JP5230958B2 - 改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃焼器を消火させた後、再着火させる改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムに関する。

従来、特許文献１に記載された改質装置の制御方法が知られている。この改質装置の制御方法は、着火装置を作動させて燃焼器に着火し、改質水から水蒸気が発生するまで、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアを制御して改質器の温度が３５０℃以下になるようにしている。しかし、改質水から水蒸気が発生する前に改質器の温度が３５０℃を超えた場合は、燃焼器を消火した後、改質器の温度が３００℃付近になったとき再着火し、改質水から水蒸気が発生するまで、再度、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアを制御して改質器の温度が３５０℃以下になるようにしている。

この改質装置の制御方法によれば、改質水から水蒸気が発生するまで改質器の温度が３５０℃以下にされているため、改質器での炭素析出を防止することができる。
特開２００５−２０６３９５号公報

しかし、上記従来の改質装置の制御方法では、同じ燃焼条件で着火及び再着火を行っているため、燃焼器を消火した後に再着火する場合、着火しなかったり、燃焼排ガス中の一酸化炭素等の排ガスエミッションが増加することが起こり得る。すなわち、燃焼器を消火した後に再着火するまでに改質水から水蒸気が発生した場合、発生した水蒸気が改質器から燃焼器に入り、燃料の濃度が低下してしまうからである。

本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能な改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る改質装置の制御方法の特徴は、改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１工程と、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第２工程と、前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第２設定温度より低くなると、前記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第３工程と、を備えることである。

請求項２に係る改質装置の特徴は、改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１手段と、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第２手段と、前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第２設定温度より低くなると、記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第３手段と、を備えることである。

請求項３に係る燃料電池システムの特徴は、請求項１の改質装置の制御方法、又は請求項２の改質装置を備えていることである。

請求項４に係る燃料電池システムの特徴は、改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１工程と、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第４工程と、前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下となり前記燃焼部に水蒸気が到達したことが検知された後に、前記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第５工程と、を備えることである。

請求項５に係る燃料電池システムの特徴は、請求項４おいて、前記燃焼部の温度が低下し始めてから、前記燃焼部の温度の変化率を検知することである。

請求項６に係る燃料電池システムの特徴は、請求項４又は５において、所定時間経過しても前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下にならない場合は、改質装置を停止させる第６工程を備えることである。

請求項７に係る燃料電池システムの特徴は、改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１手段と、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第４手段と、前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下となり前記燃焼部に水蒸気が到達したことが検知された後に、前記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第５手段と、を備えることである。

請求項８に係る燃料電池システムの特徴は、請求項４乃至６のいずれか１項の改質装置の制御方法、又は請求項７の改質装置を備えていることである。

請求項１に係る改質装置の制御方法においては、第３工程において、蒸発部で改質水から水蒸気が生成され、燃焼部の温度が第２設定温度より低くなると、燃焼器に供給する燃焼用エアを、燃焼器に供給される燃焼用燃料の濃度が改質器を介して燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように標準燃焼量より減少させるとともに、燃焼用燃料を燃焼器に燃料供給源から供給して再着火している。そのため、燃焼器を消火した後に再着火するまでに、改質水から発生した水蒸気が改質器から燃焼器に入り、燃焼用燃料の濃度が低下しても、最適な条件で再着火させることができる。したがって、この改質装置の制御方法によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。

請求項２に係る改質装置においては、第３手段において、蒸発部で改質水から水蒸気が生成され、燃焼部の温度が第２設定温度より低くなると、燃焼器に供給する燃焼用エアを、燃焼器に供給される燃焼用燃料の濃度が改質器を介して燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように標準燃焼量より減少させるとともに、燃焼用燃料を燃焼器に燃料供給源から供給して再着火している。そのため、燃焼器を消火した後に再着火するまでに、改質水から発生した水蒸気が改質器から燃焼器に入り、燃焼用燃料の濃度が低下しても、最適な条件で再着火させることができる。したがって、この改質装置によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。

請求項３に係る燃料電池システムにおいては、請求項１の改質装置の制御方法、又は請求項２の改質装置を備えているため、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。

請求項４に係る改質装置の制御方法においては、第５工程において、燃焼部の温度の変化率が所定値以下となり燃焼部に水蒸気が到達したことが検知された後に、燃焼器に供給する燃焼用エアを、燃焼器に供給される燃焼用燃料の濃度が改質器を介して燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように標準燃焼量より減少させるとともに、燃焼用燃料を燃焼器に燃料供給源から供給して再着火しているため、最適な条件で再着火させることができる。この際、燃焼部に水蒸気が到達した後に再着火しているため、排ガスエミッションを低減させることができる。したがって、この改質装置の制御方法によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
そして、燃焼部への水蒸気の到達が燃焼部の温度の変化率が所定値以下であることにより検知されるため、燃焼部への水蒸気の到達を確実に検知することができる。発明者は、燃焼部への水蒸気の到達について鋭意研究の結果、燃焼部への水蒸気の到達と燃焼部の温度の変化率との間に関連があることを発見し、本発明をするに至った。このように、燃焼部への水蒸気の到達により燃焼部の温度の変化率が所定値以下になる理由は必ずしも明確ではないが、水蒸気の比熱が空気の比熱より大きいためであると考えられる。また、この改質装置の制御方法においては、燃焼部の制御のために使用する温度センサを利用できるためコストの削減が可能である。なお、燃焼部の温度の変化率は、一時的な温度変化を除外するために、計測された温度にフィルタ処理をしたものにより演算される。

