(57)【要約】【課題】水素生成装置の、原料パージにおけるアンモニア生成を抑制し、ＣＯ低減器の触媒の被毒を抑える。【解決手段】水素生成装置１００は、改質反応に必要な熱を改質器１へ供給する加熱器４と、ＣＯ低減器１１と、改質器温度検知器１２と、原料中の窒素化合物濃度の情報を取得する窒素化合物濃度取得手段としての情報入力装置５１と、制御器５０とを備え、制御器５０は、第１温度を、改質触媒上に炭化水素による炭素析出が起きる温度より低く、窒素化合物濃度取得手段で取得した窒素化合物濃度が高いほど低く設定し、原料供給器２による改質器１への原料の供給及び水供給器３による改質器１への水の供給を停止させた後、改質器温度が第１温度より低下したら、原料供給器２から改質器１に原料を供給して改質器１とＣＯ低減器１１とを原料を用いてパージするよう制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素及び窒素化合物を含む原料と水を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、
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、
前記改質反応に必要な熱を前記改質器へ供給する加熱器と、
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を低減するＣＯ低減器と、
前記改質器の改質器温度を検知する改質器温度検知器と、
原料中の窒素化合物濃度の情報を取得する窒素化合物濃度取得手段と、
制御器と、
を備えた水素生成装置であって、
前記制御器は、第１温度を、前記改質触媒上に炭化水素による炭素析出が起きる温度より低く、かつ、前記窒素化合物濃度取得手段で取得した窒素化合物濃度が高いほど低く設定し、
前記原料供給器による前記改質器への原料の供給及び前記水供給器による前記改質器への水の供給を停止させた後、前記改質器温度が第１温度より低下したら、前記原料供給器から前記改質器に原料を供給して前記改質器と前記ＣＯ低減器とを原料を用いてパージするよう制御する、
水素生成装置。
【請求項２】
前記窒素化合物濃度取得手段が、前記窒素化合物濃度の情報を入力する情報入力装置である請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記窒素化合物濃度の情報の初期値が予め入力されている、請求項１または２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記窒素化合物濃度取得手段が、外部から送信された前記窒素化合物濃度の情報を受信するための通信装置である請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記窒素化合物濃度情報の情報が位置情報であり、位置情報から窒素化合物濃度を決定する請求項２から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から５のいずれか１項に記載の水素生成装置と、酸化剤ガス及び前記水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システム。
【請求項７】
炭化水素及び窒素化合物を含む原料と水を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、
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、
前記改質反応に必要な熱を前記改質器へ供給する加熱器と、
前記改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を低減するＣＯ低減器と、
を備えた水素生成装置であって、
前記改質触媒上に炭化水素による炭素析出が起きる温度より低く、原料中の窒素化合物濃度が高いほど低く設定される第１温度を設定するステップと、
前記原料供給器による前記改質器への原料の供給及び前記水供給器による前記改質器への水の供給を停止させた後、前記改質器の改質器温度が第１温度より低下したら、前記原料供給器から前記改質器に原料を供給して前記改質器と前記ＣＯ低減器とを原料を用いて
パージするステップと、を備えた、水素生成装置の運転方法。
【請求項８】
水素生成装置と、酸化剤ガス及び前記水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記水素生成装置を請求項７に記載の水素生成装置の運転方法で運転する、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を低減するＣＯ低減器を備えた水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システム並びにその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エネルギーを有効に利用することが可能である分散型の発電装置として、発電効率及び総合効率が共に高い燃料電池コージェネレーションシステム（以下、単に「燃料電池システム」という）が注目されている。
【０００３】
