專利名稱：氫生成裝置及具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用甲烷、城市煤氣、丙烷、汽油、酒精等有機(jī)化合物生成氫的氫生成裝置及以氫為燃料發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從來(lái)，作為有效利用能量發(fā)電的分散型發(fā)電裝置，發(fā)電效率和綜合效率高的燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)(cogeneration)系統(tǒng)(以下稱為“燃料電池系統(tǒng)”)很受人注意。
這種燃料電池系統(tǒng)中，使用各種各樣的燃料電池。例如現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用化的燃料電池是磷酸型燃料電池。而正在研制并走向?qū)嵱没娜剂想姵赜欣绻腆w高分子燃料電池。
但是，這些燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池多數(shù)以氫為燃料發(fā)電。但是，氫的供應(yīng)手段還沒(méi)有作為基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備好。因此，為了開(kāi)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)得到規(guī)定的電力，必須在例如設(shè)置該燃料電池系統(tǒng)的場(chǎng)所同時(shí)設(shè)置氫生成裝置，利用該同時(shí)設(shè)置的氫生成裝置生成供給燃料電池用的氫。因此，幾乎所有的燃料電池系統(tǒng)都在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)具有氫生成裝置。
在氫生成裝置中，通常用作為氫生成方法的一種的水蒸氣改性法生成供給燃料電池用的氫。這種水蒸氣改性法是將碳化氫類原料或酒精類原料(以下稱為“原料”)與水混合之后，將該混合的原料和水在高溫下利用催化劑使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以生成氫的方法。這種生成氫用的水蒸氣改性法中使用的化學(xué)反應(yīng)稱為水蒸氣改性反應(yīng)。又，將這種水蒸氣改性反應(yīng)用的反應(yīng)催化劑稱為改性催化劑。在這里，改性催化劑設(shè)置于氫生成裝置具有的改性部的內(nèi)部，在該改性部進(jìn)行水蒸氣改性反應(yīng)。然后，從進(jìn)行水蒸氣改性反應(yīng)的改性部排出包含生成的氫的高溫狀態(tài)下的氣體(以下稱為“改性氣體”)。還有，作為水蒸氣改性法中使用的碳化氫類原料，通常適于使用天然氣、液化丙烷(LPG)、石腦油(naphtha)、汽油、煤油。又，作為醇(alcohol)類原料適于使用甲醇等。
氫生成裝置的改性部排出的改性氣體中通常包含有作為副成分的一氧化碳。具體地說(shuō)，改性氣體包含有作為主成分的氫，另一方面，還包含有作為副成分的一氧化碳約10～15％。因此，通常在氫生成裝置中除了所述改性部外，還設(shè)置具有規(guī)定的反應(yīng)催化劑的變質(zhì)部，在該變質(zhì)部中，在規(guī)定的溫度下使作為副成分的一氧化碳和水進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以此生成氫，借助于此提高改性氣體中的氫濃度。該變質(zhì)部中的由一氧化碳和水生成氫的化學(xué)反應(yīng)被稱為水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)。又，在該水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)中使用的反應(yīng)催化劑被稱為變質(zhì)催化劑。利用在該變質(zhì)部的一氧化碳和水的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)，使改性氣體中的一氧化碳濃度減少到約0.5％。
但是，即使如上所述的改性氣體中所包含的一氧化碳在變性部中減少到0.5％，在燃料電池的內(nèi)部配設(shè)的電極催化劑也會(huì)因該殘存的少量一氧化碳而中毒。這在使用例如固體高分子型燃料電池作為燃料電池的情況下是特別顯著的問(wèn)題。因此，在向固體高分子型燃料電池等容易中毒的燃料電池提供改性氣體的情況下，提供給該固體高分子型燃料電池等的改性氣體的一氧化碳濃度應(yīng)該在100ppm以下，最好使其減少到10ppm以下。因此，通常在氫生成裝置中除了上述改性部和變質(zhì)部以外，還設(shè)置具有規(guī)定的反應(yīng)催化劑的凈化部，在該凈化部中，使殘存的一氧化碳和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以此生成二氧化碳，借助于此降低改性氣體中殘存的一氧化碳。在該凈化部中的一氧化碳和氧氣生成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)被稱為選擇氧化反應(yīng)。又將該選擇反應(yīng)中使用的反應(yīng)催化劑稱為凈化催化劑。利用該凈化部中的一氧化碳和氧氣的選擇化學(xué)反應(yīng)，可以將改性氣體中的一氧化碳濃度減少到100ppm以下。
一氧化碳充分減少，氫含量豐富的，能夠提供給固體高分子型燃料電池等的良好的改性氣體在從氫生成裝置的凈化部中排出后，利用規(guī)定的改性氣體用管道提供給燃料電池。在該燃料電池中氫生成裝置提供的改性氣體中包含的氫被用作燃料進(jìn)行發(fā)電。
但是，在燃料電池系統(tǒng)中，氫生成裝置向燃料電池提供的改性氣體的供應(yīng)量的調(diào)整通常是通過(guò)調(diào)整氫生成裝置的改性部的原料供應(yīng)量來(lái)進(jìn)行的。具體地說(shuō)，在向改性部提供的原料較多的情況下，從氫生成裝置向燃料電池提供的改性氣體的供應(yīng)量多。相反，在向改性部提供的原料較少的情況下，從氫生成裝置向燃料電池提供的改性氣體的供應(yīng)量少。從而，在例如燃料電池的發(fā)電量小的情況下，也就是說(shuō)，從氫生成裝置向燃料電池提供的改性氣體的供應(yīng)量少的情況下，使對(duì)氫生成裝置的改性部的原料供應(yīng)量減少。這時(shí)，由于對(duì)改性部的原料供應(yīng)量減少，所以從改性部向變質(zhì)部提供的改性氣體供應(yīng)量也減少。所以在減少向變質(zhì)部的改性氣體的供應(yīng)量的情況下，改性氣體對(duì)變質(zhì)催化劑的加熱量少，而且變質(zhì)催化劑的由水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)發(fā)生的發(fā)熱量也少，而且氫生成裝置的放熱比例增加，因此，變質(zhì)催化劑的溫度下降。
在變質(zhì)部中的變質(zhì)催化劑的溫度下降的情況下，有時(shí)候在該變質(zhì)部中改性氣體所包含的一氧化碳不能夠充分減少。這是由于變質(zhì)催化劑的溫度下降，有時(shí)候變質(zhì)部中的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)不能夠高收率地進(jìn)行。在這種情況下，由于在其后的凈化部中不能夠充分降低改性氣體中的一氧化碳濃度，提供給燃料電池的改性氣體的品質(zhì)惡化。從而，為了能夠由氫生成裝置對(duì)燃料電池穩(wěn)定地提供一氧化碳濃度充分減小的優(yōu)質(zhì)改性氣體，有必要在該氫生成裝置的作為最初的降一氧化碳部的變質(zhì)部使改性氣體中包含的一氧化碳充分減少。而為此有必要將變質(zhì)部?jī)?nèi)配設(shè)的變質(zhì)催化劑的溫度維持于使上述水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)能夠高收率進(jìn)行的規(guī)定溫度。
在這里，提出了作為變質(zhì)催化劑使用貴金屬催化劑，并且在氫生成裝置的變質(zhì)部的上游設(shè)置空氣供給部，利用由該空氣供給部提供空氣發(fā)生的改性氣體中的一氧化碳或氫與空氣中的氧氣的反應(yīng)熱將變質(zhì)催化劑的溫度維持于規(guī)定的溫度的氫生成裝置(參照例如專利文獻(xiàn)1。以下稱為“第1已有技術(shù)例”)。又提出了在氫生成裝置的變質(zhì)部設(shè)置規(guī)定的溫度調(diào)整手段，利用該溫度調(diào)整手段調(diào)整變質(zhì)部的溫度，以此將變質(zhì)催化劑的溫度維持于規(guī)定的溫度的氫生成裝置(參照例如專利文獻(xiàn)2。以下稱為“第2已有技術(shù)例”)。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2000-178007號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2000-185901號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容采用上述第1、第2已有技術(shù)例，則在變質(zhì)部?jī)?nèi)設(shè)置的變質(zhì)催化劑的溫度經(jīng)常被維持于水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)所需要的規(guī)定溫度。從而，在氫生成裝置的變質(zhì)部，即使是提供給改性部的原料供應(yīng)量少的情況下也能夠充分減少改性氣體中的一氧化碳濃度。
但是在由上述空氣供給部向變質(zhì)部提供空氣，將變質(zhì)催化劑的溫度維持于規(guī)定的溫度的已有技術(shù)例1中，為了將變質(zhì)催化劑的溫度維持于規(guī)定的溫度，空氣供給部經(jīng)常向變質(zhì)部提供空氣，由改性部提供的改性氣體中包含的氫與空氣供給部提供的空氣中包含的氧氣發(fā)生反應(yīng)，將氫白白浪費(fèi)掉，減少了氫生成裝置的氫生成效率。
又，在變質(zhì)部設(shè)置溫度調(diào)整手段，利用該溫度調(diào)整手段維持變質(zhì)催化劑的溫度于規(guī)定的溫度的第2已有技術(shù)例中，還需要為了構(gòu)成該溫度調(diào)整手段的零部件等，以此增加了氫生成裝置的制造成本。而且該已有技術(shù)例帶來(lái)了溫度調(diào)整控制的復(fù)雜化。
還有，為了使水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)能夠高收率地進(jìn)行所需要的變質(zhì)催化劑的最佳溫度，因?qū)胱冑|(zhì)部的改性氣體的導(dǎo)入量、即提供給改性部的原料供應(yīng)量的變化而有很大的變化。具體地說(shuō)，導(dǎo)入變質(zhì)部的改性氣體的供應(yīng)量變化小的情況下，變質(zhì)催化劑的最佳溫度大致一定。但是在導(dǎo)入變質(zhì)部的改性氣體的供應(yīng)量變化大的情況下，變質(zhì)催化劑的最佳溫度有很大的變化。從而，在隨著燃料電池的發(fā)電量的增加大幅度增加對(duì)改性部的原料供應(yīng)量的情況下，在變質(zhì)催化劑的溫度維持于規(guī)定的溫度的上述第1、第2已有技術(shù)例的情況下，有時(shí)在變質(zhì)部改性氣體中所包含的一氧化碳不能夠充分減少或幾乎不能夠減少。
本發(fā)明是為解決上述存在問(wèn)題而作出的，其目的在于，提供對(duì)應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量的增減能充分減少一氧化碳，而且能高效率地生成富含氫的優(yōu)質(zhì)改性氣體的廉價(jià)的氫生成裝置及具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)。
