JPWO2008035776A1 - 水素生成装置、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システム - Google Patents

水素生成装置、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システム Download PDF

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Abstract

本発明の水素生成装置は、停止期間中に、原料ガス供給器（１０）を制御して、原料ガス供給器（１０）と弁（１６）との間のガス流路に原料ガスを補給して、ガス流路内の圧力を大気圧以上の第１の閾値以上に維持する維持処理を行う、制御器（２０）を備える水素生成装置であって、制御器（２０）は、維持処理の異常を検知した場合には、原料ガス供給器（１０）及び着火器（５Ａ）を制御して、異常を検知してから起動処理における着火動作までに、維持処理の異常がない場合より多くの原料ガスを供給することを特徴とする。

Description

本発明は、水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムに関する。特に、停止期間において可燃性ガスが内部に充満した状態で密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、水素生成装置を起動させる起動処理において燃焼させる水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムに関する。
天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系のガスを原料ガスとして、水蒸気改質反応によって水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成装置は、燃料電池に供給される水素含有ガスの生成に好適に用いられている。
ところで、この水素生成装置の運転停止方法として、水素生成装置内を原料ガスで満たして密閉する。そして、密閉後の水素生成装置内の温度低下に伴って生じる改質器の負圧を防止するために原料ガスを所定時間後に供給し、正圧に維持する水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、水素生成装置を含む燃料電池システムの空間を複数の弁を用いて封止し、停止状態になった後にも、水素生成装置内の負圧を防止するため内部の圧力もしくは温度に基づき原料ガスを供給し、正圧に維持することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２２９１５６号公報 特開２００５−４４６５３号公報
しかしながら、水素生成装置の停止期間においては、都市ガスインフラのような原料ガスの供給系統に一時的に異常が生じたりして、原料ガスの供給が一時的に途絶あるいは不十分となる事態が発生しうる。
上記のような異常が生じると、特許文献１及び２記載の水素生成装置では、停止状態の水素生成装置内への原料ガスの供給が不十分となり、水素生成装置内が外気圧以下に下降し、水素生成装置内に空気が侵入する可能性が生じる。特に、燃焼器は大気と連通しているため燃焼器の近くに設置された弁から空気が進入する可能性が高い。従って、上記のような異常が生じた場合に、次の着火動作において燃焼器に原料ガスを供給するとともに燃焼を開始しても、供給される原料ガスが可燃限界未満となり、原料ガスの燃焼に失敗するおそれがあった。
そこで、本発明は、停止期間において、可燃性ガスが内部に充満した状態で水素生成装置が密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、起動処理において燃焼させる水素生成装置において、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持する維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼開始動作の異常が起きる可能性を低減できる、水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。本明細書において、停止期間とは、水素生成装置が密閉されてから起動指令が発生するまでの期間をいう。起動処理とは、起動指令が発生してから少なくとも改質器の動作が定常状態になるまでの間を言う。
上記課題を解決するため、第１の本発明の水素生成装置は、原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁と、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器を制御して、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に前記原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第１の閾値以上に維持する維持処理を行う、制御器と、を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから前記改質器における改質反応を開始させる起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
このような構成とすると、維持処理の異常で、燃焼器を介して可燃性ガス流路に空気が進入したとしても、着火動作開始までに通常よりも多くの原料ガスを原料ガス供給器より供給することで可燃性ガス供給器内の空気濃度が低減してから着火動作を開始することができる。したがって、維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。ここで、原料ガス供給器と弁との間のガス流路には、原料ガス供給器の下流側の原料ガス供給路と、改質器内のガス流路と、弁の上流側の可燃性ガス供給路とを含む。
第２の本発明の水素生成装置は、前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記起動処理において前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスの供給を開始させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を開始させるとよい。
第３の本発明の水素生成装置は、前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記異常を検知してから、前記起動処理における前記着火器の着火動作までに前記原料ガス供給器を制御して前記ガス流路内の残留ガスをパージするに要する量の前記原料ガスを供給するとよい。このように構成すると、改質器から燃焼器に至るまでのガス流路が確実に原料ガス雰囲気になってから着火動作を開始することができるので起動処理における燃焼器の燃焼動作異常が起きる可能性をより低減できる。
第４の本発明の水素生成装置は、前記制御器は、
前記起動動作における前記着火器の最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記着火不良により前記着火器の着火動作を停止してから前記着火器の着火動作を再開するまでに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合よりもより多くの原料ガスを供給するとよい。
このように構成すると、維持処理の異常が検知されていてもその後の着火動作において着火不良が確認された場合にのみ本発明が実施されるので、維持処理の異常が検知された後の着火動作までにいつも通常よりも多くの原料ガスを供給する場合に比べて原料ガスの無駄が減少するので水素生成装置の効率が向上する。
第５の本発明の水素生成装置は、最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスを供給させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を再開させるとよい。
第６の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器により検知された圧力に異常があった場合であるとよい。
第７の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器により検知された圧力が所定の判定時間以上継続して前記第１の閾値未満の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第８の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
第２の閾値を大気圧以上前記第１の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器で検知された圧力が前記第２の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第９の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
第２の閾値を大気圧以上前記第１の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、起動指令後において前記第１の圧力検知器で検知された圧力が前記第２の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように、維持処理の異常の検知は、停止期間中に限らず、着火動作開始前であれば、起動指令後であっても的確に異常を検知することが可能である。
第１０の本発明の水素生成装置は、前記原料ガスの流通方向において前記原料ガス供給器よりも上流の前記原料ガス供給路内の圧力を検知する第２の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第２の圧力検知器で検知される圧力に異常があった場合であるとよい。このように構成すると、原料ガスの供給系統の異常による維持処理の異常を検知することができる。
第１１の本発明の水素生成装置は、前記維持処理の異常とは、前記停止期間において少なくとも一時的に電力供給が断たれた状態であるとよい。このように構成すると、電力供給が断たれたことで原料ガス供給器が動作しないことによる維持処理の異常を検知することができる。
第１２の本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。このように構成すると、水素生成装置の維持処理に異常があっても、起動処理における燃焼器の燃焼動作の異常により燃料電池システムの起動に支障が生じる可能性を低減することができる。
第１３の本発明の燃料電池システムは、前記可燃性ガス供給路が、前記燃料電池のアノードオフガスを前記燃焼器に供給するための経路である。このように構成すると、燃料電池のアノードガスを有効利用することができる。
第１４の本発明の水素生成装置の運転方法は、原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁とを備え、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器によって、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第１の閾値以上に維持する維持処理を行う水素生成装置の運転方法であって、
前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記原料ガス供給器及び前記着火器によって前記ガス流路に前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
このような構成とすると、維持処理の異常で、燃焼器を介して可燃性ガス流路に空気が進入したとしても、着火動作開始までに通常よりも多くの原料ガスを原料ガス供給器より供給することで可燃性ガス供給器内の空気濃度が低減してから着火動作を開始することができる。したがって、維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。
本発明によれば、停止期間において可燃性ガスが内部に充満した状態で密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、起動処理において燃焼させる水素生成装置において、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持する維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。
図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、図１の燃料電池システムの停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第２実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図４は、本発明の第３実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第４実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第５実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図７は、本発明の第６実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 図８は、図７の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図９は、第７実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
符号の説明
２ 水供給器
３ 水素生成器
３Ａ 改質器
３Ｂ 変成器
３Ｃ ＣＯ除去器
４ 原料ガス供給路
５ 燃焼器
５Ａ 着火器
６ 燃料ガス供給路
７ 弁
８ 第１の圧力検知器
１０ 原料ガス供給器
１１ 弁
１２ 弁
１３ 火炎検知器
１４ オフガス供給路
１５ バイパス流路
１６ 弁
１８ 第２の圧力検知器
２０ 制御器
２０Ａ 制御部
２０Ｂ 記憶部
２０Ｃ 入力部
２０Ｄ 記憶部
３０ 水供給路
５０ 燃料電池（ＦＣ）
１００、１０１ 水素生成装置
Ｍ１ 第１の閾値
Ｍ２ 第２の閾値
Ｓ ステップ
Ｔ 時間
Ｔ０ 判定時間
Ｔ１ 遅延時間
Ｖ 積算流量
Ｖ１ 送気量
Ｐ１、Ｐ２ 検知圧力
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。燃料電池システムは、水素生成装置１００と燃料電池５０とを有して構成されている。
ここで、燃料電池（ＦＣ）５０は、水素生成装置１００より供給される水素含有ガスをアノードガスとして用い、別途供給される空気などの酸化ガスをカソードガスとして用い、両者を反応させて発電する装置である。本実施の形態では、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いたが、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であっても構わない。
水素生成装置１００は、水蒸気改質反応により原料ガスから水素含有ガスを生成する水素生成器３と、水素生成器３に原料ガスを供給する原料ガス供給路４と、原料ガス供給路４に設けられ、水素生成器３への原料ガスの供給量を制御する原料ガス供給器１０と、水素生成器３から送出される水素含有ガスを燃料ガスとして燃料電池５０に供給するための燃料ガス供給路６と、燃料ガス供給路６を開閉する弁１１と可燃性ガスを燃焼する燃焼器５と、燃焼器に設けられた着火器５Ａと、水素生成器３もしくは燃料電池５０より送出される可燃性のオフガスを燃焼器５に供給する本発明の可燃性ガス供給路であるオフガス供給路１４と、オフガス供給路１４を開閉する弁１２と、燃料ガス供給路６上で分岐し燃料電池５０をバイパスして燃料ガス供給路６とオフガス供給路１４とを接続するバイパス流路１５と、バイパス流路１５を開閉する弁７と、バイパス流路１５とオフガス供給路１４との合流部と燃焼器５との間のオフガス供給路１４に設けられた本発明の弁である弁１６と、水素生成器３内の圧力を検知する第１の圧力検知器８と、改質器３Ａに水を供給する水供給路３０と、水供給路３０に設けられて水素生成器３への水の供給量を制御する水供給器２と、制御器２０と、を有して構成されている。
原料ガス供給路４は、原料ガスＧの供給系統に接続されている。水供給路３０は、水Ｗの供給系統に接続されている。
