(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する加熱器と、
手動起動が選択された場合に、前記加熱器で加熱される第１加熱量が、通常起動時に前記加熱器で加熱される第２加熱量より大きくなるよう制御する制御器と、
を備えた、水素生成装置。
【請求項２】
前記改質器の温度を検知する改質器温度検知器を備え、
前記制御器は、前記手動起動が選択された場合に、前記改質器温度検知器によって検知される改質温度が第１温度以上となった場合又は前記加熱器の加熱開始から第１時間経過した場合に、前記加熱器で加熱される加熱量が、前記第１加熱量より低い第３加熱量となるよう制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する加熱器と、
前記改質器に水を供給する水供給器と、
前記改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、
手動起動が選択された場合に、前記改質器の加熱開始から前記水供給器から前記改質器への水供給を開始するまでの第２時間が、通常起動時に、前記改質器の加熱開始から前記水供給器から前記改質器への水供給を開始するまでの第３時間よりも短くなるよう制御する制御器と、を備えた、水素生成装置。
【請求項４】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する加熱器と、
前記改質器に水を供給する水供給器と、
前記改質器の温度を検知する改質器温度検知器と、
前記改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、
通常起動時に、前記改質器温度検知器によって検知される改質温度が第２温度になると前記改質器への水供給を開始し、手動起動が選択された場合に、改質温度が前記第２温度より低い第３温度になると前記改質器への水供給を開始するよう制御する制御器と、
を備えた水素生成装置。
【請求項５】
前記制御器は、通常起動時に、第１流量で前記改質器へ水を供給し、前記手動起動が選択された場合に、前記第１流量より少ない第２流量で前記改質器へ水を供給するよう制御する、請求項３又は４に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記ＣＯ低減器の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器を備え、
前記制御器は、前記手動起動が選択された場合に、前記ＣＯ低減器温度検知器によって検知されるＣＯ低減器温度が第４温度以上となった場合又は前記加熱器の加熱開始から第４時間経過した場合に、前記第２流量より多い第３流量で前記改質器へ水を供給するよう制御する、請求項５に記載の水素生成装置。
【請求項７】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する加熱器と、
前記改質器に水を供給する水供給器と、
前記改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、
通常起動時に、第４流量で前記改質器へ水を供給し、手動起動が選択された場合に、前記第４流量より多い第５流量で前記改質器へ水を供給するよう制御する制御器と、
を備えた、水素生成装置。
【請求項８】
前記ＣＯ低減器の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器を備え、
前記制御器は、前記手動起動が選択された場合に、前記ＣＯ低減器温度検知器によって検知されるＣＯ低減器温度が第５温度以上となった場合又は前記加熱器の加熱開始から第５時間経過した場合に、前記第５流量より少ない第６流量で前記改質器へ水を供給するよう制御する、請求項７に記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記ＣＯ低減器は、前記改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減する選択酸化器を含み、
前記選択酸化器に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器を備え、
前記制御器は、通常起動時に、第７流量で前記選択酸化器へ酸素含有ガスを供給し、前記手動起動が選択された場合に、前記第７流量より多い第８流量で前記選択酸化器へ酸素含有ガスを供給するよう制御する、請求項６又は８に記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記選択酸化器の温度を検知する選択酸化器温度検知器を備え、
前記制御器は、前記手動起動が選択された場合に、前記選択酸化器温度検知器によって検知される選択酸化器温度が第６温度以上となった場合又は前記加熱器の加熱開始から第６時間経過した場合に、酸素含有ガスを前記第８流量より少ない第９流量で前記選択酸化器へ供給するよう制御する、請求項９に記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記制御器は、手動起動が選択された場合に、前記加熱器で加熱される第１加熱量が、通常起動時に前記加熱器で加熱される第２加熱量より大きくなるよう制御する制御器と、を備えた、請求項３〜１０のいずれか１つに記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記制御器は、前記手動起動が選択された場合に、前記改質器温度検知器によって検知される改質温度が第１温度以上となった場合又は前記加熱器の加熱開始から第１時間経過した場合に、前記加熱器で加熱される加熱量が、前記第１加熱量より低い第３加熱量となるよう制御する、請求項３〜１１のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記制御器は、前記手動起動の使用回数を記憶し、前記手動起動の使用回数が所定の回数を上回った場合に、前記手動起動が選択された場合でも通常起動を行うよう制御する、
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の水素生成装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の水素生成装置と、酸化剤ガスおよび前記水素生成装置からの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１５】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する加熱器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、
手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、
手動起動が選択された場合に、加熱器で加熱される第１加熱量が、通常起動時に前記加熱器で加熱される第２加熱量より大きくなるよう制御する制御ステップと、
を備えた、水素生成装置の運転方法。
【請求項１６】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する加熱器と、前記改質器に水を供給する水供給器と、前記改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、
前記改質器に水を供給する水供給ステップと、
手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、
手動起動が選択された場合に、前記加熱器による前記改質器の加熱開始から前記水供給ステップを開始するまでの第２時間が、通常起動時に、前記改質器の加熱開始から前記水供給ステップを開始するまでの第３時間よりも短くするよう制御するステップと、
を備えた、水素生成装置の運転方法。
【請求項１７】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する加熱器と、前記改質器に水を供給する水供給器と、前記改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、
前記改質器に水を供給する水供給ステップと、
手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、
通常起動時に、前記改質器の温度が第２温度になると前記水供給ステップを開始し、手動起動が選択された場合に、前記改質器の温度が前記第２温度より低い第３温度になると前記水供給ステップを開始するよう制御するステップと、
を備えた、水素生成装置の運転方法。
【請求項１８】
炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する加熱器と、前記改質器に水を供給する水供給器と、前記改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、
前記改質器に水を供給する水供給ステップと、
手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、
通常起動時に、第４流量で水供給ステップを行い、手動起動選択された場合に、前記第４流量より多い第５流量で水供給ステップを行うよう制御するステップと、
を備えた、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及びその運転方法並びに燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エネルギーを有効に利用することが可能である分散型の発電装置として、発電効率及び総合効率が共に高い燃料電池コージェネレーションシステム（以下、単に「燃料電池システム」という）が注目されている。
【０００３】
この燃料電池システムは、発電部の本体として、燃料電池を備えている。この燃料電池としては、たとえば、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池、固体高分子形燃料電池、或いは、固体電解質形燃料電池等が用いられる。これらの燃料電池の内、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池（略称、「ＰＥＦＣ」）は、発電運転の際の動作温度が比較的低いため、燃料電池システムを構成する燃料電池として好適に用いられる。特に、固体高分子形燃料電池は、リン酸形燃料電池と比べて、電極触媒の劣化が少なく、かつ電解質の逸散が発生しないため、携帯用電子機器や電気自動車等の用途において特に好適に用いられる。
【０００４】
さて、燃料電池の多く、たとえば、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池は、発電運転の際に水素を燃料として用いる。しかし、それらの燃料電池において発電運転の際に必要となる水素の供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されてはいない。
