專利名稱：氫生成裝置和燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由原料氣體等生成含氫氣體的氫生成裝置以及利用由氫生成裝置所生成的含氫氣體進行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
即使是小型裝置也能夠進行高效率發(fā)電的燃料電池正作為分散型能量供給源的發(fā)電系統(tǒng)而在不斷地被開發(fā)。成為發(fā)電時的燃料的氫氣沒有作為一般的基礎(chǔ)設(shè)施而被配備，所以要同時設(shè)置氫生成裝置，其利用從例如城市燃氣、丙烷氣體等現(xiàn)有的原料氣體基礎(chǔ)設(shè)施提供的原料氣體，使這些原料氣體與水發(fā)生重整反應(yīng)從而生成含氫氣體。該氫生成裝置往往采用設(shè)置使原料氣體與水進行重整反應(yīng)的重整器、使一氧化碳與水蒸汽進行水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、以及主要以微量空氣等氧化劑使一氧化碳氧化的選擇氧化器的構(gòu)成。另外，在這些反應(yīng)器中使用適合于各個反應(yīng)的催化劑，例如重整器中使用Ru催化劑或者M催化劑，轉(zhuǎn)化器中使用Cu-Si催化劑，選擇氧化器中使用Ru催化劑等。 在各個反應(yīng)器中都有合適的溫度，例如重整器往往在600 700°C左右使用，轉(zhuǎn)化器往往在 200 350°C左右使用，選擇氧化器往往在100 200°C左右使用。特別是固體高分子型燃料電池容易由于CO而引起電極中毒，因此有必要將所提供的含氫氣體中的CO濃度抑制在數(shù)十ppm體積濃度，所以有必要通過用選擇氧器使CO氧化來降低CO濃度?？墒牵诔鞘腥細獾仍蠚怏w中包含硫化合物，特別是該硫化合物是重整催化劑的中毒物質(zhì)，所以有必要用一些方法進行除去。作為除去方法，提出有采用了由常溫吸附進行除去的方法(例如參照專利文獻1)或者使用被循環(huán)的含氫氣體通過加氫脫硫進行除去的方法(例如參照專利文獻2)的氫生成裝置。常溫吸附?jīng)]有必要使用氫所以操作簡便，但是吸附容量不大。加氫脫硫雖然有必要加熱和使用氫從而使得操作不夠簡便，但是其具有吸附容量大的特征。在此，還提出有具備常溫吸附脫硫器和加氫脫硫器并且同時使用它們的氫生成裝置(例如參照專利文獻2以及專利文獻3)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2004-2^016號公報專利文獻2 日本特開平1-275697號公報專利文獻3 日本特開2006-8456號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題然而，如上述專利文獻2所述的氫生成裝置那樣，在通過循環(huán)通道將含氫氣體添加到原料氣體的情況下，原料氣體通道內(nèi)的原料氣體壓力高于在循環(huán)通道中流動的含氫氣體的壓力，所以為了從循環(huán)通道將含氫氣體穩(wěn)定地添加到原料氣體中，有必要在循環(huán)通道中另外設(shè)置泵。
另一方面，在專利文獻3所述的氫生成裝置中，通過將原料供給器設(shè)置于循環(huán)通道和原料氣體供給通道的合流部與加氫脫硫器之間，從而使將氫提供給原料氣體的設(shè)備與將原料氣體提供給重整器的設(shè)備共通，但是在氫生成裝置停止時殘存于加氫脫硫器內(nèi)的硫化氫會發(fā)生擴散而流入到原料氣體的供給設(shè)備中，從而有可能腐蝕原料氣體的供給設(shè)備。本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有的技術(shù)問題的發(fā)明，目的在于提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制被設(shè)置于循環(huán)通道和原料氣體供給通道的合流部與加氫脫硫器之間的原料氣體供給器的腐蝕的氫生成裝置以及具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)。解決技術(shù)問題的手段為了解決上述現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明的氫生成裝置，其特征在于具備氫生成器，使用原料氣體來生成含氫氣體；原料氣體供給器，將原料氣體提供給所述氫生成器；加氫脫硫器，對被提供給所述氫生成器的原料氣體中的硫化合物進行加氫脫硫；原料氣體通道，經(jīng)由所述第1脫硫器被提供給所述氫生成器的原料氣體在該原料氣體通道中流動；循環(huán)通道，用于將從所述氫生成器送出的含氫氣體提供給所述加氫脫硫器上游的所述第1氣體通道內(nèi)的原料氣體；所述原料氣體供給器，被設(shè)置于所述原料氣體通道和所述循環(huán)通道的合流部、與所述加氫脫硫器之間；以及開閉閥，被設(shè)置于所述原料氣體供給器與所述加氫脫硫器之間，且在停止時被關(guān)閉。由此，本發(fā)明的目的在于提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制被設(shè)置于加氫脫硫器上游的原料氣體供給器發(fā)生腐蝕的氫生成裝置以及具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制被設(shè)置于循環(huán)通道和原料氣體供給通道的合流部與加氫脫硫器之間的原料氣體供給器的腐蝕。


圖1是表示實施方式1的氫生成裝置概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖2是表示實施方式2的氫生成裝置概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖3是表示實施方式2的氫生成裝置停止時的動作流程的一個例子的圖。圖4是表示實施方式3的氫生成裝置概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖5是表示實施方式3的氫生成裝置的變形例1的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖6是表示實施方式3的氫生成裝置的變形例2的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖7是表示實施方式4的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖8是表示實施方式4的燃料電池系統(tǒng)停止時的動作流程的一個例子的圖。圖9是表示實施方式5的氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖10是表示實施方式5的氫生成裝置在補壓動作的時候所執(zhí)行的動作概要的一個例子的圖。圖11是表示實施方式5的氫生成裝置在補壓動作的時候所執(zhí)行的動作的詳細情況的一個例子的圖。圖12是表示實施方式5的氫生成裝置在原料氣體清除動作的時候所執(zhí)行的動作概要的一個例子的圖。
圖13是表示實施方式5的氫生成裝置在原料氣體清除動作的時候所執(zhí)行的動作的詳細情況的一個例子的圖。
