水素処理システム
【課題】停止要因に応じた適切な停止処理を行うことができる水素処理システムを提供する。
【解決手段】発電モード及び水素精製モードでの運転中に、温度センサ２４、圧力センサ４１、水素センサ２６、原料ガスセンサ２５、及び回転速度センサ６６の検出信号に基づいて、水素処理器（改質器１０，ＤＭＳ（Dual Mode Stack）３０，水素高純度化装置４０等）の状態を監視し、水素処理器の状態が水素処理器の破損を示すものであるときは、各電磁弁を閉弁して水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断する第１の停止処理を実行し、水素処理器の状態が予め設定された状態域から外れ、且つ、水素処理器の破損を示すものでないときには、水素処理運転を停止して、ブロワ６１により水素処理器のガス流路を掃気する第２の停止処理を実行する停止制御手段９２を備える。
【解決手段】発電モード及び水素精製モードでの運転中に、温度センサ２４、圧力センサ４１、水素センサ２６、原料ガスセンサ２５、及び回転速度センサ６６の検出信号に基づいて、水素処理器（改質器１０，ＤＭＳ（Dual Mode Stack）３０，水素高純度化装置４０等）の状態を監視し、水素処理器の状態が水素処理器の破損を示すものであるときは、各電磁弁を閉弁して水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断する第１の停止処理を実行し、水素処理器の状態が予め設定された状態域から外れ、且つ、水素処理器の破損を示すものでないときには、水素処理運転を停止して、ブロワ６１により水素処理器のガス流路を掃気する第２の停止処理を実行する停止制御手段９２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含むガスを処理する水素処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水素処理システムとして、例えば、炭化水素を主体とする原燃料を改質して、水素リッチな改質ガスを生成する水素製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された水素製造装置においては、運転停止時に、徐々に原燃料の濃度を下げながら、酸素を含まない燃焼ガス（排ガス）を反応系内にリサイクルさせることによって、反応系内のガスを、最終的に窒素と二酸化炭素と水蒸気に置換する処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素処理システムの稼働中に、種々の要因によって水素処理システムを停止する必要が生じる場合がある。そして、水素処理システムの停止要因には、水素処理システムの作動を直ちに停止しなければならない緊急性の高いものと、緊急停止の必要性が低いものがある。このとき、水素処理システムの停止を１種類の処理で行ったときには、停止処理の内容が停止要因に対して不適切なものとなるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、停止要因に応じた適切な停止処理を行うことができる水素処理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】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、触媒反応を用いた原燃料からの含水素ガスの生成と、電解質膜を用いた含水素ガスの電気化学反応による発電と、電解質膜を用いた含水素ガスからの水素の精製とのうちの、少なくともいずれかを行う水素処理運転を実行する水素処理器を有する水素処理システムに関する。
【０００８】
そして、前記水素処理器の状態を検出する状態検出手段と、前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断するガス封止手段と、前記水素処理器のガス流路に空気を供給してガス流路の掃気を行う掃気手段と、前記水素処理運転の実行中に、前記状態検出手段の検出結果に基づいて前記水素処理器の状態を監視し、前記水素処理器の状態が前記水素処理器の破損を示すものであるときは、前記ガス封止手段により前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断して、前記水素処理器の運転を停止する第１の停止処理を実行し、前記水素処理器の状態が、所定運転範囲の状態から外れ、且つ、前記水素処理器の破損を示すものでないときには、前記水素処理運転を停止して、前記掃気手段により前記水素処理器のガス流路を掃気する第２の停止処理を実行する停止制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、前記水素処理器による前記水素処理運転中に、前記停止制御手段により前記水素処理器の状態が監視される。そして、前記水素処理器の状態が前記水素処理器の破損を示すものであるときは、前記停止制御手段により前記第１の停止処理が実行されて、前記水素処理器のガス流路内に水素が封止された状態となる。これにより、破損した前記水素処理器の運転を直ちに停止することができると共に、前記水素処理器内の水素が外部に流出して無駄になることを防止することができる。
【００１０】
また、前記水素処理器の状態が、前記所定運転範囲の状態から外れ、且つ、前記水素処理器の故障を示すものでないときには、前記停止制御手段により前記第２の停止処理が実行されて、前記水素処理器のガス流路が掃気される。これにより、前記水素処理器の温度低下やガス流路内に滞留した水の排出を行って、前記水素処理器の性能の回復を図ることができる。
【００１１】
このように、本発明によれば、前記停止制御手段により、前記水素処理器の状態に応じて、前記第１の停止処理又は前記第２の停止処理を実行することによって、前記水素処理器の前記水素処理運転を適切に停止することができる。
【００１２】
また、前記水素処理運転は、初期チェック工程、暖機工程、水素処理工程、及び停止工程を含み、前記停止制御手段は、前記各工程において、前記水素処理器の状態を監視して、前記第１の停止処理と前記第２の停止処理を実行することを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記各工程において前記水素処理器の状態を監視することによって、前記水素処理器の故障や性能低下が生じたときに、速やかに前記第１の停止処理又は前記第２の停止処理を実行して対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】水素処理システムの構成図。
【図２】水素精製モードにおける運転制御手段及び停止制御手段の作動フローチャート。
【図３】水素精製モードにおける停止条件を示した説明図。
【図４】発電モードにおける運転制御手段及び停止制御手段の作動フローチャート。
