(57)【要約】【課題】水添脱硫器に原料ガスを供給する経路に、リサイクルガス経路からの水素含有ガスを吸引するエジェクタを備えた水素生成装置において、安定した硫黄化合物の除去を可能にする。【解決手段】水添脱硫器１を通過した原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器４と、改質器４から燃料ガスを排出する燃料ガス経路５と、燃料ガス経路５から分岐して、原料供給器３より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路２に合流し、改質器４から排出された燃料ガスの一部を原料ガスに混合するリサイクルガス経路６と、原料供給経路２とリサイクルガス経路６とが合流する第１合流部に配置されたエジェクタ７と、エジェクタ７と水添脱硫器１との間から分岐し、原料供給器３より原料ガスの流れの上流側に接続され、原料ガスの一部を原料供給器３へ供給するよう構成された原料循環経路８を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器に原料ガスを供給する原料供給経路と、前記原料供給経路に配置され、原料ガスを前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス経路と、前記燃料ガス経路から分岐して、前記原料供給器より原料ガスの流れの下流側の前記原料供給経路に合流し、前記改質器から排出された燃料ガスの一部を原料ガスに混合するリサイクルガス経路と、前記原料供給経路と前記リサイクルガス経路とが合流する第１合流部に配置されたエジェクタと、前記エジェクタと前記水添脱硫器との間から分岐して、前記原料供給器より原料ガスの流れの上流側に接続され、原料ガスの一部を前記原料供給器へ供給するよう構成された原料循環経路と、を備えた、水素生成装置。
【請求項２】
前記原料循環経路に開閉弁を備えた請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記原料循環経路に配置された開閉弁と、前記原料循環経路が前記原料供給経路に合流する第２合流部へ供給される前記原料供給経路の原料ガスの流量に基づき、前記開閉弁を制御する制御器と、を備えた、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記原料循環経路が前記原料供給経路に合流する第２合流部へ供給される前記原料供給経路の原料ガスの流量を検知する原料供給量検知手段を備え、前記原料供給量検知手段により検知される原料ガスの流量が第１所定値以下であれば、前記制御器が前記開閉弁を開放するよう制御する、請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記原料供給量検知手段は、前記原料循環経路が前記原料供給経路に合流する第２合流部より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路、又は、前記原料供給経路から前記原料循環経路が分岐する分岐部より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路、又は、前記水添脱硫器から前記改質器までの原料ガスの経路、又は、前記改質器から前記リサイクルガス経路６に分岐するまでの前記燃料ガス経路、又は、前記リサイクルガス経路を分岐した後の前記燃料ガス経路に配置された第１流量計であることを特徴とする、請求項４に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記原料循環経路に配置された開閉弁と、前記エジェクタを通流する原料ガスの流量に基づき、前記開閉弁を制御する制御器と、を備えた、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記エジェクタを通流する原料ガスの流量を検知するエジェクタ通流量検知手段を備え、前記エジェクタ通流量検知手段により検知される原料ガスの流量が第２所定値以下であれば、前記制御器が前記開閉弁を開放するよう制御する、請求項６に記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記エジェクタ通流量検知手段に、前記原料供給器の出力を用いることを特徴とする、請求項７に記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記エジェクタ通流量検知手段は、前記原料循環経路が前記原料供給経路に合流する第２合流部と、前記原料供給経路から前記原料循環経路が分岐する分岐部と、の間の原料供給経路に配置された第２流量計であることを特徴とする、請求項７に記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記エジェクタ通流量検知手段としての、前記エジェクタの入口側及び出口側の差圧を検知する圧力計を備え、前記制御器は、前記圧力計が検知する差圧が、予め設定される第３所定値以下であれば、前記開閉弁を開放するよう制御する、請求項７に記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記原料循環経路に配置された開閉弁と、前記リサイクルガス経路を通流する燃料ガスの流量に基づき、前記開閉弁を制御する制御器と、を備えた、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記リサイクルガス経路を通流する燃料ガスの流量を検知するリサイクルガス経路通流量検知手段を備え、前記リサイクルガス経路通流量検知手段により検知される燃料ガスの流量が第４所定値以下であれば、前記制御器が前記開閉弁を開放するよう制御する、請求項１１に記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記リサイクルガス経路通流量検知手段は、前記リサイクルガス経路に配置された第３流量計であることを特徴とする、請求項１２に記載の水素生成装置。
【請求項１４】
前記制御器は、前記第１流量計が検知する流量に基づき前記原料供給器を制御する、請求項５に記載の水素生成装置。
【請求項１５】
前記原料循環経路が前記原料供給経路に合流する第２合流部より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路に配置された第４流量計を備え、前記制御器は、前記第４流量計が検知する流量に基づき、前記原料供給器を制御する、請求項１〜４、６〜１３のいずれか１つに記載の水素生成装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水添脱硫器を搭載した水素生成装置及び燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムは、発電時の燃料として用いられる水素含有ガスが一般的な原料インフラとして整備されていないため、通常、一般的な原料インフラである天然ガスやＬＰＧから水素含有ガスを生成させる改質器を有する水素生成装置を備えている。
【０００３】
改質器では、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は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをＲｕ系などの貴金属系の改質触媒やＮｉ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を生成するものである。
【０００４】
ところで、都市ガス等の原料ガスには硫黄化合物が含まれており、この硫黄化合物は、特に、改質触媒や燃料電池スタック触媒の被毒物質であるので何らかの方法で除去する必要がある。
【０００５】
硫黄化合物を除去する水素生成装置としては、水素含有ガスと原料ガスを混合させて水添脱硫触媒にて水添脱硫により除去する水素生成装置がある。この水素含有ガスの供給方法としては、改質触媒により生成した水素含有ガスを原料ガスの供給経路に戻す方法（以下、リサイクルと呼ぶ）が一般的である。
【０００６】
