(57)【要約】【課題】水素生成装置の停止処理における冷却動作が、停止処理を実行する場合の状況に応じて実行されるよう最適化されていない。【解決手段】改質器１６と、燃焼器１０２ａと、燃焼空気供給器１１７と、制御器１１０と、停止操作器１２０と、を備える水素生成装置であって、燃焼空気供給器１１７は、停止処理において、燃焼器１０２ａに燃焼空気を供給することで、該燃焼器１０２ａを冷却し、制御器１１０は、通常の停止処理における水素生成装置１０２の冷却量よりも、操作者による停止操作器１２０への入力操作による停止処理における水素生成装置１０２の冷却量の方が多くなるように燃焼空気供給器１１７を制御するように構成されている、水素生成装置。【選択図】図１
2010168242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、制御器と、を備える水素生成装置であって、
操作者の入力操作により前記水素生成装置の運転を停止させるための停止操作器を備え  、
前記制御器は、通常の停止処理における前記水素生成装置の冷却量よりも、操作者による前記停止操作器への入力操作による停止処理における前記水素生成装置の冷却量の方が多くなるように前記燃焼空気供給器を制御する、水素生成装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記通常の停止処理を行う場合における前記燃焼器の冷却量よりも、前記入力操作による停止処理における前記水素生成装置の冷却量の方が多くなるように、前記燃焼空気供給器の動作時間及び操作量の少なくともいずれかを制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記通常の停止処理における前記燃焼空気供給器の操作量よりも、前記入力操作による停止処理における前記燃焼空気供給器の操作量を増加させるように制御することで前記水素生成装置の冷却量を増加させるように構成されている、請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記通常の停止処理における前記燃焼空気供給器の動作時間よりも、前記入力操作による停止処理における前記燃焼空気供給器の動作時間を増加させるように制御することで前記燃焼器の冷却量を増加させるように構成されている、請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記通常の停止処理完了時における前記水素生成装置の温度よりも、前記入力操作による停止処理完了時の前記水素生成装置の温度の方が低くなるように前記燃焼空気供給器を制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記入力操作による停止処理の場合よりも前記通常の停止処理の場合の方が、前記水素生成装置の温度が高い状態で、前記水素生成装置の起動処理を許可する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７】
前記制御器は、前記入力操作による停止処理において前記燃焼空気供給器の操作量を、前記水素生成装置の定格運転時の前記燃焼空気供給器の操作量よりも大きい所定の操作量以上に強制的に増加させるように前記燃焼空気供給器を制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記改質器を含むガス流路を閉空間とするための封止器を備え、
前記水素生成装置は、前記封止器により形成された前記閉空間内の圧力が低下すると、前記封止器を開放して、前記ガス流路内にガスを補給する補圧処理を実行するよう構成されており、
前記制御器は、前記通常の停止処理よりも前記入力操作による停止処理の方が、前記補圧処理の頻度を増加させる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９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムに関し、特に、水素生成装置の異常を検知した場合に停止処理を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。燃料電池システムでは、外部から燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガスを燃料電池に供給して、この供給された燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行うとともに、反応により生じた熱を回収して湯水として貯湯槽に貯え、この湯水を外部への熱供給に有効利用するシステムである。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいて、発電時に用いられる水素ガスは、その供給設備が一般的なインフラとして整備がされていないため、例えば都市ガス、ＬＰＧ等の既存のインフラから得られる原料を改質器にて水蒸気改質反応させて、水素を含有する改質ガスを生成し、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成器及び浄化器で充分に低減して、燃料ガスを生成する水素生成装置を、燃料電池に併設することが一般的である。
【０００４】
ところで、水素生成装置の停止処理において、水素生成装置を封止し、改質触媒を加熱するためのバーナに燃焼空気を供給するバーナブロアからの空気を燃料電池の運転時よりも多く供給することで改質触媒を速やかに強制冷却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、同様に水素生成装置の停止処理において、原料ガス及び水蒸気の供給を継続して、改質反応の吸熱反応を進行させる冷却動作と燃焼ファンの回転数を通常運転時よりも上げて、過剰な空気を含む排ガスにより空冷する冷却動作とを共に実行し、原料ガスのみによるパージ動作を実行しても炭素が析出しない温度にまで速やかに低下させる水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平２−１３２７７０号公報
【特許文献２】特開２００５−１６２５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された水素生成装置のような停止処理中における冷却動作は、メンテナンス作業のため水素生成装置を停止させる場合とメンテナンスを必要としない通常の停止の場合とのそれぞれの状況に応じたものとして最適化されていない。
【０００６】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、停止処理を実行する場合の状況に応じて水素生成装置の冷却動作が実行される水素生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、制御器と、を備える水素生成装置であって、操作者の入力操作により前記水素生成装置の運転を停止させるための停止操作器を備え、前記制御器は、通常の停止処理における前記水素生成装置の冷却量よりも、操作者による前記停止操作器への入力操作による停止処理（以下、入力操作による停止処理）における前記水素生成装置の冷却量の方が多くなるように前記燃焼空気供給器を制御する。
【０００８】
これにより、操作者の停止操作器への入力操作により水素生成装置の運転を停止させた場合、通常の停止処理の場合よりも水素生成装置の冷却量が増加するため、水素生成装置の低温化が促進され、メンテナンス作業をより速やかに着手することが可能になる。
【０００９】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記通常の停止処理を行う場合における前記燃焼器の冷却量よりも、前記入力操作による停止処理における前記水素生成装置の冷却量の方が多くなるように、前記燃焼空気供給器の動作時間及び操作量の少なくともいずれかを制御してもよい。
【００１０】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記通常の停止処理における前記燃焼空気供給器の操作量よりも、前記入力操作による停止処理における前記燃焼空気供給器の操作量を増加させるように制御することで前記水素生成装置の冷却量を増加させるように構成されていてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記制御器は、前記通常の停止処理における前記燃焼空気供給器の動作時間よりも、前記入力操作による停止処理における前記燃焼空気供給器の動作時間を増加させるように制御することで前記燃焼器の冷却量を増加させるように構成されていてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記通常の停止処理完了時における前記水素生成装置の温度よりも、前記入力操作による停止処理完了時の前記水素生成装置の温度の方が低くなるように前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
【００１３】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記入力操作による停止処理の場合よりも前記通常の停止処理の場合の方が、前記水素生成装置の温度が高い状態で、前記水素生成装置の起動処理を許可するように構成されていてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記制御器は、前記入力操作による停止処理において前記燃焼空気供給器の操作量を、前記水素生成装置の定格運転時の前記燃焼空気供給器の操作量よりも大きい所定の操作量以上に強制的に増加させるように前記燃焼空気供給器を制御してもよい。
【００１５】
さらに、本発明に係る水素生成装置では、前記改質器を含むガス流路を閉空間とするための封止器を備え、前記水素生成装置は、前記封止器により形成された前記閉空間内の圧力が低下すると、前記封止器を開放して、前記ガス流路内にガスを補給する補圧処理を実行するよう構成されており、前記制御器は、前記通常の停止処理よりも前記入力操作による停止処理の方が、前記補圧処理の頻度を増加させるように構成されていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池システムは、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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムによれば、メンテナンス作業が必要な場合において、操作者が停止操作器に入力操作して水素生成装置の運転を停止させることで、より速やかに水素生成装置のメンテナンス作業に着手することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。
【００１９】
（実施の形態１）
［水素生成装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図１においては、水素生成装置における上下方向を図における上下方向として表し、また、その一部を省略している。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置１０２は、燃焼空気供給器１１７、原料ガス供給器（原料供給器）１１２、水供給器１０５、酸化用空気供給器１１６、制御器１１０、リモコン１２０、ハウジングからなるパッケージ１１１、及び各検知器１４０〜１４５を備えており、使用者がリモコン１２０を操作することにより、水素生成装置１０２の運転開始及び運転停止を行うことができるように構成されている。パッケージ１１１内部には、水素生成装置１０２等の各機器が収納されている。なお、上記異常判定器１１０ａは、異常検知器を構成するものであり、各検知器（例えば、温度検知器）の検出値に基づき各種異常を判定する。ただし、各検知器の故障については、異常判定器１１０ａが、異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器１１０ａと当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが異常検知器として機能する。また、本実施の形態１においては、リモコン１２０が、停止操作器を構成する。リモコン１２０を用いた運転停止のための入力操作としては、例えば、リモコン１２０に設けられた運転停止指令用のボタンを操作者が押下する形態や、リモコン１２０を操作することで、運転停止入力用の画面が表示され、この状態で運転停止の確定入力をボタン操作または画面上でのタッチ操作により行う形態等が挙げられる。
【００２１】
また、水素生成装置１０２は、ここでは、円筒状に形成されており、中心軸を共有する容器１、外筒２、及び内筒３を有している。容器１は、上部に大径部が形成され、その下部に大径部より径の小さな小径部が形成された段付き円筒で構成されている。容器１の下端は、底板５により閉止されており、その上端は、環状の板部材６を介して外筒２と接続されている。なお、容器１の外側には、断熱部材４が容器１を覆うように設けられている。
【００２２】
外筒２及び内筒３の上端は、蓋部材７により閉止されている。一方、外筒２の下端は開放されていて、内筒３の下端は、内筒用底板８により閉止されている。内筒３の内部には、円筒状の輻射筒９が設けられている。
【００２３】
輻射筒９の上端は、蓋部材７により閉止されており、その下端は、開放されている。輻射筒９と内筒３との間に形成された筒状の空間は、燃焼排ガス流路１０を構成する。燃焼排ガス流路１０の下流端近傍（内筒３の上部）には、燃焼排ガス出口１１が設けられている。該燃焼排ガス出口１１には、燃焼排ガス経路５９の上流端が接続されており、その下流端は、パッケージ１１１の外部に開口されている。
【００２４】
輻射筒９の内部には、蓋部材７を貫通して下方に伸びるようにバーナ（燃焼器）１０２ａが配設されている。また、輻射筒９の内部には、着火検知器１４１及びＣＯセンサ１４２が設けられている。着火検知器１４１は、バーナ１０２ａでの着火の有無を検知し、検知信号を制御器１１０に出力するように構成されていて、ＣＯセンサ１４２は、バーナ１０２ａからの燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を検知して、検知信号を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、ここでは、着火検知器１４１として、フレームロッドを使用し、ＣＯセンサ１４２として、ＣＯ濃度センサを使用している。
【００２５】
バーナ１０２ａには、燃焼空気供給経路５６の下流端が接続されていて、その上流端は、燃焼空気供給器１１７に接続されている。なお、燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
【００２６】
また、原料ガス供給器１１２より原料ガス供給口１２に導入された原料ガスが水素生成装置１０２内部を通過して、水素利用機器１０１をバイパスするバイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに燃焼燃料として供給される。これにより、バーナ１０２ａでは、原料ガス供給器１１２から供給された燃焼燃料を、燃焼空気供給器１１７から供給された燃焼空気で燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、輻射筒９の先端（下端）から流出し、内筒用底板８の底壁に当たって反転し、そこから上方へ燃焼排ガス流路１０を流れ、燃焼排ガス経路５９に供給される。燃焼排ガス経路５９に供給された燃焼排ガスは、該燃焼排ガス経路５９を通流して、水素生成装置１０２（正確には、パッケージ１１１）外に排出される。
【００２７】