【図５】発電モードにおける停止条件を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図１〜５を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の水素処理システムは、筐体１内に、炭化水素を主体とする燃料ガス（都市ガス等）と水蒸気との混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置１０、燃料電池及びイオンポンプとして機能する電極構造体３０（以下、ＤＭＳ（Dual Mode Stack）３０という）、ＤＭＳ３０に酸化剤ガスとして空気を供給するブロワ５０、ＤＭＳ３０により精製された水素ガスを除湿してさらに精製する水素高純度化装置４０、及び、水素処理システムの作動を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を備えて構成されている。
【００１６】
また、水素処理システムは、筐体１内の換気を行うための換気ファン６５、換気ファン６５の回転速度を検出する回転速度センサ６６、筐体１内の燃料ガスの濃度を検出する燃料ガスセンサ２５、筐体１内の水素の濃度を検出する水素センサ２６、燃料供給路２から分岐した改質及び掃気用流路６０に設けられたブロワ６１（本発明の掃気手段に相当する）、燃料供給路２に設けられた電磁弁７０、掃気用流路６０に設けられた電磁弁６２、アノード出口流路３に設けられた電磁弁７１、カソード入口流路５に設けられた電磁弁５１、カソード出口流路６に設けられた電磁弁５２、及び、水素ガス流路４に設けられた電磁弁７２，７３を備えている。
【００１７】
なお、水素高純度化装置４０で精製された水素ガスは、図示しない圧縮部により圧縮され、図示しない充填部により燃料電池車両の水素ボンベ等に充填される。
【００１８】
改質装置１０は、燃料ガスに含まれるメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ６）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）等の炭化水素に、水蒸気を混合して混合燃料を生成する熱交換器（蒸発器）１１、熱交換器１１に水蒸気発生用の熱を付与する触媒燃焼器１７、熱交換器１２、混合燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器１３、シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）及び水蒸気を二酸化炭素（ＣＯ２）及び水素（Ｈ２）に変換するＣＯ変成器（シフト反応器）１４、熱交換器１５、及び、少量の空気を改質ガスに付加し、選択的に吸収した一酸化炭素と空気中の酸素を反応させて二酸化炭素に変換するＣＯ除去器（選択酸化反応器）１６を備えている。
【００１９】
また、触媒燃焼器１７には、触媒燃焼器１７の温度を検出する温度センサ２４が設けられている。同様に、改質器１３、熱交換器１２の入口、ＣＯ変成器１４の入口、ＣＯ除去器１６の入口にも、これらの温度を検出する温度センサ２０，２１，２２，２３が個別に設けられている。また、水素高純度化装置４０には、水素高純度化装置４０の内部圧力を検出する圧量センサ４１が設けられている。
【００２０】
ＤＭＳ３０は、固体高分子電解質膜３１をアノード電極３２とカソード電極３３で挟んだ電解質膜・電極構造部を有し、この電解質膜・電極構造部を図示しないセパレータと交互に積層したスタックを構成している。この場合、電解質膜・電極構造部とセパレータの間にガス流路が形成される。
【００２１】
アノード電極３２の入口はアノード入口流路７と接続され、改質装置１０で精製された水素リッチな改質ガス（本発明の含水素ガスに相当する）が、アノード入口流路７からアノード電極３２に供給される。また、アノード電極３２の出口はアノード出口流路３と接続され、使用済みの改質ガス（アノードオフガス）が、アノード電極３２からアノード出口流路３に排出される。
【００２２】
カソード電極３３の入口はカソード入口流路５と接続され、発電モードでの運転時には、カソード入口流路５を介して、ブロワ５０からカソード電極３３に空気（酸化剤ガス）が供給される。また、カソード電極３３の一方の出口はカソード出口流路６と接続され、他方の出口は水素ガス流路４と接続されている。
【００２３】
そして、発電モードでの運転時は、使用済みの空気（カソードオフガス）が、カソード電極３３からカソード出口流路６に排出される。また、水素精製モードでの運転時には、精製水素がカソード電極３３から水素ガス流路４に供給される。
【００２４】
なお、改質器１０と、ＤＭＳ３０と、水素高純度化装置４０と、これらを接続するガス流路を含む構成を、以下では水素処理器という。また、電磁弁５１，５２，６２，７０〜７３により、本発明のガス封止手段が構成される。
【００２５】
ＥＣＵ９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等により構成された電子ユニットであり、このＣＰＵに水素処理システムの制御用プログラムを実行させることによって、ＥＣＵ９０が運転制御手段９１及び停止制御手段９２として機能する。
【００２６】
運動制御手段９１は、ＤＭＳ３０をイオンポンプとして機能させる水素精製モードでの運転と、ＤＭＳ３０を燃料電池として機能させる発電モードでの運転とを切換えて実行する。以下、水素精製モード及び発電モードでの水素処理システムの動作について説明する。
【００２７】
先ず、水素精製モードでの運転を行なうときの水素処理器の動作について、図１を参照して説明する。運転制御手段９１は、カソード入口流路５の電磁弁５１と、カソード出口流路６の電磁弁５２とを閉弁すると共に、燃料供給ライン２の電磁弁７０と、改質及び掃気用流路６０の電磁弁６２と、アノード出口流路３の電磁弁７１と、水素ガス流路４の電磁弁７２，７３とを開弁する。これにより、改質装置１０からアノード電極３２に改質ガスが供給される状態となる。
【００２８】
そして、運転制御手段９１は、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３間に、アノード電極３２を高電位側として所定電圧を印加する。これにより、アノード電極３２では、以下の式（１）の反応が起こって水素イオン（Ｈ＋）が発生する。
【００２９】
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ−・・・・・ (1)
そして、水素イオンは、固体高分子電解質膜３１を透過してカソード電極３３に移動し、カソード電極３３では、以下の式（２）の反応が惹起されると共に、昇圧される。
【００３０】
２Ｈ＋＋２ｅ− → Ｈ２・・・・・ (2)
このようにして、アノード電極３２からカソード電極３３に、水素イオンが移動することにより、改質ガスから高純度の水素ガスが精製される。この水素ガスは、水素ガス流路４を介して水素高純度化装置４０に送出され、水素高純度化装置４０により除湿と精製の処理が施される。
【００３１】
また、アノード電極３２で水素イオンが抽出された後の改質ガス（未抽出の水素ガスを含む）は、アノードオフガスとして、アノード出口流路３を経由して触媒燃焼器１７に送出される。アノードオフガス中の水素ガスは、触媒燃焼器１７で燃焼して燃焼熱が熱交換器１１に与えられる。
【００３２】
次に、発電モードでの運転を行うときの水素処理システムの動作について、図１を参照して説明する。発電モードでは、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３の間に電気負荷（図示しない）が接続される。
【００３３】
