(57)【要約】【課題】水添脱硫仕様の水素生成装置において、使用寿命がきた場合にでも水添脱硫部の温度を上昇させることで、継続して使用可能な水素生成装置を提供する。【解決手段】供給された原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する脱硫部１と、脱硫部１から送られる原料ガスと水とを水素を含む改質ガスを生成する改質部２と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して生成ガスを生成するＣＯ除去部３と、脱硫部１を加熱する加熱器と、改質ガス若しくは生成ガスの一部を脱硫部１より上流側で原料ガスに混合するためのリサイクルライン４と、制御器８とを備え、制御器８は、原料ガスを供給している累積供給時間、原料ガスの累積供給量、水素生成装置の累積運転時間のうちのいずれかのファクターが予め定められる閾値以上になった場合、ファクターが閾値未満の場合より、脱硫部１の温度が高くなるように加熱器を制御する水素生成装置。【選択図】図１
2013203616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する脱硫部と、
前記脱硫部から送られる原料ガスと水から水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
前記改質ガス中の一酸化炭素を低減して生成ガスを生成するＣＯ除去部と、
前記脱硫部を加熱する加熱器と、
制御器と、
を備えている水素生成装置であって、
前記制御器は、前記原料ガスを供給している累積供給時間、前記原料ガスの累積供給量、前記水素生成装置の累積運転時間のうちのいずれかのファクターが予め定められる閾値以上になった場合、前記ファクターが前記閾値未満の場合より、前記脱硫部の温度が高くなるように前記加熱器を制御する、
水素生成装置。
【請求項２】
前記改質ガス若しくは前記生成ガスの一部を前記脱硫部より上流側で前記原料ガスに混合するためのリサイクルラインを備える、
請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記脱硫部の温度を測定する温度検知部をさらに備え、
前記制御器は、前記温度検知部からの情報に基づいて前記加熱器を制御する、
請求項１又は２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記ファクターが前記閾値以上になった場合、前記ファクターに基づいて前記脱硫部の温度が高くなるように前記加熱器を制御する、
請求項１〜３に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記ファクターが前記閾値以上になった場合、前記ファクターが前記閾値未満の場合より高い予め定められる所定温度に前記脱硫部の温度がなるように前記加熱器を制御する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置が生成した生成ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、を備え、
前記制御器は、前記ファクターが前記閾値以上になった場合は、前記ファクターが前記閾値未満の場合より、前記燃料電池が発電する発電量の下限量を上げる、
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系燃料を原料ガスとして、高濃度の水素が含まれた生成ガスをつくる水素生成装置に関するものある。また、この水素生成装置でつくられた水素を利用して発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにも関わる技術である。
【背景技術】
【０００２】
水素生成装置は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系燃料を原料ガスとし、原料ガスと水蒸気とを改質触媒を用いて水蒸気改質反応させることによって、水素やメタン、一酸化炭素、二酸化炭素や水蒸気を成分とする改質ガスを生成する改質部と、改質ガス中の一酸化炭素を変成触媒や選択酸化触媒を用いて低減する一酸化炭素低減部とにより構成されている。
【０００３】
