专利名称：氢生成装置、燃料电池系统以及氢生成装置的运行方法
技术领域：
本发明涉及由化石原料等来生成含氢气体的氢生成装置、燃料电池系统以及氢生成装置的运行方法。
背景技术：
尽管小型但能够高效率发电的燃料电池作为分散型能量供给源的发电系统正在不断被开发。作为现有的基础设施(infrastructure)，并没有配备作为发电所必需的燃料的氢气。因此，利用由例如城市燃气、丙烷气体等现有的基础设施所提供的原料来生成含氢气体的氢生成装置被并设于其发电系统中。在由现有的基础设施所提供的城市燃气和丙烷气体中，通常以大致数ppm程度的体积浓度添加有以甲基硫醇和二甲基硫醚等的硫化合物为代表的加臭成分。这是为了检测来自于基础设施的管道等的燃气泄漏。但是，作为加臭成分而含有的硫化合物会成为在氢生成装置中所使用的催化剂的中毒成分。因此，为了抑制催化剂的硫中毒的影响，在将原料提供给氢生成装置之前，必须从原料中除去硫化合物。因此，在专利文献1中提出了以使用了沸石类的吸附去除剂的吸附脱硫器来吸附去除原料中的硫化合物。另外，在专利文献2中记载了 以吸附容量较吸附脱硫器更大且更加小型化以及可免维护的加氢脱硫器，来对原料中的硫化合物进行加氢脱硫并使其除去。 另外，在专利文献3中记载了 设置内藏了氢吸留合金的氢储存器，使在通常运行中储存的氢在启动时放出并添加于烃燃料中从而使其加氢脱硫。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2004-2^016号公报专利文献2 日本特开2005-302684号公报专利文献3 日本特开平7-192746号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题如专利文献2所述的氢生成装置那样，在加氢脱硫器中，添加到原料中的氢通过由氢生成装置所生成的含氢气体被再循环而被利用。在此情况下，存在以下问题在氢生成装置启动时，直到由氢生成装置所生成的含氢气体经由再循环路径回流到原料路径为止， 氢没有被添加到原料中，而是在硫成分没有由加氢脱硫器除去的状态下，原料被提供给了氢生成装置。专利文献3所述的氢生成装置构成为从具备氢吸留合金的氢储存器向原料中供给氢来应对上述问题，但是，被吸留于氢储存器的氢是从氢生成装置提供给氢储存器的氢。也就是说，在上述氢储存器中不仅仅储存着氢，还储存着从氢生成装置中排出的包含于含氢气体中的一氧化碳和二氧化碳。该不仅包含氢还包含一氧化碳和二氧化碳的气体如果被提供给原料并被提供给加氢脱硫器的话，那么不仅仅会进行硫化合物变成硫化氢的反应，而且还会进行一氧化碳和二氧化碳的甲烷化反应，并且有可能由于该甲烷化反应而在加氢脱硫器中发生热失控。本发明就是鉴于上述情况而作出的，目的在于提供一种在具备加氢脱硫器氢生成装置中较现有的氢生成装置能够更加稳定地进行脱硫的氢生成装置、其运行方法以及具备该氢生成装置的燃料电池系统。用于解决技术问题的手段本发明的氢生成装置具备提供含有硫成分的原料的原料供给器；通过电解水而生成氢的氢供给器；加氢脱硫器，使用所述氢供给器所生成的氢来除去所述原料供给器所提供的原料中的所述硫成分；以及重整器，使由所述加氢脱硫器除去了硫成分的原料进行重整反应从而生成含氢气体。在某个优选方式中，所述氢生成装置可以被构成为进一步具备使在所述重整器中所生成的含氢气体的一部分进行流通的再循环路径，并且在该再循环路径中进行流通的所述含氢气体的一部分被提供给所述加氢脱硫器。本发明的氢生成装置的运行方法中，所述氢生成装置具备提供含有硫成分的原料的原料供给器，通过电解水而生成氢的氢供给器，使用所述氢供给器所生成的氢来除去所述原料供给器所提供的原料中的所述硫成分的加氢脱硫器，以及使由所述加氢脱硫器除去了硫成分的原料进行重整反应从而生成含氢气体的重整器；所述加氢脱硫器至少在启动动作时使用从所述氢供给器提供的氢来对所述原料实施脱硫。在另外的优选方式中也可以是所述氢生成装置被构成为进一步具备使由所述重整器所生成的含氢气体的一部分流通的再循环路径，并且在该再循环路径中进行流通的所述含氢气体的一部分被提供给所述加氢脱硫器；所述加氢脱硫器在启动动作时使用从所述氢供给器提供的氢来对所述原料实施脱硫，并且，在启动动作之后使用通过所述再循环路径而提供的含氢气体的一部分来对所述原料实施脱硫。本发明的上述目的、其它的目的、特征以及优点在参照附图的条件下根据对以下优选的实施方式的详细的说明得以明了。发明的效果根据本发明，与现有的氢生成装置相比较，能够在氢生成装置启动的时候稳定地提供加氢脱硫所必需的氢，并且能够降低在加氢脱硫器中由于一氧化碳和二氧化碳的甲烷化反应而引起的热失控的可能性。
