(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と、
前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部と、
前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定手段と、
起動時に前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させながら前記温度差を所定の値以下に制御し前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する温度差制御手段と、
を有することを特徴とする水素生成装置。
【請求項２】
前記燃焼部は炭化水素系燃料を供給されてその炭化水素系燃料を燃焼させるものであり、
前記温度差制御手段は単位時間当たりに前記燃焼部に供給される炭化水素系燃料の量を変化させる燃料加減手段を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記燃料加減手段は前記燃焼部に供給する炭化水素系燃料の流量を加減する流量調整弁および前記燃焼部に供給する炭化水素系燃料を遮断する遮断弁の少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記温度差制御手段は単位時間当たりに前記燃焼部に供給される空気の量を変化させる空気加減手段を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記空気加減手段は前記燃焼部に供給する空気の流量を加減する流量調整弁およびブロワ並びに前記燃焼部に供給する空気を遮断する遮断弁の少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項４に記載の水素生成装置。
【請求項６】
燃料電池と、
外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と、前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部と、前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定手段と、起動時に前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させながら前記温度差を所定の値以下に制御し前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する温度差制御手段と、を備えて前記燃料電池に水素を供給する水素生成装置と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部とを備えた水素生成装置の起動方法において、
前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定工程と、
前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する加熱工程と、
前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させる発熱量低減工程と、
を有することを特徴とする水素生成装置の起動方法。
【請求項８】
外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部とを備えた水素生成装置と燃料電池とを備えた燃料電池システムの起動方法において、
前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定工程と、
前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する加熱工程と、
前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させる発熱量低減工程と、
前記触媒が所定の温度以上のときに前記改質部に原燃料を供給する原燃料供給工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置およびその起動方法並びに燃料電池システムおよびその起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池本体と、その燃料電池本体に供給する水素を生成する水素生成装置を有している。水素生成装置は、たとえば燃焼部と改質部とを備えていて、炭化水素系燃料を供給されて、たとえば水蒸気改質反応により水素を生成する。燃焼部は、燃焼用のバーナを備え、改質反応に必要な熱量を供給する。改質部は、燃焼部に隣接した位置に設けられ、改質触媒が充填されている。燃焼部および改質部は、それぞれ気密性を有する構造を持つ。燃焼部と改質部の間にある改質管（あるいは改質板）は、１１００〜１３００℃値程度の高温の燃焼ガスに曝されるため、一般的に耐熱性、耐腐食性を有する部材が使用されている。
【０００３】
水素生成装置の起動時において、バーナ火炎によって、燃焼部側は常温の状態から急激に温度が上昇する。この際、改質触媒が充填されている改質部は、燃焼部との隔壁である改質管を通しての伝熱によって、徐々に温度が上昇していく。このため、燃焼部と改質部との間に大きな温度差を生じる傾向にある。燃焼部と改質部の間の改質管は温度が高くなるので、改質部を構成している容器に対して大きな熱伸びが生じる。その結果、その接合部に応力が集中し、クラックが発生する要因となっている。
【０００４】
たとえば特許文献１および特許文献２には、水素生成装置に生じる熱応力に対する耐性を向上させる方法が開示されている。この方法としては、より特殊な材料を使用する方法や、熱伸びを極力拘束しない構造にする方法がある。また、発生する熱応力を緩和させるために、燃焼部・改質部を構成している容器に伸縮継手を設けて耐熱サイクルを向上させる方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２６５０６号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水素生成装置に生じる熱応力に対する耐性を向上させるために、耐熱性のある特殊な材料を使用すると、高価なものになる傾向にある。また、構造的に緩和させる方法では、熱応力の緩和の程度に限度があり、また、そのような構造は複雑であるため、高価なものになる傾向にある。
【０００７】