【０００５】
従って、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池を備える燃料電池システムにより電力を得るためには、その燃料電池システムの設置場所において、燃料としての水素を生成する必要がある。このため、燃料電池システムは、通常、改質器を有する水素生成装置を備える。改質器では、一般的な原料インフラガスである都市ガス、天然ガス或いはＬＰＧから水素含有ガスが、改質反応により生成される。
【０００６】
たとえば、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では、原料となる都市ガス等と水蒸気とをＮｉ系またはＲｕ系等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が生成される。水蒸気改質反応を安定かつ効率に行うには、供給原料の組成に適した量の水を供給する必要がある。たとえば、メタン（ＣＨ４）やエタン（Ｃ２Ｈ６）が水蒸気改質されて水素と二酸化炭素とが生成される改質反応では、理論的には、１モルのメタンに対して必要な水の量は２モルである。また、１モルのエタンに対しては必要な水の量は４モルである。
【０００７】
通常は、改質器への水の供給量が不足すると供給原料中の炭素が析出する等の問題が生じることから、このような問題を防止すべく、原料の供給流量から算出された理論水量の１．５倍程度の水が改質器に供給されるように水供給流量が設定されている。そして、原料の供給流量に応じて水の供給流量が、所望の値になるよう、水素生成装置の運転が制御されている。
【０００８】
また、改質器の水蒸気改質反応に必要な熱エネルギーは、改質器に設けた燃焼器の原料燃焼によって改質器に供給されている。起動時は、水素生成装置を通流したガスを直接、燃焼器に戻して燃焼させ、燃料電池に水素含有ガスを供給している時は、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃焼器で燃焼させる方法が一般的である。
【０００９】
改質器は上記のように高温で作動させる必要があるため、改質器を所定の温度まで上昇させるのに時間がかかり、それが燃料電池システムの起動時間の大きな割合を占めている。
【００１０】
燃料電池システムの起動を効率的に行うための手段として、燃料電池システムの電力負荷情報を蓄積し、この蓄積された電力負荷情報に基づいて燃料電池システムの起動パターンを決定し、電力使用タイミングにあわせて電力が供給できるよう自動で起動する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１１】
しかし、起動パターンを自動的に決めた場合、使用者が起動させたいと思ったときに起動しておらず不満を生じるという問題があった。これに対して自動運転と手動運転を備えた燃料電池システムが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−０４４７１４号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８４３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、手動で起動させた場合には、使用者が起動時間を意識するようになり長時間かかると不満を生じるという課題を有していた。また、燃料電池システムを高速で起動させるには高温状態で作動する改質器の起動時間を短縮することが必要であるが、改質器の昇温速度を大きくすると構造体へ大きな負荷がかかることによる破壊や、触媒が過昇温し劣化するという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、使用者が手動起動を選択する回数は限定され得る点に着目し、使用者が手動起動を選択した場合のみ高速で起動できるモードを設定することで、装置の耐久性を維持しつつ、商品性を向上させた水素生成装置及びその運転方法並びに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】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する加熱器と、手動起動が選択された場合に、前記加熱器で加熱される第１加熱量が、通常起動時に前記加熱器で加熱される第２加熱量より大きくなるよう制御する制御器とを備えたものである。
【００１６】
これにより、使用者が手動起動を選択した場合のみ高速で起動できるモードを設定することで、使用者が手動起動を選択する回数は限定され得ることと通常時は水素生成装置の構造体や触媒に負荷の少ない起動を行うため、商品の耐久性を維持でき、且つ、手動起動時において水素生成装置に入力される熱量が増加するため、触媒の適正温度への昇温速度が大きくなり、通常時よりも高速で起動できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の水素生成装置及びその運転方法並びに燃料電池システムによれば、使用者が手動起動を選択していない通常起動の場合は水素生成装置の構造体や触媒への負荷の少ない起動を行うため、装置の耐久性が維持でき、且つ、使用者が手動起動を選択した場合は起動時間を早めることができるため、使用者の不満を解消し商品性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１〜３における水素生成装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態１の変形例における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態２における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態２における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態２の変形例１における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャート
【図８】本発明の実施の形態２の変形例２における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャート
【図９】本発明の実施の形態３における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態３における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施の形態３の変形例における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャート
【図１２】本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明の水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、手動起動が選択された場合に、加熱器で加熱される第１加熱量が、通常起動時に加熱器で加熱される第２加熱量より大きくなるよう制御する制御器と、を備える。
【００２０】
これにより、使用者が手動起動を選択した場合のみ高速で起動できるモードを設定することで、使用者が手動起動を選択する回数は限定され得ることと通常時は水素生成装置の構造体や触媒に負荷の少ない起動を行うため、商品の耐久性を維持でき、且つ、手動起動時において水素生成装置に入力される熱量が増加するため、触媒の適正温度への昇温速度が大きくなり、通常時よりも高速で起動できる。
【００２１】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御器において、改質器の温度を検知する改質器温度検知器を備え、制御器は、手動起動時に、改質器温度検知器によって検知される改質温度が第１温度以上となった場合又は加熱器の加熱開始から所定時間経過した場合に、加熱器で加熱される加熱量が、第１加熱量より低い第３加熱量となるよう制御する。
【００２２】
これにより、通常運転時に比べ、高い熱量で水素生成装置を加熱することによる構造体、触媒の熱劣化を最小限に抑えることができる。また手動起動時には通常起動時より高い加熱量で水素生成装置を加熱するため、通常起動時に比べ触媒の温度分布が異なり、水素含有ガス生成時の効率低下、あるいは生成した水素含有ガスの品質低下が発生することがあるが、これを抑制できる。
【００２３】
なお、第３加熱量が第２加熱量より大きい場合、構造体や触媒の過昇温を抑えつつ、通常起動よりも速い起動が可能となる。第３加熱量が第２加熱量と等しい場合、高温域での昇温速度を通常起動と同等にすることができるため、構造体内部で温度分布ができることにより生じる応力からのダメージを抑えることができる。第３加熱量が第２加熱量より小さい場合、構造体や触媒の過昇温を抑制でき温度の制御性を向上させることができる。
【００２４】
第３の発明の水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、手動起動が選択された場合に、改質器の加熱開始から水供給器から改質器への水供給を開始するまでの第１時間が、通
常起動時に、改質器の加熱開始から水供給器から改質器への水供給を開始するまでの第２時間よりも短くなるよう制御する制御器と、を備える。
【００２５】
これにより、通常起動時より早期、あるいは改質器温度が低い段階から炭化水素の水蒸気改質が開始される。水蒸気改質によりガス体積が大きくなることから、改質器より下流側のＣＯ低減器の触媒への熱移動が早期に開始され、触媒の昇温を早めることができる。なお、下流側のＣＯ低減器の触媒には変成触媒、メタン化触媒、選択酸化触媒が例示される。
【００２６】
第４の発明の水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、改質器の温度を検知する改質器温度検知器と、通常起動時に、改質器温度検知器によって検知される改質温度が第２温度になると改質器への水供給を開始し、使用者が手動起動を選択した場合に、改質温度が第２温度より低い第３温度になると改質器への水供給を開始するよう制御する制御器と、を備える。
【００２７】
これにより、通常起動時より早期、あるいは改質器温度が低い段階から炭化水素の水蒸気改質が開始される。水蒸気改質によりガス体積が大きくなることから、改質器より下流側のＣＯ低減器の触媒への熱移動が早期に開始され、触媒の昇温を早めることができる。また、加熱開始からの時間によらず、改質器温度により制御を行う事により、原料ガスの熱量や、外気温の変化、加熱開始前の触媒温度の差を補正でき、より早く触媒間の熱移動を開始できる。
【００２８】
第５の発明は、特に、第３〜第４のいずれか１つの発明の制御器が、通常起動時に、第１流量で改質器へ水を供給し、手動起動時に、第１流量より少ない第２流量で改質器へ水を供給するよう制御する。
【００２９】
