JP2002343402A - 原燃料蒸発装置、原燃料蒸発方法及び原燃料蒸発装置を備えた燃料電池システム - Google Patents

原燃料蒸発装置、原燃料蒸発方法及び原燃料蒸発装置を備えた燃料電池システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 原燃料蒸発の応答性を良くする。 【解決手段】 液体状の原燃料を蒸発する蒸発器と、前
記蒸発器に原燃料を導入する原燃料導入手段と、触媒燃
焼用の燃料と空気が供給されて触媒燃焼し前記蒸発器に
原燃料蒸発のための熱を供給する触媒燃焼器と、前記触
媒燃焼器に触媒燃焼用の燃料を導入する燃料導入手段
と、前記触媒燃焼器に触媒燃焼用の空気を導入する空気
導入手投と、前記触媒燃焼器の保有する熱を、当該触媒
燃焼器に熱量移動用ガスを導入することで前記蒸発器に
移動させる熱量移動用ガス導入手段と、要求原燃料蒸気
量の増加を入力すると前記熱量移動用ガス導入手段に対
して前記熱量移動用ガス量の増加を指示する制御手段と
を備える原燃料蒸発装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原燃料蒸発装置に
おける原燃料蒸気生成の応答性の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球温暖化の原因になる二酸化炭
素の排出量を抑制するなどの環境面から、燃料電池電気
自動車（Fuel Cell Electric Vehicle）が注目されてい
る。燃料電池電気自動車は、水素（Ｈ2）と空気中の酸
素（Ｏ2）を電気化学的に反応させて発電する燃料電池
（Fuel Cell）を搭載し、燃料電池が発電した電気を走
行モータに供給して駆動力を発生させている。また、燃
料電池以外にも、水素をエネルギー源とする水素利用機
器の開発が行われている。
【０００３】燃料電池をはじめとした水素利用機器に水
素を供給する装置としては、メタノールやガソリンなど
のアルコール系や炭化水素系の液体状の原燃料を、蒸発
器で蒸発しこれを改質器で改質して水素リッチガスとす
る燃料改質システムがある。この燃料改質システムは、
前記した燃料電池に燃料ガスを供給する装置として注目
されている。
【０００４】ところで、蒸発器は、原燃料を蒸発するた
めの熱源が必要である。例えば、燃料電池システムで
は、蒸発器の熱源として、燃料電池のオフガス、つまり
燃料電池のアノード極（水素極）に供給された水素リッ
チガスの未利用分とカソード極（空気極）に供給された
空気の未利用分を混合したガスを触媒燃焼する触媒燃焼
器や燃焼バーナを備えているものがある。
【０００５】このような燃料電池システムにおいては、
一定負荷（定常）時、オフガスの燃焼熱量と原燃料の蒸
発に必要な熱量はバランスしている。つまり、原燃料を
蒸発するのにマッチした量のオフガスが触媒燃焼器やバ
ーナに供給されている。しかし、負荷が低負荷（低出
力）から高負荷（高出力）に移行する際、原燃料が増加
されてもシステムボリュームなどに起因するリードタイ
ムがあるため、オフガスは遅れて触媒燃焼器や燃焼バー
ナに供給される。従って、原燃料の蒸気量の増加分が、
直ちにオフガスの増加分として触媒燃焼器や燃焼バーナ
に供給されるのではない。つまり、燃料の増加導入に遅
れが生じる。この結果、原燃料の蒸発に必要な熱量に対
して蒸発器に供給される熱量が不足するため、出力に応
じた原燃料蒸気を応答性よく生成できない。
【０００６】このような問題点から、次のような各種対
策を施した原燃料蒸発装置が提案されている。 （１） 図１２に示すように、蒸発器とは別に蓄熱器を
設け、廃熱などを利用して予めこの蓄熱器を加熱・蓄熱
しておき、出力を増加した際に不足する蒸発熱量を、予
め加熱・蓄熱した蓄熱器でもって賄うようにした原燃料
蒸発装置。 （２） また、蒸発器に、想定される最大負荷変動（出
力最低から出力最大）に対応可能な熱容量を与え、出力
を増加した際に不足する蒸発熱量を、蒸発器の熱容量で
もって賄うようにした原燃料蒸発装置。 （３） 図１３に示すように、オフガスを熱に変換する
触媒燃焼器や燃焼バーナにオフガスとは別の補助燃料
（例えばメタノールなど）を供給するラインを設け、出
力を増加した際に不足する蒸発熱量を、補助燃料の供給
でもって賄うようにした原燃料蒸発装置。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たような原燃料蒸発装置では、次のような問題点があっ
た。 （１） 前記した蓄熱器の設置については、原燃料導入
後、時間経過と共に蓄熱器の温度が低下するので（蓄熱
量が少なくなるので）蒸気生成量が減少し、原燃料蒸気
量が安定しない。また、原燃料蒸気の生成レスポンスは
蓄熱器の重量に大きく依存するため、レスポンスを重視
すると蓄熱器の重量がかさむ。その結果、蓄熱器に蓄熱
する時間が長くなるので、頻繁に出力変動がある場合に
は適さなくなってしまう。また、機器の軽量化や小型化
を考えると蓄熱器の設置は好ましくない。 （２） 前記した蒸発器の熱容量の増加については、出
力変動範囲が広くなると蒸発器の熱容量は大きくなり、
この結果、 ａ．蒸発器内の温度を高温にする必要が生じ、機械的に
は使用材料及び構造が制約され、物理的には昇温に要す
る時間が長くなるので、頻繁に出力変動がある場合には
適さない。 ｂ．重量やサイズが大きくなる。 また、時間経過と共に蒸発器内部の温度が低下するので
（蓄熱量が少なくなるので）原燃料蒸気の生成量が減少
し、原燃料蒸気量が安定しない。また、蒸発器温度が低
下した場合に、再び蒸発器の温度を上げるのが容易では
なく、頻繁に出力変動がある場合に適さなくなってしま
う。従って、むやみに蒸発器の熱容量を大きくするのは
好ましくない。 （３） 補助燃料の供給では、触媒燃焼器や燃焼バーナ
の熱容量により補助燃料を燃焼した熱は、まず触媒燃焼
器や燃焼バーナの昇温に費やされるため、瞬時に、かつ
全てが有効に原燃料の蒸発に作用しないので、補助燃料
の供給のみでは応答性よく蒸気が生成されない。また、
出力変動が頻繁に起こると効率が低下する。
【０００８】そこで、本発明は、低出力運転から高出力
運転への出力変動時において、原燃料蒸気を応答性よ
く、また、安定して生成することのできる原燃料蒸発装
置、原燃料蒸発方法及び原燃料蒸発装置を備えた燃料電
池システムを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】（原燃料蒸発装置）即
ち、前記課題を解決した本発明の原燃料蒸発装置（請求
項１）は、（１）液体状の原燃料を蒸発させる蒸発器
と、（２）前記蒸発器に原燃料を導入する原燃料導入手
段と、（３）触媒燃焼用の燃料と空気が供給されて触媒
燃焼し前記蒸発器に原燃料蒸発のための熱を供給する触
媒燃焼器と、（４）前記触媒燃焼器に触媒燃焼用の燃料
を導入する燃料導入手段と、（５）前記触媒燃焼器に前
記燃料を触媒燃焼させるのに見合う空気を導入する空気
導入手投と、（６）前記触媒燃焼器の保有する熱を、当
該触媒燃焼器に熱移動用ガスを導入することで前記蒸発
器に移動させる熱移動用ガス導入手段と、（７）前記蒸
発器から発生する蒸気量を増加する際に、前記熱移動用
ガス導入手段を介して前記熱移動用ガス量を増加する制
御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】この構成では、触媒燃焼器は燃料と空気が
供給されて触媒燃焼し、熱を発生する。この熱は、蒸発
器に供給され原燃料を蒸発して原燃料蒸気にする。ま
た、熱は、触媒燃焼器自体の温度を上昇する。この状況
で、蒸発器から発生する蒸気量を増加しようとすると、
制御手段は、熱移動用ガス量の増加を熱移動用ガス導入
手段を介して行う。これにより、触媒燃焼器が保有する
熱が蒸発器に供給されるので、蒸発器の負荷増加（原燃
料蒸気量の増加）に対処することができる。なお、「熱
移動用ガス量を増加」とは、ある流量で触媒燃焼器に導
入している熱移動用ガスの流量を増加することと、今ま
で導入していなかった熱移動用ガスの導入を新たに開始
することの双方を含んで意味する。ちなみに、液体原燃
料は、メタノール、水・メタノール混合液、ガソリン、
水（水からも水素が生成される）・・などである。
【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
の構成において、前記制御手段は、増加する前記蒸気量
が所定量以上である場合に、前記熱移動用ガス導入手段
を介して前記熱移動用ガス量を増加する構成を備えるこ
とを特徴とする。この構成における「所定量以上」は、
いわゆる不感帯や閾値を設定するものである。このよう
にすることで、安定した制御を行うことができる。
【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は請求項２の構成において、前記制御手段は、前記増