なお、弁１１及び弁７は、開閉弁としているが、３方弁を用いることもできる。すなわち、燃料ガス供給路６とバイパス流路１５との接続部が３方弁である弁１１によって構成される。この場合には、弁１１が弁７として兼用されて、弁７を省略することができる。つまり、弁１１の切換操作によって、水素生成器３から送り出されるガスの送出先を燃料電池５０と燃焼器５とのいずれかに切り換えることができる。そして、本実施の形態の水素生成装置の停止処理時において、弁１１の接続先は、燃料電池５０側からバイパス流路１５側に切り換えられ、弁１２及び弁１６が閉止され、原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２及び弁１６の間の区間に水素生成器３、燃料ガス供給路６、バイパス流路１５及びオフガス供給路１４を含む密閉区間を形成することができる。すなわち、本発明の原料ガス供給器１０と弁１６との間のガス流路が密閉区間に相当する。また、燃料電池５０、燃料ガス供給路６及びオフガス供給路１４を含む空間も閉鎖された空間となる。
原料ガス供給器１０は、原料ガス供給路４の開閉が可能でありかつ流量を調整することができる、流量調整弁が好適である。例えば、原料ガス供給路４に接続される原料ガス供給系統により原料ガス供給器１０には１〜２ｋＰａ程度の圧力が加わる場合には、それを封止するのに十分な耐圧１０ｋＰａ程度の流量調整弁を使用すると好適である。原料ガス供給系統により必要な耐圧力が異なるため、原料ガス供給器１０には、耐圧力に応じた器材を用いれば良い。さらに、原料ガス供給系統の供給圧が水素生成装置１００の運転に要する供給圧に比べ低い場合には、原料ガス供給路４を流通する原料ガスの供給圧を調節可能に構成されているとなおよい。例えばプランジャポンプを有して構成されていると良い。
第1の圧力検知器８は、水素生成器３内部と外部（外気圧）との圧力を検知できる圧力計である。例えば、水素生成器３内部と外部との圧力が十数kPaである場合には、上限50kPaの圧力計を使用すると好適である。ここで、水素生成器３内部の圧力が外部の圧力よりも高い場合を正圧とする。
また、第１の圧力検知器８は、弁１６と原料ガス供給器１０との間のガス流路の圧力を検知可能に配設されていればよい。したがって、ここでは水素生成器３内に設けられているが、水素生成器３を含んで、原料ガス供給器１０及び弁１６によって仕切られる区間（密閉区間）であればどこに設置されてもよい。
水供給器２は、水供給路の開閉が可能でありかつ流量を調整することができる、流量調整弁が好適である。なお、水供給路３０に接続される水供給系統により水供給器２には数kPaから十数kPaの力が加わるため、この圧力が加わっても開閉可能な器材が好適である。また、この水供給系統により必要な耐圧力が異なるため、水供給器２には、耐圧力に応じた器材を用いれば良い。
弁１６は、電磁弁が好適であるが、燃料ガス供給路６の開閉が可能であれば如何なる構成でも構わない。なお、燃料ガス供給路６を流通するガスにより弁１６には数kPaから十数kPaの力が加わるため、この圧力が加わっても開閉可能な弁が好適である。また、水素生成装置１００の構成により必要な耐圧力が異なるため、弁１６には、耐圧力に応じた弁を用いれば良い。
水素生成器３は、燃焼器５の燃焼熱を利用可能に構成されている。また、原料ガスと水とを水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成する改質器３Ａと、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を変成反応により低減する変成器３Ｂと、変成反応後の水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応によりさらに低減するＣＯ除去器３Ｃとが連結されて構成されている。改質器３Ａが本発明の改質器に相当する。
ここでは、改質器３Ａの改質触媒として、Ruを主成分とする触媒が用いられているが、改質反応が可能であれば、改質触媒は特に限定されるものではない。例えば、PtやRhのような貴金属やNi等から構成される改質触媒であってもよい。
変成器３Ｂの変成触媒として、Ptを主成分とする触媒が用いられているが、変成触媒は特に限定されるものではない。例えば、Cu−Zn等から構成される変成触媒であってもよい。
ＣＯ除去器３Ｃの酸化触媒として、Ptを主成分とする触媒が用いられているが、酸化触媒は特に限定されるものではない。例えば、Ruなどから構成される酸化触媒であっても良い。
なお、本実施形態では、燃料電池５０がＰＥＦＣであるので、ＰＥＦＣの触媒性能の劣化防止のため、変成器３Ｂ、及びＣＯ除去器３Ｃで一酸化炭素濃度を低減させている。したがって、水素含有ガスの供給先によっては、変成器３Ｂ及びＣＯ除去器３Ｃは省略して構成してもよい。
原料ガス供給路４は、ガスホース、ステンレス配管といった管部材から構成される。原料ガスの供給圧力に対して漏れが発生しなければ如何なる構成や材質であっても構わない。なお、水素生成器３内の触媒を被毒する物質が含まれていない方が望ましいが、飛散や溶出する恐れがないならば、この限りではない。
燃料ガス供給路６、オフガス供給路１４及びバイパス流路１５は、原料ガスや水素含有ガスの供給圧力に対して漏れが発生しなければ如何なる構成や材質であっても構わない。なお、水素生成器３で生成された水素含有ガスは数十℃から二百℃近くの高温であるため、耐熱性を有した材質にすることが望ましい。例えば、ステンレス配管が好適である。
燃焼器５は、原料ガスや水素含有ガスのような可燃性ガスを燃焼させるバーナーと、着火器５Ａと、空気などの酸化ガスを供給するファンやポンプなどの送気装置と、を備える（図示せず）。具体的には、バーナーは拡散燃焼式が好適であるが、如何なる構成でも構わない。例えば、予混合式であっても構わない。
また、着火器５Ａは電気式発火装置であるイグナイタが好適であるが、原料ガスに着火出来るならば如何なる着火装置であっても構わない。
送気装置はシロッコファンが好適である。これによって、水素生成器３での触媒反応に必要な熱を供給することができる。
燃焼器５には、火炎検知器１３が配設されている。火炎検知器１３には、フレームロッド（Flame rod）方式など公知の火炎検知器を用いることができる。火炎検知器１３によって、燃焼器５の失火、火炎の変動などの着火不良の現象を検知することができる。
制御器２０は、マイコンなどのコンピュータから構成され、弁７、原料ガス供給器１０，弁１１，弁１２、弁１６、着火器５Ａを含む燃焼器５及び水供給器２を制御する制御部２０Ａと、記憶部２０Ｂと、タッチパネル、キーボードといった入力装置で構成される入力部２０Ｃと、液晶パネル、プリンタ、発光器といった出力装置で構成される出力部２０Ｄと、を有して構成されている。また、制御器２０には第１の圧力検知器８の圧力情報及び火炎検知器１３の火炎情報が取得できるように構成されている。
ここで、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して制御を実行する制御器群をも含んで意味する。よって、制御器２０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置されていて、それらが協働して水素生成装置１００の動作を制御するように構成されていてもよい。
次に、本発明の特徴である水素生成装置１００の停止処理、停止期間及び起動処理における動作を説明する。これらの動作は制御器２０によって制御されることにより遂行される。図２は、第１実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。ここで、起動処理とは、改質器３Ａに改質反応を開始させる処理を言う。
図２に示すように、水素生成器３における停止処理において、水供給器２を閉止し、水素生成器３への水の供給を停止する。そして、原料ガスを供給しても炭素析出しない温度にまで水素生成器３内の温度が低下すると、ステップ（密閉処理ステップ）Ｓ１において、原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２，弁７及び弁１６を制御して水素生成器３を含む密閉区間内に原料ガスを充満させて密閉する密閉処理を行う。具体的には、弁１１及び弁１２が閉止され、弁１６が開いている状態において、原料ガス供給器１０及び弁７を開けて、水素生成装置１００内の残留ガスを原料ガスによってパージする。すなわち、本発明のパージ処理を行う。この際、燃焼器５からは、原料ガスが外部へ排出される。したがって、燃焼器５の送気装置を駆動させて、原料ガスを可燃限界未満に希釈して排出されるようにすると、外部における原料ガスの不測の燃焼を回避できる。
そして、原料ガス供給器１０、弁１６を閉止すると、水素生成器３を含めて原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２及び弁１６によって仕切られる区間（密閉区間）は、原料ガスが充満された状態で密閉される。
原料ガスの供給系統からの原料ガスの供給圧が１〜２kPa程度であるので、密閉区間には、外気圧よりも１〜２kPa程度加圧された状態で原料ガスが密閉されている。
なお、水素生成器３にはＣＯ除去器３Ｃに酸化剤を供給するために外部と連通する流路が形成されているが、この流路も閉止されている。これで、本発明の水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムの停止処理は完了となり、それ以降、制御器２０から起動指令が出力されるまでの間を本発明においては水素生成装置及び燃料電池システムの停止期間とする。
上記起動指令は、例えば、リモコン（図示せず）等の入力装置に設けられた起動スイッチへの使用者による入力に基づき制御器２０により出力されたり、あるいは外部の電力負荷、時刻などに基づいて制御器２０により自ら自動的に出力されたりする。
ここで、停止処理完了後の水素生成器３はその周囲の外気温度に比して高温である。したがって、時間経過に従い、水素生成器３の温度は低下するので、密閉区間内のガスは体積収縮する。そこで、上記停止期間において、水素生成器３が外気温度にまで低下するまでの間は、適宜、原料ガス供給器１０を制御して、密閉区間内に原料ガスを補給し密閉区間内と外部との圧力を第１の閾値Ｍ１以上に高めて維持する維持処理を行う。
また、水素生成器３が外気温度にまで低下した後においても、外気温度の変動などの要因によって、密閉区間内のガスが体積収縮する場合がある。そこで、水素生成器３が外気温度にまで低下した後の停止期間においても、維持処理を行う。
ここで、本発明において停止期間とは、水素生成装置１００を密閉処理してから制御器２０により起動指令が出力されるまでの期間をいう。本発明の維持処理は、停止期間における維持処理をいう。
本実施形態では、上記維持処理は、第１の圧力検知器８によって検知される検知圧力（圧力情報）Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合に、原料ガス供給器１０が開放され、原料ガスが密閉区間に補給されることで実行される。そして、検知圧力（圧力情報）Ｐ１が第１の閾値Ｍ１以上となると、原料ガス供給器１０が閉止され、密閉状態となる。
ここで、第１の閾値Ｍ１は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。第１の閾値Ｍ１は、密閉区間の耐圧性能未満の圧力に設定される。また、原料ガス供給器１０がプランジャポンプのような昇圧装置を有さない場合には、原料ガス供給系統の供給圧力と外気圧との圧力差未満の圧力に設定される。したがって、水素生成装置１００の構成、原料ガス供給路４に接続される原料ガス供給系統の供給圧力、及び第１の圧力検知器８の検知精度に応じて、好適な第１の閾値Ｍ１が設定される。例えば、第１の閾値Ｍ１＝０．５ｋPaが好適である。
ここで、本発明の水素生成装置１００では、維持処理の際に異常が生じているか否かを検知する。異常を検知した場合には、異常フラグを記憶部２０Ｂに記憶する。次回の起動指令が制御器２０より指令された際に、この異常フラグがある場合には、原料ガス供給器１０及び弁１６が開放され、原料供給器１０より原料の供給が開始されても、すぐには着火器の着火動作を開始せず、異常フラグがない場合よりも原料を多く供給した後に、着火動作を開始する。
具体的には、次のようなフローで制御される。まず、ステップＳ３−１において第１の圧力検知器８の検知圧力Ｐ１を取得する。ステップＳ４−１１において、検知圧力Ｐ１と第１の閾値Ｍ１とを比較して、検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合には、制御器２０より維持処理指令が出力され（ステップＳ４−１２）、維持処理が行われる。その後、あらためて第１の圧力検知器８での検知圧力Ｐ１を取得して（ステップＳ４−１３）、そして、ステップＳ４−１４において、検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満である状態が所定の判定時間Ｔ０以上継続するか否かを判断する。時間は、制御器２０内のタイマーによって検知圧力Ｐ１の推移と共に計測される。
ここで、判定時間Ｔ０は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。判定時間Ｔ０は、水素生成器３内の圧力が外気圧以下にまで低下するに要すると判断される時間である。したがって、密閉区間の構成に応じて好適な判定時間Ｔ０が設定される。例えば、判定時間Ｔ０＝３分が好適である。
検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の状態が判定時間Ｔ０以上継続した場合には、ステップＳ４−１５において、維持処理の異常があったものとして、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグ（flag）をＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。
そして、ステップＳ６−１において、起動指令があるまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−１３、Ｓ４−１４、Ｓ４−１５を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１〜Ｓ４−１５を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ３−１〜Ｓ４−１５の反復を省略することもできる。
また、ステップＳ６−１において制御器２０より起動指令が出力されると、水素生成器３において水蒸気改質反応を開始させる起動処理を開始する。
まず、ステップ（原料ガス供給処理ステップ）Ｓ７−１において、原料ガス供給器１０及び弁１６を開放し、原料ガスの供給を開始する。そして、制御器２０内のタイマーが原料ガス供給開始後からの経過時間（以下、経過時間と略称する）ＴをＴ＝０からカウントを開始する。
なお、原料ガス供給器１０及び弁１６の開放に際しては、原料ガス供給器１０を先に開にする方が良い。弁１６を先に開けた場合、外気が燃焼器５から密閉区間に流入する可能性があるからである。弁１６を先に開放した場合には、原料ガス供給系統が密閉区間に接続される。したがって、弁１６の開放時には、弁１６からの外気の密閉区間への流入を防止することができる。
ステップＳ８では、異常フラグの有無を確認し、異常フラグがない場合には、ステップ（燃焼処理ステップ）Ｓ１１において、経過時間ＴをＴ＝０にリセットしてカウントを停止すると共に、着火器５Ａにおける着火動作を開始し、燃焼を開始する。これによって、水素生成器３に熱が供給され、水素生成器３は暖機工程に移行する。すなわち、原料ガス供給処理ステップＳ７−１と燃焼処理ステップＳ１１とは略同時に行われる。したがって、停止状態において密閉区間に充満していた原料ガスを燃焼器５において燃焼させて、その燃焼熱によって水素生成器３に熱を供給することができるので、原料ガスの利用効率を高めることができ、かつ水素生成装置１００を速やかに起動させることができる。
なお、火炎検知器１３は、ステップＳ１１における着火状況を検知する。着火不良が検知された場合には、起動処理を中止して、制御器２０は、出力部２０Ｄに着火不良を表示する。
あるいは、ステップＳ１１において、離隔地へ着火不良を通報するように構成することもできる。例えば、制御部２０Ａが発信機能を有して構成される。具体的には、制御部２０Ａが電話回線に接続されていて、入力部２０Ｃから予め通報先の電話番号が入力されている。そして、火炎検知器１３が着火不良を検知すると、制御部２０Ａが自動的に電話番号をダイヤルして、通報先に着火不良を通報することができる。通報先には、メンテナンス担当会社などを設定すると良い。
他方、ステップＳ８において異常フラグがあった場合には、ステップ（遅延ステップ）Ｓ９−１において、経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１経過まで、燃焼処理ステップＳ１１を遅らせる。これによって、燃焼処理ステップＳ１１の開始時期を異常フラグがない場合の開始時期よりも遅らせることができる。その遅延時間Ｔ１の間に原料ガス供給器１０から水素生成器３に原料ガスが供給され、オフガス供給路１４に進入したと想定される空気が燃焼器５より排出され、オフガス供給路１４内の空気濃度が低減される。このため、遅延時間Ｔ１後に着火器５Ａの着火動作を開始すると着火不良が起きる可能性が低減される。
