JP2018062458A - 水素生成システムおよび燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】改質水の供給不足を信頼性高く検知することができる水素生成システムの提供。
【解決手段】水素生成システム１００は、原料供給経路８と、空気供給経路９と、改質器１０と、燃焼器１１と、排ガス経路１２と、冷却水経路１３と、凝縮器１４と、凝縮水経路１５と、改質水経路１８と、水供給ポンプ１９と、水タンク２１と、改質水供給ポンプ２３と、加熱器３０と、第１温度検知器３１と、制御器３５と、を備える。改質水経路は冷却水経路における水供給ポンプと凝縮器との間に設けられた第１分岐部４０で分岐し、冷却水の一部を改質水として改質器へ流通させる。加熱器と第１温度検知器とによって、冷却水経路における冷却水の有無を検知するとともに改質水経路における改質水の有無を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する水素生成システムならびに該水素生成システムを用いた燃料電池システムに関する。
改質反応により、天然ガスまたはＬＰＧなどの原料と気化させた改質水とから水素含有ガスを生成する改質器と、改質水を気化させる気化器と、改質器に原料を供給する原料供給器と、改質水を気化器に供給する改質水供給手段と、改質水を貯留する水タンクとを備えた水素生成システムが知られている。
このような水素生成システムにおいて、改質水の供給不足が生じると、改質器では反応平衡が崩れ、それにより触媒上で原料の炭化が生じたり、改質触媒の劣化が生じたりして水素含有ガスの生成能力の低下を招来する。そこで、この改質水の供給不足を検知する構成を備えたシステムが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
特許文献１に係る燃料電池システムでは、気化器の温度を検知する温度検知手段を設け、温度検知手段の検知温度が所定温度以上になると、改質水の供給量を増加させると共に、温度検知手段の検知温度の上昇が継続した場合には、水供給異常と判定する。
また、特許文献２に係る燃料電池システムでは、改質水供給管の改質水供給ポンプと蒸発部との間に配置された温度センサの検知温度の変化に基づいて制御装置が改質水供給管の所定水位まで改質水が供給されたことを判断する。
特開２０１１−２１６２０８号公報 特開２０１６−６６５３４号公報
本発明は、一例として、安価でかつ改質器の性能低下を発生させることなく改質水の供給不足を信頼性高く検知することができる水素生成システムを提供することを課題とする。
本発明の水素生成システムの一態様（ａｓｐｅｃｔ）は、供給された原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器により生成された前記水素含有ガスと、供給された空気とを燃焼し、排ガスを生成する燃焼器と、前記排ガスを流通させる排ガス経路と、前記排ガスを冷却させるために冷却水を流通させる冷却水経路と、前記排ガスと前記冷却水との間での熱交換により該排ガス中の水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、前記凝縮器において生成された前記凝縮水を、前記冷却水として貯留する水タンクと、前記水タンク内に貯留された冷却水を、前記凝縮器に供給させる水供給ポンプと、前記冷却水経路における前記水供給ポンプと前記凝縮器との間に設けられた第１分岐部で分岐し、前記冷却水の一部を前記改質水として前記改質器へ流通させる改質水経路と、前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側に設けられ、前記冷却水経路を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された前記冷却水経路の温度を検知する第１温度検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、当該水素生成システムの起動から定常運転となるまでの間の動作モードである起動運転モードにおいて、前記加熱器を動作させるとともに、該加熱器の動作後に前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する。
本発明の燃料電池システムの一態様は、供給された原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスと、供給された空気とを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電において未利用の水素含有ガスおよび空気を燃焼し、排ガスを生成する燃焼器と、前記排ガスを流通させる排ガス経路と、前記排ガスを冷却させるために冷却水を流通させる冷却水経路と、前記排ガスと前記冷却水との間での熱交換により該排ガス中の水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、前記凝縮器において生成された前記凝縮水を、前記冷却水として貯留する水タンクと、前記水タンク内に貯留された冷却水を、前記凝縮器に供給させる水供給ポンプと、前記冷却水経路における前記水供給ポンプと前記凝縮器との間に設けられた第１分岐部で分岐し、前記冷却水の一部を前記改質水として前記改質器へ流通させる改質水経路と、前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側に設けられた加熱器と、前記加熱器により加熱された前記冷却水経路の温度を検知する第１温度検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、当該水素生成システムの起動から定常運転となるまでの間の動作モードである起動運転モードにおいて、前記加熱器を動作させるとともに、該加熱器の動作後に前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する。
本発明の一態様によれば、安価でかつ改質器の性能低下を発生させることなく改質水の供給不足を信頼性高く検知することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る水素生成システムの概略構成の一例を示す図である。 図１に示す水素生成システムにおける加熱器および第１温度検知器の冷却水経路への取付構成の一例を示す図である。 図１に示す水素生成システムにおける加熱器および第１温度検知器の冷却水経路への取付構成の一例を示す図である。 図１に示す水素生成システムにおける加熱器および第１温度検知器の冷却水経路への取付構成の一例を示す図である。 図１に示す水素生成システムが備える第１温度検知器により検知された温度の時系列変化の一例を示すグラフである。 図１に示す水素生成システムにおける異常検知処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１に係る水素生成システムの概略構成の一例を示す図である。 冷却水経路における水タンク、水供給ポンプ、第１分岐部、凝縮器、加熱器、および第１温度検知器の配置関係の一例を模式的に表した図である。 本発明の実施の形態２に係る水素生成システムの概略構成の一例を示す図である。 図９に示す水素生成システムにおいて加熱器が動作しなかったときの第１温度検知器と第２温度検知器との検知結果の一例を示すグラフである。 図９に示す水素生成システムにおいて加熱器が正常に動作しており、かつ冷却水経路内に冷却水が無いときの第１温度検知器と第２温度検知器との検知結果の一例を示すグラフである。 図９に示す水素生成システムにおいて加熱器が正常に動作しており、かつ冷却水経路内に冷却水が有るときの第１温度検知器と第２温度検知器との検知結果の一例を示すグラフである。 図９に示す水素生成システムにおいて冷却水があるときの第１温度検知器と第２温度検知器との温度差と、冷却水が無いときとの第１温度検知器と第２温度検知器との温度差との関係を示すグラフである。 図９に示す水素生成システムにおける異常検知処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の変形例１に係る水素生成システムの概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
（本発明の一形態を得るに至った経緯）
本発明者らは、従来の水素生成システムとして特許文献１、２に関して鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。なお、本明細書では、水素生成システムが停止／待機状態にある場合を停止／待機モードと称し、後述する改質器１０において所定量の水素含有ガスを安定して生成している状態を定常運転モードと称する。また、停止/待機モードから定常運転モードに至るまでの間で、水素生成システムが備える各機器を順次動作させていく状態を起動運転モードと称することとする。なお、起動運転モードには、後述する異常検知処理も含むものとする。
例えば、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、気化器内に設けられた温度検知手段の検知温度が所定温度以上となると、制御手段が水供給手段の出力を上げる構成である。つまり、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、温度検知部により温度検知される対象（温度判定部位）が気化器内となっており、検知温度が所定温度以上になると改質水の不足により気化器内の温度が上昇していると判断できる構成である。このような構成の場合、温度検知手段により検知された温度が所定温度以上となると判断された時点で、既に改質水の不足が生じており、改質器の性能低下が発生している可能性があることに気が付いた。また、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、起動運転モードにおいて改質水供給ポンプが故障している場合、または改質水を気化器に供給する供給経路等に異常があった場合において、これらの不具合に気づかずに起動運転モードの実行を継続してしまい、所定量の改質水が気化器に供給されない恐れがある。
