(57)【要約】【課題】発電負荷によらず水添脱硫の温度を適正範囲内で運転する水素生成装置およびその起動方法を提供する。【解決手段】水添脱硫器の温度を検出する脱硫温度検出器と、を備え、脱硫温度検出器で検出される温度が予め設定された第１の温度より高くなった場合に、改質器から排出される改質ガスの温度を低下させ、脱硫温度検出器で検出される温度が予め設定された第２の温度より低くなった場合に、改質器から排出される改質ガスの温度を上昇させるよう制御する。【選択図】図１
2013227163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含む原料と水とを改質反応させて改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器に原料を供給する原料供給器と、
前記改質器に水を供給する水供給器と、
原料又は改質ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器に空気を供給する空気供給器と、
前記改質器で改質した改質ガスを排出する改質ガス流路と、
前記改質ガス流路を流れる改質ガスの熱によって加熱されるよう配置され、原料中の硫黄分を水素添加により除去する水添脱硫器と、
前記水添脱硫器の温度を検出する脱硫温度検出器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度により、前記改質器から排出される改質ガスの温度を変化させるよう制御する、水素生成装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記改質器に供給する原料に対する水の比率と、前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率と、前記水添脱硫器に供給する原料の流量とのうちの少なくとも１つを変化させて、前記改質器から排出される改質ガスの温度を変化させるよう制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が、予め設定された第１の温度より高くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を低下させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が、前記第１の温度よりも低い温度で予め設定された第２の温度より低くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を上昇させるよう制御する、請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を低下させるよう制御する、請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を低下させるよう制御する、請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記原料供給器を制御して前記水添脱硫器に供給する原料の流量を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水添脱硫器に供給する原料の流量を低下させるよう制御する、請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記水添脱硫器に供給する原料の流量を記憶する記憶部を備え、
前記記憶部は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度以上となった場合の前記水添脱硫器に供給されている原料の流量である第１の流量、及び、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度以下となった場合の前記水添脱硫器に供給される原料の流量である第２の流量のうちの少なくとも一方を記憶し、
前記制御器は、前記記憶部が前記第１の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に
供給する原料の流量が前記第１の流量以上となるよう制御し、前記記憶部が前記第２の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に供給する原料の流量が前記第２の流量以下となるように前記原料供給器を制御する、請求項３〜６のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項８】
炭化水素を含む原料と水とを改質反応させて改質ガスを生成する改質器と、
原料又は改質ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記改質器で生成した改質ガスを排出する改質ガス流路と、
前記改質ガス流路を流れる改質ガスの熱によって加熱されるよう配置され、原料中の硫黄分を水素添加により除去する水添脱硫器と、
を備える水素生成装置の運転方法であって、
前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度により、前記改質器から排出される改質ガスの温度を変化させるよう制御する温度調整工程を備える、水素生成装置の運転方法。
【請求項９】
前記温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が予め設定された第１の温度より高くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を低下させ、前記水添脱硫器の温度が予め設定された第２の温度より低くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を上昇させる工程である、請求項８に記載の水素生成装置の運転方法。
