(57)【要約】【課題】改質装置および燃料電池システムにおいて、起動運転中におけるバーナの燃焼を安定させてエミッションを低く抑制し、また吹き消えを抑制する。【解決手段】改質装置は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水が供給されて該改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、起動運転中において少なくとも改質ガスが改質部から供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで改質部を加熱する燃焼部と、を備えている。改質装置の制御装置は、起動運転中であってバーナの燃焼中において、蒸発部での水蒸気の発生を検知した場合には（ステップ１０６）、バーナの燃焼を停止する（ステップ１１０）。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、
前記改質水が供給されて該改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、
起動運転中において少なくとも前記改質ガスが前記改質部から供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで前記改質部を加熱する燃焼部と、を備え、
前記起動運転中であって前記バーナの燃焼中において、前記蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、前記バーナの燃焼が停止されることを特徴とした改質装置。
【請求項２】
請求項１において、前記水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、前記バーナの再着火が行われることを特徴とした改質装置。
【請求項３】
改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、
前記改質水が供給されて該改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、
起動運転中において少なくとも前記改質ガスが供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで前記改質部を加熱する燃焼部と、を備え、
前記起動運転中であって前記バーナの燃焼停止中において、前記蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、前記水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまでは前記バーナの着火が禁止され、前記水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、前記バーナの着火が行われることを特徴とした改質装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、前記燃焼部は前記燃焼ガスが前記改質部と熱交換した後に前記蒸発部と熱交換を行うものであり、
前記水蒸気の発生検知時点から前記バーナが着火されるまでは、前記バーナへ前記燃焼用酸化剤ガスのみが供給されることを特徴とした改質装置。
【請求項５】
燃料ガスが燃料極に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極に供給されて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の改質装置で生成された前記改質ガスを前記燃料ガスとして使用することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
改質装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、改質装置は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水が供給されて該改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、起動運転中において少なくとも改質ガスが改質部から供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで改質部を加熱する燃焼部と、を備えている。この改質装置においては、起動運転が開始されると、バーナが着火され、バーナからの燃焼ガスにより改質部、蒸発部が加熱される。バーナ着火後所定時間経過後に蒸発部に改質水の供給が開始される。蒸発部で水蒸気の生成が検知されると、改質部に改質用燃料が供給され、改質ガスが生成され、その改質ガスがバーナに供給されて燃焼される。改質装置の暖機が完了すると起動運転が終了され、改質ガスが燃料電池に供給されて発電運転が開始される。
【特許文献１】特開２００８−９１０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に記載の改質装置の起動運転中においては、蒸発部で水蒸気が発生すると、その水蒸気は改質部を通ってバーナに供給される。このとき、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されてバーナに流入する。存在する気体が可燃ガスであれば、可燃ガスが燃焼中のバーナに流入することになるため燃焼λが低下し、燃焼が不安定となりエミッション（ＮＯＸ濃度、CO濃度）が増大したり、吹き消えたりするおそれがある。また、存在する気体が不活性ガス（Ｎ２他）の場合は燃焼λが上昇し、同様に燃焼が不安定となりエミッションの増大，吹き消えのおそれがある。なお、燃焼λは空気比（実際の燃焼用空気の投入量／理想の燃焼用空気の投入量）であり、（実際の空燃比／理論空燃比）である。空燃比は、投入される空気の質量を投入される可燃ガスの質量で割ったものである。理論空燃比は、空気中の酸素と可燃ガスが過不足なく反応するときの空燃比である。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、改質装置および燃料電池システムにおいて、起動運転中におけるバーナの燃焼を安定させてエミッションを低く抑制し、また吹き消えを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水が供給されて該改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、起動運転中において少なくとも改質ガスが改質部から供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで改質部を加熱する燃焼部と、を備え、起動運転中であってバーナの燃焼中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、バーナの燃焼が停止されることである。
【０００６】
また請求項２に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、請求項１において、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、バーナの再着火が行われることである。
【０００７】
また請求項３に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水が供給されて該改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、起動運転中において少なくとも改質ガスが供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで改質部を加熱する燃焼部と、を備え、起動運転中であってバーナの燃焼停止中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまではバーナの着火（再着火も含む）が禁止され、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、バーナの着火が行われることである。
【０００８】
また請求項４に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、請求項２または請求項３において、燃焼部は燃焼ガスが改質部と熱交換した後に蒸発部と熱交換を行うものであり、水蒸気の発生検知時点からバーナが着火（再着火も含む）されるまでは、バーナへ燃焼用酸化剤ガスのみが供給されることである。
【０００９】
また請求項５に係る燃料電池システムの発明の構成上の特徴は、燃料ガスが燃料極に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極に供給されて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用することである。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した請求項１に係る改質装置の発明においては、起動運転中であってバーナの燃焼中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、バーナの燃焼が停止される。これによれば、起動運転中において、蒸発部で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部を通ってバーナに供給される際に、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されてバーナに流入しても、バーナの燃焼は停止されている。したがって、存在する気体が可燃ガスであっても、その気体は燃焼停止中のバーナに流入する。換言すると、燃焼中に、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体がバーナに流入することを抑制することができる。これにより、バーナの燃焼が不安定になることはなくエミッション（ＮＯＸ濃度、CO濃度）が増大したり、吹き消えを抑制することができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、バーナの再着火が行われる。これにより、蒸発部での水蒸気検知から、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間（所定時間）が経過した後にバーナの再着火が行われることで、再着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。