加させる蒸気量の目標値から要求熱量を求め、該要求熱
量と前記触媒燃焼器の燃焼熱量とから移動すべき熱量を
求め、該移動すべき熱量から前記熱移動用ガス量を決定
する構成を備えることを特徴とする。この構成によれ
ば、原燃料を蒸発するのに要求される熱量と触媒燃焼器
の燃焼熱量に基づいて熱移動用ガス量が決定されるの
で、適切な量の熱移動用ガスを蒸発器に供給することが
できる。なお、蒸気量の目標値は、蒸発器あるいは原燃
料蒸発装置に対する原燃料蒸発の目標値であるが、この
蒸気量の目標値は、当該蒸気量の目標値に関連した種々
の目標値や測定値などに置き換えることもできる。
【００１３】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
ないし請求項３のいずれかの構成において、前記熱移動
用ガス量が所定の限界値を超える場合には、前記制御手
段は、前記熱移動用ガス導入手段を介して前記熱移動用
ガスの導入を制限する構成を備えることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項
３のいずれかの構成において、前記熱移動用ガスを導入
することで前記触媒燃焼器の温度が触媒燃焼維持温度を
下回る場合には、前記制御手段は、前記熱移動用ガス導
入手段を介して前記熱移動用ガスの導入を制限する構成
を備えることを特徴とする。例えば、空気を熱移動用ガ
スとして導入する場合、触媒燃焼には最適な空燃比があ
り、空気量が多くなりすぎると触媒燃焼が失火となる恐
れがある。熱移動用ガス量における所定の限界値は、例
えばこのような失火を考慮して定められる。また、空気
量が増えるにつれて触媒燃焼の温度が低下して行き、あ
る温度（触媒燃焼維持温度）以下になると触媒燃焼が失
火となる恐れがある。このため、触媒燃焼維持温度に基
づいて失火を防止する。
【００１４】また、請求項６に記載の発明は、請求項１
ないし請求項５のいずれかの構成において、前記触媒燃
焼器の燃焼ガスの浄化状態に応じて前記熱移動用ガスの
導入を制限する構成を備えることを特徴とする。燃焼ガ
ス（高温ガス）の浄化状態が悪くなると、燃費の面から
も環境の面からも好ましくない。この構成では、浄化状
態（浄化率）に応じて熱移動用ガスの導入を制限する。
なお、燃焼ガスの浄化状態は、該燃焼ガスの温度や酸素
濃度を検知することにより推定することができる。
【００１５】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
ないし請求項６のいずれかの構成において、前記触媒燃
焼器は、ハニカム担持体に触媒を担持させてなる構成を
備えることを特徴とする。この触媒燃焼器によれば、取
り扱いが容易で安定した触媒燃焼を行うことができる。
また、触媒燃焼器に導入される熱移動用ガスに熱を与え
やすい。
【００１６】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
ないし請求項７のいずれかの構成において、前記空気導
入手投と前記熱移動用ガス導入手段とは、前記熱移動用
ガスを空気とした同一の手段により構成されることを特
徴とする。熱移動用ガスが空気であれば、空気導入手段
及び熱移動用ガス導入手段は共に触媒燃焼器に空気を導
入する手段になる。この構成では、２つの手段を同一の
手段として構成する。換言すると、一つの手段が触媒燃
焼器に触媒燃焼用の空気を導入する機能と触媒燃焼器に
熱移動用ガスを導入する機能を果たすように構成する。
この構成によれば、機器を共通化してコンパクト化を図
ることができる。
【００１７】また、請求項９に記載の発明は、請求項１
ないし請求項８のいずれかの構成において、前記燃料導
入手段による前記触媒燃焼器への燃料増加により、前記
触媒燃焼器の温度変化値が正方向に増加する場合には、
前記制御手段は、前記熱移動用ガス導入手段を介して前
記熱移動用ガスの導入を制限する構成を備えることを特
徴とする。熱移動用ガス量を増加すると、触媒燃焼器の
保有熱量が奪われ、触媒燃焼器の温度が低下する。蒸発
器とすれば、この分の熱量が触媒燃焼器から熱移動用ガ
スにより与えられる。このように熱移動用ガスにより触
媒燃焼器の保有熱量が奪われる状況でありながら触媒燃
焼器の温度変化値が上昇するのは、触媒燃焼器に導入さ
れる燃料が増加するためである。触媒燃焼器の温度変化
値が上昇すると、蒸発器に与えることができる熱量を、
触媒燃焼器の保有熱量を熱移動用ガスにより持ち出さな
くとも確保できるので、熱移動用ガスの触媒燃焼器への
導入を制限する。なお、「制限」は、導入の量を減らす
こと、導入を停止することを含んで意味する。ちなみ
に、後記する発明の実施の形態では、「温度変化値」の
単位を℃／秒2で示す。
【００１８】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
１ないし請求項９のいずれかの構成において、前記制御
手段は、前記熱移動用ガス導入手段による熱移動用ガス
の導入を行う際、実原燃料蒸気量が前記増加させる蒸気
量の目標値に達する前に、該目標値から求まる必要量以
上に前記原燃料導入手段を介して前記蒸発器に導入する
原燃料量の増加調整を行う構成を備えることを特徴とす
る。熱移動用ガスの導入タイミングと関連なく蒸発器に
導入する原燃料量の増加調整を行うと、例えば蒸発器に
液溜まりが生じて応答性が悪くなることがある。このた
め、熱移動用ガスの導入と蒸発器に導入する原燃料の増
加調整のタイミングを計って行うが、この際、蒸気量の
目標値を満たすように蒸発器に導入する原燃料量を増加
すると、実際に発生する実原燃料蒸気量の増加が鈍る場
合がある。このような場合に対処するため、蒸発器に導
入する原燃料量を必要量以上に増加調整する。
【００１９】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
１ないし請求項１０のいずれかの構成において、実原燃
料蒸気量が前記増加させる蒸気量の目標値に達した後に
該目標値を維持する際、前記制御手段は、前記原燃料導
入手段を介して前記蒸気量の目標値から求まる必要量以
下に原燃料量を低減調整する構成を備えることを特徴と
する。要求原燃料蒸気量を満たすように蒸発器に導入す
る原燃料量を増加すると、目標値に到達した後、要求原
燃料蒸気量を維持しようとすると実現燃料蒸気量が要求
原燃料蒸気量を上回ること（オーバシュートすること）
がある。このような場合に対処するため、蒸発器に導入
する原燃料量を低減調整する。
【００２０】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１ないし請求項１１のいずれかの構成において、実原燃
料蒸気量が前記増加させる蒸気量の目標値に達した後、
前記制御手段は、前記蒸発器の後流に設けられる蒸気量
測定手段からの信号を受け、前記原燃料導入手段を介し
て前記蒸発器に導入する原燃料量を調整する構成を備え
ることを特徴とする。この構成では、実原燃料蒸気量が
増加させる蒸気量の目標値に達した後に、蒸気量を測定
する。そして、この測定信号を入力して蒸発器に導入す
る原燃料の量を調整する。
【００２１】（原燃料蒸発方法）また、前記課題を解決
した本発明の原燃料蒸発方法（請求項１３）は、触媒燃
焼用の燃料と空気とが導入されて触媒燃焼する触媒燃焼
器が発生する高温ガスを、液体状の原燃料が導入される
蒸発器に導いて前記原燃料を蒸発する原燃料蒸発方法に
おいて、前記原燃料の蒸気を改質した改質ガスを水素利
用設備で利用した後の未利用ガスの一部又は全部を、前
記燃料として前記触媒燃焼器に連続的に導入すると共
に、前記蒸発器に対する蒸発負荷の増加を検出すると前
記触媒燃焼器に導入する前記空気の量を増加して前記高
温ガスの量を増すことを特徴とする。
【００２２】蒸発器が蒸発した原燃料蒸気を改質し、こ
れを水素利用設備（例えば燃料電池）で利用した後の未
利用ガス（排出ガス）を連続的に触媒燃焼器の燃料にし
ようとすると、触媒燃焼器でたくさんの燃料が欲しいと
きに燃料が不足する。つまり、燃料は、原燃料の蒸発、
改質、利用というステップを経て触媒燃焼器に導入され
るので、燃料導入におけるタイムラグ（リードタイム）
が生じる。すると、蒸発器の負荷を増加する際に、蒸発
器への原燃料の導入量の増加に対して、触媒燃焼器への
燃料の導入量の増加が遅れる。こうなると、蒸発器に導
く（供給する）熱量が不足するので（熱量供給のタイム
ラグ）、原燃料蒸発の応答性が悪くなる。ところで、運
転中の触媒燃焼器は、触媒燃焼により熱を保有してい
る。本発明の方法では、蒸発負荷が増加した状況になる
と、触媒燃焼器に導入する空気の量を増やす。すると、
導入された空気が、触媒燃焼器が保有する熱により高温
ガスになる。つまり、高温ガスは、現在触媒燃焼により
発生している高温ガスと、触媒燃焼器が保有した熱によ
り空気から転じた高温ガスとにより構成される。このた
め、高温ガスの量が空気の導入量だけ増え、蒸発器に導