この燃料電池システムは、発電部の本体として、燃料電池を備えている。この燃料電池としては、例えば、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池、固体高分子形燃料電池、或いは、固体電解質形燃料電池等が用いられる。
【０００４】
これらの燃料電池の内で、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池（略称、「ＰＥＦＣ」）は、発電運転の際の動作温度が比較的低いため、燃料電池システムを構成する燃料電池として好適に用いられる。特に、固体高分子形燃料電池は、リン酸形燃料電池と比べて、電極触媒の劣化が少なく、かつ電解質の逸散が発生しないため、携帯用電子機器や電気自動車等の用途において特に好適に用いられる。
【０００５】
さて、燃料電池の多く、例えば、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池は、発電運転の際に水素を燃料として用いる。しかし、それらの燃料電池において発電運転の際に必要となる水素の供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されてはいない。
【０００６】
従って、リン酸形燃料電池や固体高分子形燃料電池を備える燃料電池システムにより電力を得るためには、その燃料電池システムの設置場所において、燃料としての水素を生成する必要がある。
【０００７】
燃料電池に供給する水素を生成する方法として、改質反応が一般的に用いられている。改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをＮｉ系やＲｕ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。
【０００８】
また、改質器では副反応として一酸化炭素（ＣＯ）を生成するため、ＣＯが燃料電池を被毒して電圧を低下させる場合（固体高分子型燃料電池等の場合）は、ＣＯ低減器を改質器の下流側に備える。
【０００９】
ＣＯ低減器の触媒としては、ＣＯと水蒸気を反応させＣＯを低減するＣＯ変成触媒と、ＣＯと微量に加えた酸素を反応させてＣＯを酸化除去する選択酸化触媒が例示される。それぞれの触媒をＣＯ除去反応に適した温度範囲にすることでＣＯ低減器として機能する。
【００１０】
ところで、水素生成装置の改質器に原料として供給される天然ガスは、通常、微量の窒素化合物を含有している。この窒素化合物の含有率は、例えば、天然ガスを供給する地域により異なっている。
【００１１】
そして、この窒素化合物を含有する天然ガスが水素生成装置の改質器に供給されると、その改質器が備える改質触媒上において、水蒸気改質反応により生成される水素と窒素化
合物との化学反応が進行することにより、アンモニアが生成されることがある。
【００１２】
ＣＯ低減器に設けられた選択酸化触媒の触媒種によっては、改質器で生成されたアンモニアにより被毒される場合がある。アンモニアによる選択酸化触媒の被毒は、ＣＯ低減器のＣＯ除去性能を著しく低下させる。これは、固体高分子形燃料電池における電極触媒のＣＯによる被毒の原因となり、固体高分子形燃料電池の発電性能を著しく低下させる。
【００１３】
また、水素生成装置を停止したとき、装置内の触媒が高温状態であり、また、停止に伴う温度低下によって装置内が減圧されることから、装置内に空気が混入する確率が高くなる。そして、このように触媒が高温の酸化雰囲気下におかれると、シンタリング等により触媒の活性低下が顕著となる。
【００１４】
そこで、装置内ガスパージを行って触媒活性の低下を防止することが望まれる。装置内ガスパージ用のガスとして不活性ガスが望ましいが、インフラストラクチャーとして整備されていないので、一般的には原燃料により装置内ガスパージを行う。ただし、高温で、かつ酸化剤（水蒸気）がない状態で、パージ用の原燃料ガスを供給すると、改質触媒上にカーボンの析出が起こり、触媒性能が低下する問題がある。
【００１５】
そこで、装置の停止動作において、触媒の温度が原燃料の熱分解を生じる温度よりも低下した後に原燃料による水素生成装置のガスパージを行う方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−２０９６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の構成では、原料に窒素化合物が含まれている場合、原料パージ中に窒素と改質器中に残存する水素が反応して、アンモニアを生成し、アンモニアがＣＯ低減器の触媒を被毒する恐れがあった。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、原料パージにおけるアンモニア生成を抑制し、ＣＯ低減器の触媒の被毒を抑えることができる水素生成装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減器と、改質器の改質器温度を検知する改質器温度検知器と、原料中の窒素化合物濃度の情報を取得する窒素化合物濃度取得手段と、制御器とを備え、制御器は、原料パージを開始する温度の基準となる第１温度を、改質触媒上に炭化水素による炭素析出が起きる温度より低く、かつ、窒素化合物濃度取得手段で取得した窒素化合物濃度が高いほど低く設定し、原料供給器による改質器への原料の供給及び水供給器による改質器への水の供給を停止させた後、改質器温度が第１温度より低下したら、原料供給器から改質器に原料を供給して改質器とＣＯ低減器とを原料を用いてパージするよう制御するのである。