請求項５に係る改質装置の制御方法においては、燃焼部の温度が低下し始めてから燃焼部の温度の変化率を検知するため、改質器から燃焼器へ水蒸気が到達するのを正確に検知することができる。

請求項６に係る改質装置の制御方法においては、所定時間経過しても燃焼部の温度の変化率が所定値以下にならない場合は改質装置を停止させるため、改質器から燃焼器へ水蒸気が到達しない故障が発生した場合、改質装置を停止させることができる。

請求項７に係る改質装置においては、第５手段において、燃焼部の温度の変化率が所定値以下となり燃焼部に水蒸気が到達したことが検知された後に、燃焼器に供給する燃焼用エアを、燃焼器に供給される燃焼用燃料の濃度が改質器を介して燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように標準燃焼量より減少させるとともに、燃焼用燃料を燃焼器に燃料供給源から供給して再着火しているため、最適な条件で再着火させることができる。この際、燃焼部に水蒸気が到達した後に再着火しているため、排ガスエミッションを低減させることができる。したがって、この改質装置の制御方法によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。したがって、この改質装置によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。

請求項８に係る燃料電池システムにおいては、請求項４乃至６のいずれか１項の改質装置の制御方法、又は請求項７の改質装置を備えているため、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。

本発明に係る改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムを具体化した実施形態１、２を図面に基づいて以下に説明する。図１は実施形態１の燃料電池システムの概要図である。この燃料電池システムは、改質用燃料及び改質水から水素を含む改質ガスを生成する改質器２０と、改質器２０を加熱する燃焼器としてのバーナ２５と、改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池１０とを備えている。

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及び空気極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。

改質器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、一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４及び蒸発部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、本実施形態１においては天然ガスにて説明する。

改質部２１は、改質用燃料に水蒸気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。また、改質部２１には、バーナ２５から噴出する燃焼ガスが直接当たる内壁の内側に温度センサ２１ｃが配設されている。この温度センサ２１ｃにより燃焼部２１ｄの温度を検出することができる。温度センサ２１ｃの検出結果は、制御装置３０に出力されるようになっている。

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には燃料供給源Ｓｆ（例えば都市ガス管）に接続された燃料供給管４１が接続されている。燃料供給管４１には、上流から順番に第１燃料バルブ４２、改質用燃料ポンプ４３、脱硫器４４及び第２燃料バルブ４５が設けられている。第１及び第２燃料バルブ４２，４５は制御装置３０の指令によって燃料供給管４１を開閉するものである。改質用燃料ポンプ４３は、制御装置３０の指令に応じて改質部２１に改質用燃料を供給し、その供給量を調整するものである。脱硫器４４は改質用燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。

また、燃料供給管４１の第２燃料バルブ４５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。また、蒸発部２６の出口付近の水蒸気供給管５１内には水蒸気の温度を検出する温度センサ５１ａが設けられている。温度センサ５１ａの検出信号は制御装置３０に出力されるようになっている。

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（燃料ガス）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。供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素が、ＣＯシフト部２３内に充填された触媒２３ａ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）により水蒸気と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。これにより、改質ガスは前述した一酸化炭素シフト反応によって一酸化炭素濃度が低減されて導出される。

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。

このＣＯ選択酸化部２４の側壁面下部及び側壁面上部には、ＣＯシフト部２３に接続された接続管９３及び燃料電池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９３には、酸化用エアを供給する酸化用エア供給管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からの改質ガスと酸化用エアとが導入されるようになっている。なお、酸化用エア供給管６１には、上流から順番に酸化用エアブロア６３及び酸化用エアバルブ６４が設けられている。酸化用エアブロア６３は酸化用エアを供給しその供給量を調整するものである。酸化用エアバルブ６４は酸化用エア供給管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、酸化用エア中の酸素と反応（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。

バーナ２５は、燃料としての燃焼用燃料を燃焼用エアにより燃焼してその燃焼ガスによって改質部２１を加熱するもの、すなわち改質部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燃焼ガスを生成するものであり、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。

バーナ２５には、改質用燃料ポンプ４３の上流にて燃料供給管４１から分岐した燃焼用燃料供給管４７が接続されるとともに、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。燃料電池１０の起動当初（暖機モード）、燃焼用燃料がバーナ２５に供給され、燃料電池１０の起動運転中（暖機モード）、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃料電池１０を経由しないでバーナ２５に供給され、燃料電池１０の定常運転中（発電モード）、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）がバーナ２５に供給されるようになっている。また、改質ガスやオフガスの不足分を燃焼用燃料で補っている。