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的氢生成装置的构成的概略构成图。图2是表示图1的氢供给器的构成的示意图。图3是表示本实施方式1的变形例1所涉及的氢生成装置的构成的概略构成图。图4是表示图3的氢供给器的构成的示意图。图5是表示本实施方式1的变形例2所涉及的氢生成装置的构成的概略构成图。图6是表示本实施方式1的变形例3所涉及的氢生成装置的构成的概略构成图。图7是表示本发明的实施方式2所涉及的氢生成装置的构成的概略构成图。图8是表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的构成的概略构成图。
图9是表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的构成的概略构成图。
具体实施例方式以下参照附图就本发明的实施方式加以具体的说明。(实施方式1)<氢生成装置100的构成>图1是表示本发明的实施方式1所涉及的氢生成装置100的构成的概略构成图。 图2是表示图1的氢供给器的构成的示意图。如图1所示，氢生成装置100具备使原料与水蒸汽进行重整反应并生成含氢气体的氢生成器1，除去包含于原料中的硫成分的加氢脱硫器5，将原料提供给氢生成器1并控制该原料的流量(原料流量)的原料供给器4，将水提供给氢生成器1的水供给器3，以及将氢提供给加氢脱硫器5的氢供给器4。氢生成器1具备重整器，该重整器具有重整催化剂(例如Ru类催化剂)。该重整器由原料与水蒸汽的重整反应而生成含氢气体，该原料由加氢脱硫器5所提供，该水蒸汽是使从水供给器3提供的水进行蒸发而形成的。还有，重整器的构成与一般的构成相同，所以在此省略详细的说明。另外，氢生成器1具备用于提供对于重整器中的重整反应来说为必要的反应热的加热器2。加热器2具有使作为加热源的燃烧气体进行燃烧的燃烧器(例如燃烧炉 (burner))、作为燃烧器的点火源的点火器、检测燃烧器的燃烧状态的火焰检测棒以及将燃烧用空气提供给燃烧器的燃烧风扇(没有详细图示)。再有，在氢生成器1上连接有，例如，用于将含氢气体提供给燃料电池等外部装置的含氢气体供给路径9，用于提供在加热器2中进行燃烧的燃烧气体的燃烧气体供给路径 10、以及用于将原料提供给氢生成器1的原料供给路径6。还有，对于燃烧气体，利用原料、 由氢生成装置1所生成的含氢气体、在外部装置中未被消耗的含氢气体等。另外，本实施方式1中的水供给器3具备有流量调节功能的泵。原料供给路径6例如经由总阀沈而与作为原料供给源的城市燃气的燃气基础设施管道25相连接。在该原料供给路径6上从上游侧起按顺序配置有原料供给器4和加氢脱硫器5。由此，从原料供给器4通过加氢脱硫器5从而将原料提供给氢生成器1。原料供给器4具有增压泵，通过控制输入到增压泵的电流脉冲和输入电力等，从而就能够调节原料的流量。还有，作为上述原料供给器，也可以采用不仅仅具备上述增压泵、而且在增压泵的下游还配备针阀来微小地控制原料的供给量的方式。另外，在燃气基础设施管道6的供给气体压力较高的情况下，也可以不设置用于提高气压的原料供给器4的增压泵，而采用只由针阀(流量调节阀)构成的方式。还有，关于加氢脱硫器5和原料供给器4的配置顺序，只要考虑各自的构成的特征作适当决定即可。加氢脱硫器5具备钴-钼类催化剂，使硫化合物与氢发生反应而生成硫化氢，接着通过使该硫化氢与氧化锌(反应去除剂)进行反应从而生成硫化锌，由此去除硫成分，这成为加氢脱硫构成。