為了解決上述課題，本發(fā)明的氫生成裝置具備得到包含至少由碳和氫構(gòu)成的有機(jī)化合物原料和水的供應(yīng)，生成含氫的改性氣體的改性部、將該改性部加熱到生成所述改性氣體所需要的溫度的加熱部，具有使在所述改性部生成的所述改性氣體中包含的一氧化碳減少的降一氧化碳催化劑的降一氧化碳部、以及檢測(cè)所述降一氧化碳催化劑或該降一氧化碳部?jī)?nèi)的所述改性氣體的溫度中的至少其一的溫度檢測(cè)部；提供給所述改性部的所述原料的供應(yīng)量的增加，根據(jù)由所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度與根據(jù)所述原料的供應(yīng)量設(shè)定的基準(zhǔn)溫度的比較加以控制(權(quán)項(xiàng)1)。采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠得到一氧化碳濃度充分減小的優(yōu)質(zhì)的改性氣體。
在上述情況下，上述比較的結(jié)果，所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，提供給所述改性部的所述原料的供應(yīng)量不被增加，而在所述檢測(cè)溫度不小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下則被增加(權(quán)項(xiàng)2)。采用這樣的結(jié)構(gòu)，則在燃料電池的發(fā)電量增加時(shí)能夠?qū)υ撊剂想姵靥峁┡c發(fā)電量的增加量相應(yīng)的一氧化碳濃度充分減小的優(yōu)質(zhì)改性氣體的量。
在這種情況下，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，控制所述檢測(cè)溫度使其在所述基準(zhǔn)溫度以上，在達(dá)到所述基準(zhǔn)溫度以上時(shí)，使所述原料的供應(yīng)量增加(權(quán)項(xiàng)3)。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)需要將檢測(cè)溫度控制于基準(zhǔn)溫度以上，以此對(duì)燃料電池的改性氣體供應(yīng)會(huì)更加穩(wěn)定。
在這種情況下，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，所述加熱部的加熱量被增加，使所述檢測(cè)溫度被控制在所述基準(zhǔn)溫度以上(權(quán)項(xiàng)4)。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，燃料電池的發(fā)電量增加時(shí)，對(duì)提供給加熱部的例如甲烷氣體等燃料的供應(yīng)量進(jìn)行控制，這樣就很容易對(duì)檢測(cè)溫度進(jìn)行控制。
又，在這種情況下，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，提供給所述改性部的所述水的數(shù)量被減少，使所述檢測(cè)溫度被控制在所述基準(zhǔn)溫度以上(權(quán)項(xiàng)5)。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，燃料電池的發(fā)電量增加時(shí)，通過(guò)控制提供給改性部的水的供應(yīng)量，很容易對(duì)檢測(cè)溫度進(jìn)行控制。
又，在這種情況下，還具有向所述降一氧化碳部的內(nèi)部提供氧化劑氣體的氧化劑氣體供給部，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，由所述氧化劑氣體供給部向所述降一氧化碳部被提供氧化劑氣體，使所述檢測(cè)溫度被控制在所述基準(zhǔn)溫度以上(權(quán)項(xiàng)6)。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，燃料電池的發(fā)電量增加時(shí)，對(duì)提供給降一氧化碳部的空氣等氧化劑的供應(yīng)量進(jìn)行控制，這樣就很容易對(duì)檢測(cè)溫度進(jìn)行控制。
又，在上述情況下，所述降一氧化碳催化劑是使由一氧化碳和水生成氫和二氧化碳的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)進(jìn)行的變質(zhì)催化劑，所述降一氧化碳部是具備所述變質(zhì)催化劑的變質(zhì)部(權(quán)項(xiàng)7).采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以在不改變氫生成裝置的已有結(jié)構(gòu)的情況下將改性氣體中的一氧化碳濃度降低。
在這種情況下，所述變質(zhì)催化劑中的催化劑至少由貴金屬、鈰、鋯或鋁中的至少一種元素的金屬氧化物構(gòu)成(權(quán)項(xiàng)8)。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以高效率地降低改性氣體中的一氧化碳濃度。
又，在上述情況下，所述降一氧化碳催化劑是用于使一氧化碳發(fā)生選擇氧化反應(yīng)用的一氧化碳選擇氧化催化劑，所述降一氧化碳部是具備所述一氧化碳選擇氧化催化劑的選擇氧化部(權(quán)項(xiàng)9)。即使是采用這樣的結(jié)構(gòu)，也可以在不改變氫生成裝置的已有結(jié)構(gòu)的情況下將改性氣體中的一氧化碳濃度降低。
又，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，具備權(quán)項(xiàng)1～9中的任一項(xiàng)所述的氫生成裝置、以及利用該氫生成裝置生成的氫和氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池，所述燃料電池在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的所述檢測(cè)溫度達(dá)到所述基準(zhǔn)溫度以上時(shí)，提供給所述改性部的所述原料供應(yīng)量被增加，使其發(fā)電量增加(權(quán)項(xiàng)10)。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠有效地防止燃料電池輸出電壓的下降，做成發(fā)電效率高的燃料電池系統(tǒng)。
本發(fā)明具有這樣的效果，即提供能夠利用上述手段實(shí)施，對(duì)應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量的增減能充分減少一氧化碳，而且能夠高效率地生成富含氫的優(yōu)質(zhì)改性氣體的廉價(jià)的氫生成裝置及具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是表示每一原料流量的變質(zhì)催化劑溫度和通過(guò)變質(zhì)部之后的改性氣體中的一氧化碳濃度的關(guān)系的圖表。
圖3是表示每一原料流量的凈化催化劑溫度和通過(guò)凈化部之后的改性氣體中的一氧化碳濃度的關(guān)系的圖表。
圖4是表示對(duì)應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量增加時(shí)的氫生成裝置的動(dòng)作的例子的流程圖。
圖5是具備本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1～5的氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1為改性部；1a為改性氣體用管道；2為改性催化劑；3為原料供給部；3a為原料供給用管道；4為水供給部；4a為水供給用管道；5為加熱部；6為溫度檢測(cè)部；7為變質(zhì)部；7a為改性氣體用的管道；8為變質(zhì)催化劑；9為水供給部；9a為水供給用的管道；10為溫度檢測(cè)部；11為凈化部；11a為改性氣體用的管道；12為凈化催化劑；13為空氣供給部；13a為空氣供給用的管道；14為溫度檢測(cè)部；15為空氣供給部；15a為空氣供給用的管道；100為燃料電池系統(tǒng)；100a為氫生成裝置；100b為燃料電池；101為控制裝置。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)設(shè)施本發(fā)明的最佳實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。
(實(shí)施形態(tài)1)圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，只示出下述燃料電池的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)要部。
如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置100a具備利用天然氣、液化丙烷(LPG)、石腦油(naphtha)、汽油、煤油等碳化氫原料或甲醇等醇類原料為代表的，至少由碳和氫構(gòu)成的原料和水，通過(guò)水蒸氣改性反應(yīng)生成氫的改性部1、利用與水的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)將與氫一起從該改性部1排出的一氧化碳變換為氫的變質(zhì)部7、利用與空氣中的氧氣的選擇氧化反應(yīng)將從該變質(zhì)部7與氫一起排出的一氧化碳變換為二氧化碳的凈化部11，以及控制上述改性部1、變質(zhì)部7及凈化部11的動(dòng)作的控制裝置101。
改性部1具備向該改性部1提供原料的原料供給部3。該原料供給部3通過(guò)將包含以上述甲烷、城市煤氣、天然氣、酒精等為例的至少由碳和氫構(gòu)成的有機(jī)化合物的原料從原料供給部3輸送到改性部1用的原料供給用的管道3a連接于改性部1的規(guī)定位置上。該原料供給部3使用例如增壓器(booster)等。又，該改性部1具備向該改性部1提供水蒸氣改性反應(yīng)所需要的水的水供給部4。該水供給部4通過(guò)將水從水供給部4向改性部1輸送用的水供給用的管道4a連接于改性部1的規(guī)定的位置上。另一方面，該改性部1具有利用原料供給部3提供的原料和水供給部4提供的水進(jìn)行生成氫的水蒸氣改性反應(yīng)用的改性催化劑2。又具有將該改性催化劑2加熱到進(jìn)行水蒸氣改性反應(yīng)需要的溫度并將其保溫用的加熱部5。改性催化劑2和加熱部5分別配置于改性部1的適于作為水蒸氣改性反應(yīng)的反應(yīng)場(chǎng)所的位置以及適于對(duì)改性催化劑2進(jìn)行加熱和保溫的位置。而且，改性部1具有檢測(cè)包含經(jīng)過(guò)變質(zhì)催化劑2排出的氫的改性氣體的溫度的溫度檢測(cè)部6。該溫度檢測(cè)部6配置于適于檢測(cè)經(jīng)過(guò)變質(zhì)催化劑2排出的改性氣體的溫度的位置。在這里，本實(shí)施形態(tài)中將溫度檢測(cè)部6配置于改性催化劑2的下游的規(guī)定位置上。還有，溫度檢測(cè)部6的設(shè)置處所不限于改性催化劑2下游的位置，只要是能夠檢測(cè)改性部1中的改性氣體或改性催化劑2的溫度的位置，任何位置都可以設(shè)置。將從該改性部1排出的改性氣體導(dǎo)入變質(zhì)部7用的改性氣體用的管道1a延伸到變質(zhì)部7。
又，變質(zhì)部7具備向該變質(zhì)部7提供水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)所需要的水的水供給部9。該水供給部9通過(guò)將水從水供給部9向變質(zhì)部7輸送用的水供給用的管道9a，連接于變質(zhì)部7的規(guī)定的位置上。又，變質(zhì)部7具備對(duì)該變質(zhì)部7提供控制下述變質(zhì)催化劑8的溫度所需要的空氣(空氣中的氧氣)的空氣供給部15。該空氣供給部15通過(guò)將空氣從空氣供給部15輸送到變質(zhì)部7用的空氣供給用的管道15a，連接于變質(zhì)部7的規(guī)定的位置上。另一方面，該變質(zhì)部7具有使用從改性部1通過(guò)改性氣體用的管道1a導(dǎo)入的改性氣體中包含的一氧化碳和由水供給部9提供給的水生成氫，進(jìn)行使改性氣體中的一氧化碳減少的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)用的變質(zhì)催化劑8。在本實(shí)施形態(tài)中，該催化劑8采用涂布載有Pt(鉑)的Ce(鈰)氧化物的蜂窩狀堇青石。這種變質(zhì)催化劑8設(shè)置于適于作為變質(zhì)部7的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)的反應(yīng)處所的位置上。而且，變質(zhì)部7具有檢測(cè)經(jīng)過(guò)變質(zhì)催化劑8排出的氫含量得到改善的改性氣體的溫度的溫度檢測(cè)部10。該溫度檢測(cè)部10設(shè)置于適于檢測(cè)經(jīng)過(guò)變質(zhì)催化劑8排出的改性氣體的溫度的位置上。在這里，本實(shí)施形態(tài)中溫度檢測(cè)部10配置于變質(zhì)催化劑8下游的規(guī)定的位置上。還有，溫度檢測(cè)部10的設(shè)置處所不限于變質(zhì)催化劑8下游的規(guī)定的位置，只要是能夠檢測(cè)變質(zhì)部7中的改性氣體或變質(zhì)催化劑8的溫度的位置，任何位置都可以設(shè)置。而且，將該變質(zhì)部7排出的氫含有率得到改善的改性氣體導(dǎo)入凈化部11用的改性氣體用管道7a從變質(zhì)部7的規(guī)定的位置向凈化部11延伸。