また、バーナ２５には、燃焼用エアを供給する燃焼用エア供給管６５が接続されており、燃焼用燃料、アノードオフガス、改質ガスなどの可燃ガスを燃焼（酸化）させるための燃焼用エアなどの酸化剤ガスが供給されるようになっている。

燃焼用燃料供給管４７には燃焼用燃料ポンプ４８が設けられている。燃焼用燃料ポンプ４８は燃焼用燃料を供給しその供給量を調整するものである。また、燃焼用エア供給管６５には燃焼用エアブロア６６が設けられている。燃焼用エアブロア６６は燃焼用エアを供給しその供給量を調整するものである。

上述したバーナ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エアによって燃焼されて高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、燃焼ガス流路２７を流通し、排気管９１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及び蒸発部２６を加熱する。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、改質水を加熱して沸騰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の最も外側の流路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Ｓｗ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Ｓｗ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及び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及び冷却部２２を介して改質部２２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及び改質水バルブ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。

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を介してバーナ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及びオフガス供給管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。

暖機モード（起動運転中）には、ＣＯ選択酸化部２４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及びオフガスバルブ７５を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開き、発電モード（定常運転中）には、ＣＯ選択酸化部２４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及びオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じている。

暖機モードは改質器２０を暖機するモードであり、すなわち生成する改質ガス中の一酸化炭素濃度が燃料電池１０の触媒１３を被毒しない低濃度となるまでの運転モード（運転状況）である。発電モードは改質器２０の暖機が完了し燃料電池１０が発電する運転モード（運転状況）である。

また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、カソード用エアを供給するカソード用エア供給管６７が接続されるとともに、空気極１２の導出口には、排気管９２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、カソード用エア供給管６７には上流から順にカソード用エアブロア６８及びカソード用エアバルブ６９が設けられている。カソード用エアブロア６８はカソード用エアを供給しその供給量を調整するものである。カソード用エアバルブ６９はカソード用エア供給管６７を開閉するものである。

また、燃料電池システムは制御装置３０を備えており、図２に示しように、この制御装置３０には、上述した各温度センサ２１ｃ，５１ａ、各ポンプ４３，４８，５３、各ブロア６３，６６，６８、各バルブ４２，４５，５４，６４，６９，７４，７５，７６及びバーナ２５が接続されている。なお、制御装置３０が各ポンプ４３，４８，５３、各ブロア６３，６６，６８に接続されているとは、それらの各駆動源（例えばモータ）に接続されているということである。

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及びＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、各温度センサ２１ｃ，５１ａからの入力信号に基づいて、各ポンプ４３，４８，５３、各ブロア６３，６６，６８、各バルブ４２，４５，５４，６４，６９，７４，７５，７６及びバーナ２５を制御している。これにより、燃料電池システムの起動運転（暖機モード）及び発電運転（発電モード）を実施するとともに、所望の出力電流（負荷装置で消費される電流・電力）となるように改質用燃料、燃焼用燃料、燃焼用エア、改質水及びカソード用エアの各供給量を制御している。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。

上記の構成の燃料電池システムの改質装置の制御方法について、図３に示す制御プログラムのフローチャートを用いて説明する。図３に示すプログラムに起動がかかると、まずステップＳ１が実行される。

ステップＳ１においては、燃焼用エアブロア６６が調整されて、燃焼用エア供給管６５からバーナ２５に燃焼用エアとしての標準燃焼用エア量が供給される。また、ステップＳ２においては、図示しない着火装置が作動される。さらに、ステップＳ３においては、第１燃料バルブ４２が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ４８が調整されて、燃料供給源Ｓｆから燃焼用燃料供給管４７を介してバーナ２５に燃焼用燃料が供給され、着火される。

ステップＳ１からステップＳ３までの状態は、図４（Ａ）に示す時刻ｔ０におけるグラフＧ１、Ｇ２によって示される。ここで、グラフＧ１はバーナ２５に供給される燃焼用エアのグラフであり、グラフＧ２はバーナ２５に供給される燃焼用燃料のグラフである。また、グラフＧ３は蒸発部２６に供給される改質水のグラフであり、グラフＧ４は改質部２１に供給される改質用燃料のグラフである。さらに、図４（Ｂ）に示すグラフＧ５は温度センサ２１ｃにより検出される燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１であり、グラフＧ６は温度センサ５１ａにより検出される蒸発部２６の出口付近の温度Ｔ０６である。図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ０から燃焼用エアの供給は一度増加されるが、燃焼用燃料の供給は一定である。また、図４（Ｂ）に示すように、バーナ２５での燃焼に伴って、時刻ｔ０から燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１は上昇していく。

