(57)【要約】【課題】水素生成装置の停止処理を開始してからパージ完了までの時間を短縮する。【解決手段】水素生成装置１００は、炭化水素を含む原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器１と、改質器１に原料を供給する原料ガス供給器２と、通常停止処理、又は、通常停止処理とは異なる特殊停止処理を行い、改質器１に原料をパージガスとして供給して水素生成装置１００を停止するよう制御する制御器３と、特殊停止処理を行うよう外部から入力される入力部４とを備え、制御器３は、通常停止処理を行う場合の停止処理開始から改質器１のパージ完了までの停止時間よりも、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器へ原料を供給する原料ガス供給器と、
を備えた水素生成装置であって、
通常停止処理、又は前記通常停止処理とは異なる特殊停止処理を行い、前記改質器に前記原料をパージガスとして供給して前記水素生成装置を停止するよう制御する制御器と、
前記特殊停止処理を行うよう外部から入力される入力部と、
を備え、
前記制御器は、前記通常停止処理を行う場合の停止処理開始から前記改質器のパージ完了までの停止時間よりも、前記特殊停止処理を行う場合の前記停止時間が短くなるよう制御する、
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温度検知器を備え、
前記制御器は、前記通常停止処理を行う場合に前記改質器の温度が第１温度以下になると前記改質器に前記原料をパージガスとして供給開始し、前記特殊停止処理を行う場合に前記改質器の温度が第１温度より高い第２温度以下になると前記改質器に前記原料をパージガスとして供給開始するよう制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記通常停止処理を行う場合に前記改質器へパージガスを供給するパージ時間よりも、前記特殊停止処理を行う場合の前記パージ時間が短くなるよう制御する、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、前記通常停止処理を行う場合の前記改質器のパージガス供給量よりも、前記特殊停止処理を行う場合の前記パージガス供給量が多くなるよう制御する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記特殊停止処理の回数を記憶する記憶部を備え、
前記制御器は、前記特殊停止処理の回数が所定回数を超えると前記特殊停止処理を行わない、請求項１〜４のいずれか１つ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つに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される燃料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７】
原料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器を備えた水素生成装置の運転方法であって、
前記改質器に原料をパージガスとして供給して前記水素生成装置を停止する通常停止工程と、
前記通常停止工程を行う場合の停止処理開始から前記改質器のパージ完了までの停止時間よりも、外部からの入力に基づき、前記特殊停止処理を行う場合の前記停止時間が短くなるように、前記改質器にパージガスを供給して前記水素生成装置を停止する特殊停止工程と、
を備える、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、炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を生成する水素生成装置と、この水素生成装置で得られた水素含有ガスを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システム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である。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ため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炭化水素を含む原料ガスを改質反応させ、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。
【０００３】
例えば水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成させる水素生成装置の場合は、改質器を約６００℃程度の高温に保ち運転することで効率的に水素を生成する。
【０００４】
また水素生成装置は、その停止時に、水素生成装置内、とりわけ改質器を原料ガスを用いてパージすることで、系内の水蒸気を排出し、凝縮水による触媒等の劣化を防止する策がとられることが多い。その後、パージを完了することで電源や原料ガスのユーティリティを遮断しても触媒などを劣化させることなく、装置を安全に停止することができる。
