(57)【要約】【課題】運転停止時における内部圧力の上昇による弊害を抑制することが可能な水素生成装置及びこれを用いた燃料電池システムを提供する。【解決手段】原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置本体１と、原料ガスを供給する原料供給器２と、水蒸気改質反応のための水を供給する水供給器３と、水素生成装置本体１から送出された可燃ガスを燃焼し、水素生成装置本体１を加熱する燃焼器４と、燃焼器４に燃焼空気を供給する空気供給器７と、制御器９とを備え、制御器９は、燃焼器４が、燃料ガス経路５を通じて流入したガスを燃焼している状態において停止処理が開始された場合、制御器９は、原料供給器２による原料ガスの供給及び水供給器による水の供給を停止し、その後、燃焼器４において燃焼が継続するよう空気供給器７による燃焼空気の供給を継続するように構成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置本体と、
前記原料ガスを前記水素生成装置本体に供給する原料供給器と、
前記水蒸気改質反応のための水を前記水素生成装置本体に供給する水供給器と、
前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口に燃料ガス経路を通じて接続され、前記燃料ガスの出口から送出されたガスを燃焼することによって前記水素生成装置本体に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器と、
前記原料供給器、前記水供給器、及び前記空気供給器の動作を制御する制御器と、を備え、
前記燃焼器が、前記燃料ガス経路を通じて流入したガスを燃焼している状態において停止処理が開始された場合、前記制御器は、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止し、その後、前記燃焼器において前記燃焼が継続するよう前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するように構成されている、水素生成装置。
【請求項２】
前記燃料ガス経路に設けられた燃料ガス弁を備え、前記制御器は、前記燃焼が継続している期間において、前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口が前記燃料ガス経路を通じて前記燃焼器に連通されるよう前記燃料ガス弁を開くように構成されている、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記燃焼器における失火を検知する失火検知器を備え、前記制御器は、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記燃料ガス弁を閉じるよう構成されている、請求項１または２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記燃焼器に設けられた着火器を備え、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止後において、前記着火器を着火動作させるよう構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記燃焼器における失火を検知する失火検知器を備え、前記制御器は、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記着火器の着火動作を停止するよう構成されている、請求項４に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記着火器の前記着火動作が開始してから所定時間経過したら前記着火動作を停止するよう構成されている、請求項４に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するよう構成されている、請求項６に記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器の操作量を増加させるよう構成されている、請求項６に記載の水素生成装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給された前記燃料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。
【請求項１０】
前記水素生成装置本体内の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記燃料電池システムは、前記水素生成装置の前記停止処理を含むその停止処理において、前記制御器が前記温度検知器により閾値以下の温度を検知すると、前記原料供給器により前記原料ガスを前記燃料電池のカソードに供給するカソードパージを行うよう構成されており、前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、少なくとも前記カソードパージを開始するまでの間、前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するよう構成されている、請求項９に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置、及びその水素生成装置を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、都市ガスやＬＰガス等の原料ガスを水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置と、水素生成装置で生成された水素リッチな燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池とを備える。そのような水素生成装置は、原料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器と、この生成された改質ガスを変成する変成器と、変成された改質ガスの一酸化炭素濃度を低減するＣＯ除去器と、を内蔵している。
【０００３】
このような水素生成装置においては、原料ガスはまず改質器に供給される。そして、そこで、原料ガスあるいは水素生成装置で生成される水素リッチな燃料ガスを燃焼させる燃焼器の燃焼熱によって加熱される。また、水蒸気改質反応に必要な水が改質器に供給される。供給された水は、燃焼器の燃焼熱によって水蒸気となり、原料ガスと水蒸気改質反応する。それにより水素リッチな燃料ガスが生成される。ここで、改質器の温度は、供給される原料ガスのうち８５〜９０％程度が水蒸気改質可能となる温度、例えば７００℃程度となるように制御される。この改質器の温度制御は燃焼器の燃焼量を制御することにより行われる。生成された水素リッチな燃料ガスには、一酸化炭素ガスが１０％程度含まれる。この一酸化炭素ガスが、燃料電池に供給されると、燃料電池の白金触媒が劣化し、電圧が低下するので、一酸化炭素ガスを低減する必要がある。そこで、水素リッチな燃料ガスは、変成器に供給され、その含有する一酸化炭素ガス及び水蒸気が、両者のシフト反応により、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成される。この反応に必要な水蒸気にも、改質器に供給される水蒸気が用いられる。このシフト反応により、変成後の燃料ガス中の一酸化炭素ガスの濃度は約５０００ｐｐｍに低減される。
【０００４】
この変成された燃料ガスは、ＣＯ除去器に供給され、そこで、酸化反応によりその残留一酸化炭素が二酸化炭素ガスに変えられる。その結果、ＣＯ除去器から送出される水素リッチな燃料ガスの一酸化炭素濃度は約１０ｐｐｍ以下に低下される。
【０００５】
このように水素生成装置で生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料電池に供給され、そこで酸化剤ガスと電気化学反応して電気と熱とが発生する。
【０００６】
