(57)【要約】【課題】炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる改質器において、原料パージによる停止動作時間を短縮できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素生成装置１０は、改質器１と、改質器１に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を供給する原料供給器２と、改質器１に水を供給する水供給器３と、改質器内の触媒温度を検出する温度検出手段４と、制御器２０と、を備え、制御器２０は、停止動作において、改質器１の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生しなくなる温度まで降下した後、原料供給器２と水供給器３を動作させて、改質器１で生成したメタン含有ガスでパージするので、改質反応により供給した原料よりも多くの体積の炭化水素が得られるので、停止動作時間を短縮できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする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、前記改質器内部の触媒温度を検出する温度検出手段と、制御器と、を備え、
前記制御器は、水素生成の停止動作において、前記改質器内部の触媒温度が、前記原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下した後、前記原料供給器と前記水供給器を動作させて前記改質器で改質反応によりメタンを生成させ、前記メタンを含有するガスで前記改質器をパージするよう制御する、水素生成装置。
【請求項２】
前記制御器は、水素生成の停止動作において、前記改質器内部の触媒温度が、前記原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下するまでの間、前記原料供給器及び前記水供給器を動作させる、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、水素生成の停止動作において、前記改質器内部の触媒温度が、前記原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下するまでの間、前記原料供給器及び前記水供給器を停止させる、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記改質器内部の触媒温度が、前記第一の温度閾値まで降下した後、前記原料供給器が前記改質器の内容積の１〜３．３倍の前記原料を前記改質器に供給するよう制御する、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】
前記制御器は、前記改質器内部の触媒温度が、前記第一の温度閾値まで降下した後、前記メタンを含有するガスの露点が０℃未満となるように、前記原料供給器と前記水供給器を動作させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記改質器から送出されたガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に空気を供給する燃焼空気供給器とを備え、前記制御器は、前記改質器内部の触媒温度が前記第一の温度閾値まで降下した後、前記パージに用いた前記メタンを含有するガスを前記燃焼器で燃焼させ、前記第一の温度閾値を超えた場合は燃焼を停止させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記改質器から送出されたガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に空気を供給する燃焼空気供給器とを備え、前記制御器は、前記改質器内部の触媒温度が前記第一の温度閾値まで降下した後、前記パージに用いた前記メタンを含有するガスを前記燃焼器で燃焼させ、前記第一の温度閾値を超えた場合は前記燃焼空気供給器から前記燃焼器に供給する空気の流量を増大させる、請求項１から６のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記改質器から送出されたガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素低減器と、前記一酸化炭素低減器に空気を供給する、一酸化炭素低減空気供給器と、を備えた請求項１から７のいずれか１項に記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から送出された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備え、
前記制御器は、前記パージ動作において、前記一酸化炭素低減空気供給器を動作させる燃料電池システム。
【請求項９】
改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする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、前記改質器内部の触媒温度を検出する温度検出手段と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、
前記水素生成の停止動作において、前記改質器内部の触媒温度が、前記原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下した後、前記原料供給器と前記水供給器を動作させて前記改質器で改質反応によりメタンを生成させ、前記メタンを含有するガスで前記改質器をパージする、水素生成装置の運転方法。
【請求項１０】
改質反応により水素含有ガスを生成する改質器、前記改質器に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を供給する原料供給器、前記改質器に水を供給する水供給器、前記改質器内部の触媒温度を検出する温度検出手段、前記改質器から送出されたガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素低減器、前記一酸化炭素低減器に空気を供給する一酸化炭素低減空気供給器を備えた水素生成装置と、前記水素生成装置から送出された水素含有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の運転方法であって、