外筒２の上部には、原料ガス供給口１２が設けられていて、該原料ガス供給口１２には、原料ガス供給経路４１の下流端が接続されている。ここでは、原料ガスとして、メタンを主成分とする都市ガスが用いられており、原料ガス供給経路４１の上流端は、都市ガスの配管（図示せず）に接続されている。また、原料ガス供給経路４１には、その上流側から、第１開閉弁（封止器）７１、原料ガス供給器１１２、及び第２開閉弁（封止器）７２が設けられている。第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの通流を許可／阻止するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。また、原料ガス供給器１１２は、水素生成装置１０２に供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、ブースターポンプと流量調整弁との組合せや、流量調整弁単体で構成されている。
【００２８】
また、外筒２の上部には、水供給口１３が設けられており、該水供給口１３には、改質用水供給経路５７の下流端が接続されている。改質用水供給経路５７の上流端には、水供給器１０５が接続されている。水供給器１０５は、改質用水供給経路５７に改質用水を供給し、かつ、改質用水供給経路５７を通流する改質用水の流量を調整する。
【００２９】
外筒２と内筒３との筒状空間の下部は、改質触媒収容空間が構成されていて、該改質触媒収容空間には、改質触媒が充填された改質触媒層１４が形成されている。また、改質触媒収容空間の上方には、原料ガス及び改質用水を予熱する予熱部１５が構成されている。改質触媒収容空間、改質触媒層１４、及び予熱部１５から改質器１６が構成される。これにより、改質器１６では、バーナ１０２ａで生成された燃焼排ガスの伝熱を利用して、原料ガス供給器１１２から供給された原料ガス（メタン）と、水供給器１０５から供給された改質用水と、を予熱部１５で予熱し、予熱した原料ガスと改質用水を改質触媒層１４で水蒸気改質反応させることにより、水素を含有する水素含有ガスが生成される。
【００３０】
また、底板５と内筒用底板８との間には、空間が形成されていて、該空間が緩衝空間部１７を構成する。緩衝空間部１７の底板５の中央部分には、温度検知器１４３が配設されている。
【００３１】
温度検知器１４３は、改質器１６を通流した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を改質器１６の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４３を改質器１６の下流端よりも下方に設け、改質器１６を通流した後の水素含有ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、改質器１６の改質触媒層１４の内部に設け、改質器１６の改質触媒層１４を通流する水素含有ガスの温度を検知するように構成してもよい。
【００３２】
また、容器１と外筒２との間には、筒状の空間１８が緩衝空間部１７と連通するように形成されており、該空間１８と緩衝空間部１７が、水素含有ガス流路１９を構成する。これにより、改質器１６を通流した水素含有ガスは、改質触媒層１４の下流端から緩衝空間部１７へ流出し、底板５の底壁に当たって反転して、水素含有ガス流路１９を流通する。
【００３３】
水素含有ガス流路１９の上方にある、容器１の大径部と外筒２との筒状空間には軸方向に所定の間隔をおいて、一対の仕切り板２０、２１が配設されていて、該一対の仕切り板２０、２１によって、上記筒状空間が、変成触媒収容空間２２、空気混合部２５、及び酸化触媒収容空間２６に分割されている。
【００３４】
変成触媒収容空間２２には、変成触媒が充填された変成触媒層２３が形成されていて、変成触媒収容空間２２と変成触媒層２３から変成器２４が構成されている。また、仕切り板２０には、変成器２４と空気混合部２５とを連通するように複数の貫通孔２９が設けられており、該貫通孔２９が、変成器２４の出口２９を構成する。これにより、水素含有ガス流路１９を通流した水素含有ガスは、変成器２４に流入する。そして、水素含有ガスが、変成触媒層２３を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と水とが変成反応により、二酸化炭素と水素が生成され、一酸化炭素を低減させる。そして、一酸化炭素が低減された水素含有ガスは、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出する。
【００３５】
空気混合部２５を形成する容器１には、一酸化炭素酸化反応用の空気を供給する空気供給口３０が設けられている。空気供給口３０には、酸化用空気供給路５８の下流端が接続されていて、その上流端は、酸化用空気供給器１１６が接続されている。これにより、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出した水素含有ガスは、酸化用空気供給器１１６から供給された空気と混合される。
【００３６】
また、空気混合部２５における変成器２４の出口２９の上方には、温度検知器１４４が設けられている。温度検知器１４４は、変成器２４を通流した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を変成器２４の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４４を変成器２４の出口２９よりも上方に設け、変成器２４を通流した後の水素含有ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、変成器２４の変成触媒層２３の内部に設け、変成器２４の変成触媒層２３を通流する水素含有ガスの温度を検知するように構成してもよい。
【００３７】
酸化触媒収容空間２６には、酸化触媒が充填された酸化触媒層２７が形成されていて、酸化触媒収容空間２６と酸化触媒層２７から浄化器２８が構成されている。また、仕切り板２１には、空気混合部２５と浄化器２８とを連通するように複数の貫通孔３１が設けられており、該貫通孔３１が、浄化器２８の入口３１を構成する。さらに、空気混合部２５における浄化器２８の入口３１の下方には、温度検知器１４５が設けられている。温度検知器１４５は、浄化器２８に流入する水素含有ガスと空気の混合ガスの温度を検知し、検知した温度を浄化器２８の温度として制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、温度検知器１４５を浄化器２８の入口３１よりも下方に設け、浄化器２８を通流する前の燃料ガスの温度を検知するように構成したが、これに限定されず、浄化器２８の酸化触媒層２７の内部に設け、浄化器２８の酸化触媒層２７を通流する燃料ガスの温度を検知するように構成してもよい。
【００３８】
また、酸化触媒収容空間２６を構成する容器１の上部には、燃料ガス出口３２が設けられている。燃料ガス出口３２には、燃料ガス供給経路４２の上流端が接続されており、その下流端には、水素利用機器（例えば、燃料電池）１０１が接続されている。燃料ガス供給経路４２の途中には、燃料ガス弁（封止器）７９が設けられており、その上流側には、バイパス経路４４の上流端が接続されている。バイパス経路４４の下流端は、バーナ１０２ａに接続されている。また、バイパス経路４４の途中には、バイパス弁（封止器）８０が設けられている。
【００３９】
これにより、仕切り板２１の貫通孔３１（浄化器２８の入口３１）から、空気混合部２５で空気と混合された水素含有ガスが、浄化器２８に流入し、酸化触媒層２７を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と空気中の酸素とが、反応して、一酸化炭素が数ｐｐｍにまで低減された燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス出口３２から燃料ガス供給経路４２を通流して、水素利用機器１０１に供給される。
【００４０】
なお、本実施の形態の水素生成装置１０２においては、変成器２４及び浄化器２８を設ける形態について採用したが、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、上記変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。例えば、水素利用機器１０１が、一酸化炭素に対して被毒しにくい機器（例：固体酸化物燃料電池）である場合、上記形態が採用される。
【００４１】
また、パッケージ１１１の適所には、吸気口６１及び排気口６２が設けられている。吸気口６１及び排気口６２は、パッケージ１１１内をくまなく外気が通流するように、なるべく互いに離れて設けられていることが好ましく、排気口６２は、可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部に設けられていることが好ましい。また、排気口６２近傍には、換気ファン１１９が配置されている。なお、換気ファン１１９は、シロッコファンなどのファン類を使用することができる。
【００４２】
これにより、換気ファン１１９によって、吸気口６１から外気が吸気され、吸気された外気が排気口６２から排出される。
【００４３】
また、パッケージ１１１内には、可燃性ガスセンサ１４０が設けられている。可燃性ガスセンサ１４０は、パッケージ１１１内の可燃性ガス（例えば、原料ガスや水素ガス）の漏れ（濃度）を検知して、検知した可燃性ガスの濃度を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、可燃性ガスセンサ１４０は、可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部であって、換気ファン１１９近傍に設けられている。
【００４４】
さらに、パッケージ１１１内には、制御器１１０が設けられている。制御器１１０は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、通信部、及びカレンダー機能を有する時計部を有している（いずれも図示せず）。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、水素生成装置１０２に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理し、特に、記憶部から読み出した異常判定プログラムと各検知器１４０〜１４５から入力された検出値とに基づき異常であるかを判定して、異常と判定された当該異常が第１の異常または第２の異常に属する場合に、それぞれに対応する水素生成装置１０２の停止処理を行う。
【００４５】
ここで、本明細書において、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水素生成装置１０２の制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器１１０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、それらが協働して水素生成装置１０２を制御するように構成されていてもよい。
【００４６】
なお、本実施の形態においては、制御器１１０が、各検知器１４０〜１４５から入力された検出値が異常であるか否かを判定する構成としたが、これに限定されず、各検知器１４０〜１４５がマイコン等の演算器を備えることにより、それぞれが検知する物理量が異常であるか否かを判定する構成としてもよい。
【００４７】
また、リモコン１２０は、マイコンで構成された制御部（図示せず）、通信部（図示せず）、表示部１２０ａ、及びキー操作部１２０ｂを有していて、制御部が、通信部等を制御している。また、リモコン１２０は、制御信号を通信部で受信し、これを制御部が処理して表示部１２０ａに伝達する。また、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂから入力された操作信号が、リモコン１２０の制御部及び通信部を介して、制御器１１０に送信され、制御器１１０の通信部で受信される。そして、運転を強制的に停止させて水素生成装置１０２のメンテナンス、点検を行うような場合、水素生成装置１０２の使用者又はメンテナンス作業者（操作者）が、リモコン１２０を介して運転停止のための入力操作（停止指令入力）することにより、制御器１１０は、運転中の水素生成装置１０２を強制的に停止させる。なお、ここで言う「運転中」とは、水素生成装置１０２の起動処理中、水素供給運転中、及び停止処理中の少なくともいずれか一つを含む。このリモコン１２０で停止入力操作した際の水素生成装置１０２の停止処理（以下、強制停止処理と称する）については、後述する。
【００４８】
なお、以下の説明では、その説明を簡略化するために、制御器１１０とリモコン１２０との信号のやりとりは、双方の通信部による通信及びリモコン１２０における制御部の処理を省略して記述する。
【００４９】
［水素生成装置の動作］
次に、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２の起動処理（起動動作）について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、使用者がリモコン１２０を操作することで、制御器１１０が水素生成装置１０２を制御することにより遂行される。
【００５０】
まず、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、その弁を開放し、ついで、原料ガス供給器１１２を動作させることで、水素生成装置１０２及びバイパス経路４４を経由して原料ガスがバーナ１０２ａに導入される。また、燃焼空気が、燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介して供給される。バーナ１０２ａでは、供給された原料ガスを燃焼空気によって燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。このとき、着火検知器１４１は、バーナ１０２ａでの着火の有無を検知し、検知信号を制御器１１０に出力する。また、ＣＯセンサ１４２は、バーナ１０２ａからの燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を検知して、検知した一酸化炭素の濃度を制御器１１０に出力する。
【００５１】
そして、バーナ１０２ａで輻射筒９の先端（下端）から流出し、内筒用底板８の底壁に当たって反転し、そこから上方へ燃焼排ガス流路１０を流れ、燃焼排ガス経路５９に供給される。燃焼排ガス経路５９に供給された燃焼排ガスは、該燃焼排ガス経路５９を通流して、水素生成装置１０２（正確には、パッケージ１１１）外に排出される。このとき、燃燃焼排ガスからの伝熱により、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８が加熱される。
【００５２】
そして、温度検知器１４３で検知される温度に基づき、制御器１１０が、予熱部１５の温度が水蒸発可能な温度（例えば、１２０℃）になったと判定すると、第２開閉弁７２を開放するとともに、水供給器１０５の動作を開始させ、水素生成装置１０２の改質器１６の予熱部１５に、原料ガス供給器１１２から原料ガスが、原料ガス供給経路４１を介して供給され、また、水供給器１０５から改質用水供給経路５７を介して改質用水が供給される。そして、供給された水が予熱部で加熱されて水蒸気になり、加熱された原料ガスとともに、改質触媒層１４を通流する間に、水蒸気と原料ガスが水蒸気改質反応して、水素を含む水素含有ガスが生成される。
【００５３】