另一方面，凈化部11具備將選擇氧化反應(yīng)所需要的空氣(空氣中的氧氣)提供給該凈化部11的空氣供給部13。該空氣供給部13通過(guò)從空氣供給部13向凈化部11輸送空氣用的空氣供給用管道13a，連接于凈化部的規(guī)定的位置上。又，該凈化部11具有為了更減少?gòu)淖冑|(zhì)部7通過(guò)改性氣體用管道7a導(dǎo)入的改性氣體中包含的一氧化碳，使從該改性氣體中含有的一氧化碳和空氣供給部13提供的氧氣生成二氧化碳的選擇氧化反應(yīng)得以進(jìn)行用的凈化催化劑12。在本實(shí)施形態(tài)中，凈化催化劑12采用涂布載有Pt(鉑)和Ru(釕)的氧化鋁的蜂窩狀堇青石。這種凈化催化劑12設(shè)置于適于作為凈化部11選擇反應(yīng)的反應(yīng)處所的位置上。而且，凈化部11具有檢測(cè)經(jīng)過(guò)凈化催化劑12排出的氫含量得到更進(jìn)一步改善的改性氣體的溫度用的溫度檢測(cè)部14。該溫度檢測(cè)部14設(shè)置于適合檢測(cè)經(jīng)過(guò)凈化催化劑12排出的改性氣體的溫度的位置。在這里，本實(shí)施形態(tài)中溫度檢測(cè)部14設(shè)置于凈化催化劑12的下游的規(guī)定位置上。但是該溫度檢測(cè)部14的設(shè)置場(chǎng)所不限于凈化催化劑12的下游的位置，只要是能夠檢測(cè)凈化部11中的改性氣體或凈化催化劑12的溫度的位置，設(shè)置于任何場(chǎng)所都可以。為了排出從該凈化部11排出的，利用選擇氧化反應(yīng)進(jìn)一步改善氫含有率的改性氣體的改性氣體用管道11a從該凈化部11的規(guī)定的位置延伸出。該改性氣體用管道11a連接于圖1中未圖示的燃料電池。改性氣體通過(guò)改性氣體用管道11a被提供給燃料電池，在該燃料電池進(jìn)行發(fā)電。還有，在沒(méi)有必要把改性氣體中的一氧化碳濃度降低到例如100ppm以下的情況下，沒(méi)有必要設(shè)置凈化部11。
構(gòu)成上述氫生成裝置100a的改性部1、變質(zhì)部7以及凈化部11，還有構(gòu)成該改性部1、變質(zhì)部7以及凈化部11的各構(gòu)成要件上連接著從控制裝置101延伸出的控制用配線。
下面對(duì)本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置生成水的基本動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。而且在這里對(duì)使用甲烷氣體作為碳化氫原料的情況進(jìn)行說(shuō)明。
在使氫生成裝置100a工作生成氫的時(shí)候從原料供給部3對(duì)改性部1提供作為原料的甲烷氣體，同時(shí)水供給部4提供水。又在這時(shí)使加熱部5動(dòng)作以進(jìn)行加熱，使改性催化劑2的溫度達(dá)到使水蒸氣改性反應(yīng)進(jìn)行所需要的規(guī)定溫度。在本實(shí)施形態(tài)中通過(guò)使加熱部5動(dòng)作，控制改性催化劑2的溫度使得溫度檢測(cè)部6檢測(cè)出的溫度為650℃。于是在改性部1進(jìn)行甲烷氣體和水的水蒸氣改性反應(yīng)，通過(guò)該水蒸氣反應(yīng)生成氫。但是在該甲烷氣體和水的水蒸氣改性反應(yīng)中，除了主要生成氫以外，還生成約10～15％的一氧化碳和微量的二氧化碳。總之，在改性部1中，生成含有以氫為主要生成物，以一氧化碳和二氧化碳為副生成物的改性氣體。在這里，一氧化碳會(huì)使配置于燃料電池內(nèi)部的電極催化劑中毒，因此有必要降低到規(guī)定量以下。因此利用改性氣體用管道1a將從改性部1排出的改性氣體導(dǎo)入變質(zhì)部7，在該變質(zhì)部7使改性氣體中的一氧化碳濃度降低。
一旦改性氣體流過(guò)改性氣體用管道1a內(nèi)部進(jìn)入變質(zhì)部7，在該變質(zhì)部7通過(guò)一氧化碳和水反應(yīng)生成氫和二氧化碳的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)，使改性氣體中的一氧化碳濃度降低，這時(shí)，該水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)所需要的水由水供給部9提供。又，為了使水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)進(jìn)行有必要使變質(zhì)催化劑維持于規(guī)定的溫度，而這通過(guò)以下方法進(jìn)行適當(dāng)控制，即利用從改性部1導(dǎo)入的高溫狀態(tài)的改性氣體對(duì)變質(zhì)催化劑8進(jìn)行加熱的方法、或利用由水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng)熱對(duì)變質(zhì)催化劑8進(jìn)行加熱的方法，或利用水供給部9提供的水對(duì)變質(zhì)催化劑8進(jìn)行冷卻的方法等。改性氣體中的一氧化碳濃度利用該變質(zhì)部7中的一氧化碳和水的水性轉(zhuǎn)換反應(yīng)降低到約0.3～1％。
在變質(zhì)部7一氧化碳濃度被減低到0.3～1％的改性氣體通過(guò)改性氣體用導(dǎo)管7a被導(dǎo)入凈化部11。在該凈化部11進(jìn)一步降低一氧化碳濃度時(shí)由空氣供給部13向凈化部11提供規(guī)定量的空氣。于是，在凈化部11被導(dǎo)入的改性氣體中的一氧化碳與所提供的空氣中的氧氣進(jìn)行選擇氧化反應(yīng)，通過(guò)該選擇氧化反應(yīng)生成二氧化碳。也就是說(shuō)，通過(guò)選擇氧化反應(yīng)消耗了改性氣體中所含的一氧化碳，因此改性氣體中的一氧化碳濃度進(jìn)一步降低。通過(guò)在該凈化部11的一氧化碳和氧的選擇氧化反應(yīng)，改性氣體中的一氧化碳濃度降低到100ppm以下。還有，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)內(nèi)配設(shè)的燃料電池的種類的不同，也有把一氧化碳濃度降低到10ppm以下的情況。在該凈化部11一氧化碳濃度被進(jìn)一步降低的優(yōu)質(zhì)的改性氣體通過(guò)改性氣體用管道11a提供給圖1集中未圖示的燃料電池。然后，在燃料電池中，利用通過(guò)改性氣體用管道11a提供的改性氣體進(jìn)行發(fā)電。
構(gòu)成上述氫生成裝置100a的改性的改性部1、變質(zhì)部7以及凈化部11的動(dòng)作，還有構(gòu)成該改性部1、變質(zhì)部7以及凈化部11的各構(gòu)成要件的動(dòng)作利用控制裝置101進(jìn)行適當(dāng)控制。
在變質(zhì)部7中使水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)高收率地進(jìn)行用的變質(zhì)催化劑8的最佳溫度因?qū)朐撟冑|(zhì)部7的改性氣體的導(dǎo)入量、即提供給改性部1的原料的供應(yīng)量的不同而有很大變化。例如在引入變質(zhì)部7的改性氣體的導(dǎo)入量較少的情況下，使變質(zhì)催化劑8的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)高收率地進(jìn)行用的最佳溫度較低。但是，在導(dǎo)入變質(zhì)部7的改性氣體的導(dǎo)入量較大的情況下，使變質(zhì)催化劑8的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)高收率地進(jìn)行用的最佳溫度必須是較高溫度。從而，連接于圖1中未圖示的燃料電池系統(tǒng)的電化制品的負(fù)載的消耗電力上升，隨著其上升，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加，提供給變質(zhì)部7的改性氣體的供應(yīng)量增加的情況下，將變質(zhì)催化劑8的溫度維持在規(guī)定的溫度的氫生成方法中，有可能在改性部7中不能夠充分減少改性氣體中包含的一氧化碳。特別是負(fù)載的消耗電力大幅度上升，隨著該上升提供給改性部1的原料供應(yīng)量大幅度上升，提供給變質(zhì)部7的改性氣體的供給量也大幅度上升的情況下，幾乎不能減少改性氣體中包含的一氧化碳的可能性會(huì)高。在這種情況下，變質(zhì)部7中改性氣體中包含的一氧化碳的濃度不能充分減少或幾乎不能減少，因此不能夠?qū)θ剂想姵靥峁﹥?yōu)質(zhì)的改性氣體。下面參照附圖對(duì)由一氧化碳和水生成氫的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)的特征進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖2是表示每一原料流量的變質(zhì)催化劑溫度和通過(guò)變質(zhì)部之后的改性氣體中的一氧化碳濃度的關(guān)系的圖表。在這里，圖2中縱軸表示通過(guò)變質(zhì)部之后的改性氣體中包含的一氧化碳的濃度(％)，橫軸表示變質(zhì)部中的變質(zhì)催化劑溫度(℃)。又，曲線a為原料流量是1.0(NL/分)的情況，曲線b為原料流量是2.0(NL/分)的情況，曲線c為原料流量是3.0(NL/分)的情況，曲線d為原料流量是4.0(NL/分)的情況。
如圖2所示變質(zhì)部7中經(jīng)過(guò)水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)的改性氣體中包含的一氧化碳的濃度由變質(zhì)催化劑8的溫度和原料的供應(yīng)量決定。例如，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線a所示為1.0(NL/分)的較少的情況下，即使是變質(zhì)催化劑8為低溫狀態(tài)(例如150℃)，也能夠有效地減低一氧化碳含量。另一方面，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線d所示為4.0(NL/分)的較多的情況下，在變質(zhì)催化劑8為低溫狀態(tài)(例如170℃)時(shí)，一氧化碳幾乎不減少。