運転制御手段９１は、水素ガス流路４の電磁弁７２，７３を閉弁すると共に、燃料供給ライン２の電磁弁７０と、改質及び掃気用流路６０の電磁弁６２と、アノード出口流路３の電磁弁７１と、カソード入口流路５の電磁弁５１と、カソード出口流路６の電磁弁５２とを開弁する。これにより、改質装置１０からアノード電極３２に改質ガスが供給される状態となる。
【００３４】
そして、運転制御手段９１は、ブロワ５０を作動させて、カソード入口流路５を介してカソード電極３３に空気（酸化剤ガス）を供給する。これにより、ＤＭＳ３０では、アノード電極３２で、以下の式（３）の反応が起こり、水素ガス（Ｈ２）が電子ｅ−を放出して水素イオン（Ｈ＋）となる。
【００３５】
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ−・・・・・ (3)
水素イオンは、固体高分子電解質膜３１中を透過し、カソード電極３３において、カソード入口流路５から供給される空気中の酸素ガス（Ｏ２）と、カソード電極３３に供給される電子ｅ−とにより、以下の式（４）の反応が生じて水が生成される。
【００３６】
１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→ Ｈ２Ｏ ・・・・・ (4)
そして、上記式（３）、（４）に示したように、アノード電極３２から電気負荷を介してカソード電極３３に電流が流れ、ＤＭＳ３０から電気負荷に電力が供給される。
【００３７】
また、アノード電極３２で水素イオンが抽出された後の改質ガス（未抽出の水素ガスを含む）は、アノードオフガスとして、アノード出口流路３を経由して触媒燃焼器１７に送出される。アノードオフガス中の水素ガスは、触媒燃焼器１７で燃焼してその燃焼熱が熱交換器１１に与えられる。
【００３８】
次に、図２（ａ），図２（ｂ）に示したフローチャートを参照して、運転制御手段９１による水素精製モードでの運転の開始から停止までの処理と、停止制御手段９２による水素処理システムの監視及び停止処理について説明する。
【００３９】
運転制御手段９１は、水素精製モードにおいては、図２（ａ）のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ９の処理を実行する。運転制御手段９１は、ＳＴＥＰ１でアイドリング状態（待機状態）となって、ＳＴＥＰ２で水素処理システムの起動指示がなされるのを待つ。
【００４０】
そして、水素処理システムの起動指示がなされたときにＳＴＥＰ３に進んで、運転制御手段９１は、水素処理器への電力供給を開始して水素処理システムを起動する。また、続くＳＴＥＰ４で、運転制御手段９１は、各センサの検出出力等によって、水素処理器が正常状態であるか否かを確認する（初期チェック工程）。
【００４１】
次のＳＴＥＰ５で、運転制御手段９１は、改質装置１０の暖機を行い（暖気工程）、続くＳＴＥＰ６で、上述した水素精製モードでの運転（水素処理工程）を開始する。次のＳＴＥＰ７でシステム停止指示がなされたときに、ＳＴＥＰ８に進んで運転を停止し（停止工程）、ＳＴＥＰ９で水素高純度化処理器４０の脱圧及び改質装置１０の次回起動用処理を行ってＳＴＥＰ１に戻る。そして、運転制御手段９１は待機状態に戻る。
【００４２】
また、停止制御手段９２は、運転制御手段９１が図２（ａ）のフローチャートによる初期チェック（ＳＴＥＰ４）、暖機（ＳＴＥＰ５）、運転（ＳＴＥＰ６）、及びシステム停止（ＳＴＥＰ８）の処理を行っているときに、図２（ｂ）のフローチャートによる処理を行って、水素処理器の状態を監視する。
【００４３】
停止制御手段９２は、条件Ａ1と条件Ｂ1という２つの条件を用いて、水素処理器の状態を監視する。図３を参照して、条件Ａ1は、改質装置１０の性能低下を判断するためのものであり、例えば以下の(1)又は(2)の成立を要件とするものである。
(1) 温度センサ２４により検出される触媒燃焼器１７の温度が定格運転範囲外。定格運転範囲は、例えば４００℃〜７００℃に設定される。
(2) 圧力センサ４１により検出される水素高純度化装置４０の内部圧力が、定格運転範囲外。定格運転範囲は、例えば０kPa〜８００kPaに設定される。
【００４４】
また、条件Ｂ1は、水素処理器の破損を判断するためのものであり、以下の(1)〜(5)のうちの少なくとも一つの成立を要件とするものである。
(1) 触媒燃焼器１７の温度センサ２４の出力が規定レンジから外れている。
(2) 水素高純度化装置４０の圧力センサ４１の出力が規定レンジから外れている。
(3) 水素センサ２６による水素の検出濃度が、水素のリークが想定されるレベル以上。
(4) 燃料ガスセンサ２５による燃料ガスの検出濃度が、燃料ガスのリークが想定されるレベル以上。
(5) 回転速度センサ６６による換気ファン６６の回転速度が、換気ファン６６の故障が想定されるレベル以下。
【００４５】
なお、触媒燃焼器１７の温度センサ２４、水素高純度化装置４０の圧力センサ４１、換気ファン６５の回転速度センサ６６、燃料ガスセンサ２５、及び水素センサ２５により、本発明の状態検出手段が構成される。
【００４６】
停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ２０で条件Ｂ1が成立している否かを判断し、条件Ｂ1が成立しているときはＳＴＥＰ３０に分岐し、成立していないときにはＳＴＥＰ２１に進む。また、停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ２１で条件Ａ1が成立しているか否かを判断し、条件Ａ1が成立しているときはＳＴＥＰ２２に進み、成立していないときにはＳＴＥＰ２０に戻る。これにより、条件Ｂ1が成立しているときは、ＳＴＥＰ３０で第１の停止処理が実行され、条件Ａ1が成立しているときには、ＳＴＥＰ２２で第２の停止処理が実行される。
【００４７】
そして、停止制御手段９２は、第１の停止処理として、全ての電磁弁５１，５２，６２，７０〜７３を閉弁すると共に、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３間への電圧の印加を停止して、水素精製モードでの運転を直ちに終了する処理を行う。
【００４８】
このように、条件Ｂ1の成立により、温度センサ２４の破損、圧力センサ４１の破損、換気ファン６６の破損、水素処理器からの水素或いは燃料ガスのリークといった運転を継続することができない状態となっているときに、第１の停止処理を実行することによって、水素処理器内に水素や改質ガスを封止した状態を維持して、運転を速やかに停止することができる。
【００４９】
そのため、水素処理器内の水素が外部に流出して無駄になることを防止することができる。この場合、水素処理器内に残留した水素は、水素処理器の修理を行う作業者が回収する。
【００５０】
また、停止制御手段９２は、第２の停止処理として、燃料供給路２の電磁弁７０を閉弁して燃料ガスの供給を停止し、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３間への電圧の印加を停止すると共に、掃気用流路６０の電磁弁６２を開弁してブロワ６１を作動させることにより、水素処理器内に残留するガスと水を空気により掃気する（エアパージ）。
【００５１】
このように、条件Ａ1の成立により、水素処理器の性能が低下していると判断できるときに、水素処理器のガス流路を空気により掃気することによって、ガス流路内の残留ガス及び水を排出すると共に、ガス流路の温度やガス流路に接続された構成部分の温度を低下させることができる。そのため、水素処理器の性能を回復させることができる。