かれる（触媒燃焼器の温度は下がる）。従って、蒸発器
への熱量供給のタイムラグは大幅に短縮される。ちなみ
に、遅れた分の燃料も触媒燃焼器に増加して導入される
ので、その後の熱量は、この遅れて導入される燃料によ
り確保することが可能になる。つまり、安定して原燃料
の蒸発を行うことができる。なお、「蒸発器に対する蒸
発負荷」は、前記説明した蒸気量の目標値に準じた内容
である。また、「未利用ガス」は、水素利用設備をバイ
パスして触媒燃焼器に導入される燃料ガスとしての改質
ガスを含むものとする。後記する発明の実施の形態での
未利用ガスは、燃料電池のオフガスである。また、「空
気の量を増加」とは、ある流量で触媒燃焼器に導入して
いる空気の量を文字どおり増加することと、今まで導入
していなかった空気の導入を新たに開始することの双方
を含んで意味する。
【００２３】また、前記課題を解決した本発明の原燃料
蒸発方法（請求項１４）は、触媒燃焼用の燃料と空気と
が導入されて触媒燃焼する触媒燃焼器が発生する高温ガ
スを、液体状の原燃料が導入される蒸発器に導いて前記
原燃料を蒸発する原燃料蒸発方法において、前記原燃料
の蒸気量増加時、前記蒸発器への前記原燃料の増加導入
に対して前記触媒燃焼器への前記燃料の増加導入に遅れ
が生じる場合は、前記触媒燃焼器に導入する前記空気の
量を増加して前記高温ガスの量を増すことを特徴とす
る。
【００２４】蒸発器への原燃料の増加導入に対して触媒
燃焼器への燃料の増加導入に遅れが生じると原燃料蒸発
の応答性が悪くなる。本発明の方法は、前記した原燃料
蒸発方法の技術思想と同様に、原燃料の蒸気量の増加時
における触媒燃焼器への燃料の増加導入の遅れを、触媒
燃焼器に導入する空気の量を増加することにより補い、
蒸発器に導く高温ガスの量を増加するものである。
【００２５】なお、請求項１３及び請求項１４に記載の
原燃料蒸発方法は、前記請求項１から請求項１２に記載
した原燃料蒸発装置の技術的思想を適宜取り込んで適用
することができる。
【００２６】（原燃料蒸発装置を備えた燃料電池システ
ム）また、前記課題を解決した本発明の原燃料蒸発装置
を備えた燃料電池システム（請求項１５）は、（１）請
求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の蒸発器と触
媒燃焼器と燃料導入手段と空気導入手段と熱移動用ガス
導入手段と制御手段を含んで構成される原燃料蒸発装置
と、（２）前記原燃料蒸発装置が発生した原燃料蒸気を
供給され、該原燃料蒸気を改質して水素リッチな改質ガ
スを生成する改質器と、（３）前記改質器が生成した改
質ガスと空気が供給されて発電する燃料電池とを備え
る。そして、（４）前記熱移動用ガス導入手段は前記燃
料電池に空気を供給する空気供給器を兼ねる構成を備え
ると共に、（５）前記燃料導入手段は前記燃料電池の水
素を含むオフガスを前記触媒燃焼器に導入する構成を備
えることを特徴とする。
【００２７】この構成は、改質器、燃料電池のほかに、
請求項１ないし請求項１２のいずれかの原燃料蒸発装置
を備えた燃料電池システムである。そして、熱移動用ガ
ス導入手段が燃料電池に空気を供給する空気供給器を兼
ねる（あるいは空気供給器が熱移動用ガス導入手段を兼
ねる）。後記する発明の実施の形態では、燃料電池のカ
ソード極に空気を供給する空気供給器たる空気圧縮機
が、触媒燃焼器への熱移動用ガス導入手段を兼ねる。ま
た、燃料電池の水素を含むオフガスが触媒燃焼器の燃料
にされる。なお、水素を含むオフガスには、アノードオ
フガスと、アノードオフガスにカソードオフガスを混合
した混合オフガスがある。
【００２８】また、請求項１６に記載の発明は、請求項
１５の構成において、前記熱移動用ガス導入手段は、前
記燃料電池から排出されるオフガスを前記触媒燃焼器に
導入利用する構成を備えることを特徴とする。この構成
では、オフガスを触媒燃焼器に導入する。なお、燃料電
池のオフガスには、燃料電池のカソード極から排出され
る空気のカソードオフガス（反応しなかった酸素を含
む）とアノード極から排出される改質ガスのアノードオ
フガス（反応しなかった水素を含む）があるが、ここで
のオフガスは、カソードオフガス単体の場合と、カソー
ドオフガスにアノードオフガスを混合した混合オフガス
の場合がある。
【００２９】また、請求項１７に記載の発明は、請求項
１５又は請求項１６の構成において、前記オフガスの導
入利用による前記触媒燃焼器への燃料増加により前記触
媒燃焼器の温度変化値が正方向に増加する場合には、前
記制御手段は、前記熱移動用ガス導入手段を介して前記
熱移動用ガス量を制限する構成を備えることを特徴とす
る。蒸気量の目標値が増加すると触媒燃焼器に導入され
る熱移動用ガス量が増加される。すると触媒燃焼器の温
度が下がる。一方で、原燃料蒸気量の増加、改質ガス量
の増加、オフガスの増加が生じ、触媒燃焼器への燃料増
加がなされる。こうなると触媒燃焼が盛んに起こるよう
になり、触媒燃焼器の温度（温度変化値）が増加に転じ
る。ここで、触媒燃焼器の温度変化値（℃／時間2）が
増加に転じると、蒸発器への熱の供給が熱移動用ガス量
の増加によらずとも行えるようになる。従って、熱移動
用ガス量の制限する。なお、「制限」には、量を少なく
すること、量をゼロにすることが含まれる。また、後記
する発明の実施の形態での触媒燃焼器の温度変化値は、
℃／秒2の単位で表現する。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の原燃料蒸発装置、
原燃料蒸発方法及び原燃料蒸発装置を備えた燃料電池シ
ステムの実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】≪第１実施形態≫まず、第１実施形態の原
燃料蒸発装置（原燃料蒸発方法）を説明する。図１は、
第１実施形態の原燃料蒸発装置のブロック構成図であ
る。図２は触媒燃焼器と蒸発器を一体にした原燃料蒸発
装置（本体）の側断面図である。
【００３２】図１に示すように、本実施形態の原燃料蒸
発装置１は、触媒燃焼用の燃料と空気とが導入されて触
媒燃焼する触媒燃焼器１１が発生する高温ガスを、液体
状の原燃料が導入される蒸発器１２に導いて原燃料を蒸
発する。蒸発された原燃料はそのまま、あるいはある処
理を施された後、図示しない原燃料利用機器に供給され
る。
【００３３】ここで、触媒燃焼用の燃料（以下「燃料」
という）は、図示しない燃料供給装置（燃料導入手段）
から触媒燃焼器１１に供給される。また、触媒燃焼用の
空気（以下「空気」という）は、図示しない空気供給装
置（空気導入手段）から触媒燃焼器１１に供給される。
また、熱移動用ガス（空気）は、図示しない熱移動用ガ
ス供給装置（熱移動用ガス導入手段）から調整弁Ｖ１を
介して触媒燃焼器１１に供給される。また、原燃料は、
図示しない原燃料供給装置（原燃料導入手段）からイン
ジェクタ１２ｂを介して蒸発器１２に供給される。
【００３４】このうち、触媒燃焼器１１に導入される燃
料及び空気は、蒸発器１２への原燃料の導入に対して遅
れが生じる（請求項１４における「燃料の増加導入の遅
れが生じる」に該当）。つまり、要求原燃料蒸気量が増
えた場合、蒸発器１２で原燃料を蒸発するための熱量が
不足する。第１実施形態では、触媒燃焼器１１に熱移動
用ガスを導入することで高温ガスの量を増やし、蒸発器
１２における熱量不足を補って、要求原燃料蒸気量に対
して応答性よく原燃料蒸気を生成する。
【００３５】図１及び図２を参照して第１実施形態の原
燃料蒸発装置１を説明する。図２に示すように、原燃料
蒸発装置１は、その下部に触媒燃焼器１１が配されその
上部に蒸発器１２が配されている。
【００３６】図２に示すように、触媒燃焼器１１は箱型
をしており、その内部に対炎タフネス性のあるハニカム
担持体に触媒を担持させたハニカム触媒層（モノリス型
触媒層）１１ａを有し、被燃焼体である燃料（例えば水
素）と空気の混合ガスが供給され触媒燃焼して高温ガス
を生成する。なお、ハニカムには、断面六角形状はもち
ろん、断面三角・四角・多角形、断面丸・楕円、断面波
型など、種々の形状を含むものとする。また、触媒燃焼
器１１は、高温ガス通路１１ｂを有し、触媒燃焼器１１
で生成した高温ガスを１８０度折り返して蒸発器１２に
導入するようになっている。
【００３７】図２に示すように、蒸発器１２は、その内
側にＵ字型の熱媒チューブ１２ａを多数備える箱型をし
ている。触媒燃焼器１１からの高温ガスは、熱媒チュー
ブ１２ａに下部開口部から入り、上部開口部から抜け出
すようになっている。この間、高温ガスは蒸発器１２に
熱を与える。また、蒸発器１２は、液体状の原燃料を蒸
発器１２の内部（熱媒チューブ１２ａ）に噴射するイン
ジェクタ１２ｂを備える。このインジェクタ１２ｂは、
制御手段ＣＵからのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）
信号などのインジェクタ駆動信号により駆動し、図示し