このような水素生成装置において、水素リッチな燃料ガスを生成する反応の鍵を握るのが改質器、変成器、及びＣＯ除去器の各々に使われている触媒であり、触媒性能が、水素生成装置及び燃料電池システムの性能及び信頼性を大きく左右する。改質触媒及び変成触媒は、その雰囲気に酸素があると酸化され、触媒が劣化する。また、高温の水蒸気に曝されると、水蒸気による酸化により劣化する。触媒が劣化すると、改質器での水蒸気改質反応により生成される水素量が低下するとともに、変成器での変成反応により低減される一酸化炭素量も減ることとなる。その結果、燃料電池での電気化学反応に必要な水素量を確保することができなくなるので、燃料電池での発電ができなくなることに加えて、一酸化炭素により燃料電池の白金触媒が被毒して劣化し、燃料電池の性能及び寿命が著しく損なわれることが想定される。このため、改質触媒及び変成触媒の酸化を防ぐことが燃料電池システム全体にとって非常に重要となる。
【０００７】
そこで、改質触媒及び変成触媒の酸化を防ぐために、水素生成装置の運転停止時に、まず改質器への原料ガス及び水の供給を停止し、その後、改質器内部が所定温度以下になった時点で原料ガスを供給することで水素生成装置内を還元雰囲気の状態に保つようにした水素生成装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）
図５は、上記特許文献１に記載された従来の水素生成装置の構成を示すブロック図である。
【０００８】
図５に示すように、従来の水素生成装置は、原料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器２８と、改質器２８を加熱する燃焼器２９と、水蒸気と一酸化炭素ガスとを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器３０と、一酸化炭素選択酸化で一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ除去器３１と、改質器２８への原料ガスの供給を遮断する原料弁３２と、ＣＯ除去器３１の出口部に設けられた燃料ガス弁３３と、改質器２８の内部の温度を検知する改質温度検知器３４と、変成器３０の内部の温度を検知する変成温度検知器３５と、水素生成装置内の圧力を検知できるように原料ガスの改質器２８の入口部に設けられた圧力検知器３６とを備える。
【０００９】
この特許文献１に記載された水素生成装置は、運転停止時において、原料弁３２を閉じることで原料ガスの供給を停止すると共に、水の供給も停止し、さらに燃料ガス弁３３も閉じる。これにより、改質器２８及び変成器３０を還元性ガスである水素リッチな燃料ガスで満たす。その後、改質温度検知器３４又は変成温度検知器３５が所定温度以下になった時、原料弁３２と燃料ガス弁３３とを開放し、改質器２８及び変成器３０の内部のガスを原料ガスでパージする。原料ガスは炭化水素であるので、水素生成装置３０の内は還元雰囲気に保たれる。ここで、所定温度とは、原料ガス中に含まれる炭素が分解析出しない温度である。
【００１０】
そして、改質器２８及び変成器３０の温度がさらに低下すると、これらの内部圧力が低下し、そのままの状態では負圧状態になる。そこで、圧力検知器３６の検知圧力が所定の圧力以下になった時に、原料弁３２を開放し、原料ガスを改質器２８及び変成器３０に供給することでこれらの内部を正圧に維持する。
【００１１】
このように、上記従来の水素生成装置では、改質器２８及び変成器３０の内部を還元雰囲気に保つことで、改質触媒及び変成触媒の劣化を抑制しようとしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−３０７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来の水素生成装置では、上述のように運転停止時に、原料ガスと共に水の供給をも停止するとともに、ＣＯ除去器３１の出口部に設けられた燃料ガス弁３３も閉じるよう構成されているが、水の供給を停止しても即座に蒸発反応が停止することはなく、改質器２８が有する余熱により、改質器２８内に残留する水が完全に蒸発するまでは蒸発反応が継続する。その結果、水素生成装置内の圧力が水蒸気発生により上昇するため、水素生成装置の耐圧設計、例えば筐体の材質の高耐圧化や肉厚増加等の設計対応が必要となり、低コスト化及びコンパクト化に不利になる。
【００１４】
また、停止後の温度低下により改質器２８内のガスは収縮するが、上述のように運転停止時に燃料ガス弁３３も閉じるよう構成されている場合、パージ、保圧または再起動を行うために原料弁３２を開放する際に改質器２８の温度によっては原料経路側の圧力よりも改質器２８の内圧が高く、改質器内部から水蒸気が原料供給側に逆流し、原料供給路の流路閉塞により原料が適切に供給されない可能性がある。
【００１５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、運転停止時における内部圧力の上昇による上記弊害を抑制することが可能な水素生成装置及びこれを用いた燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置本体と、前記原料ガスを前記水素生成装置本体に供給する原料供給器と、前記水蒸気改質反応のための水を前記水素生成装置本体に供給する水供給器と、前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口に燃料ガス経路を通じて接続され、前記燃料ガスの出口から送出されたガスを燃焼することによって前記水素生成装置本体に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器と、前記原料供給器、前記水供給器、及び前記空気供給器の動作を制御する制御器と、を備え、前記燃焼器が、前記燃料ガス経路を通じて流入したガスを燃焼している状態において停止処理が開始された場合、前記制御器は、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止し、その後、前記燃焼器において前記燃焼が継続するよう前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するように構成されている。
【００１７】
この構成によれば、改質器への原料ガス及び水の供給停止後も、水素生成装置本体の燃料ガスの出口が燃料ガス経路を通じて燃焼器と連通しているので、水素生成装置本体内の圧力が残留する水の蒸発により上昇することが防止される。また、その際に、水素生成装置本体の燃料ガスの出口が燃料ガス経路を通じて燃焼器と連通した状態で燃焼器の燃焼が継続するよう空気供給器の操作量が制御されるので、水素生成装置本体内で生成した水蒸気により押し出された可燃ガスが未燃焼の状態で排出されることを抑制することができる。
【００１８】
前記水素生成装置は、前記燃料ガス経路に設けられた燃料ガス弁を備え、前記制御器は、前記燃焼が継続している期間において、前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口が前記燃料ガス経路を通じて前記燃焼器に連通されるよう前記燃料ガス弁を開くように構成されていてもよい。
【００１９】
前記水素生成装置は、前記燃焼器に設けられた着火器を備え、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止後において、前記着火器を着火動作させるよう構成されていてもよい。ここで、「原料ガス及び水の供給の停止後において着火器を着火動作させる」とは、少なくとも原料ガス及び水の供給の停止後の燃焼継続期間内において、所定時間着火器を着火動作させることを意味する。従って、原料ガス及び水の供給の停止後の燃焼継続期間全体に亘って継続して着火器を着火動作させなくてもよい。また、これは、着火器の着火動作の開始時期が原料ガス及び水の供給の停止後であることを意味するものではなく、着火動作の開始は、原料ガス及び水の供給の停止前に予め開始してもよい。
【００２０】