水素生成の停止動作において、前記改質器内部の触媒温度が、前記原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下した後、前記原料供給器と前記水供給器を動作させて前記改質器で改質反応によりメタンを生成させ、前記メタンを含有するガスで前記改質器をパージするとともに、前記一酸化炭素低減空気供給器を動作させる、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、炭化水素を改質して水素含有ガスを生成する水素生成装置、及び、水素含有ガスと空気とを電気化学反応させて発電する燃料電池システムとその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電時の燃料として用いる水素含有ガスは一般的なインフラガスとして整備されていない。このため、燃料電池システムは、通常、改質器を有する水素生成装置を備える。改質器では、一般的なインフラであるＬＰガス、都市ガス、あるいは天然ガスから水素含有ガスが改質反応により生成される。改質反応は、例えば、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。
【０００３】
この水蒸気改質反応では、原料となるＬＰガスと水蒸気とをＮｉ系、Ｒｕ系またはＲｈ系等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が生成される。また、改質器を水蒸気改質反応に必要な温度にするため、燃焼器で改質器を加熱している。
【０００４】
起動時は、水素生成装置を通流した原料ガスを燃焼器に戻して燃焼させ、燃料電池に水素含有ガスを供給している時は、燃料電池から排出される燃料オフガスを燃焼器で燃焼させる方法が一般的である。
【０００５】
また、改質器では副反応として一酸化炭素を生成するため、一酸化炭素が燃料電池のアノード触媒を被毒して電圧を低下させる場合は（固体高分子形燃料電池の場合）、一酸化炭素除去器を改質器の下流側に備える。一酸化炭素除去器では、一酸化炭素と水蒸気を反応させ一酸化炭素を低減する一酸化炭素変成触媒と、一酸化炭素と酸素を反応させて一酸化炭素を酸化除去する選択酸化触媒を備える。
【０００６】
ところで、燃料電池システムの発電停止工程など、水素生成装置を停止する際、水素生成装置のガス経路内に水蒸気が滞留していると、温度降下に伴い水蒸気が凝縮し、触媒と凝縮水の接触が起こり、触媒に付着した水滴により触媒粒子が凝縮し、触媒の性能が低下する。
【０００７】
そこで、水素生成の停止動作において、原料の熱分解による炭素析出が発生しなくなる温度まで改質触媒の温度が降下した後に、水素生成装置に改質器の内容積の１〜１０倍の原料を供給して、水素生成装置内部の水蒸気を除去し燃料電池システム外に希釈排気する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、改質器そのものの構造や触媒の量を変更せずとも、１３Ａに代表される都市ガスとＬＰガスを切り替えたときに同一量の水素を製造できるように、原料流量を調整する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６２５８０号公報
【特許文献２】特許第３７３８８８８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、特許文献１で提案されたものは、パージ工程では燃焼器に導かれたパージガスを希釈排気する構成となっているが、１３ＡガスとＬＰガスの希薄側可燃範囲の違いから、ＬＰガスを原料とする燃料電池システムは１３Ａ用燃料電池システムに比べ、以下の制約が提起される。
【００１１】
すなわち、１３Ａの主成分であるメタンの希薄側可燃限界が、５．０ｖｏｌ％であるのに対して、ＬＰガスの主成分であるプロパンの希薄側可燃限界は、２．１ｖｏｌ％であるため、可燃範囲外で希釈排気するためには、ＬＰガス用燃料電池システムのパージ工程における原料流量を、１３Ａ用燃料電池システムの約半分に設定する必要がある。
【００１２】
パージ工程における原料流量が約半分になるので、ＬＰガス用燃料電池システムのパージの処理時間は、１３Ａ用燃料電池システムの約２倍となり、停止動作時間が長くなるという課題があった。
【００１３】
また、特許文献２に示されるように、同一構成の改質器が、１３Ａガスに代表される都市ガスとＬＰガスのどちらからも、同一量の水素を生成できるように構成された場合であっても、改質器をパージしようとする場合、改質器の内容積は同じであるため、原料が１３Ａであっても、ＬＰガスであっても、同じ体積の原料をパージ用のガスとして供給する必要がある。
【００１４】
そのため、パージＬＰガス用燃料電池システムのパージの処理時間は、１３Ａ用燃料電池システムの約２倍となり、停止動作時間が長くなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする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、改質器内部の触媒温度を検出する温度検出手段と、制御器と、を備え、制御器は、水素生成の停止動作において、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下した後、原料供給器と水供給器を動作させて改質器で改質反応によりメタンを生成させ、メタンを含有するガスで改質器をパージするよう制御を行うものである。
【００１６】
これによって、改質器に供給された炭素数２以上の炭化水素の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素に転換されることにより、供給された原料よりも多くの体積の炭化水素が得られるので、改質器のパージに用いる原料の供給量を増加させることなく、停止動作時間を短縮できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、改質器に供給された炭素数２以上の炭化水素を含む原料の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置および燃料電池システムであっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置および燃料電池システムと同等以下の処理時間で停止処理が可能な水素生成装置および燃料電池システムを構成することが可能となり、停止動作時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１おける水素生成装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】予め実験的に取得した、プロパンを原料としたときの、改質器に投入する原料中の炭素原子数と水の分子数の比と、改質器で生成するメタンを含有するガスの露点の関係の一例を示す特性図
【図３】本発明の実施の形態１における水素生成装置の動作の一例を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態２における水素生成装置の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における水素生成装置の動作の一例を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態１〜４の停止工程における改質器の内部温度の時間変化の一例を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態３における水素生成装置の動作の一例を示すフローチャート