【００１２】
上記のように構成した請求項３に係る改質装置の発明においては、起動運転中であってバーナの燃焼停止中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまではバーナの着火（再着火も含む）が禁止され、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、バーナの着火が行われる。これによれば、起動運転中において、バーナの燃焼停止中に蒸発部で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部を通ってバーナに供給される際に、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されてバーナに流入しても、バーナの燃焼は停止されている。したがって、存在する気体が可燃ガスであっても、その気体が燃焼停止中のバーナに流入しても燃焼されないため、燃焼が不安定になることはなくエミッション（ＮＯＸ濃度、CO濃度）が増大したり、吹き消えを抑制することができる。さらに、蒸発部での水蒸気検知から、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間（所定時間）が経過した後にバーナの着火が行われることで、着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。
【００１３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項２または請求項３において、燃焼部は燃焼ガスが改質部と熱交換した後に蒸発部と熱交換を行うものであり、水蒸気の発生検知時点からバーナが着火（再着火も含む）されるまでは、バーナへ燃焼用酸化剤ガスのみが供給される。これにより、バーナの燃焼が停止されていても、加熱されある程度高温となっている改質部の熱が、バーナから排出される燃焼用酸化剤ガスによって蒸発部に付与されるため、蒸発部での水蒸気の生成を促進することができる。これに加えて、燃焼停止中にバーナに供給される気体（改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体）を燃焼用酸化剤ガスで希釈して排出することができる。
【００１４】
上記のように構成した請求項５に係る燃料電池システムの発明においては、燃料ガスが燃料極に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極に供給されて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用する。これにより、上述した作用効果を発揮する改質装置を備えた燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む改質ガス（燃料ガス）を生成する改質装置２０を備えている。
【００１６】
燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２と両極１１，１２間に介在された電解質１３を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。
【００１７】
改質装置２０は、改質用燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、改質部２１、冷却部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素浄化部（以下、ＣＯ浄化部という）２４、燃焼部２７、および蒸発部２８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、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００１８】
改質部２１は、改質用燃料に改質水が混合された改質用原料である混合ガスから改質ガスを生成して導出するものである。この改質部２１は有底円筒状に形成されており、環状筒部内に軸線に沿って延在する環状の折り返し流路２１ａを備えている。
【００１９】
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。
【００２０】
温度センサ２１ｃは改質部２１内の壁面付近（燃焼ガス流路２６に接する壁の面付近）に設けられており、改質部２１の壁面温度を検出している。温度センサ２１ｃは改質部２１の温度を検出するものであるが、バーナ２５からの燃焼ガスがあたる場所に設置されているので、温度センサ２１ｃが検出する温度は燃焼ガス（燃焼部）の温度をよく反映している。さらに、温度センサ２１ｄは改質部２１の出口に設けられており、改質部２１の出口温度を検出している。具体的には、温度センサ２１ｄは触媒２１ｂの充填部の出口（改質部２１の出口）からガス流れ方向に所定距離だけ離れた位置に設けられている。温度センサ２１ｄの温度は、改質部２１の出口の流体温度と同等である。なお温度センサ２１ｃ、２１ｄの検出結果は、制御装置３０に送信されるようになっている。
【００２１】
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。
【００２２】
具体的には、冷却部２２には図示しない燃料供給源（例えば都市ガス管）に接続された改質用燃料供給管４１が接続されている。改質用燃料供給管４１には、上流から順番に燃料ポンプ４２、脱硫器４６および改質用燃料バルブ４３が設けられている。改質用燃料バルブ４３は改質用燃料供給管４１を開閉するものである。燃料ポンプ４２は改質用燃料を供給しその供給量を調整する改質用燃料供給手段である。脱硫器４６は燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を低減するものである。燃料供給源から供給される燃料のうち改質部２１に供給されて改質されるものを改質用燃料といい、バーナ２５に供給されて燃焼されるものを燃焼用燃料という。
【００２３】
また、改質用燃料供給管４１の脱硫器４６と改質用燃料バルブ４３との間にはバーナ２５に接続された燃焼用空気供給管６４に接続された燃焼用燃料供給管４４が接続されている。燃焼用燃料供給管４４には燃焼用燃料バルブ４５が設けられている。燃焼用燃料バルブ４５は燃焼用燃料供給管４４を開閉するものである。燃料ポンプ４２が駆動され改質用燃料バルブ４３が閉じられ燃焼用燃料バルブ４５が開かれている場合、バーナ２５に燃焼用燃料が供給され、また、燃料ポンプ４２が駆動され改質用燃料バルブ４３が開かれ燃焼用燃料バルブ４５が閉じられている場合、改質部２１に改質用燃料が供給される。
【００２４】
さらに、改質用燃料供給管４１の改質用燃料バルブ４３と冷却部２２との間には蒸発部２８に接続された水蒸気供給管５１が接続されている。蒸発部２８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。
【００２５】
ＣＯシフト部２３は、改質部２１から冷却部２２を通って供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減するものすなわち一酸化炭素低減部である。ＣＯシフト部２３は、内部に上下方向に沿って延在する折り返し流路２３ａを備えている。折り返し流路２３ａ内には触媒２３ｂ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）が充填されている。ＣＯシフト部２３においては、冷却部２２から導入された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気は、触媒２３ｂにより反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。この一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００２６】
また、ＣＯシフト部２３内には、ＣＯシフト部２３内の温度を測定する温度センサ２３ｃが設けられている。温度センサ２３ｃの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００２７】
ＣＯ浄化部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浄化部２４は、円筒状に形成されて、蒸発部２８の外周壁を覆って当接して設けられている。ＣＯ浄化部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。
【００２８】
また、ＣＯ浄化部２４内には、ＣＯ浄化部２４内の温度を測定する温度センサ２４ｂが設けられている。温度センサ２４ｂの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００２９】