特許文献２に開示された燃料電池システムでは、改質水供給管に温度センサを配置し、この温度センサによる検出温度の変化に基づいて制御装置が所定水位まで改質水が供給されたことを起動運転モードの際に判定することができる構成である。このため、特許文献２に開示された起動運転モードの際に、改質水の改質器への供給異常を判定することが可能となる。ところで、特許文献２に開示された燃料電池システムでは、改質水を得るために排ガスを凝縮させる構成である。また、排ガスを凝縮させるための熱媒体として、貯湯水が利用されている。このため、安定して改質水を得るためには、改質水供給管とは別に設けられた貯湯水循環ライン内を所定流量の貯湯水が流通していることを確認するための検知手段が必要となり、コストがかかる。また、貯湯水に水道水が用いられている場合、水道水はカルシウムやマグネシウムなどの金属イオンを含んでいるため、水道水が排ガスとの熱交換により加熱されると、金属イオンから金属酸化物（スケール）が生じる可能性がある。このスケールが熱交換器内または貯湯水循環ライン内に堆積した場合、熱交換効率の低下、熱交換器や配管がつまり貯湯水が流れにくくなるなどの問題が生じる。この問題に対処するため、例えば、貯湯水循環ラインを、スケールが付着しにくい配管により形成することが想定できるが、このような構成は、システムのコストアップにつながる。
そこで、本発明者らは、安価でかつ改質触媒の劣化を発生させることなく、改質水の供給不足を検知することができる水素生成システムについて鋭意検討した。そして、水分を含む排ガスから凝縮水を生成させる凝縮器に、熱媒体として冷却水を供給させる水素生成システムにおいて、凝縮器に至る前に冷却水の一部を、改質水として気化器に供給できる構成としたとき、冷却水の供給不足を判断することで、結果的に改質水の供給不足をも判断できることに気が付いた。より具体的には、冷却水が流通する冷却水経路から改質水が流れる改質水経路が分岐する部分である第１分岐部よりも下流側となる冷却水経路の位置に、後述する検知機構を設け、該検知機構による冷却水の供給の有無の判定から改質水の供給の有無の判定を行うことができることに気が付いた。
以上の知見に基づいて、本発明者は、安価でかつ改質器の性能低下を発生させることなく改質水の供給不足を検知することができる水素生成システムならびに該水素生成システムを用いた燃料電池システムを実現できることを発見し、本発明に至った。そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
本発明の第１の態様に係る水素生成システムは、上記した課題を解決するために、供給された原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器により生成された前記水素含有ガスと、供給された空気とを燃焼し、排ガスを生成する燃焼器と、前記排ガスを流通させる排ガス経路と、前記排ガスを冷却させるために冷却水を流通させる冷却水経路と、前記排ガスと前記冷却水との間での熱交換により該排ガス中の水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、前記凝縮器において生成された前記凝縮水を、前記冷却水として貯留する水タンクと、前記水タンク内に貯留された冷却水を、前記凝縮器に供給させる水供給ポンプと、前記冷却水経路における前記水供給ポンプと前記凝縮器との間に設けられた第１分岐部で分岐し、前記冷却水の一部を前記改質水として前記改質器へ流通させる改質水経路と、前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側に設けられ、前記冷却水経路を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された前記冷却水経路の温度を検知する第１温度検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、当該水素生成システムの起動から定常運転となるまでの間の動作モードである起動運転モードにおいて、前記加熱器を動作させるとともに、該加熱器の動作後に前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する。
上記構成によると、第１温度検知器を備えているため、起動運転モードにおいて冷却水経路における加熱器の加熱に伴う温度変化を把握することができる。つまり、冷却水経路が冷却水により満たされている場合と、満たされていない場合とでは冷却水経路の温度変化の様子が異なるものとなる。それ故、制御器は、第１温度検知器により検知された温度に基づき、冷却水経路が冷却水により満たされているか否か判定することができる。
また、冷却水を流通させる冷却水経路と、冷却水経路における第１分岐部で分岐し、冷却水の一部を改質水として改質器へ流通させる改質水経路とを備えた構成であるため、冷却水経路が冷却水により満たされているか否か判定することで、結果的に、改質水経路が改質水により満たされているか否か判定することができる。
このため、例えば、冷却水経路と改質水経路とがそれぞれ別系統の経路となるように構成され、それぞれの経路が冷却水または改質水により満たされているか否かについて別々に検知される構成と比較して製造コストを抑制することができる。
よって、本発明の第１の態様に係る水素生成システムは、安価でかつ改質器の性能低下を発生させることなく改質水の供給不足を信頼性高く検知することができるという効果を奏する。
本発明の第２の態様に係る水素生成システムは、上記した第１の態様において、前記制御器は、前記改質水経路内が前記改質水により満たされていないと判定したとき、前記起動運転モードの動作を停止させるように制御する構成であってもよい。
上記構成によると、制御器が、改質水経路内が改質水により満たされていないと判定したとき、起動運転モードの動作を停止させるように制御する構成であるため、改質器の性能低下を発生させることなく起動運転モードにある水素生成システムの動作を停止させることができる。
本発明の第３の態様に係る水素生成システムは、上記した第１の態様において、前記制御器は、前記起動運転モードにおいて、前記燃焼器を着火させる前に、前記加熱器を動作させるように制御する構成であってもよい。
本発明の第４の態様に係る水素生成システムは、上記した第１から第３の態様のいずれか１つの態様において、前記加熱器および前記第１温度検知器は、前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側であり、かつ、前記第１分岐部よりも高い位置に設けられていてもよい。
上記構成によると、第１温度検知器および加熱器は、冷却水経路において第１分岐部よりも下流側であり、かつ高い位置に設けられているため、第１温度検知器によって検知した冷却水経路の温度に基づき、冷却水経路内が冷却水により満たされていると制御器が判定したときは、必ず改質水経路内に改質水があることを保障できる。
このため、本発明の第４の態様に係る水素生成システムは、確度よく改質水の有無を判定することができる。
本発明の第５の態様に係る水素生成システムは、上記した第１から第３の態様のいずれか１つの態様において、前記冷却水経路は、前記冷却水が、前記水タンク、前記水供給ポンプ、前記第１分岐部、前記凝縮器、前記加熱器、および前記第１温度検知器を流通して循環する循環経路であってもよい。
上記構成によると、冷却水経路が循環経路となっているため、外部から水タンクに冷却水を供給する必要がない。よって、本発明の第５の態様に係る水素生成システムは、冷却水経路を流通する冷却水および凝縮器で生成された凝縮水を、冷却水および改質水として利用することができる自己完結型のシステムとすることができる。
本発明の第６の態様に係る水素生成システムは、上記した第５の態様において、前記加熱器および前記第１温度検知器は、前記第１分岐部よりも高い位置でかつ、前記冷却水経路における前記凝縮器から前記水タンクまでの間の区間に設けられていてもよい。
上記構成によると、第１温度検知器および加熱器は、冷却水経路において第１分岐部よりも高い位置でかつ凝縮器から前記水タンクまでの間の区間に設けられているため、第１温度検知器によって検知した冷却水経路の温度に基づき、冷却水経路内が冷却水により満たされていると制御器が判定したときは、必ず改質水経路内に改質水があることを保障できる。
このため、本発明の第６の態様に係る水素生成システムは、確度よく改質水の有無を判定することができる。
本発明の第７の態様に係る水素生成システムは、上記した第１から第６の態様のいずれか１つの態様において、前記水素生成システムの定常運転時の動作モードである定常運転モードにおいて、前記第１温度検知器は、前記凝縮器から排出される前記冷却水の温度を検知しており、前記制御器は、前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記定常運転モードにおける前記水素生成システムの異常の有無を判定する構成であってもよい。
上記構成によると、制御器は、第１温度検知器による検知結果から、定常運転モードにおいて、凝縮器から排出された冷却水の温度を把握することができる。このため、本発明の第７の態様に係る水素生成システムは、制御器により、例えば、燃焼器が正常に動作しているか否か等、定常運転モードにおける水素生成システムの異常の有無を判定することができる。
本発明の第８の態様に係る水素生成システムは、上記した第１から第７の態様のいずれか１つの態様において、前記冷却水経路には、前記冷却水の流通方向において、前記凝縮器、前記加熱器、および前記第１温度検知器の順にこれら各機器が配置されていてもよい。
本発明の第９の態様に係る水素生成システムは、上記した第８の態様において、前記冷却水経路には、前記冷却水の流通方向において、前記凝縮器よりも下流側でかつ前記加熱器よりも上流側となる位置に、前記冷却水経路の温度を検知する第２温度検知器が設けられており、前記制御器は、前記第１温度検知器により検知された温度に加え、前記第２温度検知器により検知された温度に基づき、該第１温度検知器により検知された温度と該第２温度検知器により検知された温度との差を求め、この温度の差に応じて前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する構成であってもよい。
ここで、冷却水経路内が冷却水により満たされている場合と冷却水経路内に冷却水がない場合とでは、第１温度検知器により検知された温度と第２温度検知器により検知された温度との差の大きさが異なる。それ故、制御器は、第１温度検知器により検知された温度と第２温度検知器により検知された温度との差に基づき、冷却水経路が冷却水により満たされているか否か判定することができる。
また、冷却水を流通させる冷却水経路と、冷却水経路における第１分岐部で分岐し、冷却水の一部を改質水として改質器へ流通させる改質水経路とを備えた構成であるため、冷却水経路が冷却水により満たされているか否か判定することで、結果的に、改質水経路が改質水により満たされているか否か判定することができる。
このため、例えば、冷却水経路と改質水経路とがそれぞれ別系統の経路となるように構成され、それぞれの経路が冷却水または改質水により満たされているか否かについて別々に検知される構成と比較して製造コストを抑制することができる。
よって、本発明の第９の態様に係る水素生成システムは、安価でかつ改質器の性能低下を発生させることなく改質水の供給不足を信頼性高く検知することができる。