總之，即使是相應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量的減低減少對(duì)改性部1提供的原料供應(yīng)量，由于該原料供應(yīng)量的減少引起從改性部1向變質(zhì)部7提供的改性氣體的供應(yīng)量減少，變質(zhì)催化劑8的溫度下降的情況下，如果對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線a所示為1.0(NL/分)，而且那時(shí)的變質(zhì)催化劑8的溫度為150℃，也能夠充分減低改性氣體中的一氧化碳濃度。更具體地說(shuō)，在變質(zhì)部7中的經(jīng)過(guò)水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)的改性氣體的一氧化碳濃度如圖2的虛線所示為例如0.5％以下的情況下，如果對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線a所示為1.0(NL/分)，則在變質(zhì)催化劑8的溫度為約150℃～約180℃的范圍內(nèi)能夠達(dá)到該要求。又，在對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線b所示為2.0(NL/分)的情況下，則變質(zhì)催化劑8的溫度只要是在約160℃～約180℃的范圍內(nèi)即可。又，在對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線c所示為3.0(NL/分)的情況下，則變質(zhì)催化劑8的溫度只要是在約170℃～約180℃的范圍內(nèi)即可。又，在對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線d所示為4.0(NL/分)的情況下，則變質(zhì)催化劑8的溫度只要是在A所示的溫度范圍內(nèi)即可。但是，隨著燃料電池的發(fā)電量的減少，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量例如曲線c所示為3.0(NL/分)，隨之變質(zhì)催化劑8的溫度減低到例如約180℃以下的情況下，為了對(duì)應(yīng)燃料電池的發(fā)電量的增加，如果使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加到例如曲線d所示的4.0(NL/分)，則只要變質(zhì)催化劑8的溫度不迅速上升到范圍A所示的溫度范圍內(nèi)，改性氣體中的一氧化碳濃度將超過(guò)作為目標(biāo)值的0.5％的濃度。從而為了對(duì)應(yīng)燃料電池的發(fā)電量的增加，使提供給氫生成裝置100a的改性部1的原料供應(yīng)量增加時(shí)，變質(zhì)催化劑8的溫度有必要預(yù)先調(diào)整到該原料的供應(yīng)量增加后的最佳溫度范圍內(nèi)。
因此在本實(shí)施形態(tài)中，對(duì)應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量增加之際，使提供給氫生成裝置100a的改性部1的原料供應(yīng)量增加之前，通過(guò)由空氣供給部15對(duì)變質(zhì)部7供給空氣，對(duì)變質(zhì)催化劑8進(jìn)行加熱，使其達(dá)到使該原料供應(yīng)量增加之后的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)能夠以最好的收率進(jìn)行的最佳溫度(以下稱為“基準(zhǔn)溫度”)，在該變質(zhì)催化劑8的溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度之后，使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加。又，在變質(zhì)催化劑8的溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度之后，使空氣供給部15停止對(duì)變質(zhì)部7的空氣供應(yīng)。下面參照附圖就對(duì)應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量增加之際的氫生成裝置100a的動(dòng)作的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。
圖4是表示對(duì)應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量增加時(shí)的氫生成裝置的動(dòng)作的例子的流程圖。
下面參照?qǐng)D1、2、4，在例如對(duì)于燃料電池的負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間為低負(fù)載，從而燃料電池的發(fā)電量長(zhǎng)時(shí)間為低發(fā)電量的情況下，對(duì)氫生成裝置100a的改性部1的原料供應(yīng)量低下，因此，由該改性部1提供改性氣體的變質(zhì)部7的變質(zhì)催化劑8的溫度低下。這時(shí)，配置于變質(zhì)部7內(nèi)的溫度檢測(cè)部10對(duì)通過(guò)變質(zhì)催化劑8的改性氣體的溫度進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)出的溫度(以下稱為“檢測(cè)溫度”)被存儲(chǔ)于控制裝置101的存儲(chǔ)部(步驟S1)。例如，在變質(zhì)部7內(nèi)的變質(zhì)催化劑8的下游位置上配置的溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出通過(guò)變質(zhì)催化劑8的改性氣體的溫度為170℃時(shí)，就將該檢測(cè)出的檢測(cè)溫度存儲(chǔ)于控制裝置101的存儲(chǔ)部。還有，由該溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的改性氣體的溫度與變質(zhì)催化劑的溫度接近，因此在本實(shí)施形態(tài)中，采用通過(guò)檢測(cè)該改性氣體的溫度的方法檢測(cè)變質(zhì)催化劑8的溫度。
另一方面，在燃料電池的負(fù)載從低負(fù)載變?yōu)楦哓?fù)載的情況下，使能夠與該負(fù)載的變動(dòng)對(duì)應(yīng)的燃料電池的發(fā)電量增加之前，利用控制裝置101預(yù)測(cè)應(yīng)該提供給氫生成裝置100a的改性部1的原料供應(yīng)量(步驟S2)。例如，利用控制裝置101預(yù)測(cè)到，為了與燃料電池發(fā)電量的增量對(duì)應(yīng)，有必要將例如迄今為止為3.0(NL/分)的對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加到4.0(NL/分)。在這里該原料供應(yīng)量的預(yù)測(cè)是依據(jù)發(fā)電的反應(yīng)式進(jìn)行的。
接著，由控制裝置101預(yù)測(cè)為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)所需要的對(duì)改性部1的對(duì)原料的合適供應(yīng)量之后，利用控制裝置101設(shè)定與該預(yù)測(cè)的適當(dāng)?shù)墓?yīng)量對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)溫度(步驟S3)。在這里，在例如控制裝置101的存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)與圖2所示的圖表相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。于是，利用該控制裝置101設(shè)定的基準(zhǔn)溫度，在要使通過(guò)變質(zhì)部7后的改性氣體中的一氧化碳濃度為例如0.5％以下的情況下，設(shè)定在使圖2所示的對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量為4.0(NL/分)的曲線d中的范圍A的溫度范圍內(nèi)。而且，如果考慮到在變質(zhì)部7進(jìn)行的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)這一情況，則最好將該基準(zhǔn)溫度設(shè)定為范圍A的溫度范圍內(nèi)的低溫部的溫度。該圖2所示的范圍A的溫度范圍內(nèi)的低溫部的溫度，由圖2可知，是使改性氣體中的一氧化碳濃度有效降低的最佳溫度。例如，由圖2可知，在預(yù)測(cè)為應(yīng)該提供給改性部1的原料的流量為曲線d所示的4.0(NL/分)的情況下，對(duì)于降低改性氣體中的一氧化碳含量，最合適的基準(zhǔn)溫度為180℃。
如果利用步驟S1存儲(chǔ)當(dāng)前的檢測(cè)溫度，并且利用步驟S3設(shè)定與燃料電池的發(fā)電量的增量對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)溫度，在控制裝置中就能夠?qū)⒃摍z測(cè)溫度與基準(zhǔn)溫度加以比較(步驟S4)。在這里，在判明檢測(cè)溫度在基準(zhǔn)溫度之上的情況下(步驟S4中為Yes)，從控制裝置101對(duì)原料供給部3輸出使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加的控制信號(hào)，以此增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量(步驟S8)。另一方面，在判定為檢測(cè)溫度低于基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4中為No)，根據(jù)該比較在控制裝置101中計(jì)算出檢測(cè)溫度與基準(zhǔn)溫度的溫度差，據(jù)此計(jì)算出變質(zhì)催化劑8的溫度上升量(步驟S5)。在例如檢測(cè)溫度為170℃，且基準(zhǔn)溫度為180℃的情況下，計(jì)算出有必要使變質(zhì)催化劑8的溫度上升+10℃。
一旦計(jì)算出與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)的變質(zhì)催化劑8的溫度上升量，空氣供給部15就向變質(zhì)部7的內(nèi)部提供空氣，直到溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的溫度上升到與該溫度上升量對(duì)應(yīng)的溫度為止(步驟S6)。還有，在本實(shí)施形態(tài)中，空氣供給部15對(duì)變質(zhì)部7內(nèi)部的空氣供應(yīng)量設(shè)定為0.5(NL/分)。借助于此，在變質(zhì)催化劑8中，改性氣體中的氫與一氧化碳和供應(yīng)的空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，變質(zhì)催化劑8的溫度迅速上升。也就是說(shuō)，溫度計(jì)檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度一直上升到基準(zhǔn)溫度為止。
通過(guò)由空氣供給部15向變質(zhì)部7內(nèi)部提供空氣，使變質(zhì)催化劑8的溫度上升，借助于此使溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度、例如180℃之后，為了在防止變質(zhì)部7中與氧氣反應(yīng)導(dǎo)致氫的浪費(fèi)，停止從空氣供給部15向變質(zhì)部7的空氣供應(yīng)(步驟S7)。這時(shí)，變質(zhì)催化劑8的溫度利用溫度檢測(cè)部10經(jīng)常進(jìn)行監(jiān)視，在變質(zhì)催化劑8的溫度低于基準(zhǔn)溫度時(shí)，從空氣供給部15向變質(zhì)部7適當(dāng)供應(yīng)空氣。以此，使變質(zhì)催化劑8的溫度經(jīng)常保持于基準(zhǔn)溫度。
在溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度之后，由控制裝置101向原料供給部3輸出使原料供給量增加的控制信號(hào)，以此將對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加到為與燃料電池的發(fā)電量增加對(duì)應(yīng)應(yīng)該提供給改性部1的供給量(步驟S8)。例如，將對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量從3.0(NL/分)增加到4.0(NL/分)。這樣，即使在變質(zhì)部7中對(duì)改性部1增加原料供給量的情況下，也能夠有效地減少改性氣體中的一氧化碳含量。而且對(duì)于燃料電池能夠供應(yīng)可與發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)的優(yōu)質(zhì)而且充分?jǐn)?shù)量的改性氣體，能夠高效地發(fā)出與該燃料電池對(duì)應(yīng)的負(fù)載相應(yīng)的電力。
上述氫生成裝置100a及其構(gòu)成要素的動(dòng)作通過(guò)控制裝置101進(jìn)行適當(dāng)控制。