次に、改質器１６で生成された水素含有ガスは、改質触媒層１４の下流端から流出して、水素含有ガス流路１９を流通する。水素含有ガス流路１９を通流した水素含有ガスは、変成器２４に流入し、変成触媒層２３を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と水とが変成反応により、一酸化炭素が低減される。そして、一酸化炭素が低減された水素含有ガスは、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出する。このとき、温度検知器１４４は、変成器２４の出口２９から流出した水素含有ガスの温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力する。
【００５４】
次に、変成器２４の出口２９から空気混合部２５に流出した水素含有ガスは、酸化用空気供給器１１６から供給された空気と混合される。そして、空気混合部２５で空気と混合された水素含有ガスは、浄化器２８の入口３１から浄化器２８に流入する。このとき、温度検知器１４５は、浄化器２８に流入する水素含有ガスと空気の混合ガスの温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力する。
【００５５】
次に、浄化器２８に流入した水素含有ガスと空気の混合ガスは、酸化触媒層２７を通流する間に、水素含有ガス中の一酸化炭素と空気中の酸素とが、反応して、一酸化炭素が数ｐｐｍにまで低減された燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス出口３２から燃料ガス供給経路４２に供給される。
【００５６】
そして、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃、変成器２４が、２００〜２５０℃、浄化器２８が１３０〜１７０℃）を検知すると、制御器１１０は、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されたと判定して、制御器１１０は、水素生成装置１０２の起動処理を終了する。
【００５７】
次に、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２の水素供給運転（運転動作）について説明する。
【００５８】
まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が所定の温度になると、燃料ガス弁７９を開放して、燃料ガスを水素生成装置１０２から水素利用機器１０１に供給させる。なお、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されていない間は、燃料ガス弁７９は閉鎖されて、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスは、水素利用機器１０１に供給されず、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに供給される。なお、上記のように水素生成装置１０２で生成されたガスが、水素利用機器１０１に供給されず、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに供給されている間は、制御器１１０の制御により、バイパス弁８０が開放されている。また、燃料ガス中の一酸化炭素が充分に低減されて燃料ガスが水素利用機器１０１に供給される場合、制御器１１０の制御により燃料ガス弁７９が開放されるとともにバイパス弁８０も開放され、バイパス経路４４を介してバーナ１０２ａに導入された燃料ガスの燃焼により水素生成装置１０２の温度が一酸化炭素濃度の低い高品質な水素含有ガスの生成のために適切な温度に維持される。
【００５９】
次に、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理（停止動作）について説明する。なお、ここでいう通常の停止処理とは、水素生成装置１０２の運転中において、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常停止処理）や強制停止処理とは異なる停止処理のことを指す。例えば、水素利用機器１０１において、水素を利用する必要がなくなった場合に実行される停止処理であり、具体的には、水素利用機器が、水素タンクの場合、水素生成装置１０２が水素タンクへの水素供給運転中に水素タンクの容量が満ちた状態になった場合に実行される停止処理が挙げられる。他には、水素利用機器が燃料電池である場合、電力負荷の電力需要が、燃料電池の発電運転を実行する必要のない所定の閾値以下にまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になり、実行される停止処理等が挙げられる。
【００６０】
本発明においては、停止処理（停止動作）を、制御器１１０が停止信号を出力してから、燃料電池システム１００がその停止処理を完了するまでの動作として定義する。なお、水素生成装置１０２の通常の停止処理の完了後は、制御器１１０は動作していて、制御器１１０以外の部分の動作は停止しており、起動要求が発生した場合には、制御器１１０により起動指令が出力され、速やかに起動処理を開始可能な待機状態に移行する。
【００６１】
以下、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理（停止動作）について図２に基づき説明する。図２は、本発明の実施の形態１の水素生成装置１０２における通常の停止処理の一例を示すフローチャートである。
【００６２】
まず、制御器１１０により停止指令が出力されると、原料ガス供給器１１２としてのブースターポンプの動作を停止するとともに、水供給器１０５は、その動作、を停止する。また、酸化用空気供給器１１６は、その動作を停止する。これにより、水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給が停止し、空気混合部２５への酸化用空気の供給が停止する。そして、原料ガス供給経路４１上に設けられた第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止するとともに、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０を閉止し（ステップＳ１０１）、水素生成装置１０２内部を外気と遮断する（水素生成装置の封止動作）。
【００６３】
これにより、ステップＳ１０１によりバイパス弁８０が閉止されるまでの間は、バーナ１０２ａの燃焼が継続するが、ステップＳ１０１でバイパス弁８０が閉止され、バーナ１０２ａへの燃料ガスの供給が停止すると、バーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止する。
【００６４】
なお、燃焼空気供給器１１７は、バーナ１０２ａでの燃焼が停止した後も、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給が継続される。これにより、バーナ１０２ａに供給された燃焼空気が、輻射筒９の内部空間や燃焼排ガス流路１０等を通流する間にバーナ１０２ａや改質器１６等の熱を奪い、バーナ１０２ａや改質器１６等、すなわち、水素生成装置１０２全体が冷却される（水素生成装置１０２の冷却動作）。
【００６５】
そして、上記冷却動作中において、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３は、改質器１６の温度ｔ１を検知し（ステップＳ１０２）、検知された温度ｔ１が、待機可能温度（例えば、５００℃）以下である場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、燃焼空気供給器１１７は、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を停止し（ステップＳ１０４）、水素生成装置１０２の冷却動作を完了する。なお、上記待機可能温度は、水素生成装置１０２が待機状態に移行可能な温度であり、例えば、水素生成装置１０２に原料ガスのみを供給しても炭素析出することのない上限温度として定義される。
【００６６】
そして、水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作が完了すると、水素生成装置１０２は、待機状態に移行する（ステップＳ１０５）。なお、この待機状態とは、次の水素生成装置１０２の運転開始を待機している状態のことであり、例えば、所定の起動要求が発生した場合に、制御器１１０より起動指令が出力され、次の起動処理の実行に移行されるような状態として定義される。なお、上記起動要求の例としては、例えば、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して運転開始要求を行うことや、水素利用機器１０１において水素利用が必要になること等が挙げられる。このため、水素生成装置１０２が待機状態にある場合に、制御器１１０から起動処理が出力されると、上記水素生成装置１０２の起動処理が行われる。
【００６７】
上記待機状態において、水素生成装置１０２は自然放冷されるが、その際に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３が改質器１６の温度を検知し（ステップＳ１０６）、検知温度が上記待機可能温度よりも低いＦＰパージ温度（例えば、３００℃）以下になった場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２、及びバイパス弁８０は、それぞれの弁を開放し、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２に原料ガス（パージガス）が供給され（ステップＳ１０８）、水素生成装置１０２内に設けられた反応器（改質器１６等）に存在する水蒸気等のガスが、原料ガスによりパージされて、水素生成装置１０２内より掃気される（水素生成装置１０２に対するパージ処理（以下、ＦＰ（Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）パージ処理開始））。掃気されたガスは、バイパス経路４４を介して、バーナ１０２ａに送出され、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ１０９）。このＦＰパージ処理により、水素生成装置１０２内で、水蒸気が結露して、改質触媒等の触媒が劣化するのを抑制することができる。なお、上記パージ温度は、水素生成装置１０２に対する上記パージ処理時のバーナ１０２ａでの燃焼動作による改質器１６の温度上昇分を加算しても、改質器１６内の原料ガスが炭素析出しない温度として定義される。
【００６８】
そして、制御器１１０は、上記ＦＰパージ処理を開始してからの経過時間Ｔ１を計測し（ステップＳ１１０）、この経過時間Ｔ１がＦＰパージ時間Ｊ１以上になると（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、原料ガス供給器１１２を停止し、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２、及びバイパス弁８０を閉止して（ＦＰパージ処理終了）（ステップＳ１１２）、通常の停止処理を終了する。なお、上記パージ時間は、少なくとも水素生成装置１０２内の水蒸気が掃気されるのに必要な時間として定義される。
【００６９】
このように、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２では、正常な状態で運転停止に移行する場合においては、少なくとも水素生成装置１０２の機能を保護する程度の停止処理（例えば、水素生成装置１０２を外気と遮断する封止動作）を実行し、速やかに待機状態に移行するように構成されている。また、冷却動作を実行するにしても、水素生成装置１０２が再起動可能な温度状態（つまり、改質器１６の温度が待機可能温度以下の状態）になるまでの間だけ、排熱回収動作をする等の必要最低限の冷却動作を実行するように構成されている。従って、速やかに待機状態に移行できるとともに次回の起動処理は、待機状態に移行してからの経過時間によっては、水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、水素生成装置１０２の起動性が向上する。
【００７０】
なお、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２の停止処理においては、水素生成装置１０２の冷却動作を実行するよう構成されているが、水素生成装置１０２を待機状態に移行させるために適切な停止動作であれば、これに限定されるものではなく、上記冷却動作を実行しなくても構わない。例えば、水素生成装置１０２に、原料ガス供給経路４１より分岐し、バーナ１０２ａに直接、原料ガスを燃焼燃料として供給する燃焼燃料供給路が設けられ、水素生成装置１０２の起動処理の昇温工程において、この燃焼燃料供給路を介してバーナ１０２ａに燃焼燃料を用いて燃焼するよう構成されていてもよい。このように構成された水素生成装置１０２の起動処理においては、水素生成装置１０２の昇温工程において、水素生成装置１０２内に原料ガスのみを通流させる必要がないため、上記冷却動作を実行する必要がない。
【００７１】
次に、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２の強制停止処理について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置１０２における強制停止処理の主な動作を示すフローチャートである。
【００７２】
水素生成装置１０２の使用者又はメンテナンス作業者（操作者）が、リモコン１２０を操作して、停止指令信号が制御器１１０に入力されると、図３に示すように、通常の停止処理と同様に水素生成装置１０２への原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作を実行する（図２のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）ことで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ２００）。
【００７３】
燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御により、バーナ１０２ａでの燃焼が停止した後も、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を継続し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ２０１）。そして、上記冷却動作は、通常の停止処理の場合と異なり、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度が待機可能温度（例えば、５００℃）以下になっても継続する（ステップＳ２０２〜Ｓ２０４）。
【００７４】
そして、水素生成装置１０２の上記冷却動作の継続中において温度検知器１４３の検知温度がパージ温度以下になると、通常の停止処理の場合と同様にＦＰパージ処理を実行する（ステップＳ２０５〜Ｓ２１０）。ＦＰパージ処理が完了すると、燃焼空気供給器１１７を停止させ（ステップＳ２１１）、ＦＰ冷却動作を完了する。そして、強制停止処理を完了し、制御器１１０は、水素生成装置１０２を起動不許可状態に移行する（ステップＳ２１２）。ここで、起動不許可状態に移行とは、使用者が水素生成装置１０２の運転を開始するように、リモコン１２０を操作して起動指令を入力しても、制御器１１０の演算処理部が、上述した水素生成装置１０２の起動を許可せず、起動指令を出力しない状態にすることをいう。
【００７５】