【００５２】
次に、図４（ａ），図４（ｂ）に示したフローチャートを参照して、運転制御手段９１による発電モードでの運転の開始から停止までの処理と、停止制御手段９２による水素処理器の監視及び停止処理について説明する。
【００５３】
運転制御手段９１は、発電モードにおいては、図４（ａ）のＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５８の処理を実行する。運転制御手段９１は、ＳＴＥＰ５０でアイドリング状態（待機状態）となって、ＳＴＥＰ５１で水素処理システムの起動指示がなされるのを待つ。
【００５４】
そして、水素処理システムの起動指示がなされたときにＳＴＥＰ５２に進んで、運転制御手段９１は、水素処理器への電力供給を開始して水素処理システムを起動する（システム起動工程）。また、続くＳＴＥＰ５３で、運転制御手段９１は、各センサの出力等によって、改質装置１０やＤＭＳ３０が正常状態であるか否かを確認する（初期チェック工程）。
【００５５】
次のＳＴＥＰ５４で、運転制御手段９１は、改質装置１０の暖機を行い（暖気工程）、続くＳＴＥＰ５５で、上述した発電モードでの運転を開始する（運転工程）。次のＳＴＥＰ５６でシステム停止指示がなされたときに、ＳＴＥＰ５７に進んで運転を停止し（システム停止工程）、ＳＴＥＰ５８でカソード電極３３のガス流路に残留する酸素を消費する処理（カソード処理工程）を行うと共に改質装置１０の次回起動用処理を行ってＳＴＥＰ５０に戻る。そして、運転制御手段９１は待機状態に戻る。
【００５６】
なお、ＳＴＥＰ５８のカソード処理工程において、運転制御手段９１は、カソード入口流路５の電磁弁５１とカソード出口流路６の電磁弁５２を閉弁して、アノード電極３２への改質ガスの供給を継続する。そして、これにより、発電によりカソード電極３３内の酸素を消費させる。
【００５７】
また、停止制御手段９２は、運転制御手段９１が図４（ａ）のフローチャートによる初期チェック（ＳＴＥＰ５３）、暖機（ＳＴＥＰ５４）、運転（ＳＴＥＰ５５）、及びシステム停止（ＳＴＥＰ５７）の処理を行っているときに、図４（ｂ）の処理を行って、水素処理器の状態を監視する。
【００５８】
停止制御手段９２は、条件Ａ2と条件Ｂ2という２つの条件を用いて、水素処理器の状態を監視する。図５を参照して、条件Ａ2は、水素処理器の性能低下を判断するためのものであり、例えば以下の(1)を要件とするものである。
(1) 温度センサ２４により検出される触媒燃焼器１７の温度が定格運転範囲外。定格運転範囲は、例えば４００℃〜７００℃に設定される。
【００５９】
また、条件Ｂは、水素処理器の破損を判断するものであり、例えば以下の(1)〜(4)のうちの少なくとも一つの成立を要件とするものである。
(1) 触媒燃焼器１７の温度センサ２４の出力が規定レンジから外れている。
(2) 水素センサ２６による水素の検出濃度が、水素のリークが想定されるレベル以上。
(3) 燃料ガスセンサ２５による燃料ガスの検出濃度が、燃料ガスのリークが想定されるレベル以上。
(4) 回転速度センサ６６による換気ファン６６の回転速度が、換気ファン６６の故障が想定されるレベル以下。
【００６０】
停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ６０で条件Ｂ2が成立しているか否かを判断し、条件Ｂ2が成立しているときはＳＴＥＰ７０に分岐し、成立していないときにはＳＴＥＰ６１に進む。また、停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ６１で条件Ａ2が成立しているか否かを判断し、条件Ａ2が成立しているときはＳＴＥＰ６２に進み、成立していないときにはＳＴＥＰ６０に戻る。これにより、条件Ｂ2が成立しているときは、ＳＴＥＰ７０で第１の停止処理が実行され、条件Ａ2が成立しているときには、ＳＴＥＰ６２で第２の停止処理が実行される。
【００６１】
このように、発電モードでの運転時に、停止制御手段９２により条件Ａ2，条件Ｂ2の成立の有無により水素処理器の状態を監視して、第１の停止処理及び第２の停止処理を実行することによって、上述した水素精製モードでの運転時と同様に、水素処理器の状態に応じた適切な停止処理を実行することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、本発明の水素処理器として、改質器１０とＤＭＳ１０と水素高純度化装置４０とを備えたものを示したが、改質器のみを備えた水素処理器、ＤＭＳのみを備えた水素処理器に対しても、水素処理器の性能低下に起因する停止条件と、水素処理器の破損に起因する停止条件を設定して、水素処理器の堀器ガス流路のエアパージによる第１の停止処理と、水素処理器のガス流路の封止による第２の停止処理とを実行することにより、本発明を適用することが可能である。また、ＤＭＳではなく、発電のみを行う電極構造体、或いは水素精製処理のみを行う電極構造体を備えた水素処理器に対しても、本発明の適用が可能である。
【００６３】
また、本実施の形態では、図２，図４に示したように、水素精製モード及び発電モードでの運転時に、初期チェック工程、暖機工程、運転工程、及び、システム停止工程において、停止制御手段９２により水素処理器の状態を監視したが、これらの工程のうちの少なくとも一つの工程において、停止制御手段９２により水素処理器の状態を監視して、第１の停止処理と第２の停止処理を実行することで、本発明の効果を得ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、水素処理器の状態を、触媒燃焼器１７の温度、水素高純度化装置４０の圧力、換気ファン６５の回転数、筐体１内の水素濃度、及び、筐体１内の燃料ガス濃度に基づいて検出したが、他の要素に基づいて水素処理器の状態を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…水素処理システムの筐体、１０…改質装置、１３…改質器、１７…触媒燃焼器、２４…（触媒燃焼器の）温度センサ、３０…電極構造体（ＤＭＳ：Dual Mode Stack）、３１…固体高分子電解質膜、３２…アノード電極、３３…カソード電極、４０…水素高純度化装置、４１…圧力センサ、９１…運転制御手段、９２…停止制御手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含むガスを処理する水素処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水素処理システムとして、例えば、炭化水素を主体とする原燃料を改質して、水素リッチな改質ガスを生成する水素製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された水素製造装置においては、運転停止時に、徐々に原燃料の濃度を下げながら、酸素を含まない燃焼ガス（排ガス）を反応系内にリサイクルさせることによって、反応系内のガスを、最終的に窒素と二酸化炭素と水蒸気に置換する処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素処理システムの稼働中に、種々の要因によって水素処理システムを停止する必要が生じる場合がある。そして、水素処理システムの停止要因には、水素処理システムの作動を直ちに停止しなければならない緊急性の高いものと、緊急停止の必要性が低いものがある。このとき、水素処理システムの停止を１種類の処理で行ったときには、停止処理の内容が停止要因に対して不適切なものとなるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、停止要因に応じた適切な停止処理を行うことができる水素処理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】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、触媒反応を用いた原燃料からの含水素ガスの生成と、電解質膜を用いた含水素ガスの電気化学反応による発電と、電解質膜を用いた含水素ガスからの水素の精製とのうちの、少なくともいずれかを行う水素処理運転を実行する水素処理器を有する水素処理システムに関する。