これにより、通常運転時に比べ早期から水供給を行った場合においても、触媒の低温部での結露を抑制でき、触媒の劣化を抑制できる。
【００３０】
第６の発明は、特に、第５の発明の制御器において、ＣＯ低減器の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器を備え、制御器は、手動起動時に、ＣＯ低減器温度検知器によって検知されるＣＯ低減器温度が第４温度以上となった場合又は加熱器の加熱開始から第３時間経過した場合に、第２流量より多い第３流量で改質器へ水を供給するよう制御する。
【００３１】
これにより、ＣＯ低減器の温度が上がり、ＣＯ低減器の結露の可能性がなくなった際に水素生成量を増加させ、ガス体積の増加による改質器からの熱移動をさらに増大させることができる。なお、第３流量が第１流量より大きい場合、改質反応後のガス量が通常起動より多くなるため、ＣＯ低減器への伝熱を大きくでき触媒の昇温速度を大きくすることができる。第３流量が第１流量と等しい場合、水量過多で起こる触媒の水濡れによる劣化や、水不足による改質触媒上での炭素析出を抑え触媒の性能を維持することができる。
【００３２】
第３流量が第１流量より小さい場合水の蒸発に使用される熱量を小さくでき、構造体や触媒に与える熱量を大きくできるため水素生成装置の昇温速度を大きくすることができる。
【００３３】
第７の発明の水素生成装置は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、通常起動時に、第４流量で改質器へ水を供給し、使用者が手動起動を選択した場合に、第４流量より多い第５流量で改質器へ水を供給するよう制御する制御器と、を備える。
【００３４】
これにより、通常起動時より改質器での水蒸気改質反応が促進され、通常起動時よりガス体積が大きくなる。よって、改質器より相対的に低温で運転されるＣＯ低減器、あるいは選択酸化器への熱移動が促進され、改質器より下流側の触媒の昇温を早めることができる。
【００３５】
第８の発明は、特に、第７の発明の制御器において、ＣＯ低減器の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器を備え、制御器は、手動起動時に、ＣＯ低減器温度検知器によって検知されるＣＯ低減器温度が第５温度以上となった場合又は加熱器の加熱開始から第４時間経過した場合に、第５流量より少ない第６流量で改質器へ水を供給するよう制御する。
【００３６】
これにより、改質器以降の触媒が十分な温度となった後に水供給量を低減し、水蒸気発生による熱消費を抑制することで、熱効率が向上する。なお、第６流量が第４流量より大きい場合、改質反応後のガス量が通常起動より多くなるため、ＣＯ低減器への伝熱を大きくでき触媒の昇温速度を大きくすることができる。
【００３７】
第６流量が第４流量と等しい場合、水量過多で起こる触媒の水濡れによる劣化や、水不足による改質触媒上での炭素析出を抑え触媒の性能を維持することができる。第６流量が第４流量より小さい場合、水の蒸発に使用される熱量を小さくでき、構造体や触媒に与える熱量を大きくできるため水素生成装置の昇温速度を大きくすることができる。
【００３８】
第９の発明は、特に、第６または第８のいずれか１つの発明の制御器において、ＣＯ低減器は、改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減する選択酸化器を含み、選択酸化器に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給器を備え、制御器は、通常起動時に、第７流量で選択酸化器へ酸素含有ガスを供給し、手動起動時に、第７流量より多い第８流量で選択酸化器へ酸素含有ガスを供給するよう制御する。
【００３９】
これにより、ＣＯ低減器での水素含有ガス、あるいは燃料ガスの酸化反応により選択酸化器が発熱し、通常運転時より早期に選択酸化器の昇温が可能となる。
【００４０】
第１０の発明は、特に、第９の発明の制御器において、選択酸化器の温度を検知する選択酸化器温度検知器を備え、制御器は、手動起動時に、選択酸化器温度検知器によって検知される選択酸化器温度が第６温度以上となった場合又は加熱器の加熱開始から第５時間経過した場合に、酸素含有ガスを第８流量より少ない第９流量で選択酸化器へ供給するよう制御する。
【００４１】
これにより、選択酸化器の温度が所定の温度となった際に、酸素含有ガス供給量を低減し、水素含有ガスの酸化による効率低下を抑制することができる。なお、第９流量が第７流量より大きい場合、構造体や触媒の過昇温を抑えつつ、通常起動よりも速い起動が可能となる。第９流量が第７流量と等しい場合、触媒の過昇温を抑えつつ、水素含有ガスの酸
化による効率低下を抑制することができる。第９流量が第７流量より小さい場合、構造体や触媒の過昇温を抑制でき温度の制御性を向上させることができる。
【００４２】
第１１の発明は、特に、第３〜１０のいずれか１つの発明の制御器が、手動起動が選択された場合に、加熱器で加熱される第１加熱量が、通常起動時に加熱器で加熱される第２加熱量より大きくなるよう制御する。
【００４３】
これにより、手動起動時において水素生成装置に入力される熱量が増加するため、触媒の適正温度への昇温速度が大きくなり、通常時よりも高速で起動できる。
【００４４】
第１２の発明は、特に、第３〜第１１のいずれか１つの発明の制御器が、手動起動時に、改質器温度検知器によって検知される改質温度が第１温度以上となった場合又は加熱器の加熱開始から第１時間経過した場合に、加熱器で加熱される加熱量が、第１加熱量より低い第３加熱量となるよう制御する、
これにより、通常運転時に比べ、高い熱量で水素生成装置を加熱することによる構造体、触媒の熱劣化を最小限に抑えることができる。また手動起動時には通常起動時より高い加熱量で水素生成装置を加熱するため、通常起動時に比べ触媒の温度分布が異なり、水素含有ガス生成時の効率低下、あるいは生成した水素含有ガスの品質低下が発生することがあるが、これを抑制できる。なお、第３加熱量が第２加熱量より大きい場合、構造体や触媒の過昇温を抑えつつ、通常起動よりも速い起動が可能となる。第３加熱量が第２加熱量と等しい場合、高温域での昇温速度を通常起動と同等にすることができるため、構造体内部で温度分布ができることにより生じる応力からのダメージを抑えることができる。第３加熱量が第２加熱量より小さい場合、構造体や触媒の過昇温を抑制でき温度の制御性を向上させることができる。
【００４５】
第１３の発明は、特に、第１〜１２のいずれか１つの発明の制御器が、手動起動の使用回数を記憶し、手動起動の使用回数が所定の回数を上回った場合に、使用者が手動起動を選択した場合でも通常起動を行うよう制御する。
これにより、手動起動を繰り返すことによる改質器構造体への負荷や触媒の熱劣化を抑えることができ、耐久性を維持することができる。
【００４６】
第１４の発明は、特に第１〜第１３のいずれかの水素生成装置が、本発明の燃料電池システム酸化剤ガスおよび水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。
【００４７】
第１５の発明の水素生成装置の運転方法は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、手動起動が選択された場合に、加熱器で加熱される第１加熱量が、通常起動時に加熱器で加熱される第２加熱量より大きくなるよう制御する制御ステップと、を備える。
【００４８】
これにより、手動起動時において水素生成装置に入力される熱量が増加するため、触媒の適正温度への昇温速度が大きくなり、通常時よりも高速で起動できる。
【００４９】
第１６の発明の水素生成装置の運転方法は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、改質器に水を供給する水供給ステップと、手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、手動起動が選択された場合に、加熱器による改質器の加熱開始から水供給ステップを開始するまでの第１時間が、通常起動時に、改質器の加熱開始から水供給ステップを開始するまでの第２時間よりも短くするよう制御するステップと、を備える。
【００５０】
これにより、通常起動時より早期、あるいは改質器温度が低い段階から炭化水素の水蒸気改質が開始される。水蒸気改質によりガス体積が大きくなることから、改質器より下流側のＣＯ低減器の触媒への熱移動が早期に開始され、触媒の昇温を早めることができる。なお、下流側のＣＯ低減器の触媒には変成触媒、メタン化触媒、選択酸化触媒が例示される。
【００５１】
第１７の発明の水素生成装置の運転方法は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、改質器に水を供給する水供給ステップと、手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、通常起動時に、改質器の温度が第２温度になると水供給ステップを開始し、手動起動が選択された場合に、改質器の温度が第２温度より低い第３温度になると水供給ステップを開始するよう制御するステップと、を備える。
【００５２】
これにより、通常起動時より早期、あるいは改質器温度が低い段階から炭化水素の水蒸気改質が開始される。水蒸気改質によりガス体積が大きくなることから、改質器より下流側のＣＯ低減器の触媒への熱移動が早期に開始され、触媒の昇温を早めることができる。また、加熱開始からの時間によらず、改質器温度により制御を行う事により、原料ガスの熱量や、外気温の変化、加熱開始前の触媒温度の差を補正でき、より早く触媒間の熱移動を開始できる。
【００５３】
第１８の発明の水素生成装置の運転方法は、炭化水素を含む原料を改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する加熱器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質器が生成する水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、改質器に水を供給する水供給ステップと、手動起動が選択されたか確認する入力ステップと、通常起動時に、第４流量で水供給ステップを行い、手動起動選択された場合に、第４流量より多い第５流量で水供給ステップを行うよう制御するステップと、を備える。
【００５４】
これにより、通常起動時より改質器での水蒸気改質反応が促進され、通常起動時よりガス体積が大きくなる。よって、改質器より相対的に低温で運転されるＣＯ低減器、あるいは選択酸化器への熱移動が促進され、改質器より下流側の触媒の昇温を早めることができる。
【００５５】
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、同一または相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、全ての図面において、本実施の形態を説明するために必要となる構成要素のみ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。
なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００５６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１〜３における水素生成装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００５７】
図１において、水素生成装置１００は、改質器１と、改質器１に原料を供給する原料供給器２と、改質器１に水を供給する水供給器３と、改質器１を加熱する加熱器４と、加熱器に空気を供給する空気供給器５と、改質器１の温度を検知する改質器温度検知器７と、加熱器４に燃料を供給する燃料供給器１０と、改質器１が生成する水素含有ガス中のＣＯを低減するＣＯ低減器１２と、ＣＯ低減器１２の温度を検知するＣＯ低減器温度検知器１３と、ＣＯ低減器に含まれる選択酸化器１４と、選択酸化器１４に酸素含有ガスを供給す
る酸素含有ガス供給器６と、選択酸化器の温度を検知する選択酸化器温度検知器１５と、水素生成装置１００を制御する制御器５０と、制御器５０の動作を手動で操作できる操作部５１とを備える。
【００５８】
改質器温度検知器７と選択酸化器温度検知器１５はたとえば熱電対によって構成される。
【００５９】
なお、加熱器４は、燃焼器とする。なお、加熱器４は、ヒーターまたは触媒燃焼器であってもよい。
【００６０】
改質器１は、原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、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み、具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素、及びメタノール、エタノール等のアルコールが例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。
【００６１】
改質反応は、原料及び水蒸気から水素含有ガスが生成される反応であれば、いずれの改質反応でもよい。具体的には、水蒸気改質反応、及びオートサーマル反応が例示される。改質器１で生成された水素含有ガスは、水素供給路９を介して水素利用機器１５０に供給される。
【００６２】
原料供給器２は、原料を改質器１に供給する。原料供給器２は、たとえば、昇圧器及び流量調整弁の少なくともいずれか一方により構成される。
【００６３】
水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３は、水の流量を調整し、ポンプによって構成される。なお、水供給器３は、流量調整弁または、ポンプ及び流量調整弁の少なくともいずれか一方により構成されてもよい。水量の調整は水流量検知器によって行う。なお、水量調整は、ポンプの操作量に基づいて行ってもよい。
【００６４】
加熱器４は、改質器１を加熱する。加熱器４の燃料には、少なくとも改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、改質器１から燃料供給路１１を介して加熱器４に直接供給される。なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は水素利用機器１５０を経由し、水素利用機器１５０から排出されて加熱器４に供給されてもよいし、加熱器４において、燃料供給器１０から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。
【００６５】
空気供給器５は、加熱器４に燃焼空気を供給する。空気供給器５は、たとえば、ファン及びポンプの少なくともいずれか一方により構成される。
【００６６】
ＣＯ低減器１２は、改質器１から出た水素含有ガス中のＣＯをシフト反応、酸化反応、メタン化反応により低減させる。
【００６７】
ＣＯ低減器温度検知器１３は、ＣＯ低減器１２の温度を検知する。なお、ＣＯ低減器１２内部の触媒温度を直接測定することが望ましいが、検知された値から触媒温度を推定できるのであれば、ＣＯ低減器１２外部、あるいは近傍に温度検知部を設置してもかまわない。ＣＯ低減器温度検知器１３としては熱電対やサーミスタによって構成される。
【００６８】
選択酸化器１４は酸化反応により、一酸化炭素を低減させる。選択酸化器１４の外郭は、高温になるため耐熱性を有する材質で構成されるのが良く、たとえば、ステンレススチール等の金属からなるのが好ましい。
【００６９】
酸素含有ガス供給器６は、選択酸化器１４に供給される酸素含有ガスを供給するものであって、たとえばブロアが挙げられる。
【００７０】
選択酸化器温度検知器１５は、選択酸化器１４の温度を検知する。なお、選択酸化器１４内部の触媒温度を直接測定することが望ましいが、検知された値から触媒温度を推定できるのであれば、選択酸化器１４外部、あるいは近傍に温度検知部を設置してもかまわない。選択酸化器温度検知器１５としては熱電対やサーミスタで構成される。
【００７１】
制御器５０は、水素生成装置１００全体あるいは一部を制御可能な制御装置とする。制御器５０は、たとえば、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。
【００７２】
制御器５０は記憶部（図示せず）に起動時の運転パラメータ群を記憶している。制御器５０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されている。なお、制御器５０は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。この点は、後述の他の実施形態の制御器においても同様である。操作部５１は制御器５０の動作を手動で設定できる。
【００７３】
操作部５１は装置の状態情報を表示する操作画面とともに、装置の初期設定や各種運転モードを使用者が選択・変更し設定する入力部を備えたリモコンや、装置に設置された入力操作パネルや、パソコンやスマートフォンなどの端末の通信手段を介して遠隔操作で操作できるアプリケーションなどで構成される。
【００７４】
以上のように、構成された水素生成装置について、以下その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が水素生成装置１００を制御することによって行われる。
【００７５】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器８を閉止しているが、水素供給路９から分岐して伸び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１１がガス通気状態となっている。
【００７６】
よって、原料供給器２の動作開始により原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１１を用いて加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。加熱器４において、点火電極（図示せず）により着火動作がおこなわれ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１が加熱される。
【００７７】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が水素利用機器１５０への供給に適した組成になった段階で、水素利用機器１５０に水素含有ガスが供給される。
【００７８】
水素生成装置１００を停止させる場合、原料供給器２と水供給器３を停止させる。
【００７９】
図２は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャートである。水素生成装置において手動起動が選択されたときの起動方法について図２のフローチャートを用いて説明する。
【００８０】
使用者が操作部５１において手動起動を選択したとき、制御器５０に手動起動指令が入力される（Ｓ１００）。使用者とは装置の所有者及びメンテマンを含む。
【００８１】
手動起動回数ｘと許容手動起動回数Ａの大小を比較し、ｘ<ＡのときＳ１０５へ移行し
、ｘ≧ＡのときＳ１０２へ移行する（Ｓ１０１）。手動起動回数ｘの初期値は０であり制御器５０にあらかじめ記憶されている。なお、許容手動起動回数Ａは水素生成装置の構造体及び触媒の耐久性の観点からみて、手動起動による負荷が許容できる回数であり、たとえば３０とする。これにより通常起動より負荷のかかる手動起動での負荷を抑制することができるため水素生成装置の耐久性を維持することができる。
【００８２】
Ｓ１０１で手動起動回数が許容手動起動回数以上のｘ≧Ａである場合、手動起動が選択されていない場合の起動方法である通常起動と同様の起動モードに移行される。通常起動は、水素生成装置の耐久性を維持させるのに最適な起動方法である。
【００８３】
この場合、加熱器４において、図示されない点火装置により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。原料ガスは加熱器による加熱量が第２加熱量となるように供給され、燃焼により発生した熱は、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４に伝わり、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４を昇温する。なお、同時にヒーターによる加熱を併用しても良い（Ｓ１０２）。ここで、第２加熱量をＱ２と設定し、Ｑ２はたとえば５００Ｗとする。
【００８４】
次に水供給器３から水が供給され、改質反応が開始する（Ｓ１０３）。なお、水供給開始タイミングは所定の温度条件を改質器温度検知器７で検知される改質温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度は１００℃とする。なお、水供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよく（たとえば１５分）、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５が存在する場合は、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５によって測定された温度に対して、あらかじめ設定した閾値に基づいて決定してもよい（たとえば１１０℃）。
【００８５】
次に酸素含有ガス供給器６から酸素含有ガスが第７流量で選択酸化器１４に供給される（Ｓ１０４）。ここで第７流量をＦ７と設定し、Ｆ７とはたとえば０．７Ｌ/ｍｉｎとす
る。酸素含有ガス供給開始タイミングは、選択酸化器温度検知器１５で検知される選択酸化器温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度はたとえば１８０℃とする。なお、酸素含有ガス供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよい（たとえば１５分）。