このＣＯ浄化部２４の側壁面下部および側壁面上部には、ＣＯシフト部２３に接続された接続管８９および燃料電池１０の燃料極１１に接続された改質ガス供給管７１がそれぞれ接続されている。接続管８９には、酸化用空気供給管６１が接続されている。これにより、ＣＯ浄化部２４には、ＣＯシフト部２３からの改質ガスと大気からの酸化用空気が導入されるようになっている。なお、酸化用空気供給管６１には、上流から順番に酸化用空気ポンプ６２および酸化用空気バルブ６３が設けられている。酸化用空気ポンプ６２は酸化用空気を供給しその供給量を調整するものである。酸化用空気バルブ６３は酸化用空気供給管６１を開閉するものである。
【００３０】
したがって、ＣＯ浄化部２４内に導入された改質ガス中の一酸化炭素は、酸化用空気中の酸素と反応（酸化）して二酸化炭素になる。この反応は発熱反応であり、触媒２４ａによって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）導出され、燃料電池１０の燃料極１１に供給されるようになっている。
【００３１】
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浄化部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およびオフガス供給管７２を直結するものである。改質ガス供給管７１にはバイパス管７３との分岐点と燃料電池１０との間に第１改質ガスバルブ７４が設けられている。オフガス供給管７２にはバイパス管７３との合流点と燃料電池１０との間にオフガスバルブ７５が設けられている。バイパス管７３には第２改質ガスバルブ７６が設けられている。
【００３２】
起動運転中には、改質装置２０から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池１０に供給するのを回避するため、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開き、定常運転（発電運転）中には、改質装置２０からの改質ガスを燃料電池１０に供給するため、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じている。
【００３３】
また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、カソード用空気供給管６７が接続されるとともに、空気極１２の導出口には、排気管８２が接続されている。空気極１２に空気が供給され、オフガスが排気されるようになっている。なお、カソード用空気供給管６７には上流から順にカソード用空気ポンプ６８およびカソード用空気バルブ６９が設けられている。カソード用空気ポンプ６８はカソード用空気を供給しその供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ６９はカソード用空気供給管６７を開閉するものである。
【００３４】
バーナ２５は、改質部２１を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための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。このバーナ２５は、図２に示すように、基部２５ａと、基部２５ａに設けられて基部２５ａと連通する筒状の燃焼筒２５ｂと、オフガスノズル２５ｃと、温度センサ２５ｅと、点火用電極（イグナイタ）２５ｇと、を備えている。
【００３５】
基部２５ａの側面部には、燃焼用空気供給管６４が連結され、燃焼用空気が基部２５ａ内の空間２５ａ１に導入される。燃焼筒２５ｂは、上端（一端）が基部２５ａの下板部と接続され連通し下方（他端）が開放されている。燃焼筒２５ｂの長手方向の途中（例えば中間より下端側）に円盤状の仕切り板２５ｂ１が設けられており、燃焼筒２５ｂを長手方向に仕切っている。
【００３６】
オフガスノズル２５ｃの基端部は、基部２５ａの上板部内壁面に接続され接続路２５ａ２と連通している。接続路２５ａ２はオフガス供給管７２と連通している。オフガスノズル２５ｃの先端部分は、仕切り板２５ｂ１の中央を貫通し、燃焼空間２５ｄまで延びている。オフガスノズル２５ｃの先端部分は閉じられており、先端から少し離れた側面部分に第１噴射口２５ｃ１が設けられている。第１噴射口２５ｃ１は断面略円形であり、複数設けられている。
【００３７】
温度センサ２５ｅは、バーナ２５の燃焼空間２５ｄ内で生じる火炎２５ｆの輻射温度を検出して、その検出結果を制御装置３０に送信するもの（例えば輻射温度計）である。温度センサ２５ｅは、シース熱電対であり、基部２５ａの上板部を貫通し仕切り板２５ｂ１を貫通して燃焼空間２５ｄ内に挿入されている。その先端部分（先端２５ｅ１からやや後方）が温度計測部である。温度センサ２５ｅの先端２５ｅ１は、第１噴射口２５ｃ１の仕切り板２５ｂ１側の端２５ｃ２より仕切り板２５ｂ１側となるように設けられているが、これに限定されない。温度センサ２５ｅの温度計測部が火炎２５ｆの輻射温度を計測できる位置であればよい。具体的には、燃焼空間２５ｄの内部で火炎２５ｆの火炎面２５ｆ１の外部であればよい。ここで火炎面とは、バーナ用燃料ガス（例えばアノードオフガス）の燃焼反応（酸化反応）が起こっている部分とそれ以外の部分の境界面をいう。また、燃焼空間２５ｄは、バーナ用燃料ガスを燃焼させるために設けた部分であり、燃焼筒２５ｂ内で仕切り板２５ｂ１のオフガスノズル２５ｃの先端が突出した側の空間のことである。なお、本実施の形態では、温度センサ２５ｅとして熱電対を用いているが、サーミスタを用いてもよい。
【００３８】
仕切り板２５ｂ１のオフガスノズル２５ｃの周りには複数の第２噴射口２５ｂ２（実施の形態では２０個）が設けられている。アノードオフガスおよび改質ガスはオフガス供給管７２から接続路２５ａ２を通ってオフガスノズル２５ｃに供給され、第１噴射口２５ｃ１から燃焼空間２５ｄに投入される。燃焼用空気は、燃焼用空気供給管６４から基部２５ａ内の空間２５ａ１に供給され、燃焼筒２５ｂとオフガスノズル２５ｃとの間を通って、第２噴射口２５ｂ２から燃焼空間２５ｄに投入される。燃焼空間２５ｄに投入されたアノードオフガス（または改質ガス）は燃焼用空気によって燃焼し火炎２５ｆを形成する。なお、オフガスノズル２５ｃはオフガス用とともに燃料電池１０をバイパスした改質ガス用としても使用される。一方、燃焼用燃料は空気と予混合されて燃焼用空気供給管６４から供給される。
【００３９】
このような構成のバーナ２５によれば、第１噴射口２５ａ１から投入されたアノードオフガスまたは改質ガスを、第２噴射口２５ａ２から投入された燃焼用空気で燃焼させる拡散燃焼を行うことができる。さらに、燃焼用燃料を燃焼用空気と予め混合して第２噴射口２５ａ２から投入させて燃焼させる予混合燃焼を行うことができる。
【００４０】
点火用電極２５ｇは、基部２５ａの上板部を貫通し仕切り板２５ｂ１を貫通している。点火用電極２５ｇの先端部分は燃焼空間２５ｄまで延びており、オフガスノズル２５ｃの先端部分に火花が飛ぶ距離をおいて配置されている。点火用電力２５ｇは基部２５ａの上板部および仕切り板２５ｂ１の貫通部分にて絶縁して固定されており、点火用電極２５ｇの先端部分からオフガスノズル２５ｃに火花が飛ぶようになっている。点火用電極２５ｇは制御装置３０の指令によって火花が飛ぶように制御されている。バーナ２５は、制御装置３０の指令に応じて点火用電極２５ｇにより着火されるものである。
【００４１】
バーナ２５に供給された燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガス（これらは可燃ガスであり、バーナ用燃料ガスである。）は、バーナ２５に供給された燃焼用空気によって燃焼されて、高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、図１に示すように、バーナ２５と改質部２１との間、改質部２１と断熱部２９との間および断熱部２９と蒸発部２８との間に形成されて改質部２１や蒸発部２８を加熱するように配設された燃焼ガス流路２６を流通し、排気管８１を通って燃焼排ガスとして外部に排出される。燃焼ガス流路２６は折り返し流路である。燃焼ガスは改質部２１の改質触媒２１ａを活性温度域となるように加熱し、蒸発部２２を水蒸気生成するために加熱する。
【００４２】
上述したバーナ２５と燃焼ガス流路２６から燃焼部２７が構成されている。燃焼部２７は、起動運転中において少なくとも改質ガスが改質部２１から供給されて該改質ガスを燃焼用空気（燃焼用酸化剤ガス）で燃焼するバーナ２５を有し該バーナ２５から排出される燃焼ガスで改質部２１を加熱するものである。
【００４３】
なお、燃焼用空気供給管６４には、図１に示すように、燃焼用空気ポンプ（燃焼用酸化剤ガス供給手段）６５および燃焼用空気バルブ６６が設けられている。燃焼用空気ポンプ６５は大気から燃焼用空気を吸い込みバーナ２５に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じてバーナ２５に供給する燃焼用空気供給量を調整するものである。燃焼用空気バルブ６６は、制御装置３０の指令に応じて燃焼用空気供給管６４を開閉するものである。
【００４４】
蒸発部２８は、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成して冷却部２２を介して改質部２１に供給するものである。蒸発部２８は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路２６（最外側の燃焼ガス流路）の外周壁を覆って当接して設けられている。
【００４５】