还有，作为加氢脱硫器5，并不限定于以上所述构成，例如也可以制成使用铜锌类加氢脱硫催化剂(也发挥作为反应去除剂的功能)的构成(没有详细图示)。加氢脱硫器5被未图示的加热源加热。作为该加热源，可以使用电加热器、在氢生成装置1内的反应器中或者在氢生成装置1中流动的气体等。氢供给器7成为通过电解水而产生氢的装置。在氢供给器7中所生成的氢通过氢供给路径22而被提供给原料供给路径6。氢供给路径22的下游端连接于较原料供给器4 更上游的原料供给路径6 (连接点27)。由此，在氢供给器7中所生成的氢以添加于被取入到原料供给器4的原料中的方式被提供。在此情况下能够提供水蒸汽露点低的氢。在水蒸汽少的情况下，能够提高硫化氢与反应去除剂的反应性，所以能够提高在加氢脱硫器5中的硫去除性。再有，在氢供给路径22上自上游侧起按顺序配置有流量调节阀M和开闭阀 23。根据该构成，通过由流量调节阀M适当设定流量，从而能够使相对于在原料供给路径6 中流动的原料的、添加到该原料中的氢的比率(以下有时称之为添加比率)保持为大致一定。还有，也可以替代流量调节阀M而配置固定孔(orifice)，或者也可以采用替代固定孔而通过恰当地设计原料供给路径6与氢供给路径22的配管直径的比率从而实现上述添加比率的方式。还有，为了确保氢相对于原料的添加比率，优选由运行控制装置11来根据对原料供给器4的原料供给量的控制来控制氢供给器7中的氢生成量。另外，也可以采用在开闭阀M的上游设置暂时储存氢的缓冲器(未图示)以使得相对于原料更加稳定地提供氢的方式。开闭阀23由运行控制器11根据来自于氢供给器7的氢的供给以及供给停止而开闭。还有，也可以省略流量调节阀对。另外，如图2所示，氢供给器7具备使用了钼黑等的一对电极31、32、被这两个电极31，32所夹持的固体高分子膜33，并且是一种将固体高分子膜33作为电解质膜并由电解电源21对一对电极31、32施加电压来电解水的装置。具体为，例如在一对电极31、32的与固体高分子膜33相接触的主面上形成流路。从外部提供的水流入电极31的流路中，并且在流通于该流路期间内被电解，从而在该流路中产生氧。该氧与该水一起被从该流路排出 (流出)至外部。另一方面，在电极32的流路中由电解而产生氢(氢气)，并且其从该流路被排出(流出)至外部。还有，也可以形成通过由外部电源将电压施加于固体高分子型燃料电池的正极以及负极而产生氢的构成。另外，对于持续产生氢来说，水的供给是必要的，例如也可以制成对水供给器3的水供给路径进行分支从而将水提供给氢供给器7 (没有详细图示)。电解电源21例如由蓄电池所构成。当然，作为电解电源21，也可以使用氢生成装置100的外部电源，例如商用电源(系统电源)。另外，氢生成装置100具备用于控制运行动作的运行控制器11。该运行控制器11 进行从原料供给器4提供给氢生成器1的原料供给量、从水供给器3提供给氢生成器1的水供给量、氢供给器7的动作、开闭阀23的开闭、流量调节阀M的流量调节、总阀沈的开闭等的控制。还有，运行控制器11例如是由微型电脑所构成，由其半导体储存器和CPU等存储氢生成装置100的运行动作顺序等运行情报等，并根据状况运算恰当的动作条件。另外，对水供给器3、原料供给器4以及氢供给器7等的构成要素，能够指示运行所必要的动作条件。还有，在本实施方式1中，作为原料，使用了用将天然气等的甲烷作为主成分的气体的城市燃气，但作为原料的种类，只要是含有烃等的至少由碳以及氢所构成的有机化合物的原料即可，也可以使用LPG以及灯油等。另外，作为原料的供给方式，可以采用像城市燃气那样的气体管道基础设施、丙烷气体等的气体高压钢瓶。