なお、上記強制停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、バーナ１０２ａに供給する燃焼空気量は、水素生成装置１０２の定格運転時における供給量よりも多くなるように制御することが好ましい。具体的には、強制停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、制御器１１０が、水素生成装置１０２の定格運転時の操作量よりも大きくなるように、燃焼空気供給器１１７を制御する。これにより、水素生成装置１０２の温度がより速やかに低下し、メンテナンス作業へ移行し易くなる。なお、水素生成装置１０２の定格運転とは、水素生成装置１０２の水素供給運転時において、安定して供給可能な最大水素量を供給している運転として定義される。
【００７６】
ここで、上記強制停止処理と通常の停止処理とを比較すると、強制停止処理では、改質器１６の温度が待機可能温度以下になってから改質器１６の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、通常の停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７によるバーナ１０２ａを含む水素生成装置１０２の冷却動作を継続し、水素生成装置１０２をより速やかに冷却するよう制御する点が異なる。
【００７７】
すなわち、本実施の形態１に係る水素生成装置１０２では、強制停止処理は、通常の停止処理の場合に比して、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるように制御することで、水素生成装置１０２内の機器温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にするものである。
【００７８】
一方、通常の停止処理は、強制停止処理に比して、水素生成装置１０２の冷却量が少なくなるよう制御されるため、待機状態に移行してからの経過時間によっては、起動処理開始時において水素生成装置１０２を構成する機器温度（例えば、改質器１６）が周囲温度（外気温度）よりも高く、水素生成装置１０２を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、水素生成装置１０２の起動性が向上する可能性がある。
【００７９】
なお、本実施の形態１においては、強制停止処理は、通常の停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作時間を多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気量が多くなるように制御することで、水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御してもよい。具体的には、強制停止処理時の水素生成装置１０２の冷却動作における燃焼空気供給器１１７の操作量が、通常停止処理時の水素生成装置１０２の冷却動作における上記操作量よりも大きくなるように、制御器１１０が燃焼空気供給器１１７を制御することで実現される。
【００８０】
また、本実施の形態１においては、リモコン１２０が、停止操作器を構成したが、これに限定されず、リモコン１２０とは別に、水素生成装置１０２の運転を強制的に停止させるための停止操作器を設けてもよい。
【００８１】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図４においては、水素生成装置における上下方向を図における上下方向として表し、また、その一部を省略している。
【００８２】
図４に示すように、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置１０２は、実施の形態１に係る水素生成装置１０２と基本的構成は同じであるが、燃焼排ガス経路５９の途中に冷却器１２１が設けられている点が異なる。
【００８３】
冷却器１２１としては、熱交換器や放熱器等を使用することができる。例えば、冷却器１２１として、熱交換器を使用する場合、熱交換器の一次流路と燃焼排ガス経路５９を接続し、また、熱交換器の二次流路に水を通流するように構成し、バーナ１０２ａから排出された燃焼排ガスが、熱交換器の一次流路を通流する間に、熱交換器の二次流路を通流する水と熱交換して、冷却されるように構成する。そして、制御器１１０は、水素生成装置１０２の停止処理において、バーナ１０２ａが燃焼停止し、かつ、燃焼空気供給器１１７が作動している水素生成装置１０２の冷却動作期間中、熱交換器の二次流路に水を通流させるように制御する。これにより、水素生成装置１０２より熱回収し、燃焼排ガス経路５９を介して水素生成装置１０２外部（パッケージ１１１外部）に排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができる。なお、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２においても、実施の形態１に係る水素生成装置１０２と同様に、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。
【００８４】
なお、上記のバーナ１０２ａの燃焼停止時における燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作期間とは、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２の場合、通常の停止処理においてバーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度が待機可能温度以下になるまで動作させる冷却動作期間、または、強制停止処理において、バーナ１０２ａの燃焼停止後に燃焼空気供給器１１７を改質器１６の温度がパージ温度以下になるまで動作させる冷却動作期間を指す。
【００８５】
また、水素生成装置１０２は、強制停止処理時の方が通常の停止処理時よりも冷却量が多くなるよう制御されるが、その際に、水素生成装置１０２の冷却動作期間中におけるバーナ１０２ａに供給される燃焼空気量（燃焼空気供給器１１７の操作量）を通常の停止処理時よりも多くなるよう制御した場合、燃焼排ガス流路１０２を通流する空気により回収される熱量が多くなる。このため、制御器１１０は、通常の停止処理を行うよりも強制停止処理を行うときの方が、熱交換器の二次流路を通流する水の流量を多くするように制御することが好ましい。すなわち、制御器１１０は、通常の停止処理を行うときの冷却器１２１による排空気の冷却量よりも強制停止処理を行うときの冷却器１２１による排空気の冷却量の方が多くなるように、冷却器１２１を制御することが好ましい。
【００８６】
このように構成された本実施の形態２に係る水素生成装置１０２であっても、実施の形態１に係る水素生成装置１０２と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態２に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２の冷却動作期間中において燃焼排ガス経路５９より排出される排空気の温度が過剰に高温化するのを抑制することができ、より安全に水素生成装置１０２の停止を行うことができる。
【００８７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、実施の形態１に係る水素生成装置１０２を備える。以下、本実施の形態３に係る燃料電池システムについて詳細に説明する。
【００８８】
［燃料電池システムの構成］
図５は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、図５において、燃料電池システムにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【００８９】
図５に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、燃料電池１０１、水素生成装置１０２、酸化剤ガス供給器１０３、冷却水タンク１０４、凝縮水タンク１０５、熱交換器（放熱器）１０６、第１ポンプ（第１送出器）１０７、第２ポンプ（第２送出器）１０８、貯湯タンク１０９、制御器１１０、リモコン１２０、及びハウジングからなるパッケージ１１１を備えており、使用者がリモコン１２０を操作することにより、燃料電池システム１００の運転開始及び運転停止を行うことができるように構成されている。パッケージ１１１は、本実施の形態においては、鉛直方向に長く延びるように形成されており、該パッケージ１１１内部には、燃料電池１０１等の各機器が配設されている。
【００９０】
なお、本実施の形態３においては、リモコン１２０が、停止操作器を構成する。リモコン１２０を用いた運転停止のための入力操作としては、例えば、リモコン１２０に設けられた運転停止指令用のボタンを操作者が押下する形態や、リモコン１２０を操作することで、運転停止入力用の画面が表示され、この状態で運転停止の確定入力をボタン操作または画面上でのタッチ操作により行う形態等が挙げられる。
【００９１】
水素生成装置１０２は、改質器１６、変成器２４、浄化器２８（図１参照）、及びバーナ１０２ａを有していて、水素生成装置１０２の改質器１６の原料ガス供給口１２（図１参照）には、原料ガス供給経路４１の下流端が接続されている。ここでは、原料ガスとして、メタンを主成分とする都市ガスが用いられており、原料ガス供給経路４１の上流端は、都市ガスの配管（図示せず）に接続されている。また、原料ガス供給経路４１には、その上流側から、第１開閉弁７１、ブースターポンプ１１２ａ、流量調整弁１１２ｂ、及び第２開閉弁７２が設けられている。第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの通流を許可／阻止するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。ブースターポンプ１１２ａは、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスを昇圧するように構成され、流量調整弁１１２ｂは、原料ガス供給経路４１を通流する原料ガスの流量を調整するように構成されていて、ブースターポンプ１１２ａと流量調整弁１１２ｂが、原料ガス供給器１１２を構成する。なお、ここでは、ブースターポンプ１１２ａと流量調整弁１１２ｂが、原料ガス供給器１１２を構成したが、これに限定されず、ブースターポンプ１１２ａのみで、原料ガス供給器１１２を構成してもよい。すなわち、ブースターポンプ１１２ａが、原料ガスの昇圧及び流量調整を行うように構成してもよい。
【００９２】
バーナ１０２ａには、オフ燃料ガス経路４３の下流端が接続されており、燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスがオフ燃料ガスとして、バーナ１０２ａに供給されるように構成されている。また、バーナ１０２ａには、カソードパージガス排出経路５０の下流端が接続されており、後述する燃料電池システム１００の起動処理時又は運転停止時に行われる燃料電池１０１のカソードパージ処理によって、掃気された酸化剤ガス流路１０１ｂに存在するガス（以下、カソードパージガスという）が、バーナ１０２ａに供給される。さらに、バーナ１０２ａには、燃焼空気供給経路５６の下流端が接続されており、その上流端には、燃焼空気供給器１１７が接続されている。
【００９３】
これにより、バーナ１０２ａは、図示されない流路を通じて供給された原料ガス（または、燃料電池１０１からオフ燃料ガス経路４３を介して供給されたオフ燃料ガス、または、燃料電池１０１からカソードパージガス排出経路５０を介して供給されたカソードパージガス）を燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介して供給された燃焼空気によって燃焼させる。なお、燃焼空気供給器１１７としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
【００９４】
また、水素生成装置１０２の改質器１６の水供給口１３（図１参照）には、改質用水供給経路５７の下流端が接続されており、その上流端は、第２凝縮水タンク１０５Ｂの下部に接続されている。また、改質用水供給経路５７の途中には、改質用水供給経路５７を通流する改質用水（凝縮水）の流量を調整する第３ポンプ１１３が設けられている。なお、本実施の形態においては、第２凝縮水タンク１０５Ｂから直接、水素生成装置１０２の改質器１６に凝縮水を供給する構成としたが、これに限定されず、第１凝縮水タンク１０５Ａから直接、水素生成装置１０２の改質器１６に供給する構成としてもよく、また、第２凝縮水タンク１０５Ｂに貯えられた凝縮水を冷却水タンク１０４に供給し、冷却水タンク１０４に貯えられている冷却水とともに、水素生成装置１０２の改質器に供給する構成としてもよい。
【００９５】
さらに、水素生成装置１０２の浄化器２８には、酸化用空気供給路５８の上流端が接続されており、その下流端は、酸化用空気供給器１１６に接続されている。酸化用空気供給器１１６は、浄化器での酸化反応に用いられる空気を供給するように構成されている。なお、酸化用空気供給器１１６としては、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。
【００９６】
そして、改質器１６では、バーナ１０２ａで生成された燃焼排ガスの伝熱を利用して、原料ガス供給器１１２から原料ガス供給経路４１を介して供給される原料ガス（メタン）と、第１凝縮水タンク１０５Ａから供給される凝縮水と、を改質反応させることにより、水素リッチな水素含有ガス（改質ガス）を生成する。また、変成器２４では、改質器１６で生成された改質ガスを、変成反応させることにより、改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる。浄化器２８では、変成器２４で一酸化炭素が低減された改質ガス中の一酸化炭素を、酸化用空気供給器１１６から酸化用空気供給路５８を介して供給された酸化用空気と反応させることにより、一酸化炭素が１０ｐｐｍ以下にまで低減された燃料ガスが生成される。なお、本実施の形態においては、原料ガスとしてメタンを使用しているが、これに限定されず、エタン、プロパンなどの炭化水素を含むガス、気体のアルコールを含むガス等に例示されるような少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスを使用することができる。また、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００における水素生成装置１０２においては、変成器２４及び浄化器２８を設ける形態について採用したが、改質器１６で生成される水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を更に低減する必要のない場合は、変成器２４及び浄化器２８を設けない形態を採用しても構わない。例えば、水素利用機器１０１が、一酸化炭素に対して被毒しにくい機器（例：固体酸化物燃料電池）である場合、上記形態が採用される。
【００９７】
また、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２（図１参照）には、燃料ガス供給経路４２の上流端が接続されており、その途中には、三方弁からなる第１切替器（封止器）７３が設けられ、また、燃料ガス供給経路４２の下流端は、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの上流端に接続されている。具体的には、燃料ガス供給経路４２は、第１燃料ガス供給経路４２ａと第２燃料ガス供給経路４２ｂから構成されていて、第１燃料ガス供給経路４２ａの上流端は、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２と接続されていて、その下流端は、第１切替器７３の第１ポート７３ａと接続されている。また、第２燃料ガス供給経路４２ｂの上流端は、第１切替器７３の第３ポート７３ｃに接続されていて、その下流端は、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの上流端に接続されている。なお、第１切替器７３の第２ポート７３ｂには、燃料ガスバイパス経路４４の上流端が接続され、その下流端は、オフ燃料ガス経路４３の途中に接続されている。