この蒸発部２８の下部（例えば側壁面下部、底面）には改質水タンク（図示省略）に接続された給水管５２が接続されている。蒸発部２８の上部（例えば側壁面上部）には水蒸気供給管５１が接続されている。改質水タンクから導入された改質水は、蒸発部２８内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱およびＣＯ浄化部２４からの熱によって加熱されて、水蒸気となって水蒸気供給管５１および冷却部２２を介して改質部２１へ導出するようになっている。なお、給水管５２には、上流から順番に改質水ポンプ５３および改質水バルブ５４が設けられている。改質水ポンプ５３は、蒸発部２８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。
【００４６】
また、蒸発部２８には、蒸発部２８内の温度を検出する温度センサ２８ａが設けられている。温度センサ２８ａは蒸発部２８内の下流部（出口側）に設けることが好ましい。温度センサ２８ａは蒸発部２８の液体の水が存在する部分よりも出口側に設ける必要がある。具体的には、温度センサ２８ａは蒸発部２８内の水面より上部の部分に設けられている。温度センサ２８ａは、蒸発部２８内の水面より上部に設けられた蒸発部出口や蒸発部出口に近い水蒸気供給管５１に設けるようにしてもよい。温度センサ２８ａの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００４７】
また、燃料電池システムは制御装置３０を備えており、この制御装置３０には、上述した温度センサ２１ｃ，２１ｄ，２３ｃ，２４ｂ，２５ｅ，２８ａ、各ポンプ４２，５３，６２，６５，６８、各バルブ４３，４５，５４，６３，６６，６９，７４，７５，７６、および点火用電極２５ｇが接続されている（図３参照）。制御装置３０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、温度センサ２１ｃ，２１ｄ，２３ｃ，２４ｂ，２５ｅ，２８ａからの温度などに基づいて、各ポンプ４２，５３，６２，６５，６８、各バルブ４３，４５，５４，６３，６６，６９，７４，７５，７６、および点火用電極２５ｇを制御することにより、燃料電池システムの運転を制御している。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。
【００４８】
次に、上述した燃料電池システムの作動の概要について図４にて説明する。制御装置３０は、図示しない主電源が投入されると、ステップ１００にてプログラムを起動しプログラムをステップ１０２に進める。制御装置３０は、ステップ１０２において、システムの運転を開始するか否かを判定する。制御装置３０は、図示しないスタートスイッチが押されて運転が開始される場合や、運転計画にしたがって運転が開始される場合には、システムの起動指示があったとして、ステップ１０２で「ＹＥＳ」と判定し、改質装置２０の暖機（起動シーケンス）を開始する（ステップ１０４）。そうでなければ、ステップ１０２で「ＮＯ」の判定を繰り返し実行する。
【００４９】
起動シーケンスは、燃料電池システム、改質装置２０の運転を開始させて起動運転（暖機運転）を行う起動制御である。起動運転（暖機運転）は、改質装置２０を暖機する運転、すなわち改質部２１、ＣＯシフト部２３およびＣＯ浄化部２４の各触媒２１ｂ，２３ｂ，２４ａを活性温度域まで暖機する運転であり、改質装置２０から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定濃度以下まで低減してその改質ガスを燃料電池１０に供給可能（発電運転）になるまで行う運転である。
【００５０】
起動シーケンスは、バーナ２５の着火から改質装置２０の暖機完了までの処理が行われるようになっている。この起動シーケンスは、i）燃焼用燃料によってバーナ２５を着火し、ii）燃焼部２７が所定温度（３００℃）に達したら改質水を投入し、iii）蒸発部２８で水蒸気が生成開始したら改質用燃料を投入して燃焼用燃料によるバーナ２５の燃焼を改質ガスによる燃焼に切り替え、iv）ＣＯシフト部２３以降を暖機する。
【００５１】
制御装置３０は、起動指示があると、ステップ１０４において、起動シーケンスを開始する。すなわち、制御装置３０は、燃焼用空気バルブ６６を開いて燃焼用空気ポンプ６５を駆動して、燃焼用空気をバーナ２５に供給する。そして、制御装置３０は、バーナ２５の点火用電極２５ｇに通電する。さらに、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４５を開いて燃料ポンプ４２を駆動して、燃焼用燃料をバーナ２５に供給する。これにより、バーナ２５が着火する。その後、制御装置３０は、上述した起動シーケンスのii）以降の処理を実行する。
【００５２】
制御装置３０は、バーナ２５が着火すると、ステップ１０６において、蒸発部２８で水蒸気の発生の有無を検知（判定）する。制御装置３０は、蒸発部２８の温度を検出しその温度（蒸発部温度Ｔ１）が所定温度Ｔ１−ａ（例えば１００℃）より大きければ水蒸気が発生したことを検知し、そうでなければ検知しない。水蒸気が生成前は、蒸発部温度Ｔ１は所定温度Ｔ１−ａ以下であるため、水蒸気は発生していないので、制御装置３０は、ステップ１０６で「ＹＥＳ」と判定し、起動シーケンスを継続する（ステップ１０８）。
【００５３】
制御装置３０は、ステップ１０８において、燃焼部２７の温度Ｔ３が所定温度（例えば３００℃）に達したら改質水の投入を開始する。このとき、制御装置３０は、改質水バルブ５４を開いて改質水ポンプ５３を駆動させる。さらに制御装置３０は、第２改質ガスバルブ７６も開いて改質装置２０（ＣＯ浄化部２４）をバーナ２５と連通させひいては大気に連通させる。これにより、蒸発部２８から改質部２１に水蒸気が供給され始めると、その水蒸気は、冷却部２２、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４を通って、バイパス管７３を経由してバーナ２５に供給され、燃焼ガス流路２６および排気管８１を通って外部に排出される。
【００５４】
制御装置３０は、改質水の投入開始後、蒸発部２８での水蒸気発生を検知するまで（ステップ１０６で「ＹＥＳ」の判定を繰り返し）、燃焼用燃料によるバーナ２５の燃焼を継続し（断続的に継続する場合もある。）、改質水の投入を継続して、起動シーケンスを継続する（ステップ１０８）。なお、改質水の投入開始はステップ１０８でなくステップ１０４で行うようにしてもよい。ステップ１０８においては、燃焼用燃料によるバーナ２５の燃焼、および改質水の投入を継続する。
【００５５】
バーナ２５が着火されると、その燃焼ガスは燃焼ガス流路２６を通過中に改質部２１および蒸発部２８を加熱している。したがって、蒸発部温度Ｔ１も上昇する。起動シーケンス継続中において、蒸発部温度Ｔ１が所定温度Ｔ１−ａより大きくなれば、制御装置３０は、水蒸気が発生したことを検知し、プログラムをステップ１１０に進める。すなわち制御装置３０は、改質水の投入開始後、蒸発部２８での水蒸気発生を検知すると（ステップ１０６で「ＮＯ」と判定し）、プログラムをステップ１１０に進める。
【００５６】
制御装置３０は、ステップ１１０において、バーナ２５での燃焼を停止するとともに燃焼部２７を燃焼用空気でパージする（燃焼用空気パージモード）。具体的には、制御装置３０は、燃料ポンプ４２の駆動を停止し燃焼用燃料バルブ４５を閉じてバーナ２５への燃焼用燃料の供給を停止するとともに、燃焼用空気バルブ６６を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ６５の駆動を継続してバーナ２５への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量（供給量Ａ−０）より多い値（供給量はＡ−１である）に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部２７を効率的にパージするとともに改質部２１の熱を蒸発部２８に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量Ｗ−１に維持されている。また、改質部２１はバーナ２５を通って大気に連通している（開放されている）。
【００５７】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過するまで前述した燃焼用空気パージモードを継続する（ステップ１１２で「ＮＯ」の判定を繰り返す。）。所定時間ΔＴＭ−ａは、蒸発部２８で生成された水蒸気の最初（先端）の部分が、少なくともバーナ２５を通過するまでの時間に相当する値に設定されている。これによれば、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔＴＭ−ａだけ経過すれば、生成された水蒸気が、燃料電池システムの運転停止中に改質装置２０内に存在する気体（本実施の形態においては、停止運転で封入されもしくはパージに使用された改質用燃料を主成分とする気体）、すなわち蒸発部２８内からバイパス管７３の第２改質ガスバルブ７６までに残存（残留）する改質用燃料を主成分とする気体を、バーナ２５から燃焼ガス流路２６に排出しひいては外部に排出する。
【００５８】
なお、制御装置３０は、ステップ１１２において、燃焼用空気パージモードが開始された時点すなわち蒸発部２８での水蒸気発生を検知した時点からの経過時間ΔＴＭが所定時間ΔＴＭ−ａ以上であるか否かを判定する。
【００５９】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過すると（ステップ１１２で「ＹＥＳ」と判定する。）、燃焼用空気パージモードを終了し起動シーケンスを再開しバーナ２５の再着火を開始する（ステップ１１４）。具体的には、制御装置３０は、改質水の供給（供給量Ｗ−１）を継続し燃焼用空気の供給量を供給量Ａ−１から減少させ、所定時間ΔＴＭ−ａが経過した時点から改質用燃料の投入を開始するとともに点火用電極２５ｇへの通電を開始する。
【００６０】
