(57)【要約】【課題】起動用ヒーターに電力を供給するための変換器分のコストを低減する。【解決手段】水素生成装置１は、電力を用いて水素生成装置１の変成部１２と選択酸化部１３を加熱するヒーター２０と、ヒーター２０に電力を供給する電源部（商用電源２１と外部電源２２）と、電源部（商用電源２１と外部電源２２）からヒーター２０への出力を制御する供給電力制御部２４とを備え、供給電力制御部２４が、起動時に電源部（商用電源２１と外部電源２２）からヒーター２０へ電力の供給を開始してから、予め設定された待ち時間経過後に、バーナー７により改質部６の加熱を開始する起動運転を行い、ヒーター２０の出力に対応させた時間に、待ち時間を設定するように構成されている。【選択図】図１
2016145122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を含む原料を供給する原料供給部と、改質用水を供給する水供給部と、前記原料及び前記改質用水を用いて改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記原料または前記改質ガスを燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼器と、を備えた水素生成装置であって、
電力を用いて前記水素生成装置の一部である被加熱部を加熱するヒーターと、前記ヒーターに電力を供給する電源部と、前記電源部から前記ヒーターへの出力を制御する供給電力制御部と、を備え、
前記供給電力制御部は、起動時に前記電源部から前記ヒーターへ電力の供給を開始してから、予め設定された待ち時間経過後に、前記燃焼器により前記改質部の加熱を開始する起動運転を行い、前記ヒーターの出力に対応させた時間に、前記待ち時間を設定する、
水素生成装置。
【請求項２】
前記被加熱部は、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減部、前記原料中に含まれるイオウ化合物を除去する脱硫装置、及び、前記改質用水を加熱蒸発する蒸発部のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記電源部は、通常時に電力を供給する商用電源、及び、前記商用電源の停電時に電力を供給する電源装置であり、
前記電源部は、第１のヒーター出力、及び、第２のヒーター出力に電力を供給する電源装置であり、
前記供給電力制御部は、前記第１のヒーター出力に対応する第１の待ち時間と、前記第２のヒーター出力に対応する第２の待ち時間を設定する、請求項１又は、２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記電源部は、商用電源であり、前記商用電源が供給可能な電力を設定する電力設定部を備え、
前記供給電力制御部は、前記電力設定部からの入力に基づいて、前記ヒーターの出力を制御すると共に、前記ヒーターの出力に対応する、前記待ち時間を設定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記電力設定部は、前記水素生成装置が設置される設置地区を検知し、
前記供給電力制御部は、前記電力設定部により検知された設置地区に基づいて、前記ヒーターの出力を制御し、前記ヒーターの出力に対応する前記待ち時間を設定する、請求項４に記載の水素生成装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成されたガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた、燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素化合物から水素を生成する水素生成装置に係るものであり、より詳細には、水素生成装置の起動に供する電源の変化にも安定した起動を実現できる水素生成装置に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、燃料電池と、燃料電池に水素を含んだ燃料ガスを供給する水素生成装置と、燃料電池が発電した直流電力を交流電力へ変換するインバーター回路、およびそれらを制御する制御装置などによって構成されている。燃料電池には、種々の方式が用いられているが、低温で動作する固体高分子形燃料電池が一般的であり、近年では高温で動作する固体酸化物形燃料電池も普及し始めている。
【０００３】
また、水素生成装置に用いる水素生成部にも、部分酸化方式やオートサーマル方式など幾つかの方式があるが、原料となる炭化水素化合物と水蒸気を、改質触媒を充填してなる改質部を用いて高温で反応させる水蒸気改質方式が主流である。
【０００４】
水蒸気改質方式の場合、反応に必要な水蒸気は、改質用水として供給された後、蒸発部によって加熱蒸発されて、改質部に供給される。なお、原料としては、都市ガスや、ＬＰガス、灯油などが使用される。
【０００５】