【００２０】
これにより、窒素化合物濃度に応じて原料パージを開始する温度を変化させて、改質器に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、アンモニアの生成を抑制できＣＯ低減器の触媒の被毒を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の水素生成装置及び燃料電池システムは、原料に窒素が含まれている場合、改質器に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、原料パージ中のアンモニア生成を抑制できる。そのため、ＣＯ低減器の被毒を抑制でき、水素含有ガス中のＣＯ濃度の増加による燃料電池システムの発電停止を抑止することができるため、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１の水素生成装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の水素生成装置における第１温度の設定方法を示すフローチャート
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１の水素生成装置における窒素化合物濃度を入力する前の表示装置の画面を示すイメージ図（ｂ）本発明の実施の形態１の水素生成装置における窒素化合物濃度を入力した後の表示装置の画面を示すイメージ図
【図４】本発明の実施の形態１の水素生成装置における窒素化合物濃度に基づく第１温度の設定方法を説明するための説明図
【図５】本発明の実施の形態２の水素生成装置における第１温度の設定方法を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態２の水素生成装置における市外局番と窒素化合物濃度の対応関係を示すテーブル図
【図７】本発明の実施の形態３の水素生成装置における水素生成装置の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態３の水素生成装置における窒素化合物濃度の情報を取得するためのマップの概念を示す模式図
【図９】本発明の実施の形態３の水素生成装置における第１温度の設定方法を示すフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態４の燃料電池システムにおける第１温度の設定方法を示すフローチャート
【図１２】本発明の実施の形態４の燃料電池システムにおけるエリア名と窒素化合物濃度の対応関係を示すテーブル図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の発明は、炭化水素及び窒素化合物を含む原料と水を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質反応に必要な熱を改質器へ供給する加熱器と、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減器と、改質器の改質器温度を検知する改質器温度検知器と、原料中の窒素化合物濃度の情報を取得する窒素化合物濃度取得手段と、制御器と、を備えた水素生成装置であって、制御器は、第１温度を、改質触媒上に炭化水素による炭素析出が起きる温度より低く、かつ、窒素化合物濃度取得手段で取得した窒素化合物濃度が高いほど低く設定し、原料供給器による改質器への原料の供給及び水供給器による改質器への水の供給を停止させた後、改質器温度が第１温度より低下したら、原料供給器から改質器に原料を供給して改質器とＣＯ低減器とを原料を用いてパージするよう制御するのである。
【００２４】
これにより、改質器に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、アンモニアの生成を抑制できＣＯ低減器の触媒の被毒を抑えることができる。
【００２５】
第２の発明は、特に、第１の発明において、窒素化合物濃度取得手段として、窒素化合物濃度の情報を入力する情報入力装置を用いたものである。これにより、手動で窒素化合物濃度を入力でき、水素生成装置設置後の窒素化合物濃度の情報変更を容易に行うことができる。
【００２６】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、窒素化合物濃度の情報の初期値が予め入力されている。これにより、窒素化合物濃度の情報の入力漏れを防ぐことができる。
【００２７】
第４の発明は、特に、第１の発明において、窒素化合物濃度取得手段として、外部から送信された窒素化合物濃度の情報を受信するための通信装置を用いたものである。これにより、遠隔操作で窒素化合物濃度を入力することが可能になる。
【００２８】