具體實施例方式以下是參照附圖就本發(fā)明的實施方式進行說明。(實施方式1)實施方式1的氫生成裝置的特征在于，具備使用原料氣體來生成含氫氣體的氫生成器，除去被提供給氫生成器的原料氣體中的硫化合物的加氫脫硫器，經(jīng)由加氫脫硫器被提供給氫生成器的原料氣體所流通的第1氣體通道，用于將從氫生成器送出的含氫氣體提供給加氫脫硫器上游的第1氣體通道內(nèi)的原料氣體的循環(huán)通道，被設(shè)置于第1氣體供給通道和循環(huán)通道的合流部與加氫脫硫器之間的原料氣體供給器，以及被設(shè)置于原料氣體供給器與加氫脫硫器之間并在停止時被關(guān)閉的第1開閉閥。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制被設(shè)置于加氫脫硫器上游的原料氣體供給器的腐蝕。接著，就實施方式1中的氫生成裝置的細節(jié)作如下說明。圖1是表示實施方式1的氫生成裝置概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。如圖1所示，實施方式1的氫生成裝置，其特征在于具備氫生成器1、原料氣體供給器6、加氫脫硫器7、第1氣體通道5、循環(huán)通道10以及第1開閉閥8。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制被設(shè)置于加氫脫硫器上游的原料氣體供給器的腐蝕。氫生成器1使用原料氣體來生成含氫氣體。具體是，在氫生成器內(nèi)的重整器(沒有圖示)中，原料氣體發(fā)生重整反應(yīng)從而生成含氫氣體。重整反應(yīng)可以是任意方式，例如可以列舉水蒸汽重整反應(yīng)、自熱反應(yīng)以及部分氧化反應(yīng)等。雖然在圖1中沒有表示，但是適當(dāng)設(shè)置了在各個重整反應(yīng)中所需的設(shè)備。例如， 如果重整反應(yīng)是水蒸汽重整反應(yīng)，那么就設(shè)置加熱重整器的燃燒器、生成水蒸汽的蒸發(fā)器以及將水提供給蒸發(fā)器的水供給器。如果重整反應(yīng)是自熱反應(yīng)，那么在氫生成裝置100中進一步設(shè)置將空氣提供給重整器的空氣供給器(沒有圖示)。還有，原料氣體是含有將甲烷作為主要成分的城市燃氣、天然氣、LPG等的至少由碳以及氫構(gòu)成的有機化合物的氣體。原料氣體供給器6是調(diào)節(jié)提供給氫生成器的原料氣體流量的設(shè)備，例如由升壓器和流量調(diào)節(jié)閥所構(gòu)成，但是也可以由它們中的任意一個來構(gòu)成。原料氣體是由原料氣體供給源所供給。原料氣體源具有規(guī)定的供給壓力，例如可以列舉原料氣體鋼瓶、原料氣體基礎(chǔ)設(shè)施等。加氫脫硫器7除去被提供給氫生成器1的原料氣體中的硫化合物。加氫脫硫器7 是將加氫脫硫用的脫硫劑充填于容器中來構(gòu)成的。加氫脫硫用的脫硫劑例如是由將原料氣體中的硫化合物轉(zhuǎn)化成硫化氫的CoMo類催化劑、被設(shè)置于其下游的吸附除去硫化氫的硫吸附劑ZnO類催化劑或者CuSi類催化劑所構(gòu)成。加氫脫硫用的脫硫劑并不限定于本例的脫硫劑，也可以只由CuSi類催化劑來構(gòu)成。第1氣體通道5是經(jīng)由加氫脫硫器7被提供給氫生成器的原料氣體所流通的通道。
循環(huán)通道10是用于將從氫生成器1送出的含氫氣體提供給加氫脫硫器7上游的第1氣體通道5內(nèi)的原料氣體的通道。第1開閉閥8被設(shè)置于原料氣體供給器6與加氫脫硫器7之間，在停止時被關(guān)閉。 具體是，如果在氫生裝置1中生成含氫氣體的氫生成裝置100的氫生成運轉(zhuǎn)被停止，那么控制器(沒有圖示)關(guān)閉第1開閉閥8。在氫生成裝置100的氫生成運轉(zhuǎn)的停止過程中，控制器停止原料氣體供給器6的動作。如果第1氣體通道5內(nèi)的原料氣體的流動停止，那么殘存于加氫脫硫器7內(nèi)的硫化氫有可能漸漸地擴散并流入到原料氣體供給器中6。這種可能性被關(guān)閉的第1開閉閥8所抑制。因此，與沒有設(shè)置第1開閉閥8的現(xiàn)有的氫生成裝置相比較，能夠抑制原料氣體供給器6的腐蝕。還有，第1開閉閥8的關(guān)閉例如是在原料氣體供給器6停止后被執(zhí)行。在此情況下，第1開閉閥8的關(guān)閉在原料氣體供給器6動作停止后的任一時機都能夠較以往的氫生成裝置抑制硫化氫的擴散流入，所以都可以。也可以在原料氣體供給器6停止前或者與停止同時執(zhí)行第1開閉閥8的關(guān)閉。上述控制器控制第1開閉閥8的動作。控制器只要是具有控制功能的裝置即可， 其具備運算處理部(沒有圖示)、存儲控制程序的存儲儲存部(沒有圖示)。作為運算處理部，可以例示MPU和CPU。作為存儲部，可以例示存儲器?？刂破骷瓤梢杂蛇M行集中控制的單獨的控制器構(gòu)成，又可以由通過互相協(xié)動來執(zhí)行分散控制的多個控制器構(gòu)成。在由氫生成器1生成的含氫氣體經(jīng)由氫利用設(shè)備而流通的氣體通道中，連通氫生成器1和大氣，或者既可以設(shè)置切斷閥也可以不進行設(shè)置，哪一種都可以。還有，在設(shè)置了以上所述的閥并且重整反應(yīng)使用水蒸汽的方式(例如水蒸汽重整反應(yīng)或者自熱反應(yīng))的情況下，氫生成器1內(nèi)的壓力伴隨著殘留于氫生成器1或者蒸發(fā)器中的水的蒸發(fā)而上升，殘留于加氫脫硫器7內(nèi)的硫化氫有可能發(fā)生逆流。這是因為在氫生成裝置100的氫生成運轉(zhuǎn)停止的時候，閥被關(guān)閉，在氫生成器1相對于大氣被封閉的狀態(tài)下，殘留水發(fā)生蒸發(fā)。在如此情況下，原料氣體供給器6的中毒可能性會更高，但是通過設(shè)置第1開閉閥8，從而與以往的氫生成裝置相比較，就能夠抑制這種情況。(實施方式2)實施方式2的氫生成裝置，其特征在于，具備使用原料氣體生成含氫氣體的氫生成器，除去被提供給氫生成器的原料氣體中的硫化合物的加氫脫硫器，經(jīng)由加氫脫硫器被提供給氫生成器的原料氣體所流通的第1氣體通道，用于將從氫生成器送出的含氫氣體提供給加氫脫硫器上游的第1氣體通道內(nèi)的原料氣體的循環(huán)通道，被設(shè)置于第1氣體供給通道和循環(huán)通道的合流部與加氫脫硫器之間的原料氣體供給器，以及被設(shè)置于原料氣體供給器與加氫脫硫器之間并在停止時被關(guān)閉的第1開閉閥。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制被設(shè)置于加氫脫硫器上游的原料氣體供給器的腐蝕。實施方式2的燃料電池系統(tǒng)具備實施方式2的上述氫生成裝置中的任意一種和使用從所述氫生成裝置提供的含氫氣體來發(fā)電的燃料電池。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠抑制被設(shè)置于加氫脫硫器上游的原料氣體供給器的腐蝕。
除了以上所述特征之外，也可以以與實施方式1的氫生成裝置同樣的方式進行構(gòu)成。首先，就實施方式2個氫生成裝置的結(jié)構(gòu)作如下說明。圖2是表示實施方式2的氫生成裝置的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。如圖2所示， 本實施方式的氫生成裝置100具備具有使用原料氣體和水蒸汽由重整反應(yīng)來生成含氫氣體的重整器(沒有圖示)的氫生成器1，被提供給氫生成器1的原料氣體所流通的第1氣體通道5，將重整反應(yīng)所使用的水提供給氫生成器1的水供給器12，被設(shè)置于第1氣體通道 5并且通過加氫脫硫除去原料氣體中的硫化合物的加氫脫硫器7，用于將從氫生成器1送出的含氫氣體添加到被提供給加氫脫硫器7的原料氣體中的循環(huán)通道10，被設(shè)置于循環(huán)通道 10和第1氣體通道5的合流部與加氫脫硫器7之間的原料氣體供給器6，以及被設(shè)置于原料氣體供給器6與加氫脫硫器7之間的第1氣體通道5中的第1開閉閥8。還有，原料氣體是包含至少由碳以及氫構(gòu)成的有機化合物的氣體，具體可以例示將甲烷作為主要成分的城市燃氣、天然氣、LPG等。