【００８６】
水素生成装置１００の改質器１、ＣＯ低減器１２、選択酸化器１４の温度がそれぞれ所定の温度に到達し、水素生成装置１００から水素利用機器１５０に水素が供給される。所定の温度とは、たとえば、改質温度は５００℃、ＣＯ低減器温度が２００℃、選択酸化器温度が１５０℃とする（Ｓ１０９）。
【００８７】
Ｓ１０１で手動起動回数が許容手動起動回数より少ないｘ<Ａの場合、通常起動より高
速で起動できる手動起動モードに移行する。加熱器４において、図示されない点火装置により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。原料ガスは加熱器による加熱量がＱ２より大きい第１加熱量なるように供給され、燃焼により発生した熱は、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４に伝わり、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４を昇温する。なお、同時にヒーターによる加熱を併用してもよい（Ｓ１０５）。ここで、第１加熱量をＱ１と設定し、Ｑ１はたとえば７００Ｗとする。
【００８８】
これにより、Ｓ１０２を経る通常起動モードに比べ、原料ガスが大きい加熱量で加熱器４に供給され燃焼される。加熱器４で燃焼により発生した熱は、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４および水供給器３、さらには水供給器下流配管に供給され、
これにより改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４は通常起動時より大きい熱量で加熱されるので、昇温を早めることができる。
【００８９】
次に水供給器３から水が供給され、改質反応が開始する（Ｓ１０６）。なお、水供給開始タイミングは所定の温度条件を改質器温度検知器７で検知される改質温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度は１００℃とする。なお、水供給開始タイミングは加熱開始から所定時間経過後でもよく（たとえば１５分）、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５が存在する場合は、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５によって測定された温度に対して、あらかじめ設定した閾値に基づいて決定してもよい（たとえば１１０℃）。
【００９０】
次に酸素含有ガス供給器６から酸素含有ガスがＦ７より多い第８流量で選択酸化器１４に供給される（Ｓ１０７）。ここで第８流量をＦ８と設定し、Ｆ８はたとえば１．０Ｌ/
ｍｉｎとする。酸素含有ガス供給開始タイミングは、選択酸化器温度検知器１５で検知される選択酸化器温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度はたとえば１８０℃とする。なお、酸素含有ガス供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよい（たとえば１５分）。
【００９１】
選択酸化触媒では酸素量は水素含有ガス中の一酸化炭素量に対応する量が供給されており、水素の酸化反応が過剰に行われないように制御されている。通常起動時に対し、酸素含有ガスが増量されることにより、選択酸化器１４での水素の酸化反応が促進され、反応熱により触媒が加熱される為、Ｓ１０４に比べ、選択酸化器１４の昇温が早くなる。
【００９２】
次に手動起動回数ｘに１を加算する（Ｓ１０８）。水素生成装置１００の改質器１、ＣＯ低減器１２、選択酸化器１４の温度がそれぞれ所定の温度に到達し、水素生成装置１００から水素利用機器１５０に水素が供給される。所定の温度とは、たとえば、改質温度は５００℃、ＣＯ低減器温度が２００℃、選択酸化器温度が１５０℃とする（Ｓ１０９）。
【００９３】
これにより、手動起動時において水素生成装置に入力される熱量が増加するため、触媒の適正温度への昇温速度が大きくなり、通常時よりも高速で起動できる。
【００９４】
図３は本発明の実施の形態１における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャートである。
【００９５】
Ｓ１０５の加熱量とＳ１０７の酸素含有ガス供給量は、図３のフローチャートの通り変更されても良く、本フローはＳ１０１以下の手動起動モードに移行した場合において、Ｓ１０５以下と同時に進行しても良い。改質器１や選択酸化器１４の温度に基づいて加熱量や酸素含有ガスの供給量を決定する。
【００９６】
まず、初期値として原料供給器２からの原料ガス供給量がＱ１に、酸素含有ガス供給器６の酸素含有ガス供給量がＦ８にそれぞれ設定される（Ｓ１１１）。
【００９７】
改質器１の温度が第１温度以上なった場合にＳ１１３に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ１１４に移行する（Ｓ１１２）。第１温度とは改質器が水蒸気改質反応を開始できる温度をいい、これをＴ１と設定し、Ｔ１はたとえば２５０℃とする。
【００９８】
改質器１の温度がＴ１以上である場合、制御器５０は加熱器４で燃焼される加熱量をＱ１より小さい第３加熱量に制御する（Ｓ１１３）。これにより、通常起動時に比べ高い加熱量で加熱し続ける期間を制限することができるので、通常起動時に比べ高い加熱量で加熱することによる改質器１の過昇温、および水素生成装置１００の構造体が過熱されるこ
とによる熱的損傷、さらには火炎長が通常起動時と異なることによって生じる、加熱部位の変化による性能低下を抑制できる。ここで、第３加熱量をＱ３と設定し、Ｑ３はたとえば４００Ｗとする。
【００９９】
なお、Ｑ３がＱ２より大きい場合、構造体や触媒の過昇温を抑えつつ、通常起動よりも速い起動が可能となる。Ｑ３がＱ２と等しい場合、高温域での昇温速度を通常起動と同等にすることができるため、構造体内部で温度分布ができることにより生じる応力からのダメージを抑えることができる。Ｑ３がＱ２より小さい場合（たとえば４００Ｗ）、構造体や触媒の過昇温を抑制でき温度の制御性を向上させることができる。
【０１００】
次に選択酸化器１４の温度が第６温度以上となった場合にＳ１１５に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ１１６に移行する（Ｓ１１４）。ここで、第６温度をＴ６と設定し、Ｔ６はたとえば１８０℃とする。
【０１０１】
選択酸化器１４の温度がＴ６以上である場合、制御器５０は酸素含有ガス供給器６から供給される酸素含有ガス量をＦ８より少ない第９流量に制御する（Ｓ１１５）。ここで、第９流量をＦ９と設定し、Ｆ９はたとえば０．８Ｌ/ｍｉｎとする。
【０１０２】
これにより、選択酸化器１４の温度が充分上がった時点で、選択酸化器１４に供給される酸素含有ガス量が低下し、選択酸化触媒上での水素含有ガス中の水素の酸化反応が抑制され、酸化反応による水素の減少を低減できる。そのため、水素含有ガス中の水素濃度が上昇し、水素利用機器への水素供給量を増加させることが出来、同時に酸化反応による選択酸化器１４の過熱を防ぐことができる。ところで、選択酸化器１４が過熱されると酸化反応のみならず、二酸化炭素のメタン化反応も進行するが、この反応は発熱反応であり、反応によって、加速度的に選択酸化器１４の温度が上昇し、いわゆる温度暴走状態となる。
【０１０３】
温度暴走状態となると、水素含有ガス中の水素が二酸化炭素により消費され、水素濃度が低下するのみならず、選択酸化触媒が熱劣化するという問題がある。本ステップの実行により、水素の酸化反応を抑制するのみならず、上記の二酸化炭素のメタン化反応も抑制できるので、選択酸化触媒の熱劣化の抑制という効果を奏する。
【０１０４】
なお、Ｆ９がＦ７より大きい場合（たとえば０．８Ｌ/ｍｉｎ）、構造体や触媒の過昇
温を抑えつつ、通常起動よりも速い起動が可能となる。Ｆ９がＦ７と等しい場合、触媒の過昇温を抑えつつ、水素含有ガスの酸化による効率低下を抑制することができる。Ｆ９がＦ７より小さい場合（たとえば０．６Ｌ/ｍｉｎ）、構造体や触媒の過昇温を抑制でき温
度の制御性を向上させることができる。
【０１０５】
全パラメータが初期状態から変更されているかを判定し、変更されている場合はパラメータ変更完了し、変更されていない場合はＳ１１２に移行する（Ｓ１１６）。
【０１０６】
本実施例では手動起動が選択された場合の動作を説明したが、手動起動が選択されていない場合は、上述の通常起動モードでの運転が行われ水素利用機器の需要に応じて自動で起動する。なお、水素利用機器の過去の運転パターンに基づいて需要が増加すると想定される時間に水素が供給できるよう自動的に前もって起動させてもよい。
【０１０７】
（変形例）
上述の第１の実施の形態では、パラメータ変更動作を改質温度および選択酸化器温度に基づいて行っているが、本変形例は、パラメータ変更動作において、改質器温度、あるいは選択酸化器によらず、加熱開始からの時間によって制御を行う。それ以外の点は、第１
の実施の形態と同様の構成であるので、同一の符号及び用語を付して、その説明を省略する。
【０１０８】
図４は本発明の実施の形態１の変形例における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャートである。本フローは図３に示した第１の実施の形態のＳ１１２をＳ１２２に、Ｓ１１４をＳ１２４に置換したものである。  その他のステップは第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１０９】
（Ｓ１２２）加熱器４の加熱開始から第１時間以上経過した場合にＳ１１３に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ１２４に移行する。ここで、第１時間をｔ１と設定し、ｔ１とはたとえば１０分とする。
【０１１０】
（Ｓ１２４）加熱器４の加熱開始から第６時間以上経過した場合にＳ１１５に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ１１６に移行する。ここで、第６時間をｔ６と設定し、ｔ６とはたとえば１５分とする。
これにより、改質器温度検知器７と、酸素含有ガス供給器６が故障等により機能しなかったとしても、水素生成装置１００の昇温を早めることができる。
【０１１１】
（実施の形態２）
本実施形態における水素生成装置の構成も図１となる。
【０１１２】
図５は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１１３】
水素生成装置において手動起動が選択された場合の起動方法について図５のフローチャートを用いて説明する。
【０１１４】
使用者が操作部５１において手動起動を選択したとき、制御器５０に手動起動指令が入力される（Ｓ２００）。使用者とは装置の所有者及びメンテマンを含む。
【０１１５】