前記水素生成装置は、前記燃焼器における失火を検知する失火検知器を備え、前記制御器は、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記着火器の着火動作を停止するよう構成されていてもよい。
【００２１】
前記制御器は、前記着火器の前記着火動作が開始してから所定時間経過したら前記着火動作を停止するよう構成されていてもよい。
【００２２】
前記水素生成装置は、前記燃焼器における失火を検知する失火検知器を備え、前記制御器は、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記燃料ガス弁を閉じるよう構成されていてもよい。この構成によれば、水素生成装置本体内が外気と遮断されるため、その後、水素生成装置の温度が低下した場合に、水素生成装置内のガス経路への外気の侵入が遮断され、改質触媒等の酸化による劣化を抑制することができる。
【００２３】
前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するよう構成されていてもよい。この構成によれば、燃焼器が失火する直前は、燃焼状態が不安定になっているため、不完全燃焼の燃焼排ガスが大気へ排出される可能性があるが、燃料ガス弁を閉じた後も空気供給器から継続して空気が供給されるので不完全燃焼の燃焼排ガス中に含まれる未燃焼の可燃ガスや一酸化炭素が希釈されて排出され、安全性を確保することができる。
【００２４】
また、前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器の操作量を増加させるよう構成されていてもよい。この構成によれば、不完全燃焼の燃焼排ガスがより希釈されて排出されるので、より安全性を確保することができる。
【００２５】
また、本発明の燃料電池システムは、上記水素生成装置と、前記水素生成装置から供給された前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。
【００２６】
前記燃料電池システムは、前記水素生成装置本体内の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記燃料電池システムは、前記水素生成装置の前記停止処理を含むその停止処理において、前記制御器が前記温度検知器により閾値以下の温度を検知すると、前記原料供給器により前記原料ガスを前記燃料電池のカソードに供給するカソードパージを行うよう構成されており、前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、少なくとも前記カソードパージを開始するまでの間、前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するよう構成されていてもよい。
【００２７】
この構成によれば、カソードパージを行うまでの間、空気供給器が動作し続けるので、燃焼器を介して水素生成装置本体内部の温度を早く低下させることができる。それにより、カソードパージを行うまでの時間を短縮することできる。その結果、燃料電池の劣化を抑制でき、かつ燃料電池システムの停止処理時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上記のように構成され、水素生成装置及びこれを用いた燃料電池システムにおいて、水素生成装置の運転停止時における内部圧力の上昇による弊害が起きる可能性を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の水素生成装置の停止処理の内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図３の燃料電池システムの停止処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】従来の水素生成装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００３１】
（実施の形態１）
［構成］
図１は本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態の水素生成装置１０１は、水素生成装置本体１と、原料供給器２と、水供給器３と、燃焼器４と、燃料ガス経路５と、燃料ガス弁６と、燃焼空気供給器７と、失火検知器８と、制御器９とを主な構成要素として備えている。
【００３３】
原料供給器２は、原料経路１３上に配設され、原料経路１３を通じて原料ガスを後述する水素生成装置本体１の改質器１０に供給する。原料供給器２は、例えばプランジャーポンプで構成されている。原料ガスは、水蒸気改質反応により水素リッチなガスに改質できるガスであることが必要である。原料ガスとして、一般的には炭化水素系のガスが用いられる。炭化水素系のガスとして、例えば、天然ガス、都市ガス等が挙げられる。
【００３４】
原料経路１３には原料供給器２より下流側に原料弁５２が設けられている。原料弁５２は例えば開閉弁で構成される。
【００３５】
水供給器３は水供給経路１４を通じて水を水素生成装置本体１の改質器１０に供給する。水供給器４は、例えば、貯水槽、市水等の水源の水を圧送するポンプで構成される。
【００３６】
水素生成装置本体１は、改質器１０と、変成器１１と、ＣＯ除去器１２とを備えている。水素生成装置本体１は、例えば、容器状に形成されており、その容器の内部空間を区画するようにして、改質器１０と変成器１１とＣＯ除去器１２とが形成されている。
【００３７】
改質器１０は、改質触媒（図示せず）を備えている。改質触媒として、例えば、ＲｕまたはＮｉを触媒金属として改質触媒が用いられる。改質器１０は、水供給器３から供給される水を燃料器４から供給される熱で加熱して水蒸気を生成する。そして、この水蒸気と原料供給器２から供給される原料ガスとを改質触媒の作用により水蒸気改質反応させて、水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成する。この水蒸気改質反応には燃焼器４から供給される熱が用いられる。改質器１０の温度は、供給される原料ガスのうち８５〜９０％程度が水蒸気改質可能となる温度、例えば７００℃程度となるように制御される。改質器１０には、当該改質器１０の温度を検出する温度検知器２７が設けられている。温度検知器２７は、白金測温抵抗体、サーミスタ等の温度センサで構成されている。この温度検知器２７で検出される改質器１０の温度は制御器９に入力される。
【００３８】
変成器１１は、変成触媒を備えている。変成触媒として、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒が用いられる。変成器１１は、改質器１０で生成された水素リッチな燃料ガスを、変成触媒の作用により変成する。具体的には、水素リッチな燃料ガスが含有する一酸化炭素ガス及び水蒸気が、両者のシフト反応により、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成される。このシフト反応により、水素リッチな燃料ガス中の一酸化炭素ガスの濃度が約５０００ｐｐｍに低減される。
【００３９】
ＣＯ除去器１２は、酸化触媒を備えている。酸化触媒として、例えば、Ｐｔを含む触媒が用いられる。ＣＯ除去器１２は、変成器１１で変成された水素リッチな燃料ガスに酸化空気供給源（図示せず）から供給される空気を混合し、酸化触媒の作用により当該水素リッチな燃料ガス中の一酸化炭素を当該空気中の酸素と酸化反応させる。それにより、当該水素リッチな燃料ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素ガスに変わる。その結果、ＣＯ除去器１２から送出される水素リッチな燃料ガスの一酸化炭素濃度が約１０ｐｐｍ以下に低下される。
【００４０】