ここで、原料ガスである都市ガスやＬＰＧ中には、ガス採掘時由来の硫黄化合物や使用時にガスが漏れた場合に気づくように加えられた付臭剤として硫黄化合物が含まれている。この硫黄化合物は、ＤＭＳ（サルファイド類）やＴＢＭ（メルカプタン類）、ＴＨＴ（チオフェン類）などの物質であり、改質触媒や変成触媒、選択酸化触媒に供給されると触媒の活性点を覆い、触媒が性能を発揮できない状態としてしまう。したがって、触媒を用いた水素生成装置に供給する原料ガスは、あらかじめ硫黄化合物を除去し、硫黄化合物がほとんど含まれない状態のガスとする必要がある。硫黄化合物を除去する主な方法としては、硫黄化合物をそのままの状態で脱硫剤中に物理吸着させる吸着脱硫方式と、硫黄化合物を水素と反応させることで硫化水素に変えて脱硫剤と化学反応させる化学吸着させる水添脱硫方式とがある。脱硫できる硫黄化合物量は脱硫剤の量でほぼ決まるため、水素生成装置には水素生成装置の使用寿命に応じた脱硫剤の量、あるいは数年毎のメンテナンス時に脱硫剤を交換することを想定した脱硫剤量を搭載している。ここで、吸着脱硫方式は常温での脱硫が可能であるため機器の構成上容易に交換できる仕様とすることが可能であるが、水添脱硫方式は温度を高くする必要がある（例えば、２００℃〜３００℃）ため、水素生成装置内で高温となる改質部の近くに設置して改質部からの伝熱で昇温させたり、脱硫部にヒータやバーナなどの昇温機能を設置することで昇温させたりしている。そのため、メンテナンス期間を設けて途中で脱硫部を容易に交換できる構成とすることは難しくなるため、水素生成装置の使用寿命の期間に必要な脱硫剤の量を初めから搭載する必要があった（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素生成装置の運転を行うことで使用寿命となり脱硫剤の性能が出なくなった時、吸着脱硫方式では脱硫剤を交換して継続して水素生成措置を使用することが構成上容易であるが、水添脱硫方式では脱硫剤の交換がし難い構成となってしまう。そのため、継続して使用した場合、脱硫剤から硫黄化合物を含んだ原料ガスが送出され、下流の改質触媒が硫黄被毒により劣化し、水素の生成量が低下して水素生成装置として使用できなくなってしまう場合があった。
【０００６】
本発明は、脱硫剤の交換構成が取り難い水添脱硫方式の水素生成装置において、水素生
成装置の想定使用期間である脱硫部の使用寿命となった場合にでも、脱硫剤をそのままの状態で脱硫剤の性能を継続させ、水素生成量を低下させずに運転を継続させる水素生成装置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】
【０００７】
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、供給された原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する脱硫部と、脱硫部から送られる原料ガスと水とを水素を含む改質ガスを生成する改質部と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して生成ガスを生成するＣＯ除去部と、脱硫部を加熱する加熱器と、改質ガス若しくは前記生成ガスの一部を脱硫部より上流側で前記原料ガスに混合するためのリサイクルラインと、制御器とを備えている水素生成装置であって、制御器は、前記原料ガスを供給している累積供給時間、原料ガスの累積供給量、水素生成装置の累積運転時間のうちのいずれかのファクターが予め定められる閾値以上になった場合、そのファクターが閾値未満の場合より、脱硫部の温度が高くなるように加熱器を制御するものである。
【０００８】
これによって、水素生成装置が想定の使用寿命である閾値を越えた場合に脱硫部の温度を高くすることで脱硫部での脱硫可能量を拡大させて脱硫機能を維持させ、使用寿命以降も水素生成装置を継続して使用することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の水素生成装置は、水素生成装置が生成した生成ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池とを備え、制御器は、ファクターが閾値以上になった場合は、ファクターが閾値未満の場合より、燃料電池が発電する発電量の下限量を上げる燃料電池システムとするものである。
【００１０】