【０００８】
そして、前記水素処理器の状態を検出する状態検出手段と、前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断するガス封止手段と、前記水素処理器のガス流路に空気を供給してガス流路の掃気を行う掃気手段と、前記水素処理運転の実行中に、前記状態検出手段の検出結果に基づいて前記水素処理器の状態を監視し、前記水素処理器の状態が前記水素処理器の破損を示すものであるときは、前記ガス封止手段により前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断して、前記水素処理器の運転を停止する第１の停止処理を実行し、前記水素処理器の状態が、所定運転範囲の状態から外れ、且つ、前記水素処理器の破損を示すものでないときには、前記水素処理運転を停止して、前記掃気手段により前記水素処理器のガス流路を掃気する第２の停止処理を実行する停止制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、前記水素処理器による前記水素処理運転中に、前記停止制御手段により前記水素処理器の状態が監視される。そして、前記水素処理器の状態が前記水素処理器の破損を示すものであるときは、前記停止制御手段により前記第１の停止処理が実行されて、前記水素処理器のガス流路内に水素が封止された状態となる。これにより、破損した前記水素処理器の運転を直ちに停止することができると共に、前記水素処理器内の水素が外部に流出して無駄になることを防止することができる。
【００１０】
また、前記水素処理器の状態が、前記所定運転範囲の状態から外れ、且つ、前記水素処理器の故障を示すものでないときには、前記停止制御手段により前記第２の停止処理が実行されて、前記水素処理器のガス流路が掃気される。これにより、前記水素処理器の温度低下やガス流路内に滞留した水の排出を行って、前記水素処理器の性能の回復を図ることができる。
【００１１】
このように、本発明によれば、前記停止制御手段により、前記水素処理器の状態に応じて、前記第１の停止処理又は前記第２の停止処理を実行することによって、前記水素処理器の前記水素処理運転を適切に停止することができる。
【００１２】
また、前記水素処理運転は、初期チェック工程、暖機工程、水素処理工程、及び停止工程を含み、前記停止制御手段は、前記各工程において、前記水素処理器の状態を監視して、前記第１の停止処理と前記第２の停止処理を実行することを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記各工程において前記水素処理器の状態を監視することによって、前記水素処理器の故障や性能低下が生じたときに、速やかに前記第１の停止処理又は前記第２の停止処理を実行して対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】水素処理システムの構成図。
【図２】水素精製モードにおける運転制御手段及び停止制御手段の作動フローチャート。
【図３】水素精製モードにおける停止条件を示した説明図。
【図４】発電モードにおける運転制御手段及び停止制御手段の作動フローチャート。
【図５】発電モードにおける停止条件を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図１〜５を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の水素処理システムは、筐体１内に、炭化水素を主体とする燃料ガス（都市ガス等）と水蒸気との混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質装置１０、燃料電池及びイオンポンプとして機能する電極構造体３０（以下、ＤＭＳ（Dual Mode Stack）３０という）、ＤＭＳ３０に酸化剤ガスとして空気を供給するブロワ５０、ＤＭＳ３０により精製された水素ガスを除湿してさらに精製する水素高純度化装置４０、及び、水素処理システムの作動を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を備えて構成されている。
【００１６】
また、水素処理システムは、筐体１内の換気を行うための換気ファン６５、換気ファン６５の回転速度を検出する回転速度センサ６６、筐体１内の燃料ガスの濃度を検出する燃料ガスセンサ２５、筐体１内の水素の濃度を検出する水素センサ２６、燃料供給路２から分岐した改質及び掃気用流路６０に設けられたブロワ６１（本発明の掃気手段に相当する）、燃料供給路２に設けられた電磁弁７０、掃気用流路６０に設けられた電磁弁６２、アノード出口流路３に設けられた電磁弁７１、カソード入口流路５に設けられた電磁弁５１、カソード出口流路６に設けられた電磁弁５２、及び、水素ガス流路４に設けられた電磁弁７２，７３を備えている。
【００１７】
なお、水素高純度化装置４０で精製された水素ガスは、図示しない圧縮部により圧縮され、図示しない充填部により燃料電池車両の水素ボンベ等に充填される。
【００１８】
改質装置１０は、燃料ガスに含まれるメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ６）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）等の炭化水素に、水蒸気を混合して混合燃料を生成する熱交換器（蒸発器）１１、熱交換器１１に水蒸気発生用の熱を付与する触媒燃焼器１７、熱交換器１２、混合燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器１３、シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）及び水蒸気を二酸化炭素（ＣＯ２）及び水素（Ｈ２）に変換するＣＯ変成器（シフト反応器）１４、熱交換器１５、及び、少量の空気を改質ガスに付加し、選択的に吸収した一酸化炭素と空気中の酸素を反応させて二酸化炭素に変換するＣＯ除去器（選択酸化反応器）１６を備えている。
【００１９】
また、触媒燃焼器１７には、触媒燃焼器１７の温度を検出する温度センサ２４が設けられている。同様に、改質器１３、熱交換器１２の入口、ＣＯ変成器１４の入口、ＣＯ除去器１６の入口にも、これらの温度を検出する温度センサ２０，２１，２２，２３が個別に設けられている。また、水素高純度化装置４０には、水素高純度化装置４０の内部圧力を検出する圧量センサ４１が設けられている。