【０００５】
ところで、水素生成装置あるいは燃料電池システムは、定期的なメンテナンスや、異常時にメンテナンスを実施することがある。水素生成装置は運転中は高温に保たれるが、メンテナンス時には作業ができるよう冷却する必要がある。またメンテナンス時には電源やガスなどのユーティリティを遮断する必要があり、速やかに電源が遮断できる状態に移行することが望まれる。
【０００６】
このようなメンテナンス作業が必要な場合の停止処理において、操作者が停止操作器に入力操作して水素生成装置の運転を停止させることで、より速やかに水素生成装置のメンテナンス作業に着手することが可能になる水素生成装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−４３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば特許文献１のように、冷却流体流路に冷却流体を流して強制冷却をするのみでは、改質器のパージが完了し待機状態になるまでの時間が依然長く、メンテナンス性の向上に未だ改善の余地があった。
【０００９】
また改質器にパージガスの供給を開始し早く待機状態に移行しようとしても、改質器が高温の状態で炭化水素などのパージガスを供給すると炭素が析出するため、耐久性を考慮して十分に冷却してからパージを開始する必要があり時間を要していた。
【００１０】
一方、作業が必要なメンテナンスは水素生成装置のライフタイムの中で有限の回数が想定され、その有限の回数の範囲内におけるメンテナンス作業では、より短時間で作業に移
行できることが望まれ、その停止特性に改善の余地があった。
【００１１】
そこで、本発明は、水素生成装置において、停止処理を開始してからパージ完了までの時間を短縮することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器へ原料を供給する原料ガス供給器と、通常停止処理、又は通常停止処理とは異なる特殊停止処理を行い、改質器に原料をパージガスとして供給して水素生成装置を停止するよう制御する制御器と、特殊停止処理を行うよう外部から入力される入力部と、を備え、制御器は、通常停止処理を行う場合の停止処理開始から改質器のパージ完了までの停止時間よりも、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御する。
【００１３】
かかる構成により、外部からの入力により特殊停止処理を行うことにより、停止時間、すなわち停止処理の開始からパージ完了の待機状態（起動準備完了状態）までの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上、すなわち早く装置を停止してメンテナンス作業に速やかに移行することができる。
【００１４】
また、本発明の水素生成装置の運転方法は、原料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器を備え、改質器に原料をパージガスとして供給して水素生成装置を停止する通常停止工程と、通常停止工程を行う場合の停止処理開始から改質器のパージ完了までの停止時間よりも、外部からの入力に基づき、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるように、改質器にパージガスを供給して水素生成装置を停止する特殊停止工程と、を備える運転方法である。
【００１５】
かかる構成により、外部からの入力に基づき特殊停止工程を行うことで、停止処理の開始からパージ完了の待機状態（起動準備完了状態）までの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上、すなわち早く装置を停止してメンテナンス作業に速やかに移行することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水素生成装置は、外部からの特殊操作により、停止処理の開始からパージ完了するまで、すなわち停止処理からユーティリティを遮断しメンテナンス作業が開始できるまでの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上させることができる。
【００１７】
また、ライフタイムでの実施回数を有限にすることで、耐久性を維持しつつ、時間短縮が必要なときには短縮をすることができるメンテナンス性に優れた水素生成装置ならびに燃料電池システムとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】本実施の形態における高温での原料パージの運転例を示す説明図
【図３】本実施の形態における短縮時間での原料パージ運転例を示す説明図
【図４】本実施の形態におけるパージガス供給量増量の運転例を示す説明図
【図５】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、原料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器へ原料を供給する原料ガス供給器と、を備えた水素生成装置であって、通常停止処理、又は通常