改質用燃料の改質部２１への投入が開始されると、改質部２１では上述した改質反応により改質ガスの生成が開始され、生成された改質ガスはバイパス管７６経由でバーナ２５に供給される。なお、改質用燃料の投入開始から改質ガスが燃焼空間２５ｄに流入するまでには、改質用燃料が改質部２１に流入するのに必要な時間と、改質部２１で生成された改質ガスがバーナ２５の燃焼空間２５ｄに流入するのに必要な時間との合計時間が少なくともかかる。したがって、バーナ２５で再着火するのは、改質用燃料の投入開始時点から前述した合計時間だけ少なくとも経過した時点である。
【００６１】
このように、改質用燃料の投入によって改質ガスの生成と、その改質ガスによるバーナ２５の再着火による燃焼とによって改質装置２０、すなわち改質部２１、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の暖機が行われる。
【００６２】
制御装置３０は、起動シーケンスの完了（暖機運転の完了）を、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）に基づいて判断する。制御装置３０は、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の濃度以下となったとして、起動シーケンスが完了したと判定する。
【００６３】
制御装置３０は、起動シーケンスが完了したと判定すると（ステップ１１６で「ＹＥＳ」と判定する）、発電運転を開始する（ステップ１１８）。具体的には、制御装置３０は、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ浄化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２５に接続する。発電運転中には、制御装置３０は、最大出力以下の範囲でユーザー負荷に追従するように発電を行うようになっている。
【００６４】
発電運転中の燃料電池システムにおいて、図示しないストップスイッチが押されて運転が停止される場合や、運転計画にしたがって運転が停止される場合には、システムの停止指示があったとして、制御装置３０は、ステップ１２０で「ＹＥＳ」と判定し、停止運転を行う（ステップ１２２）。制御装置３０は、燃料ポンプ４２の駆動を停止し改質用燃料の供給を停止し、改質用燃料バルブ４３を閉じる。制御装置３０は、改質水ポンプ５３の駆動を停止し改質水の供給を停止し、改質水バルブ５４を閉じる。制御装置３０は、酸化用空気ポンプ６２の駆動を停止し酸化用空気の供給を停止し、酸化用空気バルブ６３を閉じる。制御装置３０は、燃焼用空気パージにて改質部２１等の温度を所定温度に冷却後に燃焼用空気ポンプ６５の駆動を停止し燃焼用空気の供給を停止し、燃焼用空気バルブ６６を閉じる。そして、制御装置３０は、第１改質ガスバルブ７４、オフガスバルブ７５、第２改質ガスバルブ７６を閉じる。これにより、燃料電池１０の発電が停止される。
【００６５】
その後、改質装置２０が降温して内部が負圧になったところで、改質用燃料バルブ４３を開いて燃料ポンプ４２を駆動して、改質用燃料を改質装置２０に供給する。これにより、改質装置２０内は改質用燃料で封入される。また、この封入の代わりに改質装置２０を改質用燃料でパージするようにしてもよい。何れの場合も燃料電池システムの停止中において改質装置２０内は改質用燃料で満たされるので触媒などを酸化雰囲気状態から保護することができる。
【００６６】
さらに、バーナ２５の燃焼中または燃焼停止中に水蒸気の発生を検知した場合について詳述する。最初にバーナ２５の燃焼中に水蒸気の発生を検知した場合について図５，６を参照して説明する。図４〜図６に係る形態を第１実施形態とする。なお、図５において図４と同じ処理は同一符号を付してその説明を省略する。また、図６の上段は、蒸発部温度Ｔ１および燃焼部温度Ｔ３を示し、次の段はオフガス供給管７２からバーナ２５へ流入する気体のガス流量およびその成分を示し、次の段は燃焼用空気の流量を示し、次の段は改質装置２０に供給される可燃ガスの種類および流量を示し、下段は点火用電極（イグナイタ）２５ｇのオン・オフを示している。
【００６７】
制御装置３０は、図示しない主電源が投入されると、ステップ２００にてプログラムを起動しプログラムをステップ１０２に進める。制御装置３０は、ステップ１０２において、システムの運転を開始するか否かを判定する。
【００６８】
本ケースの起動シーケンスは、i）燃焼用燃料によってバーナ２５を着火し、ii）燃焼部２７が所定温度（３００℃）に達したら改質水を投入し、iii）蒸発部２８で水蒸気が生成開始したら改質用燃料を投入して燃焼用燃料によるバーナ２５の燃焼を改質ガスによる燃焼に切り替え、iv）ＣＯシフト部２３以降を暖機する。である。
【００６９】
制御装置３０は、起動指示があると、起動シーケンスを開始する（図６の時刻ＴＭ０）。すなわち、制御装置３０は、燃焼用空気バルブ６６を開いて燃焼用空気ポンプ６５を駆動して、燃焼用空気をバーナ２５に供給する（燃焼用空気でパージ。ステップ２０２）。このとき、燃焼用空気は標準量（供給量Ａ−０）だけ投入されている。そして、制御装置３０は、図示しない着火装置の駆動を開始してバーナ２５の点火用電極２５ｇに通電する（ステップ２０４）。さらに、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４５を開いて燃料ポンプ４２を駆動して、燃焼用燃料をバーナ２５に供給する（ステップ２０６）。これにより、バーナ２５が着火する。なお、本実施の形態では、点火用電極２５ｇへの通電は、時刻ＴＭ０から所定時間だけ継続される。
【００７０】
制御装置３０は、バーナ２５が着火した後においては、燃焼部２７の温度Ｔ３が所定温度（例えば３００℃）に達したら（ステップ２０８で「ＹＥＳ」と判定し）改質水の投入を開始する（ステップ２１０。図６の時刻ＴＭ１）。ステップ２０８では、燃焼部温度Ｔ３が所定温度（例えば３００℃）より大きいか否かを判定している。
【００７１】
制御装置３０は、ステップ２１０において、改質水バルブ５４を開いて改質水ポンプ５３を駆動させる。さらに制御装置３０は、第２改質ガスバルブ７６も開いて改質装置２０（ＣＯ浄化部２４）をバーナ２５と連通させひいては大気に連通させる。これにより、蒸発部２８から改質部２１に水蒸気が供給され始めると、その水蒸気は、冷却部２２、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４を通って、バイパス管７３を経由してバーナ２５に供給され、燃焼ガス流路２６および排気管８１を通って外部に排出される。
【００７２】
制御装置３０は、バーナ２５に着火し改質水を投入した後、ステップ１０６において、蒸発部２８で水蒸気の発生の有無を検知（判定）する。制御装置３０は、蒸発部２８の温度を検出しその温度（蒸発部温度Ｔ１）が所定温度Ｔ１−ａ（例えば１００℃）以上であれば水蒸気が発生したことを検知し、そうでなければ蒸発部２８は暖機しておらず水蒸気が発生したことを検知しない。
【００７３】
改質装置２０では、バーナ２５の燃焼が継続しており、バーナ２５から排出される燃焼ガスによって改質部２１、蒸発部２８は加熱されている。蒸発部２８が昇温して蒸発部温度Ｔ１が所定温度Ｔ１−ａに達するまでは、制御装置３０は、ステップ１０６で「ＮＯ」と判定し、起動シーケンスを継続する。
【００７４】
起動シーケンス継続中において、蒸発部温度Ｔ１が所定温度Ｔ１−ａ以上になれば、制御装置３０は、水蒸気が発生したことを検知し（図６の時刻ＴＭ２）、プログラムをステップ１１０に進める。すなわち制御装置３０は、改質水の投入開始後、蒸発部２８での水蒸気発生を検知すると（ステップ１０６で「ＹＥＳ」と判定し）、プログラムをステップ１１０に進める。
【００７５】
制御装置３０は、バーナ２５の燃焼中に蒸発部２８での水蒸気の発生を検知すると、ステップ１１０において、バーナ２５での燃焼を停止するとともに燃焼部２７を燃焼用空気でパージする（燃焼用空気パージモード）。具体的には、制御装置３０は、燃料ポンプ４２の駆動を停止し燃焼用燃料バルブ４５を閉じてバーナ２５への燃焼用燃料の供給を停止するとともに、燃焼用空気バルブ６６を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ６５の駆動を継続してバーナ２５への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、このときの燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量（供給量Ａ−０）より多い値（供給量はＡ−１である）に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部２７を効率的にパージするとともに改質部２１の熱を蒸発部２８に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量Ｗ−１に維持されている。また、改質部２１はバーナ２５を通って大気に連通している（開放されている）。
【００７６】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過するまで（図６の時刻ＴＭ３）前述した燃焼用空気パージモードを継続する（ステップ１１２で「ＮＯ」の判定を繰り返す。）。所定時間ΔＴＭ−ａは、蒸発部２８で生成された水蒸気の最初（先端）の部分が、少なくともバーナ２５を通過するまでの時間に相当する値に設定されている。これによれば、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔＴＭ−ａだけ経過すれば、生成された水蒸気が、燃料電池システムの運転停止中に改質装置２０内に存在する気体（本実施の形態においては、停止運転で封入されもしくはパージに使用された改質用燃料を主成分とする気体）、すなわち蒸発部２８内からバイパス管７３の第２改質ガスバルブ７６までに残存（残留）する改質用燃料を主成分とする気体を掃気して（押して）バーナ２５に流入させ、バーナ２５から燃焼ガス流路２６に排出しひいては外部に排出する。