第５の発明は、特に、第２から第４のいずれか１つの発明において、窒素化合物濃度情報の情報が位置情報であり、位置情報から窒素化合物濃度を決定するのである。これにより、位置情報を水素生成装置に与えることにより自動的に窒素化合物濃度を取得することができる。また、窒素化合物濃度の入力漏れや入力ミスを防ぐことができる。
【００２９】
第６の発明は、特に、第１から第５のいずれか１つの発明の水素生成装置と、酸化剤ガス及び水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムである。これにより、ＣＯ低減器の被毒を抑制して、燃料電池に供給される水素含有ガス中のＣＯ濃度が低い運転を継続でき、燃料電池の劣化を抑制することができるため、信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００３０】
第７の発明は、炭化水素及び窒素化合物を含む原料と水を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器に水を供給する水供給器と、改質反応に必要な熱を改質器へ供給する加熱器と、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、改質触媒上に炭化水素による炭素析出が起きる温度より低く、原料中の窒素化合物濃度が高いほど低く設定される第１温度を設定するステップと、原料供給器による改質器への原料の供給及び水供給器による改質器への水の供給を停止させた後、改質器の改質器温度が第１温度より低下したら、原料供給器から改質器に原料を供給して改質器とＣＯ低減器とを原料を用いてパージするステップと、を備えるものである。
【００３１】
これにより、改質器に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、アンモニアの生成を抑制できＣＯ低減器の触媒の被毒を抑えることができる。
【００３２】
第８の発明は、水素生成装置と、酸化剤ガス及び水素生成装置からの水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、水素生成装置を第７の発明の水素生成装置の運転方法で運転するのである。
【００３３】
これにより、ＣＯ低減器の被毒を抑制し、燃料電池に供給される水素含有ガス中のＣＯ濃度が低い運転を継続でき、燃料電池の劣化を抑制することができるため、信頼性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００３４】
以下、本発明を、実施の形態でさらに詳しく説明するが、本発明が、これら実施の形態により制限されないことは勿論である。
【００３５】
（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１００の構成を示すブロック図である。
【００３６】
図１において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【００３７】
改質器温度検知器１２は改質器１の温度を検知する。改質器温度検知器１２は熱電対によって構成される。原料供給器２は原料を改質器１に供給する。原料供給器２は昇圧器によって構成される。水供給器３は水を改質器１に供給する。水供給器３は水の流量を調整でき、ポンプによって構成される。
【００３８】
ＣＯ低減器１１は、改質器１から出た水素含有ガス中のＣＯを選択酸化反応により低減させる選択酸化反応器とする。選択酸化用空気供給器６は、ＣＯ低減器１１へ供給される選択酸化用空気を供給するブロアである。
【００３９】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して水素利用機器１５０に供給される。水素供給路８はＣＯ低減器１１から水素利用機器１５０まで繋がっている。水素供給路８の途中に封止器７が設けられる。封止器７は電磁弁で構成される。
【００４０】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、水素生成装置の起動中は、改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、ＣＯ低減器１１から封止器７の間で分岐して封止器１３を通り、加熱器４に導入される燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【００４１】
燃料電池１５１へ水素含有ガスの供給を開始してからは、燃料電池１５１で利用されなかったガスは、リターン流路１５から封止器１４及び燃料供給路１０を介して加熱器４に供給される。燃料供給器９はポンプによって構成される。封止器１３及び封止器１４は電磁弁で構成される。空気供給器５は、加熱器４に燃焼空気を供給する。空気供給器５は、ファンにより構成される。
【００４２】
制御器５０は、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されている。また、水素生成装置１００の出荷時に、原料中の窒素化合物濃度の初期値が制御器５０に記憶されている。初期値を１．０％とする。
【００４３】