另外，氫生裝置100具備被設(shè)置于循環(huán)通道10中的第5開閉閥11，被設(shè)置于通過氫利用設(shè)備與大氣相連通的氣體通道中的第6開閉閥13，用于加熱重整器的燃燒器3，將可燃性燃燒氣體提供給燃燒器3的燃燒氣體通道14，將燃燒用空氣提供給燃燒器3的燃燒用空氣供給器15，在加熱重整器的燃燒器3中生成的燃燒廢氣所流通的燃燒廢氣通道16， 以及控制氫生成裝置100的運轉(zhuǎn)的控制器20。在此，上述原料氣體供給器6是調(diào)節(jié)提供給重整器的原料氣體的流量的設(shè)備，在本實施方式中是由升壓器和流量調(diào)節(jié)閥所構(gòu)成，但是也可以由它們中的任意一者來構(gòu)成。 水供給器12是被設(shè)置于氫生成器1內(nèi)的調(diào)節(jié)提供給蒸發(fā)器(沒有圖示)的水的流量的設(shè)備，在本實施方式中使用泵。另外，加氫脫硫器7是具有將原料氣體中的硫化合物轉(zhuǎn)化成硫化氫并且吸附除去該硫化氫的加氫脫硫催化劑的設(shè)備。在本實施方式中，作為加氫脫硫催化劑，使用將原料氣體中的硫化合物轉(zhuǎn)化成硫化氫的CoMo類催化劑、在其下游吸附除去硫化氫的硫吸附劑ZnO 類催化劑或者CuSi類催化劑，但是并限定于此。還有，已知加氫脫硫器7在300°C左右的比較高的溫度下顯示脫硫性能，在本實施方式的氫生成裝置100中，加氫脫硫器7被構(gòu)成為能夠與氫生成器1作熱交換。例如，被構(gòu)成為，與重整器(沒有圖示)中所生成的含氫氣體之間通過隔壁而加熱。另外，除了來自于氫生成裝置1的傳熱之外，還可以采用以別的途徑設(shè)置電加熱器等加熱器并由該加熱器來加熱加氫脫硫器7的方式。另外，在本實施方式中，在氫生成器1中，只設(shè)置使用原料氣體和水蒸汽進行重整反應(yīng)的重整器(沒有圖示)。然而，作為用于減少在該重整器中所生成的含氫氣體中的一氧化碳的CO減少器，也可以采用設(shè)置由轉(zhuǎn)化反應(yīng)使一氧化碳減少的轉(zhuǎn)化器以及由氧化反應(yīng)或者甲烷化反應(yīng)來使一氧化碳減少的CO除去器中的至少任意一種的方式。另外，由氫生成器1所生成的含氫氣體被構(gòu)成為被提供給氫利用設(shè)備。作為氫利用設(shè)備，例如可以例示氫儲存容器、燃料電池、燃燒器3等。另外，控制器20是用于控制氫生成裝置100的設(shè)備?？刂破?0只要具有控制功能即可，它具備運算處理部(沒有圖示)、存儲控制程序的存儲部(沒有圖示)。作為運算處理部，可以由微處理器以及CPU等進行例示，作為存儲部可以例示存儲器?？刂破?0既可以由單獨的控制器構(gòu)成，又可以構(gòu)成為被分散配置的多個控制器進行協(xié)同工作來控制。接著，就本實施方式的氫生成裝置100的特征性結(jié)構(gòu)作如下說明。關(guān)本實施方式的氫生成裝置100，其特征在于正如以上所述那樣，原料氣體供給器6被設(shè)置于第1氣體通道5和循環(huán)通道10的合流部與加氫脫硫器7之間，在停止時由控制器20關(guān)閉的第1開閉閥8被設(shè)置于該原料氣體供給器6與加氫脫硫器7之間。由此，與以往的氫生成裝置相比較，能夠抑制殘留于加氫脫硫器7內(nèi)的硫化氫伴隨于停止時殘留于氫生成器1內(nèi)的水的水蒸發(fā)而向原料氣體供給器6發(fā)生逆流，并且較以往技術(shù)能夠抑制原料氣體供給器6的腐蝕。另外，為了抑制硫化氫向原料供給器6發(fā)生逆流，可以將開閉閥設(shè)置于加氫脫硫器7下游的第1氣體通道5中，但是加氫脫硫器7通常是在300°C程度的高溫條件下使用， 所以開閉閥有可能會熱劣化。通過以本實施方式的方式將第1開閉閥8設(shè)置于加氫脫硫器 7與原料氣體供給器6之間，從而既能夠抑制開閉閥的熱劣化又能夠抑制原料氣體供給器6 的腐蝕。還有，在本實施方式的氫生成裝置100中，除了第1開閉閥8之外并沒有將其它開閉閥設(shè)置于第1氣體通道5中，但是也可以是將其它開閉閥設(shè)置于第1氣體通道5中的方式。從上述熱劣化的觀點出發(fā)，優(yōu)選以第1開閉閥8成為最下游的開閉閥的方式構(gòu)成，但是也可以不是最下游。接著，就本實施方式的氫生成裝置100停止時的動作作如下說明。圖3是表示氫生成裝置100停止時的動作流程的一個例子的圖。如圖3所示，在氫生成裝置100停止時，首先，控制器20使原料氣體供給器6以及水供給器12的動作停止(步驟S201)。接著，在關(guān)閉了第1開閉閥8以及第5開閉閥11之后(步驟S202)，關(guān)閉第6開閉閥13(步驟S203)。之后，執(zhí)行停止燃燒器3的燃燒動作等其它的停止動作，從而結(jié)束停止處理。在上述動作流程中，是以在關(guān)閉第6開閉閥13之前關(guān)閉第1開閉閥8的方式進行構(gòu)成，但是也可以以同時關(guān)閉第1開閉閥8和第6開閉閥13的方式進行構(gòu)成。也就是說， 優(yōu)選在關(guān)閉第6開閉閥13之前關(guān)閉第1開閉閥8。如果關(guān)閉了第6開閉閥13，那么就切斷了氫生成器1與大氣的連通。如果殘留于氫生成器1內(nèi)的水被余熱蒸發(fā)，那么氫生成器1 的內(nèi)壓上升。由于該內(nèi)壓上升而造成殘留于加氫脫硫器7中的硫化氫將流入到原料氣體供給器6中，并有可能導(dǎo)致腐蝕。在本實施方式中，關(guān)閉了第1開閉閥8，所以抑制了這種可能性。還有，即使是在關(guān)閉第6開閉閥13之后關(guān)閉第1開閉閥8，與以往的氫生成裝置相比較，仍然能夠抑制原料氣體供給器6的腐蝕，所以也是可以的。(實施方式3)實施方式3的氫生成裝置是在實施方式1以及實施方式2中任意一個氫生成裝置中，進一步具備除去被提供給氫生成器的原料氣體中的硫化合物的常溫脫硫器，在加氫脫硫器的上游分支并經(jīng)由常溫脫硫器從而與第1氣體通道和循環(huán)通道的合流部上游的第1氣體通道合流的第2氣體通道，被設(shè)置于第2氣體通道中的第2開閉閥，以及被設(shè)置于通往第 2氣體通道的分支部、與第1氣體通道和第2氣體通道的合流部之間的第1氣體通道中的第 3開閉閥。
這種結(jié)構(gòu)是同時使用常溫脫硫器和加氫脫硫器的方式的一個例子。各個開閉閥可以是執(zhí)行單純的開與關(guān)的電磁閥，也可以是可關(guān)閉的流量調(diào)節(jié)閥 (在其它實施方式以及變形例中也同樣)。實施方式3的氫生成裝置還可以進一步具備控制器，在使用加氫脫硫器來脫硫的情況下，該控制器以開放第1開閉閥以及第3開閉閥并且關(guān)閉第2開閉閥的方式進行控制； 在使用常溫脫硫器來脫硫的情況下，該控制器以開放第1開閉閥以及第2開閉閥并且關(guān)閉第3開閉閥的方式進行控制。由上述開閉閥的控制能夠適當(dāng)?shù)厍袚Q常溫脫硫器和加氫脫硫器的使用。在實施方式2的氫生成裝置中，第1開閉閥也可以被配設(shè)于在第1氣體通道中所設(shè)置的閥中的最下游。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，不將開閉閥設(shè)置于加氫脫硫器7的下游，所以能夠抑制被設(shè)置于第1氣體通道中的開閉閥的熱劣化。實施方式3的燃料電池系統(tǒng)具備實施方式3的上述氫生成裝置的任意一個、以及使用從所述氫生成裝置提供的含氫氣體來發(fā)電的燃料電池。本實施方式的氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)除了上述特征之外，其余均可以與實施方式1以及實施方式2的任意一個氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)同樣地構(gòu)成。接著，就實施方式3的氫生成裝置100作如下說明。