【請求項１０】
前記温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を低下させる工程である、請求項９に記載の水素生成装置の運転方法。
【請求項１１】
前記温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を増加させ、前記水添脱硫器の温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を低下させる工程である、請求項９に記載の水素生成装置の運転方法。
【請求項１２】
前記温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記原料供給器を制御して前記水添脱硫器に供給する原料の流量を増加させ、前記水添脱硫器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水添脱硫器に供給する原料の流量を低下させる工程を含む、請求項９に記載の水素生成装置の運転方法。
【請求項１３】
前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度以上となった場合の前記水添脱硫器に供給されている原料の流量である第１の流量を記憶する工程、及び、前記水添脱硫器の温度が前記第２の温度以下となった場合の前記水添脱硫器に供給される原料の流量である第２の流量を記憶する工程のうちの少なくとも一方の工程と、
前記第１の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に供給する原料の流量を前記第１の流量以上とし、かつ、前記第２の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に供給する原料の流量が前記第２の流量以下となるよう原料の流量を制限する流量制限工程と、を備える、請求項９〜１２のいずれか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、水素生成装置とその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型装置でも高効率発電ができる燃料電池は、分散型エネルギー供給源の発電装置として開発が進められている。燃料電池発電時の燃料として用いられる水素ガスは、一般的なインフラとして整備されていない。そこで分散型装置として利用する場合、例えば、都市ガス、ＬＰＧ等の既存化石原料インフラから得られる原料を水蒸気改質反応させ、水素含有ガスを生成させる水素生成装置を併設する構成がとられることが多い。前記都市ガスやＬＰＧ等の既存化石原料インフラには付臭材としてあるいは原料由来の成分として硫黄分が含まれるが、硫黄分は改質性能等を低下させるため脱硫する必要がある。
【０００３】
脱硫の方法として、吸着材を用いた常温での吸着除去方式や、水素を添加して行う水添脱硫方式が挙げられる。水添脱硫方式は硫黄分の吸着容量が大きく、長時間触媒を交換することなく脱硫することが可能である。また、常温での吸着脱硫が困難な微量成分でも除去できるメリットがある。一方で硫黄分の吸着容量は高温ほど高く水添脱硫触媒を機能させるため一般的に２００℃程度以上に加熱する必要があるとともに、触媒耐熱温度の観点から３００℃程度以下に温度を保つ必要がある。
【０００４】
水添脱硫触媒の温度制御方法として、円筒式水蒸気改質器を用い、その外周に厚さを調節した断熱材を介して水添脱硫触媒層を配置することで加熱温度を調節する方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、原燃料ガスの一部を分岐回路に分岐させることで、脱硫器の温度を所定温度に制御する方式が提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５８９９５号公報
【特許文献２】特開平１１−１８９４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、水添脱硫触媒を機能させるためには、触媒温度を所定の温度に保つ必要がある。しかし、原料流量の大小で水添脱硫部での温度がバラツキ、適温に保つことが困難となる課題があった。
【０００７】
また、原燃料ガスの一部を分岐回路に分岐させることで、脱硫器の温度を所定温度に制御する方式は、分岐する構成機器が増え装置が複雑になる課題がある。
【０００８】
本発明は、水添脱硫触媒の温度を適正範囲に保つことが可能な水素生成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記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と水とを改質反応させて改質ガスを生成する改質器と、前記改質器に原料を供給する原料供給器と、前記改質器に水を供給する水供給器と、原料又は改質ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に空気を供給する空気供給器と、前記改質器で改質した改質ガスを排出する改質ガス流路と、前記改質ガス流路を流れる改質ガ