この際、ステップＳ１と同様に、燃焼器５の送気装置を利用して原料ガスを可燃限界未満に希釈して外部に排出するようにするとよい。これによって、外部における原料ガスの不測の燃焼を回避できる。
ここで、遅延時間Ｔ１は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。遅延時間Ｔ１は、密閉区間に進入した空気が燃焼器５より外部に排出されて、オフガス供給路１４内が可燃性ガス雰囲気となる程度の時間であればよい。あるいは、原料ガスの供給量が密閉区間内の残留ガスをパージするに要する量に到達するまでの時間に設定されていることがより好ましい。具体的には、原料ガス供給路４からの原料ガスの流量と水素生成装置１００内のガス流路の容積とに基づいて算出することが出来る。また、遅延時間Ｔ１を、水素生成器３の内容積の２倍の量の原料ガスを供給するに要する時間とするのがさらに好適である。遅延時間Ｔ１は、制御器２０の記憶部２０Ｂに予め記憶されている。
原料ガス供給開始後の経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１以上に達すると、ステップＳ１０において異常フラッグをリセットして、ステップＳ１１に進む。
以上のようにして、維持処理に異常があっても、燃焼器５において原料ガスが可燃状態となってから、燃焼が開始される。したがって、本発明の水素生成装置１００は、停止期間中に維持処理の異常があっても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起こる可能性を低減することができる。
次に、起動処理後の、水素生成装置１００の改質動作及び停止動作を説明する。
燃焼器５の燃焼熱によって、水素生成器３を加熱する。
また、水供給器２を開放して水供給路３０から水を水素生成器３に供給する。
水素生成器３内の改質器３Ａでは、水が水蒸気となり、水蒸気が原料ガスと混合され、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成される。なお、改質器３Ａは、改質触媒の活性温度に基づいて所定の温度に加熱される。本実施形態では、約６５０℃に加熱される。
水素含有ガスは、変成器３Ｂに供給され、変成反応により水素含有ガスの一酸化炭素濃度が低減される。なお、変成器３Ｂは、変成触媒の活性温度に基づいて所定の温度に加熱される。本実施形態では、約２００℃に加熱される。
変成器３Ｂから排出された水素含有ガスは、ＣＯ除去器３Ｃに供給され、一酸化炭素酸化反応により水素含有ガスの一酸化炭素濃度がさらに低減される。なお、ＣＯ除去器３Ｃは、酸化触媒の活性温度に基づいて所定の温度に加熱される。本実施形態では、約１００〜２００℃の範囲内の温度に加熱される。
水素生成装置１００の上記各反応部の温度が上記温度域にまで加熱され、ＣＯ除去器３Ｃより送出される水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が十分低減されると、水素含有ガスを燃料電池５０に供給する。具体的には、弁１１及び弁１２を開き、弁７を閉じる。これによって、水素含有ガスは、燃料ガスとして燃料電池５０のアノードに供給される。そして、燃料電池５０のカソードには、空気等の酸化剤ガスが別途供給され、燃料電池５０は、電池化学反応により発電を行う。
燃料電池５０から排出されるアノードオフガスはオフガス流路１４を通って燃焼器５に供給される。燃焼器５では、アノードオフガスが燃焼される。
水素生成装置１００の停止動作では、原料ガス供給器１０及び水供給器２の閉弁によって水素生成器３への原料ガス及び水の供給を停止する。それと共に、燃料電池５０の発電を停止し、弁１１及び弁１２を閉止し、燃料電池５０のアノード流路を燃料ガスで封止する。
そして、燃焼器５の送気装置を用いて水素生成器３を除熱する。水素生成器３が所定の温度以下になった時点で、あるいは所定の温度以下になったと判断される除熱時間経過後に、原料ガス供給器１０及び弁７を開放して原料ガス供給路４から原料ガスを供給して水素生成器３内の残留ガスをパージする。この際、燃焼器５の送気装置を継続的に稼働し続けて、残留ガスが可燃限界未満に希釈して外部に排出されるようにすると良い。
そして、水素生成器３内の残留ガスがパージされると、弁１６を閉弁する。これによって、水素生成器３内には原料ガスが充満された状態で、原料供給器１０から弁１６までの少なくとも水素生成器３を含むガス流路が閉止され、停止処理が完了する。
これにより、水素生成装置１００は停止状態に移行し、水素生成器３内のガス流路を正圧に維持するためステップＳ３−１の圧力検知ステップが開始される。
なお、本実施形態では、ステップＳ６−１以降の起動処理において、異常フラグがある場合に、ステップＳ９−１において原料ガスを異常フラグがない場合よりも多く供給している。しかし、ステップＳ４−１５の異常フラグＯＮに基づいて、起動処理以前、すなわち停止期間中に通常の維持処理とは異なる原料ガス供給処理を実施して、異常フラグがない場合よりも着火器５Ａの着火動作までの原料ガスの供給量が多くなるようにしてもよい。
例えば、ステップＳ４−１５の異常フラグＯＮを制御器２０が検知して、制御器２０が通信装置（図示せず）を制御して、離隔地へ異常フラグＯＮを通報するように構成することもできる。具体的には、ステップＳ１１において述べた通りである。そして、通報に応じて水素生成装置１００をメンテナンスしたメンテナンス担当者が、当該メンテナンス作業後に、原料ガス供給器１０を操作して水素生成器３内の残留ガスをパージする程度の量の原料ガスを水素生成器３に供給した後、水素生成装置１００を停止状態（停止機関）に復帰させてもよい。
また、本実施形態では、ステップＳ９−１をタイマーとしている。つまり、異常フラグがある場合において、燃焼処理ステップＳ１１の時期を遅らせることによって、原料ガスを異常フラグがない場合よりも多く供給している。しかし、ステップＳ９−１において、原料ガス供給器１０を制御して異常フラグがない場合の起動処理時よりも原料ガスの流量を増加させるようにすることもできる。例えば、原料ガス供給器１０が流量調整弁である場合には、弁開度を大きくすることによって実施することができる。これによって、ステップＳ９−１における遅延時間Ｔ１を短縮することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、第１の閾値Ｍ１未満の値である第２の閾値Ｍ２に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図３は、第２実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図３に示すように、本実施形態は、図２の維持処理の異常検知ステップＳ４−１３、Ｓ４−１４、Ｓ４−１５がステップＳ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２5に変更された実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、図３において図２と同様のステップには図２と同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、ステップＳ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５以外は図２と同じである。
図３に示すように、密閉処理ステップＳ１で停止処理が完了後、停止状態に移行し、ステップＳ３−１において取得された検知圧力Ｐ１が、ステップＳ４−１１において、検知圧力Ｐ１と第１の閾値Ｍ１とを比較する。検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合には、制御器２０より維持処理指令が出力され（ステップＳ４−１２）、維持処理が行われる。その後、あらためて第１の圧力検知器８での検知圧力Ｐ１を取得して（ステップＳ４−２３）、検知圧力Ｐ１と第２の閾値Ｍ２とを比較して（ステップＳ４−２４）、検知圧力Ｐ１が第２の閾値Ｍ２以下の場合には、ステップＳ４−２５において、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。
そして、ステップＳ６−１において、起動指令を検知するまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理の異常検知ステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５の反復を省略することもできる。
ここで、第２の閾値Ｍ２は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。第２の閾値Ｍ２は、第１の圧力検知器８の精度などの要因を考慮して、維持処理ステップＳ４−１２における原料ガスの供給が履行されていないと判断される圧力に設定される。したがって、第２の閾値Ｍ２は、正圧であってかつ第１の閾値Ｍ１未満の値に設定される。具体的には、水素生成装置１００の構成及び第１の閾値Ｍ１に応じて、好適な第２の閾値Ｍ２が設定される。例えば、第１の閾値Ｍ１＝０．５ｋPaの場合、第２の閾値Ｍ２＝０．３ｋPaが好適である。
このように構成すると、例えば、原料ガス供給器１０が故障して多量の原料ガスのリークが生じるような異常の場合に、判定時間Ｔ０の経過を要さずにより迅速に維持処理の異常を検知することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、水素生成装置１００の通電状態に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図４は、第３実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図４に示すように、本実施形態は、図２の維持処理の異常検知ステップＳ４−１３、Ｓ４−１４、Ｓ４−１５がステップＳ４−３３、Ｓ４−３４に変更された実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、図４において図２と同様のステップには図２と同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、ステップＳ４−３３、Ｓ４−３４以外は図２と同じである。
図４に示すように、密閉処理ステップＳ１後には、維持処理ステップＳ３−１、Ｓ４−１１，Ｓ４−１２が行われる。また、密閉処理ステップＳ１後には、維持処理ステップに並行して、ステップＳ４−３３において、水素生成装置１００の通電状態を検知する。少なくとも一時的に電力供給が絶たれた状態が検知された場合には、ステップＳ４−３４において、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。このように、電力供給が断たれた状態を、維持処理の異常として検知することで、電力供給が絶たれて原料ガス供給器１０が動作しないことで維持処理の異常が実際に起こったとしても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。
そして、ステップＳ６−１において、起動指令を検知するまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−３３、Ｓ４−３４を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理の異常検知ステップＳ４−３３〜Ｓ４−３４を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ４−３３〜Ｓ４−３４の反復を省略することもできる。
通電状態の検知は例えば以下のように行われる。すなわち、系統電源からの電圧を検知する電圧検知器（図示せず）を備え、電圧検知器が停電と推定される電圧値を検知し、それが所定時間以上継続し、制御器２０が瞬間的な停電でないと判定された場合、記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。このように、電力系統の電圧変動や瞬間的な停電のように維持処理に影響を及ぼさない程度の停電情報は通電状態と判断するように構成される。これによって、不必要な燃焼処理の遅延を回避することができる。
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図５に示すように、本実施形態は、図３の維持処理の異常検知ステップＳ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５を、ステップＳ６−１の起動指令後に、ステップＳ６−２、Ｓ６−３、Ｓ６−４として実施する形態である。また、原料ガス供給開始からの経過時間Ｔの代わりに、原料ガス供給開始からの原料ガスの積算流量ＶをＶ＝０からカウントを開始する実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、図５において図３と同様のステップには図３と同一の符号を付して説明を省略する。
図５に示すように、密閉処理（ステップＳ１）完了後、停止状態に移行し、ステップＳ３−１において取得された検知圧力Ｐ１が、ステップＳ４−１１において、検知圧力Ｐ１と第１の閾値Ｍ１とを比較して、検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合には、制御器２０より維持処理指令が出力され（ステップＳ４−１２）、維持処理が行われる。水素生成器３の温度低下に伴う水素生成器３を含むガス流路内の負圧防止のための維持処理ステップＳ３−１，Ｓ４−１１、Ｓ４−１２がなされた後、起動指令（ステップＳ６−１）を検知すると、維持処理の異常検知ステップＳ６−２〜Ｓ６−４によって維持処理の異常を検知する。つまり、ステップＳ６−１において起動指令を検知するまで維持処理ステップＳ３−１、Ｓ４−１１，Ｓ４−１２を繰り返すが、この間において維持処理の異常検知ステップＳ６−２〜Ｓ６−４は行われない。これによって、維持処理の異常検知ステップＳ６−２〜Ｓ６−４の反復は省略されるので、水素生成装置１００の制御フローを簡便にすることができる。
そして、ステップ（原料ガス供給処理ステップ）Ｓ７−２において、ステップＳ７−１と同様にして、原料ガスの供給を開始する。そして、原料ガス供給開始後の積算流量Ｖのカウントを開始する。
ここで、積算流量Ｖは、原料ガス供給器１０前後の原料ガス圧力及び原料ガス供給路４の断面積に基づいて公知の流体力学に基づいて算出することができる。例えば、原料ガス供給路４に配設された差圧流量計（図示せず）で検知された流量の積算によって算出される。
そして、ステップＳ８において異常フラグがあった場合には、ステップ（遅延ステップ）Ｓ９−２において、積算流量Ｖが所定の送気量Ｖ１に達するまで、燃焼処理ステップＳ１１を遅延させる。この際、ステップＳ１と同様に、燃焼器５の送気装置を利用して原料ガスを可燃限界未満に希釈して外部に排出されるようにするとよい。
ここで、送気量Ｖ１は、密閉区間に進入した空気が燃焼器５より外部に排出されて、燃焼器５に到達するガスが可燃状態となる程度の時間であればよい。あるいは、原料ガスの供給量が密閉区間内の残留ガスをパージするに要する量に到達するまでの時間に設定されていることがより好ましい。具体的には、水素生成装置１００内のガス流路の容積とすることが出来る。また、送気量Ｖ１を、水素生成器３の内容積の２倍の量とするのがさらに好適である。送気量Ｖ１は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。
原料ガス供給開始後の積算流量Ｖが所定の送気量Ｖ１に達すると、ステップＳ１０において異常フラッグをリセットして、燃焼処理ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、積算流量Ｖ＝０にリセットしてカウントを停止する。本実施形態では、原料ガス供給処理ステップＳ７−２開始後の送気量を直接的に検知するので、燃焼器５において原料ガスが確実に可燃状態となってから、燃焼を開始される可能性が高いので、本発明の水素生成装置１００は起動処理のおける燃焼器の燃焼動作に異常が起こる可能性がより低減され、燃焼動作が確実に履行することができることが見込まれる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態は、第２実施形態の燃料電池システムにおいて、維持処理の異常を区別して、より的確に水素生成装置１００を運転する実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図６は、第５実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図６において図３と同様のステップには図３と同一の符号を付して説明を省略する。なお、図６のステップＳ５−１〜Ｓ５−２は、「異常フラグ」に代えて「電源断フラグ」を用いる部分以外は第３実施形態（図４）のステップＳ４−２１〜Ｓ４−２２と同じである。