これにより、脱硫部の温度が高くなる低発電量での使用を制限することで脱硫部の温度が低めの運転条件である中発電量から高発電量で使用することとし、その運転条件において加熱器で脱硫部を加熱することで脱硫剤の過昇温を抑えて適正な温度での使用を実現し、使用寿命を越えても水素生成装置を安定して使用することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水素生成装置は、脱硫剤の使用寿命となった時に脱硫剤使用温度を上昇させることで脱硫性能を少しでも長く維持して触媒劣化が進むことを抑制し、水素生成量を低下させずに運転を継続する水素生成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１の水素生成装置を示す概略構成図
【図２】脱硫剤の温度特性を示す図
【図３】脱硫部の温度状態を示した図
【図４】ヒータにより脱硫部の温度を上昇させた時の脱硫部の温度状態を示した図
【図５】本発明の実施の形態２の水素生成装置を示す概略構成図
【図６】ヒータで昇温した時の運転負荷に対する脱硫部の温度状態を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明の水素生成装置は、供給された原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する脱硫部と、脱硫部から送られる原料ガスと水とを水素を含む改質ガスを生成する改質部と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して生成ガスを生成するＣＯ除去部と、脱硫部を加熱する加熱器と、改質ガス若しくは前記生成ガスの一部を脱硫部より上流側で前記原料ガスに混合するためのリサイクルラインと、制御器とを備えている水素生成装置であって、制御器は、前記原料ガスを供給している累積供給時間、原料ガスの累積供給量、水素生成装置の累積運転時間のうちのいずれかのファクターが予め定められる閾値以上になっ
た場合、ファクターが閾値未満の場合より、脱硫部の温度が高くなるように加熱器を制御するものである。
【００１４】
第１の発明によれば、水素生成装置が想定の使用寿命である閾値を越えた場合でも、脱硫部の温度を高くすることで脱硫部の機能を維持することができ、水素生成装置を継続して使用することが可能となる。
【００１５】
第２の発明の水素生成装置は、脱硫部の温度を測定する温度検知部を備え、制御器は、温度検知部からの情報に基づいて加熱器を制御するものである。
【００１６】
第２の発明によれば、脱硫部の温度を正確に捉えて制御することで、脱硫部の温度を異常高温化することなく水素生成装置を長く使用することが可能となる。
【００１７】
第３の発明の水素生成装置は、制御器は、ファクターが閾値以上になった場合、ファクターに基づいて脱硫部の温度が高くなるように加熱器を制御するものである。
【００１８】
第３の発明によれば、累積供給時間、原料ガスの累積供給量、水素生成装置の累積運転時間のいずれかの値に応じて脱硫部の温度を高くなるように制御することで、脱硫部の温度上昇を必要最低限に抑えることができ、脱硫部の温度上昇にエネルギーを必要最低限とすることができる。
【００１９】
第４の発明の水素生成装置は、制御器は、ファクターが閾値以上になった場合、ファクターが閾値未満の場合より高い予め定められる所定温度に脱硫部の温度がなるように加熱器を制御するものである。
【００２０】
第４の発明によれば、閾値を越えた場合に予め設定した高い所定値とすることで、確実に脱硫部での脱硫性能を維持することができる。
【００２１】
第５の発明の水素生成装置は、水素生成装置が生成した生成ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池とを備え、制御器は、ファクターが閾値以上になった場合は、ファクターが閾値未満の場合より、燃料電池が発電する発電量の下限量を上げる燃料電池システムとするものである。
【００２２】
第５の発明によれば、脱硫部の温度が高くなる低発電量での使用を制限することで脱硫部の温度が低めの運転条件で水素生成装置を使用することとし、その運転条件において加熱器で脱硫部を加熱することで脱硫剤の高温化を抑えて適正な温度で使用することが可能となり、使用寿命を越えても水素生成装置を安定して使用することができるものである。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面とともに説明する。