スの熱によって加熱されるよう配置され、原料中の硫黄分を水素添加により除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器の温度を検出する脱硫温度検出器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度により、前記改質器から排出される改質ガスの温度を変化させるよう制御する構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水素生成装置では、水添脱硫の温度が設定された範囲からはずれたときに改質ガスの温度を上下できるので、水添脱硫触媒の温度を適正範囲に保つことを可能として、触媒耐熱温度以内でより高温で運転することができるので、吸着容量を高く維持できるため触媒容量の低減が図れるとともに、触媒の耐久性も確保することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の概略図
【図２】Ｓ／Ｃと水添脱硫器の温度との関係を示すグラフ
【図３】空気比と水添脱硫器の温度との関係を示すグラフ
【図４】原料流量と水添脱硫器の温度との関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態４における水素生成装置の概略図
【図６】本発明の実施の形態５における水素生成装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、炭化水素を含む原料と水とを改質反応させて改質ガスを生成する改質器と、前記改質器に原料を供給する原料供給器と、前記改質器に水を供給する水供給器と、原料又は改質ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に空気を供給する空気供給器と、前記改質器で改質した改質ガスを排出する改質ガス流路と、前記改質ガス流路を流れる改質ガスの熱によって加熱されるよう配置され、原料中の硫黄分を水素添加により除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器の温度を検出する脱硫温度検出器と、制御器とを備え、前記制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度により、前記改質器から排出される改質ガスの温度を変化させるよう制御する、水素生成装置である。
【００１３】
この構成により、水添脱硫器は改質ガスの熱によって加熱されるため、改質ガスの温度を変化させることで、水添脱硫器の温度を変化させることができ、適正温度範囲に保つことができる。その結果、触媒の耐熱温度以内で、かつ吸着容量が高く維持できるため、触媒容量の低減が可能となる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明において、制御器は、前記改質器に供給する原料に対する水の比率と、前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率と、前記水添脱硫器に供給する原料の流量とのうちの少なくとも１つを変化させて、前記改質器から排出される改質ガスの温度を変化させるよう制御する水素生成装置である。
【００１５】
この構成により、原料に対する水の比率や、燃焼用ガスに対する空気の比率、原料の流量は、容易に調整可能であるので、運転条件によらず水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。
【００１６】
第３の発明は、特に第２の発明において、制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が、予め設定された第１の温度より高くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を低下させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が、前記第１の温度よりも低い温度で予め設定された第２の温度より低くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を上昇させるよう制御する水素生成装置である。
【００１７】
この構成により、予め第１温度、第２温度を設定しておくことで、水添脱硫器の温度を厳密に適正範囲に保つことができる。
【００１８】
第４の発明は、特に第３の発明において、制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を低下させるよう制御する水素生成装置である。
【００１９】
この構成により、前記水の比率を変化させると改質ガスの温度を変化させることができるので、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。
【００２０】
第５の発明は、特に第３の発明において、制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を低下させるよう制御する水素生成装置である。
【００２１】
この構成により、前記空気の比率を変化させると改質ガスの温度を変化させることができるので、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。
【００２２】
第６の発明は、特に第３の発明において、制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記原料供給器を制御して前記水添脱硫器に供給する原料の流量を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水添脱硫器に供給する原料の流量を低下させるよう制御する水素生成装置である。