図６に示すように、密閉処理ステップＳ１で停止処理が完了後、停止状態に移行し、第２実施形態と同様にステップＳ３−１〜Ｓ４−２５を行う。また、並行して、密閉処理ステップＳ１後には、水素生成装置１００の通電状態を検知する（通電検知ステップＳ５−１、Ｓ５−２）。そして、停電情報に基づいて、ステップＳ５−２において、制御器２０の記憶部２０Ｂに電源断フラグをＯＮにする。
そして、ステップＳ６−１において起動指令を検知するまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１〜Ｓ４−２５、ならびに通電検知ステップＳ５−１、Ｓ５−２を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理の異常検知ステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５の反復を省略することもできる。
そして、制御器２０が起動指令を受ける（ステップＳ６−１）。そして、原料ガス供給器１０より原料ガスの供給を開始後（ステップＳ７−１）、ステップＳ８において、制御器２０により異常フラグありと検知された場合には、第２実施形態と同様に、遅延ステップＳ９−１を行ってから、燃焼処理ステップＳ１１を行う。
他方、ステップＳ８において、制御器２０により異常フラグがないと検知された場合には、ステップ（燃焼処理ステップ）Ｓ１０１において、経過時間ＴをＴ＝０にリセットしてカウントを停止すると共に、燃焼器５における燃焼を開始する。
その際、ステップＳ１０２において、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知されない場合には、第１実施形態において説明したように、暖機工程に移行する。しかし、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知された場合には、ステップＳ１０３において原料ガスの供給を停止する。
そして、ステップＳ１０４において、電源断フラグの有無を確認する。電源断フラグがない場合には、異常停止となる。すなわち、起動失敗となる。
ここで、制御器２０は、出力部２０Ｄに着火不良を表示する。あるいは、第１実施形態のステップＳ１１において述べたように、離隔地へ着火不良を通報するように構成することもできる。
他方、電源断フラグがある場合には、ステップ（原料ガス処理ステップ）Ｓ１０５において、経過時間ＴをＴ＝０からカウント再開し、原料ガスの供給を再開する。そして、ステップ（遅延ステップ）Ｓ１０６において、経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１経過まで、燃焼処理ステップＳ１０８を遅らせる。この際、ステップＳ１と同様に、燃焼器５の送気装置を利用して燃焼器５から排出されるガスが確実に可燃限界未満に希釈して外部に排出されるようにするとよい。
このようにして、原料ガス供給再開後の燃焼器５の燃焼の再開時期を異常フラッグがない場合の開始時期より遅らせ、その遅延時間Ｔ１の間に原料ガス供給器１０から水素生成器３に原料ガスが供給され、オフガス供給路１４に進入したと想定される空気が燃焼器５より排出され、オフガス供給路１４内の空気濃度が低減される。このため、遅延時間Ｔ１後に着火器５Ａの着火動作を開始すると着火不良が起きる可能性が低減される。なお、経過時間Ｔが遅延時間Ｔ１経過後にステップＳ１０７において、電源断フラグはリセットされる。
なお、ステップＳ１０８において、着火不良が検知された場合には、第１実施形態で説明したステップＳ１１と同様に、起動処理を中止して、出力部２０Ｄに着火不良を表示する。あるいは、離隔地へ着火不良を通報するように構成することもできる。
以上のようにして、本発明の水素生成装置１００では、第２の閾値Ｍ２に基づいて維持処理の異常を検知しなかった場合であっても、通常通り燃焼が開始できなかった場合は、電源断の有無によって、再度の原料ガス供給処理を行い、水素生成装置１００の起動処理を成功させることができる。すなわち、本発明の水素生成装置１００は、停電時に維持処理に異常が生じた場合にのみ、燃焼器５より進入した空気を大気に放出する操作が実行される。このため、停電の度にオフガス供給路１４に進入した空気を外部に放出するための原料ガス供給処理を行う必要がないので確実に起動性の向上とエネルギー効率の低下が抑制される。
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。図７に示すように、第６実施形態の水素生成装置１０１は、第２の圧力検知器１８が、原料ガス供給器１０より上流側の原料ガス供給路４に配設されている実施形態である。その他の燃料電池システムの構成、水素生成装置１０１の構成は第１〜４実施形態の燃料電池システム及び水素生成装置１００と同様であるので、それらと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図８は、第６実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図８において図３と同様のステップには図３と同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、本実施形態は、図３の維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５がステップＳ３−６１、Ｓ４−６１、Ｓ４−６２に変更された実施形態である。
本実施形態では、第２の圧力検知器１８が原料ガス供給系統の供給圧を検知するので、原料ガス供給系統が第３の閾値Ｍ３未満の供給圧となった場合、維持処理が履行できない可能性が生ずる。そこで、本実施形態では、第３の閾値Ｍ３に基づいて維持処理の異常を検知する。
図８に示すように、密閉処理ステップＳ１で停止処理が完了後、停止状態に移行し、ステップＳ３−６１において、第２の圧力検知器１８の検知圧力Ｐ２を取得する。ステップＳ４−６１において、検知圧力Ｐ２と第３の閾値Ｍ３とを比較して、検知圧力Ｐ２が第３の閾値Ｍ３以下の場合には、ステップＳ４−６２において、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常として記憶する。これによって、原料ガス供給系統の供給圧力の異常に基づいて、維持処理の異常を検知することができる。
ここで、維持処理は、図示していない水素生成器３内の圧力検知器及び温度検知器の少なくともいずれかを利用して行われる。あるいは、水素生成器３内の圧力及び温度を要さずに維持処理ステップＳ３−６１、Ｓ４−６１、Ｓ４−６２を行うこともできる。つまり、密閉処理状態において、所定の時間間隔毎に定期的に原料ガス供給器１０を所定の時間開通させることによって、密閉区間を維持することができる。すなわち、制御器２０は第３の閾値Ｍ３を要さずに、原料ガス供給器１０を制御して密閉区間内の圧力を維持することができる。
（第７実施形態）
図９は、第７実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図９において図６と同様のステップには図６と同一の符号を付して説明を省略する。
まず、ステップＳ６−１の起動指令までは、図６と同じである。ただし、図９のステップＳ５−２は、図６の「電源断フラグ」に代えて「異常フラグ」を用いている。つまり、第３実施形態（図４）のステップＳ４−３４と同じである。
そして、制御器２０が起動指令を出力して（ステップＳ６−１）、原料ガス供給器１０より原料の供給を開始後（ステップＳ７−１）、ステップＳ７−１０（燃焼処理ステップ）Ｓ１０１において、燃焼器５における燃焼を開始する。つまり、起動処理における最初の着火動作においては、水素生成器３への原料ガスの供給を維持処理の異常がない場合と同等の流量で開始するとともに着火器５Ａの着火動作を開始する時期を、維持処理の異常がない場合と同等の時期としている。
そして、ステップＳ７−１１において、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知されない場合には、第１実施形態において説明したように、暖機工程に移行する。しかし、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知された場合には、ステップＳ７−１２において着火器５Ａの動作を停止するとともに原料ガス供給器１０からの原料ガスの供給を停止する。すなわち、最初の着火動作に失敗したこととなる。
そして、ステップＳ８において、異常フラグの有無を確認する。異常フラグがない場合には、異常停止となる。すなわち、起動失敗となる。
他方、異常フラグがある場合には、ステップ（原料ガス処理ステップ）Ｓ８−２において、経過時間ＴをＴ＝０からカウント再開し、原料ガスの供給を再開する。そして、ステップ（遅延ステップ）Ｓ９−１において、経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１経過まで、燃焼処理ステップＳ１１を遅らせる。この際、遅延時間Ｔ１を原料ガスの供給量が密閉区間内の残留ガスをパージするに要する量に到達するまでの時間に設定されていることがより好ましい。具体的には第１実施形態において説明したようにして設定することができる。
このようにして、最初の着火動作に失敗した場合に、原料ガス供給器１０を制御して水素生成器３への原料ガスの供給を再開し、再開後の着火器５Ａの着火動作を再開する時期を、維持処理の異常がない場合よりも遅らせる。このように構成すると、着火不良が確認された場合にのみ本発明を実施することができ、維持処理の異常が検知された後の着火動作までに、いつも通常よりも多くの原料ガスを供給する場合に比べて原料ガスの無駄が減少するので水素生成装置の効率が向上する。
なお、本実施形態では、ステップＳ５−２及びステップＳ４−２５の双方において、異常フラグによって異常を検知している。しかし、どちらか一方のステップを省略して、どちらか一方のみの異常フラグによって異常を検知するように構成することもできる。
（第８実施形態）
上記のこれら実施形態においては、ステップ（密閉処理ステップ）Ｓ１において、水素生成器３を含む密閉区間内に原料ガスを充満させた後に、密閉区間を密閉している。しかし、密閉区間に原料ガスを充満させずに、密閉処理を実行しても本発明を実施することができる。つまり、本実施形態は、水素生成装置内部に燃料ガスが充満している状態で密閉処理することで停止処理を完了し、かつ、その後の停止期間において水素生成装置の温度低下に伴う体積収縮が起こると、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持するように構成されている。
以下、本実施の形態の水素生成装置における停止処理、及び停止期間中の維持処理についてのみ説明し、その他の動作の説明を省略する。なお、本実施形態の水素生成装置は、停止期間及び起動処理における動作に関して上記の実施形態のいずれかの実施形態で構成されている。
まず、制御器２０より停止指令が出力されると、原料供給器１０及び水供給器２を閉止し、水素生成器３への原料及び水の供給を停止する。
そして、原料ガスを供給しても炭素析出しない温度にまで水素生成器３内の温度が低下すると、ステップＳ１において、弁１１、弁１２及び弁１６を閉止して水素生成器３を含む密閉区間を密閉する。これによって、水素生成器３を含めて原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２及び弁１６によって仕切られる区間（密閉区間）は、燃料ガスが充満された状態で密閉され、停止処理を完了する。
停止処理後の停止期間中の水素生成器３は、その周囲の外気温度に比して高温である。したがって、時間経過に従い、水素生成器３の温度は低下するので、密閉区間内のガスは体積収縮する。そこで、停止処理後、水素生成器３が外気温度にまで低下するまでの停止期間は、適宜、原料ガス供給器１０を制御して、密閉区間内に原料ガスを補給し密閉区間内と外部との圧力を第１の閾値Ｍ１以上に高めて維持する維持処理を行う。
また、水素生成器３が外気温度にまで低下した後においても、外気温度の変動などの要因によって、密閉区間内のガスが体積収縮する場合がある。そこで、水素生成器３が外気温度にまで低下した後の停止期間も、維持処理を行う。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。
なお、以上の第１実施形態〜第８実施形態において、本発明の停止期間を、水素生成装置を密閉処理してから制御器２０により起動指令が出力されるまでの期間とし、本発明の維持処理は、停止期間における維持処理とした。しかしながら、本発明における停止期間を、水素生成器３が密閉され、かつ、水素生成器３が外気温度にまで低下してから、制御器２０より起動指令が出力されるまでの期間としても良い。この場合、水素生成器３の密閉処理以後から水素生成器３が外気温度にまで低下するまでの期間の原料ガスの補給処理は、本発明の維持処理から除かれる。
また、上記のこれら実施形態においては、バイパス流路１５と燃焼器５との間の区間のオフガス供給路１４に設置された弁１６が本発明の弁に相当する。しかし、本発明の可燃性ガス供給路及び弁は、上記実施形態のオフガス供給路１４及び弁１６に限定されるものではない。
本発明の可燃性ガス供給路は、水素生成器３から送出されて燃焼器５に至るガス流路は全てを含む。上記のこれら実施形態における、燃料ガス供給路６、バイパス流路１５も本発明の可燃性ガス供給路に含まれる。そして、これらの流路に設けられた弁のうち密閉処理において燃焼器５に対して最も上流側の位置で閉止されている弁が本発明の弁に相当する。つまり、上記のこれら実施形態における、燃料ガス供給路６、バイパス流路１５に配設された弁も密閉処理において燃焼器５に対して最も上流側の位置で閉止されていれば本発明の弁に相当する。
本発明は、停止期間において可燃性ガスが内部に充満した状態で密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、起動処理において燃焼させる水素生成装置において、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持する維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減できる、水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムとして有用である。
本発明は、水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムに関する。特に、停止期間において可燃性ガスが内部に充満した状態で密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、水素生成装置を起動させる起動処理において燃焼させる水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムに関する。
天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系のガスを原料ガスとして、水蒸気改質反応によって水素含有ガスを生成する改質器を有する水素生成装置は、燃料電池に供給される水素含有ガスの生成に好適に用いられている。
ところで、この水素生成装置の運転停止方法として、水素生成装置内を原料ガスで満たして密閉する。そして、密閉後の水素生成装置内の温度低下に伴って生じる改質器の負圧を防止するために原料ガスを所定時間後に供給し、正圧に維持する水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、水素生成装置を含む燃料電池システムの空間を複数の弁を用いて封止し、停止状態になった後にも、水素生成装置内の負圧を防止するため内部の圧力もしくは温度に基づき原料ガスを供給し、正圧に維持することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２２９１５６号公報 特開２００５−４４６５３号公報
しかしながら、水素生成装置の停止期間においては、都市ガスインフラのような原料ガスの供給系統に一時的に異常が生じたりして、原料ガスの供給が一時的に途絶あるいは不十分となる事態が発生しうる。
上記のような異常が生じると、特許文献１及び２記載の水素生成装置では、停止状態の水素生成装置内への原料ガスの供給が不十分となり、水素生成装置内が外気圧以下に下降し、水素生成装置内に空気が侵入する可能性が生じる。特に、燃焼器は大気と連通しているため燃焼器の近くに設置された弁から空気が進入する可能性が高い。従って、上記のような異常が生じた場合に、次の着火動作において燃焼器に原料ガスを供給するとともに燃焼を開始しても、供給される原料ガスが可燃限界未満となり、原料ガスの燃焼に失敗するおそれがあった。