這樣，如果采用由空氣供給部15對(duì)變質(zhì)部7根據(jù)需要提供空氣，以使變質(zhì)催化劑8的溫度為基準(zhǔn)溫度的方法，則在該變質(zhì)部7內(nèi)的變質(zhì)催化劑8，由于改性氣體中的氫和一氧化碳與提供的空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，隨著該反應(yīng)而產(chǎn)生的反應(yīng)熱導(dǎo)致變質(zhì)催化劑8的溫度迅速上升到基準(zhǔn)溫度。然后，在確認(rèn)溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度等于對(duì)使水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)能夠以高收率進(jìn)行最合適的基準(zhǔn)溫度之后，增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量，因此能夠有效減少在變質(zhì)部7中改性氣體中的一氧化碳。又，空氣供給部15對(duì)變質(zhì)部7的空氣供應(yīng)只在使原料供應(yīng)量增加時(shí)進(jìn)行，因此在該變質(zhì)部7，能夠防止氫的不必要的消耗。也就是說(shuō)，在氫生成裝置100a中能夠高效率地生成氫。
還有，在本實(shí)施形態(tài)中以0.5(NL/分)的比例對(duì)變質(zhì)部7提供空氣，但是并不限于該供應(yīng)量，也可以根據(jù)氫生成裝置的結(jié)構(gòu)和催化劑種類等相應(yīng)進(jìn)行設(shè)定。又可以相應(yīng)于變質(zhì)催化劑8的溫度變化一邊逐步改變供應(yīng)量一邊提供空氣。
在本實(shí)施形態(tài)中，作為一個(gè)例子將基準(zhǔn)溫度設(shè)定為180℃，但是，并不限于該溫度，而可以根據(jù)增加后的對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量適當(dāng)設(shè)定基準(zhǔn)溫度。在這里，該基準(zhǔn)溫度最好采用圖2所示的各曲線a～d中的一氧化碳濃度能夠減少到最低的溫度。例如，在原料的供應(yīng)量為圖2的曲線b所示的2.0(NL/分)的情況下，基準(zhǔn)溫度最好是采用約160℃，又，在原料的流量為3.0(NL/分)的情況下，基準(zhǔn)溫度最好是170℃。采用這樣的溫度設(shè)定，可以最有效地降低改性氣體中的一氧化碳濃度。
又，在本實(shí)施形態(tài)中為了使變質(zhì)催化劑8的溫度上升而使用的氧化氣體采用空氣中的氧氣，但是并不限于此，只要是能夠?qū)⒏男詺怏w中的氫和一氧化碳氧化并產(chǎn)生氧化熱的化學(xué)物質(zhì)即可。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，變質(zhì)催化劑8中的催化劑采用鉑(Pt)，但是并不限于此，也可以使用鈀(Pd)、鎳(Ni)、銠(Rh)等其他貴金屬、過(guò)渡金屬等。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，變質(zhì)催化劑8中的貴金屬催化劑的載體采用Ce氧化物，但是并不限于此，也可以使用Ce-Zr的復(fù)合氧化物或Al氧化物混合的材料。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，為了檢測(cè)變質(zhì)催化劑8的溫度，在該變質(zhì)催化劑8的下游位置設(shè)置溫度檢測(cè)部10，但是并不限于此，也可以將溫度檢測(cè)部10設(shè)置于變質(zhì)催化劑8的上游的位置。又可以采用在變質(zhì)催化劑8內(nèi)設(shè)置溫度檢測(cè)部10，以此直接檢測(cè)變質(zhì)催化劑8的溫度的結(jié)構(gòu)。還有，在這樣改變溫度檢測(cè)部10的位置的情況下，設(shè)定該變更的位置上的最合適的基準(zhǔn)溫度，以此可以得到同樣的效果。
又，有時(shí)候圖2所示的特性曲線因氫生成裝置100a的結(jié)構(gòu)、變質(zhì)催化劑8的催化劑的種類、催化劑量等參數(shù)而變化。因此，最好是相應(yīng)于各參數(shù)設(shè)定基準(zhǔn)溫度。以此可以得到與本實(shí)施形態(tài)相同的效果。
又，空氣供給部15對(duì)變質(zhì)部7的空氣供應(yīng)，不僅在根據(jù)燃料電池發(fā)電量的增加而使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加的情況下進(jìn)行，而且也可以為了將變質(zhì)催化劑8的溫度保持在規(guī)定溫度下而進(jìn)行。由于該動(dòng)作可以使變質(zhì)部7中的氫消耗量增加，但是能夠在使原料供應(yīng)量增加的情況下使變質(zhì)催化劑8的溫度上升速度更快。
又，在本實(shí)施形態(tài)中例示了對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量為1.0(NL/分)、2.0(NL/分)、3.0(NL/分)、4.0(NL/分)，相對(duì)于以1.0(NL/分)為單位的流量增加的基準(zhǔn)溫度，但是也可以對(duì)0.1(NL/分)單位的流量增加設(shè)定基準(zhǔn)溫度。
(實(shí)施形態(tài)2)本實(shí)施形態(tài)2的氫生成裝置，存儲(chǔ)于控制裝置101中的對(duì)發(fā)電量增量的控制程序與實(shí)施形態(tài)1的氫生成裝置不同，其硬件上的結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)相同。又，該氫生成裝置的生成氫的基本動(dòng)作也和實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的基本動(dòng)作相同。從而在這里將關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)以及其生成氫的基本動(dòng)作的說(shuō)明省略。
在本實(shí)施形態(tài)中，為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)而使氫生成裝置100a的氫發(fā)生量增加時(shí)，與實(shí)施形態(tài)1的情況相同，利用控制裝置101判斷溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度是否到達(dá)基準(zhǔn)溫度。然后在判斷為溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度時(shí)，增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。但是在判斷為檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到基準(zhǔn)溫度時(shí)，與實(shí)施形態(tài)1的情況不同，不進(jìn)行使檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度用的動(dòng)作，而且不增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。
下面參照附圖對(duì)本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置100a的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明，本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置100a的動(dòng)作在圖4所示的流程圖中的步驟S1到步驟S4是相同的動(dòng)作。而且，在該步驟S4，溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度在基準(zhǔn)溫度以上的情況下(步驟S4中判斷為Yes)時(shí)，以實(shí)施形態(tài)1的情況下相同的進(jìn)行動(dòng)作增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。但是在檢測(cè)溫度小于基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4中判斷為No)時(shí)，不進(jìn)行圖4所示的步驟S5～S8的動(dòng)作，并且不增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。
這樣，采用本實(shí)施形態(tài)，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量在溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢出溫度達(dá)到與其后想要提供的原料供應(yīng)量相應(yīng)的基準(zhǔn)溫度以上的情況下被增加，在沒(méi)有達(dá)到的情況下不被增加，因此能夠預(yù)先防止改性氣體中的一氧化碳濃度的急劇上升。
(實(shí)施形態(tài)3)本實(shí)施形態(tài)3的氫生成裝置，存儲(chǔ)于控制裝置101中的對(duì)發(fā)電量增量的控制程序與實(shí)施形態(tài)1的氫生成裝置不同，其硬件上的結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)相同。又，該氫生成裝置的生成氫的基本動(dòng)作也和實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的基本動(dòng)作相同。從而在這里也將關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)以及其生成氫的基本動(dòng)作的說(shuō)明省略。
在本實(shí)施形態(tài)中也是，為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)而使氫生成裝置100a的氫發(fā)生量增加時(shí)，與實(shí)施形態(tài)1的情況相同，利用控制裝置101判斷溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度是否到達(dá)基準(zhǔn)溫度。然后在判斷為溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢出溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度時(shí)，增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。又與實(shí)施形態(tài)1的情況相同，在判斷為檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到基準(zhǔn)溫度時(shí)，進(jìn)行使該檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度用的動(dòng)作，然后增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。在這里，在本實(shí)施形態(tài)中，在控制裝置101判斷為溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到基準(zhǔn)溫度的情況下，升高加熱部5的溫度以使改性部1的溫度上升，以此升高改性部1排出的改性氣體的溫度。然后將溫度被升高的改性氣體提供給變質(zhì)部7，以此升高配設(shè)于該變質(zhì)部7內(nèi)部的變質(zhì)催化劑8的溫度。一旦變質(zhì)催化劑8的溫度上升，通過(guò)該變質(zhì)催化劑8的改性氣體的溫度也上升，因此溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度也上升。也就是說(shuō)，以此控制使溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度。