本発明の第１０の態様に係る水素生成システムは、上記した第１から第８の態様のいずれか１つの態様において、前記加熱器を前記冷却水経路に設けるための冶具を備え、前記第１温度検知器は、前記冶具により前記加熱器とともに一体として前記冷却水経路に設けられた構成であってもよい。
本発明の第１１の態様に係る水素生成システムは、上記した第１から第８の態様のいずれか１つの態様において、前記加熱器を前記冷却水経路の設けるための冶具を備え、前記冷却水経路において前記第１温度検知器は、前記冶具の近傍に設けられた構成であってもよい。
本発明の第１２の態様に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、供給された原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスと、供給された空気とを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電において未利用の水素含有ガスおよび空気を燃焼し、排ガスを生成する燃焼器と、前記排ガスを流通させる排ガス経路と、前記排ガスを冷却させるために冷却水を流通させる冷却水経路と、前記排ガスと前記冷却水との間での熱交換により該排ガス中の水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、前記凝縮器において生成された前記凝縮水を、前記冷却水として貯留する水タンクと、前記水タンク内に貯留された冷却水を、前記凝縮器に供給させる水供給ポンプと、前記冷却水経路における前記水供給ポンプと前記凝縮器との間に設けられた第１分岐部で分岐し、前記冷却水の一部を前記改質水として前記改質器へ流通させる改質水経路と、前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側に設けられた加熱器と、前記加熱器により加熱された前記冷却水経路の温度を検知する第１温度検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、当該燃料電池システムの起動から定常運転となるまでの間の動作モードである起動運転モードにおいて、前記加熱器を動作させるとともに、該加熱器の動作後に前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する。
上記構成によると、第１温度検知器を備えているため、起動運転モードにおいて冷却水経路における加熱器の加熱に伴う温度変化を把握することができる。つまり、冷却水経路が冷却水により満たされている場合と、満たされていない場合とでは冷却水経路の温度変化の様子が異なるものとなる。それ故、制御器は、第１温度検知器により検知された温度に基づき、冷却水経路が冷却水により満たされているか否か判定することができる。
また、冷却水を流通させる冷却水経路と、冷却水経路における第１分岐部で分岐し、冷却水の一部を改質水として改質器へ流通させる改質水経路とを備えた構成であるため、冷却水経路が冷却水により満たされているか否か判定することで、結果的に、改質水経路が改質水により満たされているか否か判定することができる。
このため、例えば、冷却水経路と改質水経路とがそれぞれ別系統の経路となるように構成され、それぞれの経路が冷却水または改質水により満たされているか否かについて別々に検知される構成と比較して製造コストを抑制することができる。
よって、本発明の第１２の態様に係る燃料電池システムは、安価でかつ改質器の性能低下を発生させることなく改質水の供給不足を信頼性高く検知することができるという効果を奏する。
本発明の第１３の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１２の態様において、前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であってもよい。
以下本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する場合がある。
[実施の形態１]
（水素生成システムの構成）
本発明の実施の形態１に係る水素生成システム１００の構成について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成システム１００の概略構成の一例を示す図である。水素生成システム１００は、外部から供給された原料および改質水（イオン交換水）を利用して水素含有ガスを生成するシステムである。
図１に示すように、水素生成システム１００は、原料供給経路８と、空気供給経路９と、改質器１０と、燃焼器１１と、排ガス経路１２と、冷却水経路１３と、凝縮器１４と、凝縮水経路１５と、改質水経路１８と、水供給ポンプ１９と、水タンク２１と、改質水供給ポンプ２３と、加熱器３０と、第１温度検知器３１と、制御器３５と、を備えてなる構成である。加熱器３０と第１温度検知器３１とによって、冷却水経路１３における冷却水の有無、換言すると改質水経路１８における改質水の有無を検知する検知機構を構成する。なお、本明細書では、冷却水経路１３内が冷却水により満たされている状態を冷却水が有る状態とし、改質水経路１８が改質水により満たされている状態を改質水が有る状態とする。
また、水素生成システム１００では、燃焼器１１、水供給ポンプ１９、改質水供給ポンプ２３、加熱器３０等の各機器の動作を停止させ、水素を生成していない状態を停止／待機モードと称する。また、上記した各機器を動作させ、水素を生成している状態を定常運転モードと称する。また、停止／待機モードから定常運転モードに至るまでの間で、上記した各機器を順次動作させていく状態を起動運転モードと称することとする。起動運転モードには、後述する異常検知処理も含むものとする。
改質器１０は、供給された原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する反応装置である。具体的には、改質器１０では、改質触媒の存在下で、原料と水蒸気（改質水）とを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。改質器１０において実施する改質反応としては、例えば、水蒸気改質反応またはオートサーマル反応が挙げられる。
図１では特に示されていないが、水素生成システム１００は、改質反応に必要となる機器が適宜設けられている。例えば、改質器１０で水蒸気改質反応を実施する場合、改質水から水蒸気を生成する蒸発器が設けられる。なお、原料は、不図示の原料供給器によって原料供給経路８を通じて改質器１０に供給されている。原料供給器は、改質器１０へ供給する原料の流量を調整可能とする機器とすることができ、例えば、昇圧器と流量計とにより構成してもよい。昇圧器は、例えば、ポンプなどを例示できる。ポンプとしては、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプなどが挙げられる。また、流量計として、例えば、熱量式センサなどを例示できる。
改質器１０に供給される原料としては、例えば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、またはプロパンやブタンを主成分とするＬＰＧなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含むガス等が挙げられる。また、原料供給源としては、例えば、ガスボンベまたはガスインフラ等が例示できる。また、原料中には付臭剤としてあるいは原料に由来するものとして、硫黄化合物が含まれる場合がある。この場合、原料供給経路８において改質器１０よりも上流側に、脱硫器（不図示）をさらに設けた構成とすることができる。
燃焼器１１は、改質器１０により生成された水素含有ガスと、外部から供給された空気とを燃焼する機器であり、例えばバーナーを挙げることができる。燃焼器１１における水素含有ガスおよび空気の燃焼により排ガスが生じる。なお、空気は、不図示の空気供給器によって空気供給経路９を通じて燃焼器１１に供給される。空気供給器は、燃焼器１１へ供給する空気の流量を調整可能とする機器であり、例えば、昇圧器および流量計等により構成されてもよい。昇圧器は、例えば、ポンプなどを例示できる。ポンプとしては、例えば、モータ駆動による定容積型ポンプ、電磁駆動式のダイアフラムポンプなどが挙げられる。また、流量計として、例えば、熱量式センサなどを例示できる。
また、改質器１０において水蒸気改質を実施する場合、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応に必要な熱は、燃焼器１１の燃焼熱によって賄う。具体的には、燃焼器１１で生成された排ガスは、例えば、改質器１０の外壁と接するように設けられた排ガス経路１２を介して改質器１０と熱交換し、改質器１０を例えば６５０℃まで加熱した後、凝縮器１４へ供給され、その後、外部へ排出されるように構成されていてもよい。
排ガス経路１２は、燃焼器１１における水素含有ガスおよび空気の燃焼により生じた排ガスを流通させる経路である。排ガスの流通方向において、排ガス経路１２の上流側の端部が燃焼器１１に接続され、下流側の端部に設けられた排気口を介して排ガスは大気解放される。排ガス経路１２の途中には、凝縮器１４が設けられている。
凝縮器１４は、排ガスと冷却水との間での熱交換により排ガス中の水分を凝縮させて凝縮水を生成する機器である。すなわち、凝縮器１４には、上記した排ガス経路１２および後述する冷却水経路１３それぞれが接続されており、排ガス経路１２を流通する排ガスと冷却水経路１３を流通する冷却水との間で熱交換する。そして、凝縮器１４は、冷却水との熱交換により排ガスを冷却させて排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成する。なお、凝縮器１４は、排ガス中の水蒸気を凝縮させることができる構成であればよく、例えば、プレート式の熱交換器が例示できる。なお、凝縮器１４を流通する排ガスの温度は高温（例えば、約２００℃）となるため、凝縮器１４を、例えばSUS304、SUS316L、SUS430等のステンレスなど耐熱性のある材料で構成してもよい。
また、排ガス経路１２において、凝縮器１４の後段には第２分岐部４１が設けられており、第２分岐部４１で排ガス経路１２から分岐した凝縮水経路１５が水タンク２１に接続されている。すなわち、凝縮水経路１５は、凝縮器１４と水タンク２１とを連結し、凝縮器１４から水タンク２１に向かって凝縮水を流通させる。このため、凝縮器１４で生成された凝縮水は、第２分岐部４１で排ガスと分離され、凝縮水経路１５を流通し、水タンク２１に供給される。凝縮水は、水タンク２１に蓄えられた後、冷却水として利用する。凝縮水経路１５は、凝縮水が流通できるものであればどのような構成でも構わない。例えば、架橋ポリエチレンなどの樹脂チューブまたはSUS304、SUS316L、SUS430等のステンレスなどの金属配管が例示できる。また、図示していないが水素生成システム１００において、凝縮器１４の設置位置が、水タンク２１の設置位置よりも下方となる場合、凝縮水経路１５中にポンプを設け、このポンプにより凝縮水を水タンク２１へ供給する構成としても構わない。