情報入力装置５１は、キーボードで構成され、情報をデータ信号に変換して制御器５０に入力する。表示装置５２は、液晶パネルで構成され、制御器５０から出力される表示信号に応じて表示を行う。
【００４４】
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。なお、以下の動作は、制御器５０が水素生成装置１００を制御することによって行われる。
【００４５】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７と封止器１４を閉止、封止器１３を開封し、水素供給路８から分岐して伸び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０がガス通気状態となっている。
【００４６】
よって、原料供給器２の動作開始により原料が改質器１に供給されると、改質器１を通
過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を用いて加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。点火電極（図示せず）により加熱器４の着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。
【００４７】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が水素利用機器１５０への供給に適した組成になった段階で、封止器１３を閉止、封止器７と封止器１４を開封し、水素利用機器１５０に水素含有ガスが供給される。
【００４８】
水素生成装置１００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３を停止させる。水素生成装置１００の停止後、改質器温度検知器１２によって検知される改質器温度が、第１温度まで下降したら、原料供給器２が動作し原料による改質器１及びＣＯ低減器１１のパージ動作を開始する。
【００４９】
このとき、封止器７と封止器１４は閉止、封止器１３を開封して、パージで流した原料を加熱器４に供給し、空気供給器５から供給される空気と燃焼させる。パージ動作を開始する第１温度は、改質触媒上に炭素析出が起こらない温度（４００℃）より低く、かつ、窒素化合物濃度が高いほど低く設定され、改質器に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度である。第１温度は以下に説明する方法で設定される。
【００５０】
図２は、本発明の実施の形態１の水素生成装置１００における第１温度の設定方法を示すフローチャートである。第１温度の設定は、図２のフローチャートに従って行われる。
【００５１】
まず、ユーザは、図示されない操作部を操作して、第１温度設定モードに切り換える。この動作は制御器５０の制御により遂行される。
【００５２】
図３（ａ）は本発明の実施の形態１の水素生成装置１００における窒素化合物濃度を入力する前の表示装置の画面を示すイメージ図である。
【００５３】
第１温度設定モードに切り換えられえると、制御器５０は、表示装置５２に窒素化合物濃度入力画面を表示する（Ｓ１０１）。そして、窒素化合物濃度が入力されるのを待機する（Ｓ１０２）。
【００５４】
図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１の水素生成装置１００における窒素化合物濃度を入力した後の表示装置の画面を示すイメージ図である。
【００５５】
ユーザが、情報入力装置５１を操作して、窒素化合物濃度を図３（ａ）に示された画面における「■」の箇所に書き込み、確定操作をすると、制御器５０に窒素化合物濃度の値が上書きされる。本実施の形態では、窒素化合物濃度が５．５％と入力されたとする。
【００５６】
図４は、本発明の実施の形態１の水素生成装置１００における窒素化合物濃度に基づく第１温度の設定方法を説明するための説明図である。
【００５７】
窒素化合物濃度が入力されると、図４の関係に基づき、第１温度は、改質触媒上への炭素析出温度（４００℃）より低く、かつ、原料の窒素化合物濃度が高いほど低く設定される。本実施の形態では、窒素化合物濃度が５．５％と入力されたので、図４のように第１温度は２５０℃と設定される（Ｓ１０３）。
【００５８】
水素生成装置１００の停止後は、上記の方法により設定された２５０℃まで改質器温度が下降したらパージ動作を開始する。
【００５９】
以上の動作により、原料に窒素が含まれている場合でも、改質器１に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、アンモニアの生成を抑制できＣＯ低減器１１の触媒の被毒を抑えることができる。
【００６０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の水素生成装置１００の構成は実施の形態１と同じであり、実施の形態２の水素生成装置１００の構成を示すブロック図は図１に示すものである。
【００６１】
実施の形態１と異なるのは、窒素化合物濃度を位置情報との対応関係から設定し、原料パージ開始温度を決定するところである。本実施の形態では位置情報を市外局番とした場合を説明する。
【００６２】