改質部により生成された改質ガス中には、一酸化炭素を高濃度で含んでいる。固体酸化物形燃料電池の場合は、一酸化炭素に対して耐性があるため、改質ガスを、そのまま燃料ガスとして使用し得るが、固体高分子形燃料電池の場合は、一酸化炭素が有害物質となるため、一酸化炭素を除去しないと、燃料ガスとして使用できない。
【０００６】
そこで、固体高分子形燃料電池用の水素生成装置には、一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部を有している。この一酸化炭素除去部としては、変成触媒を用いて一酸化炭素を水蒸気と変成反応させて減少する変成部と、選択酸化触媒を用いて残留する少量の一酸化炭素を数ｐｐｍまで除去する選択酸化部とがある。
【０００７】
これらの反応には適温があり、変成部は２００℃から３００℃、選択酸化部は１００℃から２００℃程度の温度範囲に制御する必要がある。起動時においては、これらの適温に昇温するために、通常は電気ヒーターを用いて昇温する。
【０００８】
また、原料中には、原料由来のイオウ化合物や、付臭剤として添加されたイオウ化合物が含まれている。これらのイオウ化合物は、燃料電池や水素生成装置に用いられる電極材料や触媒を被毒劣化させるため、水素生成装置へ供給する前に脱硫除去しておく必要がある。
【０００９】
脱硫方式には、イオウ化合物を常温で吸着除去する吸着方式と、原料中に水素を添加し２００℃から３００℃でイオウ化合物を吸着除去しやすい硫化水素に変化させて吸着除去する水添脱硫方式とがある。
【００１０】
前者の吸着方式は、室温で機能するため構成が簡単であるが、イオウ化合物の吸着容量が少ない。逆に後者の水添脱硫方式は、起動時に２００℃から３００℃程度まで電気ヒーター等により昇温し、しかも運転中はその温度を維持する必要があるので、構成は複雑になるが、イオウ化合物の吸着容量が大きいという特徴がある。両者は必要に応じて使い分
けられている。
【００１１】
ところで、燃料電池に供給された燃料ガス中の水素は、全てが発電に使用されるのではなく、発電に使用されなかったものは、燃料電池からオフガスとして排出される。このオフガスは、バーナーを用いて燃焼し、上述の改質部と蒸発部を加熱する燃料として使用される。
【００１２】
従来、燃料電池発電装置の起動には商用電源が必要であり、災害時を含め、商用電源の停電時には燃料電池発電装置を起動することが出来なかった。しかし、近年、燃料電池発電装置を災害時の非常用電源として使用したいという要望が高まり、商用電源の停電時にも起動し、運転するための構成が提案されるようになった。
【００１３】
例えば、特許文献１で提案されたものは、商用電源と共に、停電時には別途用意する車載用バッテリーやポータブル発電機などの外部電源から、燃料電池発電装置の起動に必要な補機へ電力を供給して、燃料電池発電装置を起動、運転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１３−１１０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記従来技術では、停電時にバッテリーや発電機を用いて補機へ電力を供給するものであるが、これらの外部電源から供給される電圧を、燃料電池発電装置に使用される電圧に変換するための変換器が必要となっている。
【００１６】
具体的には、車載用などのバッテリーから電力を供給する際には、電圧を調節するためのＤＣ／ＤＣ変換器を、また、ポータブル発電機から電力を供給する際にはＡＣ／ＤＣ変換器を介して電力を供給する構成となっている。
【００１７】
そのため、外部電源に応じた、これらの変換器が必要になり、コストアップになってしまうという課題があった。当然、変換する電力が大きいほど、これらの変換器のコストは高くなってしまう。
【００１８】
一方、燃料電池発電装置の補機の中で起動時に大きな電力を必要とするものは、水素生成装置である。具体的に説明すると、前述の水素生成装置の一酸化炭素除去部や水添脱硫装置を加熱昇温する電気ヒーターであり、数百Ｗの電力を使用する。
【００１９】
その他の補機、例えば原料昇圧ポンプや改質用水供給ポンプ、電磁弁などの動作に必要な電力は、大きくても数Ｗから数十Ｗ程度であり、水素生成装置の起動に必要とするヒーター電力に比べると、わずかである。
【００２０】
すなわち、上記変換器のコストのうち、水素生成装置の起動用ヒーターに電力を供給するための変換器分のコストが大部分を占めている状況であり、この変換器分のコストを下げる必要があった。
【００２１】
そこで、本発明は、水素生成装置の起動用ヒーターに電力を供給するための変換器分のコストを低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記従来の課題を解決するため、本発明の水素生成装置は、電力を用いて前記水素生成装置の一部である被加熱部を加熱するヒーターと、前記ヒーターに電力を供給する電源部と、前記電源部から前記ヒーターへの出力を制御する供給電力制御部と、を備え、前記供給電力制御部が、起動時に前記電源部から前記ヒーターへ電力の供給を開始してから、予め設定された待ち時間経過後に、前記燃焼器により前記改質部の加熱を開始する起動運転を行い、前記ヒーターの出力に対応させた時間に、前記待ち時間を設定するように構成されている。