【００２４】
（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１０の概略構成図を示すものである。
【００２５】
水素生成装置１０は、原料ガス供給部５より原料ガスが供給される脱硫部１と、脱硫部１からのガスが供給される改質部２と、改質部２からの改質ガスが供給されるＣＯ除去部３が設置されている。脱硫部１は、脱硫部１を加熱するヒータ６と脱硫部１の温度を検知する温度検知部７を有している。ＣＯ除去部３からの生成ガスは、その一部が原料ガス供給部５からの原料ガスと混合して改質部２に供給できるようにリサイクルライン４が設置されている。制御器８は原料ガス供給部５、ヒータ６、温度検知部７と電気的に接続する
ことで、原料ガス供給部５からの水素生成装置１０の運転情報に基づき、脱硫部１の温度を温度検知部７で検知しながらヒータ６で昇温することができる。原料ガス供給部５は、原料ガスの供給や停止、原料ガスの流量の測定、原料ガスの流量の制御などの機能の一部を有している。脱硫部１には、水素との反応により硫黄化合物を水素化して化学吸着する水添脱硫剤が充填されている。水添脱硫剤としては、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｚｎ０などを主成分とした触媒を単一仕様や複数を組み合わせた仕様で構成したりすることができる。改質部２には改質触媒が設置されており、供給された原料ガスと水蒸気からＣＯを含んだ水素濃度が高い改質ガスを生成する。ＣＯ除去部３にはＣＯ除去触媒が設置されており、供給された改質ガス中のＣＯをシフト反応や酸素の供給による選択酸化反応などにより除去し、ＣＯをほとんど含まない水素が主成分の生成ガスとして水素生成装置１０から送出する。改質触媒としては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈなどの貴金属やＮｉなどの卑金属、ＣＯ除去触媒としてはＰｔなどの貴金属やＦｅ−ＣｒやＣｕ−Ｚｎなどのシフト反応させる変成触媒やＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈなどの酸素との混合により選択酸化反応させる選択酸化触媒が用いられる。ヒータ６は、面形状のヒータや棒形状のシーズヒータやマイクロヒータを脱硫部１の構造体の外側に巻きつけて脱硫部１全体を加熱できるように構成することができる。また、脱硫部１の内部に棒形状のシーズヒータなどを設置して脱硫剤を直接加熱する構成としても良い。ただし、この場合は設置したヒータ近傍の脱硫剤が局所的に高温化し過ぎて高温劣化しないようにヒータを制御する必要がある。温度検知部７は、熱電対やサーミスタなどの温度センサーを用いることができる。原料ガスとしては、都市ガスやＬＰＧなどの炭化水素系燃料を使用することができる。
【００２６】
次に、上記構成において水素生成装置１０の動作を説明する。
【００２７】
原料ガス供給部５から供給された硫黄化合物を含む原料ガスは、リサイクルライン４を通って供給されたＣＯ除去部３からの水素を含んだ生成ガスの一部と混合され脱硫部１に供給される。脱硫部１は、周囲に位置する高温の改質部２やＣＯ除去部３などからの伝熱で適温（例えば、２００℃〜３００℃）に維持されており、原料ガス中に含まれる硫黄化合物は水素との反応が促進されて硫化水素となり、さらに脱硫剤との化学反応により硫化物として脱硫剤上に化学吸着する。そのため、脱硫部１を通過することで原料ガスは硫黄化合物が取り除かれ、硫化物をほとんど含まない原料ガスとして改質部２に供給される。改質部２は、外部に設置したバーナやヒータなどの加熱手段（図示せず）や原料ガス中に空気を供給して改質触媒での酸化反応により生じた熱などにより改質触媒は高温化しており、供給された原料ガスと水蒸気（図示せず）により改質反応が起こり水素とＣＯを含んだ改質ガスを生成する。ＣＯ除去部３では、ＣＯ除去部３は高温化した改質部２からの改質ガスや周囲からの熱により昇温しており、シフト反応や選択酸化反応する温度とすることで改質ガス中のＣＯを除去し、ＣＯ濃度を低減した高濃度の水素を含む生成ガスとして水素生成装置１０から送出させることができる。
【００２８】