【００２３】
この構成により、原料流量を変化させることで改質ガスの温度および水添脱硫器を流れる原料ガスの流量が変化するので、水添脱硫器の温度を変化させることができ、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。
【００２４】
第７の発明は、特に第３〜６の発明において、前記水添脱硫器に供給する原料の流量を記憶する記憶部を備え、前記記憶部は、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第１の温度以上となった場合の前記水添脱硫器に供給されている原料の流量である第１の流量、及び、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度以下となった場合の前記水添脱硫器に供給される原料の流量である第２の流量のうちの少なくとも一方を記憶し、制御器は、前記記憶部が前記第１の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に供給する原料の流量が前記第１の流量以上となるよう制御し、前記記憶部が前記第２の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に供給する原料の流量が前記第２の流量以下となるように前記原料供給器を制御する水素生成装置である。
【００２５】
この構成により、装置個体差に起因する温度の差や、水添脱硫器の経時的な温度変化があっても、水添脱硫器の温度を耐久的に長時間安定して適正な範囲に保つことができる。
【００２６】
第８の発明は、炭化水素を含む原料と水とを改質反応させて改質ガスを生成する改質器と、原料又は改質ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼し、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記改質器で生成した改質ガスを排出する改質ガス流路と、前記改質ガス流路を流れる改質ガスの熱によって加熱されるよう配置され、原料中の硫黄分を水素添加により除去する水添脱硫器とを備え、制御器は、前記脱硫温度検出器で検出される温度により、前記改質器から排出される改質ガスの温度を変化させるよう制御する温度調整工程を備える、
水素生成装置の運転方法である。
【００２７】
この運転方法により、改質ガスの温度を変化させることで、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。その結果、触媒の耐熱温度以内で、かつ吸着容量が高く維持できるため、触媒容量の低減が可能となる。
【００２８】
第９の発明は、特に第８の発明において、温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が予め設定された第１の温度より高くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を低下させ、前記水添脱硫器の温度が予め設定された第２の温度より低くなった場合に、前記改質器から排出される改質ガスの温度を上昇させる工程である水素生成装置の運転方法である。
【００２９】
この運転方法により、予め第１温度、第２温度を設定しておくことで、水添脱硫器の温度を厳密に適正範囲に保つことができる。
【００３０】
第１０の発明は、特に第９の発明において、温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を増加させ、前記脱硫温度検出器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水供給器を制御して前記改質器に供給する原料に対する水の比率を低下させる工程である水素生成装置の運転方法である。
【００３１】
この運転方法により、前記水の比率を変化させると改質ガスの温度を変化させることができるので、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。
【００３２】
第１１の発明は、特に第９の発明において、温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を増加させ、前記水添脱硫器の温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記空気供給器を制御して前記燃焼器に供給する燃焼用ガスに対する空気の比率を低下させる工程である水素生成装置の運転方法である。
【００３３】
この運転方法により、前記空気の比率を変化させると改質ガスの温度を変化させることができるので、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。
【００３４】
第１２の発明は、特に第９の発明において、温度調整工程は、前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度より高くなった場合に、前記原料供給器を制御して前記水添脱硫器に供給する原料の流量を増加させ、前記水添脱硫器で検出される温度が前記第２の温度より低くなった場合に、前記水添脱硫器に供給する原料の流量を低下させる工程を含む水素生成装置の運転方法である。
【００３５】
この運転方法により、原料流量を変化させることで改質ガスの温度および水添脱硫器を流れる原料ガスの流量が変化するので、水添脱硫器の温度を変化させることができ、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことができる。