【００２３】
上記構成により、外部電源で起動する場合に供給される電圧が高い場合は、待ち時間を短く設定することにより、ヒーターによる昇温を早くして短時間で起動することができ、供給される電圧が低くヒーターの出力が小さくなってしまう場合は、待ち時間を長く設定することにより、ヒーターによる昇温時間を長くして被加熱部が昇温不足にならないようにして起動することができる。
【００２４】
したがって、停電時に燃料電池発電装置をバッテリーや発電機などの外部電源から供給される電力が通常の商用電源から供給される電力と異なる場合であっても、水素生成装置の起動に要するヒーター電力を、ＤＣ／ＤＣ変換器やＡＣ／ＤＣ変換器を介することなく供給し、水素生成装置を起動することができる。そのため、ヒーター電力のためのＤＣ／ＤＣ変換器やＡＣ／ＤＣ変換器を省略して、水素生成装置のコストを低減できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、外部電源から起動する際に必要となる電力変換器のコストを大きく低減することができる。特に、ヒーター電源には電力変換器が不要になるという大きな効果がある。
【００２６】
また、商用電源で起動する場合であってもヒーターに使用し得る電力に応じて起動時間を短くでき、あるいは昇温不足にならないように起動できるといった、繊細な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１の水素生成装置を用いた燃料電池発電装置の概略構成図
【図２】同実施の形態の水素生成装置の起動動作を示すフローチャート
【図３】同実施の形態の水素生成装置の商用電源による起動時の挙動の説明図
【図４】同実施の形態の水素生成装置の外部電源による起動時の挙動の説明図
【図５】本発明の実施の形態２の水素生成装置を用いた燃料電池発電装置の概略構成図
【図６】本発明の実施の形態３の水素生成装置を用いた燃料電池発電装置の概略構成図
【図７】本発明の実施の形態４の水素生成装置を用いた燃料電池発電装置の概略構成図
【図８】本発明の各実施の形態の水素生成装置の起動に使用できるヒーター電力と待ち時間の関係図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
第１の発明は、炭化水素を含む原料を供給する原料供給部と、改質用水を供給する水供給部と、前記原料及び前記改質用水を用いて改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、前記原料または前記改質ガスを燃焼させて前記改質部を加熱する燃焼器と、を備えた水素生成装置であって、電力を用いて前記水素生成装置の一部である被加熱部を加熱するヒーターと、前記ヒーターに電力を供給する電源部と、前記電源部から前記ヒー
ターへの出力を制御する供給電力制御部と、を備え、前記供給電力制御部は、起動時に前記電源部から前記ヒーターへ電力の供給を開始してから、予め設定された待ち時間経過後に、前記燃焼器により前記改質部の加熱を開始する起動運転を行い、前記ヒーターの出力に対応させた時間に、前記待ち時間を設定する、水素生成装置である。
【００２９】
上記構成により、ヒーターへの電力供給開始から燃焼器による改質部の加熱開始までの待ち時間を、ヒーターの出力に応じて調節することができる。その結果、電源部の供給電力に余裕があり、ヒーター出力を大きくできる場合は、待ち時間を短くして、短時間で水素生成装置を起動でき、逆に電源部の供給電力が小さい場合は、待ち時間を長くして、被加熱部が昇温不足にならないようにして水素生成装置を起動することができる。
【００３０】
したがって、停電時に燃料電池発電装置をバッテリーや発電機などの外部電源から供給される電力が通常の商用電源から供給される電力と異なる場合であっても、水素生成装置の起動に要するヒーター電力を、ＤＣ／ＤＣ変換器やＡＣ／ＤＣ変換器を介することなく供給し、水素生成装置を起動することができる。そのため、ヒーター電力のためのＤＣ／ＤＣ変換器やＡＣ／ＤＣ変換器を省略して、水素生成装置のコストを低減できる。
【００３１】
第２の発明は、特に、第１の発明における前記被加熱部を、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減部、前記原料中に含まれるイオウ化合物を除去する脱硫装置、及び、前記改質用水を加熱蒸発する蒸発部のうちの少なくとも１つとするものである。
【００３２】
これにより、電源部のヒーター出力が小さい場合にでも、改質用水による一酸化炭素低減部の触媒の濡れや、脱硫装置の昇温不足による改質触媒の被毒の防止、及び、水蒸気の供給不足を防止できるという効果がある。
