JP2008290930A - 改質装置および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】改質装置および燃料電池システムにおいて、起動運転時であって蒸発部で水蒸気の生成が開始された時点以降に、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に供給することにより、改質部の温度に関係なく燃焼部における燃焼、着火を安定させる。
【解決手段】改質装置の制御装置は、起動運転時であって、水蒸気生成検出手段（ステップ１１２，１１８）によって水蒸気の生成を検出した時点以降において、水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態および改質部の温度ならびに該時点より後の改質部の温度に基づいて、少なくとも燃焼部での第１可燃ガスまたは第２可燃ガスによる燃焼を切替制御する（ステップ１４４，１０２〜１０６、ステップ１４４、１３４〜１３８）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、改質装置および燃料電池システムに関する。

改質装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１，２に示されているように、改質装置においては、炭化水素系の原料ガスと水蒸気から改質ガスを生成する改質部１と、改質部１を加熱する燃焼部７と、燃焼部７に空気を供給する送風部８と、改質部１の温度を検出する改質部温度検知手段１３と、改質部１に前記水蒸気を供給する蒸発部３と、改質部１で生成された改質ガス及び／又は改質部１を流通した前記原料ガスを、燃焼部７又は前記改質ガスを利用する装置１２のうちどちらか一方に導くための切り替え弁１１と、起動時に改質部１を前記原料ガスでパージし、改質部１を流通した前記原料ガスを切り替え弁１１を介して燃焼部７に供給することで燃焼部７が着火し、改質部温度検出手段１３により検出される温度が炭素析出反応が進行しない第１の所定温度以下となるように燃焼部７を制御する制御手段１６とを備えている。

このような改質装置においては、ステップ５Ｓにて水蒸気発生を検出する前において、水蒸気が不足した状態で改質部１が高温とならないように以下の制御を行っている。ステップ４Ｓにて起動時に天然ガス量を減少させるかあるいは送風部８からの空気量を増加させることで、第１の所定温度である３５０℃以下とならないときには、ステップ１５Ｓにて制御手段１６は開閉弁１５を閉止し原料である天然ガスの供給を停止させる。天然ガスの供給停止により燃焼部７を失火させることで、改質部１の温度を低下させる。次に、ステップ１６Ｓにて改質部１の温度が本発明の第３の所定温度の一例である約３００℃以下まで低下したことが検知された後、ステップ１７Ｓにて送風部８、点化器（図示せず）を動作させて、開閉弁１５を開く。そして、制御手段１６は原料供給部２を動作させ、原料を改質部１に供給し、燃焼部７での燃焼を再開できる。

また、ステップ５Ｓにて水蒸気発生を検出した後において、原料および水供給部４からの水の供給を増加させる。次に、ステップ６Ｓにて、燃焼部７に供給される可燃ガス流量を増加させ改質器１の温度を６００℃以上の水蒸気改質反応が進行する第２の所定温度に昇温させる。
特開２００５−２０６３９５号公報

上述した特許文献１に記載の改質装置においては、水蒸気発生前において、改質部１の温度が改質部１の触媒の活性温度域の低い温度範囲（３００℃から３５０℃）となるように制御している。しかし、水蒸気発生後において、可燃ガス流量を増加させ改質器１の温度を６００℃以上とする制御の記載しかない。水蒸気が発生する場合において、改質部１から生成される改質ガス中の水素の割合は改質部１の温度によって異なる。すなわち、改質部１の温度が低ければ（３５０℃に近い温度）水素の割合は比較的小さく、高ければ（６００℃に近い温度）水素の割合は比較的大きい。したがって、改質部の温度によって燃焼部７に供給される改質ガスの組成が異なるため、燃焼部７において燃焼、着火が不安定となるおそれがあった。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、改質装置および燃料電池システムにおいて、起動運転時であって蒸発部で水蒸気の生成が開始された時点以降に、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に供給することにより、改質部の温度に関係なく燃焼部における燃焼、着火を安定させることを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質部と、改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、第１可燃ガスが供給されて該第１可燃ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼する第１噴出器と、第１可燃ガスより水素の割合が多い第２可燃ガスが供給されて該第２可燃ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼する第２噴出器とを備えた燃焼部と、第１噴出器に第１可燃ガスを供給する第１経路と第２噴出器に第２可燃ガスを供給する第２経路とを切り替える切替手段と、蒸発部にて水蒸気が生成したことを検出する水蒸気生成検出手段と、起動運転時であって、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点以降において、水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態および改質部の温度ならびに該時点より後の改質部の温度に基づいて、少なくとも燃焼部での第１可燃ガスまたは第２可燃ガスによる燃焼を切替制御する燃焼制御手段と、を備えたことである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、燃焼制御手段は、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第１所定温度以上である場合、切替手段により第１経路から第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼することである。

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、燃焼制御手段は、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第１所定温度未満である場合、切替手段により第１経路に切り替えて第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼し、該燃焼により改質部の温度が第１所定温度より高い第２所定温度以上となった場合、切替手段により第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼することである。

また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、燃焼制御手段は、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第１所定温度より高い第２所定温度以上である場合、切替手段により第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼することである。

また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、燃焼制御手段は、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第２所定温度未満である場合、第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼し、該燃焼により改質部の温度が第１所定温度より高い第２所定温度以上となった場合、切替手段により第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼することである。

また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項３乃至請求項５の何れか一項においては、燃焼制御手段は、第１噴出器での燃焼から第２噴出器での燃焼に切り替える際に、第１噴出器での燃焼を停止し、燃焼部を燃焼用酸化剤ガスでパージした後に、第２噴出器での燃焼を開始することである。

また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項６において、燃焼用酸化剤ガスは燃焼部をパージするとともに改質部を冷却し、燃焼制御手段は、第２噴出器での燃焼の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量を、第２噴出器での燃焼の開始前であって第１噴出器での燃焼の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量に比べて減少させることである。

また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７において、燃焼制御手段は、燃焼用酸化剤ガスのパージのうち該パージを開始する時点の改質部の改質ガス出口温度が第３所定温度以上であるものを、第２噴出器での燃焼の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージであるとすることである。

また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項６の何れか一項において、第１経路は改質部を通らないで第１噴出器に連通する経路であり、第２経路は改質部を通って第２噴出器に連通する経路であることである。

また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項６の何れか一項において、第１経路および第２経路はいずれも改質部を通ってその後分岐して第１噴出器および第２噴出器にそれぞれ連通する経路であることである。

また請求項１１に係る燃料電池システムの発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１０の何れか一項の改質装置から導出される改質ガスを燃料ガスとして使用することである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、起動運転時であって、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点以降において、燃焼制御手段が、水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態および改質部の温度ならびに該時点より後の改質部の温度に基づいて、少なくとも燃焼部での第１可燃ガスまたは第２可燃ガスによる燃焼を切替制御する。したがって、起動運転時において、水蒸気の生成後であって、改質部の温度が比較的低い場合、水素の割合が比較的少ない第１可燃ガスが燃焼部に供給されても第１噴出器で燃焼可能となるので、その燃焼、着火を安定させることができる。また、改質部の温度が比較的高い場合、水素の割合が比較的多い第２可燃ガスが燃焼部に供給されても第２噴出器で燃焼可能となるので、その燃焼、着火を安定させることができる。したがって、起動運転時であって蒸発部で水蒸気の生成が開始された時点以降に、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に適切に供給することにより、改質部の温度に関係なく燃焼部における燃焼、着火を安定させることができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第１所定温度以上である場合において、燃焼制御手段が切替手段により第１経路から第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼するので、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に適切に供給することにより、燃焼部における燃焼、着火を安定させることができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１に係る発明において、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第１所定温度未満である場合において、燃焼制御手段が切替手段により第１経路に切り替えて第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼し、該燃焼により改質部の温度が第１所定温度より高い第２所定温度以上となった場合、切替手段により第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼するので、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に確実かつ適切に供給することにより、燃焼部における燃焼、着火を安定させることができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１に係る発明において、燃焼制御手段は、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第１所定温度より高い第２所定温度以上である場合、切替手段により第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼するので、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に確実かつ適切に供給することにより、燃焼部における燃焼、着火を安定させることができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１に係る発明において、燃焼制御手段は、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部の状態が第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、水蒸気生成検出手段によって水蒸気の生成を検出した時点における改質部の温度が第２所定温度未満である場合、第１噴出器で第１可燃ガスを燃焼し、該燃焼により改質部の温度が第１所定温度より高い第２所定温度以上となった場合、切替手段により第２経路に切り替えて第２噴出器で第２可燃ガスを燃焼するので、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に確実かつ適切に供給することにより、燃焼部における燃焼、着火を安定させることができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項３乃至請求項５の何れか一項に係る発明においては、燃焼制御手段は、第１噴出器での燃焼から第２噴出器での燃焼に切り替える際に、第１噴出器での燃焼を停止し、燃焼部を燃焼用酸化剤ガスでパージした後に、第２噴出器での燃焼を開始するので、噴出器の切り替えによる燃焼、着火の不安定を抑制し燃焼、着火をより安定的に行うことができる。