原料パージ開始温度を第１温度とする。パージ動作を開始する第１温度は、改質触媒上に炭素析出が起こらない温度（４００℃）より低く、かつ、窒素化合物濃度が高いほど低く設定され、改質器１に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度である。第１温度は以下に説明する方法で設定される。
【００６３】
図５は、本発明の実施の形態２の水素生成装置１００における第１温度設定に関するフローチャートである。第１温度の設定は、図５のフローチャートに従って行われる。
【００６４】
まず、ユーザは、図示されない操作部を操作して、第１温度設定モードに切り換える。第１温度設定モードに切り換えられえると、制御器５０は、表示装置５２に市外局番入力画面を表示（Ｓ２０１）して、市外局番が入力されるのを待機する（Ｓ２０２）。
【００６５】
図６は本発明の実施の形態２の水素生成装置１００における市外局番と窒素化合物濃度の対応関係を示すテーブルである。図６に示すテーブルは予め制御器５０に記憶されている。
【００６６】
市外局番が入力されたら、市外局番と窒素化合物濃度の対応テーブルに存在するかを判定する（Ｓ２０３）。入力された市外局番がテーブルに存在しなければＳ２０１に戻る（Ｓ２０４）。入力された市外局番がテーブルに存在すれば、市外局番に対応する窒素化合物濃度を制御器５０が取得する。
【００６７】
本発明の実施の形態２の窒素化合物濃度と第１温度との関係を示す説明図は実施の形態１と同じであり、実施の形態２の窒素化合物濃度に基づく第１温度の設定方法を説明するための説明図は図４に示すものである。
【００６８】
取得された窒素化合物濃度に基づいて、第１温度は、改質触媒上への炭素析出温度（４００℃）より低く、かつ原料の窒素化合物濃度が高いほど低く設定される（Ｓ２０５）。市外局番が０３と入力されれば窒素化合物濃度が３．０％であるので、図４のように第１温度は３００℃と設定される。
【００６９】
水素生成装置１００の停止後は、上記の方法により設定された３００℃まで改質器温度が下降したらパージ動作を開始する。
【００７０】
以上の動作により、改質器１に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、アンモニアの生成を抑制できＣＯ低減器１１の触媒の被毒を抑えることができる。また、位置情報として市外局番を水素生成装置１００に与えることにより自動的に窒素化合物濃度を取得することができる。そのため、窒素化合
物濃度の入力漏れや入力ミスを防ぐことができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では位置情報の取得に市外局番を用いたが、郵便番号や住所であってもよい。その場合、郵便番号や住所に対する窒素化合物濃度の対応テーブルを予め制御器５０に記憶させておく。
【００７２】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における水素生成装置１００の構成を示すブロック図である。本実施の形態において、図１と同様の構成は図１と同一符号を付し、その説明を省略する。図１と異なるのは、制御器５０に無線通信装置５３から位置情報を取得して、窒素化合物濃度の情報を得るところである。無線通信装置５３はＧＰＳ衛星と無線通信可能に構成されている。
【００７３】
得られた窒素化合物濃度をもとに原料パージ開始温度を設定する。原料パージ開始温度を第１温度とする。パージ動作を開始する第１温度とは、改質触媒上に炭素析出が起こらない温度（４００℃）より低く、かつ、窒素化合物濃度が高いほど低く設定され、改質器１に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度である。
【００７４】
図８は、制御器５０に格納された窒素化合物濃度の情報を取得するためのマップの概念を示す模式図である。図８のマップは予め制御器５０に記憶されている。
【００７５】
図９は、本発明の実施の形態３の水素生成装置１００における第１温度の設定方法を示すフローチャートである。第１温度の設定は、図９のフローチャートに従って行われる。
【００７６】
まず、ユーザは、図示されない操作部を操作して、第１温度設定モードに切り換える。第１温度設定モードに切り換えられると、無線通信装置５３がＧＰＳ衛星と通信して、位置情報を取得する（Ｓ３０１）。位置情報が取得されると、図８のマップと対比し（Ｓ３０２）、マップの位置に相当する窒素化合物濃度を取得する。
【００７７】
図８に示されているようにＧＰＳ衛星から経度１３５°、緯度３５°と位置情報が得られれば、窒素化合物濃度は３．０％である。
【００７８】
本発明の実施の形態３の窒素化合物濃度と第１温度との関係を示す説明図は実施の形態１と同じであり、実施の形態３の窒素化合物濃度に基づく第１温度の設定方法を説明するための説明図は図４に示すものである。
【００７９】
窒素化合物濃度が取得されると、第１温度は、改質触媒上への炭素析出温度（４００℃）より低く、かつ、原料の窒素化合物濃度が高いほど低く設定される（Ｓ３０４）。窒素化合物濃度が３．０％であれば図４に示すように第１温度は３００℃と設定される。
【００８０】