【００３３】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記電源部が、通常時に電力を供給する商用電源、及び、前記商用電源の停電時に電力を供給する電源装置であり、前記電源部が、第１のヒーター出力、及び、第２のヒーター出力に電力を供給する電源装置であり、前記供給電力制御部が、前記第１のヒーター出力に対応する第１の待ち時間と、前記第２のヒーター出力に対応する第２の待ち時間を設定するものである。
【００３４】
これにより、商用電源で起動する場合には、通常の第１の待ち時間として短時間で起動する運転を行い、停電時には、停電時用の電源装置のヒ−ター出力に応じた第２の待ち時間として起動時間を遅らせて、改質用水による一酸化炭素低減部の触媒の濡れを防止して安全に起動することができる。あるいは脱硫装置の昇温不足による改質触媒の被毒の防止できる。
【００３５】
第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかの発明において、前記電源部が、商用電源であり、前記商用電源が供給可能な電力を設定する電力設定部を備え、前記供給電力制御部が、前記電力設定部からの入力に基づいて、前記ヒーターの出力を制御すると共に、前記ヒーターの出力に対応する、前記待ち時間を設定するものである。
【００３６】
商用電源であっても、電力会社との契約内容や電力会社によって使用できる電力量は異なる。更に、燃料電池発電装置（水素生成装置）の起動時に他の電気機器が使用している電力によっても燃料電池発電装置（水素生成装置）に供給しうる電力は異なる。
【００３７】
そこで、燃料電池発電装置（水素生成装置）へ供給可能な電力を設定する電力設定部を用いることにより、起動用ヒーターへ供給するヒーター出力を制御し、待ち時間を設定する。
【００３８】
これにより、燃料電池発電装置（水素生成装置）へ供給可能な電力が大きな場合には、待ち時間を短くして短時間で起動することができ、供給電力が小さい場合には、待ち時間を長くして、改質用水による一酸化炭素低減部や脱硫装置の昇温不足が生じないようにして起動することができる。
【００３９】
第５の発明は、特に、第４の発明において、前記電力設定部が、前記水素生成装置が設置される設置地区を検知し、前記供給電力制御部が、前記電力設定部により検知された設置地区に基づいて、前記ヒーターの出力を制御し、前記ヒーターの出力に対応する前記待ち時間を設定するものである。
【００４０】
これにより、電力設定部により検知された水素生成装置の設置地区に基づいて電力会社を特定できるので、商用電源を供給する電力会社や電力を設定する必要がなく、燃料電池発電装置の設置の際の手間を省くことができる。
【００４１】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成されたガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた、燃料電池発電装置である。
【００４２】
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が、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また同一構成については同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、固体高分子形燃料電池１１に水素を含んだ燃料ガスを供給する、本実施の形態の円筒形状の水素生成装置１を用いた燃料電池発電装置の概略構成を縦断面で図示したものである。先ず、図１に示す本実施の形態の水素生成装置１の発電状態における動作を説明し、その次に本実施の形態の水素生成装置１の起動について説明する。
【００４４】
原料となる都市ガスと改質用水は、それぞれ原料供給部２と水供給部３で流量調節されて原料供給配管４から水素生成装置１へ供給される。本実施の形態の場合、原料は都市ガスであり、上流側に設けられた脱硫装置（図示せず）により脱硫されて供給されている。改質用水と原料は、内部にらせん流路が構成された蒸発部５を流下する間に蒸発混合されて、ルテニウムを主体とする改質触媒を充填した改質部６へ供給される。
【００４５】
改質部６は、中心に位置するバーナー７により生成される燃焼ガス８によって、水素生成に十分な６５０℃程度にまで加熱される。燃焼ガス８は、改質部６を加熱するのみならず、その流路に接して配置されている蒸発部５を加熱し、改質用水を加熱蒸発した後、排気口９から排気される。なお、改質部６の温度は、改質部温度センサー１０によって測定される。
【００４６】
改質部６に供給された原料と水蒸気は、燃焼ガス８によって与えられる熱を吸熱し、高温に加熱され、改質反応を生じて水素と一酸化炭素と二酸化炭素を生成し、未反応の原料と水蒸気との混合ガスである改質ガスへと変化する。この改質ガス中には、固体高分子形燃料電池１１を被毒劣化させる一酸化炭素を１０％以上の高濃度で含んでいるため、一酸化炭素低減部により、これを取り除く。
【００４７】