圖4是表示實施方式3所涉及的氫生成裝置100概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。如圖4所示，本實施方式的氫生成裝置，其特征在于作為除去原料氣體中的硫化合物的設(shè)備，除了加氫脫硫器7之外還具備常溫脫硫器26。該常溫脫硫器沈是由在常溫下將以常溫對原料氣體中的硫化合物進行物理吸附的常溫脫硫劑充填于內(nèi)部的容器構(gòu)成的。在此，上述常溫脫硫劑肯定可以使用在常溫區(qū)域有效的脫硫劑，還包括即使是在較常溫更高的溫度條件下仍然有效的脫硫劑，例如可以使用擔(dān)載了 Ag等金屬的沸石類的脫硫劑。 在將沸石用于脫硫劑的情況下，在從常溫區(qū)域到70°C左右的溫度的范圍內(nèi)有效。也就是說，所謂常溫脫硫劑以及常溫脫硫器中的“常溫”，是因為與加氫脫硫劑的工作溫度(通常為300°C左右)相比較相對接近于常溫區(qū)域而被使用，意思是它包含了從常溫區(qū)域到所使用的脫硫劑有效地行使其作為脫硫劑的功能的溫度為止的范圍。上述常溫脫硫器沈被設(shè)置于第2氣體通道17中，第2氣體通道17在第1氣體通道5和循環(huán)通道10的合流部上游進行分支，并與第1氣體通道5和循環(huán)通道10的合流部上游的第1氣體通道5相合流。另外，第2開閉閥18a以及第2開閉閥18b被設(shè)置于第2氣體通道17中。在通往第2氣體通道17的分支部、與第1氣體通道5和第2氣體通道17的合流部之間的第1氣體通道5中設(shè)置有第3開閉閥19。如圖4所示，第2開閉閥18a以及第2開閉閥18b分別被設(shè)置于常溫脫硫器26的上游以及下游。還有，在本實施方式中，是以將第2開閉閥18a 以及第2開閉閥18b設(shè)置于第2氣體通道17中的方式進行構(gòu)成，但是也可以是只設(shè)置其中任意一個的方式。因為即使是只設(shè)置其中任意一個的方式，也可以通過與第3開閉閥19之間切換開閉狀態(tài)，從而也能夠行使作為在第1氣體通道5與第2氣體通道17之間切換原料氣體流動方向的切換器的功能。還有，第1開閉閥8優(yōu)選被配設(shè)于在第1氣體通道5中設(shè)置的閥中的最下游，但是第1開閉閥8也可以不在最下游。在第1開閉閥8被配設(shè)于最下游的情況下，在加氫脫硫器7的下游沒有設(shè)置開閉閥，所以能夠抑制被設(shè)置于第1氣體通道中的開閉閥的熱劣化。接著，就具有上述結(jié)構(gòu)的氫生成裝置100的運轉(zhuǎn)方法作如下說明。本實施方式的氫生成裝置100在使用加氫脫硫器7對原料氣體中的硫化合物進行脫硫的時候，控制器20以開放第1開閉閥8以及第3開閉閥19并且關(guān)閉第2開閉閥18a 以及第2開閉閥18b的方式進行控制。之后，為了將氫添加到流入到加氫脫硫器7的原料氣體中，控制器20開放第5開閉閥11，由氫生成器1所生成的含氫氣體通過循環(huán)通道10流入到原料氣體供給器6上游的第1氣體通道5中。另一方面，在使用常溫脫硫器沈?qū)υ蠚怏w中的硫化合物進行脫硫的時候，控制器20以開放第1開閉閥8和第2開閉閥18a以及第2開閉閥18b并且關(guān)閉第3開閉閥19 的方式進行控制。之后，控制器20關(guān)閉第5開閉閥11，以使得含氫氣體不會被從循環(huán)通道 10導(dǎo)入。還有，使用加氫脫硫器7來進行脫硫的方式優(yōu)選是構(gòu)成為在加氫脫硫器7的溫度上升至其工作溫度之后進行，在這之前使用常溫脫硫器26來對原料氣體中的硫化合物進行脫硫。(變形例1)實施方式3的變形例1所涉及的氫生成裝置是在實施方式1以及實施方式2中的任意一個氫生成裝置中，進一步具備除去被提供給氫生成器的原料氣體中的硫化合物的常溫脫硫器，在原料氣體供給器與第1開閉閥之間的第1氣體通道中進行分支并經(jīng)由常溫脫硫器而與加氫脫硫器下游的第1氣體通道合流的第2氣體通道，被設(shè)置于第2氣體通道中的第2開閉閥。這種結(jié)構(gòu)是同時使用加氫脫硫器和常溫脫硫器的方式的一個例子。實施方式3的變形例1所涉及的氫生成裝置也可以進一步具備控制器，在使用加氫脫硫器來進行脫硫的情況下，控制器以開放第1開閉閥并且關(guān)閉第2開閉閥的方式進行控制；而在使用常溫脫硫器進行脫硫的情況下，控制器以開放第2開閉閥并且關(guān)閉第1開閉閥的方式進行控制。通過對上述開閉閥的控制，從而能夠適當(dāng)切換對常溫脫硫器和加氫脫硫器的使用。實施方式3的變形例1所涉及的燃料電池系統(tǒng)具備本變形例的上述氫生成裝置、 以及使用從所述氫生成裝置提供的含氫氣體來發(fā)電的燃料電池。本變形例的氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)除了以上所述特征之外，可以以與實施方式1以及實施方式2當(dāng)中的任意一個氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)同樣的方式構(gòu)成。接著，就上述實施方式3的氫生成裝置100的變形例1作如下說明。圖5是表示本變形例的氫生成裝置100概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。如圖5所示，本變形例的氫生成裝置100與實施方式3同樣除了加氫脫硫器7之外還具備常溫脫硫器，但是第2氣體通道17的配設(shè)位置以及在第1氣體通道5與第2氣體通道17之間切換原料氣體的流路的切換器，與實施方式3有所不同。具體為，第2氣體通道17被構(gòu)成為，在原料氣體供給器6與第1開閉閥8之間的第1氣體通道5中分支，并經(jīng)由常溫脫硫器與加氫脫硫器7下游的第1氣體通道5合流。在上述第2氣體通道17中，與實施方式3同樣設(shè)置有第2開閉閥18a以及第2開閉閥18b。在本變形例中，通過切換第2開閉閥18a和第2開閉閥18b以及第1開閉閥8的開閉狀態(tài)，從而就能夠?qū)崿F(xiàn)在第1氣體通道5與第2氣體通道17之間切換原料氣體流動方向的功能。也就是說，第2開閉閥18a和第2開閉閥18b以及第1開閉閥8構(gòu)成了上述切換器。還有，本變形例的氫生成裝置100也與實施方式3同樣，即使是只將第2開閉閥 18a以及第2開閉閥18b當(dāng)中的任意一個設(shè)置于第2氣體通道17中的方式，也能夠?qū)崿F(xiàn)作為上述切換器的功能，所以也是可以的。但是，如果考慮抑制開閉閥的熱劣化，那么更優(yōu)選只設(shè)置第2開閉閥18a的方式。接著，就具有上述結(jié)構(gòu)的氫生成裝置100的運轉(zhuǎn)方法作如下說明。本變形例的氫生成裝置100在使用加氫脫硫器7對原料氣體中的硫化合物進行脫硫的時候，控制器20以開放第1開閉閥8并且關(guān)閉第2開閉閥18a以及第2開閉閥18b的方式進行控制。之后，為了將氫添加到流入到加氫脫硫器7的原料氣體中，控制器20開放第5開閉閥11，由氫生成器1所生成的含氫氣體通過循環(huán)通道10流入到原料氣體供給器6 上游的第1氣體通道5中。另一方面，在使用常溫脫硫器沈來對原料氣體中的硫化合物進行脫硫的時候，控制器20以開放第2開閉閥18a以及第2開閉閥18b并且關(guān)閉第1開閉閥8的方式進行控制。之后，控制器20關(guān)閉第5開閉閥11，以使得不會從循環(huán)通道10導(dǎo)入含氫氣體。還有，使用加氫脫硫器7來進行脫硫的方式優(yōu)選構(gòu)成為，與實施方式3的氫生成裝置同樣是在加氫脫硫器7的溫度上升至其工作溫度之后進行，在這之前使用常溫脫硫器沈來對原料氣體中的硫化合物進行脫硫。(變形例2)實施方式3的變形例2所涉及的氫生成裝置是在實施方式3的氫生成裝置中進一步具備從原料氣體供給器與加氫脫硫器之間的第1氣體通道進行分支并在加氫脫硫器下游的第1氣體通道中進行合流的第3通道、以及被設(shè)置于第3通道中的第4開閉閥。