停止処理とは異なる特殊停止処理を行い、改質器に原料をパージガスとして供給して水素生成装置を停止するよう制御する制御器と、特殊停止処理を行うよう外部から入力される入力部と、を備え、制御器は、通常停止処理を行う場合の停止処理開始から改質器のパージ完了までの停止時間よりも、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御する、水素生成装置である。
【００２０】
かかる構成により、外部からの特殊操作により、停止処理の開始からパージ完了するまで、すなわち停止処理からユーティリティを遮断しメンテナンス作業が開始できるまでの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上させた水素生成装置とすることができる。
【００２１】
第２の発明は、特に第１の発明において、改質器の温度を検知する改質温度検知器を備え、制御器は、通常停止処理を行う場合に改質器の温度が第１温度以下になると改質器に原料をパージガスとして供給開始し、特殊停止処理を行う場合に改質器の温度が第１温度より高い第２温度以下になると改質器に原料をパージガスとして供給開始するよう制御する水素生成装置である。
【００２２】
かかる構成により、特殊停止処理を行う場合、所定の温度（第１温度）に低下するのを待たずに、より高温状態（第２温度）からパージを開始することで、より早くパージを完了し停止時間を短くすることができ、メンテナンス性に優れた水素生成装置とすることができる。
【００２３】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、制御器は、通常停止処理を行う場合に改質器へパージガスを供給するパージ時間よりも、特殊停止処理を行う場合のパージ時間が短くなるよう制御する、水素生成装置である。
【００２４】
かかる構成により、特殊停止処理を行う場合、パージ時間を短縮することで、より早くパージを完了し停止時間を短くすることができ、メンテナンス性に優れた水素生成装置とすることができる。
【００２５】
第４の発明は、特に第１〜第３の発明において、制御器は、通常停止処理を行う場合の改質器のパージガス供給量よりも、特殊停止処理を行う場合のパージガス供給量が多くなるよう制御する、水素生成装置である。
【００２６】
かかる構成により、特殊停止処理を行う場合、パージガス供給量を多くすることで、より早く冷却できるとともに、短時間でも所定量の総パージガス量とすることができ、パージ性能を保ったまま、メンテナンス性を向上させることができる。
【００２７】
第５の発明は、特に第１〜第４の発明において、特殊停止処理の回数を記憶する記憶部を備え、制御器は、特殊停止処理の回数が所定回数を超えると特殊停止処理を行わない、水素生成装置である。
【００２８】
かかる構成により、ライフタイムにおいて全ての停止工程を特殊停止処理した場合は、耐久的に課題があるような場合でも、特殊停止処理の回数を有限に保つことで、耐久性を維持しつつ、メンテナンス性を向上させた水素生成装置とすることができる。
【００２９】
第６の発明は、特に第１〜第５の発明のいずれかの水素生成装置と、水素生成装置から供給される燃料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である。
【００３０】
かかる構成により、外部からの特殊操作により、停止処理の開始からパージ完了するま
で、すなわち停止処理からユーティリティを遮断しメンテナンス作業が開始できるまでの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上させた燃料電池システムとすることができる。
【００３１】
第７の発明は、原料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器を備えた水素生成装置の運転方法であって、改質器に原料をパージガスとして供給して水素生成装置を停止する通常停止工程と、通常停止工程を行う場合の停止処理開始から改質器のパージ完了までの停止時間よりも、外部からの入力に基づき、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるように、改質器にパージガスを供給して前記水素生成装置を停止する特殊停止工程と、を備える、水素生成装置の運転方法である。
【００３２】
かかる構成により、外部からの入力に基づき特殊停止工程を行うことで、停止処理の開始からパージ完了するまで、すなわち停止処理からユーティリティを遮断しメンテナンス作業が開始できるまでの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上させた水素生成装置の運転方法とすることができる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３４】
（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概略図を示すものである。
【００３５】