燃料ガス経路５は、水素生成装置本体１のＣＯ除去器１２から送出される水素リッチな燃料ガス（以下、単に燃料ガスという場合がある）を、当該燃料ガスを消費する機器（ここでは燃料電池）を経由して燃焼器４に導く経路である。燃料ガス経路は、一般的には、水素生成装置本体１から燃料電池の内部燃料ガス経路へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、燃料電池の内部に形成された上述の内部燃料ガス経路（図１に点線で示す）と、この内部燃料ガス経路から排出される未消費（未反応）の燃料ガス（アノードオフガス）を燃焼器４へ導く燃料ガス排出経路とで構成される。なお、水素生成装置本体１の起動時に燃料電池をバイパスして水素生成装置本体１から燃焼器４へ燃料ガスを導くバイパス路が設けられる場合があり（図３参照）、この場合には、当該バイパス路も燃料ガス経路５を構成する。
【００４１】
燃料ガス経路５の燃焼器４に近い側の部分には燃料ガス弁６が配設されている。燃料ガス弁は、例えば開閉弁で構成され、その開閉により、燃料ガス経路５を導通（開放）及び遮断（閉鎖）する。
【００４２】
燃焼器４は、燃料ガス経路５から供給される燃焼ガスとしての燃料ガスを燃焼空気供給器７から供給される空気と混合して燃焼させる。この燃焼による燃焼排ガスは燃焼排ガス経路（図示せず）を通ってその排気口から水素生成装置１０１の外部に排出される。この燃焼排ガス経路は、これを通流する燃焼排ガスが水素生成装置本体１の改質器１０と熱交換するよう構成されている（図示せず）。この構成により、燃焼器４で燃料ガスを燃焼させると、発生した燃焼排ガスにより改質器１０が加熱される。なお、この構成により、後述するように、燃焼器４の失火後、燃焼器４に燃焼空気を供給すると、燃焼空気が改質器１０と熱交換して改質器１０が冷却される。燃焼器４は、例えば、火炎バーナで構成されている。燃焼器４は、着火器５１を備えていて、制御器９からの着火指令により、着火器５１が動作して燃焼器４が着火する。
【００４３】
燃焼器４には、燃焼器４が失火したことを検知する失火検知器８が設置されている。失火検知８の検知信号は制御器９に入力される。失火検知器４は、例えば、フレームロッドで構成されている。
【００４４】
燃焼空気供給器７は、燃焼器４に燃焼空気を供給する。燃焼空気供給器７は、例えば、シロッコファンで構成されている。
【００４５】
制御器９は、本実施の形態では、水素生成装置１０１の全体の動作を制御する。具体的には、制御器９には水素生成装置１０１の所要の検知器（図示せず）からの検知信号及び入力装置（図示せず）からの入力情報（指令、入力データ等）が入力され、制御器９はこれらの入力に基づいて所要の処理を行う。そして、その処理に基づいて、所要の構成要素に制御信号を出力してこれを制御するとともに出力装置（図示せず）に所要の情報を出力する。特に、制御器９は、原料供給器２、水供給器３、燃料ガス弁６、燃焼空気供給器７、及び着火器５１を制御して停止処理を行う。この停止処理において、失火検知器８から入力される検知信号と温度検知器２７から入力される改質器１０の温度とが用いられる。
【００４６】
制御器９は、演算部（図示せず）と記憶部（図示せず）と計時器５３とを備えていて、演算部が記憶部に記憶された所定のプログラムを読み出して実行することにより、上述の制御が遂行される。制御器９は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、演算部がそのＣＰＵにより構成され、記憶部がその内部メモリにより構成される。計時器５３は、記憶部に格納されたプログラムにより実現される機能である。
【００４７】
ここで、本発明において、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する制御器群をも意味する。それ故、制御器９は、必ずしも単独の制御器で構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して水素生成装置１０１を制御するように構成されていてもよい。
【００４８】
［動作］
次に、以上のように構成された水素生成装置１０１の動作を説明する。この動作は制御器９の制御により遂行される。水素生成装置１０１は、水素生成装置１０１を停止状態から水素生成装置１０１を暖機し、安全かつ円滑に一酸化炭素濃度の低い水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成運転に移行させる起動処理と、燃料ガス生成を行う燃料ガス生成運転と、水素生成装置１０１を燃料ガス生成運転から安全かつ円滑に停止させる停止処理との少なくとも３つの動作モードを有する。
【００４９】
まず、起動処理及び燃料ガス生成運転を簡略化して説明する。水素生成装置１０１は、制御器９からの起動開始の制御信号により起動する。具体的には、制御器９は、燃料ガス弁６に開指令を出す。これにより、燃料ガス弁６が開いて燃料ガス経路５が導通する(開放される)。その後、制御器９は、原料供給器２、水供給器３、燃焼空気供給器７に作動指令を出すとともに燃焼器４の着火器５１に着火指令を出す。また、原料弁５２を開放する。これにより、原料供給器２は原料経路１３を通じて水素生成装置本体１に原料ガスを供給する。また、水供給器３は水供給経路１４を介して水素生成装置１に水を供給する。また、燃焼器４は着火する。これにより、水素生成装置本体１は水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する。そして、この燃料ガスが燃料ガス経路５を通じて、燃料ガスを消費する機器（ここでは燃料電池）に供給され、そこで消費されなかった燃料ガス（アノードオフガス）が燃焼器４に導かれる。そして、燃焼器４でこのアノードオフガスが燃焼空気供給器７から供給される燃焼空気と混合されて燃焼する。そして、この燃焼により発生した燃焼排ガスが改質器１０と熱交換してこれを加熱する。これにより、改質器１０における水蒸気改質反応が進行する。
【００５０】
次に、本発明を特徴付ける停止処理を説明する。
【００５１】
図２は図１の水素生成装置の停止処理の内容を示すフローチャートである。この停止処理は、制御器９の記憶部に格納された停止処理プログラムを制御器９の演算部が読み出して実行することにより、遂行される。
【００５２】
図２において、水素生成装置１０１は、制御器９からの停止処理開始の制御信号により停止処理を開始する。
【００５３】
まず、制御器９は、原料供給器２を制御して原料ガスの供給を停止する（ステップＳ１）。このとき、制御器９は、原料ガスの供給を停止した後、原料弁５２を閉じる。次いで、制御器９は、水供給器３を制御して水の供給を停止する（ステップＳ２）。この原料ガスの供給停止及び水の供給停止は、逆の順序でもよく、同時でもよい。
【００５４】
次いで、制御器９は、着火器５１を動作させる（ステップＳ３）。
【００５５】
次いで、制御器９は、失火検知器８が失火を検知するのを監視する（ステップＳ４でＮＯ）。
【００５６】
ここで、水の供給を停止しても即座に蒸発反応が停止することはなく、改質器１０内に残留する水が完全に蒸発するまでは蒸発反応が継続する。それにより、改質器１０内のガスの体積の増加が継続する。一方、従来例と異なり、本実施の形態では、原料ガス及び水の供給停止から失火検知器８による失火検知までの間、燃料ガス弁６は運転時と同様に開いたままであり、燃料ガス経路５を通じて水蒸気を含む水素リッチな燃料ガスが燃焼器４に供給される。ここで、原料ガス及び水の供給が停止された後においては、改質器１０内で生成されるガスは必ずしも燃料ガスとしての所定の組成を有しないので、以下、これを「可燃ガス」と称する場合がある。また、燃焼空気供給器７は燃焼器４への燃焼用空気の供給を継続する。これにより、燃焼器４は燃焼を継続する。ところで、上記原料及び水の供給停止後においては、改質器１０内の水蒸発により押し出されて燃焼器４に供給されるガス中に含まれる可燃ガスの量が次第に低下する等して燃焼器４が失火しやすくなる。しかし、本実施の形態では、その間、着火器５１が着火動作を継続するので、燃焼器４が失火しても直ぐ着火する。このため、この改質器１０から押し出されてくるガス中の可燃ガスの燃焼の継続が延長される。このように、ステップＳ４は、本発明を特徴付ける燃焼継続ステップである。その結果、水素生成装置本体１内の圧力が残留する水の蒸発により上昇することが防止される。また、水素生成装置本体１の耐圧設計が容易になり、例えば、水素生成装置本体１の筐体に低コストの材料を用いることや、筐体の肉厚を低減することも可能となり、低コスト化及びコンパクト化を実現できる。また、水蒸気を含む水素リッチな燃料ガスをそのまま大気に排出すると、燃焼排ガスの排出口付近に着火源がある場合、発火や爆発等の恐れがあるが、本実施の形態ではそれらを燃焼させることで上記問題の発生を抑制することができる。