【００７７】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過すると（ステップ１１２で「ＹＥＳ」と判定する。図６の時刻ＴＭ３）、燃焼用空気パージモードを終了し起動シーケンスを再開しバーナ２５の再着火を開始する。具体的には、制御装置３０は、改質水の供給（供給量Ｗ−１）を継続しつつ、時刻ＴＭ３から点火用電極２５ｇへの通電を開始する（ステップ２１２）。この通電は時刻ＴＭ４より長めに設定された時間継続される。バーナ２５の燃焼空間２５ｄに改質ガスが少なくとも到達するのに必要な時間は継続される。
【００７８】
さらに制御装置３０は、時刻ＴＭ３に改質用燃料の投入を開始する。具体的には、制御装置３０は、改質用燃料バルブ４３を開き燃焼用燃料バルブ４５を閉じたままにするとともに燃料ポンプ４２の駆動を開始する（ステップ２１４）。なお、燃焼用空気の供給量は、改質用燃料の投入開始時点（時刻ＴＭ３）にＡ−１からＡ−２に変更される。供給量Ａ−２は、供給量Ａ−１より小さい値であり、供給量Ａ−０に近い値である。Ａ−０およびＡ−２は、燃焼用燃料および改質用燃料を燃焼させるのに最適な流量に設定されている。
【００７９】
改質用燃料の改質部２１への投入が開始されると、改質部２１では上述した改質反応により改質ガスの生成が開始され、生成された改質ガスはバイパス管７６経由でバーナ２５に供給される。なお、時刻ＴＭ３から時刻ＴＭ４までは、バーナ２５には主として水蒸気が供給されている。また、改質用燃料の投入開始から改質ガスが燃焼空間２５ｄに流入するまでには、改質用燃料が改質部２１に流入するのに必要な時間と、改質部２１で生成された改質ガスがバーナ２５の燃焼空間２５ｄに流入するのに必要な時間との合計時間がかかる。したがって、バーナ２５が再着火するのは、改質用燃料の投入開始時点から前述した合計時間だけ少なくとも経過した時点（図６の時刻ＴＭ４）である。
【００８０】
このように、改質用燃料の投入によって改質ガスの生成と、その改質ガスによるバーナ２５の再着火による燃焼とによって改質装置２０、すなわち改質部２１、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の暖機が行われる。また、バーナ２５の再着火（時刻ＴＭ４）以降においては、バーナ２５に流入するのは、改質用燃料、改質ガスを含む可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。この段階（改質部２１の暖機が十分でない段階）では改質が十分進んでおらず改質用燃料が改質されずにそのままバーナ２５に流入する。したがって、この段階の可燃ガスの主成分は改質用燃料である。改質用燃料の一部は改質されており改質ガスもバーナ２５に流入する。なお、改質部２１が加熱され、改質が進むようになると、改質用燃料が改質され流入する改質ガスが増大するとともに改質されずにそのままバーナ２５に流入する改質用燃料が減少する。
【００８１】
図６の２段目に実線で示すように、時刻ＴＭ２から水蒸気の発生により改質装置２０、配管内に残留する気体が掃気されてバーナ２５に流入する。その気体が全て掃気されると、その気体と入れ替わるように水蒸気がバーナ２５に流入する。時刻ＴＭ３においては、水蒸気のみがバーナ２５に流入するようになっている。時刻ＴＭ３から改質用燃料の投入が開始されると、改質部２１で水蒸気と改質用燃料が改質反応によって改質ガス（水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素を含む）が生成され、その改質ガスにより改質装置２０や配管内に残留する水蒸気を掃気する。これにより、残留する水蒸気がバーナ２５に流入する。残留する水蒸気が全て掃気されると、時刻ＴＭ４以降においては、改質ガスがバーナ２５に流入する。改質ガスは、水素ガスを主とする可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。図６の２段目の破線は、改質装置２０、配管内に残留する気体が全て掃気された後に流入するガス（気体）の総流量を示し、１点破線は、その総流量のうち改質ガスが流入し始めたときの可燃ガスの流量を示している。流入ガスの流量は、改質用燃料投入後は総流量が増大するようになっている。なお、改質部２１の温度上昇につれて改質の転換率が上昇し、それに従って総流量、可燃ガスと不活性ガスの比率が変化する。再着火直後では転換率が低く、その後、高くなる。
【００８２】
制御装置３０は、改質用燃料の投入によってバーナ２５を再着火した後、起動シーケンスの完了（暖機運転の完了）を、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）に基づいて判断する。制御装置３０は、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の濃度以下となったとして、起動シーケンスが完了したと判定する（ステップ２１６）。
【００８３】
制御装置３０は、起動シーケンスが完了したと判定すると発電運転を開始する。具体的には、制御装置３０は、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ浄化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２５に接続する。発電運転中には、制御装置３０は、最大出力以下の範囲でユーザー負荷に追従するように発電を行うようになっている（ステップ２１６）。
【００８４】
上述した実施形態から明らかなように、燃料電池システム（改質装置２０）の起動運転中であってバーナ２５の燃焼中において、蒸発部２８での水蒸気の発生が検知された場合には、バーナ２５の燃焼が停止される。これによれば、起動運転中において、蒸発部２８で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部２１を通ってバーナ２５に供給される際に、改質部２１内、改質部２１とバーナ２５の間の配管および部材内に存在（残留）する気体が水蒸気に圧されてバーナ２５に流入しても、バーナ２５の燃焼は停止されている。したがって、存在（残留）する気体が可燃ガスであっても、その気体は燃焼停止中のバーナ２５に流入する。換言すると、バーナ２５の燃焼中に、改質部２１内、改質部２１とバーナ２５の間の配管および部材内に存在する気体がバーナ２５に流入することを抑制することができる。これにより、バーナ２５の燃焼が不安定になることはなくエミッション（ＮＯＸ濃度、CO濃度）が増大したり、吹き消えを抑制することができる。
【００８５】
また、水蒸気の発生検知時点（図６の時刻ＴＭ２）から所定時間（ΔＴＭ−ａ）だけ経過すれば、バーナ２５の再着火が行われる。これにより、蒸発部２８での水蒸気発生検知から、改質部２１内、改質部２１とバーナ２５の間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間（所定時間）が経過した後にバーナ２５の再着火が行われることで、再着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。
【００８６】
また、燃料ガスが燃料極１１に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極１２に供給されて発電する燃料電池１０を備えた燃料電池システムにおいて、改質装置２０で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用する。これにより、上述した作用効果を発揮する改質装置２０を備えた燃料電池システムを提供することができる。
【００８７】
次に、バーナ２５の燃焼停止中に水蒸気の発生を検知した場合について図７−９を参照して説明する。図７〜図９に係る形態を第２実施形態とする。なお、図７，８において図４，５と同じ処理は同一符号を付してその説明を省略する。また、図９の上段は、蒸発部温度Ｔ１および燃焼部温度Ｔ３を示し、次の段はオフガス供給管７２からバーナ２５へ流入する気体のガス流量およびその成分を示し、次の段は燃焼用空気の流量を示し、次の段は改質装置２０に供給される可燃ガスの種類および流量を示し、下段は点火用電極（イグナイタ）２５ｇのオン・オフを示している。
【００８８】
制御装置３０は、図示しない主電源が投入されると、ステップ３００にてプログラムを起動しプログラムをステップ１０２に進める。制御装置３０は、ステップ１０２において、システムの運転を開始するか否かを判定する。制御装置３０は、システム運転を開始すると判定した場合には、起動シーケンスを開始する。
【００８９】
これと並行に、制御装置３０は、図示しない主電源が投入されると、ステップ４００にてプログラムを起動しプログラムをステップ４０２に進める。制御装置３０は、ステップ４０２において、起動シーケンスを開始するか否かを判定する。制御装置３０は、起動シーケンスを開始すると判定した場合には、ステップ４０４以下の処理を実行して起動運転を開始する。
【００９０】
制御装置３０は、起動シーケンス開始指示があると、起動シーケンスを開始する（図９の時刻ＴＭ０）。すなわち、制御装置３０は、燃焼用空気バルブ６６を開いて燃焼用空気ポンプ６５を駆動して、燃焼用空気をバーナ２５に供給する（燃焼用空気でパージ。ステップ４０４）。このとき、燃焼用空気は標準量（供給量Ａ−０）だけ投入されている。そして、制御装置３０は、図示しない着火装置の駆動を開始してバーナ２５の点火用電極２５ｇに通電する（ステップ４０６）。さらに、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４５を開いて燃料ポンプ４２を駆動して、燃焼用燃料をバーナ２５に供給する（ステップ４０８）。これにより、バーナ２５が着火する。なお、本実施の形態では、点火用電極２５ｇへの通電は、時刻ＴＭ０から所定時間だけ継続される。