冷却水経路１３は、凝縮器１４において排ガスを凝縮させるための熱媒体として利用する冷却水を流通させる経路である。冷却水経路１３上には、冷却水の流通方向において上流側から、水タンク２１、水供給ポンプ１９、凝縮器１４、加熱器３０、第１温度検知器３１がこの順番で配置されている。冷却水経路１３では、水供給ポンプ１９によって水タンク２１に蓄えられた冷却水が送出され該冷却水経路１３内を流通する。そして、冷却水が凝縮器１４を流通する際に、上記したように排ガスと熱交換を行い、排ガスを冷却させる一方、冷却水自体の温度は６０〜８０℃まで上昇する。このため冷却水経路１３、特には凝縮器１４以降の経路部分は、例えば、架橋ポリエチレンなどの樹脂チューブ、あるいはSUS304、SUS316L、SUS430等のステンレスなどの金属配管により構成した方が望ましい。本発明の実施形態では、冷却水経路１３を流通する冷却水は、凝縮器１４を通過した後、加熱器３０および第１温度検知器３１を介して系外に排出される。
なお、本発明の実施の形態１に係る水素生成システム１００では、冷却水に水道水を使用する構成ではなく、外部から水タンク２１へ供給されたイオン交換水と、凝縮器１４から水タンク２１へ供給された凝縮水とを冷却水として用いる構成である。また、冷却水経路１３において、水供給ポンプ１９よりも後段であり、かつ凝縮器１４よりも前段となる位置に第１分岐部４０が設けられている。この第１分岐部４０と改質器１０との間に改質水経路１８が設けられる。
水タンク２１は、冷却水を蓄えるタンクである。水タンク２１は、冷却水経路１３に加えて、凝縮水経路１５とも接続されており、凝縮器１４で得られた凝縮水を冷却水として貯留する。水タンク２１は凝縮水を蓄えることができる構成であればよく、例えば、樹脂製のタンクであってもよい。水タンク２１における冷却水の流出口（不図示）および凝縮水経路１５との接続位置よりも高い位置に、水タンク２１内において過剰となる凝縮水を排出するためのオーバーフロー経路２２を有する構成としてもよい。
このように、水タンク２１には、外部から供給されたイオン交換水が冷却水として流入するとともに、凝縮器１４において生成された凝縮水が冷却水として流入する。そして、水タンク２１に貯留された冷却水は冷却水経路１３を流通して凝縮器１４に供給され、その後、加熱器３０および第１温度検知器３１を介して系外へと排出される。以上のように冷却水が流通することで排ガス中に含まれる水分を凝縮させ、凝縮水を得ることができる。また、得られた凝縮水は、排ガスを冷却させるための冷却水として利用することができる。
なお、水素生成システム１００は、冷却水経路１３において、水供給ポンプ１９と第１分岐部４０との間にイオン交換樹脂を設けた構成とする。そして、水タンク２１に貯留され、冷却水として利用される凝縮水を、このイオン交換樹脂によりイオン交換水とする構成としてもよい。
水供給ポンプ１９は、水タンク２１内に貯留された冷却水を、凝縮器１４に供給させるポンプである。水供給ポンプ１９は、水タンク２１内に貯留された冷却水を送出させ、冷却水経路１３内を流通させる。水供給ポンプ１９として、羽車式の軸流ポンプが例示できる。
加熱器３０は、起動運転モードにおいて冷却水経路１３を加熱するものである。冷却水経路１３の冷却水の流通方向において、第１分岐部４０よりも下流側に設けられている。加熱器３０は、例えば、電熱線を冷却水経路１３の周囲に螺旋状に巻き付けた電熱ヒータであってもよい。加熱器３０は、このような電熱ヒータに限定されるものではなく、セラミックヒータ等、冷却水経路１３を加熱できるものであればよい。
なお、加熱器３０に温度ヒューズを設置し、過加熱時は、ヒータを断線する安全対策を施してもよい。または、加熱器３０の過加熱時には、制御器３５が水素生成システム１００の運転を停止させるように制御する構成であってもよい。あるいは、第１温度検知器３１によって検知された温度に基づき、制御器３５が加熱器３０の過加熱または短絡等による異常を判定し、水素生成システム１００の運転を停止させるように制御する構成であってもよい。
第１温度検知器３１は、冷却水経路１３に設けられ、冷却水経路１３の温度を検知する検知器である。例えば、第１温度検知器３１は、該第１温度検知器３１が取り付けられている冷却水経路１３の配管部分の温度を検知する構成としてもよい。第１温度検知器３１は、加熱器３０の加熱にともなう冷却水経路１３の温度変化を検知できる位置に設けられていればよく、例えば、図１に示すように冷却水経路１３において、加熱器３０よりも後段に設けられていてもよい。あるいは、冷却水経路１３において加熱器３０の近傍であって該加熱器３０よりも前段に設けられてもよい。
また、第１温度検知器３１は、図１に示すように冷却水経路１３において凝縮器１４よりも後段に設けられており、凝縮器１４から排出された排ガスとの熱交換後の冷却水の温度を検知することもできる。このため、水素生成システム１００では、定常運転モードにおいて、第１温度検知器３１によって検知された温度の時系列変化から、制御器３５が、燃焼器１１等が正常に動作しているか否か判定できる。つまり、定常運転モードにおいて第１温度検知器３１によって検知された冷却水の温度が所定温度よりも低い場合、制御器３５は、燃焼器１１等に異常が発生したとして、水素生成システム１００の動作を停止させることができる。なお、第１温度検知器３１は、冷却水経路１３内の温度を検知できる構成であればよく、例えば、サーミスタ等であってもよい。
加熱器３０と第１温度検知器３１とは冷却水経路１３の配管に直接、取り付けられてもよいし、図２から４に示すように、冶具３６を介して冷却水経路１３の配管に設けられてもよい。図２から４は、図１に示す水素生成システム１００における加熱器３０および第１温度検知器３１の冷却水経路１３への取付構成の一例を示す図である。
すなわち、図２に示すように冷却水経路１３の冷却水の流れ方向において前段に冶具３６を介して加熱器３０を設け、加熱器３０の後段に第１温度検知器３１を冷却水経路１３の配管に直接設ける構成であってもよい。また、図３に示すように、前段に加熱器３０を、加熱器３０の後段に第１温度検知器３１を配置し、加熱器３０および第１温度検知器３１をともに同じ冶具３６を介して冷却水経路１３に取り付けられる構成であってもよい。
あるいは、冶具３６が熱伝導率の高い材質により構成されている場合、例えば、図４に示すように前段に第１温度検知器３１を配置し、第１温度検知器３１の後段に加熱器３０を配置し、加熱器３０および第１温度検知器３１をともに同じ冶具３６を介して冷却水経路１３に取り付けられる構成としてもよい。
なお、水素生成システム１００において冶具３６は必須の構成要素ではない。つまり、冷却水経路１３の配管に取り付ける加熱器３０および第１温度検知器３１の種類に応じて、この加熱器３０および第１温度検知器３１を、冶具３６を介して冷却水経路１３に取り付けたり、直接取り付けたりすることができる。なお、冶具３６を介して加熱器３０および第１温度検知器３１を冷却水経路１３に設ける構成の場合、該冶具３６も冷却水経路１３の一部とみなすことができる。
改質水経路１８は、冷却水経路１３における水供給ポンプ１９と凝縮器１４との間に設けられた第１分岐部４０で分岐し、冷却水の一部を改質水として改質器１０へ流通させる経路である。改質水経路１８は改質水を改質器１０に供給できる経路であればよく、例えば、架橋ポリエチレンなどの樹脂チューブやSUS304、SUS316L、SUS430等のステンレスなどの金属配管が例示できる。なお、実施の形態１に係る水素生成システム１００では、図１に示すように、所定流量の改質水を改質器１０に供給するために、改質水経路１８中において、例えば、定容積型シリンダポンプ等の改質水供給ポンプ２３を設けた構成としてもよい。ただし、冷却水経路１３と改質水経路１８との圧損差を利用して第１分岐部４０から改質器１０に向かって所定流量の改質水が改質水経路１８を流通することができる構成の場合は、改質水供給ポンプ２３を必ずしも備える必要はない。
制御器３５は、水素生成システム１００が備える各部の各種制御を実施するものであり、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵなどを例示できる。記憶部としては、例えば、メモリなどを例示できる。制御器３５は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに共働して分散制御を行う、複数の制御器から構成されていてもいい。
より具体的には、制御器３５は、水素生成システム１００の起動運転モードにおいて、加熱器３０を動作させるとともに、水供給ポンプ１９および改質水供給ポンプ２３を動作させるように制御する。また、制御器３５は、第１温度検知器３１の検知温度に基づいて、水素生成システム１００の転動作を停止させるように制御することもできる。
すなわち、図５に示すように水素生成システム１００の起動運転モードの開始の際に、加熱器３０により冷却水経路１３を加熱すると、この冷却水経路１３における冷却水の有無に応じて所定時間（ｔ１）後に第１温度検知器３１によって検知された温度が異なる。図５は、図１に示す水素生成システム１００が備える第１温度検知器３１により検知された温度の時系列変化の一例を示すグラフである。図５では、冷却水経路１３内が冷却水によって満たされている場合と、冷却水がない場合とについて、それぞれの温度の時系列変化を示している。なお、図５に示すグラフの縦軸を第１温度検知器３１によって検知された温度とし、横軸を第１温度検知器３１によって温度検知が開始されてからの経過時間を示している。
図５に示すように、起動運転モードの開始時において冷却水経路１３内に冷却水がある場合、加熱器３０によって冷却水が昇温され、第１温度検知器３１が検知する冷却水の温度は徐々に上昇し、やがて所定の温度まで達するとその温度の状態を維持する。一方、冷却水経路１３内に冷却水が無い場合、加熱器３０により冷却水経路１３内の空気が加熱され、第１温度検知器３１が検知する温度はほぼ単調増加する。なお、加熱器３０による加熱開始から例えば、２０秒など一定の時間までは冷却水経路１３内に冷却水がある場合の方が、冷却水が無い場合よりも温度が高くなっている。これは以下の理由による。冷却水経路１３内が水により満たされている場合、加熱器３０により与えられる熱は、冷却水経路１３内の冷却水の流動に伴って第１温度検知器３１の温度検知範囲まで伝わることができる。また、冷却水はそのまま第１温度検知器３１の下流へ流動し続ける。このため、限定された時間スパンでは、受熱量分だけ温度上昇する。つまり、１５〜２０秒程度の短時間内においては、水の受熱量が大きくなるが、例えば、１分程度の長時間になると、流動しつづける冷却水の温度は一定値になり、変わらなくなる。