【００５７】
やがて、改質器１０内の全ての残留水が蒸発し終わると、改質器１０内のガスの体積増加が止んで燃料ガス経路５から燃焼器４への可燃ガス（水素生成装置本体１で生成されたガス）の供給が止む。これにより、燃焼器４が失火する。すると、失火検知器８がこの失火を検知して、失火検知信号を制御器９に出力する。制御器９はこの失火検知信号を受けて燃焼器４の失火を検知する（ステップＳ４でＹＥＳ）。
【００５８】
制御器９は、失火を検知すると、着火器５１の着火動作を停止させる（ステップＳ５）。
【００５９】
次に、制御器９は、燃料ガス弁６を閉じる（ステップＳ６）。これにより、水素生成装置本体１の内部のガス経路が外気と遮断されて、その後、水素生成装置の温度が低下した場合に、水素生成装置内のガス経路への外気の侵入が遮断され、改質触媒及び変成触媒の酸化による劣化が防止される。
【００６０】
次に、制御器９は、燃焼空気供給器７の操作量（空気供給器の出力）を増加させる（ステップＳ７）。本実施の形態では、燃焼空気供給器７の操作量（出力）が最大になるように制御する。なお、燃焼空気供給器７の上記増加後の操作量は、必ずしも最大にする必要はなく、少なくとも燃料電池システム１０２が最大電力で発電運転している際における操作量よりも大きければ構わない。この操作量の増加により、燃焼空気供給器７が供給する燃焼空気の量が増加する。ここで、燃焼器４が失火する直前は、燃焼状態が不安定になっているため、不完全燃焼の燃焼排ガスが大気へ排出される可能性があるが、このように燃料ガス弁６を閉止した後も燃焼空気の供給を継続し、かつその燃焼空気も供給量を増加させることにより、この不完全燃焼の燃焼排ガスを希釈して排出することができる。
【００６１】
次に、制御器９は、燃焼空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間の計測を開始する（ステップＳ８）。当該経過時間の計測は計時器５３を用いて行われる。
【００６２】
次に、制御器９は、燃焼用空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間が第１の停止閾値以上になるのを待機する（ステップＳ９でＮＯ）。具体的には、制御器９（正確には記憶部）には、燃焼用空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間に対する第１の停止閾値が記憶されていて、制御器９は計時器５３から入力される時間に基づき算出された燃焼空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間をこの第１の停止閾値と対比して、上記経過時間が第１の停止閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ９）。そして、上記経過時間が第１の停止閾値未満の場合には、上記経過時間が第１の停止閾値以上になるのを待機する（ステップＳ９でＮＯ）。
【００６３】
そして、上記経過時間が第１の停止閾値以上になると（ステップＳ９でＹＥＳ）、燃焼用空気供給器１５を停止する（ステップＳ１０）。なお、第１の停止閾値は、燃料ガス弁６を閉止した後に、燃焼器４内部に残存するガスを大気中にパージ可能な時間として定義される。つまり、ステップＳ９においては、燃料ガス弁６を閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器４内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量（閾値供給量）以上になったか否かを判断することを目的としており、経過時間により判断する上記ステップＳ９は、その一例である。
【００６４】
これより、停止処理が終了する。この停止処理の終了により、水素生成装置１０１が完全に停止した状態になる。
【００６５】
以上に説明したように、本実施の形態の水素生成装置１０１によれば、水素生成装置１０１の運転停止時における水素生成装置本体１の内部圧力の上昇による弊害を生じる可能性を低減することができる。なお、本実施の形態では、水素生成装置本体１内の圧力上昇を抑制することができるので、燃料ガス弁６を閉止後に水素生成装置本体１内に残存する水蒸気を含むガスのパージや燃料ガス弁６を閉止後に水素生成装置本体１内の温度低下により内圧が低下した際の水素生成装置本体１への保圧（補圧）や水素生成装置１０１の再起動のために原料ガスを供給するように構成しても、原料供給器２の下流の原料弁５２を開放した際に、改質器１０の内部から原料経路１３側へ水蒸気が逆流して、原料ガスを供給する経路上に配置された原料供給器２が水蒸気に曝され、故障が発生することを抑制することができる。
【００６６】
［着火動作に関する変形例］
＜着火動作の省略＞
上記では、原料及び水の供給停止後に着火動作を行っている。この着火動作は、原料及び水の供給停止後に改質器１０から押し出される可燃ガスの燃焼を安定して継続させることを目的として行うものである。それ故、着火動作を行うことが好ましいが、停止処理制御を簡略化する場合には、これを省略してもよい。
【００６７】
＜着火動作の開始タイミング＞
上記では、原料及び水の供給停止後に着火動作を開始しているが、着火動作は上記目的に鑑みると、原料及び水の供給停止後に行っていればよい。それ故、原料及び水の供給停止と同時又はその前に着火動作を開始してもよい。
【００６８】
＜着火動作の停止タイミング＞
着火器５１の着火動作は、換言すると、改質器１０から押し出されてくるガス中の可燃ガスの燃焼継続時間を延長するために行うものである。それ故、着火器５１の着火動作は、改質器１０からの可燃ガスの押し出しが止むまで継続することが好ましい。それ故、上記では、着火器５１の着火動作を、失火を検知した後に停止している。しかし、例え、僅かであっても燃焼器４の燃焼継続時間の延長効果が得られるという意味では、失火を検知するまで着火動作を継続する必要はなく、燃焼器４の失火を検知する前に、着火動作を停止してもよい。つまり、原料及び水の供給を停止後の燃焼継続期間内において所定時間、着火器５１を動作させれば上記延長効果が得られる。また、上記所定時間は、着火動作により燃焼器４の燃焼を継続することが可能であると推定される時間とすることが好ましい。このような推定時間は、実験、シミュレーション、演算等によって求めることができる。
【００６９】
なお、上記では、燃料ガス弁６を閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器４内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量（閾値供給量）以上になったか否かを、燃焼空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間で判断しているが、これ以外のパラメータで判断してもよい。そのようなパラメータとして、例えば、燃料ガス弁６の閉止からの経過時間等が挙げられる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１０２は、実施の形態１の水素生成装置１０１と、燃料電池１７と、酸化剤ガス供給器１９とを主な構成要素として備えている。
【００７０】
燃料電池１は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを電気化学反応させて電気と熱とを発生するものである。燃料電池１として、例えば、固体高分子電解質形燃料電池、燐酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。