ここで、原料ガスに水素含有ガスをリサイクルする方法として、水添脱硫触媒に原料ガスを供給する経路にエジェクタを設け、エジェクタによるベンチュリ効果で水素含有ガスを吸引し、原料ガスと水素含有ガスを混合する水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１０は、特許文献１に記載された水素生成装置の概略構成を示すものである。図１０に示すように、水素生成装置１００は、水添脱硫器１と、原料供給経路２と、原料供給器３と、改質器４と、燃料ガス経路５と、リサイクルガス経路６と、エジェクタ７から構成されている。
【０００８】
この水素生成装置１００により、改質器４にて生成した水素を含有した燃料ガスの一部を、リサイクルガス経路６を通してエジェクタ７に供給する。エジェクタ７にて原料ガスと燃料ガスが混合され、水添脱硫器１にて原料ガス中の硫黄化合物と水素が反応し、硫黄化合物が除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−２２２５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の構成では、エジェクタ７にて水素含有ガスである燃料ガスをリサイクルガス経路６から吸引するには、エジェクタ７に原料ガスを所定流量より多く供給する必要がある。エジェクタ７に流れる原料ガスが所定流量以下になると、エジェクタ
７にてベンチュリ効果によるガスの吸引能力が低下し、必要な燃料ガスをリサイクルガス経路６から吸引出来なくなり、水添脱硫による硫黄化合物の除去を行うことが出来ないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、水添脱硫器に原料ガスを供給する経路に設けられたエジェクタにてリサイクルガス経路からの水素含有ガスを吸引する水素生成装置において、原料ガス流量が所定流量以下に低下してもエジェクタにてベンチュリ効果により水素含有ガスを吸引可能とし、安定した水添脱硫による硫黄化合物の除去を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上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、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器に原料ガスを供給する原料供給経路と、前記原料供給経路に配置され、原料ガスを前記水添脱硫器に供給する原料供給器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス経路と、前記燃料ガス経路から分岐して、前記原料供給器より原料ガスの流れの下流側の前記原料供給経路に合流し、前記改質器から排出された燃料ガスの一部を原料ガスに混合するリサイクルガス経路と、前記原料供給経路と前記リサイクルガス経路とが合流する第１合流部に配置されたエジェクタと、前記エジェクタと前記水添脱硫器との間から分岐して、前記原料供給器より原料ガスの流れの上流側に接続され、原料ガスの一部を前記原料供給器へ供給するよう構成された原料循環経路とで構成したものである。
【００１３】
これによって、エジェクタに対して、外部から水素生成装置に供給される原料ガスに加えて、原料循環経路を通して循環させる原料ガスとリサイクルガスの混合ガスも流通させることが可能となり、エジェクタに流通するガス流量を増加させることが出来る。
【００１４】
その結果、外部から水素生成装置に供給される原料ガス流量が少なくエジェクタにてベンチュリ効果を発揮し難い場合においても、エジェクタに流通するガス流量を増加させることが出来、エジェクタでのベンチュリ効果を十分に発揮させ、エジェクタにてリサイクルガスを吸引することが可能となり、水添脱硫による安定した脱硫性能を発揮することが出来る。
【００１５】
また、本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素生成装置と、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ものである。
【００１６】
これによって、水添脱硫により安定して原料ガス中の硫黄化合物を除去された燃料ガスを用いて燃料電池にて発電を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の水素生成装置及び燃料電池システムは、水添脱硫器に原料ガスを供給する経路に設けられたエジェクタにてリサイクルガス経路からの水素含有ガスを吸引する水素生成装置において、リサイクルガス経路を流通するリサイクルガス流量が不足することなく安定した硫黄化合物の除去を可能とし、信頼性を向上させた運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の概略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の第１変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態２における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２の第１変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態２の第１変形例における水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態３の第１変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態３の第２変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態４における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態５における燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図
【図１０】従来の水素生成装置の概略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の発明は、原料ガス中の硫黄化合物を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、水添脱硫器に原料ガスを供給する原料供給経路と、原料供給経路に配置され、原料ガスを水添脱硫器に供給する原料供給器と、水添脱硫器を通過した原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器から燃料ガスを排出する燃料ガス経路と、燃料ガス経路から分岐して、原料供給器より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路に合流し、改質器から排出された燃料ガスの一部を原料ガスに混合するリサイクルガス経路と、原料供給経路とリサイクルガス経路とが合流する第１合流部に配置されたエジェクタと、エジェクタと水添脱硫器との間から分岐して、原料供給器より原料ガスの流れの上流側に接続され、原料ガスの一部を原料供給器へ供給するよう構成された原料循環経路とを備えた水素生成装置である。
【００２０】
上記構成により、エジェクタに対して、外部から水素生成装置に供給される原料ガスに加えて、原料循環経路を通して循環させる原料ガスとリサイクルガスの混合ガスも流通させることが可能となり、エジェクタに流通するガス流量を増加させることが出来る。
【００２１】
その結果、外部から水素生成装置に供給される原料ガス流量が少なくエジェクタにてベンチュリ効果によるガス吸引能力を発揮し難い場合においても、エジェクタに流通するガス流量を増加させることが出来、エジェクタでのベンチュリ効果を十分に発揮させ、原料循環経路を経由せずに供給される原料ガス流量が所定流量以下に低下してもエジェクタにてリサイクルガスを吸引することが可能となる。これにより、水添脱硫による安定した硫黄化合物の除去が可能となる。
【００２２】
第２の発明は、特に、第１の発明の水素生成装置の原料循環経路に開閉弁を備えたものである。
【００２３】
上記構成により、リサイクルガス経路から供給されてエジェクタ内にて原料ガスと混合される燃料ガスの流量が水添脱硫器での水添反応に必要な燃料ガスの流量に対して不足しないように、原料循環経路の開閉弁を開閉しエジェクタに流通するガス流量を増減させエジェクタによる燃料ガスの吸引能力を制御することが可能となり、水添脱硫器に安定して燃料ガスを供給することが可能となる。