手動起動回数ｘと許容手動起動回数Ａの大小を比較し、ｘ<ＡのときＳ２０６へ移行し
、ｘ≧ＡのときＳ２０２へ移行する（Ｓ２０１）。手動起動回数ｘの初期値は０であり制御器５０にあらかじめ記憶されている。なお、許容手動起動回数Ａは水素生成装置の構造体及び触媒の耐久性の観点からみて、手動起動による負荷が許容できる回数であり、たとえば３０とする。これにより通常起動より負荷のかかる手動起動での負荷を抑制することができるため水素生成装置の耐久性を維持することができる。
【０１１６】
Ｓ２０１で手動起動回数が許容手動起動回数以上のｘ≧Ａである場合、手動起動が選択されていない場合の起動方法である通常起動と同様の起動モードに移行される。通常起動は、水素生成装置の耐久性を維持させるのに最適な起動方法である。この場合、加熱器４において、図示されない点火装置により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。燃焼により発生した熱は、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４に伝わり、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４を昇温する。なお、同時にヒーターによる加熱を併用しても良い（Ｓ２０２）。
【０１１７】
改質器１が、第２温度となっていることを改質器温度検知器７で検知した後に（Ｓ２０３）、水供給器３から水が第１流量にて供給され、改質反応が開始する（Ｓ２０４）。なお、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５が存在する場合は、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５によって測定された温度に対し、あらかじめ閾値を設定し、水供給を開始する。ここで第２温度をＴ２と設定し、Ｔ２はたとえ
ば２５０℃とする。ここで、第１流量をＦ１と設定し、Ｆ１はたとえば３ｍｌ/ｍｉｎと
する。
選択酸化器１４が所定の温度に到達したことが選択酸化器温度検知器１５で検知された場合に、酸素含有ガス供給器６から酸素含有ガスがＦ７で選択酸化器１４に供給される（Ｓ２０５）。Ｆ７とはたとえば０．７Ｌ/ｍｉｎとする。
【０１１８】
水素生成装置１００の改質器１、ＣＯ低減器１２、選択酸化器１４の温度がそれぞれ所定の温度に到達し、水素生成装置１００から水素利用機器１５０に水素が供給される。所定の温度とは、たとえば、改質温度は５００℃、ＣＯ低減器温度が２００℃、選択酸化器温度が１５０℃とする（Ｓ２１１）。
【０１１９】
Ｓ２０１で手動起動回数が許容手動起動回数より少ないｘ<Ａの場合、通常起動より高
速で起動できる手動起動モードに移行する。加熱器４において、図示されない点火装置により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。燃焼により発生した熱は、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４に伝わり、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４を昇温する。なお、同時にヒーターによる加熱を併用してもよい（Ｓ２０６）。
【０１２０】
改質器１が、Ｔ２より低い第３温度以上となっていることを改質器温度検知器７で検知すると（Ｓ２０７）、水供給器３からＦ１より少ない第２流量にて供給され、改質反応が開始する（Ｓ２０８）。なお、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５が存在する場合は、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５によって測定された温度に対し、あらかじめ閾値を設定し、水供給を開始しても良い。ここで第３温度をＴ３と設定し、Ｔ３はたとえば、２００℃とする。また、ここで、第２流量をＦ２と設定し、Ｆ２はたとえば、２ｍｌ/ｍｉｎとする。
【０１２１】
これにより、Ｓ２０３に比べ、早期に水供給を開始できる。供給された水と原料ガスは改質器１にて、水蒸気改質反応を起こし、原料ガスは改質ガスとなり体積が増加し、下流側にあるＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４を流通する。改質器１での水蒸気改質反応はＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４での反応より温度が高いので、改質ガスからＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４に熱移動が生じる。この移動熱量は、流通するガス量が多いと流速が大きくなり、熱伝達が促進される。よって、改質器１より下流側に存在するＣＯ低減器１２、選択酸化器１４への改質器１からの熱移動が促進される為、これらの昇温を早めることができる。
【０１２２】
また、Ｓ２０４に比べ、水の流量を下げることで、水蒸気改質反応による改質ガスに含まれる水蒸気量が小さくなり改質ガスの露点が低下するので、下流側のＣＯ低減器１２、選択酸化器１４内の触媒への結露を抑制することが出来、触媒の耐久性低下を抑制できる。なお、水蒸気改質反応は改質器１内の改質触媒が好適な温度（２５０℃以上、好ましくは３５０℃以上）になることにより促進される為、本ステップはＳ１０５で示した加熱器４への加熱量増加と組み合わせる事により、さらに高い効果が得られる。
【０１２３】
次に酸素含有ガス供給器６から酸素含有ガスがＦ７より多いＦ８で選択酸化器１４に供給される（Ｓ２０８）。Ｆ８とはたとえば１．０Ｌ/ｍｉｎとする。酸素含有ガス供給開
始タイミングは、選択酸化器温度検知器１５で検知される選択酸化器温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度はたとえば１８０℃とする。なお、酸素含有ガス供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよい（たとえば１５分）。
【０１２４】
選択酸化触媒では酸素量は水素含有ガス中の一酸化炭素量に対応する量が供給されており、水素の酸化反応が過剰に行われないように制御されている。通常起動時に対し、酸素
含有ガスが増量されることにより、選択酸化器１４での水素の酸化反応が促進され、反応熱により触媒が加熱される為、Ｓ２０５に比べ、選択酸化器１４の昇温が早くなる。
次に手動起動回数ｘに１を加算する（Ｓ２１０）。水素生成装置１００の改質器１、ＣＯ低減器１２、選択酸化器１４の温度がそれぞれ所定の温度に到達し、水素生成装置１００から水素利用機器１５０に水素が供給される。所定の温度とは、たとえば、改質温度は５００℃、ＣＯ低減器温度が２００℃、選択酸化器温度が１５０℃とする（Ｓ２１１）。
【０１２５】
これにより、通常起動時より早期、あるいは改質器温度が低い段階から炭化水素の水蒸気改質が開始される。水蒸気改質によりガス体積が大きくなることから、改質部位より下流側の触媒への熱移動が早期に開始され、触媒の昇温を早めることができる。
図６は本発明の実施の形態２における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャートである。
【０１２６】
Ｓ２０８の水供給量とＳ２０９の酸素含有ガス供給量は、図６のフローチャートの通り変更されても良く、本フローはＳ２０１以下の手動起動モードに移行した場合において、Ｓ２０６以下と同時に進行し、改質器１や選択酸化器１４の温度に基づいて酸素含有ガスの供給量を決定する。
【０１２７】
まず、初期値として水供給器３からの水供給量がＦ２に、酸素含有ガス供給器６の酸素含有ガス供給量がＦ８にそれぞれ設定される（Ｓ２２１）。
【０１２８】
ＣＯ低減器１２の温度が第４温度以上になった場合にＳ２２３に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ２２４に移行する（Ｓ２２２）。ここで第４温度をＴ４と設定し、Ｔ４はたとえば１５０℃とする。
【０１２９】
ＣＯ低減器１２の温度がＴ４以上になった場合、制御器５０は水供給器３からの水供給量をＦ２より多い第３流量に制御する（Ｓ２２３）。ここで第３流量をＦ３と設定し、Ｆ３はたとえば１ｍｌ/ｍｉｎとする。
【０１３０】
これにより、通常起動時に比べ、少ない水量で水蒸気改質反応を行うことによる水素生成量の低下を抑制するとともに、低水量で発生する触媒表面への炭素析出を抑制できる。また、水量が増加することにより、供給された水と原料ガスは改質器１にて、水蒸気改質反応を起こし、原料ガスは改質ガスとなり体積が増加し、下流側にあるＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４を流通する。
【０１３１】
改質器１での水蒸気改質反応はＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４での反応より温度が高いので、改質ガスからＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４に熱移動が生じる。この移動熱量は、流通するガス量が多いと流速が大きくなり、熱伝達が促進される。よって、改質器１より下流側に存在するＣＯ低減器１２、選択酸化器１４への改質器１からの熱移動が促進される為、これらの昇温を早めることができる。
【０１３２】
なお、Ｆ３がＦ１より大きい場合（たとえば４ｍｌ/ｍｉｎ）、改質反応後のガス量が
通常起動より多くなるため、ＣＯ低減器への伝熱を大きくでき触媒の昇温速度を大きくすることができる。Ｆ３がＦ１と等しい場合、水量過多で起こる触媒の水濡れによる劣化や、水不足による改質触媒上での炭素析出を抑え触媒の性能を維持することができる。Ｆ３がＦ１より小さい場合（たとえば２．５ｍｌ/ｍｉｎ）、水の蒸発に使用される熱量を小
さくでき、構造体や触媒に与える熱量を大きくできるため水素生成装置の昇温速度を大きくすることができる。
【０１３３】
次に選択酸化器１４の温度がＴ６以上となった場合にＳ２２５に移行する。条件を充た
さない場合、Ｓ２２６に移行する（Ｓ２２４）。
【０１３４】
選択酸化器１４の温度がＴ６以上である場合、制御器５０は酸素含有ガス供給器６から供給される酸素含有ガス量をＦ８より少ないＦ９に制御する（Ｓ２２５）。
【０１３５】
これにより、選択酸化器１４の温度が充分上がった時点で、選択酸化器１４に供給される酸素含有ガス量が低下し、選択酸化触媒上での水素含有ガス中の水素の酸化反応が抑制され、酸化反応による水素の減少を低減できる。そのため、水素含有ガス中の水素濃度が上昇し、水素利用機器への水素供給量を増加させることが出来、同時に酸化反応による選択酸化器１４の過熱を防ぐことができる。
【０１３６】