水素生成装置１００の停止後は、上記の方法により設定された３００℃まで改質器温度が下降したらパージ動作を開始する。
【００８１】
以上の動作により、改質器１に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、アンモニアの生成を抑制できＣＯ低減器１１の触媒の被毒を抑えることができる。また、位置情報を水素生成装置１００に与えることにより自動的に窒素化合物濃度を取得することができる。そのため、窒素化合物濃度の入力漏れや入力ミスを防ぐことができる。
【００８２】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４における燃料電池システム２００の構成を示すブロック図である。
【００８３】
図１０において、改質器１は、原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。原料は、都市ガスとする。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。改質反応は、水蒸気改質反応とする。
【００８４】
改質器温度検知器１２は改質器１の温度を検知する。改質器温度検知器１２は熱電対によって構成される。原料供給器２は原料を改質器１に供給する。原料供給器２は昇圧器によって構成される。水供給器３は水を改質器１に供給する。水供給器３は水の流量を調整できるもので、ポンプによって構成される。
【００８５】
ＣＯ低減器１１は、改質器１から出た水素含有ガス中のＣＯを選択酸化反応、により低減させる選択酸化反応器とする。選択酸化用空気供給器６は、ＣＯ低減器１１へ供給される選択酸化用空気を供給するブロアである。
【００８６】
水素生成装置１００で生成された水素含有ガスは、水素供給路８を介して燃料電池１５１に供給される。水素供給路８はＣＯ低減器１１から燃料電池１５１まで繋がっている。水素供給路８の途中に封止器７が設けられている。封止器７は電磁弁で構成される。燃料電池１５１は固体高分子型燃料電池とする。
【００８７】
加熱器４は、改質器１を加熱する燃焼器とする。加熱器４の燃焼に用いる燃料には、水素生成装置１００の起動中は、改質器１より排出される水素含有ガスが用いられる。加熱器４に供給される水素含有ガスは、ＣＯ低減器１１から封止器７の間で分岐して封止器１３を通り、加熱器４に導入される燃料供給路１０を介して加熱器４に直接供給される。
【００８８】
燃料電池１５１へ水素含有ガスの供給を開始してからは、燃料電池１５１で利用されなかったガスは、リターン流路１５から封止器１４及び燃料供給路１０を介して加熱器４に供給される。燃料供給器９はポンプによって構成される。封止器１３及び封止器１４は電磁弁で構成される。空気供給器５は、加熱器４に燃焼空気を供給する。空気供給器５は、ファンにより構成される。
【００８９】
制御器５０は、燃料電池システム２００全体を制御可能な制御装置とする。制御器５０は、演算処理部（図示せず）であるＣＰＵと、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）であるメモリとを備える。制御器５０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されている。
【００９０】
図１２は、エリア名と窒素化合物濃度の対応を示すテーブルである。Ａ１，Ａ２，Ａ３はエリア名を示す。図１２に示すテーブルが制御器５０に記憶されている。また、燃料電池システム２００の出荷時に、その製造番号を制御器５０に記憶させている。
【００９１】
ここで、出荷時に燃料電池システム２００のサービスステーションの所定のサーバ（図示せず、以下、サービスサーバ）に製造番号と出荷先の住所を記憶させる。また、燃料電池システム２００の出荷時に、原料中の窒素化合物濃度の初期値が制御器５０に記憶されている。初期値を１．０％とする。無線通信装置５３は、データ通信網に接続され、サービスサーバとの通信が可能となっている。
【００９２】
以上のように、構成された本実施の形態の燃料電池システム２００について、以下、その動作、作用を説明する。なお、以下の動作は、制御器５０が燃料電池システム２００を制御することによって行われる。
【００９３】
水素生成装置１００が起動すると、加熱器４における燃焼を開始する。このとき、封止器７と封止器１４を閉止、封止器１３を開封し、水素供給路８から分岐して伸び、加熱器４に至る燃焼用の燃料供給路１０がガス通気状態となっている。
【００９４】
よって、原料供給器２の動作開始により原料が改質器１に供給されると、改質器１を通過した原料は、上記燃焼用の燃料供給路１０を用いて加熱器４に供給される。同時に、空気供給器５の動作開始により、燃焼用の空気が加熱器４に供給される。点火電極（図示せず）により加熱器４の着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、燃料の燃焼が起こる。このようにして、加熱器４から供給される燃焼熱により、改質器１加熱される。
【００９５】