ない原燃料供給装置から供給される原燃料の量を調整し
て蒸発器１２の内部に導入する機能を有する。蒸発器１
２により蒸発された原燃料の蒸気は、蒸発器１２の側面
に設けられた図示しない蒸気出口から、後段の図示しな
い原燃料利用機器（例えば、メタノールを改質して燃料
とする燃料電池システム）に導かれる。ちなみに、蒸発
器１２の下面は、触媒燃焼器１１の上面に接している。
これは、蒸発器１２がその下面にて触媒燃焼器１１から
伝導により熱を供給されることで、原燃料の液溜まりを
生じないようにするためである。
【００３８】図２に示す制御手段ＣＵは、原燃料蒸発装
置１としての原燃料蒸気量の目標値である要求原燃料蒸
気量を入力されるようになっている。また、流量計Ｆか
ら原燃料蒸気の流量（実原燃料蒸気量）を入力されるよ
うになっている。また、温度計Ｔにより触媒燃焼器内部
の温度（触媒温度）が入力されるようになっている。そ
して、制御手段ＣＵは所定の制御に基づいた処理を施
し、熱移動用ガスの触媒燃焼器１１への導入量を調整す
る調整弁Ｖ１に弁開度信号を送信する。また、原燃料の
蒸発器１２への導入量を調整するインジェクタ１２ｂに
インジェクタ駆動信号を送信する。
【００３９】なお、触媒燃焼器１１への燃料と空気は、
原燃料蒸発装置１の出力変動時、蒸発器１２への原燃料
の導入量の増加に対して所定の遅れをもって導入量が増
加するようになっている（自ずと増加するようになって
いる）。この所定の遅れは、請求項１４の「燃料の増加
導入に遅れが生じる」の「遅れ」に該当するものであ
り、原燃料利用機器のシステムボリュームなどに起因し
て生じる。
【００４０】制御手段ＣＵの制御を、図３から図６のフ
ローチャートを参照して説明する。併せて、原燃料蒸発
装置１の動作を説明する（適宜図１及び図２参照）。図
３は、原燃料の導入制御及び熱移動用ガスの導入制御を
行うフローチャートである（メインルーチン）。図４
は、通常時の原燃料の導入制御を行うフローチャートで
ある（原燃料通常導入ルーチン）。図５は、熱移動用ガ
スの導入制御を行うフローチャートである（熱移動用ガ
ス導入ルーチン）。図６は、原燃料の増加導入制御を行
うフローチャートである（原燃料増加導入ルーチン）。
【００４１】〔メインルーチン〕まず、図３のフローチ
ャート（メインルーチン）を参照して、制御手段ＣＵの
触媒燃焼器１１への熱移動用ガスの導入制御及び蒸発器
１２への原燃料の導入制御を説明する。なお、この図３
のメインルーチンは、例えば２０ミリ秒のインターバル
で繰り返して実行される。
【００４２】運転時、制御手段ＣＵは、要求原燃料蒸気
量（蒸気量の目標値）の読込みを実行する（Ｓ１１）。
要求原燃料蒸気量は、制御手段ＣＵとは別のコンピュー
タが演算している。この読み込んだ要求原燃料蒸気量と
前回読み込んだ要求原燃料蒸気量の差から出力増加量を
演算すると共に、出力増加量が所定量以上か否かを判断
する（Ｓ１２，Ｓ１３）。この判断において、出力増加
量が所定量以上でない場合（No）は、原燃料通常導入ル
ーチンを実行する（Ｓ１４）。換言すると、ステップＳ
１８の熱移動用ガス導入ルーチン及びステップＳ１９の
原燃料増加導入ルーチンをスキップする。出力増加量が
少ないので、熱移動用ガスを触媒燃焼器１１に導入しな
くとも原燃料を蒸発することができるからである。ま
た、出力増加量が少ない状況では、原燃料の増加導入
（請求項１０参照）を行う必要がなく、通常どおりの原
燃料の増加（減少）を行えばよいからである。そして、
処理終了か否かを判断し（Ｓ１５）、Ｙｅｓであれば処
理を終了する（End）。Ｎｏであれば、ステップＳ１１
に戻り処理を継続する。処理を終了する場合は、例えば
原燃料蒸発装置１の運転を停止する場合などである。な
お、原燃料通常導入ルーチンは図４を、熱移動用ガス導
入ルーチンは図５を、原燃料増加導入ルーチンは図６
を、それぞれ参照して後で説明する。
【００４３】一方、ステップＳ１３で出力増加量が所定
量以上であれば（Yes）、触媒温度の読込みを実行する
と共に、「触媒温度＞下限温度」か否かを判断する（Ｓ
１６，Ｓ１７）。ステップＳ１７において触媒温度（媒
燃焼器１１の温度）が下限温度を超えない場合（No）
は、熱移動用ガスを触媒燃焼器１１に導入すると触媒燃
焼が失火となる恐れがある。このため、ステップＳ１４
に移行し、ステップＳ１８及びステップＳ１９をスキッ
プする。ちなみに、ステップＳ１３における「出力増加
量が所定量以上（Yes）」は、請求項２の「増加させる
蒸気量が所定量以上である場合」に該当する。
【００４４】逆に、ステップＳ１７で触媒温度が下限温
度を超える場合（Yes）は、熱移動用ガス導入ルーチン
を実行すると共に、原燃料増加導入ルーチンを実行する
（Ｓ１８，Ｓ１９）。熱移動用ガス導入ルーチンを実行
するのは、触媒燃焼器１１が保有する熱を高温ガスとし
て蒸発器１２に導き、蒸発器１２における原燃料の蒸発
能力を高めるためである。また、原燃料増加導入ルーチ
ンを実行するのは、要求原燃料蒸気量と実燃料蒸気量の
乖離を少なくするためである。
【００４５】ステップＳ１８及びステップＳ１９を実行
した後、触媒温度の読込みを再び実行する（Ｓ２０）。
そして、今回読み込んだ触媒温度と前回までに読み込ん
だ触媒温度から触媒温度変化値（℃／秒2）が上昇して
いるか否かを判断する（Ｓ２１）。触媒温度変化値が上
昇していない場合（No）は、触媒燃焼器１１に燃料が増
量されていないか、増量が充分に行われていないと考え
られる。このため、処理を継続して行うべく、流量計Ｆ
からの実原燃料蒸気量の読込みを実行すると共に、「実
原燃料蒸気量≧要求原燃料蒸気量」か否かを判断する
（Ｓ２２，Ｓ２３）。ステップＳ２３において、要求原
燃料蒸気量が実原燃料蒸気量に満たない場合（No）は、
ステップＳ１７に移行し、処理を続行する。なお、ステ
ップＳ２３における要求原燃料蒸気量は、後記するよう
にステップＳ１９の原燃料増加導入ルーチンのものを利
用する。
【００４６】一方、ステップＳ２１において触媒温度変
化値が上昇している場合（Yes）、及びステップＳ２３
において実原燃料蒸気量が要求原燃料蒸気量以上になっ
ている場合は、熱移動用ガスの導入を停止する（Ｓ２
４、弁開度ゼロを設定）。すると、調整弁Ｖ１を閉じる
ための弁開度信号が生成され、調整弁Ｖ１に送信される
（Ｓ２５）。これにより、熱移動用ガスの導入は停止さ
れる。そして、ステップＳ１５に移行する。
【００４７】なお、ステップＳ２１の判断において、触
媒温度変化値が上昇している場合（Yes）に熱移動用ガ
スの導入を停止するのは、次の理由による。即ち、熱移
動用ガスの導入を行っている状況で触媒温度変化値が上
昇するのは、触媒燃焼器１１への燃料の増加導入が行わ
れていると考えられること。そして、熱移動用ガスの導
入は、触媒燃焼器１１への燃料の増加が遅れることによ
る不都合を解消するためであり、燃料の増加が行われた
状況では、もはや触媒燃焼器１１への熱移動用ガスの導
入は不要であること。このため、熱移動用ガスの導入を
停止する。
【００４８】〔原燃料通常導入ルーチン〕図４のフロー
チャート（原燃料通常導入ルーチン）を参照して、制御
手段ＣＵの通常時における蒸発器１２への原燃料の導入
制御を説明する（適宜図１など参照）。なお、この図４
の原燃料通常導入ルーチンは、図３のメインルーチンに
おけるステップＳ１４の処理を行うサブルーチンであ
る。
【００４９】運転時、制御手段ＣＵは、要求原燃料蒸気
量（蒸気量の目標値）の読込みを実行する（Ｓ１４
１）。要求原燃料蒸気量は、前記したとおり制御手段Ｃ
Ｕとは別のコンピュータが演算している。次に、要求原
燃料蒸気量を満たす原燃料導入量を設定する（Ｓ１４
２）。原燃料導入量の設定に際しては、要求原燃料蒸気
量に所定のゲインを乗じるか、あるいは図４のように要
求原燃料蒸気量と原燃料導入量が関連付けられたマップ
を検索する。原燃料導入量を設定すると、この原燃料導
入量に基づいてインジェクタ１２ｂを駆動するインジェ
クタ駆動信号を生成し、これをインジェクタ１２ｂに送
信する（Ｓ１４３）。これにより、蒸発器１２には、要
求原燃料蒸気量を満たすように原燃料が導入（噴射）さ
れる。この蒸発器１２への原燃料の導入は、触媒燃焼器
１１への燃料の導入と異なり、要求原燃料蒸気量の読み
込みに対して遅れなく行われる。
【００５０】〔熱移動用ガス導入ルーチン〕図５のフロ
ーチャート（熱移動用ガス導入ルーチン）を参照して、
制御手段ＣＵの触媒燃焼器１１への熱移動用ガスの導入
制御を説明する（適宜図１など参照）。なお、この図５
の熱移動用ガス導入ルーチンは、図３のメインルーチン
におけるステップＳ１８の処理を行うサブルーチンであ
る。
【００５１】図３のステップＳ１７において、制御手段
ＣＵは、「触媒温度＞下限温度」の場合（Yes）は、図
５における要求原燃料蒸気量の読込み及び実原燃料蒸気
量の読込みを実行する（Ｓ１８１，Ｓ１８２）と共に、
偏差を演算する（Ｓ１８３）。偏差は、「要求原燃料蒸