ところで、選択酸化器１４が過熱されると酸化反応のみならず、二酸化炭素のメタン化反応も進行するが、この反応は発熱反応であり、反応によって、加速度的に選択酸化器１４の温度が上昇し、いわゆる温度暴走状態となる。温度暴走状態となると、水素含有ガス中の水素が二酸化炭素により消費され、水素濃度が低下するのみならず、選択酸化触媒が熱劣化するという問題がある。本ステップの実行により、水素の酸化反応を抑制するのみならず、上記の二酸化炭素のメタン化反応も抑制できるので、選択酸化触媒の熱劣化の抑制という効果を奏する。
【０１３７】
なお、Ｆ９がＦ７（たとえば０．７Ｌ/ｍｉｎ）より大きい場合（たとえば０．８Ｌ/ｍｉｎ）、構造体や触媒の過昇温を抑えつつ、通常起動よりも速い起動が可能となる。Ｆ９がＦ７と等しい場合、触媒の過昇温を抑えつつ、水素含有ガスの酸化による効率低下を抑制することができる。Ｆ９がＦ７より小さい場合（たとえば０．６Ｌ/ｍｉｎ）、構造体
や触媒の過昇温を抑制でき温度の制御性を向上させることができる。
【０１３８】
全パラメータが初期状態から変更されているかを判定し、変更されている場合はパラメータ変更完了し、変更されていない場合はＳ２２２に移行する（Ｓ２２６）。本実施例では手動起動が選択された場合の動作を説明したが、手動起動が選択されていない場合は、上述の通常起動モードでの運転が行われ水素利用機器の需要に応じて自動で起動させる。なお、水素利用機器の過去の運転パターンに基づいて需要が増加すると想定される時間に水素が供給できるよう自動的に前もって起動させてもよい。
【０１３９】
なお、Ｔ２とＴ３を同等とした場合においても、手動起動の場合は水供給量が少なく、水蒸発に使用される熱量が少なくなり、その分の熱を構造体や触媒温度上昇に利用することができ、水素生成装置の昇温を早めることができる。
【０１４０】
なお、本実施形態に第１の実施の形態での加熱量増加を組み合わせるとよりよい効果が得られる。
【０１４１】
（変形例１）
上述の第２の実施の形態では、パラメータ変更動作をＣＯ低減器温度および選択酸化器温度に基づいて行っているが、本変形例は、パラメータ変更動作において、ＣＯ低減器温度、あるいは選択酸化器によらず、加熱開始からの時間によって制御を行う。それ以外の点は、実施の形態２と同様の構成であるので、同一の符号及び用語を付して、その説明を省略する。
【０１４２】
図７は、本発明の実施の形態２の変形例１における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャートである。
【０１４３】
本フローは図６に示した第２の実施の形態のＳ２２２をＳ２３２に、Ｓ２２４をＳ２３
４に置換したものである。  その他のステップは第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１４４】
（Ｓ２３２）加熱器４の加熱開始から第４時間以上経過した場合にＳ２２３に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ２３４に移行する。ここで第４時間をｔ４と設定し、ｔ４はたとえば１５分とする。
【０１４５】
（Ｓ２３４）加熱器４の加熱開始からｔ６以上経過した場合にＳ２２５に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ２２６に移行する。
【０１４６】
これにより、改質器温度検知器７と、酸素含有ガス供給器６が故障等により機能しなかったとしても、水素生成装置１００の昇温を早めることができる。
【０１４７】
（変形例２）
上述の第２の実施の形態では、手動起動が選択された場合の起動方法について、水供給開始タイミングを改質器の温度に基づいて制御を行っているが、本変形例は、水供給開始タイミングを加熱開始後の経過時間に基づいて制御を行う点であり、それ以外の点は、第２の実施の形態と同様の構成であるので、同一の符号及び用語を付して、その説明を省略する。
【０１４８】
図８は、本発明の実施の形態２の変形例２における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャートである。
本フローは図５に示した実施の形態２のステップ２０３をＳ２３３に、Ｓ２０７をＳ２３７に置換したものである。  その他のステップは実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【０１４９】
（Ｓ２３３）加熱器４の加熱開始から第３時間以上経過した場合にＳ２０４に移行する。ここで、第３時間をｔ３と設定し、ｔ３とはたとえば１０分とする。
【０１５０】
（Ｓ２３７）加熱器４の加熱開始からｔ３より短い第２時間以上経過した場合にＳ２０８に移行する。ここで、第２時間をｔ２と設定し、ｔ２はたとえば７分とする。
これにより、改質器温度検知器７が故障等により機能しなかったとしても、水素生成装置１００の昇温を早めることができる。
【０１５１】
なお、制御パラメータ変更方法については、変形例１のようにＣＯ低減器温度、あるいは選択酸化器によらず、燃焼開始からの時間によって制御を行ってもよい。
【０１５２】
なお、ｔ２とｔ３を同等とした場合においても、手動起動の場合は水供給量が少なく、水蒸発に使用される熱量が少なくなり、その分の熱を構造体や触媒温度上昇に利用することができ、水素生成装置の昇温を早めることができる。
【０１５３】
（実施の形態３）
本実施形態における水素生成装置の構成も図１となる。
図９は、本発明の実施の形態３における水素生成装置の手動起動が選択されたときの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１５４】
水素生成装置において手動起動が選択された場合の起動方法について図９のフローチャートを用いて説明する。
【０１５５】
使用者が操作部５１において手動起動を選択したとき、制御器５０に手動起動指令が入力される（Ｓ３００）。使用者とは装置の所有者及びメンテマンを含む。
【０１５６】
手動起動回数ｘと許容手動起動回数Ａの大小を比較し、ｘ<ＡのときＳ３０５へ移行し
、ｘ≧ＡのときＳ３０２へ移行する（Ｓ３０１）。手動起動回数ｘの初期値は０であり制御器５０にあらかじめ記憶されている。なお、許容手動起動回数Ａは水素生成装置の構造体及び触媒の耐久性の観点からみて、手動起動による負荷が許容できる回数であり、たとえば３０とする。これにより通常起動より負荷のかかる手動起動での負荷を抑制することができるため水素生成装置の耐久性を維持することができる。
【０１５７】
Ｓ３０１で手動起動回数が許容手動起動回数以上のｘ≧Ａである場合、手動起動が選択されていない場合の起動方法である通常起動と同様の起動モードに移行される。通常起動は、水素生成装置の耐久性を維持させるのに最適な起動方法である。この場合、加熱器４において、図示されない点火装置により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。燃焼により発生した熱は、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４に伝わり、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４を昇温する。なお、同時にヒーターによる加熱を併用しても良い（Ｓ３０２）。
【０１５８】
次に水供給器３から水が供給され、改質反応が開始する（Ｓ３０３）。なお、水供給開始タイミングは所定の温度条件を改質器温度検知器７で検知される改質温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度は１００℃とする。なお、水供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよく（たとえば１５分）、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５が存在する場合は、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５によって測定された温度に対して、あらかじめ設定した閾値に基づいて決定してもよい（たとえば１１０℃）。
【０１５９】
次に酸素含有ガス供給器６から酸素含有ガスがＦ７で選択酸化器１４に供給される（Ｓ３０４）。Ｆ７とはたとえば０．７Ｌ/ｍｉｎとする。酸素含有ガス供給開始タイミング
は、選択酸化器温度検知器１５で検知される選択酸化器温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度はたとえば１８０℃とする。なお、酸素含有ガス供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよい（たとえば１５分）。
【０１６０】
水素生成装置１００の改質器１、ＣＯ低減器１２、選択酸化器１４の温度がそれぞれ所定の温度に到達し、水素生成装置１００から水素利用機器１５０に水素が供給される。所定の温度とは、たとえば、改質温度は５００℃、ＣＯ低減器温度が２００℃、選択酸化器温度が１５０℃とする（Ｓ３０９）。
【０１６１】
Ｓ３０１で手動起動回数が許容手動起動回数より少ないｘ<Ａの場合、通常起動より高
速で起動できる手動起動モードに移行する。加熱器４において、図示されない点火装置により点火された原料ガスは燃焼用空気と共に燃焼する。燃焼により発生した熱は、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４に伝わり、改質器１およびＣＯ低減器１２および選択酸化器１４を昇温する。なお、同時にヒーターによる加熱を併用しても良い（Ｓ３０５）。
【０１６２】
次に水供給器３から水が第４流量より多い第５流量で供給され、改質反応が開始する（Ｓ３０６）。ここで、第４流量をＦ４と設定し、Ｆ４はたとえば３ｍｌ/ｍｉｎとする。
また、ここで、第５流量をＦ５と設定し、Ｆ５はたとえば５ｍｌ/ｍｉｎとする。
【０１６３】
これにより、通常起動時であるＳ３０３に比べ、水供給量が多くなる。供給された水と原料ガスは改質器１にて、水蒸気改質反応を起こし、原料ガスは改質ガスとなり体積が増
加し、下流側にあるＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４を流通する。改質器１での水蒸気改質反応はＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４での反応より温度が高いので、改質ガスからＣＯ低減器１２及び選択酸化器１４に熱移動が生じる。
【０１６４】
この移動熱量は、流通するガス量が多いと流速が大きくなり、熱伝達が促進される。水量が多いと水蒸気改質反応が促進され改質ガス量が増加し、流速が増加し熱伝達が促進される。よって、改質器１より下流側に存在するＣＯ低減器１２、選択酸化器１４への改質器１からの熱移動が促進される為、これらの昇温を早めることができる。したがってＳ３０６ではＳ３０３に比べ、改質器１より下流側に存在するＣＯ低減器１２、選択酸化器１４への改質器１からの熱移動が促進される為、これらの昇温を早めることができる。
【０１６５】