<氢生成装置100的动作>接着，就氢生成装置100的运行动作作如下说明。该运行动作是由运行控制器11 的控制来加以完成的。在从停止状态开始进行氢生成装置100的启动的情况下，将燃烧气体供给路径10 提供给燃烧器2，在燃烧器2中点火而开始加热。在此，所谓氢生成装置100的启动动作，是指在氢生成装置100中，在从运行控制器11输出启动信号之后、到开始从氢生成装置100 稳定地将含有高浓度氢的含氢气体提供给外部为止的期间内的动作。接着，使原料供给器4以及水供给器3动作从而将原料和水提供给氢生成器1，并使水与原料的重整反应开始。在本实施方式1中，将主要成分为甲烷的城市燃气(13A)作为原料。来自于水供给器3的水供给量被控制成相对于城市燃气的平均分子式中的碳原子数1摩尔，水蒸汽为从2. 5到3摩尔的程度(水蒸汽碳比(S/C)为2. 5 3的程度)。在原料供给开始的同时，使氢供给器7动作并产生氢，将氢添加于原料中，并提供给加氢脱硫器5。此时，加氢脱硫器5为了使硫化合物与氢发生反应而生成硫化氢，由没有图示的加热源加热至温度200 250°C。另外，使所生成的硫化氢与氧化锌发生反应而去除硫化氢。还有，以使相对于原料量进行提供的氢成为1 2%的浓度(添加比率)的方式， 使氢供给器7运行。还有，在此情况下，氧的产生量相对于原料为0. 5 的程度。在氢生成器1中，在重整器中通过水蒸汽重整反应而生成含氢气体，该含氢气体通过含氢气体供给路径9被提供给外部装置。还有，在使氢生成装置100停止运行的情况下，停止向氢生成器1提供原料以及水，并降低氢生成器1(重整器)的催化剂层的温度。在使各个催化剂层温度降低至设定温度之后，再开始原料的供给，用原料来置换滞留于氢生成装1的气体路径内部的含氢气体。 在此，被构成为在由该原料进行的氢生成器1内的置换动作过程中，也让氢供给器7动作， 并将氢添加到原料中。另外，在本实施方式的氢生成装置100中，采用贯穿运行过程、更为具体的是贯穿原料被提供给氢生成器1的这一期间而从氢供给器7提供氢的方式，但是并不限定于本例， 也可以采用至少在启动动作过程中从上述氢供给器7提供氢、并在其它的原料供给期间由其它设备提供氢的方式。如以上所述，本实施方式1的氢生成装置100的构成是从通过电解水而生成氢的氢供给器7提供向加氢脱硫器5供给的氢。一大特征是在由水的电解而产生氢的情况下，氢能够直接产生，并且所产生的氢的量能够由电流量容易地加以控制。由此，特别是在重整反应还未进行的刚刚启动之后，或者从重整器的催化剂层温度还不稳定的启动的时候起，能够稳定地将氢提供给加氢脱离器5。其结果是，在加氢脱硫器5中能够有效地去除硫化合物，所以能够降低在氢生成装置100中所使用的催化剂由于硫而造成中毒的水平，能够使装置长时期运行。另外，在本实施方式1的氢生成装置中，与将由氢生成装置100所生成的含氢气体添加到原料中的情况相比较，一氧化碳和二氧化碳的含有浓度更少的含氢气体被从氢供给器7加以提供，所以能够降低在加氢脱硫器5中由于甲烷化反应而引起的热失控的可能性。接着，就本实施方式1的变形例作如下说明。[变形例1]
图3是表示本实施方式1的变形例1所涉及的氢生成装置100的构成的概略构成图。图4是表示图3的氢供给器的构成的示意图。如图3所示，在本变形例1中，氢供给器7被设置于较原料供给器4更上游的原料供给路径6上。具体如图4所示，氢供给器7被构成为从原料供给路径6将含有硫成分的原料取入到电极32的流路中，并在流通于电极31的流路中的水进行电解的过程中，在电极 32的流路中由该电解所生成的氢被添加到该取入的原料中，并且，该添加了氢的原料被从氢供给器7排出。然后，该添加了氢的原料被提供给加氢脱硫器5。根据该构成，如图1所示，与设置有氢供给器7的情况相比较，可能会有水蒸汽露点变高且硫去除性稍有下降的可能性，但是能够将氢稳定地提供给原料。[变形例2]图5是表示实施方式1的变形例2所涉及的氢生成装置100的构成的概略构成图。如图5所示，在变形例2中被构成为在变形例1的氢生成装置100中，水供给器 3的水的总量被提供给氢供给器7的电极31流路(参照图4)，氢供给器7电解该被提供的水，该被电解的水作为用于重整反应的水而被提供给氢生成器1。参照符号观表示从水供给器3到氢生成器1的水供给路径。在此情况下，在氢供给器7中的没有被用于电解的水中含有氧气，但是在本变形例中，在从氢供给器7到氢生成器1为止的水供给路径观上设置有除氧阀20，由该除氧阀 20分离该氧气。