【図８】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の一例を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態４における燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする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、改質器内部の触媒温度を検出する温度検出手段と、制御器と、を備え、制御器は、水素生成の停止動作において、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下した後、原料供給器と水供給器を動作させて改質器で改質反応によりメタンを生成させ、メタンを含有するガスで改質器をパージするよう制御する、水素生成装置である。
【００２０】
これによって、改質器に供給された炭素数２以上の炭化水素を含む原料の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能な水素生成装置を構成することが可能となり、停止動作時間を短縮できる。
【００２１】
第２の発明は、特に第１の発明において、制御器が、水素生成の停止動作において、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下するまでの間、原料供給器及び水供給器を動作させる、水素生成装置である。
【００２２】
これによって、改質器内部の触媒温度が吸熱反応を伴う水蒸気改質反応によって速やかに降下するので、水素生成の停止動作時間を短縮した水素生成装置を構成することが可能となる。
【００２３】
第３の発明は、特に第１の発明において、制御器が、水素生成の停止動作において、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下するまでの間、原料供給器及び水供給器を停止させる、水素生成装置である。
【００２４】
これによって、改質器内部の触媒温度の降下が緩慢になるので、再起動時間の短縮が可能な水素生成装置を構成することが可能となる。
【００２５】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、制御器が、改質器内部の触媒温度が、第一の温度閾値まで降下した後、原料供給器が改質器の内容積の１〜３．３
倍の原料を改質器に供給するよう制御する、水素生成装置である。
【００２６】
これによって、改質器の内容積以上の原料ガスを供給するので、改質器内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージでき、改質器内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００２７】
また、供給された原料の約３倍の体積に増大した炭化水素を含むガスにより、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能な水素生成装置を構成することが可能となり、停止動作時間を短縮できる。
【００２８】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、制御器が、改質器内部の触媒温度が、第一の温度閾値まで降下した後、メタンを含有するガスの露点が０℃未満となるように、原料供給器と水供給器を動作させる、水素生成装置である。
【００２９】
これによって、凝縮水が生成しないので、改質器内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００３０】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明において、改質器から送出されたガスを燃焼させて改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器に空気を供給する燃焼空気供給器とを備え、制御器は、改質器内部の触媒温度が第一の温度閾値まで降下した後、パージに用いたメタンを含有するガスを燃焼器で燃焼させ、第一の温度閾値を超えた場合は燃焼を停止させる、水素生成装置である。
【００３１】
これによって、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に保持できるので、炭素析出による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００３２】
第７の発明は、特に第１〜６のいずれか１つの発明において、改質器から送出されたガスを燃焼させて改質器を加熱する燃焼器と、燃焼器に空気を供給する燃焼空気供給器とを備え、制御器は、改質器内部の触媒温度が第一の温度閾値まで降下した後、パージに用いたメタンを含有するガスを燃焼器で燃焼させ、第一の温度閾値を超えた場合は燃焼空気供給器から燃焼器に供給する空気の流量を増大させる、水素生成装置である。
【００３３】
これによって、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に保持できるので、炭素析出による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００３４】
第８の発明は、特に第１〜７のいずれか１つの発明の水素生成装置と、改質器から送出されたガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素低減器と、一酸化炭素低減器に空気を供給する、一酸化炭素低減空気供給器と、特に第１〜７のいずれか１つの発明の水素生成装置から送出された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備え、制御器が、パージ動作において、一酸化炭素低減空気供給器を動作させる燃料電池システムである。
【００３５】
これによって、パージ動作において改質器で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減できるので、燃料電池のアノード触媒の一酸化炭素による被毒を防止でき、耐久性の高い燃料電池システムを構成することが可能となる。
【００３６】