本実施の形態における一酸化炭素低減部は、変成部１２と選択酸化部１３により構成されている。変成部１２では、銅と亜鉛を主体とする変成触媒を用い、２８０℃で一酸化炭素を水蒸気と反応させて低減する変成反応により、一酸化炭素濃度を０．５％程度まで低減する。
【００４８】
選択酸化部１３では、変成部１２から排出されるガスに選択酸化空気供給配管１４から空気を混合させ、ルテニウムを主体とする選択酸化触媒を充填した選択酸化部１３内で、一酸化炭素を選択的に燃焼させ、一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下まで低減した燃料ガスとする。
【００４９】
燃料ガスは、燃料ガス出口管１５、燃料電池側開閉弁１６を通って、固体高分子形燃料電池１１へ供給される。そして、固体高分子形燃料電池１１は、燃料ガスとして供給された水素と、別途供給される空気（図示せず）を用いて電力を発生する。
【００５０】
固体高分子形燃料電池１１は、供給された燃料ガスを全て使用することはできず、未使用の燃料ガスは、オフガスとして排出される。このオフガスは、燃焼空気供給部（図示せず）から供給される燃焼空気と共にバーナー７へ送られ、燃焼して高温の燃焼ガス８となって改質部６と蒸発部５を加熱する。
【００５１】
水素生成装置の制御装置１７は、発電状態では改質部温度センサー１０と変成部温度センサー１８が適温になるように原料供給部２と水供給部３を制御している。改質部６の温度を昇温するには、原料と改質用水の供給量を同時に増量する。これにより固体高分子形燃料電池１１から排出されるオフガスの量が増え、バーナー７での燃焼量が増加する。逆に、改質部６の温度を下げるには、原料と改質用水の供給量を同時に減量する。
【００５２】
変成部１２の温度制御について説明すると、変成部温度センサー１８が目標温度である２８０℃を超えた場合は、水供給部３を調節して改質用水の供給量を増やす。これにより蒸発部５の温度が低下し、それに接する変成部１２の温度も低下する。
【００５３】
逆に変成部温度センサー１８が目標温度である２８０℃より大きく低下した場合は、水供給部３を調節して改質用水の供給量を減らす。これにより蒸発部５の温度が上昇し、それに接する変成部１２の温度も上昇する。
【００５４】
このように、制御装置１７は、発電中の水素生成装置の各部温度が適温になるように制御している。なお、断熱材１９は水素生成装置全体を覆い放熱を抑えるために用い、ヒーター２０は起動時に変成部１２と選択酸化部１３を加熱昇温するために用いている。
【００５５】
次に、本実施の形態による水素生成装置１の起動を、図１から図４を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態の水素生成装置１の起動シーケンスを示したフローチャートである。
【００５６】
図３と図４は、それぞれ商用電源２１を用いた通常起動時と、停電時用のバッテリーからなる外部電源２２を用いた停電起動時の、変成温度、及び改質温度の昇温状況と、改質用水の供給タイミングを図示したものである。
【００５７】
図１において、切り替えスイッチ２３は、ヒーター２０への電力供給源を商用電源２１と外部電源２２に切替えて供給電力制御部２４へ供給するものである。商用電源２１の供給電力は、電力会社ごとの電気料金メニューや利用者との契約内容によって異なるが、例えば、関東地区では、従量電灯Ｂの契約アンペア１０Ａから４０Ａ程度の契約が用いられ、関西地区では、従量電灯Ａの最大需要量６ｋＶＡ（６０Ａ）の契約が用いられる。
【００５８】
これらの商用電源２１を使用する場合は、水素生成装置１のヒーター２０へ定格通りの５００Ｗ程度の電力を供給することができる。一方、停電時用のバッテリーはコストや大きさの点から大容量のものは使用できず、商用電源の場合の半分程度、すなわち２５０Ｗ
程度の電力しか供給することができない。
【００５９】
供給電力制御部２４は、停電かどうかを判断して、切り替えスイッチ２３を切替えると共に、後述の待ち時間を、商用電源２１と外部電源２２とによって切替える。
【００６０】
次に、水素生成装置の起動シーケンスを、図２を用いて説明する。
【００６１】
本実施の形態では、起動開始（ＳＴＥＰ１）後に、先ず商用電源２１を使って通常起動が可能かどうかを判断する（ＳＴＥＰ２）。商用電源２１を使うことができれば、切り替えスイッチ２３を商用電源２１に接続し、後のステップで使用する待ち時間Ｔを予め決められた時間Ｔ１（ＳＴＥＰ３）に設定する。
【００６２】
もし停電状態にある場合は、切り替えスイッチ２３を外部電源２２に接続し、待ち時間Ｔを予め決められた時間Ｔ２（ＳＴＥＰ４）に設定する。
【００６３】
次にヒーター２０へ通電を開始し（ＳＴＥＰ５）変成部１２と選択酸化部１３を昇温し始める。同時に、通電開始からの時間をカウントする（ＳＴＥＰ６）。このカウント時間が先の待ち時間Ｔに達したかどうかを判断し（ＳＴＥＰ７）、待ち時間Ｔに達した時点で原料供給部２を制御して原料を供給し、同時にバーナーに燃焼用空気を供給してバーナー７に着火する（ＳＴＥＰ８）。起動中は、開閉弁２５は開、開閉弁１６は閉状態である。