上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項６に係る発明において、燃焼用酸化剤ガスは燃焼部をパージするとともに改質部を冷却し、燃焼制御手段は、第２噴出器での燃焼の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量を、第２噴出器での燃焼の開始前であって第１噴出器での燃焼の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量に比べて減少させる。これにより、第２噴出器での燃焼直前の燃焼用酸化剤ガスのパージ期間においては、それまでの燃焼用酸化剤ガスのパージ期間に比べて燃焼用酸化剤ガスの流量を少なくすることで、パージにともなう燃焼用酸化剤ガスによる改質部の必要以上の温度低下を抑制することができる。したがって、たとえパージによって改質部の温度が低下しても、その低下量を小さく抑制することで、再び改質部が加熱されて第２噴出器での燃焼開始温度に達するまでの時間を短縮することができ、ひいては起動時間を短縮することができる。また、改質部は第２噴出器での燃焼開始温度に達しているが、水蒸気の生成を検出していない場合、改質部の温度低下を抑制し高い温度にできるだけ維持することで、水蒸気の生成検出の機会をできるだけ長く確保して第１噴出器での再燃焼を抑制し、起動時間を短縮することができる。

上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項７において、燃焼制御手段は、燃焼用酸化剤ガスのパージのうち該パージを開始する時点の改質部の改質ガス出口温度が第３所定温度以上であるものを、第２噴出器での燃焼の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージであるとする。これにより、第２噴出器での燃焼の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージを確実に検出することができるので、第２噴出器での燃焼直前の燃焼用酸化剤ガスのパージ期間において確実にパージ流量を減少させることができる。

上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項１乃至請求項６の何れか一項に係る発明において、第１経路は改質部を通らないで第１噴出器に連通する経路であり、第２経路は改質部を通って第２噴出器に連通する経路である場合において、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に適切に供給することにより、燃焼部における燃焼、着火を安定させることができる。

上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項１乃至請求項６の何れか一項に係る発明において、第１経路および第２経路はいずれも改質部を通ってその後分岐して第１噴出器および第２噴出器にそれぞれ連通する経路である場合において、改質部の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に適切に供給することにより、燃焼部における燃焼、着火を安定させることができる。

上記のように構成した請求項１１に係る燃料電池システムの発明においては、安定した燃焼運転される改質装置から安定的に供給される改質ガスすなわち燃料ガスを使用して、燃料電池システムを安定的に運転することができる。

１）第１の実施の形態
以下、本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの第１の実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む改質ガスを生成する改質装置２０を備えている。

燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２と両極１１，１２間に介在された電解質１３を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。

改質装置２０は、改質用燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、改質部２１、冷却部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４、燃焼部２５、および蒸発部２６から構成されている。改質用燃料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本第１の実施の形態においては天然ガスにて説明する。

改質部２１は、改質用燃料に改質水が混合された改質用原料である混合ガスから改質ガスを生成して導出するものである。この改質部２１は有底円筒状に形成されており、環状筒部内に軸線に沿って延在する環状の折り返し流路２１ａを備えている。

改質部２１の折り返し流路２１ａ内には、触媒２１ｂ（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、冷却部２２から導入された改質用燃料と水蒸気供給管５１から導入された水蒸気との混合ガスが触媒２１ｂによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は冷却部（熱交換部）２２に導出されるようになっている。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。改質部２１の触媒２１ｂの活性温度域は４００℃から８００℃である。改質部２１の温度が触媒２１ｂの活性温度域内であれば、その温度が高いほど生成される水素が多い。

また、改質部２１内には、改質部２１内の温度例えば燃焼部２５との間の壁付近の温度（Ｔ１）を測定する温度センサ２１ｃが設けられている。改質部２１の温度Ｔ１は、燃焼部２５の燃焼温度がよく反映された温度である。温度センサ２１ｃの検出結果は制御装置３０に送信されている。さらに、改質部２１の出口には、改質部２１から導出される改質ガスの温度（改質部出口ガス温度）Ｔ３を測定する温度センサ２１ｄが設けられている。改質部出口ガス温度Ｔ３は、改質部２１の触媒２１ｂの温度がよく反映された温度である。温度センサ２１ｄの検出結果は制御装置３０に送信されている。

冷却部２２は、改質部２１から導出された改質ガスと、改質用燃料と改質水（水蒸気）との混合ガスとの間で熱交換が行われる熱交換器（熱交換部）であって、高温である改質ガスを低温である混合ガスによって降温してＣＯシフト部２３に導出するとともに混合ガスを改質ガスによって昇温して改質部２１に導出するようになっている。

具体的には、冷却部２２には図示しない燃料供給源（例えば都市ガス管）に接続された改質用燃料供給管４１が接続されている。改質用燃料供給管４１には、上流から順番に改質用燃料ポンプ４２、脱硫器４６および改質用燃料バルブ４３が設けられている。改質用燃料バルブ４３は改質用燃料供給管４１を開閉するものである。改質用燃料ポンプ４２は改質用燃料を供給しその供給量を調整する改質用燃料供給手段である。脱硫器４６は燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。燃料のうち改質部２１に供給されて改質されるものを改質用燃料といい、燃焼部２５に供給されて燃焼されるものを燃焼用燃料という。

また、改質用燃料供給管４１の脱硫器４６と改質用燃料バルブ４３との間には燃焼部２５に接続された燃焼用空気供給管６４に接続された燃焼用燃料供給管４４が接続されている。燃焼用燃料供給管４４には燃焼用燃料バルブ４５が設けられている。燃焼用燃料バルブ４５は燃焼用燃料供給管４４を開閉するものである。燃料ポンプ４２が駆動され改質用燃料バルブ４３が閉じられ燃焼用燃料バルブ４５が開かれている場合、燃焼部２５に燃焼用燃料が供給され、また、燃料ポンプ４２が駆動され改質用燃料バルブ４３が開かれ燃焼用燃料バルブ４５が閉じられている場合、改質部２１に改質用燃料が供給される。

さらに、改質用燃料供給管４１の改質用燃料バルブ４３と冷却部２２との間には蒸発部２６に接続された水蒸気供給管５１が接続されている。蒸発部２６から供給された水蒸気が改質用燃料に混合され、その混合ガスが冷却部２２を通って改質部２１に供給されている。

ＣＯシフト部２３は、改質部２１から冷却部２２を通って供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減するものすなわち一酸化炭素低減部である。ＣＯシフト部２３は、内部に上下方向に沿って延在する折り返し流路２３ａを備えている。折り返し流路２３ａ内には触媒２３ｂ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）が充填されている。ＣＯシフト部２３においては、冷却部２２から導入された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気は、触媒２３ｂにより反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。この一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。

また、ＣＯシフト部２３内には、ＣＯシフト部２３内の温度を測定する温度センサ２３ｃが設けられている。温度センサ２３ｃの検出結果は制御装置３０に送信されている。

ＣＯ選択酸化部２４は、ＣＯシフト部２３から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池１０に供給するものでありすなわち一酸化炭素低減部である。ＣＯ選択酸化部２４は、円筒状に形成されて、蒸発部２６の外周壁を覆って当接して設けられている。ＣＯ選択酸化部２４の内部には、触媒２４ａ（例えば、ＲｕまたはＰｔ系の触媒）が充填されている。

また、ＣＯ選択酸化部２４内には、ＣＯ選択酸化部２４内の温度を測定する温度センサ２４ｂが設けられている。温度センサ２４ｂの検出結果は制御装置３０に送信されている。

このＣＯ選択酸化部２４の側壁面下部および側壁面上部には、ＣＯシフト部２３に接続された接続管８９および燃料電池１０の燃料極１１に接続された改質ガス供給管７１がそれぞれ接続されている。接続管８９には、酸化用空気供給管６１が接続されている。これにより、ＣＯ選択酸化部２４には、ＣＯシフト部２３からの改質ガスと大気からの酸化用空気が導入されるようになっている。なお、酸化用空気供給管６１には、上流から順番に酸化用空気ポンプ６２および酸化用空気バルブ６３が設けられている。酸化用空気ポンプ６２は酸化用空気を供給しその供給量を調整するものである。酸化用空気バルブ６３は酸化用空気供給管６１を開閉するものである。