気量−実原燃料蒸気量」で定義される。次に、弁開度マ
ップを検索して偏差に対応する弁開度を設定する（Ｓ１
８４）。この弁開度は、偏差が大きいほど弁開度が大き
くなるように設定される。これは、偏差が大きいほど蒸
発すべき原燃料量が多くなるので、熱移動用ガスの導入
量も多くする必要があるからである。
【００５２】そして、設定した弁開度に基づいて弁開度
信号を生成すると共に調整弁Ｖ１に送信する（Ｓ１８
５）。これにより、図３のステップＳ１７において、触
媒温度が下限温度を超える場合（Yes）には、ステップ
Ｓ１８により熱移動用ガスが触媒燃焼器１１に供給され
るようになる。ちなみに、触媒燃焼器１１に熱移動用ガ
スが導入されると、触媒燃焼器１１が保有している熱が
熱移動用ガスを導入した分だけ増加した高温ガスとして
蒸発器１２に導かれる。従って、蒸発器１２への原燃料
の導入量の増加に対して触媒燃焼器１１への燃料の導入
量の増加が遅れても、蒸発器１２に導入される高温ガス
の量（熱量）を確保することができる。なお、ここでの
熱移動用ガスは、触媒燃焼を盛んにするために触媒燃焼
器１１に導入されるガス（空気）ではなく、触媒燃焼器
１１が保有している熱を蒸発器１２に導くことを主眼と
した触媒燃焼器１１に導入されるガスである。
【００５３】この図５に示したＳ１８１からＳ１８５の
処理を行うと、図３に示すステップＳ１９に移行する
（Return）。この一連の処理により、原燃料の蒸発負荷
の増加（原燃料導入量の増加）の際に触媒燃焼器１１に
導入する触媒燃焼用の燃料の増加に遅れが生じても、触
媒燃焼器１１から蒸発器１２に導く高温ガスの量を増す
ことができる。従って、原燃料の蒸発を円滑に行うこと
ができる。換言すると、熱移動用ガスを触媒燃焼器１１
に導入することで、触媒燃焼器１１が保有する熱量を強
制的に高温ガスに変換して蒸発器１２に導くことができ
る。従って、触媒燃焼器１１に対する燃料の増加導入の
遅れがあっても、蒸発器１２に原燃料蒸発用の熱を確実
に導くことができる。よって、応答性よく原燃料を蒸発
することができる。ところで、熱移動用ガスを導入する
ことで低下した触媒燃焼器１１の温度（保有熱量）は、
その後の通常運転時や出力低減時になどに回復される。
【００５４】〔原燃料増加導入ルーチン〕次に、図６の
フローチャート（原燃料増加導入ルーチン）を参照し
て、制御手段ＣＵの原燃料の増加導入制御を説明する
（適宜図１など参照）。なお、この図６の原燃料増加導
入ルーチンは、図３のメインルーチンにおけるステップ
Ｓ１９の処理を行うサブルーチンである。
【００５５】図３のステップＳ１７において、「触媒温
度＞下限温度」の場合（Yes）は、ステップＳ１８の
後、図６の要求原燃料蒸気量の読込みを実行する（Ｓ１
９１）。そして、導入量マップを検索して要求原燃料蒸
気量に対応する原燃料導入量を設定する（Ｓ１９２）。
この導入量マップは、図４の導入量マップと同じマップ
であり、要求原燃料蒸気量が多いほど原燃料導入量も多
くなるように設定してある。
【００５６】次に、ステップＳ１９３において、ステッ
プＳ１９２で設定した原燃料導入量に増加係数ｋを乗算
して原燃料導入量の増加調整を行う。増加係数ｋの値
は、例えば１．１に固定されている。ちなみに、増加係
数ｋが１．１の場合、原燃料は１０％増しで蒸発器１２
に導入されることになる。そして、この増加調整した原
燃料導入量に基づいてインジェクタ駆動信号を生成する
と共に、インジェクタ１２ｂに送信する（Ｓ１９４）。
これにより、出力増加量が所定量以上の場合（図３のＳ
１３参照）は、蒸気量の目標値である要求原燃料蒸気量
から求まる必要量以上に原燃料が増加調整（請求項１０
参照）され、蒸発器１２に原燃料が導入される。
【００５７】なお、図３に示すように、熱移動用ガス導
入ルーチン（Ｓ１８）と原燃料増加導入ルーチン（Ｓ１
９）はセットで実行される。これは、熱移動用ガスの導
入と原燃料の増加導入を協調して行うことにより、蒸発
器１２の内部に原燃料の液溜まりが生じるのを防止し、
原燃料蒸発における応答性（レスポンス）を良好なもの
とするためである。
【００５８】この図３から図６に示すフローチャートの
ように制御することで、図７（ａ）に示すように、要求
原燃料蒸気量を高度に満足する原燃料蒸気量（実原燃料
蒸気量）を確保することができる。なお、図７は（ａ）
が原燃料増加調整処理の効果を模式的に説明する図であ
り、横軸に時間、縦軸に原燃料蒸気量が取ってある。ま
た、図７（ａ）の破線は要求原燃料蒸気量、実線は実原
燃料蒸気量（太線が原燃料増加調整処理あり、細線が同
処理なし）である。
【００５９】つまり、図３から図６のフローチャートの
ようにして原燃料増加調整処理を行うと、目標値に対す
る追従性がよく、目標値である要求原燃料蒸気量に対し
てかなり忠実に原燃料蒸気を生成することができる。ち
なみに、図７（ａ）に一点鎖線で示す従来例では、蒸発
器１２への高温ガスの導入量が不足するので、原燃料蒸
気量が要求原燃料蒸気量に対して大幅に不足する。つま
り、本発明は、熱移動用ガスを導入するという簡単な構
成により極めて優れた効果を奏するものである。
【００６０】なお、図７（ｂ）は、蒸発器への供給熱量
に対する熱移動用ガス分の熱量（触媒燃焼器１１の保有
熱量の熱持ち出し分）と触媒燃焼分の熱量の関係を模式
的に説明する図である。この図から、熱移動用ガス分の
熱量が出力増加初期の原燃料蒸発に大きく貢献している
ことがわかる。
【００６１】ちなみに、本発明者らは、触媒燃焼器１１
に対する燃料増加の遅れを通常よりも大きくした場合の
影響を、熱移動用ガスの導入タイミングを同じにして試
験した。この結果を図７（ｃ）に示す。この図からわか
るように、熱移動用ガスを同じタイミングで導入した場
合、触媒燃焼器１１に対する燃料増加の遅れを通常より
大きくしても（破線参照）、蒸発器１２で生成される原
燃料蒸気量（細い実線参照）に違いはない。つまり、触
媒燃焼器１１への熱移動用ガスを導入することで、燃料
増加の遅れによる不利益を幅広く補うことができるのが
わかる。
【００６２】なお、図３から図６に示すような制御を行
った場合において、実原燃料蒸気量が要求原燃料蒸気量
に達した後に要求原燃料蒸気量を維持する際、次のよう
に制御してもよい。即ち、ステップＳ２５の後、制御手
段ＣＵが、インジェクタ１２ｂに対して要求原燃料蒸気
量から求まる必要量以下になるように、蒸発器１２に導
入する原燃料量を低減調整する（請求項１１参照）。こ
のようにすることで、原燃料増加調整処理により蒸発器
１２の内部に液溜まりが生じていた場合、その後に徐々
に該液溜まりが蒸気化して発生する原燃料蒸気量のオー
バシュートを未然に防止することができる。低減調整
は、例えばタイマにより計測される所定時間、図４のス
テップＳ１４２の導入量マップにより求まる原燃料導入
量に低減係数を乗じることにより行うことができる。
【００６３】また、図６に示すような原燃料増加調整処
理（原燃料の増加導入制御）を行う、行わないにかかわ
らず、実原燃料蒸気量が要求原燃料蒸気量に達した後、
流量計Ｆからの信号に基づいて蒸発器１２に導入する原
燃料の量を調整するようにしてもよい（請求項１２参
照）。この調整は、制御手段ＣＵが流量計Ｆからの信号
を入力し、フィードバック制御などによりインジェクタ
１２ｂに対して蒸発器１２に導入する原燃料量の調整を
指示することにより行うことができる。
【００６４】また、図３では、熱移動用ガスの導入停止
を触媒温度変化値（℃／秒2）により判定したが、予め
導入すべき熱移動用ガスの量を求め、その量に達するま
で熱移動用ガスを導入するようにしてもよい。熱移動用
ガスの量は、要求原燃料蒸気量から要求熱量を求め、該
要求熱量と触媒燃焼器１１の燃焼熱量とから移動すべき
熱量を求め、そして、移動すべき熱量から演算すること
ができる（請求項３、図７（ｂ）参照）。また、時間を
決めて熱移動用ガスの導入を行うようにしてもよい。
【００６５】また、蒸発器１２に対して空気（改質空
気）を供給するような場合は、図２に仮想線で示す改質
空気供給ラインを設けると共に、図１に仮想線で示すよ
うな空気導入ノズル１２ｃを蒸発器１２に設けるように
してもよい。また、ガソリン改質の場合などは、蒸発器
１２に水のみを供給し、別に蒸発したガソリン蒸気と水
蒸気を後で混合するようにしてもよい。
【００６６】また、触媒燃焼器１１における触媒燃焼
は、燃焼温度（触媒温度）により高温ガスの浄化率（浄
化状態）が変化する。従って、浄化率を良好にすること
を目的とし、触媒燃焼器１１から排出される高温ガスの
浄化率（浄化状態）に応じて熱移動用ガスの導入の制限
を行う構成としてもよい。例えば、燃焼温度が低下する
といわゆる燃料の吹き抜けなどが起こり、炭化水素を燃
料とする場合は、触媒燃焼器から排出される燃焼ガス中
のＴＨＣ（TotalHydro Carbon）の値が高くなる。ま
た、水素を燃料とする場合は、ＴＨＣに代えて触媒燃焼
器から排出される燃焼ガス中の水素濃度が高くなる。つ