第９の発明は、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする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、改質器内部の触媒温度を検出する温度検出手段と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、水素生成の停止動作において、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下した後、原料供給器と水供給器を動作させて改質器で改質反応によりメタンを生成させ、メタンを含有するガスで改質器をパージする、水素生成装置の運転方法である。
【００３７】
これによって、改質器に供給された炭素数２以上の炭化水素の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能な水素生成装置を構成することが可能となり、停止動作時間を短縮できる。
【００３８】
また、第１０の発明は、改質反応により水素含有ガスを生成する改質器、改質器に炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を供給する原料供給器、改質器に水を供給する水供給器、改質器内部の触媒温度を検出する温度検出手段、改質器から送出されたガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素低減器、一酸化炭素低減器に空気を供給する一酸化炭素低減空気供給器、制御器を備えた水素生成装置と、水素生成装置から送出された水素含有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の運転方法であって、水素生成の停止動作において、改質器内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値まで降下した後、原料供給器と水供給器を動作させて改質器で改質反応によりメタンを生成させ、メタンを含有するガスで改質器をパージするとともに、一酸化炭素低減空気供給器を動作させる、燃料電池システムの運転方法である。
【００３９】
これによって、パージ動作において改質器で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減できるので、燃料電池のアノード触媒の一酸化炭素による被毒を防止でき、耐久性の高い燃料電池システムを構成することが可能となる。
【００４０】
また、改質器に供給された炭素数２以上の炭化水素の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能となり、停止動作時間を短縮できる燃料電池システムを構成することが可能となる。
【００４１】
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。
【００４２】
（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構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の水素生成装置１０は、改質器１と、原料供給器２と、水供給器３と、温度検出手段４と、制御器２０とを備えている。
【００４３】
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、本実施の形態では、プロパンを用いた。本実施の形態の改質反応は、原料と水蒸気を反応させる水蒸気改質を用いた。また、改質器１の内部には改質触媒（図示せず）が搭載され、改質器１を加熱する熱源（図示せず）を備えている。
【００４４】
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、原料の流量を調整する
ポンプである。水供給器３は、水を改質器１に供給する。水供給器３は、水の流量を調整するポンプである。温度検出手段４は、改質器１の内部温度を測定する熱電対である。
【００４５】
制御器２０は、制御器２０により設定された目標値に基づいて水素生成装置１０の運転を制御する。制御器２０は、信号入出力部（図示せず）と、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。
【００４６】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１０について、以下、その動作、作用を説明する。以下の動作は、制御器２０が水素生成装置１０を制御することによって行われる。
【００４７】
水素生成装置１０が起動すると、熱源によって、改質器１が加熱昇温される。温度検出手段４によって、改質器１の内部温度が水の沸点を超えると、原料供給器２と水供給器３の動作が開始し、改質器１内部の改質触媒（図示せず）で改質反応が進行して、水素含有ガスが生成する。
【００４８】
改質器１の温度が熱源から供給される熱により上昇するにつれて、水素含有ガスの水素濃度は増大し、水素生成装置１０で生成した水素を利用する機器（図示せず）での利用に適した組成になった段階で、起動工程は完了する。
【００４９】
次に、水素生成装置１０の停止方法について図２および図３を参照しながら説明する。
【００５０】
水素生成を停止する制御が実行されると、熱源からの熱の供給が停止され、改質器１の温度は降下する。また、原料供給器２と水供給器３は継続して動作し、水蒸気改質反応の吸熱反応により、改質器１の内部温度は迅速に降下する（ステップＳ１０１）。
【００５１】
このとき、原料と水の供給比率は、原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない状態に保持される。より具体的には、水の分子数と原料中の炭素原子数を示すスチーム・カーボン比（以下、Ｓ／Ｃと記す）を３．０とする。
【００５２】
この間、制御器２０は改質器１の内部温度を温度検出手段４により継続して測定する。原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）に降下した場合（ステップＳ１０２）、制御器は、図２に示すＳ／Ｃと露点の関係に従ってＳ／Ｃを低下させるように動作する（ステップＳ１０３）。具体的には、露点が０℃以下となるように、始めに水供給器３の供給量を減少させて、Ｓ／Ｃを０．３３に設定する。
【００５３】
このとき、改質触媒では以下の反応が進行し、ガスの体積が原料ガスに対して約３倍に増大する。
Ｃ３Ｈ８＋Ｈ２Ｏ→2.46ＣＨ４＋0.43ＣＯ２＋0.11ＣＯ＋0.02Ｈ２Ｏ＋0.06Ｈ２
上記の反応式では、改質触媒温度４００℃における、炭素原子３に対して水分子１というＳ／Ｃ０．３３での反応を示している。
【００５４】
次に、制御器２０は、ステップＳ１０３以降の原料の積算供給量が改質器１の内容積の３．３倍に到達するまで原料供給器２と水供給器３の動作を継続する（ステップＳ１０４）。
【００５５】
ここで、原料の積算供給量が改質器１の内容積の３．３倍に設定した理由を説明する。
【００５６】
改質器１の内部の水蒸気を完全にパージするには、パージガスの積算流量は、少なくとも改質器１の内容積以上（内容積の１倍以上）必要であるが、より確実に水蒸気をパージ