したがって、ＣＯ選択酸化部２４内に導入された改質ガス中の一酸化炭素は、酸化用空気中の酸素と反応（酸化）して二酸化炭素になる。この反応は発熱反応であり、触媒２４ａによって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）導出され、燃料電池１０の燃料極１１に供給されるようになっている。

燃料電池１０の燃料極１１の導入口には改質ガス供給管７１を介してＣＯ選択酸化部２４が接続されるとともに、燃料極１１の導出口にはオフガス供給管７２を介して燃焼部２５が接続されている。バイパス管７３は燃料電池１０をバイパスして改質ガス供給管７１およびオフガス供給管７２を直結するものである。改質ガス供給管７１にはバイパス管７３との分岐点と燃料電池１０との間に第１改質ガスバルブ７４が設けられている。オフガス供給管７２にはバイパス管７３との合流点と燃料電池１０との間にオフガスバルブ７５が設けられている。バイパス管７３には第２改質ガスバルブ７６が設けられている。

起動運転時には、改質装置２０から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池１０に供給するのを回避するため、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開き、定常運転（発電運転）時には、改質装置２０からの改質ガスを燃料電池１０に供給するため、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じている。

また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、カソード用空気供給管６７が接続されるとともに、空気極１２の導出口には、排気管８２が接続されている。空気極１２に空気が供給され、オフガスが排気されるようになっている。なお、カソード用空気供給管６７には上流から順にカソード用空気ポンプ６８およびカソード用空気バルブ６９が設けられている。カソード用空気ポンプ６８はカソード用空気を供給しその供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ６９はカソード用空気供給管６７を開閉するものである。

燃焼部２５は、第１および第２噴出器である第１および第２ノズル２５ａ，２５ｂを備えており、改質部２１の内周壁内に下端部が挿入されて空間をおいて配置されている。第１噴出器は熱量が大きい燃焼用燃料に適合したものであり、第２噴出器は第１噴出器で燃焼する燃焼ガスより熱量が小さい燃焼用燃料に適合したものである。燃焼ガスの熱量により噴出器の形態を変える方法としては、熱量が大きい場合には予混合燃焼方式とし、熱量の小さい場合には拡散燃焼方式とする方法、噴出器の噴出口の口径を熱量に適合したものに変える方法などがある。図１の第１の実施の形態では、第１噴出器である第１ノズル２５ａは予混合燃焼方式であり、改質前の燃焼用燃料（例えば、天然ガス）に適合しており、第２噴出器である第２ノズル２５ｂは拡散燃焼方式であり、改質ガスに適合している。

第１ノズル２５ａには、燃焼用空気供給管６４が接続されている。燃焼用空気供給管６４には上流から順番に燃焼用空気ポンプ６５および燃焼用空気バルブ６６が設けられている。燃焼用空気ポンプ６５は燃焼用酸化剤ガスである燃焼用空気を供給しその供給量を調整する燃焼用酸化剤ガス供給手段である。燃焼用空気バルブ６６は燃焼用空気供給管６４を開閉するものである。燃焼用空気供給管６４には、上述したように燃焼用燃料供給管４４が接続されており、第１ノズル２５ａで燃焼用燃料が燃焼される場合には、その燃焼用燃料に予め燃焼用空気が混合されるようになっている。なお、燃焼用空気は大気から供給されるようになっている。

第２ノズル２５ｂには、燃料極１１の導出口に一端が接続されているオフガス供給管７２の他端が接続されている。第２ノズル２５ｂには、燃料電池１０からのアノードオフガス、または燃料電池１０を通らないで供給されるＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが供給されるようになっている。第２ノズル２５ｂで改質ガスまたはアノードオフガスが燃焼される場合には、第１ノズル２５ａから供給された燃焼用空気で燃焼されるようになっている。

燃料電池システム（改質装置２０）の起動開始から蒸発部２６で水蒸気が生成されるまでは、改質用燃料バルブ４３が閉じられ燃焼用燃料バルブ４５が開かれ燃料ポンプ４２が駆動されて、燃焼用燃料が燃焼部２５の第１ノズル２５ａに供給され燃焼される。

水蒸気が生成された以降で起動運転が終了するまでは、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ未満である場合、改質用燃料バルブ４３が閉じられ燃焼用燃料バルブ４５が開かれ燃料ポンプ４２が駆動されて、燃焼用燃料が燃焼部２５の第１ノズル２５ａに供給され燃焼される。一方、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ以上である場合、改質用燃料バルブ４３が開かれ燃焼用燃料バルブ４５が閉じられ燃料ポンプ４２が駆動されるとともに、第２改質ガスバルブ７６が開かれ第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５が閉じられて、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃焼部２５の第２ノズル２５ｂに供給され燃焼される。

燃料電池１０の定常運転時には、改質用燃料バルブ４３が開かれ燃焼用燃料バルブ４５が閉じられ燃料ポンプ４２が駆動されるとともに、第２改質ガスバルブ７６が閉じられ第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５が開かれて、燃料電池１０から排出されるアノードオフガス（燃料極１１にて未使用な水素を含んだ改質ガス）が燃焼部２５の第２ノズル２５ｂに供給されて燃焼される。

このように構成された燃焼部２５は着火されると、供給されている燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスが燃焼用空気によって燃焼されて高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、改質部２１を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するためのものである。燃焼ガスは、燃焼ガス流路２７を流通し、排気管８１を通って燃焼排ガスとして排気される。これにより、燃焼ガスは改質部２１および蒸発部２６をこの順番で加熱する。燃焼ガス流路２７は、改質部２１の内周壁に沿って当接して配設され、折り返されて改質部２１の外周壁と断熱部２８との間に当接して配設され、折り返されて断熱部２８と蒸発部２６の間に当接して配設された流路である。

蒸発部２６は、改質水を蒸発させて水蒸気を生成して冷却部２２を介して改質部２１に供給するものである。蒸発部２６は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路２７の外周壁を覆って当接して設けられている。

この蒸発部２６の下部（例えば側壁面下部、底面）には改質水タンク（図示省略）に接続された給水管５２が接続されている。蒸発部２６の上部（例えば側壁面上部）には水蒸気供給管５１が接続されている。改質水タンクから導入された改質水は、蒸発部２６内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱およびＣＯ選択酸化部２４からの熱によって加熱されて、水蒸気となって水蒸気供給管５１および冷却部２２を介して改質部２１へ導出するようになっている。なお、給水管５２には、上流から順番に改質水ポンプ５３および改質水バルブ５４が設けられている。改質水ポンプ５３は、蒸発部２６に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水バルブ５４は給水管５２を開閉するものである。

また、蒸発部２６には、蒸発部２６内の水蒸気の温度（Ｔ２）を検出する温度センサ２６ａが設けられている。温度センサ２６ａの検出結果は制御装置３０に送信されている。なお、水蒸気の温度が検出できれば、例えば冷却部２２の入口付近や、蒸発部２６と冷却部２２との間の水蒸気供給管５１に温度センサ２６ａを設けるようにしてもよい。この水蒸気の温度ＴＳは、改質部２１に供給される改質水の温度である。

また、燃料電池システムは制御装置３０を備えており、この制御装置３０には、上述した温度センサ２１ｃ，２３ｃ，２４ｂ，２６ａ、各ポンプ４２，５３，６２，６５，６８、各バルブ４３，４５，５４，６３，６６，６９，７４，７５，７６、および燃焼部２５が接続されている（図２参照）。制御装置３０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、温度センサ２１ｃ，２３ｃ，２４ｂ，２６ａ、２１ｄからの温度に基づいて、各ポンプ４２，５３，６２，６５，６８、各バルブ４３，４５，５４，６３，６６，６９，７４，７５，７６、および燃焼部２５を制御することにより、改質装置の起動運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

第１経路Ｌ１は、第１ノズル２５ａに第１可燃ガスである燃焼用燃料を供給する経路であり、改質用燃料供給管４１，燃焼用燃料供給管４４，燃焼用空気供給管６４から構成されている。

第２経路Ｌ２は、第２ノズル２５ｂに第２可燃ガスである改質ガスまたはアノードオフガスを供給する経路であり、改質用燃料供給管４１、改質装置２０、改質ガス供給管７１，バイパス管７３，オフガス供給管７２から構成される経路、または改質用燃料供給管４１、改質装置２０、改質ガス供給管７１，燃料電池１０，オフガス供給管７２から構成される経路のことをいう。