實施方式3的變形例2所涉及的氫生成裝置還可以進一步具備控制器，在使用加氫脫硫器來進行脫硫的情況下，控制器以開放第1開閉閥以及第3開閉閥并且關(guān)閉第2開閉閥以及第4開閉閥的方式進行控制；而在使用常溫脫硫器來進行脫硫的情況下，以開放第2開閉閥以及第4開閉閥并且關(guān)閉第1開閉閥以及第3開閉閥的方式進行控制。以這種結(jié)構(gòu)就能夠在使用常溫脫硫器的時候使加氫脫硫器旁通。因此，抑制了在常溫脫硫器中未被除去的原料氣體中的硫化合物滯留于加氫脫硫器中。實施方式3的變形例2所涉及的燃料電池系統(tǒng)具備本變形例2的上述氫生成裝置、以及使用從所述氫生成裝置提供的含氫氣體來發(fā)電的燃料電池。本變形例的氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)除了上述特征之外也可以以與實施方式1、實施方式2以及其變形例1的任意一個氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)同樣的方式進行構(gòu)成。接著，就上述實施方式3的氫生成裝置100的變形例2作如下說明。圖6是表示本變形例的氫生成裝置100的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。如圖6所示，本變形例的氫生成裝置100與實施方式3同樣除了加氫脫硫器7之外還具備常溫脫硫器沈，但是與實施方式3不同的地方為，具備在經(jīng)由原料氣體供給器6 之后旁通加氫脫硫器7從而被提供給氫生成器1的原料氣體所流通的第3氣體通道22，以及被設(shè)置于第3氣體通道22中的第4開閉閥21。具體是，第3氣體通道22被構(gòu)成為，在原料氣體供給器6與第1開閉閥8之間的第1氣體通道5中進行分支，并旁通加氫脫硫器7從，而與加氫脫硫器7下游的第1氣體通道5合流。在上述第3氣體通道22上設(shè)置有第4開閉閥21。在本變形例2中，通過切換第1開閉閥8和第4開閉閥21的開閉狀態(tài)從而就能夠?qū)崿F(xiàn)作為在第1氣體通道5與第3氣體通道22之間切換經(jīng)由原料氣體供給器6的原料氣體流向的切換器的功能。也就是說，第1開閉閥8和第4開閉閥21構(gòu)成了上述切換器。接著，就具有上述結(jié)構(gòu)的氫生成裝置100的運轉(zhuǎn)方法作如下說明。本變形例的氫生成裝置100在使用加氫脫硫器7對原料氣體中的硫化合物進行脫硫的時候，控制器20以開放第1開閉閥8以及第3開閉閥19并且關(guān)閉第2開閉閥18a和第2開閉閥18b以及第4開閉閥21的方式進行控制。之后，為了將氫添加到流入到加氫脫硫器7的原料氣體中，控制器20開放第5開閉閥11，并且被構(gòu)成為使得由氫生成器1所生成的含氫氣體通過循環(huán)通道10流入到原料氣體供給器6上游的第1氣體通道5中。另外，本變形例的氫生成裝置100在使用常溫脫硫器沈?qū)υ蠚怏w中的硫化合物進行脫硫的時候，控制器20以開放第2開閉閥18a和第2開閉閥18b以及第4開閉閥21 的方式進行控制，并且以關(guān)閉第1開閉閥8以及第3開閉閥19的方式進行控制。之后，控制器20關(guān)閉第5開閉閥11，以使得不會從循環(huán)通道10導(dǎo)入含氫氣體。如以上所述，通過使由常溫脫硫器沈進行了脫硫的原料氣體不通過加氫脫硫器 7，從而就能夠抑制在常溫脫硫器沈中沒有被除去的原料氣體中的硫化合物滯留(trap)于加氫脫硫催化劑中。這個被滯留的硫化合物的一部分在從常溫脫硫器26切換到加氫脫硫器7之后，有可能會流入到重整器并使重整催化劑劣化。在本變形例的氫生裝置中，能夠減少這種可能性。還有，使用加氫脫硫器7來脫硫這一步驟與實施方式3的氫生成裝置同樣，是在加氫脫硫器7的溫度上升至其工作溫度之后進行。在這之前優(yōu)選構(gòu)成為使用常溫脫硫器沈來對原料氣體中的硫化合物進行脫硫。(實施方式4)接著，就實施方式4的燃料電池系統(tǒng)作如下說明。圖7是表示實施方式4的燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。如圖7所示，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)200具備實施方式2的氫生成裝置、以及利用從該氫生成裝置提供的含氫氣體的氫利用設(shè)備即燃料電池23，并且還具備通過燃料電池23的含氫氣體所流通的第4氣體通道M、旁通燃料電池23而被提供給燃燒器3的含氫氣體所流通的第5氣體通道25。再有，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)200具備第6開閉閥 13a、第6開閉閥13b以及第6開閉閥13c，作為被設(shè)置于通過氫利用設(shè)備與大氣相連通的氣體通道中的開閉閥。在此，第6開閉閥13a和第6開閉閥1 是被設(shè)置于通過作為氫利用設(shè)備的燃料電池23與大氣相連通的第4氣體通道M中的開閉閥，第6開閉閥13c是被設(shè)置于通過作為氫利用設(shè)備的燃燒器3與大氣相連通的第5氣體通道25中的開閉閥。接著，就本實施方式的燃料電池系統(tǒng)200停止時的動作流程作如下說明。圖8是表示燃料電池系統(tǒng)停止時的動作流程的圖。如圖8所示，在燃料電池系統(tǒng)停止過程中，首先，控制器20停止燃料電池23的發(fā)電(步驟S701)，并使原料氣體供給器6以及水供給器12的動作停止(步驟S702)。接著， 在關(guān)閉了第1開閉閥8以及第5開閉閥11之后(步驟S703)，關(guān)閉第6開閉閥13a以及第 6開閉閥13b (步驟S704)。之后，執(zhí)行停止燃燒器3的燃燒動作等其它停止動作，從而結(jié)束
停止處理。在上述動作流程中，被構(gòu)成為在關(guān)閉第6開閉閥13a以及第6開閉閥1 之前關(guān)閉第1開閉閥8，但是也可以被構(gòu)成為同時關(guān)閉第1開閉閥8與第6開閉閥13a以及第6開閉閥13b。也就是說，優(yōu)選在關(guān)閉第6開閉閥13a以及第6開閉閥1 之前關(guān)閉第1開閉閥 8。如果關(guān)閉了第6開閉閥13a以及第6開閉閥13b，那么在燃料電池系統(tǒng)200發(fā)電運轉(zhuǎn)時， 第6開閉閥13c已經(jīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以氫生成器1與大氣的連通被切斷。如果殘留于氫生成器1內(nèi)的水由于余熱而蒸發(fā)，那么氫生成器1的內(nèi)壓會上升，并且殘留于加氫脫硫器7 的硫化氫會流入到原料氣體供給器6，從而有可能會導(dǎo)致腐蝕，但是因為關(guān)閉了第1開閉閥 8，所以能夠抑制這種可能性。還有，即使是在關(guān)閉第6開閉閥13之后關(guān)閉第1開閉閥8，與以往的燃料電池系統(tǒng)相比較，也能夠抑制原料氣體供給器6的腐蝕，所以也是可以的。(實施方式5)首先，就本發(fā)明所涉及的實施方式5的氫生成裝置300以及具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)400的結(jié)構(gòu)作如下說明。圖9是表示本發(fā)明實施方式5的氫生成裝置300以及具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)400的結(jié)構(gòu)圖。該氫生成裝置300是主要使含有將甲烷作為主要成分的城市燃氣、 天然氣、LGP等所示例的至少由碳以及氫構(gòu)成的有機化合物的原料氣體與水蒸汽發(fā)生重整反應(yīng)并生成被用于燃料電池等的含氫氣體的裝置。在氫生成器31中，設(shè)置有使用原料氣體和水蒸汽來進行重整反應(yīng)的重整器(沒有圖示)。