一方、冷却水経路１３内に冷却水が無い場合は、加熱器３０の熱は空気中を主として熱伝導のみにて伝熱し、流動せず冷却水経路１３内にこもっている空気中をゆっくり伝熱する。そのため１５〜２０秒程度の短時間では第１温度検知器３１の温度上昇は遅いが、例えば１分程度の長時間になると、加熱器３０は、このこもった空気に長時間にわたり熱を与え続け、やがて第１温度検知器３１まで伝熱する。このため、１分程度の時間スパンでみると第１温度検知器３１により検知された温度は、冷却水経路１３内に冷却水がある場合よりも、冷却水経路１３内に冷却水が無い場合の方が高温になる。
また、図５に示すように、加熱器３０に異常が生じ、冷却水経路１３が加熱されなかった場合、第１温度検知器３１により検知される温度に変動は生じない。
加熱器３０を冷却水経路１３の配管の一方の面に設置した場合について記載したが、冷却水経路１３の配管にらせん状に巻きつけて設置した温度センサの応答の場合は、第１温度検知器３１により検知された温度の上昇はより早くなる。場合に応じて、適宜シミュレーションもしくは実験（実機評価）により、加熱器３０の形状、測温部位置、検出タイミングの最適化をあらかじめ行うことにより、水切れ検知を効果的に実施できる。
制御器３５は、上記したように所定時間（ｔ１）経過後において第１温度検知器３１により検知された温度の相違に基づき、冷却水経路１３における冷却水の有無について判断することができる。そして、冷却水経路１３において冷却水がないと判断した場合、制御器３５は、水素生成システム１００の動作を停止させるように制御することができる。
また、水素生成システム１００の定常運転モードであって、冷却水経路１３中を冷却水が循環している場合において、第１温度検知器３１により検知された温度が通常の温度よりも低くなるとき、制御器３５は、燃焼器１１の故障等、水素生成システム１００において異常が発生したと判定し、水素生成システム１００の動作を停止させるように制御することもできる。
このように、実施の形態１に係る水素生成システム１００では、制御器３５が、第１温度検知器３１により検知された温度に基づき、起動運転モードならびに定常運転モードにおける水素生成システム１００の異常を判定できるように構成されている。
また、冷却水経路１３内が冷却水で満たされている場合、冷却水経路１３から分岐した改質水経路１８も改質水で満たされた状態となる。このため、制御器３５は、冷却水経路１３内における冷却水の有無を判断することで、改質水経路１８内の改質水の有無についても併せて判断することができる。このため、実施の形態１に係る水素生成システム１００では、改質器１０への改質水の供給不足が生じる前に、改質水（冷却水）の有無を事前に検知することができる。
（実施の形態１に係る水素生成システムにおける異常検知処理）
次に、上記した図５に加え、図６を参照して、実施の形態１に係る水素生成システム１００の異常検知処理に関する動作フローについて説明する。図６は、図１に示す水素生成システム１００における異常検知処理の一例を示すフローチャートである。なお、図６のフローチャートに示す各処理ステップは、例えば、制御器３５が、起動運転モードの開始時に、メモリ等から制御プログラムを読み出し実行することにより実施される。つまり、水素生成システム１００の運転モードを、停止／待機モードから起動運転モードに切り替える際に、制御器３５は、図６のフローチャートに示すように各ステップを実行する。
まず、制御器３５は、第１温度検知器３１によって検知された冷却水経路１３の温度Ｔｘ‐１を取得する（ステップＳ１１）。ここで取得された温度Ｔｘ‐１は、ｔ＝０の時の温度であるため、温度Ｔ１となる。この場合、温度Ｔ１は、水素生成システム１００を取り巻く環境等により変動する値であって、例えば、室温となる。
次いで、制御器３５は、加熱器３０に通電（ＯＮ）させ、冷却水経路１３を加熱する（ステップＳ１２）。加熱器３０のＯＮに伴い、図５に示すように、第１温度検知器３１によって検知される冷却水経路１３の温度Ｔｘ‐１が上昇していくこととなる。
さらに、制御器３５は、水供給ポンプ１９を動作させるように制御する(ステップＳ１３)。これにより、冷却水経路１３内を冷却水が該冷却水経路１３の下流側に向かって流れていく。
続いて、制御器３５は、加熱器３０への通電を開始してから所定時間（ｔ１）経過したか否かを判定し（ステップＳ１４）、所定時間（ｔ１）が経過するまでステップＳ１４における判定を継続する。加熱器３０への通電を開始してから所定時間（ｔ１）経過した場合（ステップＳ１４においてＹｅｓの場合）には、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５において、第１温度検知器３１によって検知された温度Ｔｘ‐１が、温度Ｔ１に予め定められた温度差ΔＴａを加えた温度Ｔａより高いか否かを判断する。
なお、ここで温度差ΔＴａは、冷却水経路１３内に冷却水が満たされている場合において、所定時間（ｔ１）の間、冷却水経路１３が加熱器３０によって加熱されたときに温度Ｔｘ‐１が少なくとも上昇するであろう温度、もしくは該温度よりもやや低い温度であり、例えば実機評価もしくはシミュレーション等から予め求めることができる。この温度差ΔＴａは、不図示のメモリ等に記憶される。なお、所定時間（ｔ１）は、冷却水経路１３内に冷却水が満たされている場合の温度と、冷却水が無い場合の温度との差が明確に区別できる時間であり、例えば、起動運転モードにおいて異常検知処理を実行開始してから約２５秒とすることができる。
ここで、第１温度検知器３１によって検知された温度Ｔｘ‐１が、温度Ｔａ以下と判断された場合（ステップＳ１５においてＮＯの場合）には、制御器３５は、水素生成システム１００において、加熱器３０の故障によって冷却水経路１３が加熱されていない異常が発生していると判定し（ステップＳ２１）、起動運転モードにある水素生成システムの動作を停止するように制御する（ステップＳ２３）。
一方、第１温度検知器３１によって検知された温度Ｔｘ‐１が、温度Ｔａより高いと判断された場合（ステップＳ１５において「ＹＥＳ」の場合）には、制御器３５は、ステップＳ１６へ移行する。そして、制御器３５は、ステップＳ１６において、第１温度検知器３１によって検知された温度Ｔｘ‐１が、温度Ｔ１に予め定められた温度差ΔＴｂを加えた温度Ｔｂ以下か否かを判断する。
なお、ここで温度差ΔＴｂは、冷却水経路１３内に冷却水が満たされていない場合において、所定時間（ｔ１）の間、冷却水経路１３が加熱器３０によって加熱されたときに温度Ｔｘ‐１が少なくとも上昇するであろう温度もしくは該温度よりやや低い温度であり、例えば実機評価もしくはシミュレーション等から予め求めることができ、温度差ΔＴｂは、不図示のメモリ等に記憶される。
ここで、第１温度検知器３１によって検知された温度Ｔｘ‐１が、温度Ｔｂより高いと判断された場合（ステップＳ１６において「ＮＯ」の場合）には、制御器３５は、冷却水経路１３において冷却水が充満されていない異常が発生していると判定し（ステップＳ２２）、水素生成システムの動作を停止するように制御する（ステップＳ２３）。
一方、第１温度検知器３１によって検知された温度Ｔｘ‐１が、温度Ｔｂ以下と判断された場合（ステップＳ１６においてＹＥＳの場合）には、制御器３５は、冷却水経路１３に冷却水が充満されており、動作が正常であると判定して（ステップＳ１７）、ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、制御器３５は、加熱器３０への通電を停止（ＯＦＦ）させる。
その後、制御器３５は、改質器１０に原料を供給させるとともに、改質水供給ポンプ２３を作動させて改質水を供給させる。また、制御器３５は、燃焼器１１へ空気を供給させるとともに、燃焼器１１を着火させる。そして、燃焼器１１における燃焼により生成された排ガスの有する熱を利用して改質器１０の温度が所定温度以上となれば、起動運転モードを終了し、定常運転モードへと移行する。
以上のように実施の形態１に係る水素生成システム１００は、冷却水経路１３から分岐した改質水経路１８を通じて、冷却水の一部を改質器１０に供給する構成とする。このような構成において、第１分岐部４０の後段に加熱器３０および第１温度検知器３１を設置し、第１温度検知器３１によって検知された加熱器３０の加熱に伴う冷却水経路１３の温度変化に基づき、冷却水経路１３における冷却水の有無、換言すると改質水経路１８における改質水の有無を確認することができる。このように、実施の形態１に係る水素生成システム１００は、起動運転モードにおいて改質水の改質器１０への供給不足を、冷却水経路１３の状況から判断することができる。
また、制御器３５は、冷却水が流通する冷却水経路１３内が冷却水により満たされているか否か判定することで、改質水経路１８内が改質水により満たされているか否か判定することができる。このため、例えば、冷却水経路１３と改質水経路１８とがそれぞれ別系統の経路となるように構成され、それぞれの経路が冷却水または改質水により満たされているか否かについて別々に検知される構成と比較して製造コストを抑制することができる。また、冷却水経路１３および改質水経路１８それぞれを水道水が流通することがないため、スケールの発生を防ぐことができる。このため、冷却水経路１３および改質水経路１８を形成するにあたりスケールが付着しにくい高価な配管を利用する必要がなく製造コストを抑制することができる。
なお、ステップＳ１２における加熱器３０をＯＮさせるステップと、ステップＳ１３における水供給ポンプ１９を動作させるステップとは、両者の順番は逆であってもよいし、同時に行う構成であってもよい。
ところで、図５に示す第１温度検知器３１により検知された温度のプロファイルは、例えば、冷却水経路１３の配管の材料としてSUS304、SUS316L、SUS430等のステンレスを用い、加熱器３０が冷却水経路１３の配管の外周を囲むように設けられた構成において、第１温度検知器３１により配管の内側の温度を検知したときの温度プロファイルである。しかしながら、冷却水経路１３の配管の材料はこれらのステンレスに限定されるものではなく、例えば、耐熱性の樹脂から構成されていてもよい。また、加熱器３０は、冷却水経路１３の配管の外周を囲むように設けられた構成に限定されるものではなく、例えば冷却水経路１３内に加熱器３０が設けられた構成であってもよい。また、第１温度検知器３１により検知する温度は冷却水経路１３の配管の内側の温度に限定されるものではなく冷却水経路１３内の温度であってもよい。第１温度検知器３１により検知される部位、冷却水経路１３に設けられる加熱器３０の種類、冷却水経路１３の配管材料等の相違により図５に示す温度プロファイルは異なるものとなるが、それぞれの条件に応じて適宜、ｔ１、ならびにΔＴａとΔＴｂを設定することで、冷却水経路１３内における冷却水の有無、ならびに改質水経路１８内における冷却水の有無を適切に判定することができる。
（実施の形態１の変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００について図７を参照して説明する。図７は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００の概略構成の一例を示す図である。