【００７１】
燃料電池１７の内部には、アノードに燃料ガスを供給しそこから未消費の燃料ガスを排出する内部燃料ガス経路４３と、カソードに酸化剤ガスを供給しそこから未消費の酸化剤ガスを排出する内部酸化剤ガス経路４４とが形成されている。内部燃料ガス経路４３の上流端は、燃料ガス供給経路１６を通じて水素生成装置本体１のＣＯ除去器１２の燃料ガス出口に接続されている。燃料ガス供給経路１６にはその開閉により燃料ガス供給経路１６を導通（開放）及び遮断（閉鎖）する燃料ガス入口弁２１が配設されている。燃料ガス入口弁２１は例えば開閉弁で構成されている。燃料ガス経路４３の下流端は、燃料ガス排出経路４１を通じて燃焼器４に接続されている。燃料ガス排出経路４１にはその開閉により燃料ガス供給経路４１を導通（開放）及び遮断（閉鎖）する燃料ガス出口弁２３が配設されている。燃料ガス出口弁２３は例えば開閉弁で構成されている。
【００７２】
そして、燃料ガス供給経路１６の燃料ガス入口弁２１より上流側の部分と燃料ガス排出経路４１の燃料ガス出口弁２３より下流側の部分とを接続するように燃料電池バイパス経路２０が設けられている。燃料電池バイパス経路２０には、その開閉により燃料電池バイパス経路２０を導通（開放）及び遮断（閉鎖）する燃料電池バイパス弁２２が配設されている。燃料電池バイパス弁２２は例えば開閉弁で構成されている。
【００７３】
この構成により、燃料ガス入口弁２１と燃料ガス出口弁２３とを開き、燃料電池バイパス弁２２を閉じると、水素生成装置本体１から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給経路１６と燃料電池１７の内部燃料ガス経路４３と燃料ガス排出経路４１とを通って燃焼器４へと流れる。一方、燃料ガス入口弁２１と燃料ガス出口弁２３とを閉じ、燃料電池バイパス弁２２を開くと、水素生成装置本体１から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給経路１６と燃料電池バイパス経路２０と燃料ガス排出経路４１とを通って燃焼器４へと流れる。
【００７４】
それ故、燃料ガス供給経路１６と燃料電池１７の内部燃料ガス経路４３と燃料ガス排出経路４１とを通って燃焼器４へと流れる燃料ガスの経路と、燃料ガス供給経路１６と燃料電池バイパス経路２０と燃料ガス排出経路４１とを通って燃焼器４へと流れる燃料ガスの経路との双方が、燃料ガス経路５を構成している。
【００７５】
一方、燃料電池１７の内部酸化剤ガス経路４４の上流端は、酸化剤ガス供給経路１８を通じて酸化剤ガス供給器１９に接続されている。酸化剤ガス供給器１９は、ここでは、酸化剤ガスとしての空気を内部酸化剤ガス経路４４に供給する。酸化剤ガス供給器１９は、例えば、ブロアで構成されている。酸化剤ガス供給経路１８にはその開閉により酸化剤ガス供給経路１８を導通(開放)及び遮断（閉鎖）する酸化剤ガス弁４２が配設されている。酸化剤ガス弁４２は、例えば開閉弁で構成されている。
【００７６】
また、内部酸化剤ガス経路４４の下流端は、酸化剤ガス排出経路２４を通じて燃焼器４に接続されている。酸化剤ガス排出経路２４にはその開閉により酸化剤ガス排出経路２４を導通（開放）及び遮断（閉鎖）するカソードパージガス出口弁２６が配設されている。カソードパージガス出口弁２６は例えば開閉弁で構成されている。
【００７７】
そして、原料経路１３の原料供給器２より下流側の部分と酸化剤ガス供給経路１８の酸化剤ガス弁４２より下流側の部分とを接続するようにカソードパージガス経路４５が設けられている。カソードパージガス経路４５にはその開閉によりカソードパージガス経路４５を導通（開放）及び遮断（閉鎖）するカソードパージガス入口弁２５が配設されている。カソードパージガス入口弁２５は、例えば開閉弁で構成されている。
【００７８】
制御器９は、本実施の形態では、酸化剤ガス供給器１９、燃料ガス入口弁２１、燃料電池バイパス弁２２、燃料ガス出口弁２３、カソードパージガス入口弁２５、カソードパージガス出口弁２６、及び酸化剤ガス弁４２の動作を制御する。なお、これらの構成要素１９，２１〜２３，２５，２６，４２を制御する別の制御器を設け、その制御器と制御器９とが協働して燃料電池システムを制御するよう構成してもよい。
【００７９】
次に、以上のように構成された燃料電池システム１０２の運転動作を説明する。この動作は制御器９の制御により遂行される。燃料電池システム１０２は、燃料電池システム１０２を停止状態から水素生成装置本体１を暖機し、燃料電池システム１０２を安全かつ円滑に発電動作に移行させる起動処理と、燃料電池１７の発電を行う発電運転と、燃料電池システム１０２を発電運転から安全かつ円滑に停止させる停止処理との少なくとも３つの動作モードを有する。
【００８０】
まず、起動処理及び発電運転を簡略化して説明する。燃料電池システム１０２は、制御器９からの起動開始の制御信号により起動する。
【００８１】
燃料電池システム１０２では、停止状態（待機状態）において、燃料ガス入口弁２１、燃料電池バイパス弁２０、及び燃料ガス出口弁２３が閉じられており、後述するように、燃料電池１のアノード（正確には内部燃料ガス経路４３）には原料ガスが封止されている。また、本実施の形態では、燃料電池バイパス弁２２が、実施の形態１の燃料ガス弁６に代わってその役割を果たしており、水素生成装置本体１の内部には、実施の形態１で説明したように、原料ガスが封止されている。さらに、カソードパージガス入口弁２５、カソードパージガス出口弁２６、及び酸化剤ガス弁４２が閉じられており、後述するように、カソード（正確には内部酸化剤ガス経路４４）には原料ガスが封止されている。
【００８２】
この状態で制御器９から起動開始の制御信号が出力されると、燃料電池バイパス弁２２が開き、その後、水素生成装置１０１が起動する。この起動の動作は実施の形態１において詳述したので、ここではその重複する説明を省略する。但し、水素生成装置本体１で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給経路２６、燃料電池バイパス経路２０、及び燃料ガス排出経路４１を通じて燃焼器４に供給される。
【００８３】
そして、制御器９の記憶部には改質器１０の所定の燃料ガス供給閾値温度（第２の所定温度）が記憶されていて、制御器９は、温度検知器２７により検出される改質器１０の温度がこの燃料ガス供給閾値温度に到達すると、燃料ガス入口弁２１及び燃料ガス出口弁２３を開いて燃料電池バイパス弁２２を閉じる。これにより、水素生成装置本体１から燃料ガスが燃料電池１７のアノードに供給される。この際、アノード（内部燃料ガス経路４３）に封止されていた原料ガスは燃料ガス排出経路４１を通じて燃焼器４に排出され、そこで燃焼される。
【００８４】
また、制御器９は、酸化剤ガス弁４２及びカソードパージガス出口弁２６を開き、酸化剤ガス供給器１９から酸化剤ガス（空気）を燃料電池１７のカソードに供給する。この際、カソード（内部酸化剤ガス経路４４）に封止されていた原料ガスは酸化剤ガス排出経路２４を通じて燃焼器４に排出され、そこで燃焼される。
【００８５】
このようにして、燃料電池システム１０２は、発電動作に移行し、発電動作においては、燃料電池１７において、水素生成装置本体１から供給される燃料ガスと酸化剤ガス供給器１９から供給される酸化剤ガスとが電気化学反応して電気と熱とが発生する。発生した電気は、図示されない出力端子を通じて負荷に供給される。また、発生した熱は図示されない排熱回収システムにより回収されて、ユーザの利用に供される。
【００８６】
燃料電池１７で消費されなかった燃料ガス（アノードオフガス：燃焼ガス）は、燃焼器４に供給されてそこで燃焼される。また、燃料電池１７で消費されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、燃焼器４に供給され、そこで燃焼空気供給器７から供給される燃焼空気とともに燃焼ガスの燃焼に用いられる。
【００８７】
次に、停止処理について説明する。