時刻ｔ１になると、ステップＳ４において、改質水バルブ５４が開かれるとともに改質水ポンプ５３が調整されて、改質水タンクＳｗから給水管５２を介して蒸発部２６に改質水が供給される。また、第２改質ガスバルブ７６が開けられ、バイパス管７３により改質ガス供給管７１とオフガス供給管７２とが直結される。ただし、第１改質ガスバルブ７４、オフガスバルブ７５及び第２改質ガスバルブ７６は、初期状態において閉じられている。そして、図４（Ｂ）に示すように、蒸発部２６の出口付近の温度Ｔ０６が徐々に上昇する。なお、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間は、一定としてもよく、時刻ｔ０における燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１等を考慮して決定してもよい。

ステップＳ５においては、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が第１設定温度である６００℃を超えるまで待つ。燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が６００℃を超えた場合（ＹＥＳ）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６においては、第１燃料バルブ４２が閉じられるとともに燃焼用燃料ポンプ４８が停止されて、バーナ２５への燃焼用燃料の供給が停止される。また、燃焼用エアブロア６６が調整されて、バーナ２５への燃焼用エアの供給がさらに増加される（図４（Ａ）、（Ｂ）、時刻ｔ２、グラフＧ５、Ｇ１、Ｇ２参照）。このように、バーナ２５への燃焼用燃料の供給が停止されるとともに燃焼用エアの供給がさらに増加されるのは、改質器２０の温度を下降させて改質部２１及び燃焼部２１ｄを保護するとともに、蒸発部２６の加熱を促進して改質水から水蒸気を生成させるためである。ここで、ステップＳ１〜Ｓ５が第１工程（第１手段）である。

ステップＳ７においては、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が第２設定温度である４００℃より低くなるまで待つ。燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が４００℃より低くなった場合（ＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。このように、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が４００℃より低くなるまで待てば、蒸発部２６が十分に加熱され、改質水から水蒸気が生成されていると考えられる。ここで、ステップＳ６及びＳ７が第２工程（第２手段）である。

ステップＳ８においては、蒸発部２６の出口付近の温度Ｔ０６が１００℃を超えているか否かを調べる。温度Ｔ０６が１００℃を超えている場合（ＹＥＳ）、改質水から水蒸気が生成されていると判断して、ステップＳ１０に進む。また、温度Ｔ０６が１００℃以下の場合（ＮＯ）、改質水から水蒸気が生成されていないと判断して、ステップＳ１に戻り、再度、この制御プログラムを実行する。このように、温度Ｔ０６が１００℃以下の場合にステップＳ１に戻るのは、ステップＳ７において燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が４００℃より低くなるまで待っているため改質水から水蒸気が生成されていると考えられるが、制御の万全を期すためである。

ステップＳ１０においては、燃焼用エアブロア６６が調整されて、バーナ２５に投入される水蒸気量に応じた燃焼用エア量がバーナ２５へ供給される。すなわち、蒸発部２６で発生した水蒸気が改質器２０から改質ガス供給管７１、バイパス管７３及びオフガス供給管７２を経由してバーナ２５に入って燃焼用燃料の濃度が低下するため、最適な条件で再着火させることができるようにバーナ２５へ供給される燃焼用エア量が減少される（図４（Ａ）、（Ｂ）、時刻ｔ３、グラフＧ６、Ｇ１、Ｇ２参照）。なお、バーナ２５に投入される水蒸気量に応じて燃焼用エア量を制御しているのは、改質ガスがバーナ２５へ供給される経路中に凝縮器が配設されている場合があり得るからである。そして、凝縮器が配設されている場合であっても、バーナ２５に投入される水蒸気量はゼロになることはない。また、凝縮器が配設されていない場合には、改質水から発生した水蒸気量によって制御することができる。

ステップＳ１１においては、着火装置が作動される。ステップＳ１２においては、第１燃料バルブ４２が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ４８が調整されて、燃料供給源Ｓｆから燃焼用燃料供給管４７を介してバーナ２５に燃焼用燃料が供給され、着火される。ここで、ステップＳ１０〜Ｓ１２が第３工程（第３手段）である。

ステップＳ１２の実行が終了すると、この制御プログラムの実行が終了する。これにより、燃料電池１０の起動当初（暖機モード）の制御が終了し、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃料電池１０を経由しないでバーナ２５に供給される燃料電池１０の起動運転中（暖機モード）の制御が開始されることになる。なお、起動当初とは、バーナ２５の燃焼が安定されるまでの期間をいう。また、起動運転中とは、改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間をいう。詳細には、ステップＳ１２の実行が終了した後の所定時間（例えば、２分）経過後に、改質用燃料を改質器２０に供給することにより、改質ガスの生成が開始される。この改質ガス生成初期には一酸化炭素濃度が高い。そのため、一酸化炭素濃度が所定濃度以下になってから、燃料電池１０への改質ガスの供給を開始する。このように、燃料電池１０への改質ガスの供給が開始できる状態が改質ガスの安定供給可能な状態である。さらに、暖機モードとは、起動当初のモードと起動運転中のモードを含んだものであり、ステップＳ１から改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間である。