実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００の構成は、実施の形態１に係る水素生成システム１００の構成と比較して以下の点で異なる。すなわち、実施の形態１に係る水素生成システム１００では、冷却水経路１３を流通する冷却水が系外に排出される構成であった。また、水タンク２１には冷却水として外部からイオン交換水が供給される構成であった。これに対して実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００では、冷却水経路１３が系外に向かうのではなく水タンク２１へ戻る循環経路となっている点で異なる。つまり、水タンク２１に外部からイオン交換水が、冷却水として供給される構成とはなっていない。また、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００では、冷却水経路１３において、水供給ポンプ１９と第１分岐部４０との間において放熱器２０がさらに設けられている点でも実施の形態１に係る水素生成システム１００と異なる。それ以外の点については、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００は、実施の形態１に係る水素生成システム１００と同様な構成であるため、同様な部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
冷却水経路１３が循環経路として形成される場合、冷却水が水タンク２１、水供給ポンプ１９、放熱器２０、第１分岐部４０、凝縮器１４、加熱器３０、および第１温度検知器３１の順番に流通して循環する。なお、加熱器３０と第１温度検知器３１の位置関係は、図７に示すように、第１温度検知器３１が加熱器３０の後段に設けられる構成であってもよいし、加熱器３０による加熱にともなう冷却水経路１３の温度変化を検知できる場所であるならば、第１温度検知器３１が加熱器３０よりも前段に設けられる構成であってもよい。
また、図７に示すように、冷却水経路１３は、冷却水の流通方向において上流側の端部が水タンク２１の底部に接続され、下流側の端部が、水タンク２１に設けられているオーバーフロー経路２２よりも下方であり、かつ凝縮水経路１５との接続部分よりも上方となる位置に接続されている。このように冷却水経路１３の上流側の端部および下流側の端部それぞれが水タンク２１に接続された構成となっている。
放熱器２０は、冷却水経路１３を流通する冷却水が少なくとも凝縮器１４に至る前に、該冷却水の温度を低下させる機器である。すなわち、水素生成システム２００では、冷却水経路１３が循環経路となるように形成されたため、凝縮器１４における排ガスとの熱交換により温水となった冷却水の温度を、少なくとも凝縮器１４に至る前に低下させる必要がある。そのため、放熱器２０は、冷却水経路１３を流通する冷却水を放熱させて冷却できる機器であればよく、空冷によるラジエータまたは水冷によるプレート式熱交換器などが例示できる。放熱器２０がラジエータの場合、熱媒体経路１６を流通する熱媒体としては空気を利用することができる。また、放熱器２０が水冷によるプレート式熱交換器の場合、熱媒体経路１６を流通する熱媒体として水を利用することができる。
かかる構成により、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００は、外部から冷却水（イオン交換水）を供給および追加供給する必要がなく、冷却水経路１３を流通する冷却水および凝縮器１４で生成された凝縮水を、冷却水および改質水として利用することができる自己完結型のシステムとなる。
また、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００も、図６に示す実施の形態１に係る水素生成システム１００における異常検知処理と同様にして、起動運転モードにおいて、冷却水経路１３内の冷却水の有無を判定することができる。このため、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００における異常検知処理の説明は省略する。
（第１温度検知器および加熱器の配置）
次に、冷却水経路１３中における第１温度検知器３１および加熱器３０を備える位置について説明する。上記した構成を有する本発明の実施の形態１に係る水素生成システム１００、およびその変形例１に係る水素生成システム２００では、冷却水経路１３において、冷却水の流通方向に上流側から順に、水タンク２１、水供給ポンプ１９、第１分岐部４０、凝縮器１４、加熱器３０、および第１温度検知器３１が配置されている。つまり、加熱器３０および第１温度検知器３１は、第１分岐部４０よりも高い位置でかつ、冷却水経路１３において凝縮器１４よりも後段となる位置に設けられている。特に、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００のように、冷却水経路１３が循環経路となっている場合は、図８に示すように、加熱器３０および第１温度検知器３１の高さ方向の位置（図８に示す位置ａ、ｂ）は、第１分岐部４０の高さ方向の位置（図８に示す位置ｃ）よりも高い位置でありかつ、冷却水経路１３において凝縮器１４から水タンク２１までの間の任意の場所に設けることができる。図８は冷却水経路１３における水タンク２１、水供給ポンプ１９、第１分岐部４０、凝縮器１４、加熱器３０、および第１温度検知器３１の配置関係の一例を模式的に表した図である。
このように、第１温度検知器３１および加熱器３０は、冷却水経路１３において凝縮器１４よりも下流側、つまり第１分岐部４０よりも下流側であり、かつ物理的に高い位置に配置されている。このため、第１温度検知器３１によって検知した冷却水経路１３の温度に基づき、冷却水経路１３内が冷却水により満たされていると制御器３５が判定したときは、必ず改質水経路１８内に改質水があることを保障でき、結果的には、確度よく改質水の有無を判定することができる。このため、水素生成システム１００および水素生成システム２００では、改質器１０の改質触媒が改質水の供給不足に起因して性能低下することを防ぐことができる。
また、図８に示すように、水素生成システム２００では、設置スペースの関係上、冷却水経路１３における、凝縮器１４から水タンク２１に至るまでの間に、１以上の屈曲部を有する場合がある。このような場合では、冷却水経路１３の凝縮器１４から水タンク２１までの間において上方に凸なる区間１３ａが形成される場合がある。この区間１３ａには冷却水に含まれる気泡が溜まる可能性があり、この気泡が溜まった部分に第１温度検知器３１が設けられると、該第１温度検知器３１の検知結果に基づき、冷却水経路１３内が冷却水により満たされているか否か精確に判定できない場合がある。そこで、好ましくは、加熱器３０および第１温度検知器３１は、凝縮器１４から水タンク２１までの間において区間１３ａ以外の位置に設けられていてもよい。
[実施の形態２]
次に、実施の形態２に係る水素生成システム３００について図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施の形態２に係る水素生成システム３００の概略構成の一例を示す図である。図９に示すように、実施の形態２に係る水素生成システム３００は、実施の形態１に係る水素生成システム１００の構成において、さらに冷却水経路１３上であって凝縮器１４よりも後段であり、かつ加熱器３０および第１温度検知器３１よりも前段となる位置に、冷却水の温度を検知する第２温度検知器３２を備えた点で異なる。それ以外の点については、実施の形態２に係る水素生成システム３００は、実施の形態１に係る水素生成システム１００と同様な構成であるため、同様な部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
第２温度検知器３２は、凝縮器１４において行われた排ガスとの熱交換後の冷却水の温度を検知することができる。第２温度検知器３２は、第１温度検知器３１と同様に冷却水経路１３内の温度を検知できる構成であればよく、例えば、サーミスタ等であってもよい。
つまり、上記した実施の形態１に係る水素生成システム１００では、所定時間（ｔ１）経過後において第１温度検知器３１により検知された温度（Ｔｘ‐１）が温度Ｔｂ以下か否かに応じて冷却水経路１３内に冷却水があるか否か、換言すると改質水経路１８内に改質水があるか否か判定する構成であった。一方、実施の形態２に係る水素生成システム３００では、加熱器３０の前後それぞれで検知された温度の差から冷却水経路１３内に冷却水があるか否か、換言すると改質水経路１８内に改質水があるか否か判定する構成となっている。
つまり、加熱器３０が異常により動作していない場合、加熱器３０の前段に設けられた第２温度検知器３２によって検知された温度と、加熱器３０の後段に設けられた第１温度検知器３１によって検知された温度との差は、図１０に示すようにほぼ無い状態となる。図１０は、図９に示す水素生成システム３００において加熱器３０が動作しなかったときの第１温度検知器３１と第２温度検知器３２との検知結果の一例を示すグラフである。
ところが、加熱器３０が正常に動作している場合は、図１１および図１２に示すように第１温度検知器３１で検知された温度と第２温度検知器３２で検知された温度との間に差が生じる。また、この温度差は、図１２に示すように冷却水経路１３において冷却水が有る場合の方が、冷却水が無い場合と比べて大きくなる。図１１は、図９に示す水素生成システム３００において加熱器３０が正常に動作しており、かつ冷却水経路１３内に冷却水が無いときの第１温度検知器３１と第２温度検知器３２との検知結果の一例を示すグラフである。図１２は、図９に示す水素生成システム３００において加熱器３０が正常に動作しており、かつ冷却水経路１３内に冷却水が有るときの第１温度検知器３１と第２温度検知器３２との検知結果の一例を示すグラフである。図１３は、図９に示す水素生成システム３００において冷却水があるときの第１温度検知器３１と第２温度検知器３２との温度差と、冷却水が無いときとの第１温度検知器３１と第２温度検知器３２との温度差との関係を示すグラフである。
そこで、実施の形態２に係る水素生成システム３００では、第１温度検知器３１により検知された温度と第２温度検知器３２により検知された温度との差の大小を利用して、冷却水経路１３における冷却水の有無を判定するように構成されている。