切替装置８５は、第１経路Ｌ１と第２経路Ｌ２とを切り替える切替手段であり、改質用燃料バルブ４３および燃焼用燃料バルブ４５から構成されている。なお、これに代えて、改質用燃料供給管４１と燃焼用燃料供給管４４と分岐点に三方弁を設けるようにしてもよい。

次に、上述した燃料電池システムの作動について図３を参照して説明する。制御装置３０は、図示しない起動スイッチがオンされると、起動運転を開始する（ステップ１００）。なお、フラグＦは０にリセットされる。制御装置３０は燃焼部２５にて燃焼用燃料での燃焼を開始する。まず、制御装置３０は、燃焼用空気バルブ６６を開き燃焼用空気ポンプ６５を駆動して、燃焼部２５に燃焼用空気を予め設定されている規定流量Ａ１で供給する。これにより、燃焼部２５内を燃焼用空気でパージする（ステップ１０２）。

次に、制御装置３０は、燃焼部２５に内蔵のイグナイタ（図示省略）を通電する（ステップ１０４。イグナイタの代わりにグロープラグでもよい。）。なお、制御装置３０は、着火検知または燃焼用燃料を投入した時点から所定時間経過後にイグナイタ通電を停止する。また、着火はイグナイタやグロープラグによる着火だけでなく触媒点火などでもよい。

そして、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４５を開き、燃料ポンプ４２を駆動して、燃焼部２５の第１ノズル２５ａに燃焼用燃料を予め設定されている規定流量Ｂ１で供給する（ステップ１０６）ことにより、燃焼部２５を着火する。燃焼用燃料は先に供給されている燃焼用空気と混合され、第１ノズル２５ａで燃焼されるようになっている。なお、このとき、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５は閉じられており、第２改質ガスバルブ７６は開かれている。

このように燃焼用燃料の燃焼が開始されると、その燃焼ガスが燃焼ガス用流路２７を通る際に、燃焼ガスによって改質部２１、蒸発部２６がこの順番で加熱されて昇温する。

そして、制御装置３０は、改質部２１の温度を温度センサ２１ｃで検出しており（ステップ１０８）、加熱されている改質部２１の温度が所定温度（３００℃）以上となると、ステップ１０８で「ＹＥＳ」と判定し、改質水バルブ５４を開き改質水ポンプ５３を駆動して、蒸発部２６への改質水の供給を開始する（ステップ１１０）。なお、改質水の供給開始は、改質部２１の温度とは関係なく、燃焼用燃料の供給開始と同時でもよいし、所定時間経過後でもよい。

その後、制御装置３０は、燃焼用燃料による燃焼中において、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなる前に、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｄ（６００℃）より高くなれば、燃焼用燃料の燃焼部２５への供給を停止し燃焼用空気の供給量（流量）をＡ１からＡ２へ増量する（ステップ１１６）。なお、制御装置３０は、蒸発部２６の温度を温度センサ２６ａで検出し所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より低いか否かを判定し（ステップ１１２）、低ければ「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１１４に進め、高ければ「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１２２に進める。また、制御装置３０は、改質部２１の温度を温度センサ２１ｃで検出し所定温度Ｔ１ｄ（６００℃）より高いか否かを判定し（ステップ１１４）、低ければ「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１１２に戻し、高ければ「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１１６に進める。

その後、制御装置３０は、燃焼部２５の燃焼停止・パージ中において、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなる前に、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｄより低い所定温度Ｔ１ａ（４００℃）より低くなれば、プログラムをステップ１０２に戻し上述した燃焼用燃料による燃焼を再び開始する。なお、制御装置３０は、蒸発部２６の温度を温度センサ２６ａで検出し所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より低いか否かを判定し（ステップ１１８）、低ければ「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１２０に進め、高ければ「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１４４に進める。また、制御装置３０は、改質部２１の温度を温度センサ２１ｃで検出し所定温度Ｔ１ａ（４００℃）より高いか否かを判定し（ステップ１２０）、高ければ「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１１８に戻し、低ければ「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１０２に戻す。

このように、制御装置３０は、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなるまで、上述した燃焼用燃料による燃焼、および燃焼用空気によるパージを実施する。

制御装置３０は、燃焼用燃料による燃焼中に、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなると、ステップ１１２で「ＮＯ」と判定し、水蒸気が生成したことを検出する。このとき、フラグＦは０であるので、制御装置３０は、ステップ１２４で、水蒸気の生成を検出時点の改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より高いか否かを判定する。この判定結果は記憶する。フラグＦは、水蒸気の生成を検出時点の改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より高いか否かの判定が済んだか否かを示すフラグであり、０であれば未判定を示し、１であれば判定済を示す。

制御装置３０は、ステップ１２４の処理後、フラグＦを１にセットする（ステップ１２６）。その後、制御装置３０は、プログラムをステップ１２２に戻し、ステップ１２２で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１２８に進める。

制御装置３０は、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂより高い所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）より高ければ、制御装置３０は、ステップ１２８で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１１６と同様に燃焼用燃料の燃焼部２５への供給を停止することにより燃焼を停止し、燃焼用空気の供給量（流量）をＡ１からＡ２へ増量してパージする（ステップ１３０）。所定温度Ｔ１ｂは、所定温度Ｔ１ａより高く所定温度Ｔ１ｄより低い値に設定されており、特許請求の範囲に記載されている「第１所定温度」のことである。所定温度Ｔ１ｃは、所定温度Ｔ１ｂより高く所定温度Ｔ１ｄより低い値に設定されており、特許請求の範囲に記載されている「第２所定温度」のことである。

そして、制御装置３０は、その燃焼停止時点から所定時間Ｔｍ１（例えば図５に示す時刻ｔ１３と時刻ｔ１４の間の時間である。）が経過するのを待って（ステップ１３２）、燃焼部２５での改質ガスによる燃焼を開始する。具体的には、制御装置３０は、燃焼用空気をＡ２からＡ１に減量する（ステップ１３４）。制御装置３０は、ステップ１０４と同様に燃焼部２５に内蔵のイグナイタ（図示省略）を通電する（ステップ１３６）。そして、制御装置３０は、改質用燃料バルブ４３を開くとともに燃焼用燃料バルブ４５を閉じ、燃料ポンプ４２を駆動して、改質部２１に改質用燃料を消費発電量（負荷発電量）に応じた流量で供給することにより、燃焼部２５を着火する（ステップ１３８）。このとき、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５は閉じられており、第２改質ガスバルブ７６は開かれている。また、酸化用空気は規定流量で供給されている。

これにより、改質用燃料は、触媒２１ａの活性温度域の比較的高温域にある改質部２１で改質されるので、生成される改質ガスは水素リッチとなっている。その改質ガスは、ＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４で一酸化炭素が低減され、燃料電池１０を通らないで燃焼部２５の第２ノズル２５ｂに供給されている。したがって、燃焼部２５では改質ガスが燃焼されるようになっている。

そして、改質装置２０の所定各部位（改質部２１、ＣＯシフト部２３、ＣＯ選択酸化部２４）の温度がそれぞれの所定温度以上に到達すると（ステップ１４０）、制御装置３０は、起動運転を終了し（ステップ１４２）、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスを燃料電池１０に供給し、燃料電池１０の発電を開始する。すなわち発電運転（定常運転）が開始される。なお、発電開始は、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定値より低くなることによって判断するようにしてもよい。

また、制御装置３０は、燃焼用燃料による燃焼中に、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなると、ステップ１１２で「ＮＯ」と判定し、水蒸気が生成したことを検出する。このとき、フラグＦは０であるので、制御装置３０は、ステップ１２４で、水蒸気の生成を検出時点の改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より高いか否かを判定する。この判定結果は記憶する。

制御装置３０は、ステップ１２４の処理後、フラグＦを１にセットする（ステップ１２６）。その後、制御装置３０は、プログラムをステップ１２２に戻し、ステップ１２２で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１２８に進める。

このとき、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）より低ければ、制御装置３０は、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）より高くなるまでは、ステップ１２８で「ＮＯ」と判定し続ける。そして、制御装置３０は、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）より高くなると、ステップ１２８で「ＹＥＳ」と判定し、上記ステップ１３０以降の処理を上述と同様に実施する。

また、制御装置３０は、燃焼部２５にて燃焼用空気によるパージ中に、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなると、ステップ１１８で「ＮＯ」と判定し、水蒸気が生成したことを検出する。このとき、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より高ければ、制御装置３０は、ステップ１４４で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１３４に進める。