還有，在本實施方式的氫生成器31中，只設(shè)置了重整器，但是也可以采用設(shè)置由轉(zhuǎn)化反應(yīng)使以重整器生成的含氫氣體中的一氧化碳減少的轉(zhuǎn)化器(沒有圖示)、主要由氧化反應(yīng)使通過了轉(zhuǎn)化器的含氫氣體中的一氧化碳減少的CO除去器(沒有圖示)。還有，在設(shè)置了 CO除去器的情況下，設(shè)置將用于氧化反應(yīng)的空氣提供給通過轉(zhuǎn)化器之后的含氫氣體的空氣供給器。設(shè)置有將用于使原料氣體與水蒸汽進行重整反應(yīng)的熱提供給重整器的燃燒器33。在從氫生成器31送出的燃料氣體供給路徑35上，設(shè)置有開閉閥36，并連接到燃料電池37。為了將從燃料電池37排出的燃料氣體導(dǎo)入到燃燒器33，而設(shè)置有燃料氣體尾氣供給路徑34，并且還設(shè)置有開閉閥38。另外，作為旁通燃料電池37并與燃料氣體尾氣供給路徑34相連接的路徑而設(shè)置有旁通路徑39，并且還設(shè)置有開閉閥40。設(shè)置有將原料氣體提供給氫生成器31 (重整器)的原料氣體供給器以及提供水的水供給器42。還有，原料氣體供給器是調(diào)節(jié)提供給氫生成器31 (重整器)的原料氣體的流量的設(shè)備，在本實施方式中是由升壓器41 (例如增壓泵)和流量調(diào)節(jié)閥70所構(gòu)成，但是并不限定于本例，也可以是升壓器41以及流量調(diào)節(jié)閥70中的任意一個。水供給器42是調(diào)節(jié)提供給氫生成器31 (重整器)的水的流量的設(shè)備，在本實施方式中是使用泵。
另外，作為原料氣體的供給源，是使用了城市燃氣的基礎(chǔ)設(shè)施管線。從該基礎(chǔ)設(shè)施管線提供的原料氣體在經(jīng)由充填了由物理吸附除去原料氣體中的硫化合物的脫硫劑的第1 脫硫器43之后，被提供給原料氣體供給器。在第1脫硫器43的上游和下游，分別設(shè)置有開閉閥44和開閉閥45。通過第1脫硫器43的原料氣體經(jīng)由第1路徑46被提供給氫生成器 31 (重整器)。作為被充填于第1脫硫器43的脫硫劑，例如可以使用除去臭氣成分的對Ag 實施了離子交換的沸石類吸附劑以及活性炭等。作為用于原料氣體旁通第1脫硫器43并經(jīng)由第2脫硫器51從而提供給氫生成器 31的路徑，設(shè)置有第2路徑47，并且還設(shè)置有開閉閥48。作為水的供給源而設(shè)置有水罐49。 在原料氣體供給器的下游設(shè)置有開閉閥50和第2脫硫器51，在其下游側(cè)的路徑上設(shè)置有氫生成器31(重整器)。在第2脫硫器51中充填有加氫脫硫劑。作為加氫脫硫劑，例如可以采用具備將原料氣體中的硫化合物轉(zhuǎn)化成硫化氫的CoMo類催化劑、和吸附被轉(zhuǎn)化后的硫化氫的吸附劑 ZnO類催化劑或者Cu-Si類催化劑的方式，或者采用具備Cu-Zn-Ni類或Cu-Zn-Fe類催化劑作為既具有將硫化合物轉(zhuǎn)化成硫化氫的功能又具有吸附硫化氫的功能的催化劑種的方式。 另外，第1路徑46和第2路徑47在原料氣體供給器的上游合流，并且從該合流點到氫生成器31為止是由共通的路徑所構(gòu)成。還有，第1路徑46以及第2路徑47的結(jié)構(gòu)并不限定于本例，例如也可以被構(gòu)成為，第1路徑46和第2路徑47在分支后并不在途中進行合流，而就這樣保持被分離的狀態(tài)下分別與氫生成器31相連接。設(shè)置有從燃料氣體供給路徑35進行分支的第3路徑53，經(jīng)過冷凝器M以及開閉閥55而連接到原料氣體供給器的上游，并且被構(gòu)成為從氫生成器31送出的含氫氣體的一部分被循環(huán)并被提供給供應(yīng)到第2脫硫器51中的原料氣體。如果被循環(huán)的氣體的露點較高，那么水蒸汽被吸附于加氫脫硫劑上，脫硫劑功能降低，所以在冷凝器M中降低露點。將燃燒用空氣提供給燃燒器33的燃燒用空氣供給器56是鼓風(fēng)機，且能夠調(diào)節(jié)流量。在燃燒器中雖然具備點火所需的點火器(例如igniter)和檢測燃燒狀態(tài)的燃燒檢測器(例如火焰檢測棒)，但是其為一般的技術(shù)而沒有詳細的圖示。在燃燒器中所產(chǎn)生的廢氣由廢氣導(dǎo)出路徑57被排出至大氣中。在燃料氣體尾氣供給路徑34上設(shè)置有冷凝器58，通過降低重整氣體的水蒸汽分壓，從而使燃料氣體尾氣更加穩(wěn)定地燃燒。另外，在氫生成器31內(nèi)設(shè)置有充填了重整催化劑的重整器，為了檢測重整器的溫度而設(shè)置有第1溫度檢測器59。作為檢測器可以使用熱電偶和熱敏電阻等。另外，設(shè)置有控制器80，輸入來自于第1溫度檢測器59的檢測值并控制從原料氣體供給器提供的原料氣體的供給量和從水供給器42提供的水的供給量、燃燒用空氣供給器56、開閉閥36、開閉閥38以及開閉閥40等。還有，控制器80使用半導(dǎo)體存儲器和CPU 等，存儲氫生成裝置300的運轉(zhuǎn)動作順序以及原料氣體累積流通量等運轉(zhuǎn)信息等，并運算根據(jù)狀況的恰當(dāng)?shù)膭幼鳁l件，并將動作條件指示給水供給器42和原料氣體供給器等系統(tǒng)運轉(zhuǎn)所需的結(jié)構(gòu)部件。接著，就本實施方式的氫生成裝置300以及具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng) 400的動作進行說明。以下所述動作是根據(jù)控制器80的控制執(zhí)行的。首先，說明本實施方式的氫生成裝置300的啟動動作。
在使氫生成裝置300從停止?fàn)顟B(tài)啟動的情況下，根據(jù)來自于控制器80的指令打開開閉閥44、開閉閥45以及開閉閥50，并且使原料氣體供給器工作，從而將經(jīng)由第1脫硫器 43的原料氣體提供給氫生成器31 (重整器)。在氫生成器31中還沒有獲得含氫氣體，所以開閉閥55就這樣關(guān)閉著。通過關(guān)閉開閉閥36以及開閉閥38并打開開閉閥40，從而從氫生成器31排出的原料氣體經(jīng)由燃料氣體供給路徑35、旁通路徑39、冷凝器58以及燃料氣體尾氣供給路徑34被提供給燃燒器33。將該原料氣體作為燃料，與來自于燃燒用空氣供給器 56的空氣一起在燃燒器33中被點火，從而開始加熱。之后，在氫生成器31被加熱升溫直至能夠由被提供給氫生成器31內(nèi)的液態(tài)水生成水蒸汽的溫度為止的階段，使水供給器42的動作開始，并將水提供給氫生成器31，并通過在氫生成器31內(nèi)部使水蒸發(fā)，從而在重整器中開始水蒸汽與原料氣體的重整反應(yīng)。在本實施方式的氫生成裝置300中，將甲烷作為主成分的城市燃氣(13A)作為原料氣體來使用。水的供給量被控制成，所提供的水蒸汽分子數(shù)相對于包含于被提供給重整器的原料氣體中的碳原子數(shù)的比率成為3左右(例如水蒸汽碳比(S/C)為3左右)。氫生成器31內(nèi)的重整器被加熱從而進行水蒸汽重整反應(yīng)。之后，如果第1溫度檢測器59的檢測溫度成為在氫生成器31中能夠生成氫濃度穩(wěn)定的含氫氣體的溫度，那么打開開閉閥36 以及開閉閥38并關(guān)閉開閉閥40，從而將含氫氣體提供給燃料電池37并開始實施發(fā)電?？刂朴稍蠚怏w供給器提供給氫生成器31的原料氣體的流量，以使發(fā)電運轉(zhuǎn)時的氫生成器 31(重整器)的溫度成為650°C左右。接著，打開開閉閥55，并使用第3路徑53使從氫生成器31排出的含氫氣體的一部分在第2路徑(在本實施方式中是第1路徑46與第2路徑47的共通路徑)中回流。在回流開始之后，通過打開開閉閥48并關(guān)閉開閉閥44以及開閉閥45，從而停止使用第1脫硫器 43，在第2脫硫器51中開始加氫脫硫。