【００２４】
第３の発明は、特に、第１の発明の水素生成装置の構成に加えて、原料循環経路に配置された開閉弁と、原料循環経路が原料供給経路に合流する第２合流部へ供給される原料供
給経路の原料ガスの流量に基づき、開閉弁を制御する制御器とを備えたものである。
【００２５】
上記構成により、水素生成装置に供給される原料ガスの流量に応じて原料循環経路の開閉弁を開閉することが可能となり、水素生成装置に供給される原料ガスの流量が少ないときには開閉弁を開くことでエジェクタに流通するガスの流量を増やし、水素生成装置に供給される原料ガスの流量が多いときには開閉弁を閉じてエジェクタに流通するガスの流量を増やさないことで、リサイクルガス経路を流れるリサイクルガス流量が不足することを防止し、水添脱硫器での水添脱硫を安定して行うことが可能となる。
【００２６】
第４の発明は、特に、第３の発明の水素生成装置の構成に加えて、原料循環経路が原料供給経路に合流する第２合流部へ供給される原料供給経路の原料ガスの流量を検知する原料供給量検知手段を備え、原料供給量検知手段により検知される原料ガスの流量が第１所定値以下であれば、制御器が開閉弁を開放するよう制御するものである。
【００２７】
上記構成により、水素生成装置に供給される原料ガスの流量を検知するとともに、その原料ガス流量が第１所定値以下のときには開閉弁を開放することが可能となり、エジェクタに供給するガスの流量を増やして、エジェクタによるリサイクルガス経路からの燃料ガスの吸引流量を増やすことが出来る。
【００２８】
第５の発明は、特に、第４の発明の水素生成装置における原料供給量検知手段を、原料循環経路が原料供給経路に合流する第２合流部より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路、又は、原料供給経路から原料循環経路が分岐する分岐部より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路、又は、水添脱硫器から改質器までの原料ガスの経路、又は、改質器からリサイクルガス経路に分岐するまでの燃料ガス経路、又は、リサイクルガス経路を分岐した後の燃料ガス経路に配置された第１流量計とするものである。
【００２９】
上記構成により、原料循環経路が原料供給経路に合流する第２合流部より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路、又は、原料供給経路から原料循環経路が分岐する分岐部より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路、又は、水添脱硫器から改質器までの原料ガスの経路、又は、改質器からリサイクルガス経路に分岐するまでの燃料ガス経路、又は、リサイクルガス経路を分岐した後の燃料ガス経路に配置された第１流量計により検知したガスの流量に基づき開閉弁を制御することが可能となり、リサイクルガス経路を流れる燃料ガス流量が不足することを防止し、水添脱硫器にて硫黄化合物を安定して除去することが出来る。
【００３０】
第６の発明は、特に、第１の発明の水素生成装置の構成に加えて、原料循環経路に配置された開閉弁と、エジェクタを通流する原料ガスの流量に基づき、開閉弁を制御する制御器を備えたものである。
【００３１】
上記構成により、エジェクタを通流する原料ガスの流量から、エジェクタでのリサイクルガス経路からの燃料ガスの吸込み能力が分かるため、水添脱硫器に十分な水素含有ガスである燃料ガスを供給可能か判断でき、燃料ガスが不足するようであれば、開閉弁を開放することでエジェクタに通流するガス流量を増加させ、水添脱硫器に供給する燃料ガス流量を増やし、エジェクタを通流する原料ガスの流量が多いときには開閉弁を閉止しリサイクルガス経路から供給する燃料ガスの流量を増加させないようにすることで、エジェクタにてリサイクルガス経路を通した燃料ガスの吸引を安定させ、水添脱硫器での水添脱硫による硫黄化合物の除去を安定して行うことができる。
【００３２】
第７の発明は、特に、第６の発明の水素生成装置の構成に加えて、エジェクタを通流する原料ガスの流量を検知するエジェクタ通流量検知手段を備え、エジェクタ通流量検知手
段により検知される原料ガスの流量が第２所定値以下であれば、制御器が開閉弁を開放するよう制御するものである。
【００３３】
上記構成により、エジェクタを通流する原料ガスの流量を検知し、その流量が第２所定値以下であれば開閉弁を開放し、エジェクタに通流するガス流量を増加させ、リサイクルガス経路から吸入する燃料ガス流量を増加させ、水添脱硫器での水添脱硫による硫黄化合物の除去を安定して行うことが可能となる。
【００３４】
第８の発明は、特に、第７の発明の水素生成装置におけるエジェクタ通流量検知手段として、原料供給器の出力を用いるものである。
【００３５】
上記構成により、エジェクタ通流量検知手段を別途設ける必要が無く、原料供給器の出力にて水添脱硫器に供給する原料ガスの流量を検知することが可能となる。
【００３６】
第９の発明は、特に、第７の発明の水素生成装置におけるエジェクタ通流量検知手段として、原料循環経路が原料供給経路に合流する第２合流部と、原料供給経路から原料循環経路が分岐する分岐部と、の間の原料供給経路に配置された第２流量計を用いるものである。
【００３７】
上記構成により、エジェクタを通流するガスの流量を第２流量計で検知することが可能となり、エジェクタを通流するガス流量に基づき制御器が開閉弁を制御することで、水添脱硫器での水添脱硫による硫黄化合物の除去を安定して行うことが可能となる。
【００３８】
第１０の発明は、特に、第７の発明の水素生成装置におけるエジェクタ通流量検知手段として、エジェクタの入口側及び出口側の差圧を検知する圧力計を備え、圧力計が検知する差圧が予め設定される第３所定値以下であれば、制御器が開閉弁を開放するよう制御するものである。
【００３９】
上記構成により、圧力計にてエジェクタを通流するガス流量を検知することが可能となり、その検知圧力が第３所定値以下であれば開閉弁を開放することで、リサイクルガス経路を通流する燃料ガスの流量が低下することを防止し、水添脱硫器での水添脱硫による硫黄化合物の除去を安定して行うことが可能となる。
【００４０】
第１１の発明は、特に、第１の発明の水素生成装置の構成に加えて、原料循環経路に配置された開閉弁と、リサイクルガス経路を通流する燃料ガスの流量に基づき、開閉弁を制御する制御器を備えたものである。
【００４１】
上記構成により、リサイクルガス経路を通流する燃料ガスが不足することを防止し、リサイクルガス経路を燃料ガスが安定して通流することが可能となり、水添脱硫器での水添脱硫による硫黄化合物の除去を安定して行うことが可能となる。
【００４２】
第１２の発明は、特に、第１１の発明の水素生成装置の構成に加えて、リサイクルガス経路を通流する燃料ガスの流量を検知するリサイクルガス経路通流量検知手段を備え、リサイクルガス経路通流量検知手段により検知される燃料ガスの流量が第４所定値以下であれば、制御器が開閉弁を開放するよう制御するものである。
【００４３】
上記構成により、エジェクタによる燃料ガスの吸引能力を増加させ、リサイクルガス経路を通流する燃料ガスの流量を増やし、水添脱硫器での水添脱硫による硫黄化合物の除去を安定して行うことが可能となる。
【００４４】
第１３の発明は、特に、第１２の発明の水素生成装置におけるリサイクルガス経路通流量検知手段を、リサイクルガス経路に配置された第３流量計とするものである。
【００４５】
上記構成により、リサイクルガス経路に配置した第３流量計で、リサイクルガス経路を通流する燃料ガス流量を検知することが出来る。
【００４６】
第１４の発明は、特に、第５の発明の水素生成装置における制御器が、第１流量計が検知する流量に基づき、原料ガス供給器を制御するものである。
【００４７】
上記構成により、水素生成装置に原料ガスを必要な流量供給することが可能となり、安定して水素含有ガスである燃料ガスを生成することが出来る。
【００４８】