水素生成装置１０が想定の使用寿命となった場合、脱硫部１には想定の使用寿命に対応した脱硫材量しか搭載していないため、それ以上の運転を継続すると脱硫剤の性能が維持できずに脱硫部１からは硫黄化合物が送出される。脱硫部１からの原料ガスは改質部２に供給されるが、改質部２の改質触媒は硫黄化合物が供給されると触媒の上流側から触媒劣化が急速に起こりはじめ、水素生成の性能が低下していく。水素生成量が低下すると水素生成装置１０としての機能をはたせなくなり水素生成装置１０として使用できなくなる。
【００２９】
ここで、図２は脱硫部１に搭載された脱硫剤の脱硫剤温度に対する脱硫性能である脱硫量を示した図である。脱硫剤は温度が高いほど脱硫量が多いことがわかる。
【００３０】
図３は、水素生成装置１０運転時の脱硫部１の脱硫剤の温度を示したものである。原料ガス流れの上流部は温度が高く、下流に行くほど温度が低くなっている。脱硫部１では、
原料ガス中の微量の硫黄化合物の脱硫反応であるため発熱や吸熱は起こらず、脱硫部１の温度状態は脱硫部１周囲の構成により決まる。そのため、脱硫性能を発揮するために必要な温度（２００℃〜３００℃）を得ようとすると、高温の改質部２やＣＯ除去部３の近傍に脱硫部１を配置し高温部からの伝熱で温度を維持する必要がある。図３に示した温度状態は、脱硫部１の上流部が高温となる改質部２の温度の高い箇所からの伝熱を受ける位置に配置され、下流に行くほど改質部２から伝熱量が小さくなる構成における温度状態である。したがって、構成に応じては、脱硫部１の上流部が低温となり、下流にいくほど高温となる温度状態となっている場合もある。いずれにしても、脱硫部１内の脱硫剤は周囲からの熱で温度状態が決まり、熱を受ける周囲の高温部には温度分布があるため脱硫剤は均一な温度とはならず、ある程度の温度幅をもった温度分布が付くことになる。図３では、２１５℃から２９０℃の７５℃の温度幅をもった温度分布となっている。
【００３１】
脱硫部１に搭載する脱硫剤量は、運転時の脱硫剤温度が図３のようになるため、図３の温度状態と図２の脱硫剤の温度特性とから、水素生成装置１０の想定使用寿命で供給される硫黄化合物の総量に対して脱硫できる脱硫剤量を算出して搭載している。ここで、図２の脱硫剤の温度特性からわかるように、図３の脱硫剤の温度を全体的に高くすると脱硫量が増えるため、仮に通常運転の温度状態で脱硫性能が出なくなっても脱硫剤温度を上げてやれば脱硫可能量が増えるためさらに脱硫することができる。したがって、水素生成装置１０の想定の使用寿命がきた場合に、温度検知部７で脱硫部１の温度をモニターしながらヒータ６で加熱して脱硫部１を昇温させてやれば、脱硫性能を維持することができる。この時の脱硫部１の温度分布の一例を示したものが図４である。それまでの温度より全体的に３０℃上昇している。これにより、それまで２５０℃であった脱硫剤は２８０℃となり、図２より脱硫量相対値が１．０３であったものが１．１７と約１．４割脱硫量が上昇している。
【００３２】
したがって、その分硫黄化合物をさらに脱硫することができ、水素生成装置１０を継続使用することが可能となる。例えば、想定寿命が運転時間６万時間の水素生成装置１０では、６万時間の１．４割である８４００時間運転時間を延長することができる。ただし、脱硫部１の高温部の温度が上昇することになる。脱硫剤は高温化し過ぎると、シンタリングや炭素析出などにより脱硫剤としての反応性が劣化したり、脱硫剤表面の炭素析出によりガスの流れの均一性が乱れて偏流が生じ、脱硫性能が発揮できなくなる可能性が生じる。従って、通常使用する場合には脱硫剤を使用する温度に上限値を設け（例えば３１０℃）ている。しかし、このような現象はこの上限の温度を少しでも越えると直ぐに生じるものではなく、温度上限値以上で使用し続けるとどこかのタイミングで生じる可能性があるというものである。したがって、水素生成装置１０の想定の使用寿命後であれば、上記リスクはあるが脱硫部１の温度を上げて脱硫性能の維持をはかることで少しでも長い時間水素生成装置１０を使用し、水素生成装置１０の想定より長く使用できるという商品価値を付加することが可能となる。たとえ上記リスクが実際に起こった場合を想定しても、脱硫部１からの硫黄化合物は改質部２などの触媒でトラップされ水素生成装置１０から外には排出されないため水素生成装置１０以外への影響は及ばない。