本実施の形態１における水素生成装置は、炭化水素を含む原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器１と、改質器１に原料を供給する原料ガス供給器２と、通常停止処理、又は、通常停止処理とは異なる特殊停止処理を行い、改質器１に原料をパージガスとして供給して水素生成装置１００を停止するよう制御する制御器３と、特殊停止処理を行うよう外部から入力される入力部４と、を備える構成とした。
【００３６】
入力部４としてここではリモコンを用い入力する構成とした。なお、例えばインターネット回線を通じて遠隔から入力するよう構成してもよく、外部からの入力手段はこれに限定されるものではない。
【００３７】
水素を生成する方法として、ここでは炭化水素と水蒸気を改質させる水蒸気改質反応を用い、改質器１に充填する改質触媒としてＲｕ系の触媒を用いた。水蒸気改質反応を用いる場合、水供給器５によって改質器１に水を供給しても良い。また、改質反応としてここでは水蒸気改質反応を挙げたが、例えばオートサーマル反応や部分酸化改質でも同様の効果が得られる。
【００３８】
この改質器１は燃焼器６からの伝熱により加熱される構造としてもよく、改質器１の外側は図示しない断熱材によって覆われていてもよい。燃焼器６では原料ガスまたは水素含有ガスを燃焼しても良い。また燃焼用の空気は燃焼用空気供給器７によって燃焼器６に供給されるよう構成してもよい。
【００３９】
また改質器１の温度を測定する改質温度検知器１０を備える構成とし、ここでは熱電対を改質器１の流路出口側に備えた。
【００４０】
また、特殊停止処理の回数を記憶する記憶部１１を備える構成としてもよく、入力部４により外部から特殊停止処理を行うよう入力された場合、メモリにその回数を記憶しておくよう構成した。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態１における水素生成装置の動作を説明する。なお、以下の諸
動作は、制御器３が水素生成装置１００の各機器を制御することにより行われる。
【００４２】
制御器３は、原料ガス供給器２を制御し、改質器１に原料ガスを供給する。ここで原料ガス供給器２として原料ガスを昇圧するブースターポンプを用い、原料ガスを供給した。なお原料ガスは図示しない脱硫器を通して原料ガス中の硫黄成分を脱硫して供給しても良い。
【００４３】
なお、原料ガスの流量として、生成すべき水素含有ガスあるいは水素ガスの流量をもとに、原料ガスの組成を考慮して設定するのがよく、ここでは３．０ＮＬ／ｍｉｎとした。
【００４４】
また制御器３は、水供給器５を制御し、改質器１に水蒸気改質反応に必要な水蒸気（以下、改質水とする）を供給する。本実施の形態では、改質水の流量は、改質器１に供給する原料ガス中の炭素数に対する水の比率を示すＳ／Ｃが２．９となるように供給した。
【００４５】
改質器１に供給された原料ガスと改質水は、改質器１内部の改質触媒存在下で約６００℃に保ち水蒸気改質反応によって水素含有ガスに改質される。
【００４６】
また制御器３は、燃焼用空気供給器７を制御し、燃焼器６に供給された原料ガスまたは水素含有ガスを燃焼させるのに必要な燃焼空気を供給する。ここで燃焼空気の流量は、理論燃焼空気流量に対する供給空気流量を表す空気比で１．７となるよう制御した。
【００４７】
［通常停止処理方法］
次に、本発明の実施の形態１における水素生成装置の通常の停止処理方法について説明する。
【００４８】
ここで、通常の停止処理とは、例えば水素生成装置１００にて生成される水素が水素利用機器１１０において、水素を利用する必要がなくなった場合に実行される停止処理である。具体的には、例えば水素利用機器が燃料電池である場合、電力負荷の電力需要や熱負荷の熱需要が所定の値以下となり実行される停止処理や、予め設定された計画停止時刻になり、実行される停止処理等が挙げられる。
【００４９】
本発明においては、停止処理（停止動作）を、制御器３が停止信号を出力してから、水素生成装置１００がその停止処理を完了するまでの動作として定義する。なお、水素生成装置１００の通常の停止処理の完了後は、起動待機状態となる。
【００５０】
水素生成装置１００の通常停止処理時には、まず、制御器３より停止指令が出力されると、原料ガス供給器２と水供給器５の動作を停止すると共に、水素生成装置経路内の出入り口に設けられた図示しない弁を閉止することにより、水素生成装置１００を封止する。可燃性ガスの燃焼器６への供給が停止すると、燃焼器６での燃焼が停止する。
【００５１】
なお、燃焼用空気供給器７は、燃焼器６での燃焼が停止した後も、燃焼空気の供給を継続するよう制御した。これにより、水素生成装置とりわけ改質器１や燃焼器６を所定温度まで冷却される。
【００５２】
そして、上記冷却動作中において、水素生成装置１００の改質器１に設けられた改質温度検知器１０で検知される改質器１の温度Ｔが、待機可能温度（例えば５００℃）以下である場合、燃焼用空気供給器７は、燃焼器６への燃焼空気の供給を停止し、水素生成装置１００の冷却動作を完了する。
【００５３】
なお、上記所定温度は、水素生成装置１００が待機状態に移行可能な温度であり、例え
ば、水素生成装置１００に原料ガスのみを供給しても炭素析出することのない上限温度として定義されるとよい。