第2脫硫器以成為300 400°C的方式被設(shè)置于氫生成器31的附近。還有，也可以采用在第2脫硫器的周圍進一步設(shè)置電加熱器來維持上述溫度的方式。接著，在本實施方式中，是在燃料電池系統(tǒng)400發(fā)電開始之后開始含氫氣體的循環(huán)，但是也可以在發(fā)電開始的同時或者之前開始氫生成器31的含氫氣體的循環(huán)。也就是說，只要成為在氫生成器31中能夠穩(wěn)定地生成高濃度的含氫氣體的狀態(tài)，那么不管是怎樣的時機都是可以的。接著，就本實施方式的氫生成裝置300以及燃料電池系統(tǒng)400的停止方法作如下說明，與此同時還就本發(fā)明的動作的一個例子作如下闡述。如果就使氫生成裝置300以及燃料電池系統(tǒng)400停止運轉(zhuǎn)的方法的概略情況進行說明的化，那么就是通過停止原料氣體和水的供給從而停止燃燒器33的燃燒，并降低氫生成器31內(nèi)的重整器溫度。雖然氫生成器31的內(nèi)壓伴隨著重整器溫度的降低而降低，但是此時是以使空氣不進入到氫生成器31內(nèi)的方式切斷氫生成器31與大氣的連通，所以關(guān)閉開閉閥36、開閉閥40、開閉閥50以及開閉閥55，并形成包含重整器的封閉空間。在此，如以上所述，在原料氣體供給器的下游設(shè)置有開閉閥50和第2脫硫器51，具體如圖9所示，按順序設(shè)置開閉閥50以及第2脫硫器51。另外，第3路徑53如以上所述是被連接于原料氣體供給器的上游。之后，開閉閥50如以上所述在氫生成裝置300的運轉(zhuǎn)停止時被關(guān)閉。換言之，本實施方式的氫生成裝置具備被設(shè)置于第2脫硫器51上游的路徑和第3路徑53的合流部與第2脫硫器51之間的原料氣體供給器，以及被設(shè)置于原料氣體供給器與第2脫硫器51之間并且在停止時被關(guān)閉的開閉閥50。還有，雖然氫生成器31內(nèi)部的壓力是如以上所述要取決于形成封閉空間的時機和各個設(shè)備的溫度，但是還會有發(fā)生下降成為負壓的情況。因此，本實施方式的氫生成裝置 300被構(gòu)成為，將原料氣體提供給重整器來執(zhí)行抑制過度負壓的補壓動作。接著，根據(jù)圖10所表示的流程圖，就在本實施方式的氫生成裝置300中在補壓動作的時候所執(zhí)行的動作的概要作如下說明。首先，在開始對重整器的補壓動作的時候，根據(jù)控制器80的控制，先于本動作的開始，而由在第1路徑46和第2路徑47中切換原料氣體的流動路徑的切換器，切換到第1 路徑46側(cè)(步驟S301)。接著，開始補壓動作(步驟S302)，在將原料氣體提供給重整器內(nèi)并進行補壓之后，停止補壓動作(步驟S303)。在此，上述“切換器”是由開閉閥44和開閉閥45以及開閉閥48所構(gòu)成，但是并限定于本例，只要能夠切換第1路徑和第2路徑，那么任意結(jié)構(gòu)都是可以的。例如，既可以是只設(shè)置開閉閥44以及開閉閥45當(dāng)中的任意一個的方式，又可以是將三通閥設(shè)置于從第2路徑47向第1路徑46進行分支的地方的方式。接著，根據(jù)圖11所表示的流程圖來就補壓動作的細節(jié)作如下說明。首先，判斷由檢測重整器內(nèi)壓的壓力檢測器(沒有圖示)檢測到的壓力是否成為規(guī)定壓力閾值Pi以下 (步驟S401)，如果被檢測到的壓力是在規(guī)定壓力閾值Pl以下，那么開放開閉閥44以及開閉閥45，并切換到第1路徑46側(cè)(步驟S402)。之后，通過開放開閉閥50從而將具有規(guī)定供給壓力的原料氣體提供給重整器進行補壓(步驟S403)。判斷原料氣體的供給時間(補壓時間)是否成為規(guī)定時間閾值tl (步驟S404)，如果補壓時間成為規(guī)定時間閾值tl以上 (在步驟S404中為“是”)，那么由控制器80關(guān)閉開閉閥44和開閉閥45，并關(guān)閉開閉閥50， 從而停止補壓動作(步驟S405)。還有，在以上所述內(nèi)容中，規(guī)定壓力閾值Pl是小于原料氣體供給壓力的值。另外， 在以上所述補壓動作過程中，為了將原料氣體提供給重整器而僅僅是開放第1路徑46，但是也可以以使升壓器41動作從而對重整器補充更高的壓力的方式進行控制。另外，在上述流程中被構(gòu)成為由壓力檢測器來檢測重整器內(nèi)壓的降低，但是并不限定于如以上所述直接檢測重整器內(nèi)的壓力的方式，例如可以采用根據(jù)第1溫度檢測器59的檢測溫度或者根據(jù)形成包含重整器的封閉空間之后的所經(jīng)過的時間來間接地檢測重整器的內(nèi)壓的方式。如以上所述，在補壓動作過程中，通過以使原料氣體所流通的路徑成為第1路徑 46側(cè)的方式控制切換器，從而由使用第1脫硫器43進行了脫硫的原料氣體來對重整器內(nèi)實施補壓。因此，能夠不促進由硫化合物造成的重整催化劑的劣化而由原料氣體來實施補壓。另外，如果打算使用第2脫硫器51并由原料氣體作補壓，那么會有在開閉閥55開放時未脫硫的原料氣體通過第3路徑逆流到成為負壓的氫生成器31的可能性。在上述補壓動作過程中，使用第1脫硫器43來脫硫所以開閉閥55是處于關(guān)閉狀態(tài)，因而能夠減少這種可能性。另外，本實施方式的氫生成裝置300在停止運轉(zhuǎn)時，停止原料氣體和水的供給，并且停止燃燒器33的燃燒。之后，以使空氣不會進入到氫生成器31內(nèi)的方式切斷氫生成器 31與大氣的連通，所以關(guān)閉開閉閥36、開閉閥40、開閉閥50、開閉閥55，從而形成包含重整器的封閉空間。之后，被構(gòu)成為執(zhí)行原料氣體清除動作，即，用原料氣體對重整器內(nèi)進行凈化，從而使重整器內(nèi)的殘留水蒸汽不會伴隨著氫生成器31的溫度的下降而發(fā)生冷凝。接著，根據(jù)圖12所表示的流程圖，就本實施方式的氫生成裝置300中在原料氣體清除動作的時候所執(zhí)行的動作概要作如下說明。首先，在對重整器開始執(zhí)行原料氣體清除動作的時候，根據(jù)控制器80的控制，先于本動作的開始，而由在第1路徑46和第2路徑47中切換原料氣體的流動路徑的切換器， 切換到第1路徑46側(cè)(步驟S501)。接著，開始原料氣體清除動作(步驟S502)，在對重整器內(nèi)進行原料氣體清除之后，停止原料氣體清除動作(步驟S503)。接著，根據(jù)圖13所表示的流程圖，就在原料氣體清除動作的時候所執(zhí)行的動作細節(jié)作如下說明。首先，判斷由檢測重整器溫度的第1溫度檢測器59所檢測到的溫度是否成為規(guī)定溫度閾值Tl以下(步驟S601)，如果檢測溫度是在規(guī)定溫度閾值Tl以下，那么開放開閉閥44以及開閉閥45并切換到第1路徑46側(cè)(步驟S602)。之后，開放開閉閥40以及開閉閥50并開始原料氣體供給器的動作(在本例中是升壓器41的動作開始以及開放流量調(diào)節(jié)閥70)，并且，開始燃燒用空氣供給器56以及點火器的動作(步驟S603)。由此，重整器內(nèi)部由原料氣體清除，并且，包含從氫生成器31排出的原料氣體的可燃性氣體在燃燒器33中被燃燒處理。之后，判斷原料氣體的供給時間(清除動作時間)是否成為規(guī)定時間閾值t2(步驟S604)，如果清除動作時間成為規(guī)定時間閾值t2以上(在步驟S604中為 “是”)，那么由控制器80來關(guān)閉開閉閥44以及開閉閥45，并關(guān)閉開閉閥40以及開閉閥50， 從而停止向重整器提供原料氣體以及燃燒器33的燃燒動作。之后，在燃燒器33內(nèi)的殘留氣體被燃燒用空氣清掃之后，停止燃燒用空氣供給器56的動作，且停止原料氣體清除動作 (步驟S605)。還有，在以上所述內(nèi)容中，規(guī)定溫度閾值Tl被定義為不從原料氣體發(fā)生碳析出的重整器的溫度。另外，上述規(guī)定時間閾值t2被定義為至少重整器內(nèi)被原料氣體所清掃的時間。