【００９８】
また、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａの下流端には、オフ燃料ガス経路４３の上流端が接続されており、その下流端は、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａに接続されている。オフ燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４との接続点より上流側には、オフ燃料ガス経路４３を通流する燃料ガス等の通流を許可／阻止するための第４開閉弁７５が設けられている。また、オフ燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４との接続点より下流側には、第１凝縮器１１４が設けられていて、オフ燃料ガス経路４３と第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａとが接続されている。第１凝縮器１１４は、水蒸気を凝縮して水に液化することにより、未反応の燃料ガスと水分とを分離するように構成されている。そして、オフ燃料ガス経路４３の第１凝縮器１１４の下流側には、鉛直方向に延びるように形成された第１凝縮水経路４５の上流端が接続されていて、第１凝縮水経路４５の下流端は、第２凝縮水タンク１０５Ｂの上部（ここでは、上端面）に接続されている。さらに、オフガス燃料ガス経路４３の燃料ガスバイパス経路４４の接続点よりも下流側には、第７開閉弁７８が設けられている。
【００９９】
これにより、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスが、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給され、燃料ガス流路１０１ａに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路１０１ａを通流する間に、各セルのアノード（図示せず）に供給されて、電気化学反応に供される。また、燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフガスとしてオフ燃料ガス経路４３に流入する。オフ燃料ガス経路４３に流入した余剰の燃料ガスは、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流する間に、燃料ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第１凝縮器１１４で分離された余剰の燃料ガスは、オフガスとしてバーナ１０２ａに供給され、上述したように、バーナ１０２ａで燃焼される。一方、第１凝縮器１１４で分離された水は、第１凝縮水経路４５を介して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給される。
【０１００】
酸化剤ガス供給器１０３は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに酸化剤ガス（ここでは、空気）を供給することができるように構成されていて、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を使用することができる。酸化剤ガス供給器１０３には、酸化剤ガス供給経路４６の上流端が接続されていて、その下流端は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに接続されている。
【０１０１】
第３開閉弁７４は、酸化剤ガス供給経路４６を開閉するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。
【０１０２】
また、第３開閉弁７４の下流の酸化剤ガス供給経路４６には、パージガス供給経路４９の下流端が接続されていて、その上流端は、原料ガス供給経路４１の流量調整弁１１２ｂと第２開閉弁７２との間の部分に接続されている。パージガス供給経路４９は、パージガス又は補圧ガスとしての原料ガスが通流するように構成されていて、その途中には、第６開閉弁７７が設けられている。第６開閉弁７７は、パージガス供給経路４９を開閉するように構成されており、例えば、電磁弁等の弁を用いることができる。
【０１０３】
燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂの下流端には、オフ酸化剤ガス経路４７の上流端が接続されていて、その下流端は、燃料電池システム１００の外部に開口されている。オフ酸化剤ガス経路４７の途中には、オフ酸化剤ガス経路４７を開閉する第５開閉弁７６が設けられている。オフ酸化剤ガス経路４７の上流端と第５開閉弁７６との間には、カソードパージガス排出経路５０の上流端が接続されており、その下流端は、上述したように、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａに接続されている。また、カソードパージガス排出経路５０には、第９開閉弁８１が設けられている。
【０１０４】
また、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６より下流側には、第２凝縮器１１５が設けられていて、オフ酸化剤ガス経路４７と第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａとが接続されている。第２凝縮器１１５は、オフ酸化剤ガス経路４７を流れるオフ酸化剤ガス中の水蒸気を凝縮して水に液化することにより、燃料電池１０１で使用されなかった余剰のオフ酸化剤ガスと水分とを分離するように構成されている。そして、第２凝縮器１１５の下流側のオフ酸化剤ガス経路４７には、鉛直下方向に延び、第１凝縮水タンク１０５Ａに接続されている。
【０１０５】
これにより、酸化剤ガス供給器１０３から、酸化剤ガス供給経路４６を介して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに酸化剤ガスが供給され、酸化剤ガス流路１０１ｂに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１０１ｂを通流する間に、各セルのカソード（図示せず）に供給されて、電気化学反応に供される。また、燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸化剤ガスは、上記電気化学反応で生成された水とともにオフ酸化剤ガス経路４７に流入する。オフ酸化剤ガス経路４７に流入した余剰の酸化剤ガスは、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、酸化剤ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第２凝縮器１１５より排出された余剰の酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路４７を介して第１凝縮水タンク１０５Ａに導入後、第１凝縮水タンク１０５Ａに設けられた排気口より排出され、最終的に燃料電池システム１００外（パッケージ１１１外）に排出される。一方、第２凝縮器１１５で分離された水は、第１凝縮水タンク１０５Ａに供給される。なお、第１凝縮水タンク１０５Ａに供給された水は、所定量貯まると第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給される。
【０１０６】
そして、燃料電池１０１では、燃料ガス流路１０１ａから各セルのアノードに供給された燃料ガスと、酸化剤ガス流路１０１ｂから各セルのカソードに供給された酸化剤ガスとが、電気化学的に反応して電気と熱が発生する。燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガス経路４３を通流して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに貯えられる。
【０１０７】
また、燃料電池１０１には、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却するための冷却水（第１熱媒体）が通流する冷却水流路１０１ｃが設けられている。冷却水流路１０１ｃの上流端には、冷却水供給経路５１の下流端が接続されており、その上流端は、冷却水を貯えるための冷却水タンク１０４の下部に接続されている。また、冷却水流路１０１ｃの下流端には、冷却水排出経路５２の上流端が接続されており、その下流端は、冷却水タンク１０４の下端面に接続されている。
【０１０８】
冷却水経路（第１熱媒体経路）の適所、例えば、燃料電池１０１内の冷却水流路１０１ｃ以外の冷却水経路に、熱交換器１０６が設けられ、冷却水供給経路５１と熱交換器１０６の一次流路１０６ａとが接続される。本実施の形態では、熱交換器１０６は、その一例として冷却水供給経路５１に設けられている。また、熱交換器１０６は、一次流路１０６ａを通流する冷却水と、後述する二次流路１０６ｂを通流する貯湯水（第２熱媒体）と、の間で熱交換することができるように構成されている。なお、冷却水供給経路５１、熱交換器１０６の一次流路１０６ａ、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃ、及び冷却水排出経路５２から、冷却水経路（第１熱媒体経路）が構成される。
【０１０９】
また、冷却水排出経路５２の上流端近傍には、温度検知器１３７が設けられている。温度検知器１３７は、冷却水経路を通流する冷却水の温度を検知し、検知した温度を制御器１１０に出力するように構成されている。また、本実施の形態においては、温度検知器１４７を熱交換器１０６より下流の冷却水供給経路５１に設け、燃料電池１０１に流入する冷却水流路１０１ｃから排出された冷却水の温度を検知し、検知した温度を、制御器１１０に出力するように構成されている。なお、冷却水の温度を検知する温度検知器は、上記構成に限定されず、温度検知器１３７及び温度検知器１４７のいずれか一方でも構わないし、冷却水経路（第１熱媒体経路）上であればいずれの箇所に設けても構わない。
【０１１０】
さらに、冷却水経路（ここでは、冷却水供給経路５１）の適所には、冷却水経路を通流する冷却水の流量を調整するための第１ポンプ（第１送出器）１０７が設けられている。なお、本発明の第１送出器として、ここでは、流量調節が可能なポンプを用いているが、これに限定されず、ポンプと流量調整弁とを組み合わせて流量調整を行う流量調節器を用いてもよい。
【０１１１】
これにより、冷却水供給経路５１を通流する冷却水は、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する間に、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する貯湯水と熱交換して冷却される。冷却された冷却水は、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃに供給される。冷却水流路１０１ｃに供給された冷却水は、燃料電池１０１で発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却する。そして、燃料電池１０１の排熱を回収した冷却水は、冷却水タンク１０４に供給される。
【０１１２】
貯湯タンク１０９は、ここでは、鉛直方向に延びるように形成されていて、貯湯タンク１０９の下部には、市水を供給するための水供給路５３が接続されており、貯湯タンク１０９の上部には、貯湯水を利用者に供給するための貯湯水供給路５４が接続されている。また、貯湯水供給路５４には、貯湯水を利用する熱負荷が接続されている（図示せず）。熱負荷としては、例えば、給湯機器、暖房機器や空調機器が挙げられる。
【０１１３】
また、貯湯タンク１０９の下端面には、貯湯水経路５５の上流端が接続されていて、その下流端は、貯湯タンク１０９の上部に接続されている。貯湯水経路５５には、上流側から順に第２ポンプ（第２送出器）１０８、第１凝縮器１１４、第２凝縮器１１５、及び熱交換器１０６が設けられていて、貯湯水経路５５は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂ、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂ、及び熱交換器１０６の二次流路１０６ｂとそれぞれ接続されている。
【０１１４】
これにより、貯湯水経路５５を通流する貯湯水は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂを通流する間に、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流するオフ燃料ガスと熱交換して加熱され、ついで、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する酸化剤ガスと熱交換して加熱される。そして、第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流した貯湯水は、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する間に、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する冷却水と熱交換して加熱される。加熱された貯湯水は、貯湯水経路５５を通流して、貯湯タンク１０９の上端部に供給される。このような構成により、貯湯タンク１０９は、下部には市水温度に近い温度の低い水が貯えられ、熱交換器１０６等により高温化した熱媒体が上部に貯えられる、いわゆる積層沸き上げ型の貯湯タンクとなる。
【０１１５】
また、燃料電池システム１００は、貯湯水経路５５には熱交換器１０６を通過後の貯湯水の温度を検知する温度検知器１４６と、温度検知器１４６よりも下流側の貯湯水経路５５には、貯湯タンク１０９をバイパスして第１凝縮器１１４よりも上流の貯湯水経路５５に接続する貯湯バイパス経路２０７と、熱交換器１０６を通過後の貯湯水の流入先を貯湯タンク１０９と貯湯バイパス経路２０７との間で切り替える切替器２０６とを備える。
【０１１６】
また、燃料電池１０１には、適宜な配線により、インバータ１１８が電気的に接続されていて、燃料電池１０１が発電した直流電流を交流電流に変換し、燃料電池システム１００外の電力負荷に電力を供給するように構成されている。また、インバータ１１８より出力された電流が流れる電路には、系統連系点を介して、系統電源が接続されている（いずれも図示せず）。すなわち、燃料電池１０１の出力電力と系統電源からの電力が、系統連系点で系統連系されている。
【０１１７】
また、パッケージ１１１の適所には、吸気口６１及び排気口６２が設けられている。吸気口６１及び排気口６２は、パッケージ１１１内全体に外気が通流するように、なるべく互いに離れて設けられていることが好ましく、排気口６２は、メタンを主成分とする都市ガスや水素等の酸素よりも軽い可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部に設けられていることが好ましい。また、排気口６２近傍には、換気ファン１１９が配置されている。なお、換気ファン１１９は、シロッコファンなどのファン類を使用することができる。
【０１１８】
これにより、換気ファン１１９によって、吸気口６１から外気が吸気され、吸気された外気が排気口６２から排出される。
【０１１９】