【００３６】
第１３の発明は、特に第９〜１２の発明において、前記水添脱硫器の温度が前記第１の温度以上となった場合の前記水添脱硫器に供給されている原料の流量である第１の流量を記憶する工程、及び、前記水添脱硫器の温度が前記第２の温度以下となった場合の前記水添脱硫器に供給される原料の流量である第２の流量を記憶する工程のうちの少なくとも一方の工程と、前記第１の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に供給する原料の流量を前記第１の流量以上とし、かつ、前記第２の流量を記憶している場合は、前記水添脱硫器に供給する原料の流量が前記第２の流量以下となるよう原料の流量を制限する流量制
限工程とを備える水素生成装置の運転方法である。
【００３７】
この運転方法により、装置個体差に起因する温度の差や、水添脱硫器の経時的な温度変化があっても、水添脱硫器の温度を耐久的に長時間安定して適正な範囲に保つことができる。
【００３８】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成を示した概略図である。
【００４０】
水素生成装置は、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素成分、メタノール等のアルコール、あるいはナフサ成分等の原料と水蒸気の改質反応を主に進行させ水素ガスを生成する改質器１を備え、改質触媒としてＲｕ触媒を用いた。
【００４１】
また、原料を改質器１へ供給するための原料供給器２、改質に使われる水を改質器１に供給するための水供給器３、原料又は改質ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼し、改質器１を加熱する燃焼器４と、燃焼器４に空気を供給する空気供給器５と、改質器１で改質した改質ガスを排出する改質ガス流路６と、改質ガス流路６を流れる改質ガスの熱によって加熱されるよう配置され、原料中の硫黄分を水素添加により除去する水添脱硫器７と、水添脱硫器７の温度を検出する脱硫温度検出器８と、少なくとも原料供給器２、水供給器３、空気供給器５を制御する制御器９と、改質器１から排出される改質ガス、すなわち改質ガス流路に流入するガスの温度を検出する改質出口温度検出器１１と、を備える構成とした。なお、水添脱硫器７にはＣｕ−Ｚｎ系水添脱硫触媒を用いた。
【００４２】
次に本発明における水素生成装置の運転方法を説明する。
【００４３】
水素生成装置は、制御器９により原料供給器２から原料が、水供給器３により水が供給され、燃焼器４で原料又は改質ガスである燃焼用ガスと空気とを燃焼し、改質器１で水蒸気改質反応を進行させて改質ガスを生成させる。制御器９は、改質器１に供給する原料中の炭素数に対する水の比率を示すＳ／Ｃ（本実施の形態ではＳ／Ｃの設定値は２．８とした）、燃焼ガスに対する空気の比率を示す空気比（本実施の形態では空気比の設定値は１．５とした）、を予め設定した値となるように原料供給器２、水供給器３、空気供給器５を制御する。また発生させる改質ガス量に対して比例的に原料流量を制御する。ここで、改質出口温度検出器１１で検出される温度を例えば約６２０℃となるように原料または改質ガスを燃焼器４で燃焼させる。その際、水添脱硫器７は改質ガス、すなわち改質ガス流路６を流れる流体から、少なくとも伝熱により加熱されて脱硫温度検出器８で検出される温度が約２５０℃になるように動作させる。これは本実施の形態で用いた水添脱硫触媒は２００〜３００℃の温度範囲で使用するのが好ましいことに基づく。なお、改質ガス流路６と水添脱硫器７の間には断熱材が配置されていても良い。
【００４４】
次に、本実施の形態１における特徴的な動作について説明する。
【００４５】
水添脱硫器７は改質ガス流路６を流れる流体から熱を受けるため、その温度あるいは熱量によって水添脱硫器７の温度が決まる。そこで本実施の形態１では、水添脱硫器７の温度を適正範囲に保つために、水供給器３を制御してＳ／Ｃの比率を変化させる方法をとる。具体的には、［１］水供給器３を制御してＳ／Ｃの設定値を下げることで改質ガス温度を上げ、水添脱硫器７の温度を上げる、またその逆に、［２］水供給器３を制御してＳ／Ｃの設定値を上げることで改質ガス温度を下げ、水添脱硫器７の温度を下げる方法をとる。
【００４６】
すなわち、本水素発生装置の熱の出入りはバランスしているものとし、Ｓ／Ｃを変化させる、例えばＳ／Ｃの設定値を増やした場合、投入する水量が増え水の蒸発に必要な熱量が増加するため、改質ガスの温度を低下させることができる。一方、水添脱硫器７は改質ガス流路６から少なくとも伝熱によって熱を受ける場所に配置されており、改質ガス流路６と水添脱硫器７との間の媒体の熱伝導率が変化しないとすると、改質ガスの温度が例えば低下すると、水添脱硫器７の温度を低下させることができる。Ｓ／Ｃの設定値を減らした場合は同様に逆の効果が得られ、水添脱硫器７の温度を上昇させることができるからである。
【００４７】
図２は本実施の形態１におけるＳ／Ｃと脱硫温度検出器８で検出される水添脱硫器７の代表温度との関係を示したものである。Ｓ／Ｃを低下させると水添脱硫器７の温度を上昇させることができることを示しており、Ｓ／Ｃを変化させることで水添脱硫器７の温度を適正範囲におさめることが可能となることがわかる。
【００４８】