つまり、冷却水経路１３内が冷却水により満たされている場合、制御器３５が加熱器３０をＯＮさせて冷却水経路１３が加熱されると、第１温度検知器３１において検知される温度は徐々に上がっていくが、第２温度検知器３２において検知された温度はほとんど変化しない。一方、冷却水経路１３内が冷却水により満たされていない場合、制御器３５が加熱器３０をＯＮさせて冷却水経路１３が加熱されると、第１温度検知器３１において検知される温度と第２温度検知器３２において検知された温度とはほぼ同じように温度上昇する。このため、冷却水経路１３内が冷却水により満たされている場合の方が、冷却水経路１３内が冷却水により満たされていない場合よりも温度差が大きくなる。そこで、制御器３５は、第１温度検知器３１により検知された温度と第２温度検知器３２により検知された温度との差に基づいて、冷却水経路１３内における冷却水の有無を判断できる構成となっている。
なお、定常運転モードでは、冷却水経路１３を流通する冷却水は、凝縮器１４において排ガスとの熱交換により加温される。そこで、第１温度検知器３１および第２温度検知器３２により検知された冷却水の温度に基づき、制御器３５が、燃焼器１１が正常に動作しているか否かについても検知できる。
以下において、具体的に実施の形態２に係る水素生成システム３００における異常検知処理について、上記した図１１〜１３に加えて図１４を参照して説明する。
（実施の形態２に係る水素生成システムにおける異常検知処理）
図１４は、図９に示す水素生成システム３００における異常検知処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１４のフローチャートに示す各処理ステップは、例えば、制御器３５が、起動運転モードの開始時に、メモリ等から制御プログラムを読み出し実行することにより実施される。つまり、水素生成システム３００の運転モードを、停止／待機モードから起動運転モードに切り替える際に、制御器３５は、図１４のフローチャートに示すように各ステップを実行する。
まず、制御器３５は、第１温度検知器３１によって検知された冷却水経路１３の温度Ｔｘ-１と、第２温度検知器３２によって検知された冷却水経路１３の温度Ｔｘ-２とを取得する（ステップＳ３１）。そして、制御器３５は、第１温度検知器３１の検知温度Ｔｘ-１と第２温度検知器３２の検知温度Ｔｘ-２との温度差ΔＴｘ（ΔＴｘ＝Ｔｘ-１−Ｔｘ-２）を求める（ステップＳ３２）。
なお、次のステップＳ３３からステップＳ３６、ステップＳ４１、ステップＳ４３は、図６に示すステップＳ１２からステップＳ１５、ステップＳ２１、ステップＳ２３と同様であるため説明は省略する。
ステップＳ３６において、第１温度検知器３１によって検知された温度Ｔｘ−1が、温度Ｔａより高いか否かを判断し、温度Ｔｘ‐１が、温度Ｔａより高いと判断された場合（ステップＳ３６において「ＹＥＳ」の場合）には、制御器３５は、ステップＳ３７へ移行する。
ステップＳ３７において、制御器３５は、第１温度検知器３１により検知された温度Ｔｘ‐１と、第２温度検知器３２によって検知された温度Ｔｘ‐２との温度差ΔＴｘが予め定められた所定温度差（ΔＴｄ）以上か否かを判断する。ここで、ΔＴｄは、図１３に示すように冷却水経路１３内に冷却水が満たされている場合において、所定時間（ｔ１）の間、冷却水経路１３が加熱器３０によって加熱されたときに少なくとも生じる、第１温度検知器３１により検知された温度と第２温度検知器３２により検知された温度との差を示す値あるいはこの温度差よりもやや低い値である。ΔＴｄは、例えば、実機評価もしくはシミュレーション等から予め求めることができ、不図示のメモリ等に記憶しておくことができる。
ここで、温度差ΔＴｘが、所定の温度差（ΔＴｄ）より低いと判断された場合（ステップＳ３７においてＮｏの場合）には、制御器３５は、冷却水経路１３に冷却水が充満されていない異常が発生していると判断し（ステップＳ４２）、起動運転モードにある水素生成システムの動作を停止するように制御する（ステップＳ４３）。
一方、温度差ΔＴｘが、所定の温度差（ΔＴｄ）以上と判断された場合（ステップＳ３７においてＹｅｓの場合）には、制御器３５は、冷却水経路１３に冷却水が充満されており、正常であると判定して（ステップＳ３８）、ステップＳ３９に移行する。ステップＳ３９では、制御器３５は、加熱器３０への通電を停止（ＯＦＦ）させる。
その後、制御器３５は、改質器１０に原料を供給させるとともに、改質水供給ポンプ２３を作動させて改質水を供給させる。また、制御器３５は、燃焼器１１へ空気を供給させるとともに、燃焼器１１を着火させる。そして、燃焼器１１における燃焼により生成された排ガスの有する熱を利用して改質器１０の温度が所定温度以上となれば、起動運転モードを終了し、定常運転モードへと移行する。
以上のように実施の形態２に係る水素生成システム３００は、冷却水経路１３から分岐した改質水経路１８を通じて、冷却水の一部を改質器１０に供給する構成とする。このような構成において、第１分岐部４０の後段に第２温度検知器３２、加熱器３０、および第１温度検知器３１を設置し、第１温度検知器３１によって検知された温度と第２温度検知器３２によって検知された温度との温度差ΔＴｘに基づき、冷却水経路１３における冷却水の有無、換言すると改質水経路１８にいける改質水の有無を確認することができる。このように、実施の形態２に係る水素生成システム３００は、起動運転モードにおいて改質水の改質器１０への供給不足を、冷却水経路１３の状況から判断することができる。
また、制御器３５は、冷却水が流通する冷却水経路１３内が冷却水により満たされているか否か判定することで、改質水経路１８内が改質水により満たされているか否か判定することができる。このため、例えば、冷却水経路１３と改質水経路１８とがそれぞれ別系統の経路となるように構成され、それぞれの経路が冷却水または改質水により満たされているか否かについて別々に検知する構成と比較して製造コストを抑制することができる。
また、冷却水経路１３および改質水経路１８それぞれを水道水が流通することがないため、スケールの発生を防ぐことができる。このため、冷却水経路１３および改質水経路１８を形成するにあたりスケールが付着しにくい高価な配管を利用する必要がなく製造コストを抑制することができる。
（実施の形態２の変形例１）
次に、実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００について図１５を参照して説明する。図１５は、本発明の実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００の概略構成の一例を示す図である。
実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００の構成は、実施の形態２に係る水素生成システム３００の構成と比較して以下の点で異なる。すなわち、実施の形態２に係る水素生成システム３００では、冷却水経路１３を流通する冷却水が系外に排出される構成であった。また、水タンク２１には冷却水として外部からイオン交換水が供給される構成であった。これに対して実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００では、冷却水経路１３が系外に向かうのではなく水タンク２１へ戻る循環経路となっている点で異なる。つまり、水タンク２１に外部からイオン交換水が冷却水として供給される構成とはなっていない。また、実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００では、冷却水経路１３において、水供給ポンプ１９と第１分岐部４０との間において放熱器２０がさらに設けられている点でも実施の形態２に係る水素生成システム３００と異なる。それ以外の点については、実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００は、実施の形態２に係る水素生成システム３００と同様な構成であるため、同様な部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
また、実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００は、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００の構成において、凝縮器１４と加熱器３０との間に第２温度検知器３２をさらに備えた構成であるともいえる。このため、循環経路として形成される冷却水経路１３、ならびに放熱器２０については、実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００と同様なため、その詳細な説明は省略する。
また、実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００も、図１４に示す実施の形態２に係る水素生成システム３００における異常検知処理と同様にして、起動運転モード時における、冷却水経路１３内の冷却水の有無を判定することができる。このため、実施の形態２の変形例１に係る水素生成システム４００における異常検知処理の説明は省略する。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３として、上記した水素生成システム４００を備えた燃料電池システムを例に挙げて図１６を参照して説明する。実施の形態３に係る燃料電池システム５００は、上記した水素生成システム４００に加えてさらに燃料電池５０を備えた構成となっている。図１６は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム５００の概略構成の一例を示す図である。
図１６に示すように、実施の形態３に係る燃料電池システム５００は、外部から供給された原料と改質器１０で生成された水素含有ガスとを用いて発電するシステムである。燃料電池システム５００は、原料供給経路８と、空気供給経路９と、改質器１０と、燃焼器１１と、排ガス経路１２と、冷却水経路１３と、凝縮器１４と、凝縮水経路１５と、熱媒体経路１６、改質水経路１８と、水供給ポンプ１９と、放熱器２０、水タンク２１と、改質水供給ポンプ２３と、加熱器３０と、第１温度検知器３１と、第２温度検知器３２と、制御器３５と、燃料電池５０と、を備えてなる構成である。なお、水タンク２１は、オーバーフロー経路２２を備えていてもよい。
すなわち、実施の形態３に係る燃料電池システム５００は、図１５に示す水素生成システム４００の構成において、燃料電池５０をさらに備え、空気供給経路９を通じて供給される空気の供給先が燃焼器１１ではなく燃料電池５０となっている。それ以外の点については、燃料電池システム５００は、水素生成システム４００と同様な構成である。このため、同様な構成部材については同様の符号を付し、その説明は省略するものとする。なお、実施の形態３では、水素生成システム４００の構成において、さらに燃料電池５０を備えた構成となっていたが、これに限定されるものではない。例えば、水素生成システム１００、水素生成システム２００、または水素生成システム３００の構成において、さらに燃料電池５０を備えた構成としてもよい。