まり、触媒燃焼の温度が低下すると浄化率も低下する。
このような場合には、触媒燃焼器に導入する熱移動用ガ
スの導入を制限して触媒燃焼の温度を高くし、浄化率を
改善することができる。なお、浄化率を加味した熱移動
用ガスの導入制御（温度測定バージョン）は、前記した
図３のステップＳ１７における「下限温度」を、浄化率
を考慮したものにすることで簡単に実現される。ちなみ
に、図３のステップＳ１７における「下限温度」は、触
媒燃焼の失火防止の観点から定めてある。従って、浄化
率を考慮すると「下限温度」を高めの値に設定する。
【００６７】また、浄化率は、触媒燃焼器の燃焼ガス中
の酸素濃度を測定することにより推定することができ
る。例えば、所定の空燃比（空気と燃料の比率）で燃料
を触媒燃焼している場合、触媒燃焼器から排出される燃
焼ガス中の酸素濃度が高くなると浄化率が低下する。つ
まり、燃焼が良好に行われていなので酸素が余ると共に
燃料も余り、必然的に浄化率が低下する。従って、浄化
率を加味した制御（酸素濃度測定バージョン）を行う場
合は、例えば、図１の触媒燃焼器１１の後段に高温ガス
中の酸素濃度を検出する一般的な酸素濃度センサを設
け、触媒燃焼器に導入される空気量を加味しつつ高温ガ
ス中の酸素濃度を検出する。そして、検出値が高くなる
と熱移動用ガスの導入を制限する。この構成は、例えば
図３のステップＳ１６を「酸素濃度読込み」、ステップ
Ｓ１７を「酸素濃度＞上限濃度」にすることで実現され
る。
【００６８】このように、浄化率を加味した熱移動用ガ
スの導入制御を行うことで、触媒燃焼器１１における燃
費及び環境を配慮することができる。なお、浄化率は、
次の式により与えられる。 浄化率（％）＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００ Ａ；触媒燃焼器１１の入口における燃料の量 Ｂ；触媒燃焼器１１の出口における未燃焼の燃料の量
【００６９】≪第２実施形態≫次に、本発明の第２実施
形態の原燃料蒸発装置（原燃料蒸発方法）を説明する。
この第２実施形態は、原燃料蒸発装置を備えた燃料電池
システムの一実施形態でもある。なお、第１実施形態と
共通する部分については、第１実施形態での図面を参照
すると共に、同一の符号を付してその説明を省略する。
図８は、第２実施形態の原燃料蒸発装置（燃料電池シス
テム）のブロック構成図である。
【００７０】図８に示すように、本実施形態の燃料電池
システムＦＣＳは、触媒燃焼器１１、蒸発器１２、改質
器１３、燃料電池１４、空気圧縮機１５、制御手段ＣＵ
などから構成される。この燃料電池システムＦＣＳは、
車両に搭載されるものとする。なお、蒸発器１２及び改
質器１３は、触媒燃焼器１１に対する燃料導入手段を構
成する。また、空気圧縮機１５は、触媒燃焼器１１に対
する空気導入手段及び熱移動用ガス導入手段と燃料電池
１４に対する空気供給器を構成する。また、燃料電池１
４は水素利用設備に該当する。
【００７１】図８に示す燃料電池システムＦＣＳは、蒸
発器１２に原燃料（メタノール＋水）と改質空気が供給
され、これを触媒燃焼器１１が発生する熱により原燃料
蒸気にする処理、原燃料蒸気を改質器１３で改質して改
質ガスにする処理、改質ガスと空気圧縮機１５からの空
気を燃料電池１４に供給して発電する処理を実行する。
なお、触媒燃焼器１１には、燃料電池１４のオフガス
（アノードオフガス＋カソードオフガス）が供給されて
熱を発生する。このように触媒燃焼器１１の燃料として
燃料電池１４のオフガスを使用するので、改質器１３や
燃料電池１４のシステムボリュームに起因したリードタ
イムが生じる。具体的には、蒸発器１２への原燃料の増
加導入に対して触媒燃焼器１１への燃料ガス（オフガ
ス）の増加導入に遅れが生じる。従って、原燃料蒸気量
の増加時に触媒燃焼器１１に導入する燃料の量が不足す
る（つまり蒸発器１２に導く熱量が不足する）。
【００７２】以下、各機器を説明する。触媒燃焼器１１
は、第１実施形態のものと同じである。但し、未反応の
水素と酸素を有する燃料電池１４のオフガス（アノード
オフガスとカソードオフガスを混合したオフガス）を触
媒燃焼用の燃料及び空気とする。
【００７３】蒸発器１２は、図２に破線で示した空気導
入ノズル１２ｃを備え、図示しない改質空気供給装置か
らこの空気導入ノズル１２ｃを介して蒸発器１２に改質
空気が供給されるようになっている。この空気導入ノズ
ル１２ｃから蒸発器１２の内部に導入される改質空気
は、渦を巻いたスワール流を形成するようになってい
る。なお、原燃料蒸気は、原燃料と改質空気が混合され
た組成を有する。
【００７４】改質器１３は、オートサーマル用の触媒に
より、メタノール蒸気、水蒸気及び空気が混合された原
燃料蒸気から水素リッチな改質ガスを生成する反応器で
ある。この改質器１３には図示しないＣＯ除去器が備え
られ、改質ガスからＣＯを除去する。
【００７５】燃料電池１４は、固体高分子型の燃料電池
であり、図示しない単セルを数百枚積層した構造をして
いる。この燃料電池１４には、アノード極（水素極）に
改質ガスが供給されカソード極に空気が供給され、改質
ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応して発
電する。発電した電力は、図示しない走行モータ、空気
圧縮機１５、カーエアコンなどの負荷に供給される。
【００７６】空気圧縮機１５は、図示しないモータを動
力とするスーパチャージャである。空気圧縮機１５が圧
縮した空気は、燃料電池１４のカソード極に供給される
と共に、調整弁Ｖ１を介して触媒燃焼器１１に熱移動用
ガスとして供給（導入）されるようになっている。
【００７７】制御手段ＣＵは、第１実施形態と同様に、
インジェクタ１２ｂを介しての原燃料導入制御、調整弁
Ｖ１を介しての熱移動用ガス導入制御などを行う。第２
実施形態では、更に、燃料電池１４（カソード極）に対
する空気供給制御を、空気圧縮機１５を介して行う。
【００７８】〔空気供給ルーチン〕図９のフローチャー
トを参照して、燃料電池１４に対する空気供給ルーチン
を説明する（適宜図８など参照）。図９は、燃料電池に
対する空気供給ルーチンを示すフローチャートである。
なお、この図９の空気供給ルーチンは、例えば２０ミリ
秒のインターバルで繰り返して実行される。
【００７９】まず、制御手段ＣＵが燃料電池１４に対す
る要求出力を入力する（Ｓ５１）。要求出力は、制御手
段ＣＵ以外のコンピュータがアクセル開度信号などに基
づいて、走行モータに供給すべき電力の設定や補機に供
給すべき電力の設定などを行うことにより求める。要求
出力が入力されると空気量供給マップから要求出力に対
応した空気供給量を設定する（Ｓ５２）。本実施形態で
は、空気圧縮機１５が熱移動用ガスの供給装置を兼ねる
（請求項８及び請求項１５参照）。このため、熱移動用
ガスが触媒燃焼器１１に導入されると燃料電池１４に供
給される空気量が不足する。従って、この分の補正を熱
移動用ガス分補正としてステップＳ５３で行う。そし
て、ステップＳ５４で空気供給量に基づいて空気圧縮機
駆動信号を生成し、これを空気圧縮機１５に送信する。
【００８０】これにより空気圧縮機１５は、燃料電池１
４のカソード極に、要求出力に応じた適正な量の空気を
供給する。なお、空気圧縮機１５が改質空気の供給装置
を兼ねる場合は、例えばステップＳ５３でこの補正を行
うことができる。
【００８１】なお、制御手段ＣＵは、第１実施形態に準
じた原燃料の導入制御、熱移動用ガスの導入制御、原燃
料の増加導入制御を実行する（図３など参照）。但し、
蒸発器１２への改質空気の導入量は、原燃料の導入量に
比例して設定されるようになっている。また、各制御に
おける要求原燃料蒸気量は、前記した燃料電池１４に対
する要求出力から設定される。
【００８２】〔燃料電池システムの動作〕次に、前記し
た燃料電池システムＦＣＳの動作を、この燃料電池シス
テムＦＣＳが燃料電池自動車に用いられた場合を想定
し、図１０のタイムチャートを参照して説明する（適宜
図８など参照）。図１０は、（ａ）が要求（出力）値の
増減を、（ｂ）が熱移動用ガスの導入量の増減を、
（ｃ）が蒸発器への供給熱量の増減を、それぞれ示すタ
イムチャートである。
【００８３】まず、ドライバは燃料電池１４の出力（負
荷）の小さな低速運転を一定速度で行っている（Ｓ１０
１）。この際の原燃料蒸発に必要な熱量は、燃料電池１
４のオフガスを触媒燃焼器１１で触媒燃焼することによ
り賄われている。次に、ドライバがスロットルペダルを
急激に踏み込み、その状態を保持する。すると要求出力
が急激に上昇すると共に高い値に保持される（Ｓ１０
２、Ｓ１０３）。
【００８４】制御手段ＣＵは、入力した要求出力から要
求原燃料蒸気量の演算、要求熱量の演算、要求熱量と触
媒燃焼器１１の燃焼熱量とから移動すべき熱量の演算、
移動すべき熱量から熱移動用ガス量の演算を行う（この
点で図５のフローチャートの手法とは異なる）。そし