実施形態１の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、ステップＳ１０〜Ｓ１２において、バーナ２５に供給する燃焼用エアを、バーナ２５に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火している。そのため、バーナ２５を消火した後に再着火するまでに、改質水から発生した水蒸気が改質器２０からバーナ２５に入って燃焼用燃料の濃度が低下しても、最適な条件で再着火させることができる。したがって、この改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムによれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。

実施形態２の燃料電池システムは、図１、２に示す実施形態１の燃料電池システムと同様であり、その説明を省略する。この燃料電池システムの改質装置の制御方法について、図５に示す制御プログラムのフローチャートを用いて説明する。図５に示すプログラムに起動指令がかかると、まずステップＳ２１が実行される。

ステップＳ２１においては、燃焼用エアブロア６６が調整されて、燃焼用エア供給管６５からバーナ２５に燃焼用エアとしての標準燃焼用エア量が供給される。また、ステップＳ２２においては、図示しない着火装置が作動される。さらに、ステップＳ２３においては、第１燃料バルブ４２が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ４８が調整されて、燃料供給源Ｓｆから燃焼用燃料供給管４７を介してバーナ２５に燃焼用燃料が供給され、着火される。

ステップＳ２１からステップＳ２３までの状態は、図６（Ａ）に示す時刻ｔ０におけるグラフＧ１１、Ｇ１２によって示される。ここで、グラフＧ１１はバーナ２５に供給される燃焼用エアのグラフであり、グラフＧ１２はバーナ２５に供給される燃焼用燃料のグラフである。また、グラフＧ１３は蒸発部２６に供給される改質水のグラフであり、グラフＧ１４は改質部２１に供給される改質用燃料のグラフである。さらに、図６（Ｂ）に示すグラフＧ１５は温度センサ２１ｃにより検出される燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１であり、グラフＧ１６は温度センサ５１ａにより検出される蒸発部２６の出口付近の温度Ｔ０６である。また、図６（Ｂ）に示すグラフＧ１７は図示しない酸素センサにより検出される燃焼部２１ｄの酸素濃度Ｄ０１（％）であり、グラフＧ１８（点線）は図示しない一酸化炭素センサにより検出される燃焼部２１ｄの一酸化炭素濃度Ｄ０２（ｐｐｍ）である。図６（Ａ）に示すように、時刻ｔ０から燃焼用エアの供給は一度増加されるが、燃焼用燃料の供給は一定である。また、図６（Ｂ）に示すように、バーナ２５での燃焼に伴って、時刻ｔ０から燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１は上昇し、燃焼部２１ｄの酸素濃度Ｄ０１は減少していく。

時刻ｔ１１になると、ステップＳ２４において、改質水バルブ５４が開かれるとともに改質水ポンプ５３が調整されて、改質水タンクＳｗから給水管５２を介して蒸発部２６に改質水が供給される。また、第２改質ガスバルブ７６が開けられ、バイパス管７３により改質ガス供給管７１とオフガス供給管７２とが直結される。ただし、第１改質ガスバルブ７４、オフガスバルブ７５及び第２改質ガスバルブ７６は、初期状態において閉じられている。そして、図６（Ｂ）に示すように、蒸発部２６の出口付近の温度Ｔ０６が徐々に上昇する。なお、時刻ｔ０から時刻ｔ１１までの時間は、一定としてもよく、時刻ｔ０における燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１等を考慮して決定してもよい。ここで、ステップＳ２１〜Ｓ２４が第１工程（第１手段）である。

ステップＳ２５においては、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が第１設定温度である６００℃を超えるまで待つ。燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が６００℃を超えた場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２６が実行される。ステップＳ２６においては、第１燃料バルブ４２が閉じられるとともに燃焼用燃料ポンプ４８が停止されて、バーナ２５への燃焼用燃料の供給が停止される。また、燃焼用エアブロア６６が調整されて、バーナ２５への燃焼用エアの供給がさらに増加される（図６（Ａ）、（Ｂ）、時刻ｔ１２、グラフＧ１５、Ｇ１１、Ｇ１２参照）。このように、バーナ２５への燃焼用燃料の供給が停止されるとともに燃焼用エアの供給がさらに増加されるのは、改質器２０の温度を下降させて改質部２１及び燃焼部２１ｄを保護するとともに、蒸発部２６の加熱を促進して改質水から水蒸気を生成させるためである。ここで、ステップＳ２５、Ｓ２６が第４工程（第４手段）である。

ステップＳ２７においては、図７に示すように、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１より、以下の数１、数２に示すβ、変化率αが求められる。なお、Δｔはサンプリングタイムであり、本実施形態２においては１秒である。図８は、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１のグラフＧ１５と、温度Ｔ０１をフィルタ処理して演算した変化率αのグラフＧ２０との関係を示している。このように、温度Ｔ０１にフィルタ処理をしたものにより変化率αを演算するのは、一時的な温度変化を除外するためである。