【００５４】
そして、水素生成装置１００の冷却動作が完了すると、水素生成装置１００は、待機状態に移行する。なお、この待機状態とは、次の水素生成装置１００の運転開始を待機している状態のことであり、制御器３より起動指令が出力され、次の起動処理の実行に移行されるような状態として定義される。
【００５５】
なお、上記起動要求の例としては、例えば、使用者がリモコンを操作して運転開始要求を行うことや、水素利用機器１１０において水素利用が必要になること等が挙げられる。このため、水素生成装置１００が待機状態にある場合に、制御器３から起動処理が出力されると、上記水素生成装置１００の起動処理が行われる。
【００５６】
上記待機状態において、水素生成装置１００は自然放冷されるが、その際に、改質温度検知器１０で検知される改質器１の温度Ｔが上記待機可能温度よりも低い第１温度（ここでは３００℃）以下になった場合、閉止していた弁を開放し、原料ガス供給器２から水素生成装置１００に原料ガス（パージガス）が供給される。
【００５７】
水素生成装置１００内に設けられた反応器（例えば改質器１）に存在する水蒸気等のガスは、原料ガスによりパージされて、水素生成装置１００内より掃気され（以下、パージ処理）、燃焼器６で燃焼される。
【００５８】
ここでは原料ガスのパージ流量として１．０ＮＬＭとした。このパージ処理により、水素生成装置１００内で、水蒸気の結露による改質触媒等の触媒が劣化するのを抑制することができる。
【００５９】
なお、上記パージ温度は、改質温度検知器１０で検知される温度と、実際の触媒温度との相関を勘案し、水素生成装置１００に対する上記パージ処理時の燃焼器６での燃焼動作による改質器１の温度上昇分を加算しても、改質器１内の触媒上で原料ガスが炭素析出しない十分低い温度として定義されるのがよい。
【００６０】
そして、制御器３は、上記パージ処理を開始してからの経過時間ｔを計測し、パージ時間ｔ０（ここでは１０分）以上になると、原料ガス供給器２を停止し、弁を閉止して、通常の停止処理を終了する。なお、上記パージ時間ｔ０は、上記パージ流量（ここでは１．０ＮＬＭ）で、少なくとも水素生成装置１００内の水蒸気が十分掃気されるのに必要な時間として定義されるのがよい。
【００６１】
このように、本実施の形態１に係る水素生成装置１００では、正常な状態で運転停止に移行する場合においては、少なくとも水素生成装置１００の機能を保護する程度の停止処理を実行し、速やかに待機状態に移行するように構成されている。
【００６２】
また、冷却動作を実行するにしても、水素生成装置１００が再起動可能な温度状態になるまでの間だけ、排熱回収動作をする等の必要最低限の冷却動作を実行するように構成されている。
【００６３】
従って、速やかに待機状態に移行できるとともに次回の起動処理は、待機状態に移行してからの経過時間によっては、水素生成装置１００を構成する機器温度（例えば、改質器１）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１００を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、水素生成装置１００の起動性が向上する。
【００６４】
［特殊停止処理方法］
次に、本発明の実施の形態１における水素生成装置の特殊停止処理方法について説明する。
【００６５】
制御器３は、入力部４により特殊停止処理を行うよう外部から入力された場合、通常停止処理を行う場合の停止処理開始から改質器１のパージ完了までの停止時間よりも、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御する。入力部４としてここではリモコンを用い入力する構成とした。
【００６６】
なお、例えばインターネット回線を通じて遠隔から入力するよう構成してもよく、外部からの入力手段はこれに限定されるものではない。なお、通常停止処理の停止工程において、入力部４において外部から特殊停止処理を行うよう入力した場合でも、そのタイミングから特殊停止処理として停止処理がなされてもよい。
【００６７】
上述の通り、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御するが、より具体的には、制御器３は、通常停止処理を行う場合に改質器１の温度が第１温度（ここでは３００℃）以下になると改質器１に原料をパージガスとして供給開始し、特殊停止処理を行う場合に改質器１の温度が第１温度（ここでは３００℃）より高い第２温度（ここでは４００℃）以下になると改質器に原料をパージガスとして供給開始するよう制御してもよい。
【００６８】
図２は、本実施の形態における高温での原料パージ運転例を示す説明図である。ここでｔ１は特殊停止処理を行う場合のパージ時間を、ｔ０は通常停止処理を行う場合のパージ時間を示している。パージ量が同一としたら、より高温でパージを開始することにより、より早くパージを完了し停止時間を短くすることができる。
【００６９】