て、この演算した熱移動用ガス量に基づいて触媒燃焼器
１１に熱移動用ガスを導入する（Ｓ１０４）。これによ
り、原燃料蒸発に必要な熱量が、触媒燃焼器１１から蒸
発器１２に移動する。同時に、要求原燃料蒸気量を満た
すように原燃料が蒸発器１２に増加導入される。この
際、蒸発器１２には熱移動用ガスにより熱が供給されて
いるので、触媒燃焼分の熱量が少ない状況でも、増加さ
れた原燃料は充分に蒸発される。
【００８５】原燃料蒸気量が増加すると、改質器１３に
よる改質ガスの量、燃料電池１４によるオフガス（リタ
ーンガス）の量が順々に増加する。つまり、触媒燃焼器
１１はオフガスを燃料としているので、燃料電池システ
ムＦＣＳのシステムボリューム（及び各工程でのプロセ
スに要する時間）などに起因した所定の遅れをもって触
媒燃焼により生成する熱量が増加し、高温ガスとして蒸
発器１１に供給開始される（Ｓ１０５）。ところで、触
媒燃焼による熱量が増加すると、図１０（ｃ）に示す必
要な熱量がオーバシュートする恐れがある。このため、
熱移動用ガスの導入量が制御手段ＣＵにより低減されだ
す（Ｓ１０５）。そして、充分なオフガスが触媒燃焼器
１１に導入されるようになると、触媒燃焼器１１への熱
移動用ガスの導入が停止される（Ｓ１０６）。後は、オ
フガスを燃料とする触媒燃焼で発生する熱を蒸発器１２
に導くことで、蒸発器１２に導入される原燃料を蒸発す
る。
【００８６】なお、図１０（ｂ）のステップＳ１０５か
らステップＳ１０６にかけて熱移動用ガスの導入量を漸
減処理し、図１０（ｃ）における必要な熱量がオーバシ
ュートしないようにしているが、この処理は次のように
して行うことができる。例えば、（１）触媒燃焼器１１
の触媒温度変化値を温度計Ｔで測定すると共に、触媒燃
焼器１１に導入される燃料ガス（燃料電池１４のオフガ
ス）の流量を図示しない流量計で測定する。そして、触
媒温度変化値の上昇点をステップＳ１０５として、オフ
ガスの増加量に相当する分だけ熱移動用ガスの導入量を
減らして行く。また、（２）触媒燃焼器１１の触媒温度
変化値を温度計Ｔで測定すると共に、図１０（ａ）のス
テップＳ１０２からステップＳ１０３における要求出力
の増加勾配を制御手段ＣＵのメモリに記憶しておく。そ
して、触媒温度変化値の上昇点をステップＳ１０５とし
て、要求出力の増加勾配に応じて、該勾配が大きければ
漸減処理の時間が短くなり、該勾配が小さければ漸減処
理の時間が長くなるように熱移動用ガスの導入量を減ら
して行く。この場合は、漸減時間が０秒にならないよう
にしておくことが好ましい。オフガスの増加は、図１０
（ａ）のステップＳ１０２からステップＳ１０３におけ
る要求出力の増加のように瞬時に達成されることがない
からである。
【００８７】このように原燃料蒸発装置１を燃料電池シ
ステムＦＣＳに適用すると、蒸発器１２への原燃料の増
加導入に対して触媒燃焼器１１への燃料（オフガス）の
増加導入に遅れが生じても、熱移動用ガスの導入によ
り、増加導入された原燃料を応答性よく蒸発することが
できる。ちなみに、熱移動用ガスの導入により触媒燃焼
器１１から持ち出された熱量は、定常運転時や出力低下
時に補われる。
【００８８】なお、本発明者らは、最高出力６０ｋｗの
燃料電池１４を備えた燃料電池システムＦＣＳで、出力
をそれぞれ（ａ）１０ｋｗから４０ｋｗに増加する試
験、（ｂ）１０ｋｗから５０ｋｗに増加する試験、
（ｃ）１０ｋｗから６０ｋｗに増加する試験をそれぞれ
実施例として行った。また、熱移動用ガスの導入を行わ
ないこと以外同じ条件で比較例の試験を行った。その結
果、実施例は、いずれの場合も、数秒で出力増加に対応
した量の原燃料蒸気を生成することができた。一方、熱
移動用ガスの導入を行わない比較例は、実施例に比較し
て３倍から５倍の時間を要した。また、（ｃ）の場合
は、従来例では最高出力に対応した量の原燃料蒸気を生
成することができなかった。このことより、本実施例で
は出力応答性の顕著な向上と出力自体の顕著な向上を達
成することができるのがわかった。即ち、本発明の顕著
な効果が実証された。
【００８９】なお、この燃料電池システムＦＣＳ（原燃
料蒸発装置１）には、図１１に示すようにオフガス予熱
器１６を備えてもよい。この図のオフガス予熱器１６に
は、蒸発器１２で原燃料を蒸発した後の触媒燃焼ガス
（高温ガス）が導入され、オフガスと熱交換を行いオフ
ガスを予熱する。このようにすることで、排出される熱
の有効利用が行われる。また、熱移動用ガス導入後の触
媒燃焼器１１の温度上昇を補助することができる。
【００９０】また、この第２実施形態で説明した燃料電
池システムＦＣＳでは、空気圧縮機１５が圧縮した空気
の一部を熱移動用ガスとして、図８に示す熱移動用ガス
ラインにより燃料電池１４をバイパスして触媒燃焼器１
１に導入するようにした。同時に、燃料電池１４のオフ
ガスを燃料として触媒燃焼器１１に導入するようにし
た。このような構成の代わりに（あるいは加えて）、燃
料電池１４のカソードオフガスを熱移動用ガスとして使
用するようにしてもよい（請求項１７参照）。また、従
来技術のところで説明した技術を適宜併用することがで
きる。
【００９１】また、前記した実施形態では、実原燃料蒸
気量を蒸発器１２の後段に設けた流量計Ｆで測定するよ
うにしたが、予め原燃料噴射量と原燃料蒸気量のマップ
を作成し、このマップを用いて原燃料噴射側（液体側）
での流量測定やインジェクタ１２ｂにおける噴射命令に
より推定するようにしてもよい。このように、本発明は
第１実施形態や第２実施形態に限定されることなく、幅
広く変形実施することができる。
【００９２】
【発明の効果】以上説明した本発明のうち請求項１に記
載の発明によれば、原燃料の蒸発を応答性よく行うこと
ができる。また、請求項２に記載の発明によれば、安定
した制御を行うことができる。また、請求項３に記載の
発明によれば、熱移動用ガスの導入量を適切に決定する
ことができる。また、請求項４及び請求項５に記載の発
明によれば、触媒燃焼を安定して継続することができ
る。また、請求項６に記載の発明によれば、燃焼ガスの
浄化状態を考慮した原燃料蒸発装置の運転を行うことが
できる。また、請求項７に記載の発明によれば、触媒燃
焼を安定して継続することができると共に、熱を熱移動
用ガスに与えやすい。また、取り扱いが容易である。ま
た、請求項８に記載の発明によれば、機器を共通化して
コンパクト化することができる。また、請求項９に記載
の発明によれば、触媒温度を計測することにより熱移動
用ガスの導入量や導入停止のタイミングなどを適切に決
定することができる。また、請求項１０に記載の発明に
よれば、液溜まりの防止などを図りつつ、より応答性よ
く原燃料の蒸発を行うことができる。また、請求項１１
に記載の発明によれば、実原燃料蒸気量が目標値に達し
た後の蒸気量のオーバシュートを防止することができ
る。また、請求項１２に記載の発明によれば、実原燃料
蒸気量が目標値に達した後の制御を確実に行うことがで
きる。
【００９３】また、請求項１３及び請求項１４に記載の
発明によれば、応答性よく原燃料蒸気を生成することが
できる。
【００９４】また、請求項１５に記載の発明によれば、
燃料電池システムにおける原燃料蒸発の応答性を良くす
ることができる。また、機器をコンパクトにすることが
できる。また、請求項１６に記載の発明によれば、オフ
ガスを熱移動用ガスとして使用することができる。ま
た、請求項１７に記載の発明によれば、触媒温度を計測
することにより熱移動用ガスの導入量や導入停止のタイ
ミングなどを適切に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる第１実施形態の原燃料蒸発
装置のブロック構成図である。
【図２】 触媒燃焼器と蒸発器を一体にした原燃料蒸
発装置（本体）の側断面図である。
【図３】 原燃料の導入制御及び熱移動用ガスの導入
制御を行うフローチャートである（メインルーチン）。
【図４】 原燃料の導入制御を行うフローチャートで
ある。
【図５】 熱移動用ガスの導入制御を行うフローチャ
ートである。
【図６】 原燃料の増加導入制御を行うフローチャー
トである。
【図７】 （ａ）は熱移動用ガスの原燃料増加調整処
理の効果を模式的に説明する図であり、（ｂ）は蒸発器
への供給熱量に対する熱移動用ガス分（触媒燃焼器の熱
量持ち出し分）の熱量と触媒燃焼分の熱量の関係を模式
的に説明する図であり、（ｃ）は燃料増加の遅れと熱移
動用ガス導入の関係を示す図である。
【図８】 本発明の第２実施形態の原燃料蒸発装置
（燃料電池システム）のブロック構成図である。
【図９】 燃料電池に対する空気供給ルーチンを示す
フローチャートである。
【図１０】 第２実施形態の原燃料蒸発装置におけ
る、（ａ）が要求（出力）値の増減を、（ｂ）が熱移動
用ガスの導入量の増減を、（ｃ）が蒸発器への供給熱量
の増減を、それぞれ示すタイムチャートである。
【図１１】 燃料電池システムの変形例を示す図であ
る。
【図１２】 従来例の原燃料蒸発装置のブロック構成図