燃料電池システム１００のパッケージ１１１内には、可燃性ガスセンサ１４０が設けられている。可燃性ガスセンサ１４０は、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）内の可燃性ガス（例えば、原料ガスや水素ガス）の漏れ（濃度）を検知して、検知した可燃性ガスの濃度を制御器１１０に出力するように構成されている。なお、本実施の形態においては、可燃性ガスセンサ１４０は、メタンを主成分とする都市ガスや水素等の酸素よりも軽い可燃性ガスが滞留しやすいパッケージ１１１の上部であって、換気ファン１１９近傍に設けられている。
【０１２０】
制御器１１０は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵ等からなる演算処理部、メモリ等からなる記憶部、通信部、及びカレンダー機能を有する時計部を有している（いずれも図示せず）。演算処理部は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。また、演算処理部は、記憶部に記憶されたデータや操作入力部から入力されたデータを処理する。
【０１２１】
ここで、本明細書において、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燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器１１０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、それらが協働して燃料電池システム１００を制御するように構成されていてもよい。
【０１２２】
また、リモコン１２０は、マイコンで構成された制御部（図示せず）、通信部（図示せず）、表示部１２０ａ、及びキー操作部１２０ｂを有していて、制御部が、通信部等を制御している。また、リモコン１２０は、制御信号を通信部で受信し、これを制御部が処理して表示部１２０ａに伝達する。また、リモコン１２０のキー操作部１２０ｂから入力された操作信号が、リモコン１２０の制御部及び通信部を介して、制御器１１０に送信され、制御器１１０の通信部で受信される。そして、運転を強制的に停止させて燃料電池システム１００のメンテナンス、点検を行うような場合や、燃料電池システム１００の使用者又はメンテナンス作業者が、リモコン１２０を介して運転停止のための入力操作（停止指令入力）することにより、制御器１１０は、燃料電池システム１００を強制的に停止させる。なお、ここで言う「運転中」とは、燃料電池システム１００の起動処理中、発電運転中、及び停止処理中の少なくともいずれか一つを含む。このリモコン１２０で停止入力操作した際の燃料電池システム１００の停止処理（以下、強制停止処理と称する）については、後述する。
【０１２３】
なお、以下の説明では、その説明を簡略化するために、制御器１１０とリモコン１２０との信号のやりとりは、双方の通信部による通信及びリモコン１２０における制御部の処理を省略して記述する。
【０１２４】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００の起動処理（起動動作）について、図５を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、使用者がリモコン１２０を操作することで、制御器１１０が燃料電池システム１００を制御することにより遂行される。
【０１２５】
まず、起動処理開始時においては、原料ガス及び酸化剤ガス酸化剤ガス供給経路４６を通流しないように、第３開閉弁７４、第５開閉弁７６、及び第６開閉弁７７は、それぞれの弁を閉止した状態を維持する。また、一酸化炭素が充分に低減されていない燃料ガスが、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給されないように、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第２ポート７３ｂと連通させ、かつ、第３ポート７３ｃを遮断する。ついで、第１開閉弁７１は、その弁を開放し、原料ガス供給経路４１に原料ガスが供給される。
【０１２６】
次に、第２開閉弁７２が、その弁を開放する。これにより、原料ガスが、水素生成装置１０２をバイパスして、原料ガス供給器１１２から図示されない流路を介してバーナ１０２ａに供給される。また、燃焼空気が、燃焼空気供給器１１７から燃焼空気供給経路５６を介してバーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａでは、供給された原料ガスを燃焼空気によって燃焼させ、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、水素生成装置１０２内に設けられた燃焼排ガス流路１０（図１参照）を通流し、改質器１６、変成器２４、浄化器２８を加熱した後、燃料電池システム１００（パッケージ１１１）の外部に排出される。このとき、燃焼排ガスからの伝熱により、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８が加熱される。
【０１２７】
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に、原料ガスが、原料ガス供給器１１２から原料ガス供給経路４１を介して供給され、また、第１凝縮水タンク１０５Ａから改質用水供給経路５７を介して改質用水（凝縮水）が供給される。そして、供給された水が加熱されて水蒸気になり、原料ガスと水蒸気が反応して、水素を含む水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素生成装置１０２の変成器２４及び浄化器２８を通過し、一酸化炭素が低減された、燃料ガスとして水素生成装置１０２より送出される。送出された燃料ガスは、水素生成装置１０２の浄化器２８の燃料ガス出口３２（図１参照）から第１燃料ガス供給経路４２ａに導入される。
【０１２８】
第１燃料ガス供給経路４２ａに導入された燃料ガスは、第１燃料ガス供給経路４２ａ、燃料ガスバイパス経路４４、及びオフ燃料ガス経路４３（正確には、燃料ガスバイパス経路４４とオフ燃料ガス経路４３との合流部よりも下流側のオフ燃料ガス経路４３）を通流して、バーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａに燃料ガスが供給されるようになると、原料ガス供給器１１２からバーナ１０２ａへの水素生成装置１０２をバイパスした直接的な原料ガスの供給が停止される。
【０１２９】
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３（図１参照）が、所定の温度（例えば、５００℃）になると、第６開閉弁７７及び第９開閉弁８１は、その弁を開放し、原料ガスが、パージガス供給経路４９及び酸化剤ガス供給経路４６（正確には、酸化剤ガス供給経路４６の第３開閉弁７４よりも下流側の経路）を通流して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給され、燃料電池システム１００の停止期間中に燃料ガス流路１０１ａより電解質を介して酸化剤ガス流路１０１ｂに侵入した水素が、原料ガスによってパージされる（燃料電池システム１００の起動処理時におけるカソードパージ処理）。カソードパージ処理によって、掃気されたカソードパージガス及び原料ガスは、カソードパージガス排出経路５０を通流して、バーナ１０２ａに供給され、燃焼される。そして、少なくともカソードパージ処理開始前に酸化剤ガス流路１０１ｂ内に封入されたガスをバーナ１０２ａに送出させるのに必要な量以上の原料ガスを供給すると、第６開閉弁７７及び第９開閉弁８１は閉止し、カソードパージ処理を終了する。
【０１３０】
そして、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５（図１参照）が所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃、変成器２４が、２００〜２５０℃、浄化器２８が１３０〜１７０℃）を検知すると、制御器１１０は、燃料電池システム１００の起動処理を終了し、発電処理（発電動作）に移行する。
【０１３１】
次に、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００の発電処理（発電動作）について説明する。
【０１３２】
まず、制御器１１０は、水素生成装置１０２の改質器１６、変成器２４、及び浄化器２８に設けられた温度検知器１４３〜１４５が検知した温度が、それぞれ所定の温度（例えば、改質器１６が、６００〜６５０℃内の所定温度、変成器２４が、２００〜２５０℃内の所定温度、浄化器２８が１３０〜１７０℃内の所定温度）になると、変成器２４及び浄化器２８で一酸化炭素が充分に低減されたと判断して、発電処理開始信号を出力する。
【０１３３】
すると、第３開閉弁７４、第４開閉弁７５、及び第５開閉弁７６は、それぞれの弁を開放する。また、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第３ポート７３ｃと連通させ、かつ、第２ポート７３ｂを遮断するとともに、酸化剤ガス供給器１０３の動作を開始させる。
【０１３４】
これにより、水素生成装置１０２で生成された燃料ガスが、第１燃料ガス供給経路４２ａ及び第２燃料ガス供給経路４２ｂ（すなわち、燃料ガス供給経路４２）を通流して、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａに供給される。また、酸化剤ガス供給器１０３から酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給経路４６を通流して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給される。
【０１３５】
そして、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａ及び酸化剤ガス流路１０１ｂに供給された燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれ、各セルのアノードとカソードに供給され、電気化学的に反応して水が生成し、電気と熱が発生する。発生した電気は、インバータ１１８によって、直流電流から交流電流に変換され、燃料電池システム１００外の電力負荷に供給される。
【０１３６】
燃料電池１０１で使用されなかった余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガスとしてオフ燃料ガス経路４３に供給される。オフ燃料ガス経路４３に供給された余剰の燃料ガスは、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａを通流する間に、燃料ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第１凝縮器１１４を通過した余剰の燃料ガスは、オフ燃料ガスとしてバーナ１０２ａに供給され、上述したように、バーナ１０２ａで燃焼される。一方、第１凝縮器１１４で分離された水は、オフ燃料ガス経路４３を介して、第２凝縮水タンク１０５Ｂに供給される。
【０１３７】
また、燃料電池１０１で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸化剤ガスは、酸化剤ガス経路４７に供給される。オフ酸化剤ガス経路４７に供給された余剰のオフ酸化剤ガスは、第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する間に、酸化剤ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、水に液化される。そして、第２凝縮器１１５を通過した余剰の酸化剤ガスは、第１凝縮水タンク１０５Ａの排気口を介して、最終的に燃料電池システム１００外に排出される。一方、第２凝縮器１１５で分離された水は、オフ酸化剤ガス経路４７を介して第１凝縮水タンク１０５Ａに供給される。
【０１３８】
さらに、第１ポンプ１０７を動作させることで、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃには、冷却水タンク１０４から冷却水経路（正確には、冷却水供給経路５１）を介して、冷却水が供給される。具体的には、冷却水は、冷却水タンク１０４から冷却水供給経路５１を通流して、熱交換器１０６の一次流路１０６ａに供給される。熱交換器１０６の一次流路１０６ａに供給された冷却水は、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する間に、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する貯湯水と熱交換して冷却される。そして、冷却された冷却水は、冷却水供給経路５１を通流して、燃料電池１０１の冷却水流路１０１ｃに供給される。冷却水流路１０１ｃに供給された冷却水は、燃料電池１０１で発生した熱を回収して、燃料電池１０１を冷却する。燃料電池１０１の排熱を回収した冷却水は、冷却水排出経路５２を通流して、冷却水タンク１０４に供給される。
【０１３９】
一方、貯湯タンク１０９の下部（ここでは、下端面）から貯湯水経路５５に供給された貯湯水は、第１凝縮器１１４の二次流路１１４ｂ及び第２凝縮器１１５の二次流路１１５ｂを通流する間に、それぞれ、第１凝縮器１１４の一次流路１１４ａ及び第２凝縮器１１５の一次流路１１５ａを通流する余剰の燃料ガス及び酸化剤ガスと熱交換して、加熱される。加熱された貯湯水は、熱交換器１０６の二次流路１０６ｂに供給され、該熱交換器１０６の二次流路１０６ｂを通流する間に、熱交換器１０６の一次流路１０６ａを通流する冷却水と熱交換して、さらに加熱される。そして、加熱された貯湯水は、貯湯水経路５５を通流して、貯湯タンク１０９の上部に供給され、貯湯水供給路５４から熱負荷に供給される。
【０１４０】
次に、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００の通常の停止処理（停止動作）について説明する。なお、ここでいう通常の停止処理とは、燃料電池システム１００の運転中において、異常検知器により異常が検知されることで実行される停止処理（異常停止処理）や強制停止処理とは異なる停止処理のことを指す。例えば、電力負荷の電力需要が発電運転を実行する必要のない所定の閾値以下にまで低下することで実行される停止処理や予め設定された停止時刻になることで実行される停止処理等である。
【０１４１】
まず、本発明においては、停止処理（停止動作）を、制御器１１０が停止信号を出力してから、燃料電池システム１００がその停止処理を完了するまでの動作として定義する。なお、燃料電池システム１００の停止処理の完了後は、制御器１１０は動作していて、制御器１１０以外の部分の動作は停止しており、起動要求が発生した場合には、制御器１１０により起動指令が出力され、速やかに起動処理を開始可能な待機状態に移行する。制御器１１０が停止処理を出力する場合としては、例えば、電力負荷の電力需要が所定の閾値以下になった（図示されない負荷電力検知器で検出される負荷電力の電力需要が所定の閾値以下となった）ときに、停止信号を出力する。なお、燃料電池１０１の発電の停止は、インバータ１１８の出力をゼロにするとともに、インバータ１１８の出口側の電路を電気的に切り離すことによって行われる。
【０１４２】
以下、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００の通常の停止処理（停止動作）について図６Ａ、図６Ｂ及び図７に基づき説明する。図６Ａは、本発明の実施の形態３の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。図６Ｂは、本発明の実施の形態３の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。図７は、本発明の実施の形態３の燃料電池システムの通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作を示すフローチャートである。