【００８８】
図４は図３の燃料電池システム１０２の停止処理の内容を示すフローチャートである。この停止処理は、制御器９の記憶部に格納された停止処理プログラムを制御器９の演算部が読み出して実行することにより、遂行される。
【００８９】
図３、において燃料電池システム１０２は、制御器９からの停止処理開始の制御信号により停止処理を開始する。
【００９０】
制御器９は、まず、酸化剤ガスの供給を停止し、かつ水素生成装置１０１における可燃ガス燃焼処理を行う。具体的には、制御器９は、酸化剤ガス供給器１９による酸化剤ガスの供給を停止し、ガス酸化剤ガス弁４２を閉じる。可燃ガス燃焼処理は、実施の形態１の図２のステップＳ１〜Ｓ６をこの燃料電池システム１０２に適合するよう変形したものである。ステップＳ１〜Ｓ６については、実施の形態１において詳述したので、ここではその重複する説明を省略し、相違点を説明する。本実施の形態では、燃料電池システムの停止処理開始時には、燃料ガスは水素生成本体１から燃料電池１７の内部燃料ガス経路４３を経由して燃焼器４へと流れている。水素生成装置１０１の可燃ガス燃焼処理において、制御器９は、まず、原料ガス及び水の供給を停止する（図２のステップＳ１及びＳ２）とともに、燃料電池バイパス弁２２を開き、かつ燃料ガス入口弁２１及び燃料ガス出口弁２３を閉じる。これにより、燃料ガスが燃料電池１７のアノード（正確には内部燃料ガス経路４３）に封止される。一方、水素生成装置本体１内部の水蒸発により水素生成装置本体１から送出された可燃ガスが燃料電池バイパス経路２０を経由して燃焼器４に流れ続け、この可燃ガスについて実施の形態１と同様に燃焼処理する。
【００９１】
その後、制御器９は、失火検知器８により失火を検知すると、燃料ガス弁６に代わる燃料電池バイパス弁２２を閉じる（図２のステップＳ６参照）。これにより、原料ガスが水素生成装置本体１に封止される。
【００９２】
その後、制御器９は、燃焼空気供給器７の操作量を増加させて燃焼空気の供給を継続する（ステップＳ２２）。これは、改質器１０の温度低下を促進するためである。
【００９３】
次に、制御器９は、温度検知器２７により検知される改質器１０の温度が所定の閾値温度以下になるのを待機する（ステップＳ２２でＮＯ）。この所定の温度閾値は、以下のように定めることが好ましい。改質器１０の温度は、燃焼器４の失火後、放熱により低下する。一方、後述するカソードパージにおいては、燃料電池１７の内部酸化剤ガス流路４４より送出されたガスを燃焼器４で燃焼させるので、この燃焼により改質器１０の温度は上昇する。それ故、所定の閾値温度は、カソードパージによる改質器１０の温度上昇を加算しても改質触媒の耐熱温度以下になる温度に定めることが好ましい。換言すると、所定の閾値温度は、改質触媒の耐熱温度からカソードパージによる改質器１０の温度上昇を減算した温度以下に定めることが好ましい。
【００９４】
そして、制御器９は、温度検知器２７による検知される改質器１０の温度が所定の閾値温度以下になると、燃焼空気供給器７の操作量を次ステップ以降で実施されるカソードパージ処理時の燃焼器８での燃焼に最適な空気量を供給可能なレベルにまで低下させ（ステップＳ２４）、燃料電池１７のカソードのパージを開始する（ステップＳ２５）。その後、制御器９は、カソードパージの継続時間（以下、パージ時間という）の計測を開始する（ステップＳ２６）。このカソードパージにおいて、制御器９は、カソードパージガス入口弁２５及びカソードパージガス出口弁２６を開く。そして、原料供給器２を動作させる。これにより、カソードパージガス経路４５を通じて燃料電池１７のカソード（内部酸化剤ガス経路４４）に原料ガスが供給され、カソードに存在していた酸化剤ガスがパージされる。
【００９５】
次に、制御器９は、パージ時間が第２の停止閾値以上になるのを待機する（ステップＳ２７でＮＯ）。第２の停止閾値は、内部酸化剤ガス経路４４中の酸化剤ガスを少なくとも内部酸化剤ガス経路４４から排出可能な時間に定めることが好ましい。
【００９６】
そして、パージ時間が第２の停止閾値以上になると、制御器９は、カソードパージを停止する（ステップＳ２８）。具体的には、制御器９は、原料供給器２を停止させ、かつカソードパージガス入口弁２５及びカソードパージガス出口弁２６を閉じる。これにより、燃料電池１７のカソード（正確には内部酸化剤ガス経路４４）に原料ガスが封止され、カソードパージ処理が停止される。
【００９７】
なお、上記カソードパージ処理においては、燃料電池１７の酸化剤ガス経路に原料ガスが供給されるように構成したが、制御器９が原料ガス弁５２及び燃料電池バイパス弁２２を開放して、水素生成装置１０１内にも原料ガスを供給して、カソードパージ処理時に燃焼器４に供給される可燃性ガス量を増加させることで、燃焼器４の燃焼安定性を向上させるよう構成しても構わない。
【００９８】
次に、制御器９は、上記カソードパージ処理の停止後、燃焼空気供給器７の操作量（空気供給器の出力）を増加させる（ステップＳ２９）。本実施の形態では、燃焼空気供給器７の操作量（出力）が最大になるように制御する。なお、燃焼空気供給器７の上記増加後の操作量は、必ずしも最大にする必要はなく、少なくとも燃料電池システム１０２が最大電力で発電運転している際における操作量よりも大きければ構わない。この操作量の増加により、燃焼空気供給器７が供給する燃焼空気の量が増加する。ここで、燃焼器４が失火する直前は、燃焼状態が不安定になっているため、不完全燃焼の燃焼排ガスが大気へ排出される可能性があるが、このように燃料ガス弁としての燃料電池バイパス弁２２を閉止した後も燃焼空気の供給を継続し、かつその燃焼空気も供給量を増加させることにより、この不完全燃焼の燃焼排ガスを希釈して排出することができる。
【００９９】
次に、制御器９は、燃焼空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間の計測を開始する（ステップＳ３０）。当該経過時間の計測は計時器５３を用いて行われる。
【０１００】
次に、制御器９は、燃焼用空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間が第３の停止閾値以上になるのを待機する（ステップＳ３１でＮＯ）。具体的には、制御器９（正確には記憶部）には、燃焼用空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間に対する第３の停止閾値が記憶されていて、制御器９は計時器５３から入力される時間に基づき算出された燃焼空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間をこの第３の停止閾値と対比して、上記経過時間が第３の停止閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ３１）。そして、上記経過時間が第３の停止閾値未満の場合には、上記経過時間が第３の停止閾値以上になるのを待機する（ステップＳ３１でＮＯ）。
【０１０１】
そして、上記経過時間が第３の停止閾値以上になると（ステップＳ３１でＹＥＳ）、燃焼空気供給器７を停止する（ステップＳ３２）。なお、第３の停止閾値は、燃料ガス弁としての燃料電池バイパス弁２２を閉止した後に、燃焼器４内部に残存するガスを大気中にパージ可能な時間として定義される。つまり、ステップＳ３１においては、燃料電池バイパス弁２２を閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器４内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量（閾値供給量）以上になったか否かを判断することを目的としており、経過時間により判断する上記ステップＳ３１は、その一例である。
かくして、燃料電池システム１０２の停止処理が完了する。
【０１０２】