更具體地說(shuō)，在為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)想要把對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量從例如1.0(NL/分)增加到2.0(NL/分)的情況下，在溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度小于160℃的情況下，由圖2可知在變質(zhì)部7要有效降低改性氣體中的一氧化碳濃度是困難的。因此在本實(shí)施形態(tài)中，在用于檢測(cè)通過(guò)改性催化劑2的改性氣體的溫度的溫度檢測(cè)部6檢測(cè)出的檢測(cè)溫度為例如650℃的情況下，利用加熱部5使改性部1的溫度上升以使該溫度檢測(cè)部6檢測(cè)出的檢測(cè)溫度為例如660℃。這利用增加圖1中未圖示的燃料供給部對(duì)加熱部5供應(yīng)的燃料供給量的方法進(jìn)行。其結(jié)果是，由于使從改性部1排出，提供給變質(zhì)部7的改性氣體的溫度上升，在變質(zhì)催化劑8的溫度上升的同時(shí)，變質(zhì)部7內(nèi)的溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度也上升。而且這樣一來(lái)變質(zhì)部7中的變質(zhì)催化劑8的溫度從不足160℃上升到160℃，因此可以使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量從1.0(NL/分)提高到2.0(NL/分)。又，用同樣的方法，在將提供給改性部1的原料供應(yīng)量從例如2.0(NL/分)提高到3.0(NL/分)，或從3.0(NL/分)提高到4.0(NL/分)的情況下，也使提供給加熱部5的燃料供應(yīng)量增加，使改性部1的溫度上升，以此使改性氣體的溫度上升之后如果使原料供應(yīng)量增加，則從氫生成裝置輸出的改性氣體中的一氧化碳濃度就不會(huì)急劇上升。也就是說(shuō)，能夠相應(yīng)于燃料電池發(fā)電量的增加使氫生成裝置中氫的生成量增加。
下面參照附圖對(duì)本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置100a的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施形態(tài)中的氫生成裝置100a的動(dòng)作也是，圖4所示的流程圖中的步驟S1～步驟S4動(dòng)作相同。而且，在該步驟S4中溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度高于基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4中判斷為Yes)時(shí)，與實(shí)施形態(tài)1的情況一樣動(dòng)作，增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。另一方面，在檢測(cè)溫度低于基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4判斷為No)時(shí)，在與實(shí)施形態(tài)1的情況一樣執(zhí)行步驟S5之后，作為步驟S6從控制裝置101輸出規(guī)定的控制信號(hào)增加對(duì)加熱部5的燃料供應(yīng)量。通過(guò)該步驟S6增加對(duì)加熱部5的燃料供應(yīng)量，因此改性部1的溫度上升。接著，由于步驟S6，改性氣體的溫度上升，變質(zhì)部7中的溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度上升到基準(zhǔn)溫度時(shí)，為了防止提供給加熱部5的燃料的浪費(fèi)，作為步驟S7，停止對(duì)加熱部5提供的燃料供應(yīng)量的增加。這時(shí)經(jīng)常利用溫度檢測(cè)部6對(duì)改性部1排出的，提供給變質(zhì)部7的改性氣體的溫度進(jìn)行監(jiān)視，在該改性氣體的溫度低于規(guī)定溫度時(shí)由燃料供應(yīng)部適當(dāng)對(duì)燃料部5提供燃料。借助于此，使變質(zhì)部7中的變質(zhì)催化劑8的溫度保持于基準(zhǔn)溫度。而且在其后與實(shí)施形態(tài)1的情況相同，由控制裝置101對(duì)原料供給部3輸出使原料供應(yīng)量增加的控制信號(hào)，利用該輸出的控制信號(hào)，使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加到為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)應(yīng)該提供給改性部1的供應(yīng)量(步驟S8)。
這樣，采用本實(shí)施形態(tài)，利用加熱部5控制改性部1的溫度，以此控制從該改性部1排出，提供給變性部7的改性氣體的溫度。以此將變性催化劑8的溫度控制于適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)溫度。而且，提供給改性部1的原料供應(yīng)量，在溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度到達(dá)與其后想要供應(yīng)的原料供應(yīng)量相應(yīng)的基準(zhǔn)溫度的情況下被增加，在沒(méi)有到達(dá)的情況下，在進(jìn)行使其能夠到達(dá)基準(zhǔn)溫度的控制之后增加該原料供應(yīng)量，因此能夠預(yù)先防止改性氣體中的一氧化碳濃度的急劇增加。
還有，有時(shí)候溫度檢測(cè)部6檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的控制溫度因設(shè)置溫度檢測(cè)部6的改性部1的結(jié)構(gòu)或改性反應(yīng)中的目標(biāo)轉(zhuǎn)換率的參數(shù)而不同。在這種情況下將溫度檢測(cè)部6檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的控制溫度設(shè)定于改性部1中的各結(jié)構(gòu)或控制參數(shù)相應(yīng)的最佳溫度，以此能夠得到與實(shí)施形態(tài)1相同的效果。
(實(shí)施形態(tài)4)本實(shí)施形態(tài)4的氫生成裝置，存儲(chǔ)于控制裝置101中的對(duì)發(fā)電量增量的控制程序與實(shí)施形態(tài)1的氫生成裝置不同，其硬件上的結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)相同。又，該氫生成裝置的生成氫的基本動(dòng)作也和實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的基本動(dòng)作相同。從而在這里也將關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)以及其生成氫的基本動(dòng)作的說(shuō)明省略。
在本實(shí)施形態(tài)中也是，為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)而使氫生成裝置100a的氫發(fā)生量增加時(shí)，與實(shí)施形態(tài)1的情況相同，利用控制裝置101判斷溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度是否到達(dá)基準(zhǔn)溫度。然后在判斷為溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度時(shí)，被增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。又與實(shí)施形態(tài)1的情況相同，在判斷為檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到基準(zhǔn)溫度時(shí)，進(jìn)行使該檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度用的動(dòng)作，然后增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。在這里，在本實(shí)施形態(tài)中，在控制裝置101判斷為溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到基準(zhǔn)溫度的情況下，通過(guò)減少水供給部4對(duì)改性部1提供的水的供應(yīng)量的方法使改性部1的溫度上升，以此使從改性部1排出的改性氣體的溫度上升。然后將溫度上升的改性氣體提供給變性部7，以此使配設(shè)于該變性部7內(nèi)部的變性催化劑8的溫度上升。一旦該變性催化劑8溫度上升，通過(guò)該變性催化劑8的改性氣體的溫度就上升，因此溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出檢測(cè)溫度也上升。也就是說(shuō)，以此進(jìn)行控制以使溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度。
更具體地說(shuō)，為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)要使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量從1.0(NL/分)增加到2.0(NL/分)的情況下，在溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢出溫度小于160℃時(shí)，由圖2可知，在變質(zhì)部7中要有效地降低改性氣體中一氧化碳的濃度是困難的。因此，在本實(shí)施形態(tài)中，在檢測(cè)通過(guò)改性催化劑2的改性氣體的溫度用的溫度檢測(cè)部6檢測(cè)出的檢測(cè)溫度為例如650℃的情況下，通過(guò)減少水供給部4向改性部1的供水量以使改性部1的溫度上升，使該溫度檢測(cè)部6所檢測(cè)出的檢測(cè)溫度為例如660℃。其結(jié)果是，由改性部1排出，提供給改性部7的改性氣體的溫度上升，因此變質(zhì)催化劑8的溫度上升，同時(shí)變質(zhì)部7內(nèi)的溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度也上升。而且，通過(guò)這樣使變質(zhì)部7中的變質(zhì)催化劑8的溫度從160℃以下上升到160℃，以此可以將對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量從1.0(NL/分)提高到2.0(NL/分)。還有，將對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量從例如2.0(NL/分)提高到3.0(NL/分)，或從3.0(NL/分)提高到4.0(NL/分)的情況也一樣。
下面參照附圖對(duì)本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置100a的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施形態(tài)中的氫生成裝置100a的動(dòng)作也是，圖4所示的流程圖中的步驟S1～步驟S4動(dòng)作相同。而且，在該步驟S4中溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度高于基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4中判斷為Yes)時(shí)，與實(shí)施形態(tài)1的情況一樣動(dòng)作，被增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。另一方面，在檢測(cè)溫度低于基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4判斷為No)時(shí)，在與實(shí)施形態(tài)1的情況一樣執(zhí)行步驟S5之后，作為步驟S6從控制裝置101輸出規(guī)定的控制信號(hào)，減少水供給部4對(duì)改性部1的水供應(yīng)量。通過(guò)該步驟S6減少對(duì)改性部1的供水量，因此改性部1的溫度上升。接著，由于步驟S6，改性氣體的溫度上升，變質(zhì)部7中的溫度檢測(cè)部10檢測(cè)出的檢測(cè)溫度上升到基準(zhǔn)溫度時(shí)，為了防止改性氣體的過(guò)多升溫，作為步驟7將減少由水供給部4向改性部1提供的水供應(yīng)量的減少供水量狀態(tài)解除。這時(shí)，經(jīng)常利用溫度檢測(cè)部6對(duì)改性部1排出的，提供給變質(zhì)部7的改性氣體的溫度進(jìn)行監(jiān)視，在該改性氣體的溫度低于規(guī)定溫度時(shí)由水供給部4適當(dāng)減少對(duì)改性部1的水供給量。借助于此，使變質(zhì)部7中的變質(zhì)催化劑8的溫度保持于基準(zhǔn)溫度。其后的氫生成裝置100a的動(dòng)作也與實(shí)施形態(tài)1、3的情況相同。