【０１４３】
まず、酸化剤ガス供給器１０３の動作を停止し、酸化剤ガス流路１０１ｂへの酸化剤ガスの供給を停止するとともに（ステップＳ３００）、第３開閉弁７４及び第５開閉弁７６を閉鎖し、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂを外気と遮断する（ステップＳ３０１）。
【０１４４】
また、第１切替器７３は、第１ポート７３ａを第２ポート７３ｂと連通させ、第３ポート７３ｃを遮断するとともに、第４開閉弁７５は、その弁を閉止する（ステップＳ３０２）。これにより、第１切替器７３の第３ポート７３ｃと第４開閉弁７５との間の流路、すなわち、第２燃料ガス供給経路４２ｂ、燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａ、及びオフ燃料ガス経路４３の第４開閉弁７５までの流路に、燃料ガスが閉じ込められ、外部から燃料ガス流路１０１ａに空気等の混入が抑制され、アノードの劣化を抑制することができる。
【０１４５】
また、ブースターポンプ１１２ａ、第３ポンプ１１３及び酸化用空気供給器１１６が停止して、水素生成装置１０２に、原料ガス、改質用水及び酸化用空気の供給が停止される（ステップＳ３０３）。さらに、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２は、その弁を閉止する（ステップＳ３０４）。
【０１４６】
これにより、水素生成装置１０２への原料ガス、改質用水及び酸化用空気の供給が停止し、水素生成装置１０２から燃料電池１０１の燃料ガス流路１０１ａへの燃料ガスの供給が停止する。これに伴い、燃料電池１０１からのバーナ１０２ａへのオフガスの供給が停止し、バーナ１０２ａでの燃焼が停止する。そして、上記一連の動作により燃料電池１０１へ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給は停止されるので発電も停止する。一方、燃焼空気供給器１１７の動作は継続しているため、水素生成装置１０２は空冷され、水素生成装置１０２の温度が時間経過とともに温度低下する。
【０１４７】
次に、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度（ステップＳ３０５）がカソードパージ温度以下になると（ステップＳ３０６でＹｅｓ）、第５開閉弁７６、第６開閉弁７７及び第９開閉弁８１を開放するとともに（ステップＳ３０７）、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を開放し、ブースターポンプ１１２ａの動作を開始する（燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理の開始）（ステップＳ３０８）。ここで、カソードパージ温度とは、停止処理時におけるカソードパージ処理時の水素生成装置１０２の温度上昇を加算しても改質器１６に使用される触媒の耐熱温度未満になる温度（例えば、６００℃）として定義される。なお、停止処理時におけるカソードパージ処理開始時には、水素生成装置１０２の改質器１６内部は、停止直後に当該内部空間に封止された原料ガスと水蒸気とが残存した状態であるため、停止処理時におけるカソードパージ処理時に原料から炭素が析出する可能性は低くなる。
【０１４８】
これにより、原料ガス（パージガス）が、原料ガス供給経路４１からパージガス供給経路４９を通流して、酸化剤ガス供給経路４６（正確には、パージガス供給経路４９と酸化剤ガス供給経路４６との合流部よりも下流側の酸化剤ガス供給経路４６）を介して、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂに供給される。そして、酸化剤ガス流路１０１ｂに存在する酸化剤ガスは、パージガスによりパージされ、オフ酸化剤ガス経路４７（正確には、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６の上流側の経路）及びカソードパージガス排出経路５０を通流して、バーナ１０２ａに供給される。バーナ１０２ａに供給された酸化剤ガス及び原料ガスは、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ３０９）。
【０１４９】
そして、上記停止処理時におけるカソードパージ処理が開始されてからの経過時間Ｔ２の測定を行い（ステップＳ３１０）、本経過時間Ｔ２がカソードパージ時間Ｊ２以上になると（ステップＳ３１１でＹｅｓ）、ブースターポンプ１１２ａを停止し、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止し（ステップＳ３１２）、第５開閉弁７６、第６開閉弁７７、及び第９開閉弁８１を閉止する（燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理の終了）（ステップＳ３１３）。なお、上記カソードパージ時間は、燃料電池１０１の酸化剤ガス流路１０１ｂ内の酸化剤ガスが少なくとも酸化剤ガス流路１０１ｂから掃気されるのに必要な時間として定義される。
【０１５０】
これにより、第３開閉弁７４、第６開閉弁７７、第５開閉弁７６、及び第９開閉弁８１により形成される閉流路、すなわち、パージガス供給経路４９の第６開閉弁７７から下流側の経路、酸化剤ガス供給経路４６の第３開閉弁７４から下流側の経路、酸化剤ガス流路１０１ｂ、オフ酸化剤ガス経路４７の第５開閉弁７６及びカソードパージガス排出経路５０の第９開閉弁８１までの流路（以下、パージガス封止流路）に、パージガスが閉じ込められ、外部から酸化剤ガス流路１０１ｂに空気等の混入が抑制される。
【０１５１】
一方、燃焼空気供給器１１７は、カソードパージ処理におけるバーナ１０２ａでの燃焼が停止した後も、バーナ１０２ａに燃焼空気を供給する。これにより、燃焼排ガス経路５９（図１参照）を流れる燃焼空気により水素生成装１０２の改質器１６等も冷却される（水素生成装置１０２の冷却動作）。
【０１５２】
そして、燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理が終了した後の上記冷却動作中において、水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３は、改質器１６の温度を検知し（ステップＳ３１４）、検知された温度が、待機可能温度（例えば、５００℃）以下である場合（ステップＳ３１５でＹｅｓ）、燃焼空気供給器１１７は、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を停止し（ステップＳ３１６）、水素生成装置１０２の冷却処理を完了する。
【０１５３】
一方、燃料電池システム１００の停止処理において、上述の一連の停止処理だけでなく、燃料電池１０１の冷却系統において、所定の冷却動作（排熱回収動作）が並行して実行される。具体的には、図７に示すように、燃料電池１０１の発電を停止した後も、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を継続して（ステップＳ４００）、貯湯水は、熱交換器１０６で冷却水と熱交換して、燃料電池１０１が保有している余熱を回収する。
【０１５４】
そして、制御器１１０は、改質器１６に設けられた温度検知器１４３で検知される温度が、カソードパージ温度以下になり、停止処理時におけるカソードパージ処理が開始される場合に（ステップＳ４０１）、第１ポンプ１０７の動作を停止させる（ステップＳ４０２）。そして、停止処理時におけるカソードパージ処理が完了すると（ステップＳ４０３）、第１ポンプ１０７の動作を再開し（ステップＳ４０４）、図６ＢのステップＳ３１５で改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下にまで低下したことを確認し（ステップＳ４０５）、図６ＢのステップＳ３１６で燃焼用空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作を停止する際に、併せて第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止させる（ステップＳ４０６）。
【０１５５】
そして、上記水素生成装置１０２の待機可能温度までの冷却動作及びこの冷却動作に伴い実行される上記燃料電池の冷却動作が完了すると、燃料電池システム１００は、待機状態に移行する（図６ＢのステップＳ３１７、図７のステップＳ４０７）。なお、この待機状態とは、次の燃料電池システム１００の運転開始を待機している状態のことであり、例えば、所定の起動要求が発生した場合に、制御器１１０より起動指令が出力され、次の起動処理の実行に移行されるような状態として定義される。なお、上記起動要求の例としては、例えば、電力負荷の電力需要が燃料電池システムの発電出力の下限以上になることや、使用者がリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作して発電開始要求を行うことが挙げられる。
【０１５６】
上記待機状態において、水素生成装置１０２は、燃焼用空気供給器１１７が停止しているため自然放冷されるが、その際に、図６Ｂに示すように水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３が改質器１６の温度ｔ１を再度検知し（ステップＳ３１８）、検知した温度ｔ１が上記待機可能温度よりも低いＦＰパージ温度（例えば、３００℃）以下になった場合（ステップＳ３１９）、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２、及び第７開閉弁７８は、それぞれの弁を開放し、ブースターポンプ１１２ａが起動する（水素生成装置１０２に対するパージ処理（ＦＰ（Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）パージ処理）の開始）（ステップＳ３２０）。
【０１５７】
これにより、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２に原料ガス（パージガス）が供給され、水素生成装置１０２内に設けられた改質器１６等の反応器に存在する水蒸気等のガスが原料ガスによりパージされ、水素生成装置１０２より掃気され、バーナ１０２ａに送出される。バーナ１０２ａに送出されたガスは、バーナ１０２ａで燃焼される（ステップＳ３２１）。このＦＰパージ処理により、水素生成装置１０２内で、水蒸気が結露して、改質触媒等の触媒が劣化するのを抑制することができる。なお、上記ＦＰパージ温度は、水素生成装置１０２に対する上記ＦＰパージ処理時のバーナ１０２ａでの燃焼動作による改質器１６の温度上昇分を加算しても、改質器１６内の原料ガスが炭素析出しない温度として定義される。
【０１５８】
そして、上記ＦＰパージ処理を開始してからの経過時間Ｔ３を計測し（ステップＳ３２２）、この経過時間Ｔ３がＦＰパージ時間Ｊ３以上になると（ステップＳ３２３）、ブースターポンプ１１２ａを停止し、第１開閉弁７１、第２開閉弁７２及び第７開閉弁７８を閉止する（ＦＰパージ処理の終了）（ステップＳ３２４）。なお、上記ＦＰパージ時間は、少なくとも水素生成装置１０２内の水蒸気が掃気されるのに必要な時間として定義される。
【０１５９】
このように、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００では、正常な状態で運転停止に移行する場合においては、少なくとも燃料電池１０１の機能を保護する程度の停止処理（例えば、燃料電池システム１００の停止処理時におけるカソードパージ処理）を実行し、速やかに待機状態に移行するように構成されている。また、冷却動作を実行するにしても、水素生成装置１０２が再起動可能な温度状態（つまり、改質器１６の温度が待機可能温度以下の状態）になるまでの間だけ、排熱回収動作をする等の必要最低限の冷却動作を実行するように構成されている。従って、速やかに待機状態に移行できるとともに、次回の起動処理は、待機状態に移行してからの経過時間によっては、燃料電池１０１等の機器温度が周囲温度（外気温度）よりも高く、燃料電池１０１を昇温するのに必要なエネルギーが削減され、起動処理に要する時間が短縮され、燃料電池システム１００の起動性が向上する。
【０１６０】
なお、本実施の形態３の燃料電池システム１００の停止処理においては、水素生成装置１０２の冷却動作と燃料電池１０１のカソードパージ処理及び排熱回収動作とを実行するよう構成されているが、燃料電池システム１００を待機状態に移行させるために適切な停止動作であれば、これに限定されるものではない。
【０１６１】
次に、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００の強制停止処理について、図８を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態３の燃料電池システム１００における本停止処理の主な動作を示すフローチャートである。
【０１６２】
燃料電池システム１００の使用者又はメンテナンス作業者が、リモコン１２０を操作して、停止指令信号が制御器１１０に入力されると、制御器１１０が停止指令を出力し、図８に示すように、燃料電池システム１００の通常の停止処理と同様に水素生成装置１０２に対する停止処理として、まず、原料ガス及び水の供給を停止するとともに、水素生成装置１０２の封止動作（図２のステップＳ１００、Ｓ１０１参照）を実行することで、バーナ１０２ａでの燃焼動作が停止される（ステップＳ５００）。また、燃料電池１０１に対する停止動作として、酸化剤ガス供給器１０３等が停止され、各開閉弁が閉止される（図６ＡのステップＳ３００〜Ｓ３０４参照）（ステップＳ５０１）。これにより、水素生成装置１０２のバーナ１０２ａでは、燃料ガスと燃焼空気との燃焼が停止し、また、燃料電池１０１の発電が停止する。
【０１６３】
一方、燃焼空気供給器１１７は、制御器１１０の制御によりバーナ１０２ａでの燃焼が停止した後も、バーナ１０２ａへの燃焼空気の供給を継続し、水素生成装置１０２の冷却動作を実行する（ステップＳ５０２）。そして、上記冷却動作を水素生成装置１０２の改質器１６に設けられた温度検知器１４３の検知温度ｔ１がカソードパージ温度以下になる（ステップＳ５０３）と、停止処理におけるカソードパージ処理を実行する（図６Ａ及び図６ＢのステップＳ３０６〜ステップＳ３１３参照）（ステップＳ５０４）。このとき、第１ポンプ１０７の動作を停止して、燃料電池１０１の排熱回収動作を停止する（ステップＳ５１３）。
【０１６４】
そして、停止処理におけるカソードパージ処理が完了して（ステップＳ５０５）、バーナ１０２ａでの燃焼動作が完了した後に、第１ポンプの動作を再開して、燃料電池１０１の排熱回収動作を再開する（ステップＳ５１４）。ついで、温度検知器１４３で検知される改質器１６の温度ｔ１が待機可能温度以下に低下しても（ステップＳ５０６）、通常の停止処理とは異なり、燃焼空気供給器１１７の動作を継続させ（ステップＳ５０７）、また、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を継続させる（ステップＳ５１５）。
【０１６５】