そこで、本発明は、停止期間において、可燃性ガスが内部に充満した状態で水素生成装置が密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、起動処理において燃焼させる水素生成装置において、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持する維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼開始動作の異常が起きる可能性を低減できる、水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。本明細書において、停止期間とは、水素生成装置が密閉されてから起動指令が発生するまでの期間をいう。起動処理とは、起動指令が発生してから少なくとも改質器の動作が定常状態になるまでの間を言う。
上記課題を解決するため、第１の本発明の水素生成装置は、原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁と、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器を制御して、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に前記原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第１の閾値以上に維持する維持処理を行う、制御器と、を備える水素生成装置であって、
前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから前記改質器における改質反応を開始させる起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
このような構成とすると、維持処理の異常で、燃焼器を介して可燃性ガス流路に空気が進入したとしても、着火動作開始までに通常よりも多くの原料ガスを原料ガス供給器より供給することで可燃性ガス供給器内の空気濃度が低減してから着火動作を開始することができる。したがって、維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。ここで、原料ガス供給器と弁との間のガス流路には、原料ガス供給器の下流側の原料ガス供給路と、改質器内のガス流路と、弁の上流側の可燃性ガス供給路とを含む。
第２の本発明の水素生成装置は、前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記起動処理において前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスの供給を開始させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を開始させるとよい。
第３の本発明の水素生成装置は、前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記異常を検知してから、前記起動処理における前記着火器の着火動作までに前記原料ガス供給器を制御して前記ガス流路内の残留ガスをパージするに要する量の前記原料ガスを供給するとよい。このように構成すると、改質器から燃焼器に至るまでのガス流路が確実に原料ガス雰囲気になってから着火動作を開始することができるので起動処理における燃焼器の燃焼動作異常が起きる可能性をより低減できる。
第４の本発明の水素生成装置は、前記制御器は、
前記起動動作における前記着火器の最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記着火不良により前記着火器の着火動作を停止してから前記着火器の着火動作を再開するまでに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合よりもより多くの原料ガスを供給するとよい。このように構成すると、維持処理の異常が検知されていてもその後の着火動作において着火不良が確認された場合にのみ本発明が実施されるので、維持処理の異常が検知された後の着火動作までにいつも通常よりも多くの原料ガスを供給する場合に比べて原料ガスの無駄が減少するので水素生成装置の効率が向上する。
第５の本発明の水素生成装置は、最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスを供給させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を再開させるとよい。
第６の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器により検知された圧力に異常があった場合であるとよい。
第７の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器により検知された圧力が所定の判定時間以上継続して前記第１の閾値未満の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第８の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
第２の閾値を大気圧以上前記第１の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器で検知された圧力が前記第２の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように構成すると、外気は圧力差に応じてガス流路内に進入するので、的確に維持処理の異常を検知することができる。
第９の本発明の水素生成装置は、前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
第２の閾値を大気圧以上前記第１の閾値未満の値として、
前記維持処理の異常とは、起動指令後において前記第１の圧力検知器で検知された圧力が前記第２の閾値以下の圧力であった場合であるとよい。このように、維持処理の異常の検知は、停止期間中に限らず、着火動作開始前であれば、起動指令後であっても的確に異常を検知することが可能である。
第１０の本発明の水素生成装置は、前記原料ガスの流通方向において前記原料ガス供給器よりも上流の前記原料ガス供給路内の圧力を検知する第２の圧力検知器を備え、
前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第２の圧力検知器で検知される圧力に異常があった場合であるとよい。このように構成すると、原料ガスの供給系統の異常による維持処理の異常を検知することができる。
第１１の本発明の水素生成装置は、前記維持処理の異常とは、前記停止期間において少なくとも一時的に電力供給が断たれた状態であるとよい。このように構成すると、電力供給が断たれたことで原料ガス供給器が動作しないことによる維持処理の異常を検知することができる。
第１２の本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。このように構成すると、水素生成装置の維持処理に異常があっても、起動処理における燃焼器の燃焼動作の異常により燃料電池システムの起動に支障が生じる可能性を低減することができる。
第１３の本発明の燃料電池システムは、前記可燃性ガス供給路が、前記燃料電池のアノードオフガスを前記燃焼器に供給するための経路である。このように構成すると、燃料電池のアノードガスを有効利用することができる。
第１４の本発明の水素生成装置の運転方法は、原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、
前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
前記可燃性ガス供給路に設けられた弁とを備え、
前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器によって、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第１の閾値以上に維持する維持処理を行う水素生成装置の運転方法であって、
前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記原料ガス供給器及び前記着火器によって前記ガス流路に前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する。
このような構成とすると、維持処理の異常で、燃焼器を介して可燃性ガス流路に空気が進入したとしても、着火動作開始までに通常よりも多くの原料ガスを原料ガス供給器より供給することで可燃性ガス供給器内の空気濃度が低減してから着火動作を開始することができる。したがって、維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。
本発明によれば、停止期間において可燃性ガスが内部に充満した状態で密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、起動処理において燃焼させる水素生成装置において、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持する維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。燃料電池システムは、水素生成装置１００と燃料電池５０とを有して構成されている。
ここで、燃料電池（ＦＣ）５０は、水素生成装置１００より供給される水素含有ガスをアノードガスとして用い、別途供給される空気などの酸化ガスをカソードガスとして用い、両者を反応させて発電する装置である。本実施の形態では、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いたが、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）であっても構わない。
水素生成装置１００は、水蒸気改質反応により原料ガスから水素含有ガスを生成する水素生成器３と、水素生成器３に原料ガスを供給する原料ガス供給路４と、原料ガス供給路４に設けられ、水素生成器３への原料ガスの供給量を制御する原料ガス供給器１０と、水素生成器３から送出される水素含有ガスを燃料ガスとして燃料電池５０に供給するための燃料ガス供給路６と、燃料ガス供給路６を開閉する弁１１と可燃性ガスを燃焼する燃焼器５と、燃焼器に設けられた着火器５Ａと、水素生成器３もしくは燃料電池５０より送出される可燃性のオフガスを燃焼器５に供給する本発明の可燃性ガス供給路であるオフガス供給路１４と、オフガス供給路１４を開閉する弁１２と、燃料ガス供給路６上で分岐し燃料電池５０をバイパスして燃料ガス供給路６とオフガス供給路１４とを接続するバイパス流路１５と、バイパス流路１５を開閉する弁７と、バイパス流路１５とオフガス供給路１４との合流部と燃焼器５との間のオフガス供給路１４に設けられた本発明の弁である弁１６と、水素生成器３内の圧力を検知する第１の圧力検知器８と、改質器３Ａに水を供給する水供給路３０と、水供給路３０に設けられて水素生成器３への水の供給量を制御する水供給器２と、制御器２０と、を有して構成されている。
原料ガス供給路４は、原料ガスＧの供給系統に接続されている。水供給路３０は、水Ｗの供給系統に接続されている。
なお、弁１１及び弁７は、開閉弁としているが、３方弁を用いることもできる。すなわち、燃料ガス供給路６とバイパス流路１５との接続部が３方弁である弁１１によって構成される。この場合には、弁１１が弁７として兼用されて、弁７を省略することができる。つまり、弁１１の切換操作によって、水素生成器３から送り出されるガスの送出先を燃料電池５０と燃焼器５とのいずれかに切り換えることができる。そして、本実施の形態の水素生成装置の停止処理時において、弁１１の接続先は、燃料電池５０側からバイパス流路１５側に切り換えられ、弁１２及び弁１６が閉止され、原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２及び弁１６の間の区間に水素生成器３、燃料ガス供給路６、バイパス流路１５及びオフガス供給路１４を含む密閉区間を形成することができる。すなわち、本発明の原料ガス供給器１０と弁１６との間のガス流路が密閉区間に相当する。また、燃料電池５０、燃料ガス供給路６及びオフガス供給路１４を含む空間も閉鎖された空間となる。
原料ガス供給器１０は、原料ガス供給路４の開閉が可能でありかつ流量を調整することができる、流量調整弁が好適である。例えば、原料ガス供給路４に接続される原料ガス供給系統により原料ガス供給器１０には１〜２ｋＰａ程度の圧力が加わる場合には、それを封止するのに十分な耐圧１０ｋＰａ程度の流量調整弁を使用すると好適である。原料ガス供給系統により必要な耐圧力が異なるため、原料ガス供給器１０には、耐圧力に応じた器材を用いれば良い。さらに、原料ガス供給系統の供給圧が水素生成装置１００の運転に要する供給圧に比べ低い場合には、原料ガス供給路４を流通する原料ガスの供給圧を調節可能に構成されているとなおよい。例えばプランジャポンプを有して構成されていると良い。
第1の圧力検知器８は、水素生成器３内部と外部（外気圧）との圧力を検知できる圧力計である。例えば、水素生成器３内部と外部との圧力が十数kPaである場合には、上限50kPaの圧力計を使用すると好適である。ここで、水素生成器３内部の圧力が外部の圧力よりも高い場合を正圧とする。
また、第１の圧力検知器８は、弁１６と原料ガス供給器１０との間のガス流路の圧力を検知可能に配設されていればよい。したがって、ここでは水素生成器３内に設けられているが、水素生成器３を含んで、原料ガス供給器１０及び弁１６によって仕切られる区間（密閉区間）であればどこに設置されてもよい。
水供給器２は、水供給路の開閉が可能でありかつ流量を調整することができる、流量調整弁が好適である。なお、水供給路３０に接続される水供給系統により水供給器２には数kPaから十数kPaの力が加わるため、この圧力が加わっても開閉可能な器材が好適である。また、この水供給系統により必要な耐圧力が異なるため、水供給器２には、耐圧力に応じた器材を用いれば良い。
弁１６は、電磁弁が好適であるが、燃料ガス供給路６の開閉が可能であれば如何なる構成でも構わない。なお、燃料ガス供給路６を流通するガスにより弁１６には数kPaから十数kPaの力が加わるため、この圧力が加わっても開閉可能な弁が好適である。また、水素生成装置１００の構成により必要な耐圧力が異なるため、弁１６には、耐圧力に応じた弁を用いれば良い。
水素生成器３は、燃焼器５の燃焼熱を利用可能に構成されている。また、原料ガスと水とを水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成する改質器３Ａと、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を変成反応により低減する変成器３Ｂと、変成反応後の水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応によりさらに低減するＣＯ除去器３Ｃとが連結されて構成されている。改質器３Ａが本発明の改質器に相当する。
ここでは、改質器３Ａの改質触媒として、Ruを主成分とする触媒が用いられているが、改質反応が可能であれば、改質触媒は特に限定されるものではない。例えば、PtやRhのような貴金属やNi等から構成される改質触媒であってもよい。
変成器３Ｂの変成触媒として、Ptを主成分とする触媒が用いられているが、変成触媒は特に限定されるものではない。例えば、Cu−Zn等から構成される変成触媒であってもよい。
ＣＯ除去器３Ｃの酸化触媒として、Ptを主成分とする触媒が用いられているが、酸化触媒は特に限定されるものではない。例えば、Ruなどから構成される酸化触媒であっても良い。
なお、本実施形態では、燃料電池５０がＰＥＦＣであるので、ＰＥＦＣの触媒性能の劣化防止のため、変成器３Ｂ、及びＣＯ除去器３Ｃで一酸化炭素濃度を低減させている。したがって、水素含有ガスの供給先によっては、変成器３Ｂ及びＣＯ除去器３Ｃは省略して構成してもよい。
原料ガス供給路４は、ガスホース、ステンレス配管といった管部材から構成される。原料ガスの供給圧力に対して漏れが発生しなければ如何なる構成や材質であっても構わない。なお、水素生成器３内の触媒を被毒する物質が含まれていない方が望ましいが、飛散や溶出する恐れがないならば、この限りではない。
燃料ガス供給路６、オフガス供給路１４及びバイパス流路１５は、原料ガスや水素含有ガスの供給圧力に対して漏れが発生しなければ如何なる構成や材質であっても構わない。なお、水素生成器３で生成された水素含有ガスは数十℃から二百℃近くの高温であるため、耐熱性を有した材質にすることが望ましい。例えば、ステンレス配管が好適である。
燃焼器５は、原料ガスや水素含有ガスのような可燃性ガスを燃焼させるバーナーと、着火器５Ａと、空気などの酸化ガスを供給するファンやポンプなどの送気装置と、を備える（図示せず）。具体的には、バーナーは拡散燃焼式が好適であるが、如何なる構成でも構わない。例えば、予混合式であっても構わない。
また、着火器５Ａは電気式発火装置であるイグナイタが好適であるが、原料ガスに着火出来るならば如何なる着火装置であっても構わない。