改質部２では硫黄化合物による劣化により生成する水素生成量が低減し、水素生成装置１０を搭載しているシステム（例えば、燃料電池）が水素生成装置１０の異常として検知して運転を停止させることになる。これは、本来水素生成装置１０の使用寿命が来た段階で行う動作と同じであるため、想定の使用寿命以降に使用できた時間分だけ水素生成装置１０を有効に活用することができたことになる。ただ、水素生成装置１０運転時にヒータ６を使用するために電気が必要となり、通常運転する時よりも電気使用分だけ単位量の水素を生成するために必要なエネルギーが多くなり、水素生成装置１０の効率が低下することにはなる。しかし、多少効率が低下しても想定運転寿命により使用不可となった状態でも停止させることなくさらに運転を可能とさせることで、水素生成装置１０をできるだけ長く使用して水素生成装置１０の生涯としてのエネルギー効率を向上させることが実現できることになる。
【００３３】
なお、水素生成装置１０の想定使用寿命がきたことを認識するファクターとしては、「原料ガスの累積供給時間」や「原料ガスの累積供給量」、「水素生成装置１０の累積運転時間」などをモニターし、いずれかのファクターが予め設定された閾値を越えたとき使用寿命がきたと認識すればよい。例えば、制御器８において原料ガス供給部５からの信号により原料ガスを供給している時間を積算して原料ガスの累積供給時間としてモニターし、累積供給時間が４万時間となれば想定寿命がきたとしても良いし、原料ガスの供給量を積算して原料ガスの累積供給量が７２００ｍ３としても良い。また、制御器８において、原料ガス供給部５からの信号や他のデバイス（図示せず）などからの信号により水素生成装置１０の累積運転時間をモニターして４万時間となれば想定寿命がきたとしても良い。また、上記以外にも脱硫部１の脱硫剤に対する負荷状態を認識できるファクターであればどのようなものでも良く、その閾値の設定することで想定使用寿命がきたことを認識し、脱硫部１の温度を上昇させれば良い。
【００３４】
脱硫部１の温度の上昇方法としては、それぞれのモニター方法において閾値を越えた場合に、温度検知部７の温度をヒータ６により一定値上昇させれば良い。例えば、それまで２５０℃となっていた温度検知部７の温度を３０℃上昇させた２８０℃になるようにヒータ６を制御器８で制御する。また、一定値温度上昇させるのではなく、閾値を越えた後の各モニター値に応じて温度検知部７の温度を制御しても良い。例えば、閾値を越えた後のモニター値が大きくなるにつれて温度検知部７の温度を閾値になる前の２５０℃から徐々に増加させる。より具体的には、原料ガスの累積供給時間が２０００Ｈで１０℃上昇させるように徐々に増加させる。徐々に増加させることで、温度上昇に必要なヒータに供給する電力量を最低限に抑え、できるだけ少ないエネルギーでの水素生成装置１０の運転維持を可能とする。
【００３５】
なお、脱硫部１の昇温手段としては、上記のようなヒータ以外でも脱硫部１を加熱できればどのような手段でも良く、例えばバーナによる直接的な加熱や、バーナからの高温の燃焼ガスによる加熱などを用いても良い。
【００３６】
また、上記ではリサイクルライン４を設けることで原料ガスに水素を混合して脱硫させる水添脱硫方式に対して説明したが、水素を混合せずに脱硫を行う吸着脱硫方式などにおいても脱硫剤の温度を上昇させると脱硫性能が向上する脱硫仕様であればどのような脱硫仕様であってもよい。
【００３７】
以上のような方法を用いれば、水素生成装置１０が想定の使用寿命をむかえたとしても、脱硫剤の昇温により少しでも脱硫部性能を維持させ、水素生成装置１０の運転継続を実現することができる。
【００３８】
（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１０について説明する。図５は、水素生成装置１０を備えた燃料電池システムの概略構成を示した図である。図１と同じ水素生成装置１０からの生成ガスと、空気などの酸化剤ガスから発電する燃料電池スタック９を有している。燃料電池スタック９と制御器８は電気的につながり、制御器８により燃料電池スタック９は制御されるようになっている。
【００３９】
以下に実施の形態１と異なる動作のみ説明する。
【００４０】
実施の形態１では、使用寿命となった時に脱硫部１の温度を上昇させたが、実施の形態２では、制御器８で燃料電池スタック９の発電条件に対して制限をかけている。つまり、使用寿命後は低負荷での発電をできなくして発電条件を中負荷以上としている。