【００９１】
制御装置３０は、バーナ２５が着火した後においては、燃焼部２７の温度Ｔ３が所定温度（例えば３００℃）に達したら（ステップ４１０で「ＹＥＳ」と判定し）改質水の投入を開始する（ステップ４１２。図９の時刻ＴＭ１）。ステップ４１０では、燃焼部温度Ｔ３が所定温度（例えば３００℃）より大きいか否かを判定している。
【００９２】
制御装置３０は、ステップ４１２において、ステップ２１０と同様に改質水バルブ５４を開いて改質水ポンプ５３を駆動させる。さらに制御装置３０は、第２改質ガスバルブ７６も開いて改質装置２０（ＣＯ浄化部２４）をバーナ２５と連通させひいては大気に連通させる。
【００９３】
制御装置３０は、バーナ２５に着火し改質水を投入した後、燃焼部２７の温度Ｔ３が所定温度Ｔ３−ａ（例えば６００℃）に達したら（ステップ４１４で「ＹＥＳ」と判定し）、バーナ２５の燃焼を停止する（ステップ４１６。図９の時刻ＴＭ２）。制御装置３０は、燃料ポンプ４２の駆動を停止し燃焼用燃料バルブ４５を閉じてバーナ２５への燃焼用燃料の供給を停止するとともに、燃焼用空気バルブ６６を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ６５の駆動を継続してバーナ２５への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量（供給量Ａ−０）より多い値（供給量はＡ−１である）に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部２７を効率的にパージするとともに改質部２１の熱を蒸発部２８に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量Ｗ−１に維持されている。また、改質部２１はバーナ２５を通って大気に連通している（開放されている）。
【００９４】
バーナ２５の燃焼が停止されると、燃焼部２７の温度も降下する。燃焼部温度Ｔ３が所定温度Ｔ３−ａより低温である所定温度Ｔ３−ｂ（例えば４００℃）より低くなると、制御装置３０は、プログラムをステップ４０６に戻してバーナ２５を燃焼用燃料で再着火する。このとき、燃焼用空気は供給量Ａ−０に戻される。なお、ステップ４０６から４１８の処理を繰り返すことにより、燃焼部２７を適切な温度範囲に維持することにより、改質部２１の触媒のコーキング、改質部材料や触媒等の高温劣化を抑制することができる。
【００９５】
制御装置３０は、蒸発部２８での水蒸気の発生を検知するまでは、図８に示す起動シーケンスを実行する。なお、図８に示す起動シーケンスは図７に示すステップ３０２とステップ３０４の間のシーケンスである。
【００９６】
この起動シーケンスと並行して、制御装置３０は、バーナ２５に着火し改質水を投入した後（起動シーケンスを開始した後（時刻ＴＭ０以降））、ステップ１０６において、蒸発部２８で水蒸気の発生の有無を検知（判定）する。制御装置３０は、蒸発部２８の温度を検出しその温度（蒸発部温度Ｔ１）が所定温度Ｔ１−ａ（例えば１００℃）以上であれば水蒸気が発生したことを検知し、そうでなければ蒸発部２８は暖機しておらず水蒸気が発生したことを検知しない。
【００９７】
蒸発部２８が昇温して蒸発部温度Ｔ１が所定温度Ｔ１−ａに達するまでは、制御装置３０は、ステップ１０６で「ＮＯ」と判定し、起動シーケンスを継続する（ステップ３０４）。起動シーケンス継続中において、蒸発部温度Ｔ１が所定温度Ｔ１−ａ以上になれば、制御装置３０は、水蒸気が発生したことを検知し、プログラムをステップ１１０に進める。すなわち制御装置３０は、起動シーケンス中に、蒸発部２８での水蒸気発生を検知すると（ステップ１０６で「ＹＥＳ」と判定し）、プログラムをステップ１１０に進める。
【００９８】
ここで、起動シーケンス継続中であってバーナ２５の燃焼停止中において、図９の時刻ＴＭ３に水蒸気が発生したことを検知したとする。制御装置３０は、バーナ２５の燃焼停止中に蒸発部２８での水蒸気の発生を検知すると、ステップ１１０において、バーナ２５での燃焼を停止するとともに燃焼部２７を燃焼用空気でパージする（燃焼用空気パージモード）。このとき、すでに燃焼は停止されているので、燃焼停止を維持する。
【００９９】
制御装置３０は、燃料ポンプ４２の駆動停止および燃焼用燃料バルブ４５の閉状態を維持するとともに、燃焼用空気バルブ６６を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ６５の駆動を継続してバーナ２５への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、このときの燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量（供給量Ａ−０）より多い値（供給量はＡ−１である）に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部２７を効率的にパージするとともに改質部２１の熱を蒸発部２８に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量Ｗ−１に維持されている。また、改質部２１はバーナ２５を通って大気に連通している（開放されている）。
【０１００】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過するまで（図９の時刻ＴＭ５）前述した燃焼用空気パージモードを継続する（ステップ１１２で「ＮＯ」の判定を繰り返す。）。時刻ＴＭ４から時刻ＴＭ５までの間は、図７のフローチャートの処理が優先して実行されるので、図８のフローチャートの処理によれば、燃焼部温度Ｔ３が所定温度Ｔ３−ｂ以下となれば（図９の時刻ＴＭ４）バーナ２５は再着火されるはずであるが、その再着火は禁止される。
【０１０１】
制御装置３０は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔＴＭ−ａが経過すると（ステップ１１２で「ＹＥＳ」と判定する。図９の時刻ＴＭ５）、燃焼用空気パージモードを終了し起動シーケンスを再開しバーナ２５の再着火を開始する。具体的には、制御装置３０は、改質水の供給（供給量Ｗ−１）を継続しつつ、時刻ＴＭ５から点火用電極２５ｇへの通電を開始する（ステップ２１２）。この通電は時刻ＴＭ６より長めに設定された時間継続される。バーナ２５の燃焼空間２５ｄに改質ガスが少なくとも到達するのに必要な時間は継続される。
【０１０２】
さらに制御装置３０は、図９の時刻ＴＭ５に改質用燃料の投入を開始する（ステップ２１４）。なお、燃焼用空気の供給量は、改質用燃料の投入開始時点（時刻ＴＭ５）にＡ−１からＡ−２に変更される。供給量Ａ−２は、供給量Ａ−１より小さい値であり、供給量Ａ−０に近い値である。Ａ−０およびＡ−２は、燃焼用燃料および改質用燃料を燃焼させるのに最適な流量に設定されている。
【０１０３】
改質用燃料の改質部２１への投入が開始されると、改質部２１では上述した改質反応により改質ガスの生成が開始され、生成された改質ガスはバイパス管７６経由でバーナ２５に供給される。なお、時刻ＴＭ５から時刻ＴＭ６までは、バーナ２５には主として水蒸気が供給されている。また、改質用燃料の投入開始から改質ガスが燃焼空間２５ｄに流入するまでには、改質用燃料が改質部２１に流入するのに必要な時間と、改質部２１で生成された改質ガスがバーナ２５の燃焼空間２５ｄに流入するのに必要な時間との合計時間がかかる。したがって、バーナ２５が再着火するのは、改質用燃料の投入開始時点から前述した合計時間だけ少なくとも経過した時点（図９の時刻ＴＭ６）である。なお、バーナ２５で再着火したことを確認すると、燃焼用空気の供給量はＡ−１からＡ−０に戻される。
【０１０４】
このように、改質用燃料の投入によって改質ガスの生成と、その改質ガスによるバーナ２５の再着火による燃焼とによって改質装置２０、すなわち改質部２１、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の暖機が行われる。また、バーナ２５の再着火（時刻ＴＭ６）以降においては、バーナ２５に流入するのは、改質用燃料、改質ガスを含む可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。この段階（改質部２１の暖機が十分でない段階）では改質が十分進んでおらず改質用燃料が改質されずにそのままバーナ２５に流入する。したがって、この段階の可燃ガスの主成分は改質用燃料である。改質用燃料の一部は改質されており改質ガスもバーナ２５に流入する。なお、改質部２１が加熱され、改質が進むようになると、改質用燃料が改質され流入する改質ガスが増大するとともに改質されずにそのままバーナ２５に流入する改質用燃料が減少する。
【０１０５】
図９の２段目に実線で示すように、時刻ＴＭ３から水蒸気の発生により改質装置２０、配管内に残留する気体が掃気されてバーナ２５に流入する。その気体が全て掃気されると、その気体と入れ替わるように水蒸気がバーナ２５に流入する。時刻ＴＭ５においては、水蒸気のみがバーナ２５に流入するようになっている。時刻ＴＭ５から改質用燃料の投入が開始されると、改質部２１で水蒸気と改質用燃料が改質反応によって改質ガス（水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素を含む）が生成され、その改質ガスにより改質装置２０や配管内に残留する水蒸気を掃気する。これにより、残留する水蒸気がバーナ２５に流入する。残留する水蒸気が全て掃気されると、時刻ＴＭ６以降においては、改質ガスがバーナ２５に流入する。改質ガスは、水素ガスを主とする可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。図６の２段目の破線は、改質装置２０、配管内に残留する気体が全て掃気された後に流入するガス（気体）の総流量を示し、１点破線は、その総流量のうち改質ガスが流入し始めたときの可燃ガスの流量を示している。流入ガスの流量は、改質用燃料投入後は総流量が増大するようになっている。なお、改質部２１の温度上昇につれて改質の転換率が上昇し、それに従って総流量、可燃ガスと不活性ガスの比率が変化する。再着火直後では転換率が低く、その後、高くなる。