送気装置はシロッコファンが好適である。これによって、水素生成器３での触媒反応に必要な熱を供給することができる。
燃焼器５には、火炎検知器１３が配設されている。火炎検知器１３には、フレームロッド（Flame rod）方式など公知の火炎検知器を用いることができる。火炎検知器１３によって、燃焼器５の失火、火炎の変動などの着火不良の現象を検知することができる。
制御器２０は、マイコンなどのコンピュータから構成され、弁７、原料ガス供給器１０，弁１１，弁１２、弁１６、着火器５Ａを含む燃焼器５及び水供給器２を制御する制御部２０Ａと、記憶部２０Ｂと、タッチパネル、キーボードといった入力装置で構成される入力部２０Ｃと、液晶パネル、プリンタ、発光器といった出力装置で構成される出力部２０Ｄと、を有して構成されている。また、制御器２０には第１の圧力検知器８の圧力情報及び火炎検知器１３の火炎情報が取得できるように構成されている。
ここで、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して制御を実行する制御器群をも含んで意味する。よって、制御器２０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置されていて、それらが協働して水素生成装置１００の動作を制御するように構成されていてもよい。
次に、本発明の特徴である水素生成装置１００の停止処理、停止期間及び起動処理における動作を説明する。これらの動作は制御器２０によって制御されることにより遂行される。図２は、第１実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。ここで、起動処理とは、改質器３Ａに改質反応を開始させる処理を言う。
図２に示すように、水素生成器３における停止処理において、水供給器２を閉止し、水素生成器３への水の供給を停止する。そして、原料ガスを供給しても炭素析出しない温度にまで水素生成器３内の温度が低下すると、ステップ（密閉処理ステップ）Ｓ１において、原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２，弁７及び弁１６を制御して水素生成器３を含む密閉区間内に原料ガスを充満させて密閉する密閉処理を行う。具体的には、弁１１及び弁１２が閉止され、弁１６が開いている状態において、原料ガス供給器１０及び弁７を開けて、水素生成装置１００内の残留ガスを原料ガスによってパージする。すなわち、本発明のパージ処理を行う。この際、燃焼器５からは、原料ガスが外部へ排出される。したがって、燃焼器５の送気装置を駆動させて、原料ガスを可燃限界未満に希釈して排出されるようにすると、外部における原料ガスの不測の燃焼を回避できる。
そして、原料ガス供給器１０、弁１６を閉止すると、水素生成器３を含めて原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２及び弁１６によって仕切られる区間（密閉区間）は、原料ガスが充満された状態で密閉される。
原料ガスの供給系統からの原料ガスの供給圧が１〜２kPa程度であるので、密閉区間には、外気圧よりも１〜２kPa程度加圧された状態で原料ガスが密閉されている。
なお、水素生成器３にはＣＯ除去器３Ｃに酸化剤を供給するために外部と連通する流路が形成されているが、この流路も閉止されている。これで、本発明の水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムの停止処理は完了となり、それ以降、制御器２０から起動指令が出力されるまでの間を本発明においては水素生成装置及び燃料電池システムの停止期間とする。
上記起動指令は、例えば、リモコン（図示せず）等の入力装置に設けられた起動スイッチへの使用者による入力に基づき制御器２０により出力されたり、あるいは外部の電力負荷、時刻などに基づいて制御器２０により自ら自動的に出力されたりする。
ここで、停止処理完了後の水素生成器３はその周囲の外気温度に比して高温である。したがって、時間経過に従い、水素生成器３の温度は低下するので、密閉区間内のガスは体積収縮する。そこで、上記停止期間において、水素生成器３が外気温度にまで低下するまでの間は、適宜、原料ガス供給器１０を制御して、密閉区間内に原料ガスを補給し密閉区間内と外部との圧力を第１の閾値Ｍ１以上に高めて維持する維持処理を行う。
また、水素生成器３が外気温度にまで低下した後においても、外気温度の変動などの要因によって、密閉区間内のガスが体積収縮する場合がある。そこで、水素生成器３が外気温度にまで低下した後の停止期間においても、維持処理を行う。
ここで、本発明において停止期間とは、水素生成装置１００を密閉処理してから制御器２０により起動指令が出力されるまでの期間をいう。本発明の維持処理は、停止期間における維持処理をいう。
本実施形態では、上記維持処理は、第１の圧力検知器８によって検知される検知圧力（圧力情報）Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合に、原料ガス供給器１０が開放され、原料ガスが密閉区間に補給されることで実行される。そして、検知圧力（圧力情報）Ｐ１が第１の閾値Ｍ１以上となると、原料ガス供給器１０が閉止され、密閉状態となる。
ここで、第１の閾値Ｍ１は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。第１の閾値Ｍ１は、密閉区間の耐圧性能未満の圧力に設定される。また、原料ガス供給器１０がプランジャポンプのような昇圧装置を有さない場合には、原料ガス供給系統の供給圧力と外気圧との圧力差未満の圧力に設定される。したがって、水素生成装置１００の構成、原料ガス供給路４に接続される原料ガス供給系統の供給圧力、及び第１の圧力検知器８の検知精度に応じて、好適な第１の閾値Ｍ１が設定される。例えば、第１の閾値Ｍ１＝０．５ｋPaが好適である。
ここで、本発明の水素生成装置１００では、維持処理の際に異常が生じているか否かを検知する。異常を検知した場合には、異常フラグを記憶部２０Ｂに記憶する。次回の起動指令が制御器２０より指令された際に、この異常フラグがある場合には、原料ガス供給器１０及び弁１６が開放され、原料供給器１０より原料の供給が開始されても、すぐには着火器の着火動作を開始せず、異常フラグがない場合よりも原料を多く供給した後に、着火動作を開始する。
具体的には、次のようなフローで制御される。まず、ステップＳ３−１において第１の圧力検知器８の検知圧力Ｐ１を取得する。ステップＳ４−１１において、検知圧力Ｐ１と第１の閾値Ｍ１とを比較して、検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合には、制御器２０より維持処理指令が出力され（ステップＳ４−１２）、維持処理が行われる。その後、あらためて第１の圧力検知器８での検知圧力Ｐ１を取得して（ステップＳ４−１３）、そして、ステップＳ４−１４において、検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満である状態が所定の判定時間Ｔ０以上継続するか否かを判断する。時間は、制御器２０内のタイマーによって検知圧力Ｐ１の推移と共に計測される。
ここで、判定時間Ｔ０は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。判定時間Ｔ０は、水素生成器３内の圧力が外気圧以下にまで低下するに要すると判断される時間である。したがって、密閉区間の構成に応じて好適な判定時間Ｔ０が設定される。例えば、判定時間Ｔ０＝３分が好適である。
検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の状態が判定時間Ｔ０以上継続した場合には、ステップＳ４−１５において、維持処理の異常があったものとして、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグ（flag）をＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。
そして、ステップＳ６−１において、起動指令があるまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−１３、Ｓ４−１４、Ｓ４−１５を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１〜Ｓ４−１５を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ３−１〜Ｓ４−１５の反復を省略することもできる。
また、ステップＳ６−１において制御器２０より起動指令が出力されると、水素生成器３において水蒸気改質反応を開始させる起動処理を開始する。
まず、ステップ（原料ガス供給処理ステップ）Ｓ７−１において、原料ガス供給器１０及び弁１６を開放し、原料ガスの供給を開始する。そして、制御器２０内のタイマーが原料ガス供給開始後からの経過時間（以下、経過時間と略称する）ＴをＴ＝０からカウントを開始する。
なお、原料ガス供給器１０及び弁１６の開放に際しては、原料ガス供給器１０を先に開にする方が良い。弁１６を先に開けた場合、外気が燃焼器５から密閉区間に流入する可能性があるからである。弁１６を先に開放した場合には、原料ガス供給系統が密閉区間に接続される。したがって、弁１６の開放時には、弁１６からの外気の密閉区間への流入を防止することができる。
ステップＳ８では、異常フラグの有無を確認し、異常フラグがない場合には、ステップ（燃焼処理ステップ）Ｓ１１において、経過時間ＴをＴ＝０にリセットしてカウントを停止すると共に、着火器５Ａにおける着火動作を開始し、燃焼を開始する。これによって、水素生成器３に熱が供給され、水素生成器３は暖機工程に移行する。すなわち、原料ガス供給処理ステップＳ７−１と燃焼処理ステップＳ１１とは略同時に行われる。したがって、停止状態において密閉区間に充満していた原料ガスを燃焼器５において燃焼させて、その燃焼熱によって水素生成器３に熱を供給することができるので、原料ガスの利用効率を高めることができ、かつ水素生成装置１００を速やかに起動させることができる。
なお、火炎検知器１３は、ステップＳ１１における着火状況を検知する。着火不良が検知された場合には、起動処理を中止して、制御器２０は、出力部２０Ｄに着火不良を表示する。
あるいは、ステップＳ１１において、離隔地へ着火不良を通報するように構成することもできる。例えば、制御部２０Ａが発信機能を有して構成される。具体的には、制御部２０Ａが電話回線に接続されていて、入力部２０Ｃから予め通報先の電話番号が入力されている。そして、火炎検知器１３が着火不良を検知すると、制御部２０Ａが自動的に電話番号をダイヤルして、通報先に着火不良を通報することができる。通報先には、メンテナンス担当会社などを設定すると良い。
他方、ステップＳ８において異常フラグがあった場合には、ステップ（遅延ステップ）Ｓ９−１において、経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１経過まで、燃焼処理ステップＳ１１を遅らせる。これによって、燃焼処理ステップＳ１１の開始時期を異常フラグがない場合の開始時期よりも遅らせることができる。その遅延時間Ｔ１の間に原料ガス供給器１０から水素生成器３に原料ガスが供給され、オフガス供給路１４に進入したと想定される空気が燃焼器５より排出され、オフガス供給路１４内の空気濃度が低減される。このため、遅延時間Ｔ１後に着火器５Ａの着火動作を開始すると着火不良が起きる可能性が低減される。
この際、ステップＳ１と同様に、燃焼器５の送気装置を利用して原料ガスを可燃限界未満に希釈して外部に排出するようにするとよい。これによって、外部における原料ガスの不測の燃焼を回避できる。
ここで、遅延時間Ｔ１は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。遅延時間Ｔ１は、密閉区間に進入した空気が燃焼器５より外部に排出されて、オフガス供給路１４内が可燃性ガス雰囲気となる程度の時間であればよい。あるいは、原料ガスの供給量が密閉区間内の残留ガスをパージするに要する量に到達するまでの時間に設定されていることがより好ましい。具体的には、原料ガス供給路４からの原料ガスの流量と水素生成装置１００内のガス流路の容積とに基づいて算出することが出来る。また、遅延時間Ｔ１を、水素生成器３の内容積の２倍の量の原料ガスを供給するに要する時間とするのがさらに好適である。遅延時間Ｔ１は、制御器２０の記憶部２０Ｂに予め記憶されている。
原料ガス供給開始後の経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１以上に達すると、ステップＳ１０において異常フラッグをリセットして、ステップＳ１１に進む。
以上のようにして、維持処理に異常があっても、燃焼器５において原料ガスが可燃状態となってから、燃焼が開始される。したがって、本発明の水素生成装置１００は、停止期間中に維持処理の異常があっても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起こる可能性を低減することができる。
次に、起動処理後の、水素生成装置１００の改質動作及び停止動作を説明する。
燃焼器５の燃焼熱によって、水素生成器３を加熱する。
また、水供給器２を開放して水供給路３０から水を水素生成器３に供給する。
水素生成器３内の改質器３Ａでは、水が水蒸気となり、水蒸気が原料ガスと混合され、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成される。なお、改質器３Ａは、改質触媒の活性温度に基づいて所定の温度に加熱される。本実施形態では、約６５０℃に加熱される。
水素含有ガスは、変成器３Ｂに供給され、変成反応により水素含有ガスの一酸化炭素濃度が低減される。なお、変成器３Ｂは、変成触媒の活性温度に基づいて所定の温度に加熱される。本実施形態では、約２００℃に加熱される。
変成器３Ｂから排出された水素含有ガスは、ＣＯ除去器３Ｃに供給され、一酸化炭素酸化反応により水素含有ガスの一酸化炭素濃度がさらに低減される。なお、ＣＯ除去器３Ｃは、酸化触媒の活性温度に基づいて所定の温度に加熱される。本実施形態では、約１００〜２００℃の範囲内の温度に加熱される。
水素生成装置１００の上記各反応部の温度が上記温度域にまで加熱され、ＣＯ除去器３Ｃより送出される水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が十分低減されると、水素含有ガスを燃料電池５０に供給する。具体的には、弁１１及び弁１２を開き、弁７を閉じる。これによって、水素含有ガスは、燃料ガスとして燃料電池５０のアノードに供給される。そして、燃料電池５０のカソードには、空気等の酸化剤ガスが別途供給され、燃料電池５０は、電池化学反応により発電を行う。
燃料電池５０から排出されるアノードオフガスはオフガス流路１４を通って燃焼器５に供給される。燃焼器５では、アノードオフガスが燃焼される。
水素生成装置１００の停止動作では、原料ガス供給器１０及び水供給器２の閉弁によって水素生成器３への原料ガス及び水の供給を停止する。それと共に、燃料電池５０の発電を停止し、弁１１及び弁１２を閉止し、燃料電池５０のアノード流路を燃料ガスで封止する。
そして、燃焼器５の送気装置を用いて水素生成器３を除熱する。水素生成器３が所定の温度以下になった時点で、あるいは所定の温度以下になったと判断される除熱時間経過後に、原料ガス供給器１０及び弁７を開放して原料ガス供給路４から原料ガスを供給して水素生成器３内の残留ガスをパージする。この際、燃焼器５の送気装置を継続的に稼働し続けて、残留ガスが可燃限界未満に希釈して外部に排出されるようにすると良い。
そして、水素生成器３内の残留ガスがパージされると、弁１６を閉弁する。これによって、水素生成器３内には原料ガスが充満された状態で、原料供給器１０から弁１６までの少なくとも水素生成器３を含むガス流路が閉止され、停止処理が完了する。
これにより、水素生成装置１００は停止状態に移行し、水素生成器３内のガス流路を正圧に維持するためステップＳ３−１の圧力検知ステップが開始される。
なお、本実施形態では、ステップＳ６−１以降の起動処理において、異常フラグがある場合に、ステップＳ９−１において原料ガスを異常フラグがない場合よりも多く供給している。しかし、ステップＳ４−１５の異常フラグＯＮに基づいて、起動処理以前、すなわち停止期間中に通常の維持処理とは異なる原料ガス供給処理を実施して、異常フラグがない場合よりも着火器５Ａの着火動作までの原料ガスの供給量が多くなるようにしてもよい。
例えば、ステップＳ４−１５の異常フラグＯＮを制御器２０が検知して、制御器２０が通信装置（図示せず）を制御して、離隔地へ異常フラグＯＮを通報するように構成することもできる。具体的には、ステップＳ１１において述べた通りである。そして、通報に応じて水素生成装置１００をメンテナンスしたメンテナンス担当者が、当該メンテナンス作業後に、原料ガス供給器１０を操作して水素生成器３内の残留ガスをパージする程度の量の原料ガスを水素生成器３に供給した後、水素生成装置１００を停止状態（停止機関）に復帰させてもよい。