【００２０】
ＤＭＳ３０は、固体高分子電解質膜３１をアノード電極３２とカソード電極３３で挟んだ電解質膜・電極構造部を有し、この電解質膜・電極構造部を図示しないセパレータと交互に積層したスタックを構成している。この場合、電解質膜・電極構造部とセパレータの間にガス流路が形成される。
【００２１】
アノード電極３２の入口はアノード入口流路７と接続され、改質装置１０で精製された水素リッチな改質ガス（本発明の含水素ガスに相当する）が、アノード入口流路７からアノード電極３２に供給される。また、アノード電極３２の出口はアノード出口流路３と接続され、使用済みの改質ガス（アノードオフガス）が、アノード電極３２からアノード出口流路３に排出される。
【００２２】
カソード電極３３の入口はカソード入口流路５と接続され、発電モードでの運転時には、カソード入口流路５を介して、ブロワ５０からカソード電極３３に空気（酸化剤ガス）が供給される。また、カソード電極３３の一方の出口はカソード出口流路６と接続され、他方の出口は水素ガス流路４と接続されている。
【００２３】
そして、発電モードでの運転時は、使用済みの空気（カソードオフガス）が、カソード電極３３からカソード出口流路６に排出される。また、水素精製モードでの運転時には、精製水素がカソード電極３３から水素ガス流路４に供給される。
【００２４】
なお、改質器１０と、ＤＭＳ３０と、水素高純度化装置４０と、これらを接続するガス流路を含む構成を、以下では水素処理器という。また、電磁弁５１，５２，６２，７０〜７３により、本発明のガス封止手段が構成される。
【００２５】
ＥＣＵ９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等により構成された電子ユニットであり、このＣＰＵに水素処理システムの制御用プログラムを実行させることによって、ＥＣＵ９０が運転制御手段９１及び停止制御手段９２として機能する。
【００２６】
運動制御手段９１は、ＤＭＳ３０をイオンポンプとして機能させる水素精製モードでの運転と、ＤＭＳ３０を燃料電池として機能させる発電モードでの運転とを切換えて実行する。以下、水素精製モード及び発電モードでの水素処理システムの動作について説明する。
【００２７】
先ず、水素精製モードでの運転を行なうときの水素処理器の動作について、図１を参照して説明する。運転制御手段９１は、カソード入口流路５の電磁弁５１と、カソード出口流路６の電磁弁５２とを閉弁すると共に、燃料供給ライン２の電磁弁７０と、改質及び掃気用流路６０の電磁弁６２と、アノード出口流路３の電磁弁７１と、水素ガス流路４の電磁弁７２，７３とを開弁する。これにより、改質装置１０からアノード電極３２に改質ガスが供給される状態となる。
【００２８】
そして、運転制御手段９１は、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３間に、アノード電極３２を高電位側として所定電圧を印加する。これにより、アノード電極３２では、以下の式（１）の反応が起こって水素イオン（Ｈ＋）が発生する。
【００２９】
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ−・・・・・ (1)
そして、水素イオンは、固体高分子電解質膜３１を透過してカソード電極３３に移動し、カソード電極３３では、以下の式（２）の反応が惹起されると共に、昇圧される。
【００３０】
２Ｈ＋＋２ｅ− → Ｈ２・・・・・ (2)
このようにして、アノード電極３２からカソード電極３３に、水素イオンが移動することにより、改質ガスから高純度の水素ガスが精製される。この水素ガスは、水素ガス流路４を介して水素高純度化装置４０に送出され、水素高純度化装置４０により除湿と精製の処理が施される。
【００３１】
また、アノード電極３２で水素イオンが抽出された後の改質ガス（未抽出の水素ガスを含む）は、アノードオフガスとして、アノード出口流路３を経由して触媒燃焼器１７に送出される。アノードオフガス中の水素ガスは、触媒燃焼器１７で燃焼して燃焼熱が熱交換器１１に与えられる。
【００３２】
次に、発電モードでの運転を行うときの水素処理システムの動作について、図１を参照して説明する。発電モードでは、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３の間に電気負荷（図示しない）が接続される。
【００３３】
運転制御手段９１は、水素ガス流路４の電磁弁７２，７３を閉弁すると共に、燃料供給ライン２の電磁弁７０と、改質及び掃気用流路６０の電磁弁６２と、アノード出口流路３の電磁弁７１と、カソード入口流路５の電磁弁５１と、カソード出口流路６の電磁弁５２とを開弁する。これにより、改質装置１０からアノード電極３２に改質ガスが供給される状態となる。
【００３４】
そして、運転制御手段９１は、ブロワ５０を作動させて、カソード入口流路５を介してカソード電極３３に空気（酸化剤ガス）を供給する。これにより、ＤＭＳ３０では、アノード電極３２で、以下の式（３）の反応が起こり、水素ガス（Ｈ２）が電子ｅ−を放出して水素イオン（Ｈ＋）となる。
【００３５】
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ−・・・・・ (3)
水素イオンは、固体高分子電解質膜３１中を透過し、カソード電極３３において、カソード入口流路５から供給される空気中の酸素ガス（Ｏ２）と、カソード電極３３に供給される電子ｅ−とにより、以下の式（４）の反応が生じて水が生成される。
【００３６】
１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→ Ｈ２Ｏ ・・・・・ (4)
そして、上記式（３）、（４）に示したように、アノード電極３２から電気負荷を介してカソード電極３３に電流が流れ、ＤＭＳ３０から電気負荷に電力が供給される。
【００３７】
また、アノード電極３２で水素イオンが抽出された後の改質ガス（未抽出の水素ガスを含む）は、アノードオフガスとして、アノード出口流路３を経由して触媒燃焼器１７に送出される。アノードオフガス中の水素ガスは、触媒燃焼器１７で燃焼してその燃焼熱が熱交換器１１に与えられる。
【００３８】
次に、図２（ａ），図２（ｂ）に示したフローチャートを参照して、運転制御手段９１による水素精製モードでの運転の開始から停止までの処理と、停止制御手段９２による水素処理システムの監視及び停止処理について説明する。
【００３９】
運転制御手段９１は、水素精製モードにおいては、図２（ａ）のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ９の処理を実行する。運転制御手段９１は、ＳＴＥＰ１でアイドリング状態（待機状態）となって、ＳＴＥＰ２で水素処理システムの起動指示がなされるのを待つ。
【００４０】
そして、水素処理システムの起動指示がなされたときにＳＴＥＰ３に進んで、運転制御手段９１は、水素処理器への電力供給を開始して水素処理システムを起動する。また、続くＳＴＥＰ４で、運転制御手段９１は、各センサの検出出力等によって、水素処理器が正常状態であるか否かを確認する（初期チェック工程）。
【００４１】