するには、改質器１の内容積の３倍以上のパージガスが必要である。
【００５７】
本実施の形態の改質器１の内容積は１Ｌなので、原料供給器２はステップＳ１０３以降に合計１Ｌの原料と、Ｓ／Ｃ０．３３に相当する水を供給することで、原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスを得て、改質器１内部の水蒸気をパージする。
【００５８】
一方で、炭化水素を含むガスの量は、改質器１の内部の水蒸気を完全にパージできる量であれば、その炭化水素を含むガス量で必要かつ十分であり、むしろ迅速な停止処理により、再起動にかかる時間を短縮することで、ユーザーの利便性に配慮するという観点からは、パージ処理の時間は短い方が望ましく、炭化水素を含むガスの積算量は多くとも改質器１の内容積の１０倍以下に抑制される。
【００５９】
パージに用いる炭化水素を含むガスは、その体積の１／３の原料より生成されるため、原料の積算供給量は、１０／３≒３．３となる。
【００６０】
従って、改質器１の内部の水蒸気を完全にパージでき、かつパージ処理の時間を極力短縮するために、原料の積算供給量を３．３倍とした。
【００６１】
ステップＳ１０４でＹｅｓとなった場合は、原料供給器２と水供給器３を停止し（ステップＳ１０５）、Ｎｏの場合は、ステップＳ１０４に戻り、原料供給器２と水供給器３の動作を継続する。
【００６２】
以上の動作によって、改質器１に供給された炭素数２以上の炭化水素を含む原料の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能となり、停止動作時間を短縮することが可能となる。
【００６３】
また、改質器１内部の触媒温度が、吸熱反応を伴う水蒸気改質反応によって、速やかに降下するので、水素生成の停止動作時間を短縮した水素生成装置を構成することが可能となる。
【００６４】
また、改質器１の内容積以上の原料ガスを供給するので、改質器１内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージでき、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置１０を構成することが可能となる。
【００６５】
また、供給された原料の約３倍の体積に増大した炭化水素を含むガスにより、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能な水素生成装置を構成することが可能となり、停止動作時間を短縮できる。
【００６６】
また、凝縮水が生成しないので、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、原料はプロパンであるとしたが、エタン、エチレン、プロピレン、ブタン等の炭素数２から４のいずれかの炭化水素を主成分とする混合ガスであっても良い。
【００６８】
また、改質反応は、水蒸気改質反応であるとしたが、原料及び水蒸気から水素含有ガスが生成される反応であれば、いずれの改質反応でもよく、原料と水蒸気に加えて空気を追
加で加えるオートサーマル反応でもよい。
【００６９】
また、制御器２０は、制御機能を有するものであれば、水素生成装置１０全体あるいは一部を制御可能などのような制御装置でもよい。また、演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。
【００７０】
また、制御器２０は、単独の制御器でも複数の制御器でもよい。つまり、制御器２０のそれぞれが、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、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。
【００７１】
また、ステップＳ１０１におけるＳ／Ｃを３．０としたが、改質触媒に炭素析出が生じないＳ／Ｃを実験的に求めて設定してもよい。
【００７２】
また、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値を４００℃としたが、改質触媒の種類に応じて設定してもよい。例えば、Ｎｉ系触媒はＲｕ系触媒よりも炭素析出しやすいので、４００℃よりも低い温度、例えば３５０℃に設定しても良い。
【００７３】
また、本実施の形態では、Ｓ／Ｃを低下させる方法として、水供給器３の供給量を低下させたが、原料供給器２の供給量を増大させてもＳ／Ｃを低下させることができる。または、原料供給器２の供給量を増大させ、かつ水供給器３の供給量を低下させることも可能である。
【００７４】
また、本実施の形態では、ステップＳ１０４の閾値を３．３倍としたが、３．３倍を超えても良い。この場合は、原料供給器２および水供給器３の流量精度が低い場合であっても、改質器内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージでき、改質器内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００７５】
また、本実施の形態では、ステップＳ１０４の閾値を３．３倍としているが、１倍でも構わない。この場合であっても、供給されたガスの体積が約３倍に増大するため、改質器１内部の水蒸気を確実にパージすることが可能である。さらに、パージ工程に要する時間を短縮できるので、停止動作時間を短縮できる。
【００７６】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における水素生成装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００７７】
実施の形態２に係る水素生成装置１０の構成は、図４に示すように、実施の形態１において、改質器１から送出されたガスを燃焼させて改質器１を加熱する燃焼器５と、燃焼器５に燃焼用の空気を供給する燃焼空気供給器６を備える。上記の点以外は、実施の形態１の水素生成装置１０と同様である。
【００７８】
図５は、実施の形態２における水素生成装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。
【００７９】
本実施の形態では、図５のフローチャートに示すように、まず、水素生成を停止する制御が実行されると、原料供給器２と水供給器３から改質器１への原料と水の供給が停止される（ステップＳ２０１）。このとき改質器１では改質反応が停止するため、改質器１から燃焼器５への可燃ガスの供給が停止するため、燃焼器５は燃焼が停止し、改質器１の温度は降下する。
【００８０】
図６は、停止工程における改質器１の内部温度の時間変化を示したものである。実施の形態２では、原料と水を供給しないので、水蒸気改質反応による吸熱反応が発生しない。そのため、実施の形態１よりも温度の降下が緩慢になるので、停止工程実行中に再起動工程に移行する場合の起動時間を短縮できる。
【００８１】