第１５の発明は、特に、第１〜第４、第６〜第１３のいずれか１つの発明の水素生成装置の構成に加えて、原料循環経路が原料供給経路に合流する第２合流部より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路に配置された第４流量計を備え、制御器は、第４流量計が検知する流量に基づき、原料ガス供給器を制御するものである。
【００４９】
上記構成により、水素生成装置に原料ガスを必要な流量供給することが可能となり、安定して水素含有ガスである燃料ガスを生成することが出来る。
【００５０】
第１６の発明は、特に、第１〜第１５のいずれか１つの発明の水素生成装置と、この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。
【００５１】
上記構成により、硫黄化合物が除去された燃料ガスにより燃料電池を発電することが可能となり、水添脱硫器を搭載した燃料電池システムの硫黄被毒による劣化を防止し、安定した発電を実現し、信頼性を向上させることが可能となる。
【００５２】
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、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。
【００５３】
（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構成の一例を示すブロック図である。
【００５４】
図１において、本実施の形態の水素生成装置１００は、水添脱硫器１と、原料供給経路２と、原料供給器３と、改質器４と、燃料ガス経路５と、リサイクルガス経路６と、第１合流部と、エジェクタ７と、原料循環経路８とを備える。
【００５５】
改質器４に供給される原料ガス中の硫黄化合物を除去する水添脱硫器１は、容器内に水添脱硫用の脱硫剤が充填された構成を有する。水添脱流用の脱硫剤としては、例えば、原料中の硫黄化合物を硫化水素に変換するＣｏＭｏ系触媒と、その下流に設けられる、硫化水素を吸着除去する硫黄吸着剤であるＺｎＯ系触媒、またはＣｕＺｎ系触媒とで構成される。
【００５６】
水添脱硫用の脱硫剤は、本例に限定されるものではなく、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に有するＣｕＺｎ系触媒のみで構成されても構わない。また、水添脱硫器１は、原料ガス中の硫黄化合物を水素含有ガスと反応させ硫化水素に変換した後、その硫化水素を吸着除去するだけでなく、水素含有ガスがなくとも、原料ガス中の硫黄化合物を直接物理的に吸着することも可能である。
【００５７】
ただし、物理的な吸着では水添脱硫用の脱硫剤の量が硫化水素による吸着除去に比べて多量に必要となるため、通常の使用では、硫化水素による吸着除去が一般的である。しかし、水素含有ガスが生成していないタイミングである水素生成装置の起動時や停止時などに限り、物理的な吸着を本実施の形態では使用する。
【００５８】
原料供給経路２は、水添脱硫器１に原料ガスを供給するための経路であり水素生成装置１００に供給される原料ガスを水添脱硫器１に導く配管などである。原料供給経路２としては、原料ガスを流すことが出来れば如何なる構成でも構わない。
【００５９】
原料供給器３は、原料供給経路２に配置され、原料ガスを水添脱硫器１に供給する機器であり、水添脱硫器１へ供給する原料ガスの流量を調整する。例えば、昇圧器と流量調整弁により構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。
【００６０】
昇圧器は、例えば、定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。原料ガスは、原料供給源より原料供給経路２を通して供給される。原料供給源は、所定の供給圧を有しており、例えば、原料ガスボンベ、原料ガスインフラ等が挙げられる。
【００６１】
改質器４は、水添脱硫器１にて硫黄化合物を除去された原料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成する。具体的には、改質器４内の改質触媒部（図示せず）において、原料ガスが改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。
【００６２】
図１には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質触媒部を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置１００には、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられる。
【００６３】
なお、原料ガスは、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含有するものである。
【００６４】
燃料ガス経路５は、改質器４にて生成した水素含有ガスである燃料ガスを改質器４から排出する経路である。燃料ガスは、燃料ガス経路５を通して、燃料ガスを利用する機器などに供給される。水素含有ガスを利用する機器としては、燃料電池などがある。
【００６５】
リサイクルガス経路６は、改質器４より燃料ガス経路５を通して送出される燃料ガスの一部を燃料ガス経路５から分岐して、原料供給器３より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路２に合流し、改質器４から排出された燃料ガスの一部を原料ガスに混合する経路である。燃料ガス経路５を分岐することで、燃料ガスの一部が原料供給経路２に送られ、そこで原料ガスと水素含有ガスである燃料ガスを混合する。
【００６６】
リサイクルガス経路６の上流端は、改質器４より送出された燃料ガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。例えば、改質器４の下流に燃料ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器を設けた場合、リサイクルガス経路６の上流端は、改質器４とＣＯ低減器との間の流路に接続されていてもよいし、ＣＯ低減器に接続されていてもよいし、ＣＯ低減器の下流に接続されていてもよい。
【００６７】
なお、ＣＯ低減器が、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器とを備え
る場合、リサイクルガス経路６の上流端を変成器とＣＯ除去器との間の流路に接続するよう構成しても構わない。また、リサイクルガス経路６の上流端を、水素含有ガスを利用する水素利用機器の下流の流路に接続しても構わない。
【００６８】
なお、水素生成装置１００は、ＣＯ低減器やＣＯ除去器を必ずしも有している必要はなく、水素生成装置１００にて生成した燃料ガスを用いる装置に対して必要な性能を出すことが出来れば無くても構わない。
【００６９】
第１合流部（図示せず）は、原料供給経路２とリサイクルガス経路６とが合流する部位である。第１合流部にて原料供給経路２を流通する原料ガスと、リサイクルガス経路６を流通する燃料ガスとが合流し、混合される。
【００７０】
エジェクタ７は、原料供給経路２とリサイクルガス経路６とが合流する第１合流部に配置される。このエジェクタ７は、昇圧器などの原料供給器３により圧送された原料ガスが流れる流路の断面積を狭めることで、ガスの流速を高め、原料ガスの流速が最大となる位置でリサイクルガス経路６が原料供給経路２と合流するように構成された装置である。
【００７１】
流速を高めることで、その部位での原料ガスの圧力を、ベンチュリ効果により低下させることが可能となる。原料ガスの流速が最大となる位置では原料ガスの圧力が最も低下する。この圧力が、リサイクルガス経路６の上流側の圧力よりも低くなるように設計することで、リサイクルガス経路６を通して、水素含有ガスが原料供給経路２に流入することが可能となる。
【００７２】
なお、水素含有ガスをベンチュリ効果により原料供給経路２に流入することが可能であれば、必ずしも原料ガスの流速が最大となる位置で、水素含有ガスを流入させなくても良い。
【００７３】
原料循環経路８は、エジェクタ７と水添脱硫器１との間から分岐し、原料供給器３より原料ガスの流れの上流側に接続され、エジェクタ７から水添脱硫器１に供給されるガスの一部を原料供給器３へ供給するよう構成された経路である。原料循環経路８としては、ガスを流すことが出来れば如何なる構成でも構わない。