制御装置３０は、上述と同様に、燃焼用空気をＡ２からＡ１に減量する（ステップ１３４）。制御装置３０は、ステップ１０４と同様に燃焼部２５に内蔵のイグナイタ（図示省略）を通電する（ステップ１３６）。そして、制御装置３０は、改質用燃料バルブ４３を開くとともに燃焼用燃料バルブ４５を閉じ、燃料ポンプ４２を駆動して、改質部２１に改質用燃料を消費発電量（負荷発電量）に応じた流量で供給することにより、燃焼部２５を着火する（ステップ１３８）。

また、制御装置３０は、燃焼部２５にて燃焼用空気によるパージ中に、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなると、ステップ１１８で「ＮＯ」と判定し、水蒸気が生成したことを検出する。このとき、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より低ければ、制御装置３０は、ステップ１４４で「ＮＯ」と判定し、ステップ１４６でフラグＦを１にセットした後、プログラムをステップ１０２に戻し上述した燃焼用燃料による燃焼を再び開始する。

さらに、上述した燃料電池システムの作動について図４から図６のタイムチャートを参照して説明する。図４は、燃焼部２５のパージ中に蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなった場合を示すタイムチャートである。この場合、時刻ｔ０に、起動運転が開始される（ステップ１０２〜１０６）。すなわち、燃焼用空気が規定量Ａ１で供給される。燃焼用燃料バルブ４５が開かれ、燃焼部２５の第１ノズル２５ａに燃焼用燃料が予め設定されている規定流量Ｂ１で供給される。そして、燃焼部２５で燃焼用燃料の燃焼が開始される。また、改質部２１の温度が３００℃を超えると改質水が供給される（ステップ１１０）。

改質部２１の温度が昇温し所定温度Ｔ１ｄに達すると（時刻ｔ１）、燃焼用燃料バルブ４５が閉じられ燃料ポンプ４２の駆動が停止され、燃焼用燃料の燃焼が停止される（ステップ１１６）。同時に燃焼用空気の供給量がＡ２に増量される（ステップ１１６）。改質部２１の温度が降温し所定温度Ｔ１ａに達すると（時刻ｔ２）、再び上述した燃焼用燃料による燃焼が開始される。水蒸気の生成が検出されるまでは、このような燃焼用燃料の燃焼と燃焼用空気による燃焼部２５のパージが繰り返し実行される。

パージ中であって改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ以上である場合に水蒸気の生成が検出されると（時刻ｔ４）、制御装置３０は、水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態が燃焼用空気のみの供給状態（パージ中）であり（ステップ１１８で「ＮＯ」と判定）、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ以上である（ステップ１４４で「ＹＥＳ」と判定）ので、改質用燃料バルブ４３を開くとともに燃焼用燃料バルブ４５を閉じ第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスである改質ガスを燃焼する（ステップ１３２）。

図５は、燃焼部２５のパージ中に蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなった場合を示すタイムチャートである。この場合、時刻ｔ１０に、起動運転が開始される（ステップ１０２〜１０６）。すなわち、燃焼用空気が規定量Ａ１で供給される。燃焼用燃料バルブ４５が開かれ、燃焼部２５の第１ノズル２５ａに燃焼用燃料が予め設定されている規定流量Ｂ１で供給される。そして、燃焼部２５で燃焼用燃料の燃焼が開始される。

改質部２１の温度が昇温し所定温度Ｔ１ｄに達すると（時刻ｔ１１）、燃焼用燃料バルブ４５が閉じられ燃料ポンプ４２の駆動が停止され、燃焼用燃料の燃焼が停止される（ステップ１１６）。同時に燃焼用空気の供給量がＡ２に増量される（ステップ１１６）。

パージ中であって改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ未満である場合に水蒸気の生成が検出されると（時刻ｔ１２）、制御装置３０は、水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態が燃焼用空気のみの供給状態（パージ中）であり（ステップ１１８で「ＮＯ」と判定）、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ未満である（ステップ１４４で「ＮＯ」と判定）ので、改質用燃料バルブ４３を閉じるとともに燃焼用燃料バルブ４５を開き第１経路Ｌ１に切り替えて第１ノズル２５ａで燃焼用燃料（第１可燃ガス）を燃焼する（ステップ１０２〜１０６）。

該燃焼により改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ以上となると（時刻ｔ１３。ステップ１２８で「ＹＥＳ」と判定）、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４５を閉じ燃焼用燃料による燃焼を停止し（ステップ１３０）、その停止時点から所定時間Ｔｍ１が経過するのを待って（ステップ１３２。規定流量Ａ２でパージした後）、改質用燃料バルブ４３を開くとともに燃焼用燃料バルブ４５を閉じ第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスである改質ガスの燃焼を開始する（時刻ｔ１４。ステップ１３４〜１３８）。

図６は、燃焼部２５の燃焼用燃料の燃焼中に蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなった場合を示すタイムチャートである。この場合、時刻ｔ２０に、起動運転が開始される（ステップ１０２〜１０６）。すなわち、燃焼用空気が規定量Ａ１で供給される。燃焼用燃料バルブ４５が開かれ、燃焼部２５の第１ノズル２５ａに燃焼用燃料が予め設定されている規定流量Ｂ１で供給される。そして、燃焼部２５で燃焼用燃料の燃焼が開始される。

改質部２１の温度が昇温し所定温度Ｔ１ｄに達すると（時刻ｔ２１）、燃焼用燃料バルブ４５が閉じられ燃料ポンプ４２の駆動が停止され、燃焼用燃料の燃焼が停止される（ステップ１１６）。同時に燃焼用空気の供給量がＡ２に増量される（ステップ１１６）。改質部２１の温度が降温し所定温度Ｔ１ａに達すると（時刻ｔ２２）、再び上述した燃焼用燃料による燃焼が開始される（ステップ１０２〜１０６）。水蒸気の生成が検出されるまでは、このような燃焼用燃料の燃焼と燃焼用空気による燃焼部２５のパージが繰り返し実行される。

燃焼中であって改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ以上である場合に水蒸気の生成が検出されると（時刻ｔ２３）、制御装置３０は、水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態が燃焼状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ未満であるので、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ以上となるまで第１ノズル２５ａでの燃焼を継続し（時刻ｔ２４。ステップ１２８で「ＹＥＳ」と判定）、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃに到達後、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４５を閉じ燃焼用燃料による燃焼を停止し（ステップ１３０）、その停止時点から所定時間Ｔｍ１が経過するのを待って（ステップ１３２。規定流量Ａ２でパージした後）、改質用燃料バルブ４３を開きとともに燃焼用燃料バルブ４５を閉じ第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスである改質ガスの燃焼を開始する（時刻ｔ２５。ステップ１３４〜１３８）。

なお、図６の場合において、燃焼中であって改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ以上である場合に水蒸気の生成が検出されると、該燃焼により改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ以上であるため、制御装置３０は、燃焼用燃料による燃焼を停止し、その停止時点から所定時間Ｔｍ１が経過するのを待って（規定流量Ａ２でパージした後）、改質用燃料バルブ４３を開きとともに燃焼用燃料バルブ４５を閉じ第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスである改質ガスの燃焼を開始する。
なお、上述したステップ１１２，１１８の処理は水蒸気生成検出手段である。

上述の説明から明らかなように、この第１の実施の形態においては、起動運転時であって、水蒸気生成検出手段（ステップ１１２，１１８）によって水蒸気の生成を検出した時点以降において、燃焼制御手段（制御装置３０）が、水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態および改質部２１の温度ならびに該時点より後の改質部２１の温度に基づいて、少なくとも燃焼部２５での第１可燃ガス（燃焼用燃料）または第２可燃ガス（改質ガスまたはアノードオフガス）による燃焼を切替制御する。したがって、起動運転時において、水蒸気の生成後であって、改質部２１の温度が比較的低い場合、水素の割合が比較的少ない第１可燃ガスが燃焼部２５に供給されても第１ノズル２５ａで燃焼可能となるので、その燃焼、着火を安定させることができる。また、改質部２１の温度が比較的高い場合、水素の割合が比較的多い第２可燃ガスが燃焼部２５に供給されても第２ノズル２５ｂで燃焼可能となるので、その燃焼、着火を安定させることができる。したがって、起動運転時であって蒸発部２６で水蒸気の生成が開始された時点以降に、改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部２５に適切に供給することにより、改質部２１の温度に関係なく燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。

また、水蒸気生成検出手段（ステップ１１２，１１８）によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態が燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部２１の温度が第１所定温度Ｔ１ｂ以上である場合において、燃焼制御手段（制御装置３０）が切替手段（改質用燃料バルブ４３および燃焼用燃料バルブ４５）により第1経路Ｌ１から第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスを燃焼するので、改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部２５に適切に供給することにより、燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。