【００６４】
燃焼ガス８により改質部６の昇温が始まると、制御装置１７は、改質部温度センサー１０、および変成部温度センサー１８の指示温度を確認し、所定の温度条件を満足するまで待機する（ＳＴＥＰ９）。
【００６５】
ここで、この改質部６と変成部１２の温度条件について説明しておく。次のステップで改質用水を供給するのであるが、その際に改質部６と変成部１２は次の温度条件を満足している必要がある。
【００６６】
先ず、改質部６は、改質用水を供給せずに高温状態に加熱されると、原料の炭化水素が熱分解して改質触媒の表面に炭素が析出し、触媒活性が大きく低下してしまう。炭素の析出温度は、原料や改質触媒の種類によって異なるが、例えば、都市ガスを原料とし、改質触媒にルテニウムを用いた場合、約４００℃が炭素析出の上限である。すなわち、改質部６が４００℃に達する前に改質用水を供給する必要がある。
【００６７】
一方、変成触媒や改質触媒は水に濡れると、やはり触媒活性が低下してしまう。特に変成触媒には、一般的に銅と亜鉛を主体とする触媒を用いられるが、この触媒は、水に濡れると強度が大幅に低下し粉化してしまう。
【００６８】
そこで、改質用水を供給する際には、変成部１２の温度が水濡れしない温度、すなわち露点以上に昇温しておくことが肝心である。この露点は、ほぼ８０℃から９０℃程度であるが、安全のために改質用水の供給は、変成部１２の温度が１００℃以上に加熱されてからが望ましい。
【００６９】
このように、改質用水の供給を開始する温度条件は、改質部６が４００℃以下、変成部１２が１００℃以上という、相反する両方の条件を満足する必要がある。
【００７０】
この条件を満足する起動方法を、図３を用いて説明する。図３には、ヒーター２０のＯＮ／ＯＦＦの制御と、ヒーター２０による変成温度の昇温特性を図示した（Ａ）と、原料供給後、すなわちバーナー７の着火時点からの改質温度の昇温特性を図示した（Ｂ）と、
改質用水の供給開示のタイミングを図示した（Ｃ）を、並べて示している。
【００７１】
（Ａ）から（Ｃ）のいずれの図も、横軸は起動開始時点を０とした経過時間を表している。また、（Ａ）には前述の改質用水供給時の変成下限温度を、（Ｂ）には同じく前述の改質用水供給時の改質上限温度を記入している。
【００７２】
図２のシーケンスで示したように、起動開始（ＳＴＥＰ１）と同時に通常起動か停電時起動かを判断（ＳＴＥＰ２）した後、待ち時間を設定（ＳＴＥＰ３）し、ヒーター２０をＯＮして（ＳＴＥＰ５）、経過時間をカウントし始める（ＳＴＥＰ６）。
【００７３】
図２の場合、商用電源２１を用いて起動するので、ヒーター２０には５００Ｗの電力が供給され、ヒーター２０により変成温度は（Ａ）の実線で示したように上昇する。経過時間が待ち時間Ｔ１に達した時点（ＳＴＥＰ７）で、原料を供給してバーナー７を着火する（ＳＴＥＰ８）。バーナー７の燃焼により改質部６が（Ｂ）の実線で示したように昇温する。
【００７４】
起動からの経過時間が横軸のＵ以上Ｖ以下のＸの時点で、改質用水を供給する変成下限温度と改質上限温度の両方を同時に満足することができる。待ち時間Ｔ１は、ヒーター２０による変成温度の昇温特性、およびバーナー７による改質温度の昇温特性から予め決めておく。
【００７５】
その後、ヒーター２０をＯＦＦし（ＳＴＥＰ１１）、改質温度が４００℃を超えた時点（ＳＴＥＰ１２）で、選択酸化空気を供給する（ＳＴＥＰ１３）。この選択酸化空気を供給する温度は、選択酸化触媒の特性によって決められる。
【００７６】
本実施の形態で用いているルテニウム触媒は、高温状態で、しかも水素が存在しない状態で空気に触れると、酸化劣化してしまう。そこで、最低限以上の水素が生成される条件として、本実施の形態では、改質温度が４００℃を超えることとしている。
【００７７】
さらに固体高分子形燃料電池１１の発電に必要な充分な水素量が生成される条件である改質部６の温度が６５０℃を超え、変成部１２が一酸化炭素を低減するに必要な最低限の温度２７０℃を超えたＹの時点（ＳＴＥＰ１４）で、電磁弁１６を開、電磁弁２５を閉として（ＳＴＥＰ１５）、固体高分子形燃料電池１１へ燃料ガスを供給し、起動運転を終了して発電状態に移行する（ＳＴＥＰ１６）。
【００７８】
図３は、商用電源２１を用いてヒーター２０に電力を供給した場合であるが、停電時にバッテリーからなる外部電源２２を用いてヒーター２０に電力を供給した場合を、図４に示す。
【００７９】
外部電源２２の出力電圧は商用電源２１の半分程度しかなく、ヒーター２０の抵抗値は同じなので、ヒーター２０は、商用電源２１の場合の半分の２５０Ｗ程度しか出力できない。
【００８０】
そのため、変成温度の昇温速度は図４の（Ａ）の実線で示したように遅い。しかし、バーナー７による改質温度の昇温速度は（Ｂ）と同じである。そのため、（Ｂ）と同じ待ち時間Ｔ１で原料を供給してバーナー７を着火すると、変成部１２が改質用水供給時の下限温度に達する前に、改質部６が改質上限温度を超えてしまう。