ここで第２温度は、改質温度検知器１０で検知される温度と、実際の触媒温度との相関を勘案し、パージ処理を開始し燃焼器６での燃焼動作による改質器１の温度上昇分を加算しても、改質器１内の原料ガスによる炭素析出が大きな影響のない温度として定義されるのがよく、ここでは４００℃とした。
【００７０】
通常停止処理においては、改質器１の温度が十分低い温度になってからパージ処理を開始することとしたが、特殊停止処理ではメンテナンス性を重視し、炭素析出が問題のない範囲を想定して実施する。かかる構成により、メンテナンス時の特殊停止処理時には、早期にパージを完了し停止時間を短くすることで、早期にユーティリティを遮断可能でき、メンテナンス性を向上させることができる。
【００７１】
また、制御器３は、通常停止処理を行う場合に改質器１へパージガスを供給するパージ時間ｔ０（ここでは１０分）よりも、特殊停止処理を行う場合のパージ時間ｔ１（ここでは５分）が短くなるよう制御してもよい。
【００７２】
図３は、本実施の形態における短縮時間での原料パージ運転例を示す説明図である。パージ時間を短くすることで、例えばパージ処理開始温度が同一としたら、より早くパージを完了し停止時間を短くすることができる。
【００７３】
特殊停止処理によるパー時間ｔ１（ここでは５分間）でのパージ処理において、水素生成装置１００内の水蒸気が問題のない範囲の残量まで掃気される時間として定義されるのがよい。
【００７４】
通常停止処理においては、少なくとも水素生成装置１００内の水蒸気が十分掃気されるのに必要な時間としたが、ここではメンテナンス性を重視し、水蒸気残量による結露が問題のない範囲を想定して実施する。
【００７５】
かかる構成により、ユーティリティを遮断可能になるまでの時間を短縮し、メンテナンス性を向上させることができる。なお、パージ処理の開始温度を第１温度より高い温度とし、かつ、パージ時間を短くするよう制御してもよい。また、制御器３は、通常停止処理を行う場合の改質器１のパージガス供給量よりも、特殊停止処理を行う場合のパージガス供給量が多くなるよう制御してもよい。
【００７６】
図４は、本実施の形態におけるパージガス供給量増量の運転例を示す説明図である。ここでは通常停止処理におけるパージでは１．０ＮＬ／ｍｉｎで１０分間供給し、特殊停止処理におけるパージでは、１．５ＮＬ／ｍｉｎで７分間供給するよう構成した。
【００７７】
パージガス供給量を多くすることで、より早く冷却できるとともに、短時間でも所定量の総パージガス量とすることができ、パージ性能を保ったまま、メンテナンス性を向上させることができる。なお、パージ処理の開始温度を第１温度より高くしたり、パージ時間を短くしたりする制御のいずれか１つ以上と組み合わせてもよい。
【００７８】
また、パージ処理による燃焼器６での燃焼に伴い、改質器１の温度は上昇するが、パージ処理の開始に比べ、改質器１の熱容量等から温度上昇には遅れが生じる。そこで、パージ処理開始温度を第１温度より高い温度としても、例えばパージ時間を短くすることで、改質器が炭素析出に影響する温度に上昇する前にパージを終了することができる。
【００７９】
また、特殊停止処理の回数を記憶する記憶部１１により、入力部４を用いて外部から特殊停止処理を行うよう入力された回数を記憶し、制御器３は、特殊停止処理の回数が所定回数を超えると特殊停止処理を行わないよう制御してもよい。
【００８０】
ここで、通常停止処理はライフタイムにおける積算の停止回数（ここでは５０００回）を繰り返しても、耐久性に問題のない停止方法とする必要がある。これに対して、特殊停止処理は、炭素の析出や水蒸気の結露などが通常停止に比べると過酷な条件となり得、通常停止と同様の回数（ここでは５０００回）繰り返すと耐久性が低下する懸念がある。
【００８１】
そこで、メンテナンス作業が必要なときだけに限定した停止方法とし、ここでは特殊停止処理の回数が所定回数（ここでは５０回）を超えると特殊停止処理を行わないよう制御する構成とした。
【００８２】
一般的に装置のメンテナスが必要な、定期メンテナンス作業や装置の異常時のメンテナンスはライフサイクル（例えば１０年）で５０回以内と想定され、このメンテナンスのときには特殊停止処理を行うことで、耐久性を維持しつつ、メンテナンス性に優れた水素生成装置とすることができる。
【００８３】
（変形例１）
次に本発明の実施の形態１における水素生成装置の変形例１について説明する。
【００８４】
本変形例における特徴的な動作について説明するが、実施の形態１との相違点について説明し、それ以外は実施の形態１と同様とする。
【００８５】
［通常停止処理方法］
本変形例１における水素生成装置の通常の停止処理方法は実施の形態１と同様とするこ
とができるので詳細説明については省略する。
【００８６】
［特殊停止処理方法］
次に、本変形例１における水素生成装置の特殊停止処理方法について説明する。
【００８７】
制御器３は、通常停止処理を行う場合の停止処理開始から改質器１のパージ完了までの停止時間よりも、入力部４により外部から入力され特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御する。
【００８８】