また、水蒸気生成検出手段（ステップ１１２，１１８）によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態が燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部２１の温度が第１所定温度Ｔ１ｂ未満である場合において、燃焼制御手段（制御装置３０）が切替手段（改質用燃料バルブ４３および燃焼用燃料バルブ４５）により第１経路Ｌ１に切り替えて第１ノズル２５ａで第１可燃ガスを燃焼し、該燃焼により改質部２１の温度が第１所定温度Ｔ１ｂより高い第２所定温度Ｔ１ｃ以上となった場合、切替手段（改質用燃料バルブ４３および燃焼用燃料バルブ４５）により第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスを燃焼するので、改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部２５に確実かつ適切に供給することにより、燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。

また、水蒸気生成検出手段（ステップ１１２，１１８）によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態が第１ノズル２５ａで第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部２１の温度が第１所定温度Ｔ１ｂより高い第２所定温度Ｔ１ｃ以上である場合、燃焼制御手段（制御装置３０）が切替手段（改質用燃料バルブ４３および燃焼用燃料バルブ４５）により第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスを燃焼するので、改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部に確実かつ適切に供給することにより、燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。

また、水蒸気生成検出手段（ステップ１１２，１１８）によって水蒸気の生成を検出した時点における燃焼部２５の状態が第１ノズル２５ａで第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、水蒸気の生成を検出した時点における改質部２１の温度が第２所定温度Ｔ１ｃ未満である場合、燃焼制御手段（制御装置３０）が第１ノズル２５ａで第１可燃ガスを燃焼し、該燃焼により改質部２１の温度が第１所定温度Ｔ１ｂより高い第２所定温度Ｔ１ｃ以上となった場合、切替手段（改質用燃料バルブ４３および燃焼用燃料バルブ４５）により第２経路Ｌ２に切り替えて第２ノズル２５ｂで第２可燃ガスを燃焼するので、改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部２５に確実かつ適切に供給することにより、燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。

また、燃焼制御手段（制御装置３０）は、第１ノズル２５ａでの燃焼から第２ノズル２５ｂでの燃焼に切り替える際に、第１ノズル２５ａでの燃焼を停止し、燃焼部２５を燃焼用酸化剤ガスでパージした後に（ステップ１３０，１３２またはステップ１１６）、第２ノズル２５ｂでの燃焼を開始する（ステップ１３４〜１３８）ので、ノズルの切り替えによる燃焼、着火の不安定を抑制し燃焼、着火をより安定的に行うことができる。

また、第１経路Ｌ１は改質部２１を通らないで第１ノズル２５ａに連通する経路であり、第２経路Ｌ２は改質部２１を通って第２ノズル２５ｂに連通する経路である場合において、改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部２５に適切に供給することにより、燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。

また、上記のように構成した燃料電池システムにおいては、安定した燃焼運転される改質装置２０から安定的に供給される改質ガスすなわち燃料ガスを使用して、燃料電池システムを安定的に運転することができる。

２）第２の実施の形態
なお、上述した第１の実施の形態においては、改質部２１を通らないで燃焼用燃料を燃焼用２５に供給する第１ラインＬ１を、改質部２１を通らないで燃料電池１０を通る経路として構成してもよい。この場合、図７に示すように、燃焼用燃料供給管４４の一端は改質ガス供給管７１の燃料電池１０と第１改質ガスバルブ７４との間に接続され、一端がオフガス供給管７２の燃料電池１０とオフガスバルブ７５との間に接続されるとともに他端が燃焼用空気供給管６４の燃焼用空気バルブ６６と燃焼部２５との間に接続される燃焼用燃料供給管４７が設けられている。燃焼用燃料供給管４７には燃焼用燃料バルブ４８が設けられている。燃焼用燃料バルブ４８は燃焼用燃料供給管４７を開閉するものである。

この場合、燃焼用燃料バルブ４５，４８を開いて燃焼用燃料を第１ノズル２５ａに供給し、燃焼用燃料バルブ４５，４８を閉じて燃焼用燃料の第１ノズル２５ａへの供給を停止する。なお、いずれの場合も、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５は閉じられている。この第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様に改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部２５に適切に供給することにより、燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。

３）第３の実施の形態
また、上述した第１の実施の形態においては、図８に示すように、第１経路Ｌ１および第２経路Ｌ２はいずれも改質部２１を通ってその後分岐して第１噴出器である第１ノズル２５ｃおよび第２噴出器である第２ノズル２５ｄにそれぞれ連通する経路であるようにしてもよい。この場合、第１ノズル２５ｃには、改質ガス供給管７１のＣＯ選択酸化部２４とバイパス管７３との分岐との間から分岐する改質ガス供給管７７が接続されている。改質ガス供給管７７には第３改質ガスバルブ７８が設けられている。第３改質ガスバルブ７８は改質ガス供給管７７を開閉するものである。なお、燃焼用空気供給管６４は第３ノズル２５ｅに接続されている。第２ノズル２５ｄには、上述した第２ノズル２５ｂと同様にオフガス供給管７２が接続されている。この第３の実施の形態では、第１ノズル２５ｃ、第２ノズル２５ｄとも拡散燃焼方式であり、第１ノズル２５ｃは改質前の燃焼用燃料（例えば、天然ガス）から水素濃度の低い改質ガスまでに適合しており、第２ノズル２５ｄは水素濃度の高い改質ガスに適合している。

この場合、燃料電池システムの起動開始後であって改質部２１の温度が比較的低く、改質装置２０から改質前の燃焼用燃料（例えば、天然ガス）、水素濃度の低い改質ガスが供給される場合には、第１および第２改質ガスバルブ７４，７６およびオフガスバルブ７５を閉じ第３改質ガスバルブ７８を開いて、改質前の燃焼用燃料や水素濃度に低い改質ガスを第１ノズル２５ｃに供給する。また、燃料電池システムの起動開始後であって改質部２１の温度が比較的高く、改質装置２０から水素濃度の高い改質ガスが供給される場合には、第１改質ガスバルブ７４、オフガスバルブ７５および第３改質ガスバルブ７８を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開いて、水素濃度の高い改質ガスを第２ノズル２５ｄに供給する。改質部２１においては、使用する温度範囲では温度が高いほど水素の生成が多いためである。この第３の実施の形態によれば、改質部２１の温度に応じた可燃ガスを燃焼部２５に適切に供給することにより、燃焼部２５における燃焼、着火を安定させることができる。
なお、上述した噴出器は、ノズル以外の装置でもよく、噴出口から流体を噴出するその他の装置でもよい。

４）第１の制御変形例
次に、上述した第１の実施の形態において、燃焼制御手段は、第２噴出器（第２ノズル２５ｄ）での燃焼（拡散燃焼）の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量を、第２噴出器での燃焼の開始前であって第１噴出器（第１ノズル２５ｃ）での燃焼（予混合燃焼）の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量に比べて減少させる、本第１の制御変形例について図９および図１０を参照して説明する。本第１の制御変形例においては、上記第１の実施の形態と同一部分の内容についてはその説明を省略し、異なる部分について説明する。

制御装置３０は、燃焼部２５の燃焼停止中（パージ中）における燃焼部２５の燃焼用空気の流量（パージ流量）を、燃焼停止開始時点（パージ開始時点）の改質部出口ガス温度Ｔ３に基づいて決定している。以下の３つの場合に分けて説明する。

第１に、燃焼部２５のパージ中のうち、改質部２１の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ｄ（６００℃）に達した後のパージにおいて、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなった時点に改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より高い場合（ステップ１１２，１１４でそれぞれ「ＹＥＳ」と判定）について説明する。

制御装置３０は、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂより高くなった時点に改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂより高い場合には、改質部出口ガス温度Ｔ３を検出する（ステップ２０２）。その検出した温度が第３所定温度Ｔ３ａ（３００℃）より低い場合には、制御装置３０は、ステップ２０２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１１６で、上述したように燃焼用燃料の燃焼部２５への供給を停止し燃焼用空気の流量をＡ１からＡ２（第２流量）に増量する。すなわち、改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂより高くなっても、改質部出口ガス温度Ｔ３は第３所定温度Ｔ３ａより低温であるので（例えば図１０の時刻ｔ１での状態）、制御装置３０は、今回のパージは拡散燃焼の直前のパージではなく、予混合燃焼の直前のパージであると判断して、パージ流量を第２流量Ａ２に設定する。

一方、改質部出口ガス温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ａ（３００℃）以上である場合には、制御装置３０は、ステップ２０２で「ＮＯ」と判定し、ステップ２０４で、燃焼用燃料の燃焼部２５への供給を停止し燃焼用空気の流量をＡ１からＡ３（第３流量）に増量する。すなわち、改質部出口ガス温度Ｔ３は第３所定温度Ｔ３ａ以上であるので（例えば図１０の時刻ｔ３での状態）、制御装置３０は、今回のパージは予混合燃焼の直前のパージではなく、拡散燃焼の直前のパージであると判断して、パージ流量を第３流量Ａ３に設定する。