燃料電池５０は、改質器１０で生成された水素含有ガスと、空気供給経路９を通じて供給された空気（酸素含有ガス）とを用いて発電する。例えば、燃料電池５０は、電解質をアノード電極とカソード電極とによって挟み込んだ単セルを備え、改質器１０からの水素含有ガスがアノード側に、空気（酸素含有ガス）がカソード側に、それぞれ供給されることで発電する。なお、燃料電池５０では、このような単セルを複数、電気的に直列に連結し、数Ｖ−数百Ｖの電圧を発生するスタックを構成する。また、燃料電池５０は、各単セルに空気および水素含有ガスを分配して供給するマニホールド（不図示）と、集電部（不図示）とを備えた構成であってもよい。
なお、燃焼器１１には燃料電池５０の発電において未利用の水素含有ガスを含むアノードオフガスと、発電において未利用の空気（酸化剤ガス）を含むカソードオフガスとが供給され、アノードオフガスとカソードオフガスとを燃焼している。このため、燃焼器１１には、改質器１０で生成された水素含有ガスと、外部から供給された空気とを燃料電池５０を介して供給しているといえる。また、燃焼器１１に供給される空気の流量が不足する場合は、さらに空気供給経路を設け、燃焼器１１に空気を供給する構成としてもよい。
燃料電池５０は、単セルが有する電解質の種類により、固体高分子形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、リン酸形燃料電池、あるいはアルカリ形燃料電池などに分類される。燃料電池５０としては、いずれの種類であっても良い。
例えば、燃料電池５０が、固体酸化物形燃料電池の場合、電解質に、例えば、イットリウム（Ｙ）酸化物（Ｙ２Ｏ３）を添加したジルコニア（ＺｒＯ２）であるイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、あるいはイッテルビウム（Ｙｂ）やスカンジウム（Ｓｃ）をドープしたジルコニア系の固体電解質が用いられる。ＹＳＺを用いた燃料電池５０の単セルでは、電解質の厚みにも依存するが、例えば、５００℃−１０００℃程度の温度範囲で発電反応が行われる。アノードの材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）とＹＳＺの混合物、または、ニッケルとセリウム（Ｃｅ）の酸化物（ＣｅＯ２）にガドリニウム（Ｇｄ）を添加した混合物などが用いられる。一方、カソードの材料としては、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガンを含有する酸化物や、ランタン、ストロンチウム、コバルト、鉄を含有する酸化物などが用いられる。
なお、燃料電池システム５００において、改質器１０と燃料電池５０とを一つのユニットとして扱い、燃料電池モジュールと呼ぶ場合がある。また、燃料電池５０を構成する単セルの構造は、いわゆる平板型、円筒型、円筒平板型などのいずれでもよい。
また、燃料電池システム５００では、図１４に示す異常検知処理と同様の処理ステップを制御器３５が実施してもよい。あるいは、燃料電池システム５００の構成を、実施の形態１に係る水素生成システム１００または実施の形態１の変形例１に係る水素生成システム２００に、燃料電池５０をさらに備えた構成とする場合、図６に示す異常検知処理と同様の処理ステップを制御器３５が実施してもよい。また、燃料電池システム５００を、コージェネレーションシステムとして凝縮器１４で冷却水に排ガスの有する熱を回収させ、該熱により加熱された冷却水を給湯水として利用する構成としてもよい。
本発明は、排ガスに含まれる水分を改質水および排ガスの冷却に利用する水素生成システムに広く適用できる。
８ 原料供給経路
９ 空気供給経路
１０ 改質器
１１ 燃焼器
１２ 排ガス経路
１３ 冷却水経路
１４ 凝縮器
１５ 凝縮水経路
１６ 熱媒体経路
１８ 改質水経路
１９ 水供給ポンプ
２０ 放熱器
２１ 水タンク
２２ オーバーフロー経路
２３ 改質水供給ポンプ
３０ 加熱器
３１ 第１温度検知器
３２ 第２温度検知器
３５ 制御器
３６ 冶具
４０ 第１分岐部
４１ 第２分岐部
５０ 燃料電池
１００ 水素生成システム
２００ 水素生成システム
３００ 水素生成システム
４００ 水素生成システム
５００ 燃料電池システム

Claims (13)

  1. 供給された原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
    前記改質器により生成された前記水素含有ガスと、供給された空気とを燃焼し、排ガスを生成する燃焼器と、
    前記排ガスを流通させる排ガス経路と、
    前記排ガスを冷却させるために冷却水を流通させる冷却水経路と、
    前記排ガスと前記冷却水との間での熱交換により該排ガス中の水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、
    前記凝縮器において生成された前記凝縮水を、前記冷却水として貯留する水タンクと、
    前記水タンク内に貯留された冷却水を、前記凝縮器に供給させる水供給ポンプと、
    前記冷却水経路における前記水供給ポンプと前記凝縮器との間に設けられた第１分岐部で分岐し、前記冷却水の一部を前記改質水として前記改質器へ流通させる改質水経路と、
    前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側に設けられ、前記冷却水経路を加熱する加熱器と、
    前記加熱器により加熱された前記冷却水経路の温度を検知する第１温度検知器と、
    制御器と、を備え、
    前記制御器は、
    当該水素生成システムの起動から定常運転となるまでの間の動作モードである起動運転モードにおいて、前記加熱器を動作させるとともに、該加熱器の動作後に前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する水素生成システム。
  2. 前記制御器は、
    前記改質水経路内が前記改質水により満たされていないと判定したとき、前記起動運転モードの動作を停止させるように制御する、請求項１に記載の水素生成システム。
  3. 前記制御器は、前記起動運転モードにおいて、前記燃焼器を着火させる前に、前記加熱器を動作させるように制御する、請求項１に記載の水素生成システム。
  4. 前記加熱器および前記第１温度検知器は、前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側であり、かつ、前記第１分岐部よりも高い位置に設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の水素生成システム。
  5. 前記冷却水経路は、
    前記冷却水が、前記水タンク、前記水供給ポンプ、前記第１分岐部、前記凝縮器、前記加熱器、および前記第１温度検知器を流通して循環する循環経路である、請求項１から３のいずれか１項に記載の水素生成システム。
  6. 前記加熱器および前記第１温度検知器は、前記第１分岐部よりも高い位置でかつ、前記冷却水経路における前記凝縮器から前記水タンクまでの間の区間に設けられている、請求項５に記載の水素生成システム。
  7. 前記水素生成システムの定常運転時の動作モードである定常運転モードにおいて、前記第１温度検知器は、前記凝縮器から排出される前記冷却水の温度を検知しており、
    前記制御器は、前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記定常運転モードにおける前記水素生成システムの異常の有無を判定する請求項１から６のいずれか１項に記載の水素生成システム。
  8. 前記冷却水経路には、前記冷却水の流通方向において、前記凝縮器、前記加熱器、および前記第１温度検知器の順にこれら各機器が配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の水素生成システム。
  9. 前記冷却水経路には、前記冷却水の流通方向において、前記凝縮器よりも下流側でかつ前記加熱器よりも上流側となる位置に、前記冷却水経路の温度を検知する第２温度検知器が設けられており、
    前記制御器は、
    前記第１温度検知器により検知された温度に加え、前記第２温度検知器により検知された温度に基づき、該第１温度検知器により検知された温度と該第２温度検知器により検知された温度との差を求め、この温度の差に応じて前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する、請求項８に記載の水素生成システム。
  10. 前記加熱器を前記冷却水経路に設けるための冶具を備え、
    前記第１温度検知器は、前記冶具により前記加熱器とともに一体として前記冷却水経路に設けられている請求項１から８のいずれか１項に記載の水素生成システム。
  11. 前記加熱器を前記冷却水経路の設けるための冶具を備え、
    前記冷却水経路において前記第１温度検知器は、前記冶具の近傍に設けられる請求項１から８のいずれか１項に記載の水素生成システム。
  12. 供給された原料および改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
    前記水素含有ガスと、供給された空気とを用いて発電する燃料電池と、
    前記燃料電池の発電において未利用の水素含有ガスおよび空気を燃焼し、排ガスを生成する燃焼器と、
    前記排ガスを流通させる排ガス経路と、
    前記排ガスを冷却させるために冷却水を流通させる冷却水経路と、
    前記排ガスと前記冷却水との間での熱交換により該排ガス中の水分を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、
    前記凝縮器において生成された前記凝縮水を、前記冷却水として貯留する水タンクと、
    前記水タンク内に貯留された冷却水を、前記凝縮器に供給させる水供給ポンプと、
    前記冷却水経路における前記水供給ポンプと前記凝縮器との間に設けられた第１分岐部で分岐し、前記冷却水の一部を前記改質水として前記改質器へ流通させる改質水経路と、
    前記冷却水経路の冷却水の流通方向において、前記第１分岐部よりも下流側に設けられた加熱器と、
    前記加熱器により加熱された前記冷却水経路の温度を検知する第１温度検知器と、
    制御器と、を備え、
    前記制御器は、
    当該燃料電池システムの起動から定常運転となるまでの間の動作モードである起動運転モードにおいて、前記加熱器を動作させるとともに、該加熱器の動作後に前記第１温度検知器により検知された温度に基づき、前記改質水経路内が前記改質水により満たされているか否か判定する燃料電池システム。
  13. 前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である請求項１２に記載の燃料電池システム。
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