本変形例１では、燃焼用空気供給器７は、制御器３の制御により、燃焼器６での燃焼が停止した後も、燃焼器６への燃焼空気の供給を継続し、水素生成装置１００の冷却動作を継続するよう制御した。そして、水素生成装置１００の上記冷却動作の継続中において改質温度検知器１０の検知温度が第１温度（ここでは３００℃）以下になると、パージ処理を実行する。
【００８９】
パージ処理が完了すると、燃焼用空気供給器７を停止させ、冷却動作を完了する。ここでのパージ処理は、パージ完了までの時間が短くなるよう、改質器１の温度が第１温度（ここでは３００℃）より高い第２温度（ここでは４００℃）以下になると改質器１に原料をパージガスとして供給開始するよう制御してもよい。
【００９０】
また、制御器３は、通常停止処理を行う場合に改質器１へパージガスを供給するパージ時間ｔ０（ここでは１０分）よりも、特殊停止処理を行う場合のパージ時間ｔ１（ここでは５分）が短くなるよう制御してもよい。
【００９１】
また、制御器３は、通常停止処理を行う場合の改質器１のパージガス供給量よりも、特殊停止処理を行う場合のパージガス供給量が多くなるよう制御してもよい。
【００９２】
また、特殊停止処理の回数を記憶する記憶部１１により、入力部４を用いて外部から特殊停止処理を行うよう入力された回数を記憶し、制御器３は、特殊停止処理の回数が所定回数を超えると特殊停止処理を行わないよう制御してもよい。
【００９３】
かかる構成により、外部からの特殊操作により、燃焼用空気供給器７で水素生成装置１００とりわけ改質器１の冷却を継続するとともに、パージ完了までの時間を短くすることができ、より短時間で冷却およびパージが完了し、メンテナンス性に優れた水素生成装置とすることができる。
【００９４】
（変形例２）
次に本発明の実施の形態１における水素生成装置の変形例２について説明する。
【００９５】
本変形例における特徴的な動作について説明するが、実施の形態１との相違点について説明し、それ以外は実施の形態１と同様とする。
【００９６】
［通常停止処理方法］
次に、本変形例２における水素生成装置の通常の停止処理方法について説明する。
【００９７】
水素生成装置１００の通常停止処理時には、まず、制御器３より停止指令が出力されると、原料ガス供給器２と水供給器５の動作を停止すると共に、水素生成装置経路内の出入り口に設けられた図示しない弁を閉止することにより、水素生成装置１００を封止する。可燃性ガスの燃焼器６への供給が停止すると、燃焼器６での燃焼が停止する。
【００９８】
燃焼用空気供給器７は、制御器３の制御により、燃焼器６での燃焼が停止した後も燃焼器６への燃焼空気の供給を継続し、水素生成装置１００の冷却動作を実行する。そして、上記冷却動作は、水素生成装置１００の改質器１に設けられた改質温度検知器１０の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になっても継続する。
【００９９】
そして、水素生成装置１００の上記冷却動作の継続中において改質温度検知器１０の検知温度が第１温度（ここでは３００℃）以下になると、パージ処理を実行する。パージ処理が完了すると、燃焼用空気供給器７を停止させ、冷却動作を完了する。
【０１００】
すなわち本変形例では、停止処理の開始から、パージ処理を実施するまで冷却を継続する制御をする場合を通常停止処理とする。水素生成装置を構成するデバイス（例えばガスセンサなど）によって、停止時に水素生成装置を一旦冷却した方が良い場合など、本変形例の通常停止処理が行われる。
【０１０１】
［特殊停止処理方法］
本変形例２における水素生成装置の特殊停止処理方法は、実施の形態１と同様にすることができるので詳細の説明は省略する。
【０１０２】
制御器３は、通常停止処理を行う場合の停止処理開始から改質器１のパージ完了までの停止時間よりも、入力部４により外部から入力され特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御する。
【０１０３】
かかる構成により、外部からの特殊操作により、停止処理の開始からパージ完了するまで、すなわち停止処理からユーティリティを遮断しメンテナンス作業が開始できるまでの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上させた水素生成装置とすることができる。
【０１０４】
上述のように、実施の形態１と本変形例２では、通常停止処理時に燃焼用空気供給器７を継続運転し水素生成装置１００を冷却し続けるかどうかが異なる。すなわち、通常停止処理の方法如何によらず、特殊停止処理の方がパージ完了までの時間が短くなるように制御することで、よりメンテナンス性に優れた水素生成装置とすることができる。
【０１０５】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における燃料電池システムについて説明する。図５は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの概略図を示すものである。図１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。
【０１０６】
本実施の形態では、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池２０を備える構成とした。