还有，也可以省略该除氧阀20，将来自于氢供给器7的水就这样在含有氧的状态下提供给氢生成器1。在重整器中所使用的催化剂被氧化后其催化活性有可能下降， 但是所含有的氧量相对于原料为0. 5 的程度，所以在由重整器生成含氢气体的状态下不会成为大问题。相反，通过含有氧，原料和氢的一部分在重整催化剂的上游侧由该氧而发生燃烧，获得能够改善重整器的Ru催化剂的上游侧的温度状态的效果。[变形例3]图6是表示本实施方式1的变形例3所涉及的氢生成装置100的构成的概略构成图。如图6所示，在本变形例3中，在图1的氢生成装置100中，氢生成器1具备减少由重整器所生成的含氢气体中的一氧化碳的CO氧化器(没有图示)。再有，氢生成装置100 进一步具备将在氢供给器7中由电解而生成的氧提供给CO氧化器的氧供给器8。氧供给器 8具备从由氢供给器7排出的被电解的水中分离出由该电解所生成的氧的气液分离器(没有图示)和鼓风机(没有图示)。该气液分离器向大气开放，由该气液分离器所分离的氧与大气(空气)一起由鼓风机提供给CO氧化器。还有，例如作为外部装置，在将含氢气体提供给固体高分子型燃料电池的情况下 (参照实施方式3 (图8)以及实施方式4 (图9))，CO氧化器使含氢气体中的一氧化碳的浓度降低至以体积浓度(以干燥气体为基准)表示为大约20ppm以下。另外，根据在外部装置中的一氧化碳的要求浓度，氢生成器1也可以在重整器与CO氧化器之间具备转化器，该转化器具备Cu-Si类催化剂，且使由重整器所生成的含氢气体中的一氧化碳与水蒸汽发生转化反应而降低含氢气体中的一氧化碳浓度。还有，转化器以及CO氧化器的构成与一般的构成相同，所以在此省略对其作详细的说明。根据本变形例，制成能够将由氢供给器7所产生的氧送往氧供给器8并使用于CO氧化器的CO氧化反应的构成，能够提高被提供给CO氧化器的空气中的氧浓度，所以能够减少氧供给器8的动作量并且还能够提高氧化反应性。(实施方式2)接着，就本发明的实施方式2作如下说明。<氢生成装置200的构成>图7是表示本发明的实施方式2所涉及的氢生成装置的构成的概略构成图。氢生成装置200其构成基本上与实施方式1的氢生装置100相同，所以只对不同点作如下说明。 主要的不同点为设置将由氢生成器1所生成的含氢气体再循环的再循环路径12，并使其与原料气体供给路径6相连接，从而使得能够将含氢气体提供给通过加氢脱硫器5之前的原料；以及，设置用于调节提供给再循环路径12的含氢气体供给量的含氢气体供给调节器 13，并使得由运行控制器11控制其动作。具体是，燃烧气体供给路径10的上游侧，例如被连接于将在外部装置中未使用的含氢气体排出的排出口、连通于含氢气体供给路径9的气体路径(例如相当于实施方式3(图8)中的旁通路径37)等，从而使含氢气体流通。还有， 也可以将燃烧气体供给路径10的上游端经由分流器而连接于含氢气体供给路径9。含氢气体供给调节器13例如被设置于燃烧气体供给路径10。在该含氢气体供给调节器13上连接有再循环路径12的上游端。再循环路径12的下游端被连接于较原料供给器4更上游的原料供给路径6 (连接点31)。另外，在再循环路径12上设置有开闭阀12和保温器30。 开闭阀四由运行控制器11根据来自于再循环路径12的氢的供给以及供给停止而被开闭。 保温器30具备对在再循环路径12中进行流动的含氢气体进行加热的加热器(例如电加热器)，由此防止在再循环路径12中进行流动的含氢气体发生结露。保温器30的动作由运行控制器11加以控制。<氢生成装置200的动作>氢生装置200其动作基本上与实施方式1的氢生成装置100相同，所以在此只就它们的不同点作说明。不同点如下。S卩，运行控制器11在启动动作过程中，关闭再循环路径12的开闭阀20，并且开放氢供给路径22的开闭阀23，从而从氢供给器7向加氢脱硫器5提供氢。加氢脱硫器5使用该氢来进行脱硫。另一方面，若启动动作结束，即在氢生成器1(重整器)中的重整反应稳定化并且含氢气体中的氢浓度稳定化，则运行控制器11开放再循环路径12的开闭阀20，并且关闭氢供给路径22的开闭阀，从而从再循环路径12向加氢脱硫器5提供氢。