次のＳＴＥＰ５で、運転制御手段９１は、改質装置１０の暖機を行い（暖気工程）、続くＳＴＥＰ６で、上述した水素精製モードでの運転（水素処理工程）を開始する。次のＳＴＥＰ７でシステム停止指示がなされたときに、ＳＴＥＰ８に進んで運転を停止し（停止工程）、ＳＴＥＰ９で水素高純度化処理器４０の脱圧及び改質装置１０の次回起動用処理を行ってＳＴＥＰ１に戻る。そして、運転制御手段９１は待機状態に戻る。
【００４２】
また、停止制御手段９２は、運転制御手段９１が図２（ａ）のフローチャートによる初期チェック（ＳＴＥＰ４）、暖機（ＳＴＥＰ５）、運転（ＳＴＥＰ６）、及びシステム停止（ＳＴＥＰ８）の処理を行っているときに、図２（ｂ）のフローチャートによる処理を行って、水素処理器の状態を監視する。
【００４３】
停止制御手段９２は、条件Ａ1と条件Ｂ1という２つの条件を用いて、水素処理器の状態を監視する。図３を参照して、条件Ａ1は、改質装置１０の性能低下を判断するためのものであり、例えば以下の(1)又は(2)の成立を要件とするものである。
(1) 温度センサ２４により検出される触媒燃焼器１７の温度が定格運転範囲外。定格運転範囲は、例えば４００℃〜７００℃に設定される。
(2) 圧力センサ４１により検出される水素高純度化装置４０の内部圧力が、定格運転範囲外。定格運転範囲は、例えば０kPa〜８００kPaに設定される。
【００４４】
また、条件Ｂ1は、水素処理器の破損を判断するためのものであり、以下の(1)〜(5)のうちの少なくとも一つの成立を要件とするものである。
(1) 触媒燃焼器１７の温度センサ２４の出力が規定レンジから外れている。
(2) 水素高純度化装置４０の圧力センサ４１の出力が規定レンジから外れている。
(3) 水素センサ２６による水素の検出濃度が、水素のリークが想定されるレベル以上。
(4) 燃料ガスセンサ２５による燃料ガスの検出濃度が、燃料ガスのリークが想定されるレベル以上。
(5) 回転速度センサ６６による換気ファン６６の回転速度が、換気ファン６６の故障が想定されるレベル以下。
【００４５】
なお、触媒燃焼器１７の温度センサ２４、水素高純度化装置４０の圧力センサ４１、換気ファン６５の回転速度センサ６６、燃料ガスセンサ２５、及び水素センサ２５により、本発明の状態検出手段が構成される。
【００４６】
停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ２０で条件Ｂ1が成立している否かを判断し、条件Ｂ1が成立しているときはＳＴＥＰ３０に分岐し、成立していないときにはＳＴＥＰ２１に進む。また、停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ２１で条件Ａ1が成立しているか否かを判断し、条件Ａ1が成立しているときはＳＴＥＰ２２に進み、成立していないときにはＳＴＥＰ２０に戻る。これにより、条件Ｂ1が成立しているときは、ＳＴＥＰ３０で第１の停止処理が実行され、条件Ａ1が成立しているときには、ＳＴＥＰ２２で第２の停止処理が実行される。
【００４７】
そして、停止制御手段９２は、第１の停止処理として、全ての電磁弁５１，５２，６２，７０〜７３を閉弁すると共に、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３間への電圧の印加を停止して、水素精製モードでの運転を直ちに終了する処理を行う。
【００４８】
このように、条件Ｂ1の成立により、温度センサ２４の破損、圧力センサ４１の破損、換気ファン６６の破損、水素処理器からの水素或いは燃料ガスのリークといった運転を継続することができない状態となっているときに、第１の停止処理を実行することによって、水素処理器内に水素や改質ガスを封止した状態を維持して、運転を速やかに停止することができる。
【００４９】
そのため、水素処理器内の水素が外部に流出して無駄になることを防止することができる。この場合、水素処理器内に残留した水素は、水素処理器の修理を行う作業者が回収する。
【００５０】
また、停止制御手段９２は、第２の停止処理として、燃料供給路２の電磁弁７０を閉弁して燃料ガスの供給を停止し、ＤＭＳ３０のアノード電極３２とカソード電極３３間への電圧の印加を停止すると共に、掃気用流路６０の電磁弁６２を開弁してブロワ６１を作動させることにより、水素処理器内に残留するガスと水を空気により掃気する（エアパージ）。
【００５１】
このように、条件Ａ1の成立により、水素処理器の性能が低下していると判断できるときに、水素処理器のガス流路を空気により掃気することによって、ガス流路内の残留ガス及び水を排出すると共に、ガス流路の温度やガス流路に接続された構成部分の温度を低下させることができる。そのため、水素処理器の性能を回復させることができる。
【００５２】
次に、図４（ａ），図４（ｂ）に示したフローチャートを参照して、運転制御手段９１による発電モードでの運転の開始から停止までの処理と、停止制御手段９２による水素処理器の監視及び停止処理について説明する。
【００５３】
運転制御手段９１は、発電モードにおいては、図４（ａ）のＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５８の処理を実行する。運転制御手段９１は、ＳＴＥＰ５０でアイドリング状態（待機状態）となって、ＳＴＥＰ５１で水素処理システムの起動指示がなされるのを待つ。
【００５４】
そして、水素処理システムの起動指示がなされたときにＳＴＥＰ５２に進んで、運転制御手段９１は、水素処理器への電力供給を開始して水素処理システムを起動する（システム起動工程）。また、続くＳＴＥＰ５３で、運転制御手段９１は、各センサの出力等によって、改質装置１０やＤＭＳ３０が正常状態であるか否かを確認する（初期チェック工程）。
【００５５】
次のＳＴＥＰ５４で、運転制御手段９１は、改質装置１０の暖機を行い（暖気工程）、続くＳＴＥＰ５５で、上述した発電モードでの運転を開始する（運転工程）。次のＳＴＥＰ５６でシステム停止指示がなされたときに、ＳＴＥＰ５７に進んで運転を停止し（システム停止工程）、ＳＴＥＰ５８でカソード電極３３のガス流路に残留する酸素を消費する処理（カソード処理工程）を行うと共に改質装置１０の次回起動用処理を行ってＳＴＥＰ５０に戻る。そして、運転制御手段９１は待機状態に戻る。
【００５６】
なお、ＳＴＥＰ５８のカソード処理工程において、運転制御手段９１は、カソード入口流路５の電磁弁５１とカソード出口流路６の電磁弁５２を閉弁して、アノード電極３２への改質ガスの供給を継続する。そして、これにより、発電によりカソード電極３３内の酸素を消費させる。
【００５７】
また、停止制御手段９２は、運転制御手段９１が図４（ａ）のフローチャートによる初期チェック（ＳＴＥＰ５３）、暖機（ＳＴＥＰ５４）、運転（ＳＴＥＰ５５）、及びシステム停止（ＳＴＥＰ５７）の処理を行っているときに、図４（ｂ）の処理を行って、水素処理器の状態を監視する。
【００５８】
停止制御手段９２は、条件Ａ2と条件Ｂ2という２つの条件を用いて、水素処理器の状態を監視する。図５を参照して、条件Ａ2は、水素処理器の性能低下を判断するためのものであり、例えば以下の(1)を要件とするものである。
(1) 温度センサ２４により検出される触媒燃焼器１７の温度が定格運転範囲外。定格運転範囲は、例えば４００℃〜７００℃に設定される。
【００５９】
また、条件Ｂは、水素処理器の破損を判断するものであり、例えば以下の(1)〜(4)のうちの少なくとも一つの成立を要件とするものである。
(1) 触媒燃焼器１７の温度センサ２４の出力が規定レンジから外れている。