這樣，采用本實(shí)施形態(tài)，控制由水供給部4向改性部1的水供應(yīng)量，以此控制改性部1的溫度。而且，利用控制由改性部1排出，提供給變質(zhì)部7的改性氣體的溫度，以此將變質(zhì)催化劑8的溫度控制于適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)溫度。其他方面與實(shí)施形態(tài)1、3相同。
(實(shí)施形態(tài)5)本實(shí)施形態(tài)5的氫生成裝置，存儲(chǔ)于控制裝置101中的對(duì)發(fā)電量增量的控制程序與實(shí)施形態(tài)1的氫生成裝置不同，其硬件上的結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)相同。又，該氫生成裝置的生成氫的基本動(dòng)作也和實(shí)施形態(tài)1所示的氫生成裝置的基本動(dòng)作相同。從而在這里也將關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置的硬件上的結(jié)構(gòu)以及其生成氫的基本動(dòng)作的說(shuō)明省略。
在本實(shí)施形態(tài)中，為了與燃料電池的發(fā)電量的增加對(duì)應(yīng)而使氫生成裝置100a的氫發(fā)生量增加時(shí)，利用控制裝置101判斷在凈化部11內(nèi)設(shè)置的溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度是否達(dá)到規(guī)定的基準(zhǔn)溫度。然后在判斷為溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的溫度達(dá)到規(guī)定的基準(zhǔn)溫度時(shí)，被增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。但是，在判斷為凈化部11內(nèi)的溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的基準(zhǔn)時(shí)，與實(shí)施形態(tài)2的情況相同，不進(jìn)行使該檢測(cè)溫度達(dá)到基準(zhǔn)溫度用的動(dòng)作，并且對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量不被增加。
在這里，參照附圖對(duì)凈化部11中的選擇氧化反應(yīng)的特征進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖3是表示每一原料流量的凈化催化劑溫度和通過(guò)凈化部之后的改性氣體中的一氧化碳濃度的關(guān)系的圖表。在這里，圖3中縱軸表示通過(guò)凈化部之后的改性氣體中包含的一氧化碳的濃度(ppm)，橫軸表示凈化部中的凈化催化劑溫度(℃)。又，各表示，曲線a為原料流量是1.0(NL/分)的情況，曲線b為原料流量是2.0(NL/分)的情況，曲線c為原料流量是3.0(NL/分)的情況，曲線d為原料流量是4.0(NL/分)的情況。
如圖3所示凈化部11中經(jīng)過(guò)選擇氧化反應(yīng)的改性氣體中包含的一氧化碳的濃度由凈化催化劑12的溫度和原料的供應(yīng)量決定。例如，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線a所示為1.0(NL/分)的較少的情況下，即使是凈化催化劑12為低溫狀態(tài)(例如110℃)，也能夠有效地減低一氧化碳含量。另一方面，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線d所示為4.0(NL/分)的較多的情況下，在凈化催化劑12為低溫狀態(tài)(例如130℃)時(shí)，一氧化碳幾乎不減少。
總之，即使是相應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量的減低，減少對(duì)改性部1提供的原料供應(yīng)量，由于該原料供應(yīng)量的減少引起從變質(zhì)部7向凈化部11的改性氣體流量的減少，凈化催化劑12的溫度下降的情況下，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量也如曲線a所示為1.0(NL/分)，而且如果那時(shí)的凈化催化劑12的溫度為110℃，也能夠充分減低改性氣體中的一氧化碳濃度。更具體地說(shuō)，在凈化部11中的經(jīng)過(guò)選擇氧化反應(yīng)的改性氣體的一氧化碳濃度如圖3的虛線所示為例如10ppm以下的情況下，如果對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線a所示為1.0(NL/分)，則在凈化催化劑12的溫度為約110℃～約140℃的范圍內(nèi)能夠達(dá)到該要求。又，在對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線b所示為2.0(NL/分)的情況下，則凈化催化劑12的溫度只要是在約120℃～約140℃的范圍內(nèi)即可。又，在對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線c所示為3.0(NL/分)的情況下，則凈化催化劑12的溫度只要是在約130℃～約140℃的范圍內(nèi)即可。又，在對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量如曲線d所示為4.0(NL/分)的情況下，則凈化催化劑12的溫度只要是在B所示的溫度范圍內(nèi)即可。但是，隨著燃料電池的發(fā)電量的減少，對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量變成例如曲線c所示為3.0(NL/分)，隨之凈化催化劑12的溫度減低到例如約140℃以下的情況下，為了對(duì)應(yīng)燃料電池的發(fā)電量的增加，如果使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量增加到例如曲線d所示的4.0(NL/分)，則只要凈化催化劑12的溫度不迅速上升到范圍B所示的溫度范圍內(nèi)，改性氣體中的一氧化碳濃度將超過(guò)作為目標(biāo)值的10ppm的濃度。從而為了對(duì)應(yīng)燃料電池的發(fā)電量的增加，使提供給氫生成裝置100a的改性部1的原料供應(yīng)量增加時(shí)，有必要判斷凈化催化劑12的溫度是否在使該原料供應(yīng)量增加之后的最佳溫度范圍內(nèi)。
因此，在本實(shí)施形態(tài)中，對(duì)應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量增加之際，判斷使提供給氫生成裝置100a的改性部1的原料供應(yīng)量增加之前在凈化部11內(nèi)配置的溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度是否到達(dá)使該原料的供應(yīng)量增加之后的選擇氧化反應(yīng)能夠以最好的收率進(jìn)行的最佳溫度(以下稱為“第2基準(zhǔn)溫度”)，在判斷為該溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度達(dá)到第2基準(zhǔn)溫度時(shí)，使對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量被增加。另一方面，在判斷為凈化部11內(nèi)的溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到第2基準(zhǔn)溫度時(shí)，與實(shí)施形態(tài)2的情況相同，不進(jìn)行使該檢測(cè)溫度達(dá)到第2基準(zhǔn)溫度的動(dòng)作，而且不被增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。
下面參照附圖對(duì)本實(shí)施形態(tài)的氫生成裝置100a的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施形態(tài)中的氫生成裝置100a的動(dòng)作基本上與圖4所示的流程圖中的步驟S1～步驟S4動(dòng)作相同。但是在步驟S1中存儲(chǔ)配設(shè)于凈化部11內(nèi)部的溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度。又，在步驟S3中設(shè)定在步驟S2預(yù)側(cè)的與原料供應(yīng)量對(duì)應(yīng)的第2基準(zhǔn)溫度。在這里，在例如控制裝置101的存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)相當(dāng)于圖3的曲線的數(shù)據(jù)。而且由該控制裝置101設(shè)定的第2基準(zhǔn)溫度，在想要使通過(guò)凈化部11之后的改性氣體中的一氧化碳濃度為例如10ppm以下的情況下，被設(shè)定于圖3所示的對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量為4.0(NL/分)的曲線d中溫度B的范圍內(nèi)。而且如果考慮到在凈化部11中進(jìn)行的選擇氧化反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)，則最好是將該第2基準(zhǔn)溫度設(shè)定于范圍B的溫度范圍內(nèi)的低溫部的溫度下。由圖3可知，該圖3所示的范圍B的溫度范圍內(nèi)的低溫部的溫度是對(duì)于有效降低改性氣體中的一氧化碳濃度最合適的溫度。由圖3可知，例如預(yù)測(cè)應(yīng)該提供給改性部1的原料的流量為曲線d所示的4.0(NL/分)的情況下，對(duì)于降低改性氣體中的一氧化碳最合適的第2基準(zhǔn)溫度為140℃。然后，在圖4所示的步驟S4，將溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度與步驟S3設(shè)定的第2基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較。通過(guò)在該步驟4中進(jìn)行的比較確認(rèn)溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度達(dá)到步驟S3設(shè)定的第2基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4中判斷為Yes)，與實(shí)施形態(tài)1的情況一樣地動(dòng)作，被增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。但是在確認(rèn)溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度沒(méi)有達(dá)到第2基準(zhǔn)溫度的情況下(步驟S4判斷為No)時(shí)，不進(jìn)行與圖4所示的步驟S5～S8相當(dāng)?shù)膭?dòng)作，并且不被增加對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量。