【０１０６】
制御装置３０は、改質用燃料の投入によってバーナ２５を再着火した後、起動シーケンスの完了（暖機運転の完了）を、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）に基づいて判断する。制御装置３０は、ＣＯシフト部２３、ＣＯ浄化部２４の各温度（いずれかの温度でもよい。）が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の濃度以下となったとして、起動シーケンスが完了したと判定する（ステップ２１６）。
【０１０７】
制御装置３０は、起動シーケンスが完了したと判定すると発電運転を開始する。具体的には、制御装置３０は、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ浄化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２５に接続する。発電運転中には、制御装置３０は、最大出力以下の範囲でユーザー負荷に追従するように発電を行うようになっている（ステップ２１６）。
【０１０８】
上述した実施形態から明らかなように、燃料電池システム（改質装置２０）の起動運転中であってバーナ２５の燃焼停止中において、蒸発部２８での水蒸気の発生が検知された場合には、水蒸気の発生検知時点（図９の時刻ＴＭ３）から所定時間ΔＴＭ−ａだけ経過するまではバーナ２５の再着火が禁止され、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、バーナ２５の再着火が行われる。これによれば、起動運転中において、バーナ２５の燃焼停止中に蒸発部２８で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部２１を通ってバーナ２５に供給される際に、改質部２１内、改質部２１とバーナ２５の間の配管および部材内に存在（残留）する気体が水蒸気に圧されてバーナ２５に流入しても、バーナ２５の燃焼は停止されている。したがって、存在（残留）する気体が可燃ガスであっても、その気体が燃焼停止中のバーナ２５に流入しても燃焼されないため、燃焼が不安定になることはなくエミッション（ＮＯＸ濃度、CO濃度）が増大したり、吹き消えを抑制することができる。さらに、蒸発部２８での水蒸気検知から、改質部２１内、改質部２１とバーナ２５の間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間（所定時間）が経過した後にバーナ２５の再着火が行われることで、再着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。
【０１０９】
また、燃焼部２７は燃焼ガスが改質部２１と熱交換した後に蒸発部２８と熱交換を行うものであり、水蒸気の発生検知時点からバーナ２５が再着火されるまでは、バーナ２５へ燃焼用酸化剤ガスのみが供給される。これにより、バーナ２５の燃焼が停止されていても、加熱されある程度高温となっている改質部２１の熱が、バーナ２５から排出される燃焼用酸化剤ガスによって蒸発部２８に付与されるため、蒸発部２８での水蒸気の生成を促進することができる。これに加えて、燃焼停止中にバーナ２５に供給される気体（改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体）を燃焼用酸化剤ガスで希釈して排出することができる。
【０１１０】
また、燃料ガスが燃料極１１に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極１２に供給されて発電する燃料電池１０を備えた燃料電池システムにおいて、改質装置２０で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用する。これにより、上述した作用効果を発揮する改質装置２０を備えた燃料電池システムを提供することができる。
【０１１１】
また、起動シーケンス中においてバーナ２５の燃焼、燃焼停止を繰り返す場合であって、バーナ２５の燃焼停止中に水蒸気の発生を検知した場合にも、本発明を適用することができる。
【０１１２】
また、上述した実施の形態では、燃焼ガスを用いて蒸発部２８で水蒸気を生成するようにしたが、ヒータ等別の熱源を用いて水蒸気を生成する構成にも本発明を適用することができる。この場合（別熱源で水蒸気を生成する場合）には、バーナ２５の着火は再着火でなく、最初の着火である場合もある。すなわち、改質水の投入開始後、蒸発部温度Ｔ１が別熱源で所定温度Ｔ１−ａ以上に加熱された後に、バーナ２５が着火されるように制御されればよい。
【０１１３】
この場合、制御装置３０は、起動運転中であってバーナ２５の燃焼停止中において、蒸発部２８での水蒸気の発生が検知された場合（蒸発部温度Ｔ１が別熱源で所定温度Ｔ１−ａ以上となった場合）には、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔＴＭ−ａだけ経過するまではバーナ２５の着火（最初の着火）を禁止し、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔＴＭ−ａだけ経過すれば、バーナ２５の着火を行うようにすればよい。このとき、水蒸気の発生検知時点からバーナ２５を着火するまでは、バーナ２５へ燃焼用空気（燃焼用酸化剤ガス）のみを供給するようにすればよい。なお、この場合の起動運転中は、起動指示を受けた時点以降の起動運転期間をいい、バーナ２５の着火・未着火は関係ない。
【０１１４】
また、蒸発部２８での水蒸気の発生の検知は、上述したように蒸発部２８の温度を測定し蒸発部温度Ｔ１を使用して行うようにしたが、これに代えて、改質部２１の出口温度を測定しその出口温度を使用して行うようにしてもよい。この場合、制御装置３０は、改質部２１の出口部の温度上昇率が所定値以上になったとき、水蒸気の生成が開始されたと判定するようにすればよい。さらに、燃焼ガス流路２６の温度を測定しその燃焼部温度を使用して行うようにしてもよい。この場合、制御装置３０は、燃焼ガス流路２６の温度低下率が所定値以上になったとき、水蒸気の生成が開始されたと判定するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示すバーナを示す断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。
【図４】図３に示す制御装置で実行される制御プログラムの概要を示すフローチャートである。
【図５】図３に示す制御装置で実行される制御プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図６】バーナの燃焼中に蒸発部での水蒸気発生を検知した場合の燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。
【図７】図３に示す制御装置で実行される制御プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図８】図３に示す制御装置で実行される制御プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図９】バーナの燃焼停止中に蒸発部での水蒸気発生を検知した場合の燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…改質部、２２…冷却部（熱交換部）、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２４…一酸化炭素浄化部（ＣＯ浄化部）、２５…バーナ、２５ａ…基部、２５ｂ…燃焼筒、２５ｂ１…仕切り板、２５ｂ２…第２噴出口、２５ｃ…オフガスノズル、２５ｃ１…第１噴出口、２５ｅ…温度センサ、２５ｇ…点火用電極、２６…燃焼ガス流路、２７…燃焼部、２８…蒸発部、２９…断熱部、３０…制御装置、４１…燃料供給管、４２…燃料ポンプ、４３…改質用燃料バルブ、４４…燃焼用燃料供給管、４５…燃焼用燃料バルブ、４６…脱硫器、５１…水蒸気供給管、５２…給水管、５３…改質水ポンプ、５４…改質水バルブ、６１…酸化用空気供給管、６２…酸化用空気ポンプ、６３…酸化用空気バルブ、６４…燃焼用空気供給管、６５…燃焼用空気ポンプ、６６…燃焼用空気バルブ、６７…カソード用空気供給管、６８…カソード用空気ポンプ、６９…カソード用空気バルブ、７１…改質ガス供給管、７２…オフガス供給管、７３…バイパス管、７４…第１改質ガスバルブ、７５…オフガスバルブ、７６…第２改質ガスバルブ、８１，８２…排気管、８９…接続管。
【図１】
2010053005.tif 000003
【図２】
2010053005.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010053005.tif 000007
【図６】
2010053005.tif 000008
【図７】
2010053005.tif 000009
【図８】
2010053005.tif 000010
【図９】
2010053005.tif 000011