具体的には、制御器９は、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第１の温度（本実施の形態１では２６０℃）より高くなった場合に、Ｓ／Ｃの設定値を上げて改質器１に供給する水の量を増加させて改質器１から排出される改質ガスの温度を低下させる。また脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第２の温度（本実施の形態１では２４０℃）より低くなった場合に、Ｓ／Ｃの設定値を下げて改質器１に供給する水の量を減少させて改質器１から排出される改質ガスの温度を上昇させるよう制御させた。この動作により水添脱硫器７に収めた水添脱硫触媒を適正温度範囲で使用することを可能とさせる。
【００４９】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における水素生成装置について説明する。なお本実施の形態２は実施の形態１と同様に図１で示す構成となるので詳細な説明は省略する。次に本実施の形態２における実施の形態１と異なる特徴的な動作について説明する。
【００５０】
水添脱硫器７は改質ガス流路６を流れる流体から熱を受けるため、その温度あるいは熱量によって水添脱硫器７の温度が決まる。そこで本実施の形態２では、水添脱硫器７の温度を適正範囲に保つために改質ガスの温度を上下させる手段として、空気供給器５を制御して燃焼ガスに対する空気の比率を示す空気比を変化させる方法をとる。具体的には、［１］空気供給器５を制御して空気比の設定値を下げることで改質ガス温度を下げ、水添脱硫器７の温度を低下させる、またその逆に、［２］空気供給器５を制御して空気比の設定値を上げることで改質ガス温度を上昇させ、水添脱硫器７の温度を上昇させる方法をとる。
【００５１】
すなわち、本水素発生装置の熱の出入りはバランスしているものとし、空気比を変化させる、例えば空気比の設定値を上げた場合、燃焼ガスが持つ熱量が増加するため、改質ガス温度を上昇させることができる。一方、実施の形態１同様に、水添脱硫器７は改質ガス流路６から少なくとも伝熱によって熱を受ける場所に配置されており、改質ガス流路６と水添脱硫器７との間の媒体の熱伝導率が変化しないとすると、改質ガスの温度が例えば上昇すると、水添脱硫器７の温度を上昇させることができる。空気比の設定値を下げた場合は同様に逆の効果が得られ、水添脱硫器７の温度を低下させることができるからである。
【００５２】
図３は本実施の形態２における空気比と脱硫温度検出器８で検出される水添脱硫器７の代表温度との関係を示したものである。空気比を増加させると水添脱硫器７の温度を上昇させることができることを示しており、空気比を変化させることで水添脱硫器７の温度を適正範囲におさめることが可能となることがわかる。
【００５３】
具体的には、制御器９は、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第１の温度（本実施の形態２では２６０℃）より高くなった場合に、空気比の設定値を下げて燃焼器４に供給する空気の量を低下させて改質器１から排出される改質ガスの温度を低下させる。また脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第２の温度（本実施の形態２では２４０℃）より低くなった場合に、空気比の設定値を上げて燃焼器４に供給する空気の量を増加させて改質器１から排出される改質ガスの温度を上昇させるよう制御させた。この動作により水添脱硫器７に収めた水添脱硫触媒を適正温度範囲で使用することを可能とさせる。
【００５４】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における水素生成装置について説明する。なお本実施の形態３は実施の形態１および２と同様に図１で示す構成となるので詳細な説明は省略する。次に本実施の形態３における実施の形態１および２と異なる特徴的な動作について説明する。
【００５５】
水添脱硫器７の温度は、少なくとも水添脱硫器内を流れるガスの熱容量と、改質器から排出される改質ガスの温度によって決まる。そこで本実施の形態３では、水添脱硫器７の温度を適正範囲に保つために改質ガスの温度を上下させる手段として、原料供給器２を制御して、改質器１に供給する原料流量を変化させる方法をとる。具体的には、［１］原料供給器２を制御して原料の流量を増加させることで、水添脱硫器７の温度を低下させる、またその逆に、［２］原料供給器２を制御して原料の流量を低下させることで、水添脱硫器７の温度を上昇させる方法をとる。
【００５６】
すなわち、原料流量を変化させる、例えば原料流量の設定値を上げた場合、原料流量の熱容量が増大し水添脱硫器７から持ち出す熱が多くなるが、一方で水添脱硫器７が受ける熱量の変化は原料流量の変化に対して小さいため、水添脱硫器７の温度を低下させることができる。原料流量の設定値を下げた場合は同様に逆の効果が得られ、水添脱硫器７の温度を上昇させることができるからである。
【００５７】
図４は本実施の形態３における原料流量と脱硫温度検出器８で検出される水添脱硫器７の代表温度との関係を示したものである。原料流量を低下させると水添脱硫器７の温度を上昇させることができることを示しており、原料流量を変化させることで水添脱硫器７の温度を適正範囲におさめることが可能であることがわかる。
【００５８】
具体的には、制御器９は、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第１の温度（本実施の形態では２６０℃）より高くなった場合に、原料供給器２により水添脱硫器７に供給する原料の流量を増加させ、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第２の温度（本実施の形態では２４０℃）より低くなった場合に、原料供給器２により水添脱硫器７に供給する原料の流量を低下させるよう制御させた。この動作により水添脱硫器７に収めた水添脱硫触媒を適正温度範囲で使用することを可能とさせる。