【００７４】
以上のように構成された水素生成装置１００について、以下その動作、作用について図１を用いて説明する。
【００７５】
まず、水素生成装置１００が、水素を含有した燃料ガスを生成するとき、次のような動作を行う。
【００７６】
原料ガスを原料供給器３により原料供給経路２を通して水添脱硫器１に供給し、水添脱硫器１で原料ガス中の硫黄化合物を除去する。硫黄化合物が除去された原料ガスを改質器４に供給し水素を含有した燃料ガスを生成する。
【００７７】
改質器４にて生成した燃料ガスの一部を、リサイクルガス経路６を通じて、エジェクタ７にてベンチュリ効果により吸引する。吸引された燃料ガスと原料ガスを混合した上で、水添脱硫器１に供給する。
【００７８】
エジェクタ７内では、原料ガスの流通経路の流路断面積が徐々に狭くなり、その後、リサイクルガス経路６と合流した上で、原料ガスとリサイクルガスの混合ガスが流れる流通経路の流路断面積が徐々に大きくなるように構成されている。これにより、原料ガスとリサイクルガスの合流部にて、原料の流速が最も速くなり、原料の圧力は最も低くなる。
【００７９】
このときの原料ガスの圧力が、リサイクルガス経路６の上流側の圧力よりも低くなるように、流路断面積を設計することで、リサイクルガスを原料供給経路２に引き込むことが可能となる。
【００８０】
燃料ガスが水添脱硫器１に供給されれば、水添脱硫器１にて、硫黄化合物と水素が反応し硫化水素となり、水添脱硫触媒にて吸着除去される。
【００８１】
なお、水添脱硫器１に燃料ガスが供給されるまでは、水添脱硫器１にて硫黄化合物を物理的に吸着除去することは可能であるが、水添脱硫器１に含まれる水添脱硫触媒は物理的に硫黄化合物を吸着除去すると、水素を含有した燃料ガスを用いて硫黄化合物を除去する場合に比べて、負荷が大きく触媒寿命が短くなるため、水添脱硫器１に水素含有ガスが供給されるまでは、別途設けた吸着脱硫器（図示せず）により、原料ガス中の硫黄化合物を除去しても構わない。
【００８２】
水素生成装置１００にて、燃料ガスを生成している間は、リサイクルガス経路６を通して、燃料ガスを水添脱硫器１に供給することで、水添脱硫器１での水素含有ガスである燃料ガスを用いた硫黄化合物の除去が可能となる。
【００８３】
しかしながら、リサイクルガス経路６を通して燃料ガスを水添脱硫器１に正常に供給出来なくなってしまうと、水添脱硫器１では物理的な硫黄化合物の吸着除去をすることとなり、水添脱硫器１に含まれる水添脱硫触媒が想定よりも早く劣化してしまい、水添脱硫器１が機能しなくなる。その結果、改質器４や水素生成装置１００にて生成した燃料ガスを利用する機器が劣化してしまう可能性がある。
【００８４】
このような事態を防止するために、リサイクルガス経路６を通じて燃料ガスを正常に水添脱硫器１に供給する必要がある。
【００８５】
ここで、水素生成装置１００にて生成する燃料ガス流量を増減させようとすると、燃料ガスの素となる原料ガスの供給流量も増減させる必要がある。生成しなければならない燃料ガス流量が減少すると、水素生成装置１００に供給する原料ガス流量も減少する。
【００８６】
原料ガス流量が減少すると、エジェクタ７に流通する原料ガス流量も低下してしまい、エジェクタ７でのベンチュリ効果が低下し、リサイクルガス経路６を通して吸引するリサイクルガス流量も低下してしまう。
【００８７】
原料ガス流量が所定流量よりも低下してしまうと、エジェクタ７でのベンチュリ効果が十分に発揮出来なくなり、リサイクルガス経路６を通してリサイクルガスを吸引することが出来なくなる。そうなると、水添脱硫器１に対して、水素を含有したガスを供給出来なくなり、水添脱硫ではなく物理的な硫黄化合物の除去となってしまい、水添脱硫触媒を劣化させてしまう。
【００８８】
このような原料ガス流量が減少したときの不具合を防止するために、原料循環経路８を用いて、エジェクタ７に流通するガス流量を水素生成装置１００に供給される原料ガス流量よりも増加させる。
【００８９】
原料循環経路８は、エジェクタ７と水添脱硫器１との間から分岐し、原料供給器３より原料ガスの流れの上流側に接続され、エジェクタ７から水添脱硫器１に供給されるガスの一部を原料供給器３へ供給するよう構成された経路である。
【００９０】
原料ガスの流れに対して原料供給器３よりも上流側は、原料ガスインフラなどから供給される低圧力なガスであり、その低圧力な原料ガスが原料供給器３により昇圧されて、水素生成装置１００及び水素生成装置１００に接続される機器の流路抵抗に打ち勝ち、原料ガス及び燃料ガスを流通させることが可能となる。
【００９１】
よって、エジェクタ７と水添脱硫器１との間のガス圧力の方が、原料供給器３の上流側の原料ガス圧力よりも高く設計出来る。そのように設計することで、エジェクタ７と水添脱硫器１との間から分岐したガスを、原料供給器３より原料ガスの流れの上流側に供給することが可能となる。
【００９２】
このように、原料循環経路８を通して、エジェクタ７と水添脱硫器１との間から分岐したガスを、原料供給器３より原料ガスの流れの上流側に供給することで、エジェクタ７に流通するガス流量を増加させることが可能となり、エジェクタ７でのベンチュリ効果によるガス吸引能力が向上し、リサイクルガス経路６を通したリサイクルガスの流量を増加させることが可能となる。
【００９３】
［第１変形例］
図２は、本発明の実施の形態１の第１変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【００９４】
図２に示すように、本変形例では、原料循環経路８に開閉弁９を備えたものである。
【００９５】
かかる構成により、水素生成装置１００に供給する原料ガス流量が少ない場合にのみ原料循環経路８を通してガスを循環させることが出来、原料ガス流量が多い場合は開閉弁９を閉止することで原料循環経路８を通したガス循環を停止させることが出来、リサイクルガス経路６を流れるリサイクルガス流量を安定させることが可能となる。
【００９６】
本変形例の水素生成装置１００において、上記特徴以外は、実施の形態１と同様に構成してもよい。
【００９７】
開閉弁９は、原料循環経路８に設けられた弁であり、開閉弁９を閉止することで原料循環経路８内のガスの流れを止めたり、開閉弁９を開放することで原料循環経路８内のガスの流れを開始させたりする。開閉弁９は電磁弁のように電力により駆動するものでもよいし、ガス圧により駆動するようなものでもよい。原料循環経路８内のガス経路を閉止したり開放したりできるのであれば如何なる構成でも構わない。
【００９８】
水素生成装置１００に供給する原料ガスの流量が所定の流量よりも多い場合は、その原料ガス流量がエジェクタ７に流通したときに生じるベンチュリ効果により、水添脱硫器１での水添脱硫に必要なリサイクルガス流量を確保可能なため、原料循環経路８でのガスの循環が不要であり開閉弁９を閉止する。これにより、リサイクルガス経路６を過剰な燃料ガスが流通することを防止する。
【００９９】
過剰な燃料ガスがリサイクル経路を流通すると、燃料ガス中に含まれる水蒸気の影響により、水添脱硫器１の水添脱硫触媒が劣化し、水添脱硫触媒を多く積み増す必要が生じ、コストＵＰや機器容積の増大に繋がってしまう可能性がある。また、リサイクルガス中の水蒸気を除去する構成とすると、水蒸気を除去するための装置が必要となり、コストＵＰに繋がってしまう。
【０１００】
水素生成装置１００に供給する原料ガスの流量が所定流量以下の場合は、その原料ガス流量がエジェクタ７に流通したときに生じるベンチュリ効果のみでは、水添脱硫器１での
水添脱硫に必要なリサイクルガス流量を確保することが出来ないため、原料循環経路８にてガス循環させるために開閉弁９を開放する。これにより、水添脱硫器１での水添脱硫に必要なリサイクルガスをリサイクルガス経路６を通して流通させることが可能となる。
【０１０１】
なお、開閉弁９を開閉する判断は、水素生成装置１００に供給する原料ガスの流量であっても構わず、リサイクルガス経路６を流れる燃料ガスの流量であっても構わず、リサイクルガス経路６を流れる燃料ガス流量を確保することが出来れば如何なるものであっても構わない。
【０１０２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１０３】