この第３流量Ａ３は第２流量Ａ２より小さい値に設定されている。第２流量Ａ２の上限は、改質部２１の温度が必要以上に低下しないように設定され、下限は、改質部２１から供給されている水蒸気（供給量の多寡に関係なく）の濃度を着火しやすい濃度とするように設定される。

第２に、燃焼部２５のパージ中のうち、改質部２１の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ｄ（６００℃）に達した後のパージにおいて、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなった時点（図１１の時刻ｔ１２）に改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より低い場合（ステップ１１８，１４４でそれぞれ「ＹＥＳ」、「ＮＯ」と判定）について説明する。

制御装置３０は、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂより高くなった時点に改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂより低い場合には、ステップ１４６でフラグＦを１に設定した後、再び予混合燃焼を開始する（ステップ１０２〜１０６）。本第２のケースでは、蒸発部２６の温度Ｔ２はすでに所定温度Ｔ２ｂより高くなっているので、制御装置３０は、ステップ１１２で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１２２以降に進める。このとき、フラグＦは１であるので、制御装置３０は、改質部２１の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）に達しかつ改質部出口ガス温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ａ（３００℃）に達するまで予混合燃焼を継続する（図１１の時刻ｔ１２から時刻ｔ１３）。

制御装置３０は、改質部２１の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ｃより高くなりかつ改質部出口ガス温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ａより高くなれば、制御装置３０は、ステップ１２８，２０６でそれぞれ「ＹＥＳ」と判定し、ステップ２０８で、燃焼用燃料の燃焼部２５への供給を停止し燃焼用空気の流量をＡ１からＡ３（第３流量）に増量する。すなわち、水蒸気が発生した状態で、改質部出口ガス温度Ｔ３は第３所定温度Ｔ３ａ以上であるので（例えば図１１の時刻ｔ１３での状態）、制御装置３０は、今回のパージは予混合燃焼の直前のパージではなく、拡散燃焼の直前のパージであると判断して、パージ流量を第３流量Ａ３に設定する。

第３に、燃焼部２５の予混合燃焼中において、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなった時点に改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）より低い場合（ステップ１１２で「ＮＯ」と判定し、ステップ１２４で待ち処理）について説明する。

制御装置３０は、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂより高くなった時点（図１２の時刻ｔ２３）に、ステップ１１２で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１２２以降に進める。このとき、フラグＦは０であるので、制御装置３０は、ステップ１２４で上述同様に、水蒸気の生成を検出時点の改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｂ（５００℃）より高いか否かを判定する。制御装置３０は、フラグＦを１にセットした（ステップ１２６）後、改質部２１の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）に達しかつ改質部出口ガス温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ａ（３００℃）に達するまで予混合燃焼を継続する（図１２の時刻ｔ２３から時刻ｔ２４）。

制御装置３０は、改質部２１の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ｃより高くなりかつ改質部出口ガス温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ａより高くなれば、制御装置３０は、ステップ１２８，２０６でそれぞれ「ＹＥＳ」と判定し、ステップ２０８で、燃焼用燃料の燃焼部２５への供給を停止し燃焼用空気の流量をＡ１からＡ３（第３流量）に増量する。すなわち、水蒸気が発生した状態で、改質部出口ガス温度Ｔ３は第３所定温度Ｔ３ａ以上であるので（例えば図１２の時刻ｔ２４での状態）、制御装置３０は、今回のパージは予混合燃焼の直前のパージではなく、拡散燃焼の直前のパージであると判断して、パージ流量を第３流量Ａ３に設定する。

なお、燃焼部２５の予混合燃焼中において、蒸発部２６の温度が所定温度Ｔ２ｂ（１００℃）より高くなった時点に改質部２１の温度が所定温度Ｔ１ｃ（５５０℃）より高い場合には、改質部出口ガス温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ａより高ければ予混合燃焼を継続することなく、燃焼用燃料の燃焼部２５への供給を停止し燃焼用空気の流量をＡ１からＡ３（第３流量）に増量する。

また、制御装置３０は、ステップ１４４およびステップ１３２の処理の後に、改質部出口ガス温度Ｔ３が３００℃より高い場合には、すなわちステップ２０４およびステップ２０８の処理による第３流量でのパージの終了時点にて、改質部出口ガス温度Ｔ３が３００℃より高い状態が継続している場合には、ステップ２１０で「ＹＥＳ」と判定し、拡散燃焼に移行する。一方、ステップ１４４およびステップ１３２の処理の後に、改質部出口ガス温度Ｔ３が３００℃より低い場合には、すなわちステップ２０４およびステップ２０８の処理による第３流量でのパージの終了時点にて、改質部出口ガス温度Ｔ３が３００℃より高い状態が継続していない場合には、ステップ２１０で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１０２に戻して予混合燃焼を再開する。これによれば、改質部２１を拡散燃焼に移行できる状態に確実に確保することができ、ひいては起動時間を短縮することができる。

また、制御装置３０は、拡散燃焼では、燃料流量はＢ２に設定され、燃焼用空気流量はＡ４に設定されている（ステップ２１２）。流量Ａ４は拡散燃焼に適した値に設定されている。流量Ｂ２は第２噴出器２５ｂや燃焼用空気との比率などで設定されている。

図１０から図１２に示すように、各図の上段の改質部温度Ｔ１において、実線で本制御変形例による温度変化を示し、破線で拡散燃焼直前のパージ流量を減少させない場合（上述した第１の実施の形態の場合）の温度変化を示している。これから明らかなように、パージ流量を減少させれば改質部温度Ｔ１の温度低下が抑制されていることがわかる。さらに、拡散燃焼直前のパージ期間（例えば、図１０の時刻ｔ３から時刻ｔ４、図１１の時刻ｔ１３から時刻ｔ１４、図１２の時刻ｔ２４から時刻ｔ２５）とそのパージ期間前の予混合燃焼直前のパージ期間（例えば、図１０の時刻ｔ１から時刻ｔ２、図１１の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２、図１２の時刻ｔ２１から時刻ｔ２２）とを比べても、予混合燃焼直前のパージ期間に比べて拡散燃焼直前のパージ期間は改質部温度Ｔ１の温度低下が抑制されていることがわかる。

さらに、図１０から図１２の各図の第３段の改質部出口ガス温度Ｔ３において、実線で本制御変形例による温度変化を示し、破線で拡散燃焼直前のパージ流量を減少させない場合（上述した第１の実施の形態の場合）の温度変化を示している。これから明らかなように、パージ流量を減少させれば改質部出口ガス温度Ｔ３の温度低下が抑制されていることがわかる。さらに、拡散燃焼直前のパージ期間（例えば、図１０の時刻ｔ３から時刻ｔ４、図１１の時刻ｔ１３から時刻ｔ１４、図１２の時刻ｔ２４から時刻ｔ２５）とそのパージ期間前の予混合燃焼直前のパージ期間（例えば、図１０の時刻ｔ１から時刻ｔ２、図１１の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２、図１２の時刻ｔ２１から時刻ｔ２２）とを比べても、予混合燃焼直前のパージ期間に比べて拡散燃焼直前のパージ期間は改質部出口ガス温度Ｔ３の温度低下が抑制されていることがわかる。

このように、上述した第１の制御変形例によれば、燃焼制御手段（制御装置３０）は、第２噴出器２５ｂでの燃焼（拡散燃焼）の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量を、第２噴出器２５ｂでの燃焼の開始前であって第１噴出器２５ａでの燃焼（予混合燃焼）の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージの流量に比べて減少させる。これにより、第２噴出器２５ｂでの燃焼直前の燃焼用酸化剤ガスのパージ期間（例えば、図１０の時刻ｔ３から時刻ｔ４、図１１の時刻ｔ１３から時刻ｔ１４、図１２の時刻ｔ２４から時刻ｔ２５）においては、それまでの燃焼用酸化剤ガスのパージ期間（例えば、図１０の時刻ｔ１から時刻ｔ２、図１１の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２、図１２の時刻ｔ２１から時刻ｔ２２）に比べて燃焼用酸化剤ガスの流量を少なくすることで、パージにともなう燃焼用酸化剤ガスによる改質部２１の必要以上の温度低下を抑制することができる。したがって、たとえパージによって改質部２１の温度が低下しても、その低下量を小さく抑制することで、再び改質部２１が加熱されて第２噴出器２５ｂでの燃焼（拡散燃焼）開始温度に達するまでの時間を短縮することができ、ひいては起動時間を短縮することができる。また、改質部２１は第２噴出器２５ｂでの燃焼開始温度に達しているが、水蒸気の生成を検出していない場合、改質部２１の温度低下を抑制し高い温度にできるだけ維持することで、水蒸気の生成検出の機会をできるだけ長く確保して第１噴出器２５ａでの再燃焼を抑制し、起動時間を短縮することができる。

