略断面図である。
【図３】改質触媒層の実測温度値と温度検知手段による検知温度値との対応関係データを示すグラフである
【図４】従来例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  原料・水供給部
２  蒸発部
３  改質触媒層
４  加熱手段
５  改質ガス集合部
６  温度検知手段
７  データ保存部
８  演算部
９  制御部
Ａ  水素製造装置
Ｂ  燃料電池
【図１】
2008189519.tif 000003
【図２】
2008189519.tif 000004
【図３】
2008189519.tif 000005
【図４】
2008189519.tif 000006