図３に示す例では、本実施の形態の水素生成装置１００は、水添脱硫器１と、原料供給経路２と、原料供給器３と、改質器４と、燃料ガス経路５と、リサイクルガス経路６と、第１合流部と、エジェクタ７と、原料循環経路８と、開閉弁９と、第２合流部１０と、制御器１１を備える。
【０１０４】
図３に示す本実施の形態の水素生成装置１００の構成において、水添脱硫器１、原料供給経路２、原料供給器３、改質器４、燃料ガス経路５、リサイクルガス経路６、第１合流部、エジェクタ７と、原料循環経路８、開閉弁９については、実施の形態１の第１変形例と同様であるので、それらについての説明は省略する。
【０１０５】
第２合流部１０は、原料循環経路８が原料供給経路２に合流する部位である。第２合流部１０にて原料供給経路２を流通する原料ガスと、原料循環経路８を流通する原料ガスと燃料ガスの混合ガスとが合流し、混合される。
【０１０６】
制御器１１は、第２合流部１０へ供給される原料供給経路２の原料ガスの流量に基づいて、開閉弁９を制御する装置である。例えば、第２合流部１０へ供給される原料供給経路２の原料ガスの流量が所定流量よりも多い場合は開閉弁９を閉止し、所定流量よりも少ない場合は開閉弁９を開放することで、リサイクルガス経路６を流通する燃料ガスの流量を確保する。
【０１０７】
リサイクルガス経路６を流通する燃料ガスの流量が、水添脱硫器１での原料ガス中の硫黄化合物の除去に必要な流量を確保出来れば、開閉弁９の開閉条件は如何なるものであっても構わない。
【０１０８】
制御器１１は、制御機能を有するものであればよく、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、メモリーが例示される。制御器１１は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、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。
【０１０９】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１００について、以下その動作、作用を説明する。
【０１１０】
本実施の形態の水素生成装置１００の動作は、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例の水素生成装置１００と同様の動作となるため、本実施の形態の水素生成装置１００の特徴について、図３を用いて説明する。
【０１１１】
図３に示すように、水素生成装置１００に供給される原料ガスの流量は、第２合流部１０へ供給される原料供給経路２の原料ガスの流量と同流量である。
【０１１２】
第２合流部１０へ供給される原料供給経路２の原料ガスの流量を計測するためには、第２合流部１０へ供給される原料供給経路２に原料ガス用の流量計を設置しても構わない（図示せず）し、水素生成装置１００に供給される原料ガスの流量を計測可能な流量計を設置しても構わない（図示せず）。また、流量計を用いずに如何なる方法で原料ガス流量を検知しても構わない。
【０１１３】
この原料ガスの流量をもとに、エジェクタ７でのリサイクルガス経路６を通した燃料ガスの吸込み流量が必要流量流れるかを判断し、不足しないように開閉弁９を開放しエジェクタ７に流通するガス流量を増やしリサイクルガス経路６を流れる燃料ガス量を増加させる。また、開閉弁９を閉止しても、リサイクルガス経路６を流れる燃料ガス流量を必要流量確保できるのであれば、開閉弁９を閉止する。
【０１１４】
水素生成装置１００に供給される原料ガスの流量をもとに、開閉弁９を開閉させ、リサイクルガス経路６を流れる燃料ガス流量を適切に制御し、水添脱硫器１での水添脱硫に必要な水素ガス流量を確保することが出来れば、如何なる方法であっても構わない。
【０１１５】
なお、水素生成装置１００に供給する原料ガスの流量は、第２合流部１０より原料ガスの流れに対して上流側に設けられた流量計（以下、第４流量計と呼ぶ）の検知流量をもとに原料供給器３を制御することで調整すれば良い。この第４流量計は、本実施の形態での開閉弁９の開閉を判断するための原料ガスの流量計と同じであっても構わず、別途設置しても構わない。
【０１１６】
［第１変形例］
図４は、本発明の実施の形態２の第１変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１１７】
図４に示すように、本変形例では、原料循環経路８が原料供給経路２に合流する第２合流部１０へ供給される原料供給経路２の原料ガスの流量を検知する原料供給量検知手段（図４では第１流量計１２）を備え、原料供給量検知手段（図４では第１流量計１２）により検知される原料ガスの流量が第１所定値以下であれば、制御器１１が開閉弁９を開放するよう制御する。
【０１１８】
かかる構成により、水素生成装置１００に供給する原料ガス流量が少ない場合にのみ原料循環経路８を通してガスを循環させることが出来、リサイクルガス経路６を流れるリサイクルガス流量を安定させることが可能となる。
【０１１９】
本変形例の水素生成装置１００において、上記特徴以外は、実施の形態２と同様に構成してもよい。
【０１２０】
原料供給量検知手段は、原料循環経路８が原料供給経路２に合流する第２合流部１０へ供給される原料供給経路２の原料ガスの流量を検知するものである。原料ガスの流量を検知することが出来れば、如何なるものであってもよく、例えば、差圧式、熱線式、超音波式、タービン式などの流量を検知する手段がある。本実施の形態では、原料供給量検知手段として第１流量計１２を設置した。
【０１２１】
ここで、原料供給量検知手段がガス流量を検知する部位としては、原料循環経路８が原料供給経路２に合流する第２合流部１０より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路２で
あっても構わず、原料供給経路２から原料循環経路８が分岐する分岐部より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路２であっても構わず、水添脱硫器１から改質器４までの原料ガスの経路であっても構わず、改質器４からリサイクルガス経路６に分岐するまでの燃料ガス経路５であっても構わず、リサイクルガス経路６を分岐した後の燃料ガス経路５であっても構わない。
【０１２２】
それぞれの部位で流れているガスは異なるが、それぞれの部位に適した流量を閾値として、制御器１１が開閉弁９の開閉を行い、リサイクルガス経路６を流通する燃料ガス流量を原料ガス流量に対して適切に制御することが出来れば、如何なる部位で流量を計測しても構わない。
【０１２３】
それぞれの部位で流れるガスは、以下のようになる。
【０１２４】
原料循環経路８が原料供給経路２に合流する第２合流部１０より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路２には水素生成装置１００に供給される原料ガスが流れており、原料供給経路２から原料循環経路８が分岐する分岐部より原料ガスの流れの下流側の原料供給経路２には水素生成装置１００に供給される原料ガスとリサイクルガス経路６を流れる燃料ガスの混合ガスが流れている。
【０１２５】
水添脱硫器１から改質器４までの原料ガスの経路には、水素生成装置１００に供給される原料ガスとリサイクルガス経路６を流れる燃料ガスの混合ガスが流れている。改質器４からリサイクルガス経路６に分岐するまでの燃料ガス経路５には、水素生成装置１００に供給される原料ガスとリサイクルガス経路６を流れる燃料ガスの混合ガスが流れている。
【０１２６】
リサイクルガス経路６を分岐した後の燃料ガス経路５には、水素生成装置１００に供給される原料ガスとリサイクルガス経路６を流れる燃料ガスの混合ガスからリサイクルガス経路６を流れる燃料ガス分の流量が減少した混合ガスが流れる。
【０１２７】
図４では一例として、原料循環経路８が原料供給経路２に合流する第２合流部１０より原料ガスの流れの上流側の原料供給経路２に第１流量計１２を設置した場合の概略構成を示しており、それ以外の部位に第１流量計１２を設置した場合については、図示していない。
【０１２８】
図５は、本発明の実施の形態２の第１変形例における水素生成装置の運転方法の一例を示すフローチャートである。
【０１２９】