また、燃焼制御手段（制御装置３０）は、燃焼用酸化剤ガスのパージのうち該パージを開始する時点（例えば、図１０の時刻ｔ３、図１１の時刻ｔ１３、図１２の時刻ｔ２４）の改質部２１の改質ガス出口温度Ｔ３が第３所定温度Ｔ３ａ以上であるものを、第２噴出器２５ｂでの燃焼（拡散燃焼）の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージであるとする。これにより、第２噴出器２５ｂでの燃焼（拡散燃焼）の開始直前における燃焼用酸化剤ガスのパージを確実に検出することができるので、第２噴出器２５ｂでの燃焼（拡散燃焼）直前の燃焼用酸化剤ガスのパージ期間において確実にパージ流量を減少させることができる。

本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの第１の実施の形態の概要を示す概要図である。 図１に示す改質装置を示すブロック図である。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。 図３に示すフローチャートによる改質装置の動作の一例を示すタイムチャートである。 図３に示すフローチャートによる改質装置の動作の一例を示すタイムチャートである。 図３に示すフローチャートによる改質装置の動作の一例を示すタイムチャートである。 本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの第２の実施の形態の概要を示す概要図である。 本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの第３の実施の形態の概要を示す概要図である。 図２に示す制御装置で実行される制御プログラムの第１の制御変形例を示すフローチャートである。 図９に示すフローチャートによる改質装置の動作の一例を示すタイムチャートである。 図９に示すフローチャートによる改質装置の動作の一例を示すタイムチャートである。 図９に示すフローチャートによる改質装置の動作の一例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…改質部、２１ｃ…温度センサ、２２…冷却部（熱交換部）、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２３ｃ…温度センサ、２４…一酸化炭素選択酸化反応部（ＣＯ選択酸化部）、２４ｂ…温度センサ、２５…燃焼部、２５ａ…第１ノズル（第１噴出器）、２５ｂ…第２ノズル（第２噴出器）、２６…蒸発部、２６ａ…温度センサ、２７…燃焼ガス流路、２８…断熱部、３０…制御装置（燃焼制御手段）、４１…改質用燃料供給管、４２…燃料ポンプ、４３…改質用燃料バルブ、４４，４７…燃焼用燃料供給管、４５，４８…燃焼用燃料バルブ、４６…脱硫器、５１…水蒸気供給管、５２…給水管、５３…改質水ポンプ、５４…改質水バルブ、６１…酸化用空気供給管、６２…酸化用空気ポンプ、６３…酸化用空気バルブ、６４…燃焼用空気供給管、６５…燃焼用空気ポンプ、６６…燃焼用空気バルブ、６７…カソード用空気供給管、６８…カソード用空気ポンプ、６９…カソード用空気バルブ、７１，７７…改質ガス供給管、７２…オフガス供給管、７３…バイパス管、７４…第１改質ガスバルブ、７５…オフガスバルブ、７６…第２改質ガスバルブ、７８…第３改質ガスバルブ、８１，８２…排気管、８９…接続管。

Claims (11)

1. 改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質部と、
   前記改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、
   第１可燃ガスが供給されて該第１可燃ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼する第１噴出器と、前記第１可燃ガスより水素の割合が多い第２可燃ガスが供給されて該第２可燃ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼する第２噴出器とを備え、生成された燃焼ガスで前記改質部を加熱する燃焼部と、
   前記第１噴出器に前記第１可燃ガスを供給する第１経路と前記第２噴出器に前記第２可燃ガスを供給する第２経路とを切り替える切替手段と、
   前記蒸発部にて水蒸気が生成したことを検出する水蒸気生成検出手段と、
   起動運転時であって、前記水蒸気生成検出手段によって前記水蒸気の生成を検出した時点以降において、前記水蒸気の生成を検出した時点における前記燃焼部の状態および前記改質部の温度ならびに該時点より後の前記改質部の温度に基づいて、少なくとも前記燃焼部での前記第１可燃ガスまたは前記第２可燃ガスによる燃焼を切替制御する燃焼制御手段と、
   を備えたことを特徴とする改質装置。
2. 請求項１において、前記燃焼制御手段は、前記水蒸気生成検出手段によって前記水蒸気の生成を検出した時点における前記燃焼部の状態が前記燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、前記水蒸気の生成を検出した時点における前記改質部の温度が第１所定温度以上である場合、前記切替手段により前記第１経路から前記第２経路に切り替えて前記第２噴出器で前記第２可燃ガスを燃焼することを特徴とする改質装置。
3. 請求項１において、前記燃焼制御手段は、前記水蒸気生成検出手段によって前記水蒸気の生成を検出した時点における前記燃焼部の状態が前記燃焼用酸化剤ガスのみの供給状態であり、かつ、前記水蒸気の生成を検出した時点における前記改質部の温度が前記第１所定温度未満である場合、前記切替手段により前記第１経路に切り替えて前記第１噴出器で前記第１可燃ガスを燃焼し、
   該燃焼により前記改質部の温度が前記第１所定温度より高い第２所定温度以上となった場合、前記切替手段により前記第２経路に切り替えて前記第２噴出器で前記第２可燃ガスを燃焼することを特徴とする改質装置。
4. 請求項１において、前記燃焼制御手段は、前記水蒸気生成検出手段によって前記水蒸気の生成を検出した時点における前記燃焼部の状態が前記第１噴出器で前記第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、前記水蒸気生成検出手段によって前記水蒸気の生成を検出した時点における前記改質部の温度が前記第１所定温度より高い第２所定温度以上である場合、前記切替手段により前記第２経路に切り替えて前記第２噴出器で前記第２可燃ガスを燃焼することを特徴とする改質装置。
5. 請求項１において、前記燃焼制御手段は、前記水蒸気生成検出手段によって前記水蒸気の生成を検出した時点における前記燃焼部の状態が前記第１噴出器で前記第１可燃ガスを燃焼している燃焼状態であり、かつ、前記水蒸気生成検出手段によって前記水蒸気の生成を検出した時点における前記改質部の温度が前記第２所定温度未満である場合、前記第１噴出器で前記第１可燃ガスを燃焼し、
   該燃焼により前記改質部の温度が前記第１所定温度より高い第２所定温度以上となった場合、前記切替手段により前記第２経路に切り替えて前記第２噴出器で前記第２可燃ガスを燃焼することを特徴とする改質装置。
6. 請求項２乃至請求項５の何れか一項においては、前記燃焼制御手段は、前記第１噴出器での燃焼から前記第２噴出器での燃焼に切り替える際に、前記第１噴出器での燃焼を停止し、前記燃焼部を前記燃焼用酸化剤ガスでパージした後に、前記第２噴出器での燃焼を開始することを特徴とする改質装置。
7. 請求項６において、前記燃焼用酸化剤ガスは前記燃焼部をパージするとともに前記改質部を冷却し、前記燃焼制御手段は、前記第２噴出器での燃焼の開始直前における前記燃焼用酸化剤ガスのパージの流量を、前記第２噴出器での燃焼の開始前であって前記第１噴出器での燃焼の開始直前における前記燃焼用酸化剤ガスのパージの流量に比べて減少させることを特徴とする改質装置。
8. 請求項７において、前記燃焼制御手段は、前記燃焼用酸化剤ガスのパージのうち該パージを開始する時点の前記改質部の改質ガス出口温度が第３所定温度以上であるものを、前記第２噴出器での燃焼の開始直前における前記燃焼用酸化剤ガスのパージであるとすることを特徴とする改質装置。
9. 請求項１乃至請求項６の何れか一項において、前記第１経路は前記改質部を通らないで前記第１噴出器に連通する経路であり、前記第２経路は前記改質部を通って前記第２噴出器に連通する経路であることを特徴とする改質装置。
10. 請求項１乃至請求項６の何れか一項において、前記第１経路および前記第２経路はいずれも前記改質部を通ってその後分岐して第１噴出器および前記第２噴出器にそれぞれ連通する経路であることを特徴とする改質装置。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れか一項の改質装置から導出される前記改質ガスを燃料ガスとして使用することを特徴とする燃料電池システム。
    
    

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