這樣，采用本實(shí)施形態(tài)，提供給改性部1的原料供應(yīng)量，在溫度檢測(cè)部14檢測(cè)出的檢測(cè)溫度到達(dá)與其后想要供應(yīng)的原料供應(yīng)量相應(yīng)的第2基準(zhǔn)溫度的情況下被增加，在沒(méi)有到達(dá)的情況下不被增加，因此能夠預(yù)先防止改性氣體中的一氧化碳濃度的急劇上升。
還有，在本實(shí)施形態(tài)中也例示了對(duì)改性部1的原料供應(yīng)量為1.0(NL/分)、2.0(NL/分)、3.0(NL/分)、4.0(NL/分)，相對(duì)于以1.0(NL/分)為單位的流量增加的第2基準(zhǔn)溫度，但是也可以對(duì)以0.1(NL/分)為單位的流量增加設(shè)定第2基準(zhǔn)溫度。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，凈化催化劑1 2中的催化劑采用Pt和Ru的混合物，但是并不限于此，也可以單獨(dú)使用Pt或Ru，或Pd等其他貴金屬。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，構(gòu)成凈化催化劑12的載體采用氧化鋁，但是并不限于此，也可以使用二氧化硅或氧化鋁與二氧化硅的混合物。
又，有時(shí)候圖3所示的特性曲線因氫生成裝置100a的結(jié)構(gòu)、凈化催化劑12的催化劑的種類、催化劑量等參數(shù)而變化。因此，最好是相應(yīng)于各參數(shù)設(shè)定基準(zhǔn)溫度。以此可以得到與本實(shí)施形態(tài)相同的效果。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，為了檢測(cè)凈化催化劑12的溫度，在該凈化催化劑12的下游位置設(shè)置溫度檢測(cè)部14，但是并不限于此，也可以將溫度檢測(cè)部14設(shè)置于凈化催化劑12的上游的位置。又可以采用在凈化催化劑12內(nèi)設(shè)置溫度檢測(cè)部14，以此直接檢測(cè)凈化催化劑12的溫度的結(jié)構(gòu)。還有，在這樣改變溫度檢測(cè)部14的位置的情況下，設(shè)定該變更的位置上的最合適的第2基準(zhǔn)溫度，以此可以得到同樣的效果。
本實(shí)施形態(tài)又可以如實(shí)施形態(tài)3所示，采用使改性氣體的溫度上升，以使凈化催化劑12的溫度上升，以對(duì)應(yīng)氫生成量的增加的形態(tài)。又可以如實(shí)施形態(tài)4所示，采用減少對(duì)改性部1的水供應(yīng)量，以使凈化催化劑12的溫度上升，而對(duì)應(yīng)氫生成量的增加的形態(tài)。
又可以采用將本實(shí)施形態(tài)與實(shí)施形態(tài)1、3、4所示的對(duì)變質(zhì)催化劑8設(shè)定基準(zhǔn)溫度的形態(tài)加以組合的形態(tài)。采用這樣的形態(tài)，在相應(yīng)于燃料電池的發(fā)電量的增加而使氫的生成量增加時(shí)，能夠進(jìn)一步可靠地抑制一氧化碳的發(fā)生。
(實(shí)施形態(tài)6)圖5是具備本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1～5的氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖5中，省略賦予構(gòu)成氫生成裝置的各構(gòu)成要素的符號(hào)的記載。
如圖5所示，本實(shí)施形態(tài)6的燃料電池系統(tǒng)100具備由實(shí)施形態(tài)1～5中的任一個(gè)氫生成裝置構(gòu)成的氫生成裝置100a、用該氫生成裝置100a提供的改性氣體和空氣發(fā)電的燃料電池100b、以及控制這些氫生成裝置100a和燃料電池100b的動(dòng)作的控制裝置101。又，該燃料電池系統(tǒng)100具有提供燃料電池100b發(fā)電用的空氣的空氣供給裝置(未圖示)。
又如圖5所示，氫生成裝置100a和燃料電池100b利用改性氣體用的管道11a相互連接。又，空氣供給裝置與燃料電池100b利用圖5中未圖示的規(guī)定的管道相互連接。又，構(gòu)成氫生成裝置100a的改性部1、變質(zhì)部7、凈化部11，還有構(gòu)成該改性部1、變質(zhì)部7、凈化部11的各構(gòu)成要件與燃料電池100b上，連接著從控制裝置101延伸出的控制用的配線。
在使圖5所示的燃料電池系統(tǒng)100動(dòng)作以進(jìn)行發(fā)電時(shí)，從氫設(shè)置裝置100a對(duì)燃料電池100b提供富含氫的改性氣體，同時(shí)由空氣供給裝置提供空氣。于是，燃料電池100b用氫生成裝置100a提供的改性氣體中含有的氫和空氣供給裝置提供的空氣中含有的氧氣進(jìn)行發(fā)電。還有，本實(shí)施形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作由控制裝置101進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?br> 而且，在本實(shí)施形態(tài)中，在與燃料電池100的負(fù)載從低負(fù)載向高負(fù)載變動(dòng)對(duì)應(yīng)之際，也就是為了對(duì)應(yīng)該負(fù)載的變動(dòng)使燃料電池100b的發(fā)電量增加之際，如本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1～5所示對(duì)氫生成裝置100a的動(dòng)作進(jìn)行控制，以此增加對(duì)燃料電池100b的改性氣體供應(yīng)量。這樣能夠增加燃料電池100b的發(fā)電量。
這樣，采用本實(shí)施形態(tài)，在為了增加燃料電池100b的發(fā)電量而使氫生成裝置100a的氫生成量增加，為此增加對(duì)圖1所示的改性部1的原料供應(yīng)量之際，也能夠充分而且可靠地將降低一氧化碳濃度的優(yōu)質(zhì)的改性氣體提供給燃料電池100b。因此具有能夠有效的防止配置于燃料電池100b內(nèi)部的電極催化劑由一氧化碳中毒而發(fā)生燃料電池100b的輸出電壓下降。又，燃料電池100b能夠可靠地持續(xù)發(fā)電。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的氫生成裝置以及具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)作為對(duì)應(yīng)燃料電池發(fā)電量的增減能夠充分減少一氧化碳而且高效率地生成富含氫的優(yōu)質(zhì)的改性氣體的氫生成裝置及具有該裝置的燃料電池系統(tǒng)是有用的。
權(quán)利要求
1.一種氫生成裝置，具備得到包含至少由碳和氫構(gòu)成的有機(jī)化合物的原料和水的供應(yīng)，生成含氫的改性氣體的改性部、將該改性部加熱到生成所述改性氣體所需要的溫度的加熱部、具有使在所述改性部生成的所述改性氣體中包含的一氧化碳減少的降一氧化碳催化劑的降一氧化碳部、以及檢測(cè)所述降一氧化碳催化劑或該降一氧化碳部?jī)?nèi)的所述改性氣體的溫度中的至少其一的溫度檢測(cè)部，其特征在于，提供給所述改性部的所述原料的供應(yīng)量的增加，根據(jù)由所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度與根據(jù)所述原料的供應(yīng)量設(shè)定的基準(zhǔn)溫度的比較加以控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于，上述比較的結(jié)果，所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，提供給所述改性部的所述原料的供應(yīng)量不被增加，而在所述檢測(cè)溫度不小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下則被增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫生成裝置，其特征在于，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，控制所述檢測(cè)溫度使其在所述基準(zhǔn)溫度以上，在達(dá)到所述基準(zhǔn)溫度以上時(shí)，使所述原料的供應(yīng)量增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征在于，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，所述加熱部的加熱量被增加，使所述檢測(cè)溫度被控制在所述基準(zhǔn)溫度以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征在于，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，提供給所述改性部的所述水的數(shù)量被減少，使所述檢測(cè)溫度被控制在所述基準(zhǔn)溫度以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征在于，還具有向所述降一氧化碳部的內(nèi)部提供氧化劑氣體的氧化劑氣體供給部，在所述檢測(cè)溫度小于所述基準(zhǔn)溫度的情況下，由所述氧化劑氣體供給部向所述降一氧化碳部被提供氧化劑氣體，使所述檢測(cè)溫度被控制在所述基準(zhǔn)溫度以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于，所述降一氧化碳催化劑是使由一氧化碳和水生成氫和二氧化碳的水性氣體轉(zhuǎn)換反應(yīng)進(jìn)行的變質(zhì)催化劑，所述降一氧化碳部是具備所述變質(zhì)催化劑的變質(zhì)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫生成裝置，其特征在于，所述變質(zhì)催化劑中的催化劑至少由貴金屬、鈰、鋯或鋁中的至少一種元素的金屬氧化物構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于，所述降一氧化碳催化劑是用于使一氧化碳發(fā)生選擇氧化反應(yīng)用的一氧化碳選擇氧化催化劑，所述降一氧化碳部是具備所述一氧化碳選擇氧化催化劑的選擇氧化部。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備權(quán)利要求1～9中的任一項(xiàng)所述的氫生成裝置、以及利用該氫生成裝置生成的氫和氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池，所述燃料電池在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的所述檢測(cè)溫度達(dá)到所述基準(zhǔn)溫度以上時(shí)，提供給所述改性部的所述原料供應(yīng)量被增加，使其發(fā)電量增加。
全文摘要
本發(fā)明提供對(duì)應(yīng)于燃料電池發(fā)電量的增減能充分減少一氧化碳，而且高效率地生成富含氫的優(yōu)質(zhì)改性氣體的氫生成裝置及具備該裝置的燃料電池系統(tǒng)。解決手段是具備得到包含至少由碳和氫構(gòu)成的有機(jī)化合物的原料和水的供應(yīng)，生成含氫的改性氣體的改性部(1)、將該改性部加熱到生成改性氣體所需溫度的加熱部(5)、具有使在改性部生成的改性氣體中包含的一氧化碳減少的降一氧化碳催化劑的降一氧化碳部(7、11)及檢測(cè)降一氧化碳催化劑或該降一氧化碳部?jī)?nèi)改性氣體的溫度中的至少其一的溫度檢測(cè)部(10、14)的氫生成裝置(100a)，提供給改性部的原料供應(yīng)量的增加，根據(jù)溫度檢測(cè)部的檢測(cè)溫度與根據(jù)原料供應(yīng)量設(shè)定的基準(zhǔn)溫度的比較加以控制。
文檔編號(hào)C01B3/58GK1540791SQ200410035200
公開(kāi)日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2004年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者藤原誠(chéng)二, 弘, 鵜飼邦弘, 延, 田口清, 脅田英延 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社