図５は、開閉弁９を開閉する条件の一例を表しており、第１流量計１２により検知される流量と第１所定値を比較（Ｓ３０１）し、第１流量計１２の検知流量が第１所定値以下であれば開閉弁９を開放（Ｓ３０２）し、第１流量計１２の検知流量が第１所定値以下でなければ開閉弁９を閉止（Ｓ３０３）する。
【０１３０】
第１所定値は、水添脱硫器１に供給する原料ガス流量に対してリサイクルガス流量が十分に確保可能となるように、エジェクタ７に流通するガス流量を確保出来るように設定すれば良く、安定した水添脱硫を行えれば如何なる値であっても構わない。また、第１所定値は、第１流量計１２の設置部位によって、異なってくるため、それぞれの部位に合わせて最適に設定する必要がある。
【０１３１】
また、開閉弁９を開閉する条件は、必ずしも、同じ第１所定値である必要はなく、例えば、開閉弁９を開放する条件は第１所定値以下であるが、開閉弁９を閉止する条件は第１所定値よりも大きな値以上であっても構わない。
【０１３２】
第１流量計１２に流れるガス流量は、第１流量計１２の設置部位によっては、開閉弁９の開閉状態により変化するため、第１所定値のみで開閉弁９を制御すると開閉を繰り返し続ける可能性がある。そのため、第１流量計１２の設置部位に応じて、開閉弁９の開閉条件を設定することが好ましい。
【０１３３】
なお、水素生成装置１００に供給する原料ガスの流量制御は、第１流量計１２が検知する流量に基づき、原料供給器３を制御しても構わない。また、水素生成装置１００に供給する原料ガスの流量制御のために、別途流量計を設置しても構わない。
【０１３４】
（実施の形態３）
本実施の形態の水素生成装置の構成は、図３に示す実施の形態２の水素生成装置１００の構成と同様であるので、重複する説明は省略する。
【０１３５】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１００について、以下その動作、作用を説明する。
【０１３６】
エジェクタ７を通流する原料ガスの流量に基づき、開閉弁９を制御するために、エジェクタを通流する原料ガスの流量を検知するエジェクタ通流量検知手段（図示せず）を設ける。エジェクタ通流量検知手段としては、エジェクタ７の前後に流量計を設置しても良いし、原料供給器３の出力から流量を検知しても構わない。
【０１３７】
原料供給器３の出力から流量を検知する方法としては、原料供給器３の動作能力や消費電力、指令電圧、操作量などから供給ガス流量を推定する。また、原料供給器３が定容積型のポンプであれば流量を直接検知することが可能である。エジェクタ通流量検知手段としては、エジェクタ７を通流するガス流量を検知出来れば如何なるものであっても構わない。
【０１３８】
エジェクタ通流量検知手段により検知されるエジェクタ７を通流する原料ガスの流量が第２所定値以下であれば、制御器１１が開閉弁９を開放するように制御する。
【０１３９】
ここで、第２所定値は、エジェクタ７にてリサイクルガスの吸引能力が水添脱硫器１に必要なリサイクルガス流量以上を吸引出来るかどうかを判断するためのものであり、リサイクルガス流量が必要流量以下に低下する前に開閉弁９を開放してリサイクルガスの吸引能力を向上させる必要がある。第２所定値は、水添脱硫器１にて安定した水添脱硫が実施出来れば、如何なる値であっても構わない。
【０１４０】
なお、開閉弁９を閉止する条件は、エジェクタ通流量検知手段により検知されるガス流量が第２所定値以上であっても構わず、第２所定値を上回る閾値を設けても構わない。開閉弁９の開閉状態によりエジェクタ７に通流するガス流量も変化するため、開閉弁９が開閉を繰り返し続けないように、第２所定値を上回る閾値を開閉弁９の閉止条件と設定するのが望ましい。
【０１４１】
本実施の形態の水素生成装置１００は、上記特徴以外は、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例、実施の形態２と同様に構成してもよい。
【０１４２】
［第１変形例］
図６は、本発明の実施の形態３の第１変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１４３】
図６に示すように、本変形例では、エジェクタ通流量検知手段は、原料循環経路８が原料供給経路２に合流する第２合流部１０と、原料供給経路２から原料循環経路８が分岐する分岐部と、の間の原料供給経路２に配置された第２流量計１３である。
【０１４４】
かかる構成により、エジェクタ７を通流するガス流量を第２流量計１３により検知することが可能となり、第２流量計１３が検知するガス流量に応じて、開閉弁９を制御することが可能となる。
【０１４５】
本変形例の水素生成装置において、上記特徴以外は、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例、実施の形態２、実施の形態２の第１変形例、実施の形態３と同様に構成してもよい。
【０１４６】
第２流量計１３は、原料循環経路８が原料供給経路２に合流する第２合流部１０と、原料供給経路２から原料循環経路８が分岐する分岐部との間の原料供給経路２に配置された流量計である。この部位に第２流量計１３を設置することで、エジェクタ７を通流したガス流量を直接計測することが可能となる。
【０１４７】
第２流量計１３の設置位置としては、原料供給器３とエジェクタ７の間であっても構わない。それぞれの部位において、流れるガスは、リサイクルガスを含有するか否か異なるため、それぞれの部位に応じた第２所定値を持って、開閉弁９を制御すれば良い。
【０１４８】
なお、第２流量計１３としては、エジェクタ７を通流するガス流量を検知することが出来れば、如何なる構成であってもよく、例えば、差圧式、熱線式、超音波式、タービン式などの流量を検知する手段がある。
【０１４９】
なお、開閉弁９の制御については、実施の形態３と同様なため省略する。
【０１５０】
［第２変形例］
図７は、本発明の実施の形態３の第２変形例における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１５１】
図７に示すように、本変形例では、エジェクタ通流量検知手段として、エジェクタ７の入口側及び出口側の差圧を検知する圧力計１４を備えており、制御器１１は、圧力計１４が検知する差圧が、予め設定される第３所定値以下であれば、開閉弁９を開放するよう制御する。
【０１５２】
かかる構成により、エジェクタ７を通流するガス流量を、圧力計１４で検知される差圧から検知することが可能となり、圧力計１４の検知圧力に応じて、開閉弁９を制御することが可能となる。
【０１５３】
本変形例の水素生成装置１００において、上記特徴以外は、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例、実施の形態２、実施の形態２の第１変形例、実施の形態３、実施の形態３の第１変形例の水素生成装置１００と同様に構成してもよい。
【０１５４】
圧力計１４は、エジェクタ７の入口側及び出口側の差圧を検知するものである。圧力の差を検知することが出来れば如何なる構成でも構わない。
【０１５５】
エジェクタ７は、ベンチュリ効果を発揮するために、ガス流路は絞られた形状となっている。そのため、ガスがエジェクタ内を流通すると、流路抵抗によりガスが保有する圧力は低下する。この圧力低下は同じ流路に対して、流路を流れるガスの流量が増加するほど
大きくなり、流量が低下するほど小さくなる。
【０１５６】
そこで、エジェクタ７の入口側と出口側の差圧を圧力計１４により検知することで、エジェクタを流通しているガス流量を検知することが可能となる。このガス流量をもとに、水添脱硫器１での水添脱硫に必要な燃料ガスがリサイクルガス経路６を通して供給出来ているか判断出来る。よって、圧力計１４により検知される差圧から開閉弁９の開閉を制御することが可能となる。
【０１５７】
圧力計１４の検知圧力が第３所定値以下であれば、水添脱硫器１に供給するリサイクルガス流量を確保するために、制御器１１が開閉弁９を開放する。第２所定値は水添脱硫器１での水添脱硫を維持することが出来れば、如何なる値であっても構わない。
【０１５８】
なお、開閉弁９を閉止する条件は、圧力計１４の検知圧力が第２所定値を上回る場合であっても良いし、第２所定値よりも大きな所定の閾値を設定し、それ以上であれば、開閉弁９を閉止するのであっても構わない。