【０１０７】
燃料電池２０として、ここでは固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いた。燃料電池は一般的に一酸化炭素により電圧が低下するため、ＣＯ除去部で概ね１０ｐｐｍ以下に一酸化炭素を低減する必要がある。
【０１０８】
ここでは、改質器１で得られた一酸化炭素を含む水素含有ガスを、変成器３０を通して段階的に一酸化炭素を低減した後で、ＣＯ除去器３１に供給する構成とした。なおここでは変成器３０にはＣｕ−Ｚｎ系の触媒を用い２００〜３００℃で、ＣＯ除去部にはＲｕ系の選択酸化触媒を用い約１５０℃に保ち反応させＣＯ除去する構成とした。
【０１０９】
次に燃料電池システムの運転方法について説明する。
【０１１０】
制御器３は、水素含有ガスを燃料電池２０の燃料ガスとして、燃料電池２０のアノードに供給する。燃料電池２０では、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された発電用空気とが電気化学的に反応して、電気と熱と水とが発生する。
【０１１１】
燃料電池２０で得られた電気は、図示しない電力負荷に供給されて使用され、一方、発電に伴って発生した熱は、図示しない熱回収手段によって回収され、熱負荷に供給されて種々の用途で利用される。燃料電池２０の内部で消費されなかった未反応の燃料ガスは、燃焼器６に供給される。
【０１１２】
制御器３は、燃焼用空気供給器７を制御し、燃焼器６に供給されたオフガスを燃焼させるのに必要な燃焼空気を供給する。燃焼器６では、オフガスと、燃焼用空気供給器７から供給された燃焼空気とを混合し燃焼させ、改質器１での水蒸気改質反応に必要な熱を供給する。ここで燃焼空気の流量は、理論空気流量に対する供給空気流量を表す空気比で１．７となるよう制御した。
【０１１３】
また制御器３は、原料流量検知器８で検出される原料流量と、改質温度検知器１０で検出される温度から算出される炭化水素の転化率から、生成する水素生成量を算出し、所定の水素利用率範囲内で発電できるよう燃料電池２０での発電量を指示する。
【０１１４】
ここでは水素利用率が約８０％となるよう発電指示量として７５０Ｗを指示し発電させた。ここで水素利用率は安定運転のため７０から８５％程度の間となるように設定されるとよい。
【０１１５】
次に本実施の形態における特徴的な動作について説明するが、実施の形態１との相違点について説明し、それ以外は実施の形態１と同様とする。
【０１１６】
制御器３は、通常停止処理を行う場合の停止処理開始から改質器１のパージ完了までの停止時間よりも、特殊停止処理を行う場合の停止時間が短くなるよう制御する。
【０１１７】
また、制御器３は、通常停止処理を行う場合に改質器１の温度が第１温度（ここでは３００℃）以下になると改質器１に原料をパージガスとして供給開始し、特殊停止処理を行う場合に改質器の温度が第１温度（ここでは３００℃）より高い第２温度（ここでは４００℃）以下になると改質器に原料をパージガスとして供給開始するよう制御してもよい。
【０１１８】
また、制御器３は、通常停止処理を行う場合に改質器１へパージガスを供給するパージ時間ｔ０（ここでは１０分）よりも、特殊停止処理を行う場合のパージ時間ｔ１（ここでは５分）が短くなるよう制御してもよい。
【０１１９】
また、制御器３は、通常停止処理を行う場合の改質器１のパージガス供給量よりも、特殊停止処理を行う場合のパージガス供給量が多くなるよう制御してもよい。
【０１２０】
また、特殊停止処理の回数を記憶する記憶部１１により、入力部４を用いて外部から特殊停止処理を行うよう入力された回数を記憶し、制御器３は、特殊停止処理の回数が所定回数を超えると特殊停止処理を行わないよう制御してもよい。
【０１２１】
かかる構成により、外部からの特殊操作により、停止処理の開始からパージ完了するまでの停止時間、すなわち停止処理からユーティリティを遮断しメンテナンス作業が開始できるまでの時間を短縮する制御をすることで、メンテナンス性を向上させた燃料電池システムとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、停止処理からユーティリティを遮断しメンテナンス作業が開始できるまでの時間を短縮可能で、メンテナンス性を向上させた水素生成装置ならびに燃料電池システムの提供をするもので、メンテナンス時に、より短時間で停止させ作業可能な状態にすることが求められる分散型の水素生成装置ならびに燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  改質器
２  原料ガス供給器
３  制御器
４  入力部
５  水供給器
６  燃焼器
７  燃焼用空気供給器
８  原料流量検知器
１０  改質温度検知器
１１  記憶部
２０  燃料電池
３０  変成器
３１  ＣＯ除去器
１００  水素生成装置
１１０  水素利用機器
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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