その後、制御器２０は改質器１の内部温度を温度検出手段４により継続して測定する。原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）に降下した場合（ステップＳ２０２）、制御器は、図２に示すＳ／Ｃと露点の関係に従ってＳ／Ｃを低下させた状態で動作する（ステップＳ２０３）。
【００８２】
具体的には、露点が０℃以下となるように、水供給器３の供給量を通常運転時のＳ／Ｃ（３．０）よりも減少させて、Ｓ／Ｃを０．３３に設定する。
【００８３】
同時に、燃焼空気供給器６から燃焼器５に燃焼空気を供給するとともに、図示しない点火装置によって、改質器１から送出されたガスと燃焼空気の混合気に着火し、燃焼熱によって改質器１を加熱する（ステップＳ２０４）。
【００８４】
次に、制御器２０は改質器１の内部温度を温度検出手段４により継続して測定する。原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）を超えた場合（ステップＳ２０５）、制御器は、ステップＳ２０１に戻り、原料供給器２と水供給器３を静止させる。
【００８５】
一方で、原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）を超えていない場合は、ステップＳ２０３以降の原料の積算供給量が改質器１の内容積の３．３倍に到達するまで原料供給器２と水供給器３の動作を継続する（ステップＳ２０６）。
【００８６】
ステップＳ２０６でＹｅｓとなった場合は、原料供給器２と水供給器３を停止し（ステップＳ２０７）、Ｎｏの場合は、ステップＳ２０５に戻り、改質器１の内部温度を監視しながら、原料供給器２と水供給器３の動作を継続する。
【００８７】
以上の動作によって、改質器１に供給された炭素数２以上の炭化水素を含む原料の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能な水素生成装置を構成することが可能となる。
【００８８】
また、改質器１内部の触媒温度の降下が緩慢になるので、再起動時間の短縮が可能な水素生成装置を構成することが可能となる。
【００８９】
また、改質器１内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージできるので、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００９０】
また、凝縮水が生成しないので、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００９１】
また、改質器１内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に
保持できるので、炭素析出による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、原料はプロパンであるとしたが、エタン、エチレン、プロピレン、ブタン等の炭素数２から４のいずれかの炭化水素を主成分とする混合ガスであってもよい。
【００９３】
また、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値を４００℃としたが、改質触媒の種類に応じて設定しても良い。例えば、Ｎｉ系触媒はＲｕ系触媒よりも炭素析出しやすいので、４００℃よりも低い温度、例えば３５０℃に設定しても良い。
【００９４】
また、本実施の形態では、ステップＳ２０６の閾値を３．３倍としたが、３．３倍を超えても良い。この場合は、原料供給器２および水供給器３の流量精度が低い場合であっても、改質器内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージでき、改質器内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【００９５】
また、本実施の形態では、ステップＳ２０６の閾値を３．３倍としているが、１倍でも構わない。この場合であっても、供給されたガスの体積が約３倍に増大するため、改質器１内部の水蒸気を確実にパージすることが可能である。さらに、パージ工程に要する時間を短縮できるので、停止動作時間を短縮できる。
【００９６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における水素生成装置の構成は実施の形態２と同じであり、図４に示すものである。実施の形態３に係る水素生成装置１０の構成は、実施の形態２と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
図７は、実施の形態２における水素生成装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。
【００９８】
本実施の形態では、図７のフローチャートに示すように、まず、水素生成を停止する制御が実行されると、原料供給器２と水供給器３から改質器１への原料と水の供給が停止される（ステップＳ３０１）。このとき改質器１では改質反応が停止するため、改質器１から燃焼器５への可燃ガスの供給が停止するため、燃焼器５は燃焼が停止し、改質器１の温度は降下する。
【００９９】
図６は、停止工程における改質器１の内部温度の時間変化を示したものである。実施の形態３では、原料と水を供給しないので、水蒸気改質反応による吸熱反応が発生しない。そのため、実施の形態１よりも温度の降下が緩慢になるので、停止工程実行中に再起動工程に移行する場合の起動時間を短縮できる。
【０１００】
その後、制御器２０は改質器１の内部温度を温度検出手段４により継続して測定する。原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）に降下した場合（ステップＳ３０２）、制御器は、図２に示すＳ／Ｃと露点の関係に従ってＳ／Ｃを低下させた状態で動作する（ステップＳ３０３）。
【０１０１】
具体的には、露点が０℃以下となるように、水供給器３の供給量を通常運転時のＳ／Ｃ（３．０）よりも減少させて、Ｓ／Ｃを０．３３に設定する。
【０１０２】
同時に、燃焼空気供給器６から燃焼器５に燃焼空気を供給するとともに、図示しない点
火装置によって、改質器１から送出されたガスと燃焼空気の混合気に着火し、燃焼熱によって改質器１を加熱する（ステップＳ３０４）。
【０１０３】
次に、制御器２０は改質器１の内部温度を温度検出手段４により継続して測定する。原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）を超えた場合（ステップＳ３０５）、制御器は、燃焼空気供給器６から燃焼器５への燃焼空気の供給量を増大させる（ステップＳ３０６）。大量の空気で改質器１を冷却することで、改質器１の温度を第一の温度閾値以下に保持する。
【０１０４】
一方で、原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）を超えていない場合は、ステップＳ３０３以降の原料の積算供給量が改質器１の内容積の３．３倍に到達するまで原料供給器２と水供給器３の動作を継続する（ステップＳ３０７）。