なお、水供給開始タイミングは所定の温度条件を改質器温度検知器７で検知される改質温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度は１００℃とする。なお、水供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよく（たとえば１５分）、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５が存在する場合は、ＣＯ低減器温度検知器１３や、選択酸化器温度検知器１５によって測定された温度に対して、あらかじめ設定した閾値に基づいて決定してもよい（たとえば１１０℃）。
【０１６６】
次に酸素含有ガス供給器６から酸素含有ガスがＦ７より多いＦ８で選択酸化器１４に供給される（Ｓ３０７）。Ｆ８とはたとえば１．０Ｌ/ｍｉｎとする。酸素含有ガス供給開
始タイミングは、選択酸化器温度検知器１５で検知される選択酸化器温度が所定の温度条件を満たしたときとし、所定温度はたとえば１８０℃とする。なお、酸素含有ガス供給開始タイミングは、加熱開始から所定時間経過後でもよい（たとえば１５分）。
【０１６７】
選択酸化触媒では酸素量は水素含有ガス中の一酸化炭素量に対応する量が供給されており、水素の酸化反応が過剰に行われないように制御されている。通常起動時に対し、酸素含有ガスが増量されることにより、選択酸化器１４での水素の酸化反応が促進され、反応熱により触媒が加熱される為、Ｓ３０４に比べ、選択酸化器１４の昇温が早くなる。
【０１６８】
手動起動回数ｘに１を加算する（Ｓ３０８）。水素生成装置１００の改質器１、ＣＯ低減器１２、選択酸化器１４の温度がそれぞれ所定の温度に到達し、水素生成装置１００から水素利用機器１５０に水素が供給される。所定の温度とは、たとえば、改質温度は５００℃、ＣＯ低減器温度が２００℃、選択酸化器温度が１５０℃とする（Ｓ３０９）。
【０１６９】
これにより、通常起動時より改質器での水蒸気改質反応が促進され、通常起動時よりガス体積が大きくなる。よって、改質器より相対的に低温で運転されるＣＯ低減器、あるいは選択酸化器への熱移動が促進され、改質器より下流側の触媒の昇温を早めることができる。
【０１７０】
図１０は本発明の実施の形態３における水素生成装置の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャートである。
【０１７１】
Ｓ３０６の水供給量とＳ３０７の酸素含有ガス供給量は、図１０のフローチャートの通り変更されても良く、本フローはＳ３０１以下の手動起動モードに移行した場合において、Ｓ３０５以下と同時に進行し、改質器１や選択酸化器１４の温度に応じて、水供給量や酸素含有ガスの供給量を決定する。
【０１７２】
まず、初期値として水供給器３からの水供給量がＦ５に、酸素含有ガス供給器６の酸素含有ガス供給量がＦ８にそれぞれ設定される（Ｓ３１１）。ＣＯ低減器１２の温度が第５温度以上になった場合にＳ３１３に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ３１４に移行す
る（Ｓ３１２）。ここで、第５温度をＴ５と設定し、Ｔ５はたとえば１００℃とする。
【０１７３】
ＣＯ低減器１２の温度がＴ５以上である場合、制御器５０は水供給器３からの水供給量をＦ５より小さい第６流量に制御する。（Ｓ３１３）。ここで、第６流量をＦ６と設定し、Ｆ６はたとえば３ｍｌ/ｍｉｎとする。
【０１７４】
これにより、充分に下流側のＣＯ低減器１２の温度が上がった後に、水供給量を低下させる。よって、過剰な水蒸気発生に使用される熱量を抑制することができるため、水量を変更しない場合に対し、水素生成装置１００の熱効率を高めることができる。
【０１７５】
選択酸化器１４の温度がＴ６以上である場合、制御器５０は酸素含有ガス供給器６から供給される酸素含有ガス量をＦ８より少ないＦ９に制御する（Ｓ３１５）。
【０１７６】
これにより、選択酸化器１４の温度が充分上がった時点で、選択酸化器１４に供給される酸素含有ガス量が低下し、選択酸化触媒上での水素含有ガス中の水素の酸化反応が抑制され、酸化反応による水素の減少を低減できる。そのため、水素含有ガス中の水素濃度が上昇し、水素利用機器への水素供給量を増加させることが出来、同時に酸化反応による選択酸化器１４の過熱を防ぐことができる。
【０１７７】
ところで、選択酸化器１４が過熱されると酸化反応のみならず、二酸化炭素のメタン化反応も進行するが、この反応は発熱反応であり、反応によって、加速度的に選択酸化器１４の温度が上昇し、いわゆる温度暴走状態となる。温度暴走状態となると、水素含有ガス中の水素が二酸化炭素により消費され、水素濃度が低下するのみならず、選択酸化触媒が熱劣化するという問題がある。本ステップの実行により、水素の酸化反応を抑制するのみならず、上記の二酸化炭素のメタン化反応も抑制できるので、選択酸化触媒の熱劣化の抑制という効果を奏する。
【０１７８】
なお、Ｆ９がＦ７より大きい場合（たとえば０．９Ｌ/ｍｉｎ）、構造体や触媒の過昇
温を抑えつつ、通常起動よりも速い起動が可能となる。Ｆ９がＦ７と等しい場合、触媒の過昇温を抑えつつ、水素含有ガスの酸化による効率低下を抑制することができる。Ｆ９がＦ７より小さい場合（たとえば０．６Ｌ/ｍｉｎ）、構造体や触媒の過昇温を抑制でき温
度の制御性を向上させることができる。
【０１７９】
全パラメータが初期状態から変更されているかを判定し、変更されている場合はパラメータ変更完了し、変更されていない場合はＳ３２２に移行する（Ｓ３２６）。
【０１８０】
本実施例では手動起動が選択された場合の動作を説明したが、手動起動が選択されていない場合は、上述の通常起動モードでの運転が行われ水素利用機器の需要に応じて自動で起動する。なお、水素利用機器の過去の運転パターンに基づいて需要が増加すると想定される時間に水素が供給できるよう自動的に前もって起動させてもよい。
【０１８１】
なお、本実施形態に第１の実施の形態での加熱量増加を組み合わせるとよりよい効果が得られる。
【０１８２】
（変形例）
上述の第３の実施の形態では、パラメータ変更動作をＣＯ低減器温度および選択酸化器温度に基づいて行っているが、本変形例は、パラメータ変更動作において、ＣＯ低減器温度、あるいは選択酸化器によらず、加熱開始からの時間によって制御を行う。それ以外の点は、第３の実施の形態と同様の構成であるので、同一の符号及び用語を付して、その説明を省略する。
【０１８３】
図１１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の制御パラメータ変更動作の一例を示すフローチャートである。
【０１８４】
本フローは図１０に示した第３の実施の形態のＳ３１２をＳ３２２に、Ｓ３１４をＳ３２４に置換したものである。その他のステップは第３の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１８５】
（Ｓ３２２）加熱器４の加熱開始から第５時間以上経過した場合にＳ３１３に移行す
る。条件を充たさない場合、Ｓ３２４に移行する。ここで第５時間をｔ５と設定し、ｔ５はたとえば１５分とする。
【０１８６】
（Ｓ３１４）加熱器４の加熱開始からｔ６以上経過した場合にＳ３１５に移行する。条件を充たさない場合、Ｓ３１６に移行する。
これにより、改質器温度検知器７と、酸素含有ガス供給器６が故障等により機能しなかったとしても、水素生成装置１００の昇温を早めることができる。
【０１８７】
（実施の形態４）
本実施形態の燃料電池システムは、第１〜３の実施の形態のいずれかの水素生成装置と、水素生成装置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とを備える。
【０１８８】
図１２は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成の一例を示すブロック図である。図１２に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、図１の水素生成装置１００と、燃料電池１５１とを備える。
【０１８９】
本実施形態の燃料電池システム２００において、燃料電池１５１以外の構成は、第１〜３の実施の形態の水素生成装置と同様に構成できる。よって、図１２と図１とで共通する構成要素については、同一の符号及び用語を付して、その説明を省略する。
【０１９０】
燃料電池１５１は、水素生成装置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１５１は、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）とする。なお、燃料電池１５１は固体酸化物形燃料電池、りん酸形燃料電池等を用いることができ、これらの構成はいずれも公知である。よって、燃料電池１５１の構成の詳細な説明を省略する。なお、燃料電池１５１が、固体酸化物形燃料電池であるときは、改質器１と燃料電池１５１が一体化された内部改質型の固体酸化物形燃料電池とする。
【０１９１】
これにより、使用者が手動起動を選択していない通常起動の場合は水素生成装置の構造体や触媒への負荷の少ない起動を行うため、燃料電池システムの耐久性が維持でき、且つ、使用者が手動起動を選択した場合は起動時間を早めることができるため、使用者の不満を解消し商品性を向上させることができる。
【０１９２】
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、その構造及び／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】
【０１９３】
本発明は、使用者が手動起動を選択していない通常起動の場合は水素生成装置の構造体や触媒への負荷の少ない起動を行うため、装置の耐久性が維持でき、且つ、使用者が手動起動を選択した場合は起動時間を早めることができるため、使用者の不満を解消し商品性
を向上させることができるので、水素生成装置及び燃料電池システムに利用できる。
【符号の説明】
【０１９４】
１  改質器
２  原料供給器
３  水供給器
４  加熱器
５  空気供給器
６  酸素含有ガス供給器
７  改質器温度検知器
８  封止器
９  水素供給路
１０  燃料供給器
１１  燃料供給路
１２  ＣＯ低減器
１３  ＣＯ低減器温度検知器
１４  選択酸化器
１５  選択酸化器温度検知器
５０  制御器
５１  操作部
１００  水素生成装置
１５０  水素利用機器
１５１  燃料電池
２００  燃料電池システム
【図１】
0006402360.tif 000002
【図２】
0006402360.tif 000003
【図３】
0006402360.tif 000004
【図４】
0006402360.tif 000005
【図５】
0006402360.tif 000006
【図６】
0006402360.tif 000007
【図７】
0006402360.tif 000008
【図８】
0006402360.tif 000009
【図９】
0006402360.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006402360.tif 000013