加氢脱硫器5使用该氢来进行脱硫。根据本实施方式2的氢生成装置200，在未进行重整反应的刚刚启动之后、或者在重整器的催化剂层的温度不稳定的启动的时候，能够稳定地从氢供给器7提供氢，所以至少与只有再循环路径12为氢供给源的现有的氢生成装置相比较，能够由加氢脱硫器5更有效地去除硫化合物。另外，与实施方式1相比较的话，在启动动作之后，将燃烧气体供给路径10的含氢气体再循环从而用于脱硫，所以能够节约氢生成器7中的电解用的电力。还有，也可以省略再循环路径11的保温器30。(实施方式3)接着，就本发明的实施方式3作如下说明。<燃料电池系统300的构成>
图8是表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统300的构成的概略构成图。如图8所示，燃料电池系统300具备氢生成装置100以及将从氢生成装置100提供的含氢气体作为燃料来进行发电的燃料电池201。氢生成装置100其构成基本上与实施方式1的氢生成装置100相同，所以在此只就它们的不同点作如下说明。燃料电池201具备提供发电所需的氧化剂气体的氧化剂气体供给器202，以及将该氧化剂气体加湿至适合发电的状态的使用对水蒸汽和氧透过的多孔膜的加湿器203。氧化剂气体供给器202例如是由鼓风机所构成，并且供给空气作为氧化剂气体。另外，燃料电池系统300具备冷却系统206，其通过冷却燃料电池201来控制其工作温度，并将燃料电池201发电时所产生的热进行回收。冷却系统206具备冷却水循环路径34，以通过燃料电池201的形式形成；泵 205，使冷却水在该冷却水循环路径34中循环；以及冷却器204，使回收燃料电池1所排放的热而升温的冷却水进行放热冷却。冷却器204由热交换器、放热器等所构成。参照符号 35a表示冷却水循环路径34的通过燃料电池的部分。还有，燃料电池201与公知的燃料电池同样地构成，所以在此省略对其作详细的说明，由参照符号来表示与本发明相关联的构成要素。参照符号32、33分别表示氧化剂气体供给路径以及氧化剂气体排出路径。参照符号207、208分别表示燃料电池201内的燃料气体路径以及氧化剂气体路径。在本实施方式 3中，在含氢气体供给路径9中其下游端连接于燃料电池201的燃料气体路径207的上游端，燃烧气体供给路径10的上游端连接于燃料电池201的燃料气体路径207的下游端。在含氢气体供给路径9中设置有流路切换器35。而且，设置有旁通路径37，使其连接含氢气体供给路径9和燃烧气体供给路径10。流路切换器35被构成为在氢生成装置1启动动作时将在含氢气体供给路径9中流动的含氢气体提供给旁通路径37，且在氢生成装置1启动动作结束之后将在含氢气体供给路径9中流动的含氢气体提供给燃料电池201。再有，本实施方式的燃料电池系统被构成为被提供给氢供给器7并被电解了的水被提供给加湿器203。加湿器203使用该被提供的水来加湿氧化剂气体。<燃料电池系统300的动作>接着，就燃料电池系统300的动作作如下说明。还有，氢生成装置100其动作基本上与实施方式1的氢生成装置100相同，所以在此只就燃料电池系统300的动作过程中的不同点作如下说明。氢生成装置100所生成的含氢气体通过氢气供给路径9并经过燃料路径206而被提供给燃料电池201的阳极。另外，氧化剂气体(在这里是空气)被从氧化剂气体供给器202送往阴极。该氧化剂气体在加湿器203中被加湿至恰当的状态。作为加湿所需的水，使用被提供给氢供给器7并被用于电解后的剩余下来的水。提供给氢供给器7的水能够与氧化剂气体加湿用的水共用，所以能够实现燃料电池系统300的构成的简化。另外，在加湿器203中使用了透过水蒸汽和氧的多孔膜，所以在加湿器203中，在氧化剂气体被加湿的同时由氢供给器7所获得的氧也能够透过到氧化剂气体侧。其结果是，能够使被提供给燃料电池201的氧化剂气体(空气)更加富集氧，所以能够期待还获得提高燃料电池201的发电特性的效果。(实施方式4)接着，就本发明的实施方式4作如下说明。<燃料电池系统400的构成>