如以上所述，在原料氣體清除動作過程中，通過以使原料氣體流動的路徑成為第1 路徑46側(cè)的方式控制切換器，從而由使用第1脫硫器43進行了脫硫的原料氣體來對重整器內(nèi)進行清掃。因此，不會促進由于硫化物而造成的重整催化劑的劣化而能夠用原料氣體進行清除。另外，如果打算使用第2脫硫器51來執(zhí)行原料氣體清除動作，那么就會有在開閉閥陽開放的時候未脫硫的原料氣體通過第3路徑逆流到成為負壓的氫生成器31中的可能性。在上述原料氣體清除動作過程中，是使用第1脫硫器43來脫硫，所以開閉閥55是處于關(guān)閉狀態(tài)，因而能夠減少這種可能性。以上所說明的本實施方式的氫生成裝置300被構(gòu)成為在運轉(zhuǎn)停止時一起執(zhí)行補壓動作以及原料氣體清除動作，但是也可以采用執(zhí)行上述動作中的任意一個動作的方式。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)較以往技術(shù)更加能夠抑制被設(shè)置于循環(huán)通道和原料氣體供給通道的合流部與加氫脫硫器之間的原料氣體供給器的腐蝕，在燃料電池系統(tǒng)用的氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)等方面是有用的。符號說明1.氫生成器3.燃燒器5.第1氣體通道0176]6.原料氣體供給器0177]7.加氫脫硫器0178]8.第1開閉閥0179]10.循環(huán)通道0180]11.第5開閉閥0181]12.水供給器0182]13、13a、13b、13c.第 6 開閉0183]14.燃燒氣體通道0184]15.燃燒空氣供給器0185]16.燃燒廢氣通道0186]17.第2氣體通道0187]18a.第2開閉閥0188]18b.第2開閉閥0189]19.第3開閉閥0190]20.控制器0191]21.第4開閉閥0192]22.第3氣體通道0193]23.燃料電池0194]24.第4氣體通道0195]25.第5氣體通道0196]26.常溫脫硫器0197]31.氫生成器0198]33.燃燒器0199]34.燃料氣體尾氣供給路徑0200]35.燃料氣體供給路徑0201]36.開閉閥0202]37.燃料電池0203]38.開閉閥0204]39.旁通路徑0205]40.開閉閥0206]41.升壓器0207]42.水供給器0208]43.第1脫硫器0209]44.開閉閥0210]45.開閉閥0211]46.第1路徑0212]47.第2路徑0213]48.開閉閥0214]49.水罐
50.開閉閥
51.第2脫硫器
53.第3路徑
54.冷凝器
55.開閉閥
56.燃燒用空氣供給器
57.廢氣導(dǎo)出路徑
58.冷凝器
59.第1溫度檢測器
70.流量調(diào)節(jié)閥
80.控制器
100氫生成裝置
200燃料電池系統(tǒng)
300氫生成裝置
400燃料電池系統(tǒng)
權(quán)利要求
1.一種氫生成裝置，其特征在于 具備氫生成器，使用原料氣體來生成含氫氣體；加氫脫硫器，除去被提供給所述氫生成器的原料氣體中的硫化合物； 第1氣體通道，經(jīng)由所述加氫脫硫器被提供給所述氫生成器的原料氣體在該第1氣體通道中流動；循環(huán)通道，用于將從所述氫生成器送出的含氫氣體提供給所述加氫脫硫器上游的所述第1氣體通道內(nèi)的原料氣體；原料氣體供給器，被設(shè)置于所述第1氣體通道和所述循環(huán)通道的合流部、與所述加氫脫硫器之間；以及第1開閉閥，被設(shè)置于所述原料氣體供給器與所述加氫脫硫器之間，且在停止時被關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于所述第1開閉閥被配設(shè)于在所述第1氣體通道中設(shè)置的閥中的最下游。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的氫生成裝置，其特征在于 具備常溫脫硫器，除去被提供給所述氫生成器的原料氣體中的硫化合物； 第2氣體通道，在所述加氫脫硫器的上游分支，并經(jīng)由所述常溫脫硫器，從而與所述第 1氣體通道和所述循環(huán)通道的合流部上游的第1氣體通道合流； 第2開閉閥，被設(shè)置于所述第2氣體通道中；以及第3開閉閥，被設(shè)置于通往所述第2氣體通道的分支部、與第1氣體通道和所述第2氣體通道的合流部之間的第1氣體通道中。
4.如權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征在于 具備控制器，在使用所述加氫脫硫器進行脫硫的情況下，所述控制器以開放所述第1開閉閥以及所述第3開閉閥并且關(guān)閉所述第2開閉閥的方式進行控制，在使用所述常溫脫硫器進行脫硫的情況下，所述控制器以開放所述第1開閉閥以及第 2開閉閥并且關(guān)閉所述第3開閉閥的方式進行控制。
5.如權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征在于 具備第3通道，從所述原料氣體供給器與所述加氫脫硫器之間的第1氣體通道分支，并在所述加氫脫硫器下游的所述第1氣體通道中合流；以及第4開閉閥，被設(shè)置于所述第3通道中。
6.如權(quán)利要求5所述的氫生成裝置，其特征在于 具備控制器，在使用所述加氫脫硫器進行脫硫的情況下，所述控制器以開放所述第1開閉閥以及所述第3開閉閥并且關(guān)閉所述第2開閉閥以及所述第4開閉閥的方式進行控制，在使用所述常溫脫硫器進行脫硫的情況下，所述控制器以開放所述第2開閉閥以及所述第4開閉閥并且關(guān)閉所述第1開閉閥以及所述第3開閉閥的方式進行控制。
7.如權(quán)利要求1或者2所述的氫生成裝置，其特征在于 具備常溫脫硫器，除去被提供給所述氫生成器的原料氣體中的硫化合物； 第2氣體通道，在所述原料氣體供給器與所述第1開閉閥之間的所述第1氣體通道上分支，并經(jīng)由所述常溫脫硫器，與所述加氫脫硫器下游的所述第1氣體通道合流；以及第2開閉閥，被設(shè)置于所述第2氣體通道中。
8.如權(quán)利要求7所述的氫生成裝置，其特征在于 具備控制器，在使用所述加氫脫硫器進行脫硫的情況下，所述控制器以開放所述第1開閉閥并且關(guān)閉所述第2開閉閥的方式進行控制，在使用所述常溫脫硫器進行脫硫的情況下，所述控制器以開放所述第2開閉閥并且關(guān)閉所述第1開閉閥的方式進行控制。
9.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于具備權(quán)利要求1 8中的任意一項所述的氫生成裝置、以及使用從所述氫生成裝置提供的含氫氣體進行發(fā)電的燃料電池。
全文摘要
一種氫生成裝置(100)，具備使用原料氣體來生成含氫氣體的氫生成器(1)，除去被提供給氫生成器(1)的原料氣體中的硫化合物的加氫脫硫器(7)，經(jīng)由加氫脫硫器(7)被提供給氫生成器(1)的原料氣體所流通的第1氣體通道(5)，用于將從氫生成器(1)送出的含氫氣體提供給加氫脫硫器(7)上游的第1氣體通道(5)內(nèi)的原料氣體的循環(huán)通道(10)，被設(shè)置于第1氣體通道(5)和循環(huán)通道(10)的合流部與加氫脫硫器(7)之間的原料氣體供給器(6)，以及被設(shè)置于原料氣體供給器(6)與加氫脫硫器(7)之間且在停止時被關(guān)閉的第1開閉閥(8)。
文檔編號C01B3/38GK102395523SQ20108001667
公開日2012年3月28日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者中嶋知之, 可兒幸宗, 脅田英延, 藤原誠二 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社