【００８１】
そこで、外部電源２２で起動する場合には、待ち時間を長く調整している。図４では、待ち時間をＴ２に調整することにより、起動からの経過時間が、Ｕ以上Ｖ以下のＸの時点
で、改質用水を供給する変成下限温度と改質上限温度の両方を、同時に満足することが可能となっている。
【００８２】
このように、本実施の形態では、商用電源２１で起動する場合と、停電時に用いる外部電源２２で起動する場合とで、ヒーター２０のＯＮからバーナー７の着火までの待ち時間を、それぞれ設定するものである。
【００８３】
これにより、商用電源２１も外部電源２２も、直接にヒーター２０へ接続して起動できる。そのため、従来技術で必要であった、電圧を商用電源２１の電圧まで昇圧するためのＤＣ／ＤＣ変換器が不要になり、燃料電池発電装置のコストを抑えることができる。
【００８４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を、図５を用いて説明する。図５において、前述の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。なお、実施の形態の水素生成装置１と、実施の形態１の水素生成装置１との違いは、改質部６の周囲に水添脱硫装置２８を配置している点にある。
【００８５】
原料となる都市ガスは、原料供給部２から水添脱硫装置２８に供給されて水添脱硫装置２８で脱硫された後、配管２６を通って原料供給配管４へ供給される。水添脱硫装置２８が動作するには２５０℃から３００℃に加熱する必要があるので、その周囲には水添脱硫ヒーター２７を設け、起動時に昇温するようになっている。
【００８６】
なお、水添脱硫装置２８が機能するには、原料に水素ガスを添加する必要があるので、本実施の形態では、配管２９を通して燃料ガスの一部を、水添脱硫装置２８に流入する原料に添加している。
【００８７】
商用電源２１を使って起動する場合、水添脱硫ヒーター２７は、ヒーター２０と同様に５００Ｗの出力で水添脱硫装置２８を昇温している。しかし、停電時には、外部電源２２の電圧が商用電源２１の約半分と小さいため、水添脱硫ヒーター２７は半分の２５０Ｗ程度しか出力できない。
【００８８】
そのために停電時に商用電源２１を使う場合と同じシーケンスで起動すると、水添脱硫装置２８が昇温不足となり、原料中のイオウ化合物を充分に除去できず、改質触媒がイオウ被毒してしまう。
【００８９】
そこで、本実施の形態でも、商用電源２１で起動する場合と、外部電源２２で起動する場合とで、実施の形態１と同様に、ヒーター２０、および水添脱硫ヒーター２７へ通電してからバーナー７を着火するまでの待ち時間を、それぞれ設定している。これにより、従来技術で必要であった電圧を商用電源２１の電圧まで昇圧するためのＤＣ／ＤＣ変換器が不要になり、燃料電池発電装置のコストを抑えることができる。
【００９０】
また、本実施の形態では、改質用水の蒸発の熱源に、燃焼ガス８を用いていた。水素生成装置によっては、起動時の改質用水の蒸発に、電気ヒーターを使用することもある。その場合、外部電源２２の電力で蒸発させようとしても、電力の出力不足のため、商用電源２１を使用する場合に比べて、水蒸気の発生が遅れてしまう。この場合でも、上述と同様に待ち時間を調整して起動することにより、水蒸気不足となることを防止できる。
【００９１】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を、図６を用いて説明する。図６において、前述の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００９２】
本実施の形態の水素生成装置１と、実施の形態１の水素生成装置１との違いは、電源部は商用電源２１のみであり、本実施の形態の供給電力制御部２４内にトライアック３０を内蔵して、商用電源２１から供給される電圧を調節する機能を有している点にある。そのために、本実施の形態の水素生成装置１は、同一の装置で、商用電源２１の供給電力が、電力会社や、あるいは電力会社との電力契約によって異なる場合にも対応できる。
【００９３】
同一の水素生成装置１であれば、ヒーター２０は同じものを使用するので、その抵抗値は同じである。また、例えば、水素生成装置１の起動電力を家庭用のコンセントから取り出す場合、その電圧は電力会社や契約内容によらず１００Ｖ同一である。そのため、ヒーター２０の出力は同じとなるが、本実施の形態では、トライアック３０により商用電源２１から供給される電圧を変化させ、ヒーター２０の出力を調節するのである。
【００９４】
前述したように、商用電源２１の供給電力は、例えば、関東地区では、従量電灯Ｂの契約アンペア１０Ａから４０Ａ程度が用いられ、関西地区では、従量電灯Ａの最大需要量６ｋＶＡ（６０Ａ）が一般的に用いられる。
【００９５】
そこで、関西地区では、トライアック３０によりヒーター２０に供給する電圧を高くして、ヒーター２０の出力する電力を上げて運転する。これにより変成部１２と選択酸化部１３の昇温速度を上げ、待ち時間を短く設定して早く起動することができる。