（数１）

β＝Ｔ_ｎ−Ｔ_ｎ−１

（数２）

α＝〔（Ｔ_ｎ−Ｔ_ｎ−１）／Δｔ〕^２

ステップＳ２８においては、βが負、かつ変化率αが所定値以上である、すなわち、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が確実に低下し始めているか否かが調べられる。βが負、かつ変化率αが所定値以上である場合（ＹＥＳ）、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が確実に低下し始めていると判断され、ステップＳ２９が実行される。また、βが負、かつ変化率αが所定値以上でない場合（ＮＯ）、ステップＳ２７に戻り、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が確実に低下し始めるまで待つ。このように、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が確実に低下し始めてから燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１の変化率が所定値（後述する閾値Ｋ）以下になることを検知するため、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）へ水蒸気が到達するのを正確に検知することができる。

ステップＳ２９においてはタイマがスタートされる。ステップＳ３０においては所定時間経過したか否かが調べられる。所定時間経過している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４０が実行される。また、所定時間経過していない場合（ＮＯ）、ステップＳ３１が実行される。

ステップＳ３１においては、前述の数２に示す変化率αが求められる。ステップＳ３２においては、変化率αが閾値Ｋより小さいか否か、すなわち、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）へ水蒸気が到達したか否かが調べられる。変化率αが閾値Ｋより小さい場合（ＹＥＳ）、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）へ水蒸気が到達したと判断され、ステップＳ３３が実行される。また、変化率αが閾値Ｋ以上である場合（ＮＯ）、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）へ水蒸気が到達していないと判断され、ステップＳ３０が実行される。ここで、閾値Ｋは小さな値に設定されており、燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１がほとんど変わらない場合に変化率αが閾値Ｋより小さくなる。このように、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）へ水蒸気が到達すると燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１の変化率が小さくなることが発明者の実験により確認されている。なお、この理由は必ずしも明確ではないが、水蒸気の比熱が空気の比熱より大きいためであると考えられる。また、燃焼部２１ｄの制御のために使用する温度センサ２１ｃを利用できるためコストの削減が可能である。図８及び図９に示すように、時刻ｔ１３から変化率αが閾値Ｋより小さくなっており、時刻ｔ１３から燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１がほとんど変わらなくなっているといえる。

ステップＳ３３においては、燃焼部２１ｄが安定するまで所定時間待機する。ステップＳ３４においては、燃焼用エアブロア６６が調整されて、バーナ２５に投入された水蒸気量に応じた燃焼用エア量がバーナ２５へ供給される。すなわち、蒸発部２６で発生した水蒸気が改質器２０から改質ガス供給管７１、バイパス管７３及びオフガス供給管７２を経由してバーナ２５に入って燃焼用燃料の濃度が低下するため、最適な条件で再着火させることができるようにバーナ２５へ供給される燃焼用エア量が減少される（図６（Ａ）、（Ｂ）、時刻ｔ１４、グラフＧ１６、Ｇ１１、Ｇ１２参照）。なお、バーナ２５に投入される水蒸気量に応じて燃焼用エア量を制御しているのは、改質ガスがバーナ２５へ供給される経路中に凝縮器が配設されている場合があり得るからである。そして、凝縮器が配設されている場合であっても、バーナ２５に投入される水蒸気量はゼロになることはない。また、凝縮器が配設されていない場合には、改質水から発生した水蒸気量によって制御することができる。

ステップＳ３５においては、着火装置が作動される。ステップＳ３６においては、第１燃料バルブ４２が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ４８が調整されて、燃料供給源Ｓｆから燃焼用燃料供給管４７を介してバーナ２５に燃焼用燃料が供給され、着火される。図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１４以降、燃焼部２１ｄの酸素濃度Ｄ０１（グラグＧ１７）が減少するものの、燃焼部２１ｄの一酸化炭素濃度Ｄ０２（グラフＧ１８）が増加することはなく、排ガスエミッションの低減がなされていることがわかる。ここで、ステップＳ３１〜Ｓ３６が第５工程（第５手段）である。

ステップＳ４０においては、例えば、ＬＥＤが点灯されるとともにブザーが鳴らされ、蒸発部２６で発生した水蒸気が燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に到達しないことが告知される。ステップＳ４１においては、燃焼用エアブロア６６が調整されて、燃焼用エア供給管６５からバーナ２５への燃焼用エアの供給が停止される。また、改質水バルブ５４が閉じられ、改質水タンクＳｗから蒸発部２６への改質水の供給が停止されて、改質装置が停止される。このように、所定時間経過しても燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１が一定にならない場合は改質装置を停止させるため、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）へ水蒸気が到達しない故障が発生した場合、改質装置を停止させることができる。ここで、ステップＳ４０、Ｓ４１が第６工程（第６手段）である。