また、本実施形態では、ステップＳ９−１をタイマーとしている。つまり、異常フラグがある場合において、燃焼処理ステップＳ１１の時期を遅らせることによって、原料ガスを異常フラグがない場合よりも多く供給している。しかし、ステップＳ９−１において、原料ガス供給器１０を制御して異常フラグがない場合の起動処理時よりも原料ガスの流量を増加させるようにすることもできる。例えば、原料ガス供給器１０が流量調整弁である場合には、弁開度を大きくすることによって実施することができる。これによって、ステップＳ９−１における遅延時間Ｔ１を短縮することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、第１の閾値Ｍ１未満の値である第２の閾値Ｍ２に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図３は、第２実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図３に示すように、本実施形態は、図２の維持処理の異常検知ステップＳ４−１３、Ｓ４−１４、Ｓ４−１５がステップＳ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２5に変更された実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、図３において図２と同様のステップには図２と同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、ステップＳ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５以外は図２と同じである。
図３に示すように、密閉処理ステップＳ１で停止処理が完了後、停止状態に移行し、ステップＳ３−１において取得された検知圧力Ｐ１が、ステップＳ４−１１において、検知圧力Ｐ１と第１の閾値Ｍ１とを比較する。検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合には、制御器２０より維持処理指令が出力され（ステップＳ４−１２）、維持処理が行われる。その後、あらためて第１の圧力検知器８での検知圧力Ｐ１を取得して（ステップＳ４−２３）、検知圧力Ｐ１と第２の閾値Ｍ２とを比較して（ステップＳ４−２４）、検知圧力Ｐ１が第２の閾値Ｍ２以下の場合には、ステップＳ４−２５において、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。
そして、ステップＳ６−１において、起動指令を検知するまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理の異常検知ステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５の反復を省略することもできる。
ここで、第２の閾値Ｍ２は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。第２の閾値Ｍ２は、第１の圧力検知器８の精度などの要因を考慮して、維持処理ステップＳ４−１２における原料ガスの供給が履行されていないと判断される圧力に設定される。したがって、第２の閾値Ｍ２は、正圧であってかつ第１の閾値Ｍ１未満の値に設定される。具体的には、水素生成装置１００の構成及び第１の閾値Ｍ１に応じて、好適な第２の閾値Ｍ２が設定される。例えば、第１の閾値Ｍ１＝０．５ｋPaの場合、第２の閾値Ｍ２＝０．３ｋPaが好適である。
このように構成すると、例えば、原料ガス供給器１０が故障して多量の原料ガスのリークが生じるような異常の場合に、判定時間Ｔ０の経過を要さずにより迅速に維持処理の異常を検知することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、水素生成装置１００の通電状態に基づいて維持処理の異常を検知する実施形態である。図４は、第３実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図４に示すように、本実施形態は、図２の維持処理の異常検知ステップＳ４−１３、Ｓ４−１４、Ｓ４−１５がステップＳ４−３３、Ｓ４−３４に変更された実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、図４において図２と同様のステップには図２と同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、ステップＳ４−３３、Ｓ４−３４以外は図２と同じである。
図４に示すように、密閉処理ステップＳ１後には、維持処理ステップＳ３−１、Ｓ４−１１，Ｓ４−１２が行われる。また、密閉処理ステップＳ１後には、維持処理ステップに並行して、ステップＳ４−３３において、水素生成装置１００の通電状態を検知する。少なくとも一時的に電力供給が絶たれた状態が検知された場合には、ステップＳ４−３４において、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。このように、電力供給が断たれた状態を、維持処理の異常として検知することで、電力供給が絶たれて原料ガス供給器１０が動作しないことで維持処理の異常が実際に起こったとしても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減することができる。
そして、ステップＳ６−１において、起動指令を検知するまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−３３、Ｓ４−３４を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理の異常検知ステップＳ４−３３〜Ｓ４−３４を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ４−３３〜Ｓ４−３４の反復を省略することもできる。
通電状態の検知は例えば以下のように行われる。すなわち、系統電源からの電圧を検知する電圧検知器（図示せず）を備え、電圧検知器が停電と推定される電圧値を検知し、それが所定時間以上継続し、制御器２０が瞬間的な停電でないと判定された場合、記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常を記憶する。このように、電力系統の電圧変動や瞬間的な停電のように維持処理に影響を及ぼさない程度の停電情報は通電状態と判断するように構成される。これによって、不必要な燃焼処理の遅延を回避することができる。
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
図５に示すように、本実施形態は、図３の維持処理の異常検知ステップＳ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５を、ステップＳ６−１の起動指令後に、ステップＳ６−２、Ｓ６−３、Ｓ６−４として実施する形態である。また、原料ガス供給開始からの経過時間Ｔの代わりに、原料ガス供給開始からの原料ガスの積算流量ＶをＶ＝０からカウントを開始する実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、図５において図３と同様のステップには図３と同一の符号を付して説明を省略する。
図５に示すように、密閉処理（ステップＳ１）完了後、停止状態に移行し、ステップＳ３−１において取得された検知圧力Ｐ１が、ステップＳ４−１１において、検知圧力Ｐ１と第１の閾値Ｍ１とを比較して、検知圧力Ｐ１が第１の閾値Ｍ１未満の場合には、制御器２０より維持処理指令が出力され（ステップＳ４−１２）、維持処理が行われる。水素生成器３の温度低下に伴う水素生成器３を含むガス流路内の負圧防止のための維持処理ステップＳ３−１，Ｓ４−１１、Ｓ４−１２がなされた後、起動指令（ステップＳ６−１）を検知すると、維持処理の異常検知ステップＳ６−２〜Ｓ６−４によって維持処理の異常を検知する。つまり、ステップＳ６−１において起動指令を検知するまで維持処理ステップＳ３−１、Ｓ４−１１，Ｓ４−１２を繰り返すが、この間において維持処理の異常検知ステップＳ６−２〜Ｓ６−４は行われない。これによって、維持処理の異常検知ステップＳ６−２〜Ｓ６−４の反復は省略されるので、水素生成装置１００の制御フローを簡便にすることができる。
そして、ステップ（原料ガス供給処理ステップ）Ｓ７−２において、ステップＳ７−１と同様にして、原料ガスの供給を開始する。そして、原料ガス供給開始後の積算流量Ｖのカウントを開始する。
ここで、積算流量Ｖは、原料ガス供給器１０前後の原料ガス圧力及び原料ガス供給路４の断面積に基づいて公知の流体力学に基づいて算出することができる。例えば、原料ガス供給路４に配設された差圧流量計（図示せず）で検知された流量の積算によって算出される。
そして、ステップＳ８において異常フラグがあった場合には、ステップ（遅延ステップ）Ｓ９−２において、積算流量Ｖが所定の送気量Ｖ１に達するまで、燃焼処理ステップＳ１１を遅延させる。この際、ステップＳ１と同様に、燃焼器５の送気装置を利用して原料ガスを可燃限界未満に希釈して外部に排出されるようにするとよい。
ここで、送気量Ｖ１は、密閉区間に進入した空気が燃焼器５より外部に排出されて、燃焼器５に到達するガスが可燃状態となる程度の時間であればよい。あるいは、原料ガスの供給量が密閉区間内の残留ガスをパージするに要する量に到達するまでの時間に設定されていることがより好ましい。具体的には、水素生成装置１００内のガス流路の容積とすることが出来る。また、送気量Ｖ１を、水素生成器３の内容積の２倍の量とするのがさらに好適である。送気量Ｖ１は、予め入力部２０Ｃから入力されて記憶部２０Ｂに記憶されている。
原料ガス供給開始後の積算流量Ｖが所定の送気量Ｖ１に達すると、ステップＳ１０において異常フラッグをリセットして、燃焼処理ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、積算流量Ｖ＝０にリセットしてカウントを停止する。本実施形態では、原料ガス供給処理ステップＳ７−２開始後の送気量を直接的に検知するので、燃焼器５において原料ガスが確実に可燃状態となってから、燃焼を開始される可能性が高いので、本発明の水素生成装置１００は起動処理のおける燃焼器の燃焼動作に異常が起こる可能性がより低減され、燃焼動作が確実に履行することができることが見込まれる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態は、第２実施形態の燃料電池システムにおいて、維持処理の異常を区別して、より的確に水素生成装置１００を運転する実施形態である。したがって、燃料電池システム及び水素生成装置１００のハードウェアの構成は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図６は、第５実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図６において図３と同様のステップには図３と同一の符号を付して説明を省略する。なお、図６のステップＳ５−１〜Ｓ５−２は、「異常フラグ」に代えて「電源断フラグ」を用いる部分以外は第３実施形態（図４）のステップＳ４−２１〜Ｓ４−２２と同じである。
図６に示すように、密閉処理ステップＳ１で停止処理が完了後、停止状態に移行し、第２実施形態と同様にステップＳ３−１〜Ｓ４−２５を行う。また、並行して、密閉処理ステップＳ１後には、水素生成装置１００の通電状態を検知する（通電検知ステップＳ５−１、Ｓ５−２）。そして、停電情報に基づいて、ステップＳ５−２において、制御器２０の記憶部２０Ｂに電源断フラグをＯＮにする。
そして、ステップＳ６−１において起動指令を検知するまで、維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１〜Ｓ４−２５、ならびに通電検知ステップＳ５−１、Ｓ５−２を繰り返す。ただし、異常フラッグがＯＮとなっていれば、維持処理の異常検知ステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５を繰り返す必要はないので、これらのステップＳ４−２３〜Ｓ４−２５の反復を省略することもできる。
そして、制御器２０が起動指令を受ける（ステップＳ６−１）。そして、原料ガス供給器１０より原料ガスの供給を開始後（ステップＳ７−１）、ステップＳ８において、制御器２０により異常フラグありと検知された場合には、第２実施形態と同様に、遅延ステップＳ９−１を行ってから、燃焼処理ステップＳ１１を行う。
他方、ステップＳ８において、制御器２０により異常フラグがないと検知された場合には、ステップ（燃焼処理ステップ）Ｓ１０１において、経過時間ＴをＴ＝０にリセットしてカウントを停止すると共に、燃焼器５における燃焼を開始する。
その際、ステップＳ１０２において、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知されない場合には、第１実施形態において説明したように、暖機工程に移行する。しかし、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知された場合には、ステップＳ１０３において原料ガスの供給を停止する。
そして、ステップＳ１０４において、電源断フラグの有無を確認する。電源断フラグがない場合には、異常停止となる。すなわち、起動失敗となる。
ここで、制御器２０は、出力部２０Ｄに着火不良を表示する。あるいは、第１実施形態のステップＳ１１において述べたように、離隔地へ着火不良を通報するように構成することもできる。
他方、電源断フラグがある場合には、ステップ（原料ガス処理ステップ）Ｓ１０５において、経過時間ＴをＴ＝０からカウント再開し、原料ガスの供給を再開する。そして、ステップ（遅延ステップ）Ｓ１０６において、経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１経過まで、燃焼処理ステップＳ１０８を遅らせる。この際、ステップＳ１と同様に、燃焼器５の送気装置を利用して燃焼器５から排出されるガスが確実に可燃限界未満に希釈して外部に排出されるようにするとよい。
このようにして、原料ガス供給再開後の燃焼器５の燃焼の再開時期を異常フラッグがない場合の開始時期より遅らせ、その遅延時間Ｔ１の間に原料ガス供給器１０から水素生成器３に原料ガスが供給され、オフガス供給路１４に進入したと想定される空気が燃焼器５より排出され、オフガス供給路１４内の空気濃度が低減される。このため、遅延時間Ｔ１後に着火器５Ａの着火動作を開始すると着火不良が起きる可能性が低減される。なお、経過時間Ｔが遅延時間Ｔ１経過後にステップＳ１０７において、電源断フラグはリセットされる。
なお、ステップＳ１０８において、着火不良が検知された場合には、第１実施形態で説明したステップＳ１１と同様に、起動処理を中止して、出力部２０Ｄに着火不良を表示する。あるいは、離隔地へ着火不良を通報するように構成することもできる。
以上のようにして、本発明の水素生成装置１００では、第２の閾値Ｍ２に基づいて維持処理の異常を検知しなかった場合であっても、通常通り燃焼が開始できなかった場合は、電源断の有無によって、再度の原料ガス供給処理を行い、水素生成装置１００の起動処理を成功させることができる。すなわち、本発明の水素生成装置１００は、停電時に維持処理に異常が生じた場合にのみ、燃焼器５より進入した空気を大気に放出する操作が実行される。このため、停電の度にオフガス供給路１４に進入した空気を外部に放出するための原料ガス供給処理を行う必要がないので確実に起動性の向上とエネルギー効率の低下が抑制される。
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。図７に示すように、第６実施形態の水素生成装置１０１は、第２の圧力検知器１８が、原料ガス供給器１０より上流側の原料ガス供給路４に配設されている実施形態である。その他の燃料電池システムの構成、水素生成装置１０１の構成は第１〜４実施形態の燃料電池システム及び水素生成装置１００と同様であるので、それらと同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図８は、第６実施形態の水素生成装置の停止処理、停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図８において図３と同様のステップには図３と同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、本実施形態は、図３の維持処理ステップ及びその異常検知ステップＳ３−１、Ｓ４−１１、Ｓ４−１２、Ｓ４−２３、Ｓ４−２４、Ｓ４−２５がステップＳ３−６１、Ｓ４−６１、Ｓ４−６２に変更された実施形態である。