【０１５９】
開閉弁９の開閉により、エジェクタ７に流通するガス流量が変動するため、その変動により、開閉弁９の開閉動作が繰り返し続けるようなことにならないように、開閉弁９を閉止する条件を設定することが望ましい。例えば、開閉弁９を開放すると、閉止時よりもエジェクタ７に流通するガス流量が増加するため、圧力計１４にて検知される圧力値も増加する。
【０１６０】
よって、開閉弁９を開閉する閾値が同じであれば、開閉弁９を閉止状態から開放状態に変更しただけで、圧力計１４の検知圧力が閾値を上回り、開閉弁９をすぐに閉止してしまう可能性がある。よって、開閉弁９の動作に伴う圧力計１４の値の変動分以上に第２所定値よりも大きくなるように、開閉弁９を閉止する閾値を設定するのが好ましい。
【０１６１】
（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４における水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１６２】
図８に示す例では、本実施の形態の水素生成装置１００は、水添脱硫器１と、原料供給経路２と、原料供給器３と、改質器４と、燃料ガス経路５と、リサイクルガス経路６と、第１合流部と、エジェクタ７と、原料循環経路８と、開閉弁９と、第２合流部１０と、制御器１１と、リサイクルガス流路通流量検知手段と、第３流量計１５とを備える。
【０１６３】
図８に示した本実施の形態の水素生成装置１００の構成において、水添脱硫器１、原料供給経路２、原料供給器３、改質器４、燃料ガス経路５、リサイクルガス経路６、第１合流部、エジェクタ７、原料循環経路８、開閉弁９、第２合流部１０、制御器１１については、実施の形態１及びその変形例、実施の形態２及びその変形例、実施の形態３及びその変形例と同様であるので、重複する説明は省略する。
【０１６４】
リサイクルガス流路通流量検知手段は、リサイクルガス経路６を通流する燃料ガスの流量を検知するものである。燃料ガスの流量を検知することが出来れば、如何なるものであってもよい。本実施の形態では、リサイクルガス流路通流量検知手段として、流量計である第３流量計１５を用いた。流量計としては、例えば、差圧式、熱線式、超音波式、タービン式などの流量を検知する手段がある。
【０１６５】
本実施の形態の水素生成装置１００は、上記特徴以外は実施の形態１及びその変形例、実施の形態２及びその変形例、実施の形態３及びその変形例のいずれかの水素生成装置１
００と同様に構成してもよい。
【０１６６】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１００について、以下その動作、作用を説明する。
【０１６７】
本実施の形態の水素生成装置１００の動作は、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例、実施の形態２、実施の形態２の第１変形例、実施の形態３、実施の形態３の第１変形例、実施の形態３の第２変形例の水素生成装置１００と同様の動作となるため、本実施の形態の水素生成装置１００の特徴について、図８を用いて説明する。
【０１６８】
図８に示すように、リサイクルガス経路６を通流する燃料ガスの流量をリサイクルガス経路通流量検知手段１８である第３流量計により検知し、その流量に基づき、開閉弁９を制御する。
【０１６９】
水素生成装置１００に供給される原料ガス流量に対して、リサイクルガス経路６から供給される燃料ガス流量が、水添脱硫器１での水添脱硫に必要な流量を満たしているかを第３流量計の検知流量を確認することで判断することが出来る。
【０１７０】
リサイクルガス経路６から供給される燃料ガス流量が低下しているのであれば、燃料ガス流量が不足する前に開閉弁９を開放し、リサイクルガス経路６から供給される燃料ガス流量を増加させる。
【０１７１】
この開閉弁９を開放する条件として、第４所定値を設定し、リサイクルガス経路６から供給される燃料ガス流量が第４所定値以下になれば、制御器１１が開閉弁９を開放する。第４所定値はリサイクルガス経路６から供給される燃料ガスの流量が不足せず、安定して供給出来るのであれば、如何なる値であっても構わない。
【０１７２】
また、第４閾値は、水素生成装置１００に供給される原料ガスの流量によっても、変動させても構わない。
【０１７３】
また、開閉弁９を閉止する条件は、第３流量計にて検知する流量が第４所定値を上回った場合でも構わず、第４所定値よりも大きい閾値を設け、それを上回った場合でも構わない。第３流量計にて検知される流量は開閉弁９が開放か閉止かによっても異なるため、開閉弁９が開閉を繰り返し続けないように、開閉弁９を開放する条件を設定するのが好ましい。
【０１７４】
（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１７５】
図９に示す例では、本実施の形態の燃料電池システム２００は、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例、実施の形態２、実施の形態２の第１変形例、実施の形態３、実施の形態３の第１変形例、実施の形態３の第２変形例、実施の形態４のいずれかの水素生成装置１００と、燃料電池１６とを備える。
【０１７６】
燃料電池１６は、水素生成装置１００より供給される水素を含有した燃料ガスを用いて発電するものであれば、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、固体高分子形燃料電池、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池またはりん酸形燃料電池等を用いることができる。
【０１７７】
発電運転時において、燃料電池システム２００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。本実施の形態における水素生成装置１００の動作は、燃料電池１６を、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例、実施の形態２、実施の形態２の第１変形例、実施の形態３、実施の形態３の第１変形例、実施の形態３の第２変形例、実施の形態４のいずれかの水素生成装置１００から生成する水素含有ガスを使用する水素利用機器と考えれば、実施の形態１、実施の形態１の第１変形例、実施の形態２、実施の形態２の第１変形例、実施の形態３、実施の形態３の第１変形例、実施の形態３の第２変形例、実施の形態４と同様である。よって、詳細な説明を省略する。
【０１７８】
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の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】
【０１７９】
以上のように、本発明は、水添脱硫器に原料ガスを供給する経路に設けられたエジェクタにてリサイクルガス経路からの水素含有ガスを吸引する水素生成装置において、リサイクルガス経路を流通するリサイクルガス流量が不足することなく安定した硫黄化合物の除去を可能とし、信頼性を向上させた運転を実現することができるので、水添脱硫器に原料ガスを供給する経路に設けられたエジェクタにてリサイクルガス経路からの水素含有ガスを吸引する水素生成装置とその水素生成装置を備えた燃料電池システムに有用である。
【符号の説明】
【０１８０】
１  水添脱硫器
２  原料供給経路
３  原料供給器
４  改質器
５  燃料ガス経路
６  リサイクルガス経路
７  エジェクタ
８  原料循環経路
９  開閉弁
１０  第２合流部
１１  制御器
１２  第１流量計
１３  第２流量計
１４  圧力計
１５  第３流量計
１６  燃料電池
１００  水素生成装置
２００  燃料電池システム
【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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【図９】
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【図１０】
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