图9是表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统400的构成的概略构成图。在图9中，燃料电池系统400其构成基本上与实施方式3的燃料电池系统300相同，所以在此只就它们的不同点作如下说明。不同点为被提供给氢供给器7的水被构成为由在冷却系统206中所使用的冷却水提供。具体为，形成以下构成氢供给器7的电极31的流路(参照图2)构成冷却燃料电池201的冷却系统206的冷却水循环路径34的一部分，从燃料电池201排出的冷却水被提供给氢供给器7，并在那里被电解并返回到冷却器204。另外，在冷却器204上设置有用于放出从氢供给器7送来的冷却水中的氧的除氧阀20。<燃料电池系统400的动作>接着，就燃料电池系统400的动作作如下说明。还有，燃料电池系统400其动作基本上与实施方式3的燃料电池系统300相同，所以在此只就两者的不同点作如下说明。不同点为一是从燃料电池201排出的水被提供给氢供给器7并返回到冷却器204 ；二是在冷却器204中冷却水中的氧在动作中从除氧阀20被放出。提供给氢供给器7的水因为能够与调节燃料电池201温度的水共用，所以能够实现燃料电池系统400的构成的简化。还有，也可以在实施方式1 (包含变形例1 3)的基础上适当组合实施方式4。对于本领域技术人员来说，根据上述说明，本发明的很多改进和其他的实施方式是显而易见的。因此，上述说明应当只是作为示例来解释，是为了向本领域技术人员者教导实施本发明的最佳方式而提供的。可以不脱离本发明的精神而实质性地变更其构造以及/ 或者其功能的细节。产业上的利用可能性本发明能够用于从化石原料等生成含氢气体的具备加氢脱硫器的氢生成装置以及氢生成装置的运行方法等。
0098]符号说明0099]1.重整器0100]2.燃烧器0101]3.水供给器0102]4.原料供给器0103]5.加氢脱硫器0104]6.原料供给路径0105]7.氢供给器0106]8.氧供给器0107]9.含氢气体供给路径0108]10燃烧气体供给路径0109]11运行控制器0110]12再循环路径0111]13含氢气体供给调节器0112]20除氧阀0113]21电解电源0114]22氢供给路径0115]23、29.开闭阀
24.流量调节阀
25.燃气基础设施管道
26.总阀
27,31.连接点
28.水供给路径
30.保温器
31、32.电极
33.固体高分子电解质膜
34.冷却水循环路径
35.流路切换器
37.旁通路径
100,200.氢生成装置
201燃料电池
202氧化剂气体供给器
203加湿器
204冷却器
205泵
206冷却系统
207燃料气体路径
208氧化剂气体路径
300、400.燃料电池系统
权利要求
1.一种氢生成装置，其特征在于具备提供含有硫成分的原料的原料供给器，通过电解水而生成氢的氢供给器，加氢脱硫器，使用所述氢供给器所生成的氢来除去所述原料供给器所提供的原料中的所述硫成分，以及重整器，使由所述加氢脱硫器除去了硫成分的原料进行重整反应从而生成含氢气体。
2.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于所述氢生成装置被构成为所述氢供给器取入含有所述硫成分的原料，并且，在所述水的电解过程中，由该电解所生成的氢被添加到所述取入的原料中，并且，所述原料供给器取入该添加了氢的原料从而提供给所述加氢脱硫器。
3.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于所述氢生成装置被构成为由所述氢供给器生成的氢在所述氢供给器的外部被添加到含有所述硫成分的原料中，并且，所述原料供给器取入该添加了氢的原料从而提供给所述加氢脱硫器。
4.如权利要求1 3任意一项所述的氢生成装置，其特征在于所述氢供给器被构成为使用固体高分子膜来进行所述水的电解。
5.如权利要求1 4任意一项所述的氢生成装置，其特征在于所述氢生成装置被构成为所述氢供给器对从水供给器提供的水进行电解，并且该被电解的水被提供给所述重整器。