【００４１】
図６は、発電負荷に対する脱硫部１内の脱硫剤の温度状態を示したものである。ＴＤＲは１が定格発電状態を示すものであり、ＴＤＲ２／３が定格の２／３の発電状態、ＴＤＲ１／３が定格の１／３の発電状態を示している。つまり、定格が７５０Ｗとすれば、ＴＤＲ２／３は５００Ｗ、ＴＤＲ１／３は２５０Ｗとなる。図６は、ある水素発生装置の定格が７５０Ｗであるときの温度状態である。発電負荷が小さいほど脱硫剤温度が高くなっていることがわかる。これは、脱硫部１の周囲の高温部から熱を受け脱硫部１は熱バランスするが、脱硫部１を流れるガス流量によってその温度のバランス状態は変わるためである。つまり、発電負荷が小さいガス流量が小さい時は、周囲から同じ熱量を受けた場合、ガス流量が多い時に比べてガスの熱容量が小さいため、温度の上昇が大きくなる。また、水素生成装置１０の高温部の構成や脱硫部１の配置にもよるが、脱硫部１の周囲の高温側の熱状態も低流量である発電負荷が小さい方が温度が高くなる場合もある。よって、図６のように脱硫部１内の脱硫剤の温度状態は、ガス流量が小さい低発電状態の方が高くなることがある。
【００４２】
実施の形態２は、使用寿命後は脱硫剤温度が高くなる発電負荷が低発電状態での運転は行わずに、中発電状態以上の運転で使用するものである。具体的には、想定寿命を越えた時には、制御器８で燃料電池スタック９の運転条件の最低をそれまでのＴＤＲ１／３から２／３とする。例えば、使用寿命内では、７５０Ｗから２５０Ｗの間で発電が可能であったものを、７５０Ｗから５００Ｗの間での発電とする。使用寿命後、脱硫部１はヒータ６による昇温によりＴＤＲ１／３（２５０Ｗ）での温度状態は、脱硫剤の使用上限温度の目安である３１０℃を越える箇所があったが、ＴＤＲ２／３（５００Ｗ）では最高でも２９０℃となり、３１０℃を下回っている。さらにＴＤＲ１（７５０Ｗ）と発電負荷を上げると脱硫剤温度はさらに低下するため、脱硫剤の使用上限目安の３１０℃より温度は低い状態を保つことができる。よって、使用寿命を越えて水素生成装置１０を使用しても、実施の形態１で記載した脱硫剤の高温化によるシンタリングや炭素析出のリスクを回避した状態で安定した運転を継続することができる。ただし、低発電負荷での運転ができなくなるため、発電システムとしての稼働率や経済性に対して使用寿命内での使用より悪くなる可能性が生じる。しかし、当初は使用寿命により水素生成装置１０が使用できなくなり、燃料電池発電システムを停止せざるをえなかったものを、本発明により使用を継続させることができるため、燃料電池システムの生涯としてのエネルギー効率などの観点でメリットを得ることが可能となる。
【００４３】
なお、上記説明では、使用寿命後の発電負荷の最低負荷を使用寿命内のＴＤＲ１／３（２５０Ｗ）からＴＤＲ２／３（５００Ｗ）にする内容であったが、それは一例であり、水素生成装置１０の構成により脱硫部１の温度が脱硫剤の使用上限の目安温度以下となる条件であれば、ＴＤＲ値がＴＤＲ３／７であっても、ＴＤＲ４／５であっても、どのような値でも同様な効果を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の水素生成装置は、水添脱硫方式の脱硫部を搭載した小型の水素生成装置において、想定運転寿命を過ぎた状態でも可能な限り長く水素生成装置を使用することで生涯としての効率化、使用コストの低減を実現するもので、例えば、家庭用の燃料電池システムへの水素含有の生成ガスを供給する装置として有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  脱硫部
２  改質部
３  ＣＯ除去部
４  リサイクルライン
５  原料ガス供給部
６  ヒータ
７  温度検知部
８  制御器
９  燃料電池スタック
１０  水素生成装置
【図１】
2013203616.tif 000003
【図５】
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【図２】
2013203616.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図６】
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