次いで、水供給器３の動作開始により、改質器１に水が供給される。水の供給開始後、改質器１で生成された水素含有ガスの組成が燃料電池１５１への供給に適した組成になった段階で、封止器１３を閉止、封止器７と封止器１４を開封し、燃料電池１５１に水素含有ガスが供給される。燃料電池システム２００を停止させる場合は、原料供給器２と水供給器３を停止させる。
【００９６】
燃料電池システム２００の停止後、改質器温度検知器１２によって検知される改質器温度が、第１温度まで下降したら、原料供給器２が動作し原料による改質器１及びＣＯ低減器１１のパージ動作を開始する。このとき、封止器７と封止器１４は閉止、封止器１３を開封して、パージで流した原料を加熱器４に供給し、空気供給器５から供給される空気と燃焼させる。
【００９７】
パージ動作を開始する第１温度は、改質触媒上に炭素析出が起こらない温度（４００℃）より低く、かつ、窒素化合物濃度が高いほど低く設定され、改質器１に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度である。第１温度は以下に説明する方法で設定される。
【００９８】
図１１は、本発明の実施の形態４の燃料電池システム２００における第１温度の設定方法を示すフローチャートである。第１温度の設定は、図１１のフローチャートに従って行われる。
【００９９】
制御器５０が燃料電池システム２００の設置後に、自動で第１温度設定モードに切り換える。
【０１００】
第１温度設定モードに切り換えられると、無線通信装置５３がサービスサーバとの、通信を開始する（Ｓ４０１）。通信を開始すると、サービスサーバが、燃料電池システム２００の製造番号からその出荷先住所を取得し、エリア名を特定する（Ｓ４０２）。そのエリア名をサービスサーバから無線通信装置５３に送信する。
【０１０１】
無線通信装置５３で取得したエリア名から制御器５０が、図１２のエリア名と窒素化合物濃度の対応テーブルを対比し（Ｓ４０３）、窒素化合物濃度を取得する。窒素化合物濃度取得に失敗した場合は、Ｓ４０２に戻る（Ｓ４０４）。図１２のようにエリアＡ３が取得されたとき、窒素化合物濃度は３．０％となる。
【０１０２】
本発明の実施の形態４における窒素化合物濃度と第１温度との関係を示す説明図は実施の形態１と同じであり、実施の形態４の窒素化合物濃度に基づく第１温度の設定方法を説明するための説明図は図４に示すものである。
【０１０３】
窒素化合物濃度が取得されると、第１温度は、改質触媒上への炭素析出温度（４００℃
）より低く、かつ、原料の窒素化合物濃度が高いほど低く設定される（Ｓ４０５）。窒素化合物濃度が３．０％であれば図４に示すように第１温度は３００℃と設定される。
【０１０４】
水素生成装置１００の停止後は、上記の方法により設定された３００℃まで改質器温度が下降したらパージ動作を開始する。
【０１０５】
以上の動作により、改質器１に残存する水素と原料中の窒素化合物が反応しない温度まで低下してから原料パージを行うため、アンモニアの生成を抑制できＣＯ低減器１１の触媒の被毒を抑えることができる。さらに、燃料電池１５１に供給される水素含有ガス中のＣＯ濃度が低い運転を継続でき、燃料電池１５１の劣化を抑制することができるため、信頼性の高い燃料電池システム２００を提供することができる。
【０１０６】
なお、燃料電池１５１は、リン酸型燃料電池やアルカリ燃料電池であってもよい。
【０１０７】
なお、水素含有ガスの加熱器４への供給は燃料電池１５１を経由し、燃料電池１５１から排出されて加熱器４に供給されてもよいし、加熱器４において、燃料供給器９から水素含有ガスに燃料を追加して燃焼されてもよい。
【０１０８】
上記の説明から、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／また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】
【０１０９】
本発明の水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システム並びにその運転方法は、原料に窒素化合物が含まれている場合、原料パージ中のアンモニア生成を抑制することができるため、家庭用コージェネレーションシステムに好適である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  改質器
２  原料供給器
３  水供給器
４  加熱器
５  空気供給器
６  選択酸化用空気供給器
７  封止器
８  水素供給路
９  燃料供給器
１０  燃料供給路
１１  ＣＯ低減器
１２  改質器温度検知器
１３  封止器
１４  封止器
１５  リターン流路
５０  制御器
５１  情報入力装置
５２  表示装置
５３  無線通信装置
１００  水素生成装置
１５０  水素利用機器
１５１  燃料電池
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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【図１１】
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【図１２】
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