(2) 水素センサ２６による水素の検出濃度が、水素のリークが想定されるレベル以上。
(3) 燃料ガスセンサ２５による燃料ガスの検出濃度が、燃料ガスのリークが想定されるレベル以上。
(4) 回転速度センサ６６による換気ファン６６の回転速度が、換気ファン６６の故障が想定されるレベル以下。
【００６０】
停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ６０で条件Ｂ2が成立しているか否かを判断し、条件Ｂ2が成立しているときはＳＴＥＰ７０に分岐し、成立していないときにはＳＴＥＰ６１に進む。また、停止制御手段９２は、ＳＴＥＰ６１で条件Ａ2が成立しているか否かを判断し、条件Ａ2が成立しているときはＳＴＥＰ６２に進み、成立していないときにはＳＴＥＰ６０に戻る。これにより、条件Ｂ2が成立しているときは、ＳＴＥＰ７０で第１の停止処理が実行され、条件Ａ2が成立しているときには、ＳＴＥＰ６２で第２の停止処理が実行される。
【００６１】
このように、発電モードでの運転時に、停止制御手段９２により条件Ａ2，条件Ｂ2の成立の有無により水素処理器の状態を監視して、第１の停止処理及び第２の停止処理を実行することによって、上述した水素精製モードでの運転時と同様に、水素処理器の状態に応じた適切な停止処理を実行することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、本発明の水素処理器として、改質器１０とＤＭＳ１０と水素高純度化装置４０とを備えたものを示したが、改質器のみを備えた水素処理器、ＤＭＳのみを備えた水素処理器に対しても、水素処理器の性能低下に起因する停止条件と、水素処理器の破損に起因する停止条件を設定して、水素処理器の堀器ガス流路のエアパージによる第１の停止処理と、水素処理器のガス流路の封止による第２の停止処理とを実行することにより、本発明を適用することが可能である。また、ＤＭＳではなく、発電のみを行う電極構造体、或いは水素精製処理のみを行う電極構造体を備えた水素処理器に対しても、本発明の適用が可能である。
【００６３】
また、本実施の形態では、図２，図４に示したように、水素精製モード及び発電モードでの運転時に、初期チェック工程、暖機工程、運転工程、及び、システム停止工程において、停止制御手段９２により水素処理器の状態を監視したが、これらの工程のうちの少なくとも一つの工程において、停止制御手段９２により水素処理器の状態を監視して、第１の停止処理と第２の停止処理を実行することで、本発明の効果を得ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、水素処理器の状態を、触媒燃焼器１７の温度、水素高純度化装置４０の圧力、換気ファン６５の回転数、筐体１内の水素濃度、及び、筐体１内の燃料ガス濃度に基づいて検出したが、他の要素に基づいて水素処理器の状態を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…水素処理システムの筐体、１０…改質装置、１３…改質器、１７…触媒燃焼器、２４…（触媒燃焼器の）温度センサ、３０…電極構造体（ＤＭＳ：Dual Mode Stack）、３１…固体高分子電解質膜、３２…アノード電極、３３…カソード電極、４０…水素高純度化装置、４１…圧力センサ、９１…運転制御手段、９２…停止制御手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒反応を用いた原燃料からの含水素ガスの生成と、電解質膜を用いた含水素ガスの電気化学反応による発電と、電解質膜を用いた含水素ガスからの水素の精製とのうちの、少なくともいずれかを行う水素処理運転を実行する水素処理器を有する水素処理システムにおいて、
前記水素処理器の状態を検出する状態検出手段と、
前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断するガス封止手段と、
前記水素処理器のガス流路に空気を供給してガス流路の掃気を行う掃気手段と、
前記水素処理運転の実行中に、前記状態検出手段の検出結果に基づいて前記水素処理器の状態を監視し、前記水素処理器の状態が前記水素処理器の破損を示すものであるときは、前記ガス封止手段により前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断して、前記水素処理器の運転を停止する第１の停止処理を実行し、前記水素処理器の状態が、所定運転範囲の状態から外れ、且つ、前記水素処理器の破損を示すものでないときには、前記水素処理運転を停止して、前記掃気手段により前記水素処理器のガス流路を掃気する第２の停止処理を実行する停止制御手段とを備えたことを特徴とする水素処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の水素処理システムにおいて、
前記水素処理運転は、初期チェック工程、暖機工程、水素処理工程、及び停止工程を含み、
前記停止制御手段は、前記各工程において、前記水素処理器の状態を監視して、前記第１の停止処理と前記第２の停止処理を実行することを特徴とする水素処理システム。
【請求項１】
触媒反応を用いた原燃料からの含水素ガスの生成と、電解質膜を用いた含水素ガスの電気化学反応による発電と、電解質膜を用いた含水素ガスからの水素の精製とのうちの、少なくともいずれかを行う水素処理運転を実行する水素処理器を有する水素処理システムにおいて、
前記水素処理器の状態を検出する状態検出手段と、
前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断するガス封止手段と、
前記水素処理器のガス流路に空気を供給してガス流路の掃気を行う掃気手段と、
前記水素処理運転の実行中に、前記状態検出手段の検出結果に基づいて前記水素処理器の状態を監視し、前記水素処理器の状態が前記水素処理器の破損を示すものであるときは、前記ガス封止手段により前記水素処理器のガス流路から外部へのガスの流出を遮断して、前記水素処理器の運転を停止する第１の停止処理を実行し、前記水素処理器の状態が、所定運転範囲の状態から外れ、且つ、前記水素処理器の破損を示すものでないときには、前記水素処理運転を停止して、前記掃気手段により前記水素処理器のガス流路を掃気する第２の停止処理を実行する停止制御手段とを備えたことを特徴とする水素処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の水素処理システムにおいて、
前記水素処理運転は、初期チェック工程、暖機工程、水素処理工程、及び停止工程を含み、
前記停止制御手段は、前記各工程において、前記水素処理器の状態を監視して、前記第１の停止処理と前記第２の停止処理を実行することを特徴とする水素処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１００６１０（Ｐ２０１１−１００６１０Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５４２２７（Ｐ２００９−２５４２２７）
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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