以上に説明した本実施の形態の燃料電池システムによれば、カソードパージにおいて水素生成装置１０１にも原料ガスを供給するよう構成した場合に、原料及び水の供給停止後の燃焼継続動作により、水蒸発により膨張した体積の大部分を大気中に排出しているので、原料供給器２の下流の原料弁５２を開放しても、改質器１０の内部から原料経路１３側への水蒸気の逆流が生じる可能性が低減される、もしくは逆流が生じてもその量を低減することが可能になる。それ故、原料経路１３に水蒸気が閉塞して、原料ガスが適切に供給できなくなる可能性を低減することができる。また、カソードパージを行うまでの間、燃焼空気供給器７が動作し続けるので、燃焼器４（正確に燃焼排ガス経路）を介して改質器１０内部の温度を早く低下させることができる。それにより、カソードパージを行うまでの時間を短縮することできる。その結果、燃料電池１７のアノードが水素雰囲気中に置かれるとともにカソードが酸素雰囲気中に置かれる時間が短縮され、燃料電池１７の劣化を抑制できるとともに、燃料電池システム１０２の停止処理時間を短縮することができる。
【０１０３】
［変形例１］
上記では、水素生成装置本体１から送出されるガス（燃料ガス又は可燃ガス）の供給先を燃料電池１７と燃料ガス排出経路４１と切り替えるガス経路切替手段として、燃料ガス入口弁２１及び燃料電池バイパス弁２２を用いたが、本変形例では、これに代えて、水素生成装置本体１から送出されるガスの供給先を燃料電池１７と燃料ガス排出経路４１と切り替える三方弁が、燃料ガス供給経路１６と燃料電池バイパス経路２０との接続部に配設されるとともに、燃料電池排出経路４１の燃料電池バイパス経路２０との接続部より下流側の部分に、実施の形態１の燃料ガス弁６に相当する開閉弁（以下、燃料ガス弁という）が配設される。なお、上記燃料ガス弁６として機能する燃料ガス弁は、水素生成装置本体１の出口から燃料電池バイパス弁を経由して燃焼器４に至る経路に設けられればよく上記配置に限定されない。
この構成においては、燃料電池システム１０２の起動時には、三方弁が、水素生成装置本体１から送出されるガスを燃料ガス排出経路４１に供給するよう切り替えられるとともに、燃料ガス弁が開かれる。燃料ガス出口弁２３は閉じられたままである。また、燃料電池システム１０２の発電動作時には、その状態から、三方弁が、水素生成装置本体１から送出されるガスを燃料電池１７に供給するよう切り替えられるとともに燃料ガス出口弁２３が開かれる。さらに、燃料電池システム１０２の停止処理時には、その状態から、三方弁が、水素生成装置本体１から送出されるガスを燃料電池バイパス経路２０に供給するよう切り替えられるとともに燃料ガス出口弁２３が閉じられる。そして、燃焼器４の失火が検知された後、燃料ガス弁が閉じられる。このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
【０１０４】
［変形例２］
本変形例では、ガス経路切替手段として、燃料電池バイパス弁２２及び燃料ガス出口弁２３に代えて、燃焼器４へ供給するガス（燃料ガス又は可燃ガス）の送出元を燃料電池バイパス経路２０と燃料電池１７との間で切り替える三方弁が燃料電池バイパス経路２０と燃料ガス排出経路４１との接続部に配設されるとともに、燃料電池排出経路４１の燃料電池バイパス経路２０との接続部より下流側の部分に、上記燃料ガス弁が配設される。なお、上記燃料ガス弁は、水素生成装置本体１の出口から燃料電池バイパス弁を経由して燃焼器４に至る経路に設けられればよく上記配置に限定されない。
この構成においては、燃料電池システム１０２の起動時には、三方弁が、燃焼器４に供給されるガスの送出元が燃料電池バイパス経路２０になるよう切り替えられるとともに、燃料ガス弁が開かれる。燃料ガス入口弁２１は閉じられたままである。これにより、水素生成装置本体１から送出されるガス（不完全な燃料ガス）が燃料電池バイパス経路２０を経由して燃焼器４に供給される。また、燃料電池システム１０２の発電動作時には、その状態から、三方弁が、燃焼器４に供給されるガスの送出元が燃料電池１７になるよう切り替えられるとともに燃料ガス入口弁２１が開かれる。これにより、水素生成装置本体１から送出される燃料ガスが燃料電池１７を経由して燃焼器４に供給される。さらに、燃料電池システム１０２の停止処理時には、その状態から、三方弁が、燃焼器４に供給されるガスの送出元が燃料電池バイパス経路２０になるよう切り替えられるとともに燃料ガス入口弁２１が閉じられる。これにより、水素生成装置本体１から送出される可燃ガスが燃料電池バイパス経路２０を経由して燃焼器４に供給される。そして、燃焼器４の失火が検知された後、燃料ガス弁が閉じられる。このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
【０１０５】
［変形例３］
上記では、水素生成装置１０１における可燃ガス燃焼処理（ステップＳ２１）において、燃料電池バイパス弁２２が開かれ、燃料電池バイパス経路２０を通じて、改質器１０から押し出される可燃ガスが燃焼器４に供給される。これに対し、本変形例では、水素生成装置１０１における可燃ガス燃焼処理（ステップＳ２１）において、燃料電池バイパス弁２２が閉じられ、燃料ガス入口弁２１及び燃料ガス出口弁２３開かれる。これにより、燃料ガス供給経路１６、燃料電池１７の内部燃料ガス経路４３、及び燃料ガス排出経路４１を通じて、改質器１０から押し出される可燃ガスが燃焼器４に供給され、燃焼器４において可燃ガスの燃焼が継続される。この場合、燃料ガス入口弁２１及び燃料ガス出口弁２３が燃料ガス弁として機能する。そこで、失火検知器８により失火が検知されると、燃料ガス弁として燃料ガス入口弁２１及び燃料ガス出口弁２３のいずれか又は双方が閉じられる。これ以外の点は上記と同様である。このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
【０１０６】
なお、上記では、燃料ガス弁としての燃料ガス入口弁２１及び燃料ガス出口弁２２の少なくともいずれかを閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器４内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量（閾値供給量）以上になったか否かを、燃焼空気供給器７の操作量を増加させてからの経過時間で判断しているが、これ以外のパラメータで判断してもよい。そのようなパラメータとして、例えば、燃料ガス弁としての燃料ガス入口弁２１及び燃料ガス出口弁２２の少なくともいずれかを閉止してからの経過時間等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明に係る水素生成装置は、燃料電池システムに用いられる水素生成装置等として有用である。
【０１０８】
本発明に係る燃料電池システムは、家庭用等の用途において用いられる燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  水素生成装置本体
２  原料供給器
３  水供給器
４  燃焼器
５  燃料ガス経路
６  燃料ガス弁
７  空気供給器
８  失火検知器
９  制御器
１０  改質器
１１  変成器
１２  ＣＯ除去器
１３  原料経路
１４  水供給経路
１５  燃焼空気供給経路
１６  燃料ガス供給経路
１７  燃料電池
１８  酸化剤ガス供給経路
１９  酸化剤ガス供給器
２０  燃料電池バイパス経路
２１  燃料ガス入口弁
２２  燃料電池バイパス弁
２３  燃料ガス出口弁
２４  酸化剤ガス排出経路
２５  カソードパージガス入口弁
２６  カソードパージガス出口弁
２７  温度検知器
２８  改質器
２９  燃焼器
３２  原料弁
３３  燃料ガス弁
３４  改質温度検知器
３５  変成温度検知器
３６  圧力検知器
４１  燃料ガス排出経路
４２  酸化剤ガス弁
４３  内部燃料ガス経路
４４  内部酸化剤ガス経路
４５  カソードパージガス経路
５１  着火器
５２  原料弁
５３  計時器
１０１  水素生成装置
１０２  燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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