【０１０５】
ステップＳ３０７でＹｅｓとなった場合は、原料供給器２と水供給器３を停止し（ステップＳ３０８）、Ｎｏの場合は、ステップＳ３０５に戻り、改質器１の内部温度を監視しながら、原料供給器２と水供給器３の動作を継続する。
【０１０６】
以上の動作によって、改質器１に供給された炭素数２以上の炭化水素を含む原料の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置と同等以下の処理時間で停止処理が可能な水素生成装置を構成することが可能となる。
【０１０７】
また、改質器１内部の触媒温度の降下が緩慢になるので、再起動時間の短縮が可能な水素生成装置を構成することが可能となる。
【０１０８】
また、改質器１内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージできるので、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【０１０９】
また、凝縮水が生成しないので、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【０１１０】
また、改質器１内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に保持できるので、炭素析出による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、原料はプロパンであるとしたが、エタン、エチレン、プロピレン、ブタン等の炭素数２から４のいずれかの炭化水素を主成分とする混合ガスであっても良い。
【０１１２】
また、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値を４００℃としたが、改質触媒の種類に応じて設定しても良い。例えば、Ｎｉ系触媒はＲｕ系触媒よりも炭素析出しやすいので、４００℃よりも低い温度、例えば３５０℃に設定しても良い。
【０１１３】
また、本実施の形態では、ステップＳ２０６の閾値を３．３倍としたが、３．３倍を超えても良い。この場合は、原料供給器２および水供給器３の流量精度が低い場合であって
も、改質器内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージでき、改質器内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置を構成することが可能となる。
【０１１４】
また、本実施の形態では、ステップＳ２０６の閾値を３．３倍としているが、１倍でも構わない。この場合であっても、供給されたガスの体積が約３倍に増大するため、改質器１内部の水蒸気を確実にパージすることが可能である。さらに、パージ工程に要する時間を短縮できるので、停止動作時間を短縮できる。
【０１１５】
（実施の形態４）
図８は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の一例を示すブロック図である。図８に示すように、燃料電池システム１００は、水素生成装置１０と、燃料電池１１とインバータ３０とを備え、インバータの一端は、系統電源２００と負荷３００と接続されている。
【０１１６】
また、図８に示す本実施の形態の水素生成装置１０は、一酸化炭素低減器７と一酸化炭素低減空気供給器８とを備える。上記の点以外は、実施の形態２および実施の形態３の水素生成装置１０と同様である。
【０１１７】
一酸化炭素低減器７は、改質器１１で副反応として生成した一酸化炭素を除去するために備えたものであり、一酸化炭素と水蒸気を反応させ一酸化炭素を低減する一酸化炭素変成触媒と、一酸化炭素と酸素を反応させて一酸化炭素を酸化除去する選択酸化触媒を備える。
【０１１８】
また、一酸化炭素低減空気供給器８は、一酸化炭素低減空気を一酸化炭素低減器７に供給する。一酸化炭素低減空気供給器８は、空気の流量を調整するポンプである。燃料電池１１は、水素を利用する機器であり、固体高分子形燃料電池である。インバータ３０は、燃料電池１１で発生した直流電力を系統電源２００と同じ電圧と周波数の交流電力に変換する。
【０１１９】
系統電源２００は、商用の配電線網から一般家庭などへ供給される電源のことである。燃料電池システム１００の起動時は、原料供給器２や水供給器５などの補機類を駆動させるために、系統電源２００からの電源を用いる。負荷３００は、エアコン、冷蔵庫などの家庭内などで電力を消費する機器である。
【０１２０】
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１００について、以下、その動作、作用を説明する。以下の動作は、制御器２０が燃料電池システム１００を制御することによって行われる。
【０１２１】
水素生成装置１０が起動すると、燃焼器５における燃焼を開始する。このとき、原料供給器２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、一酸化炭素低減器７と燃料電池１１とを通過して燃焼器５に供給される。同時に、燃焼空気供給器６の動作開始により、燃焼用の空気が燃焼器５に供給される。
【０１２２】
燃焼器５において、点火装置（図示せず）により着火動作が行われ、燃焼用の空気を用いて、原料の燃焼が起こる。このようにして、燃焼器５から供給される燃焼熱により、改質器１が加熱される。
【０１２３】
次いで、水供給器３の動作開始により改質器１に水が供給されると、改質器１内部の改質触媒（図示せず）で改質反応が進行し、水素含有ガスが生成する。
【０１２４】
改質器１の温度が燃焼器５から供給される燃焼熱により上昇するにつれて水素含有ガスの水素濃度は増大し、燃料電池１１での発電に適した組成になった段階で、燃料電池１１で発生した直流電力を、インバータ３０で交流電力に変換し、電力系統２００および負荷３００に向かって電力が供給される。
【０１２５】
図９は、実施の形態４における燃料電池システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。
【０１２６】
本実施の形態では、図９のフローチャートに示すように、まず、水素生成を停止する制御が実行されると、インバータ３０は燃料電池１１からの電力の取り出しを停止し、燃料電池１１は発電を停止する（ステップＳ４０１）。続いて原料供給器２と水供給器３から改質器１への原料と水の供給が停止される（ステップＳ４０２）。
【０１２７】
このとき改質器１では改質反応が停止するため、改質器１から燃焼器５への可燃ガスの供給が停止するため、燃焼器５は燃焼が停止し、改質器１の温度は降下する。図６は、停止工程における改質器１の内部温度の時間変化を示したものである。
【０１２８】
実施の形態４では、原料と水を供給しないので、水蒸気改質反応による吸熱反応が発生しない。そのため、実施の形態１よりも温度の降下が緩慢になるので、停止工程実行中に再起動工程に移行する場合の起動時間を短縮できる。