次に、温度検知器１４３が検知した改質器１６の温度ｔ１が、ＦＰパージ温度以下にまで低下すると（ステップＳ５０８）、ＦＰパージ処理（図２のステップＳ１０６〜ステップＳ１１２参照）を開始する（ステップＳ５０９）。その後、ＦＰパージ処理が完了する（ステップＳ５１０）と、制御器１１０は、燃焼空気供給器１１７、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の動作を停止させ（ステップＳ５１１、ステップＳ５１６）、強制停止処理を完了し、燃料電池システム１００を起動不許可状態に移行させる（ステップＳ５１７）。ここで、起動不許可状態に移行とは、使用者が燃料電池システム１００の運転を開始するように、リモコン１２０を操作して起動指令を入力しても、制御器１１０の演算処理部が、上述した燃料電池システム１００の起動を許可せず、起動指令を出力しない状態にすることをいう。すなわち、本実施の形態３においては、制御器１１０は、使用者等が誤ってリモコン１２０のキー操作部１２０ｂを操作することにより、起動指令が制御器１１０の通信部に送信されても、制御器１１０が燃料電池システム１００の起動を許可しないように構成されている。
【０１６６】
なお、上記強制停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、バーナ１０２ａに供給する燃焼空気量は、水素生成装置１０２の定格運転時における供給量よりも多くなるよう制御することが好ましい。具体的には、強制停止処理における水素生成装置１０２の冷却動作において、制御器１１０が、燃料電池システム１００の定格運転時の操作量よりも大きくなるように、燃焼空気供給器１１７を制御する。これにより、燃料電池システム１００を構成する機器である水素生成装置１０２の温度がより速やかに低下し、メンテナンス作業へ移行し易くなる。ここで、燃料電池システム１００の定格運転とは、燃料電池システム１００の発電運転時において、安定して出力可能な最大出力で発電している運転として定義される。
【０１６７】
また、通常停止処理及び強制停止処理における燃料電池１０１の排熱回収動作においては、この動作と並行して図９に示す貯湯水温度の制御が実行される。図９は、本発明の実施の形態３の燃料電池システム１００における貯湯制御の概要を示すフローチャートである。
【０１６８】
貯湯水温度の制御は、貯湯タンク１０９内には貯湯下限温度（例えば、６０℃）以上の温水が貯えられるよう制御するものである。具体的には、図９に示すように、温度検知器１４６により熱交換器１０６を通過後の貯湯水の温度ｔ３を検知し（ステップＳ６００）、この貯湯水の温度ｔ３が、貯湯下限温度以上である場合には（ステップＳ６０１でＹｅｓ）、制御器１１０は、貯湯タンク１０９側に貯湯水が流入するように切替器２０６を制御する（ステップＳ６０２）。一方、この貯湯水の温度ｔ３が、貯湯下限温度未満である場合には（ステップＳ６０１でＮｏ）、制御器１１０は、貯湯バイパス経路２０７側になるよう切替器２０６を制御する（ステップＳ６０３）。
【０１６９】
ここで、強制停止処理と通常の停止処理を比較すると、強制停止処理では、改質器の温度が待機可能温度以下になってから改質器の温度がＦＰパージ処理可能な温度（ＦＰパージ温度以下の温度）になるまでの期間において、通常の停止処理のように自然放冷により水素生成装置１０２が冷却するのを待つのではなく、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作及び第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８による燃料電池１０１の排熱回収動作を継続し、水素生成装置１０２及び燃料電池１０１をより速やかに冷却する。
【０１７０】
このため、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００では、強制停止処理は、通常の停止処理の場合に比して、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御することで、燃料電池システム１００内の機器温度をメンテナンス作業者が火傷等をしない程度にまでより早く降温させ、メンテナンス作業への移行を迅速化させることを可能にする。
【０１７１】
なお、本実施の形態３においては、強制停止処理では、通常の停止処理の場合に比して、燃焼空気供給器１１７による水素生成装置１０２の冷却動作時間及び第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８による燃料電池１０１の排熱回収動作時間を多くなるように制御することで、燃料電池１０１及び水素生成装置１０２の冷却量が多くなるよう制御したが、これに限定されず、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気量及び熱交換器１０６を通過する冷却水及び貯湯水の少なくともいずれか一方の通流量が多くなるように制御する形態を採用しても構わない。具体的には、燃焼空気供給器１１７の操作量が通常の停止処理の水素生成装置１０２の冷却動作時に比して大きくなるよう制御し、第１ポンプ１０７及び第２ポンプ１０８の少なくともいずれか一方の操作量が、通常の停止処理の燃料電池１０１の排熱回収動作時に比して大きくなるよう制御することで、実現される。
【０１７２】
また、本実施の形態３においては、リモコン１２０が、停止操作器を構成したが、これに限定されず、リモコン１２０とは別に、燃料電池システム１００の運転を強制的に停止させるための停止操作器を設けてもよい。
【０１７３】
（実施の形態４）
ところで、水素生成装置１０２は、停止処理時において、水素生成装置１０２の可燃ガス経路の入口及び出口を閉止して、改質器１６を含むガス経路を閉空間とするための封止動作が実行されるが、その後、水素生成装置１０２の温度低下に伴い内力が低下し、ひいては水素生成装置１０２内が過剰に負圧になり、構成部材にダメージを与える可能性がある。そこで、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２では、水素生成装置１０２の内圧が水素生成装置１０２の耐負圧限界値よりも大きい所定の圧力閾値Ｐ１以下である場合に、水素生成装置１０２内にガスを補給する補圧処理を実施するよう構成されている。
【０１７４】
また、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２においては、強制停止処理時における水素生成装置１０２の冷却動作において、通常の停止処理時における水素生成装置１０２の冷却動作よりも単位時間当たりの冷却量を増加させるよう構成されている。従って、通常停止処理時よりも水素生成装置１０２の温度の低下速度が速く、圧力低下も速くなるため、上記補圧処理の頻度を通常の停止処理における補圧処理の頻度よりも増加させるよう構成することを特徴とする。以下にその詳細について説明する。
【０１７５】
まず、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の構成は、図１に示す実施の形態１に係る水素生成装置１０２と同様の構成である。また、通常の停止処理については、実施の形態１と同様に水素生成装置１０２の冷却動作が実行されるとともに、さらに、補圧処理が実行される。なお、補圧処理については後述する。
【０１７６】
また、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の通常の停止処理における冷却動作は、実施の形態１に係る水素生成装置１０２の冷却動作（図２のステップＳ１００〜Ｓ１０５参照）と同じである。
【０１７７】
次に、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の補圧処理について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２において実行される補圧処理の一例を示すフローチャートである。
【０１７８】
図１０に示されるように、停止処理開始後、水素生成装置１０２の封止動作が実行される（ステップＳ９００）。具体的には、原料ガス供給経路４１上に設けられた第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２の少なくともいずれか一方が閉止されるとともに、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０が閉止される。
【０１７９】
次に、上記封止動作により閉空間となる水素生成装置１０２を含むガス経路内に設けられた圧力検知器（図示せず）で検知された圧力値が、上記所定の圧力閾値Ｐ１（例えば、大気圧に対して−５ｋＰａ）以下である場合（ステップＳ９０１でＹｅｓ）に、制御器１１０は、燃料ガス弁７９及びバイパス弁８０を閉止したまま、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を開放させ、原料ガス供給器１１２を制御して、原料ガス供給経路４１より原料ガスを補給させる（ステップＳ９０２）。そして、制御器１１０は、圧力が大気圧以上になった場合に、原料ガス供給器１１２から水素生成装置１０２を含むガス経路へのガスの供給を停止させ、第１開閉弁７１及び第２開閉弁７２を閉止し、補圧処理を終了する。
【０１８０】
そして、制御器１１０は、上記補圧動作実行後もステップＳ９０１を定期的（例えば、３０ｓｅｃ毎）に実行し、ガス経路内の圧力が、補圧が必要なレベルにまで低下すれば適宜上記補圧処理を実行する。
【０１８１】
なお、上記補圧動作の実行を判断する際に、上記ガス経路内の圧力値を直接検知する圧力検知器の検知圧力値を用いたが、この圧力値と相関する上記ガス経路内の温度検知器（例えば、温度検知器１４３等）の検知温度、時計部で計測された上記圧力値と相関する停止処理開始後の経過時間に基づき上記補圧処理を実行する形態を採用しても構わない。
【０１８２】
次に、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２における強制停止処理について説明する。上記強制停止処理は、実施の形態１に係る水素生成装置１０２の冷却動作と同様のフロー（図３参照）で実施されるが、バーナ１０２ａに供給される燃焼空気の流量が、通常の停止処理の水素生成装置の冷却動作の場合よりも大きくなるように制御される。具体的には、制御器１１０が、燃焼空気供給器１１７の操作量を、通常の停止処理の水素生成装置１０２の冷却動作における燃焼空気供給器１１７の操作量よりも大きい所定の操作量となるように制御する。
【０１８３】
上記のように強制停止処理時において、通常の停止処理よりも水素生成装置１０２の冷却速度が上昇するよう冷却動作を実行するので、水素生成装置１０２の温度の低下が通常の停止処理時よりも迅速化され、水素生成装置１０２を含むガス経路内が、補圧が必要なレベルにまで低下する頻度が上昇する。従って、本実施の形態４に係る水素生成装置１０２の強制停止処理においては、通常の停止処理よりも高い頻度で上記補圧動作を実行することにより、水素生成装置１０２内の過剰な負圧化が抑制され、水素生成装置１０２が保護される。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明に係る水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムは、メンテナンス作業が必要な場合において、操作者が停止操作器に入力操作して水素生成装置の運転を停止させることで、より速やかに水素生成装置のメンテナンス作業に着手することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１の水素生成装置１０２における通常停止処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置における強制停止処理の主な動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施の形態３の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施の形態３の燃料電池システムにおける通常の停止処理の主な動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３の燃料電池システムの通常の停止処理における燃料電池の排熱回収動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３の燃料電池システムにおける強制停止処理の主な動作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３の燃料電池システムにおける貯湯制御の概要を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本実施の形態４に係る水素生成装置において実行される補圧処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１８６】
１  容器
２  外筒
３  内筒
４  断熱部材
５  底板
６  板部材
７  蓋部材
８  内筒用底板
９  輻射筒
１０  燃焼排ガス流路
１１  燃焼排ガス出口
１２  原料ガス供給口
１３  水供給口
１４  改質触媒層
１５  予熱部
１６  改質器
１７  緩衝空間部
１８  空間
１９  水素含有ガス流路
２０  仕切り板
２１  仕切り板
２２  変成触媒収容空間
２３  変成触媒層
２４  変成器
２５  空気混合部
２６  酸化触媒収容空間
２７  酸化触媒層
２８  浄化器
２９  出口（貫通孔）
３０  空気供給口
３１  入口（貫通孔）
３２  燃料ガス出口
４１  原料ガス供給経路
４２  燃料ガス供給経路
４２ａ  第１燃料ガス供給経路
４２ｂ  第２燃料ガス供給経路
４３  オフ燃料ガス経路
４４  燃料ガスバイパス経路
４５  第１凝縮水経路
４６  酸化剤ガス供給経路
４７  酸化剤ガス排出経路
４８  第２凝縮水経路
４９  パージガス供給経路
５０  カソードパージガス排出経路
５１  冷却水供給経路
５２  冷却水排出経路
５３  水供給路
５４  貯湯水供給路
５５  貯湯水経路
５６  燃焼空気供給経路
５７  改質用水供給経路
５８  選択酸化用空気供給路
５９  燃焼排ガス経路
６１  吸気口
６２  排気口
７１  第１開閉弁（封止器）
７２  第２開閉弁（封止器）
７３  第１切替器
７３ａ  第１ポート
７３ｂ  第２ポート
７３ｃ  第３ポート
７４  第３開閉弁
７５  第４開閉弁
７６  第５開閉弁
７７  第６開閉弁
７８  第７開閉弁
７９  燃料ガス弁（封止器）
８０  バイパス弁（封止器）
８１  第９開閉弁
１００  燃料電池システム
１０１  燃料電池（水素利用機器）
１０１ａ  燃料ガス流路
１０１ｂ  酸化剤ガス流路
１０１ｃ  冷却水流路
１０２  水素生成装置
１０２ａ  バーナ（燃焼器）
１０３  酸化剤ガス供給器
１０４  冷却水タンク
１０５  凝縮水タンク
１０６  熱交換器（放熱器）
１０７  第１ポンプ（第１送出器）
１０８  第２ポンプ（第２送出器）
１０９  貯湯タンク
１１０  制御器
１１１  パッケージ
１１２  原料ガス供給器（原料供給器）
１１２ａ  ブースターポンプ
１１２ｂ  流量調整弁
１１３  第３ポンプ
１１４  第１凝縮器
１１４ａ  一次流路
１１４ｂ  二次流路
１１５  第２凝縮器
１１５ａ  一次流路
１１５ｂ  二次流路
１１６  選択酸化用空気供給器
１１７  燃焼空気供給器
１１８  インバータ
１１９  換気ファン
１２０  リモコン（停止操作器）
１２０ａ  表示部
１２０ｂ  キー操作部
１２１  放熱器（冷却器）
１４０  可燃性ガスセンサ
１４１  着火検知器
１４２  ＣＯセンサ
１４３  温度検知器
１４４  温度検知器
１４５  温度検知器
１４６  温度検知器
１４７  温度検知器
２０６  切替器
２０７  バイパス経路
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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