である。
【図１３】 従来例の原燃料蒸発装置のブロック構成図
である。
【符号の説明】
１ … 原燃料蒸発装置 １１ … 触媒燃焼器 １２ … 蒸発器 １３ … 改質器 １４ … 燃料電池（水素利用機器、燃料導入手段） １５ … 空気圧縮機（空気導入手段、空気供給器、熱
移動用ガス導入手段） ＦＣＳ… 燃料電池システム ＣＵ … 制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｈ０１Ｍ 8/00 Ｚ 8/10 ＺＡＢ 8/10 ＺＡＢ (72)発明者 立原 隆宏 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 浅野 裕次 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EA07 EB03 EB32 EB42 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】液体状の原燃料を蒸発させる蒸発器と、 前記蒸発器に原燃料を導入する原燃料導入手段と、 触媒燃焼用の燃料と空気が供給されて触媒燃焼し前記蒸
    発器に原燃料蒸発のための熱を供給する触媒燃焼器と、 前記触媒燃焼器に触媒燃焼用の燃料を導入する燃料導入
    手段と、 前記触媒燃焼器に前記燃料を触媒燃焼させるのに見合う
    空気を導入する空気導入手投と、 前記触媒燃焼器の保有する熱を、当該触媒燃焼器に熱移
    動用ガスを導入することで前記蒸発器に移動させる熱移
    動用ガス導入手段と、 前記蒸発器から発生する蒸気量を増加する際、前記熱移
    動用ガス導入手段を介して前記熱移動用ガス量を増加す
    る制御手段と、を備えることを特徴とする原燃料蒸発装
    置。
  2. 【請求項２】前記制御手段は、増加させる前記蒸気量が
    所定量以上である場合に、前記熱移動用ガス導入手段を
    介して前記熱移動用ガス量を増加する構成を備えること
    を特徴とする請求項１に記載の原燃料蒸発装置。
  3. 【請求項３】前記制御手段は、前記増加させる蒸気量の
    目標値から要求熱量を求め、該要求熱量と前記触媒燃焼
    器の燃焼熱量とから移動すべき熱量を求め、該移動すべ
    き熱量から前記熱移動用ガス量を決定する構成を備える
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の原燃料
    蒸発装置。
  4. 【請求項４】前記熱移動用ガス量が所定の限界値を超え
    る場合には、 前記制御手段は、前記熱移動用ガス導入手段を介して前
    記熱移動用ガスの導入を制限する構成を備えることを特
    徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
    の原燃料蒸発装置。
  5. 【請求項５】前記熱移動用ガスを導入することで、前記
    触媒燃焼器の温度が触媒燃焼維持温度を下回る場合に
    は、 前記制御手段は、前記熱移動用ガス導入手段を介して前
    記熱移動用ガスの導入を制限する構成を備えることを特
    徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
    の原燃料蒸発装置。
  6. 【請求項６】前記制御手段は、前記触媒燃焼器の燃焼ガ
    スの浄化状態に応じて前記熱移動用ガスの導入を制限す
    る構成を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項
    ５のいずれか１項に記載の原燃料蒸発装置。
  7. 【請求項７】前記触媒燃焼器は、ハニカム担持体に触媒
    を担持させてなる構成を備えることを特徴とする請求項
    １ないし請求項６のいずれか１項に記載の原燃料蒸発装
    置。
  8. 【請求項８】前記空気導入手投と前記熱移動用ガス導入
    手段とは、前記熱移動用ガスを空気とした同一の手段に
    より構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項
    ７のいずれか１項に記載の原燃料蒸発装置。
  9. 【請求項９】前記燃料導入手段による前記触媒燃焼器へ
    の燃料増加により、前記触媒燃焼器の温度変化値が正方
    向に増加する場合には、 前記制御手段は、前記熱移動用ガス導入手段を介して前
    記熱移動用ガスの導入を制限する構成を備えることを特
    徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載
    の原燃料蒸発装置。
  10. 【請求項１０】前記制御手段は、前記熱移動用ガス導入
    手段による熱移動用ガスの導入を行う際、 実原燃料蒸気量が前記増加させる蒸気量の目標値に達す
    る前に、該目標値から求まる必要量以上に前記原燃料導
    入手段を介して前記蒸発器に導入する原燃料量の増加調
    整を行う構成を備えることを特徴とする請求項１ないし
    請求項９のいずれか１項に記載の原燃料蒸発装置。
  11. 【請求項１１】実原燃料蒸気量が前記増加させる蒸気量
    の目標値に達した後に該目標値を維持する際、 前記制御手段は、前記原燃料導入手段を介して前記蒸気
    量の目標値から求まる必要量以下に原燃料量を低減調整
    する構成を備えることを特徴とする請求項１ないし請求
    項１０のいずれか１項に記載の原燃料蒸発装置。
  12. 【請求項１２】実原燃料蒸気量が前記増加させる蒸気量
    の目標値に達した後、 前記制御手段は、前記蒸発器の後流に設けられる蒸気量
    測定手段からの信号を受け、前記原燃料導入手段を介し
    て前記蒸発器に導入する原燃料量を調整する構成を備え
    ることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれ
    か１項に記載の原燃料蒸発装置。
  13. 【請求項１３】触媒燃焼用の燃料と空気とが導入されて
    触媒燃焼する触媒燃焼器が発生する高温ガスを、液体状
    の原燃料が導入される蒸発器に導いて前記原燃料を蒸発
    する原燃料蒸発方法において、 前記原燃料の蒸気を改質した改質ガスを水素利用設備で
    利用した後の未利用ガスの一部又は全部を、前記燃料と
    して前記触媒燃焼器に連続的に導入すると共に、 前記蒸発器に対する蒸発負荷の増加を検出すると前記触
    媒燃焼器に導入する前記空気の量を増加して前記高温ガ
    スの量を増すこと、を特徴とする原燃料蒸発方法。
  14. 【請求項１４】触媒燃焼用の燃料と空気とが導入されて
    触媒燃焼する触媒燃焼器が発生する高温ガスを、液体状
    の原燃料が導入される蒸発器に導いて前記原燃料を蒸発
    する原燃料蒸発方法において、 前記原燃料の蒸気量増加時、前記蒸発器への前記原燃料
    の増加導入に対して前記触媒燃焼器への前記燃料の増加
    導入に遅れが生じる場合は、前記触媒燃焼器に導入する
    前記空気の量を増加して前記高温ガスの量を増すこと、
    を特徴とする原燃料蒸発方法。
  15. 【請求項１５】請求項１ないし請求項１２のいずれかに
    記載の蒸発器と触媒燃焼器と燃料導入手段と空気導入手
    段と熱移動用ガス導入手段と制御手段を含んで構成され
    る原燃料蒸発装置と、 前記原燃料蒸発装置が発生した原燃料蒸気を供給され、
    水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、 前記改質器が生成した改質ガスと空気が供給されて発電
    する燃料電池とを備える燃料電池システムであって、 前記熱移動用ガス導入手段は前記燃料電池に空気を供給
    する空気供給器を兼ねる構成を備えると共に、前記燃料
    導入手段は前記燃料電池の水素を含むオフガスを前記触
    媒燃焼器に導入する構成を備えることを特徴とする原燃
    料蒸発装置を備えた燃料電池システム。
  16. 【請求項１６】前記熱移動用ガス導入手段は、 前記燃料電池から排出されるオフガスを前記触媒燃焼器
    に導入利用する構成を備えることを特徴とする請求項１
    ５に記載の原燃料蒸発装置を備えた燃料電池システム。
  17. 【請求項１７】前記オフガスの導入利用による前記触媒
    燃焼器への燃料増加により前記触媒燃焼器の温度変化値
    が正方向に増加する場合には、 前記制御手段は、前記熱移動用ガス導入手段を介して前
    記熱移動用ガス量の制限する構成を備えることを特徴と
    する請求項１５又は請求項１６に記載の原燃料蒸発装置
    を備えた燃料電池システム。
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