本実施形態では、第２の圧力検知器１８が原料ガス供給系統の供給圧を検知するので、原料ガス供給系統が第３の閾値Ｍ３未満の供給圧となった場合、維持処理が履行できない可能性が生ずる。そこで、本実施形態では、第３の閾値Ｍ３に基づいて維持処理の異常を検知する。
図８に示すように、密閉処理ステップＳ１で停止処理が完了後、停止状態に移行し、ステップＳ３−６１において、第２の圧力検知器１８の検知圧力Ｐ２を取得する。ステップＳ４−６１において、検知圧力Ｐ２と第３の閾値Ｍ３とを比較して、検知圧力Ｐ２が第３の閾値Ｍ３以下の場合には、ステップＳ４−６２において、制御器２０の記憶部２０Ｂに異常フラグをＯＮにして、維持処理の異常として記憶する。これによって、原料ガス供給系統の供給圧力の異常に基づいて、維持処理の異常を検知することができる。
ここで、維持処理は、図示していない水素生成器３内の圧力検知器及び温度検知器の少なくともいずれかを利用して行われる。あるいは、水素生成器３内の圧力及び温度を要さずに維持処理ステップＳ３−６１、Ｓ４−６１、Ｓ４−６２を行うこともできる。つまり、密閉処理状態において、所定の時間間隔毎に定期的に原料ガス供給器１０を所定の時間開通させることによって、密閉区間を維持することができる。すなわち、制御器２０は第３の閾値Ｍ３を要さずに、原料ガス供給器１０を制御して密閉区間内の圧力を維持することができる。
（第７実施形態）
図９は、第７実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。図９において図６と同様のステップには図６と同一の符号を付して説明を省略する。
まず、ステップＳ６−１の起動指令までは、図６と同じである。ただし、図９のステップＳ５−２は、図６の「電源断フラグ」に代えて「異常フラグ」を用いている。つまり、第３実施形態（図４）のステップＳ４−３４と同じである。
そして、制御器２０が起動指令を出力して（ステップＳ６−１）、原料ガス供給器１０より原料の供給を開始後（ステップＳ７−１）、ステップＳ７−１０（燃焼処理ステップ）Ｓ１０１において、燃焼器５における燃焼を開始する。つまり、起動処理における最初の着火動作においては、水素生成器３への原料ガスの供給を維持処理の異常がない場合と同等の流量で開始するとともに着火器５Ａの着火動作を開始する時期を、維持処理の異常がない場合と同等の時期としている。
そして、ステップＳ７−１１において、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知されない場合には、第１実施形態において説明したように、暖機工程に移行する。しかし、火炎検知器１３によって原料ガスの着火不良が検知された場合には、ステップＳ７−１２において着火器５Ａの動作を停止するとともに原料ガス供給器１０からの原料ガスの供給を停止する。すなわち、最初の着火動作に失敗したこととなる。
そして、ステップＳ８において、異常フラグの有無を確認する。異常フラグがない場合には、異常停止となる。すなわち、起動失敗となる。
他方、異常フラグがある場合には、ステップ（原料ガス処理ステップ）Ｓ８−２において、経過時間ＴをＴ＝０からカウント再開し、原料ガスの供給を再開する。そして、ステップ（遅延ステップ）Ｓ９−１において、経過時間Ｔが所定の遅延時間Ｔ１経過まで、燃焼処理ステップＳ１１を遅らせる。この際、遅延時間Ｔ１を原料ガスの供給量が密閉区間内の残留ガスをパージするに要する量に到達するまでの時間に設定されていることがより好ましい。具体的には第１実施形態において説明したようにして設定することができる。
このようにして、最初の着火動作に失敗した場合に、原料ガス供給器１０を制御して水素生成器３への原料ガスの供給を再開し、再開後の着火器５Ａの着火動作を再開する時期を、維持処理の異常がない場合よりも遅らせる。このように構成すると、着火不良が確認された場合にのみ本発明を実施することができ、維持処理の異常が検知された後の着火動作までに、いつも通常よりも多くの原料ガスを供給する場合に比べて原料ガスの無駄が減少するので水素生成装置の効率が向上する。
なお、本実施形態では、ステップＳ５−２及びステップＳ４−２５の双方において、異常フラグによって異常を検知している。しかし、どちらか一方のステップを省略して、どちらか一方のみの異常フラグによって異常を検知するように構成することもできる。
（第８実施形態）
上記のこれら実施形態においては、ステップ（密閉処理ステップ）Ｓ１において、水素生成器３を含む密閉区間内に原料ガスを充満させた後に、密閉区間を密閉している。しかし、密閉区間に原料ガスを充満させずに、密閉処理を実行しても本発明を実施することができる。つまり、本実施形態は、水素生成装置内部に燃料ガスが充満している状態で密閉処理することで停止処理を完了し、かつ、その後の停止期間において水素生成装置の温度低下に伴う体積収縮が起こると、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持するように構成されている。
以下、本実施の形態の水素生成装置における停止処理、及び停止期間中の維持処理についてのみ説明し、その他の動作の説明を省略する。なお、本実施形態の水素生成装置は、停止期間及び起動処理における動作に関して上記の実施形態のいずれかの実施形態で構成されている。
まず、制御器２０より停止指令が出力されると、原料供給器１０及び水供給器２を閉止し、水素生成器３への原料及び水の供給を停止する。
そして、原料ガスを供給しても炭素析出しない温度にまで水素生成器３内の温度が低下すると、ステップＳ１において、弁１１、弁１２及び弁１６を閉止して水素生成器３を含む密閉区間を密閉する。これによって、水素生成器３を含めて原料ガス供給器１０、弁１１、弁１２及び弁１６によって仕切られる区間（密閉区間）は、燃料ガスが充満された状態で密閉され、停止処理を完了する。
停止処理後の停止期間中の水素生成器３は、その周囲の外気温度に比して高温である。したがって、時間経過に従い、水素生成器３の温度は低下するので、密閉区間内のガスは体積収縮する。そこで、停止処理後、水素生成器３が外気温度にまで低下するまでの停止期間は、適宜、原料ガス供給器１０を制御して、密閉区間内に原料ガスを補給し密閉区間内と外部との圧力を第１の閾値Ｍ１以上に高めて維持する維持処理を行う。
また、水素生成器３が外気温度にまで低下した後においても、外気温度の変動などの要因によって、密閉区間内のガスが体積収縮する場合がある。そこで、水素生成器３が外気温度にまで低下した後の停止期間も、維持処理を行う。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。
なお、以上の第１実施形態〜第８実施形態において、本発明の停止期間を、水素生成装置を密閉処理してから制御器２０により起動指令が出力されるまでの期間とし、本発明の維持処理は、停止期間における維持処理とした。しかしながら、本発明における停止期間を、水素生成器３が密閉され、かつ、水素生成器３が外気温度にまで低下してから、制御器２０より起動指令が出力されるまでの期間としても良い。この場合、水素生成器３の密閉処理以後から水素生成器３が外気温度にまで低下するまでの期間の原料ガスの補給処理は、本発明の維持処理から除かれる。
また、上記のこれら実施形態においては、バイパス流路１５と燃焼器５との間の区間のオフガス供給路１４に設置された弁１６が本発明の弁に相当する。しかし、本発明の可燃性ガス供給路及び弁は、上記実施形態のオフガス供給路１４及び弁１６に限定されるものではない。
本発明の可燃性ガス供給路は、水素生成器３から送出されて燃焼器５に至るガス流路は全てを含む。上記のこれら実施形態における、燃料ガス供給路６、バイパス流路１５も本発明の可燃性ガス供給路に含まれる。そして、これらの流路に設けられた弁のうち密閉処理において燃焼器５に対して最も上流側の位置で閉止されている弁が本発明の弁に相当する。つまり、上記のこれら実施形態における、燃料ガス供給路６、バイパス流路１５に配設された弁も密閉処理において燃焼器５に対して最も上流側の位置で閉止されていれば本発明の弁に相当する。
本発明は、停止期間において可燃性ガスが内部に充満した状態で密閉され、かつ、密閉されていた可燃性ガスを、起動処理において燃焼させる水素生成装置において、必要に応じて原料ガスを補給して密閉状態を維持する維持処理に異常が生じても、起動処理における燃焼器の燃焼動作に異常が起きる可能性を低減できる、水素生成装置、その水素生成装置の運転方法、及びその水素生成装置を用いた燃料電池システムとして有用である。
図１は、本発明の第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、図１の燃料電池システムの停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第２実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図４は、本発明の第３実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第４実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第５実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図７は、本発明の第６実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。 図８は、図７の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。 図９は、第７実施形態の水素生成装置の停止期間及び起動処理における動作例を示すフローチャートである。
符号の説明
２ 水供給器
３ 水素生成器
３Ａ 改質器
３Ｂ 変成器
３Ｃ ＣＯ除去器
４ 原料ガス供給路
５ 燃焼器
５Ａ 着火器
６ 燃料ガス供給路
７ 弁
８ 第１の圧力検知器
１０ 原料ガス供給器
１１ 弁
１２ 弁
１３ 火炎検知器
１４ オフガス供給路
１５ バイパス流路
１６ 弁
１８ 第２の圧力検知器
２０ 制御器
２０Ａ 制御部
２０Ｂ 記憶部
２０Ｃ 入力部
２０Ｄ 記憶部
３０ 水供給路
５０ 燃料電池（ＦＣ）
１００、１０１ 水素生成装置
Ｍ１ 第１の閾値
Ｍ２ 第２の閾値
Ｓ ステップ
Ｔ 時間
Ｔ０ 判定時間
Ｔ１ 遅延時間
Ｖ 積算流量
Ｖ１ 送気量
Ｐ１、Ｐ２ 検知圧力

Claims (14)

  1. 原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
    前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
    前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
    前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
    前記燃焼器に設けられた着火器と、
    前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
    前記可燃性ガス供給路に設けられた弁と、
    停止期間中に、前記原料ガス供給器を制御して、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に前記原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第１の閾値以上に維持する維持処理を行う、制御器と、を備える水素生成装置であって、
    前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する、水素生成装置。
  2. 前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記起動処理において前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスを供給させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を開始させる、請求項１記載の水素生成装置。
  3. 前記制御器は、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記異常を検知してから、前記起動処理における前記着火器の着火動作までに前記原料ガス供給器を制御して前記ガス流路内の残留ガスをパージするに要する量の前記原料ガスを供給する、請求項１記載の水素生成装置。
  4. 前記制御器は、前記起動処理における前記着火器の最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記着火不良により前記着火器の着火動作を停止してから前記着火器の着火動作を再開するまでに、前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する請求項１記載の水素生成装置。
  5. 前記制御器は、最初の着火動作が着火不良であるとともに、前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器から前記改質器へ前記原料ガスを供給させるとともに、前記維持処理の異常がない場合よりも遅れて前記着火器の着火動作を再開させる、請求項４に記載の水素生成装置。
  6. 前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
    前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器により検知された圧力に異常があった場合である、請求項１に記載の水素生成装置。
  7. 前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
    前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器により検知された圧力が所定の判定時間以上継続して前記第１の閾値未満の圧力であった場合である、請求項１に記載の水素生成装置。
  8. 前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
    第２の閾値を大気圧以上前記第１の閾値未満の値として、
    前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第１の圧力検知器で検知された圧力が前記第２の閾値以下の圧力であった場合である、請求項１に記載の水素生成装置。
  9. 前記ガス流路内の圧力を検知する第１の圧力検知器を備え、
    第２の閾値を大気圧以上前記第１の閾値未満の値として、
    前記維持処理の異常とは、起動指令後において前記第１の圧力検知器で検知された圧力が前記第２の閾値以下の圧力であった場合である、請求項１に記載の水素生成装置。
  10. 前記原料ガスの流通方向において前記原料ガス供給器よりも上流の前記原料ガス供給路内の圧力を検知する第２の圧力検知器を備え、
    前記維持処理の異常とは、前記停止期間において前記第２の圧力検知器で検知される圧力に異常があった場合である、請求項１に記載の水素生成装置。
  11. 前記維持処理の異常とは、前記停止期間において少なくとも一時的に電力供給が断たれた状態である、請求項１に記載の水素生成装置。
  12. 請求項１に記載の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える、燃料電池システム。
  13. 前記可燃性ガス供給路が、前記燃料電池のアノードオフガスを前記燃焼器に供給するための経路である、請求項１に記載の燃料電池システム。
  14. 原料ガスから改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
    前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給路と、
    前記原料ガス供給路上に設けられ、前記原料ガスの前記改質器への供給を制御する原料ガス供給器と、
    前記改質器から送出されるガスを用いて燃焼する燃焼器と、
    前記燃焼器に設けられた着火器と、
    前記改質器から送出されるガスが前記燃焼器に供給されるための可燃性ガス供給路と、
    前記可燃性ガス供給路に設けられた弁とを備え、
    前記改質器における改質反応が停止している停止期間中に、前記原料ガス供給器によって、前記原料ガス供給器と前記弁との間のガス流路に原料ガスを補給して、前記ガス流路内の圧力を大気圧以上の第１の閾値以上に維持する維持処理を行う水素生成装置の運転方法であって、
    前記維持処理の異常を検知した場合には、前記原料ガス供給器及び前記着火器を制御して、前記異常を検知してから起動処理における前記着火器の着火動作までに、前記原料ガス供給器及び前記着火器によって前記ガス流路に前記維持処理の異常を検知しなかった場合より多くの前記原料ガスを供給する、水素生成装置の運転方法。
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