【０１２９】
その後、制御器２０は改質器１の内部温度を温度検出手段４により継続して測定する。原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）に降下した場合（ステップＳ４０３）、制御器は、図２に示すＳ／Ｃと露点の関係に従ってＳ／Ｃを低下させた状態で動作する（ステップＳ４０４）。
【０１３０】
具体的には、露点が０℃以下となるように、水供給器３の供給量を通常運転時のＳ／Ｃ（３．０）よりも減少させて、Ｓ／Ｃを０．３３に設定する。
【０１３１】
同時に、一酸化炭素低減空気供給器８から一酸化炭素低減器７に一酸化炭素低減空気を供給し、改質器１での副生成物である一酸化炭素を酸化除去する（ステップＳ４０５）。
【０１３２】
さらに、燃焼空気供給器６から燃焼器５に燃焼空気を供給するとともに、図示しない点火装置によって、改質器１から送出されたガスと燃焼空気の混合気に着火し、燃焼熱によって改質器１を加熱する（ステップＳ４０６）。
【０１３３】
次に、制御器２０は改質器１の内部温度を温度検出手段４により継続して測定する。原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）を超えた場合（ステップＳ４０７）、制御器は、燃焼空気供給器６から燃焼器５への燃焼空気の供給量を増大させる（ステップＳ４０８）。大量の空気で改質器１を冷却することで、改質器１の温度を第一の温度閾値以下に保持する。
【０１３４】
一方で、原料の分解により改質器１に炭素析出が生じない第一の温度閾値（４００℃）を超えていない場合は、ステップＳ４０４以降の原料の積算供給量が改質器１の内容積の３．３倍に到達するまで原料供給器２と水供給器３の動作を継続する（ステップＳ４０９）。
【０１３５】
ステップＳ４０９でＹｅｓとなった場合は、原料供給器２と水供給器３と一酸化炭素低減空気供給器８を停止し（ステップＳ４１０）、Ｎｏの場合には、ステップＳ４０７に戻り、改質器１の内部温度を監視しながら、原料供給器２と水供給器３と一酸化炭素低減空
気供給器の動作を継続する。
【０１３６】
以上の動作によって、改質器１に供給された炭素数２以上の炭化水素を含む原料の少なくとも一部が、炭素数のより少ない炭化水素と二酸化炭素および一酸化炭素を含むガスに転換されることにより、供給された原料の約３倍の体積の炭化水素を含むガスが得られるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置および燃料電池システムであっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置および燃料電池システムと同等以下の処理時間で停止処理が可能なとなり、停止動作時間を短縮できる水素生成装置および燃料電池システムを構成することが可能となる。
【０１３７】
また、改質器１内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージできるので、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置および燃料電池システムを構成することが可能となる。
【０１３８】
また、凝縮水が生成しないので、改質器１内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置および燃料電池システムを構成することが可能となる。
【０１３９】
また、改質器１内部の触媒温度が、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に保持できるので、炭素析出による触媒の劣化を防止できる水素生成装置および燃料電池システムを構成することが可能となる。
【０１４０】
また、パージ動作において改質器１で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減できるので、燃料電池のアノード触媒の一酸化炭素による被毒を防止でき、耐久性の高い燃料電池システムを構成することが可能となる。
【０１４１】
なお、本実施の形態では、原料はプロパンであるとしたが、エタン、エチレン、プロピレン、ブタン等の炭素数２から４のいずれかの炭化水素を主成分とする混合ガスであっても良い。
【０１４２】
また、原料の熱分解による炭素析出が発生する温度以下に設定された第一の温度閾値を４００℃としたが、改質触媒の種類に応じて設定しても良い。例えば、Ｎｉ系触媒はＲｕ系触媒よりも炭素析出しやすいので、４００℃よりも低い温度、例えば３５０℃に設定しても良い。
【０１４３】
また、本実施の形態では、ステップＳ４０９の閾値を３．３倍としたが、３．３倍を超えても良い。この場合は、原料供給器２および水供給器３の流量精度が低い場合であっても、改質器内部の水蒸気を原料ガスで確実にパージでき、改質器内部の触媒と凝縮水の接触による触媒の劣化を防止できる水素生成装置および燃料電池システムを構成することが可能となる。
【０１４４】
また、本実施の形態では、ステップＳ４０９の閾値を３．３倍としているが、１倍でも構わない。この場合であっても、供給されたガスの体積が約３倍に増大するため、改質器１内部の水蒸気を確実にパージすることが可能である。さらに、パージ工程に要する時間を短縮できるので、停止動作時間を短縮できる。
【０１４５】
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】
【０１４６】
以上のように、本発明にかかる水素生成装置および燃料電池システムは、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる場合であっても、炭素数１の炭化水素を主成分とする原料を用いる水素生成装置および燃料電池システムと同等の処理時間と、同等以下の原料供給量で停止時のパージ処理が可能であり、停止動作時間を短縮できるので、炭素数２以上の炭化水素を主成分とする原料を用いる家庭用燃料電池システムに好適である。
【符号の説明】
【０１４７】
１  改質器
２  原料供給器
３  水供給器
４  温度検出手段
５  燃焼器
６  燃焼空気供給器
７  一酸化炭素低減器
８  一酸化炭素低減空気供給器
１０  水素生成装置
１１  燃料電池
２０  制御器
３０  インバータ
１００  燃料電池システム
２００  系統電源
３００  負荷
【図１】
2017039627.tif 000003
【図２】
2017039627.tif 000004
【図３】
2017039627.tif 000005
【図４】
2017039627.tif 000006
【図５】
2017039627.tif 000007
【図６】
2017039627.tif 000008
【図７】
2017039627.tif 000009
【図８】
2017039627.tif 000010
【図９】
2017039627.tif 000011