6.如权利要求1 5任意一项所述的氢生成装置，其特征在于所述氢生成装置进一步具备co氧化器，减少由所述重整器所生成的含氢气体中的一氧化碳；氧供给器，将由所述氢供给器中的电解所生成的氧提供给所述CO氧化器。
7.如权利要求6所述的氢生成装置，其特征在于所述氧供给器被构成为从由所述氢供给器排出的被进行了所述电解的水中分离出通过该电解而生成的氧，并将该被分离出的氧提供给所述CO氧化器。
8.如权利要求1 7任意一项所述的氢生成装置，其特征在于所述氢生成装置被构成为进一步具备再循环路径，使在所述重整器中所生成的含氢气体的一部分在该再循环路径中进行流通，并且在该再循环路径中进行流通的所述含氢气体的一部分被提供给所述加氢脱硫器。
9.如权利要求8所述的氢生成装置，其特征在于所述再循环路径具备保温器，该保温器对在该再循环路径中进行流通的含氢气体的一部分进行加热。
10.如权利要求8或者9所述的氢生成装置，其特征在于所述氢生成装置是以所述加氢脱硫器在启动动作时使用从所述氢供给器提供的氢来对所述原料实施脱硫，并且在启动动作之后使用通过所述再循环路径而被提供的含氢气体的一部分来对所述原料实施脱硫。
11.一种燃料电池系统，其特征在于具备权利要求1 10中任意一项所述的氢生成装置，和将从所述氢生成装置提供的含氢气体作为燃料来进行发电的燃料电池。
12.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于进一步具备加湿器，该加湿器对被提供给所述燃料电池的阴极的氧化剂气体进行加湿；所述加湿器被构成为使用从所述氢供给器排出的被进行了所述电解的水来加湿所述氧化剂气体。
13.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于 进一步具备使用冷却水来冷却所述燃料电池的冷却系统；所述冷却系统被构成为所述冷却水被提供给所述氢供给器并在该氢供给器中进行所述电解，且该被电解了的冷却水在所述燃料电池中进行流通。
14.如权利要求11 13中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于 具备蓄电池；所述燃料电池系统被构成为在其启动的时候，所述电解用的电力被从所述蓄电池提供给所述氢供给器。
15.一种氢生成装置的运行方法，其特征在于 所述氢生成装置具备提供含有硫成分的原料的原料供给器， 通过电解水而生成氢的氢供给器，加氢脱硫器，使用所述氢供给器所生成的氢来除去所述原料供给器所提供的原料中的所述硫成分，以及重整器，使由所述加氢脱硫器除去了硫成分的原料进行重整反应，从而生成含氢气体；所述氢生成装置的运行方法包括所述加氢脱硫器至少在启动动作时，使用从所述氢供给器提供的氢来对所述原料实施脱硫。
16.如权利要求15所述的氢生成装置的运行方法，其特征在于所述氢生成装置被构成为进一步具备使在所述重整器中所生成的含氢气体的一部分进行流通的再循环路径，并且在该再循环路径中进行流通的所述含氢气体的一部分被提供给所述加氢脱硫器，所述加氢脱硫器在启动动作时使用从所述氢供给器提供的氢来对所述原料实施脱硫， 并且在启动动作之后使用通过所述再循环路径而被提供的含氢气体的一部分来对所述原料实施脱硫。
全文摘要
本发明涉及氢生成装置、燃料电池系统和氢生成装置的运行方法。本发明的氢生成装置(100)具备提供含有硫成分的原料的原料供给器(4)、通过电解水而生成氢的氢供给器(7)、使用氢供给器(7)所生成的氢来除去原料供给器(4)所提供的原料中的硫成分的加氢脱硫器(5)、使由加氢脱硫器(5)除去了硫成分的原料进行重整反应从而生成含氢气体的重整器(1)。
文档编号C01B3/38GK102177086SQ20098013985
公开日2011年9月7日 申请日期2009年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者田口清, 田村佳央, 藤原诚二, 鹈饲邦弘, 麻生智伦 申请人:松下电器产业株式会社