ステップＳ３６の実行が終了すると、この制御プログラムの実行が終了する。これにより、燃料電池１０の起動当初（暖機モード）の制御が終了し、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃料電池１０を経由しないでバーナ２５に供給される燃料電池１０の起動運転中（暖機モード）の制御が開始されることになる。なお、起動当初とは、バーナ２５の燃焼が安定されるまでの期間をいう。また、起動運転中とは、改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間をいう。詳細には、ステップＳ３６の実行が終了した後の所定時間（例えば、２分）経過後に、改質用燃料を改質器２０に供給することにより、改質ガスの生成が開始される。この改質ガス生成初期には一酸化炭素濃度が高い。そのため、一酸化炭素濃度が所定濃度以下になってから、燃料電池１０への改質ガスの供給を開始する。このように、燃料電池１０への改質ガスの供給が開始できる状態が改質ガスの安定供給可能な状態である。さらに、暖機モードとは、起動当初のモードと起動運転中のモードを含んだものであり、ステップＳ２１から改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間である。

実施形態２の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、ステップＳ３４〜Ｓ３６において、バーナ２５に供給する燃焼用エアを、バーナ２５に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火しているため、最適な条件で再着火させることができる。この際、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に水蒸気が到達した後に再着火しているため、排ガスエミッションを低減させることができる。したがって、この改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムによれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。

なおこの改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、

温度センサ２１ｃにより燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に水蒸気が到達したことを検知したが、ジルコニアセラミックスなどを使用した高温型の水蒸気センサを用いて、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に水蒸気が到達したことを検知してもよい。また、水蒸気を発生させる蒸発部２６と改質器２０とを結ぶ配管中の圧力が所定圧力以上になってから所定時間たったとき、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に水蒸気が到達したと判断してもよい。これは、蒸発部２６で水蒸気が発生すると体積膨張により圧力が急に上昇し、所定時間経過すると水蒸気が燃焼部２１ｄに到達するからである。この所定時間は実験により定められる。さらに、蒸発部２６と改質器２０とを結ぶ配管中の温度が所定温度以上になってから所定時間たったとき、燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に水蒸気が到達したと判断してもよい。これは、蒸発部２６で水蒸気が発生すると、水蒸気が配管中を流れることにより温度が急に上昇し、所定時間経過すると水蒸気が燃焼部２１ｄに到達するからである。この所定時間も実験により定められる。

図１０（Ａ）、（Ｂ）は、比較形態の燃料電池システムのグラフである。比較形態においては、図１、２に示す実施形態１、２と同様の燃料電池システムを用いており、実施形態１、２と略同様の制御を行っている。ただし、比較形態の燃料電池システムにおいては、蒸発部２６で発生した水蒸気が燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に入る前に、バーナ２５に燃焼用燃料が供給され、着火される。ここで、グラフＧ２１はバーナ２５に供給される燃焼用エアのグラフであり、グラフＧ２２はバーナ２５に供給される燃焼用燃料のグラフである。また、グラフＧ２３は蒸発部２６に供給される改質水のグラフであり、グラフＧ２４は改質部２１に供給される改質用燃料のグラフである。さらに、グラフＧ２５は温度センサ２１ｃにより検出される燃焼部２１ｄの温度Ｔ０１であり、グラフＧ２６は温度センサ５１ａにより検出される蒸発部２６の出口付近の温度Ｔ０６である。また、グラフＧ２７は図示しない酸素センサにより検出される燃焼部２１ｄの酸素濃度Ｄ０１（％）であり、グラフＧ２８は図示しない一酸化炭素センサにより検出される燃焼部２１ｄの一酸化炭素濃度Ｄ０２（ｐｐｍ）である。

比較形態の燃料電池システムにおいては、蒸発部２６で発生した水蒸気が燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に入る前の時刻ｔ２４においてバーナ２５に燃焼用燃料が供給され、着火された後、燃焼部２１ｄの酸素濃度Ｄ０１が極端に減少するとともに一酸化炭素濃度Ｄ０２が極端に上昇している（図１０（Ｂ）、グラフＧ２７、Ｇ２８）。これと実施形態２の燃料電池システムの燃焼部２１ｄの酸素濃度Ｄ０１及び一酸化炭素濃度Ｄ０２（図６（Ｂ）、グラフＧ１７、Ｇ１８）とを比較すれば、実施形態２の燃料電池システムにおいては、蒸発部２６で発生した水蒸気が燃焼部２１ｄ（バーナ２５）に入ったことを確認してからバーナ２５に燃焼用燃料が供給され、着火されているため、確実に排ガスエミッションの低減が可能であることがわかる。

なお、本実施形態１、２においては、ステップＳ１０〜Ｓ１２、ステップＳ３４〜Ｓ３６において、バーナ２５に投入される水蒸気量に応じて燃焼用エア量のみを変化させているが、燃焼用燃料量のみを変化させてもよく、燃焼用エア量と燃焼用燃料量との両方を変化させてもよい。

また、本実施形態１、２の制御プログラムは、燃料電池１０の起動時のみならず、燃料電池１０の定常運転中（発電モード）において吹き消えが発生した場合においても用いることができる。