【００９６】
一方、関東地区では、関西地区に比べてヒーター２０に供給できる電力が少ないので、トライアック３０によりヒーター２０に供給する電圧を低くし、ヒーター２０の出力する電力を下げて運転する。これにより、変成部１２と選択酸化部１３の昇温速度が低下するが、待ち時間を長く設定して、変成触媒が水濡れしない最短の時間で起動することができる。
【００９７】
このように本実施の形態では、どれだけの電力を使用できるかを供給電力制御部２４に設定しておき、トライアック３０により、ヒーター２０へ供給する電圧を調整することによってヒーターの出力を調整するものである。
【００９８】
使用できる電力は、例えば、ＧＰＳ（図示せず）による位置情報や、電話番号や郵便番号による地域情報、あるいはテレビチャンネルや電源電圧の周波数によって求められた地域情報から、その地域に電力を供給する電力会社を特定して設定する。
【００９９】
これにより、同一の燃料電池発電装置を、どの地域に設置しても、電源部の供給電力に応じて、水素生成装置１を供給電力に応じて変成触媒が水濡れしない最短の時間で水素生成装置１を起動することができる。
【０１００】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４を、図７を用いて説明する。図７においても、前述の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。
【０１０１】
本実施の形態の水素生成装置１と、前述の実施の形態３の水素生成装置１との違いは、商用電源２１である電源部と供給電力制御部２４との間に家庭内エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）３１を介している点にある。
【０１０２】
たとえ、電源部が同じであっても、本実施の形態では、燃料電池発電装置が起動する時点で、他の機器に使用されている電力が少なければ、燃料電池発電装置に多くの電力を供給して、水素生成装置１をより短時間で起動する。逆に、他の機器に使用されている電力
が多ければ、燃料電池発電装置は少ない電力で、しかも、変成触媒が水濡れしない最短の時間で水素生成装置１を起動するものである。
【０１０３】
商用電源２１の容量は、契約により定められており、ヒーター２０以外にも、家庭で使用する様々な電気機器３２が接続されている。家庭内エネルギー管理システム３１は、商用電源２１に接続された各電気機器が使用している電力を把握し、各電気機器に使用し得る電力を適切に制御する機能を有している。
【０１０４】
本実施の形態では、燃料電池発電装置の起動時に使用できる電力を、家庭内エネルギー管理システム３１から情報として受け取り、その電力で水素生成装置１を最短で起動するものである。
【０１０５】
そのために、本実施の形態では、図８に示した、予めヒーター電力と待ち時間との関係を測定し、供給電力制御部２４へ記憶させている。起動時に家庭内エネルギー管理システム３１から燃料電池発電装置の起動に使用できる電力を情報として受け取って、供給電力制御部２４が、その中からヒーター２０に供給できる電力を決定し、図８の関係から待ち時間を設定して起動を始める。
【０１０６】
これにより、商用電源２１は同一であっても、燃料電池発電装置が起動する際に使用できる電力に応じて、触媒を水濡れさせることなく、最短の時間で水素生成装置１を起動することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上のように、本発明にかかる水素生成装置は、商用電源の停電時、および商用電源の供給できる電力に応じて、水素生成装置を速く、あるいは触媒の水濡れを抑制して起動することができ、燃料電池発電装置の利便性と信頼性をより一層向上する技術である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  水素生成装置
２  原料供給部
３  水供給部
５  蒸発部
６  改質部
７  バーナー
８  燃焼ガス
１０  改質部温度センサー
１１  固体高分子形燃料電池
１２  変成部
１３  選択酸化部
１７  制御装置
１８  変成部温度センサー
２０  ヒーター
２１  商用電源
２２  外部電源
２３  切り替えスイッチ
２４  供給電力制御部
２７  水添脱硫ヒーター
２８  水添脱硫装置
３０  トライアック
３１  家庭内エネルギー管理システム
【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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【図７】
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【図８】
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