【００５９】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４における水素生成装置について説明する。図５は本発明の実施の形態４における水素生成装置の構成を示した概略図である。実施の形態１〜３の構成に加え、水添脱硫器７に供給する原料の流量を記憶する記憶部１０を備えた構成とする。他は実施の形態１での水素生成装置と同じ構成となるので、他の詳細説明は省略する。なお、実施の形態１と同様に改質ガス流路６と水添脱硫器７の間には断熱材が配置されていても良い。
【００６０】
次に実施の形態３と異なる、本実施の形態４における特徴的な動作について説明する。
【００６１】
水素生成装置の運転時において、記憶部１０は、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第１の温度（本実施の形態では２６０℃）以上となった場合の水添脱硫器７に供給されている原料の流量である第１の流量、及び、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第２の温度（本実施の形態では２４０℃）以下となった場合の水添脱硫器７に供給される原料の流量である第２の流量のうちの少なくとも一方を記憶する。制御器９は、記憶部１０が第１の流量を記憶している場合は、水添脱硫器７に供給する原料の流量が第１の流量以上となるよう制御し、記憶部１０が第２の流量を記憶している場合は、水添脱硫器７に供給する原料の流量が第２の流量以下となるように原料供給器２を制御することができる。
【００６２】
このように記憶部１０によって原料の流量範囲を限定することで、例えば製造のバラツキ等による装置個体差に起因する温度の差や、水添脱硫器の経時的な温度変化があっても、水添脱硫器７の温度を耐久的に長時間安定して適正な範囲に保つことを可能とする。
【００６３】
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５における水素生成装置について説明する。図６は本発明の実施の形態５における水素生成装置の構成を示した概略図である。図１または図５に示す実施の形態と同一部または相当部には、同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態５では、燃焼器４の外周に改質器１が、さらに改質器１の外側に改質器１のガスの流れの向きと対向するように改質ガス流路６が配置され、さらに外側に水添脱硫器７が同心円上に配置される、多重円筒型の水素生成装置の構成とした。なお、改質ガス流路６と水添脱硫器７の間には断熱材が配置されていても良い。他の構成については省略する。
【００６５】
次に本発明の実施の形態５における動作について説明する。本実施の形態５の動作は、実施の形態１〜３と同様とすることができ、少なくともＳ／Ｃ、空気比、原料流量のうちの一つを変化させることで、水添脱硫器の温度を適正化することができる。
【００６６】
すなわち、制御器９は、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第１の温度（本実施の形態では２６０℃）より高くなった場合に、少なくとも［１］水供給器３を制御してＳ／Ｃの設定値を上げる、［２］空気供給器５を制御して空気比の設定値を下げる、［３］原料供給器２を制御して原料の流量を増加させる、のうちのひとつをとることで、水添脱硫器７の温度を低下させることができる。
【００６７】
また同様に、制御器９は、脱硫温度検出器８で検出される温度が予め設定された第２の温度（本実施の形態では２６０℃）より低くなった場合に、少なくとも［１］水供給器３を制御してＳ／Ｃの設定値を下げる、［２］空気供給器５を制御して空気比の設定値を上げる、［３］原料供給器２を制御して原料の流量を低下させる、のうちのひとつをとることで、水添脱硫器７の温度を上昇させることができる。また実施の形態４と同様に、記憶部１０を備えた構成としても良い。
【００６８】
このように、多重円筒型の水素生成装置とすることで、装置サイズをコンパクトにできるとともに、熱の授受が効率的に行われるため水素生成の効率が上がる効果が得られる。
【００６９】
上記のように、水添脱硫の温度が設定された範囲からはずれたときに、水添脱硫器の温度を適正範囲に保つことを可能とすることができるため、触媒耐熱温度以内でより高温で運転することができ、吸着容量を高く維持できることから触媒容量の低減が図れるととも
に、触媒の耐久性も確保することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、水添脱硫器の温度制御機構を設けることで、水添脱硫触媒の耐熱温度範囲内で高い吸着容量をもつ高温で運転することが可能な水添脱硫器を備えた水素生成装置を提供するもので、硫黄分を含む原料を改質して水素生成を行う分散型の固体高分子形もしくは固体酸化物形などの燃料電池発電システムに特に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１  改質器
２  原料供給器
３  水供給器
４  燃焼器
５  空気供給器
６  改質ガス流路
７  水添脱硫器
８  脱硫温度検出器
９  制御器
１０  記憶部
１１  改質出口温度検出器
【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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