さらに、本実施形態１、２においては、バーナ２５に供給される燃料として燃料供給源Ｓｆから供給される燃焼用燃料を用いているが、バーナ２５に供給される燃料として改質ガス供給管７１、バイパス管７３及びオフガス供給管７２から供給される改質ガスのみを用いてもよい。

ただし、バーナ２５に供給される燃料として改質ガス供給管７１、バイパス管７３及びオフガス供給管７２から供給される改質ガスのみを用いる場合、炭素の析出を防止するため改質器２０内の温度を３５０℃程度以下に抑える必要がある。そのため、改質水から水蒸気が生成され難く、頻繁にバーナ２５の消火と再着火を繰り返すことになり、着火装置の劣化や着火ミスを招くおそれがある。この点、本実施形態１、２の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、バーナ２５に供給される燃料として燃料供給源Ｓｆから供給される燃焼用燃料を用いており、改質用燃料を改質器２０に供給していない。その結果、炭素の析出を考慮する必要はなく、改質器２０内の温度を６００℃程度まで上昇させることができる。そのため、本実施形態１、２の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、改質水から水蒸気が生成され易く、バーナ２５の消火と再着火を数多く繰り返すことがなく、着火装置の劣化や着火ミスを抑制することができる。

以上において、本発明の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムを実施形態１、２に即して説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

実施形態１、２及び比較形態の燃料電池システムの概要図。 実施形態１、２及び比較形態の燃料電池システムの電気的接続を示すブロック図。 実施形態１の燃料電池システムに係り、改質装置の制御プログラムのフローチャート。 実施形態１の燃料電池システムに係り、時刻と供給量又は温度との関係を示すグラフ。 実施形態２の燃料電池システムに係り、改質装置の制御プログラムのフローチャート。 実施形態２の燃料電池システムに係り、時刻と供給量又は温度との関係を示すグラフ。 実施形態２の燃料電池システムに係り、燃焼部の温度のグラフの一部拡大図。 実施形態２の燃料電池システムに係り、燃焼部の温度及びフィルタ処理後のグラフ。 実施形態２の燃料電池システムに係り、図８の一部拡大図。 比較形態の燃料電池システムに係り、時刻と供給量又は温度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…燃料電池、２０…改質器、２１ｄ…燃焼部、２５…燃焼器（バーナ）、Ｓｆ…燃料供給源、α…変化率、Ｓ１〜Ｓ５…第１工程，第１手段、Ｓ６，Ｓ７…第２工程，第２手段、Ｓ１０〜Ｓ１２…第３工程，第３手段、Ｓ２６〜Ｓ３２…第４工程，第４手段、Ｓ３４〜Ｓ３６…第５工程，第５手段、Ｓ４０，Ｓ４１…第６工程，第６手段。

Claims (8)

1. 改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、
   着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１工程と、
   前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第２工程と、
   前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第２設定温度より低くなると、前記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第３工程と、を備えることを特徴とする改質装置の制御方法。
2. 改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、
   着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１手段と、
   前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より低い第２設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第２手段と、
   前記蒸発部で前記改質水から前記水蒸気が生成され、前記燃焼部の温度が前記第２設定温度より低くなると、前記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第３手段と、を備えることを特徴とする改質装置。
3. 請求項１の改質装置の制御方法、又は請求項２の改質装置を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
4. 改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、
   着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１工程と、
   前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第４工程と、
   前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下となり前記燃焼部に水蒸気が到達したことが検知された後に、前記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第５工程と、を備えることを特徴とする改質装置の制御方法。
5. 請求項４おいて、前記燃焼部の温度が低下し始めてから、前記燃焼部の温度の変化率を検知することを特徴とする改質装置の制御方法。
6. 請求項４又は５において、所定時間経過しても前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下にならない場合は、改質装置を停止させる第６工程を備えることを特徴とする改質装置の制御方法。
7. 改質用燃料と蒸発部で改質水から生成された水蒸気とから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、
   着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、着火後前記蒸発部に前記改質水を供給し、前記改質器の燃焼部の温度が第１設定温度より高くなるまで燃焼用燃料を前記燃焼器に燃料供給源から供給するとともに、標準燃焼量の燃焼用エアを前記燃焼器に供給する第１手段と、
   前記燃焼部の温度が前記第１設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃焼用燃料の供給を停止するとともに、前記標準燃焼量より増加された前記燃焼用エアを供給する第４手段と、
   前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下となり前記燃焼部に水蒸気が到達したことが検知された後に、前記燃焼器に供給する前記燃焼用エアを、前記燃焼器に供給される前記燃焼用燃料の濃度が前記改質器を介して前記燃焼器に投入される水蒸気によって低下しても再着火できるように前記標準燃焼量より減少させるとともに、前記燃焼用燃料を前記燃焼器に前記燃料供給源から供給して再着火する第５手段と、を備えることを特徴とする改質装置。
8. 請求項４乃至６のいずれか１項の改質装置の制御方法、又は請求項７の改質装置を備えていることを特徴とする燃料電池システム。

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