そこで、本発明は、製造コストを過度に増大させずに、燃料電池システムの水素生成装置に過大な熱応力が発生しないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、水素生成装置において、外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と、前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部と、前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定手段と、起動時に前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させながら前記温度差を所定の値以下に制御し前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する温度差制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、燃料電池システムにおいて、燃料電池と、外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と、前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部と、前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定手段と、起動時に前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させながら前記温度差を所定の値以下に制御し前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する温度差制御手段と、を備えて前記燃料電池に水素を供給する水素生成装置と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部とを備えた水素生成装置の起動方法において、前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定工程と、前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する加熱工程と、前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させる発熱量低減工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
外壁とこの外壁に固定された仕切板で囲まれて炭化水素系燃料と水蒸気とに水蒸気改質反応を生じさせる触媒を収納した改質部と前記仕切板に面して設けられて発熱する燃焼部とを備えた水素生成装置と燃料電池とを備えた燃料電池システムの起動方法において、前記仕切板の前記燃焼部側の点と前記改質部内部の点との温度差を測定する温度差測定工程と、前記触媒が所定の温度になるまで前記燃焼部に発熱させて前記触媒を加熱する加熱工程と、前記温度差が所定の値以上となったときに前記燃焼部の単位時間当たりの発熱量を低減させる発熱量低減工程と、前記触媒が所定の温度以上のときに前記改質部に原燃料を供給する原燃料供給工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造コストを過度に増大させずに、燃料電池システムの水素生成装置に過大な熱応力が発生しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態におけるブロック図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態における水素生成装置の起動時のフローチャートである。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態における改質器の各部の温度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。
【００１５】
図１は、本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態におけるブロック図である。
【００１６】
燃料電池システムは、燃料電池７０と、水素生成装置１０とを有している。水素生成装置１０は、改質水供給器４１から供給される純水と、原燃料供給器４０から供給される炭化水素系燃料を用いて、水蒸気改質反応によって水素を生成する。水素生成装置１０が生成した水素は、燃料電池７０に供給されて、発電反応に用いられる。水素生成装置１０は、改質器１１と一酸化炭素変成器１２と一酸化炭素除去器１３と水蒸気発生器１４と第１熱交換器５１と第２熱交換器５２と制御器６０とを備えている。
【００１７】
改質器１１は、改質部１７と燃焼部１６とを備えている。改質器１１は、耐熱性、耐腐食性をもつステンレス鋼を用いて形成される。
【００１８】
改質部１７は、外壁２１とこの外壁２１に固定された仕切板２２で囲まれている。改質部１７の仕切板２２は、円筒状に形成されている。改質器１７の外壁２１は、円筒状の仕切板２２と同心の円筒とその軸方向の両端部に仕切板２２との間を塞ぐ板とからなっている。つまり、本実施の形態において、改質部１７は、環状に形成されている。
【００１９】
改質部１７の内部には、改質触媒２３が収められている。改質触媒２３は、仕切板２２に沿って配置されている。改質部１７の内部の改質触媒２３が配置されていない部分は、空洞となっている。
【００２０】
改質部１７の改質触媒２３が配置されている部分の近傍には、改質用の水蒸気および炭化水素系燃料が導入される導入口２４が設けられている。また、改質部１７には、改質触媒２３が配置されていない空洞部分と連通し、改質反応によって生じた水素リッチガスを排出する排出口２５が設けられている。
【００２１】
燃焼部１６は、仕切板２２に面して設けられる。本実施の形態では、円筒状の仕切板２２の内側の円柱状の領域が燃焼部１６となっている。燃焼部１６には、空気供給器３０およびバーナ燃料供給器３１が接続されている。空気供給器３０と燃焼部１６との間には、バーナ空気調整弁６４が設けられている。バーナ燃料供給器３１と燃焼部１６との間には、バーナ燃料調整弁６３が設けられている。また、燃焼部１６には、排出管３２が取り付けられている。
【００２２】
改質水供給器４１は、たとえば純水を貯えるタンク（図示せず）と、貯えられた純水を送出するポンプ（図示せず）などから構成されていて、水蒸気改質反応に用いる純水を供給する。この改質水供給器４１は、第２熱交換器５２の低温側の入口に接続されている。第２熱交換器５２の低温側の出口は、水蒸気発生器１４の低温側の入口に接続されている。
【００２３】
原燃料供給器４０は、第１熱交換器５１の低温側の入口に接続されている。原燃料供給器４０は、たとえば都市ガスの配管や、ＬＰガスのタンクなどであり、水蒸気改質反応に用いる炭化水素系燃料を供給する。水蒸気発生器１４の低温側の出口は、原燃料供給器４０から第１熱交換器５１に延びる配管の途中に接続されている。
【００２４】
第１熱交換器５１の低温側の出口は、改質部１７の導入口２４に接続されている。改質部１７の排出口２５は、第１熱交換器５１の高温側の入口に接続されている。第１熱交換器５１の高温側の出口は、一酸化炭素変成器１２の入口に接続されている。一酸化炭素変成器１２の出口は、第２熱交換器５２の高温側の入口に接続されている。第２熱交換器５２の高温側の出口は、一酸化炭素除去器１３の入口に接続されている。一酸化炭素除去器１３の出口は、燃料電池７０に接続されている。
【００２５】
仕切板２２には、第１温度計６１が取り付けられている。第１温度計６１は、たとえば仕切板２２の燃焼部１６側で最も温度が高くなる位置など、仕切板２２の熱膨張量を表現できるような代表的な温度を測定する位置に設けられている。
【００２６】
改質部１７の内部には、温度を測定する第２温度計６２が取り付けられている。第２温度計６２は、改質触媒２３の出口近傍など、改質部１７の外壁２１の熱膨張量を表現できるような代表的な温度を測定する位置に設けられている。
【００２７】
つまり、第１温度計６１および第２温度計６２によって、測定される温度の差は、仕切板２２と改質部１７の外壁２１との熱膨張量差を表現できる値となっている。第１温度計６１および第２温度計６２は、たとえば熱電対である。
【００２８】
第１温度計６１および第２温度計６２が測定した温度は、制御器６０に伝達される。制御器６０は、これらの温度に基づいて、バーナ燃料調整弁６３およびバーナ空気調整弁６４を制御する。バーナ燃料調整弁６３およびバーナ空気調整弁６４の開閉量を制御することによって、制御器６０は、燃焼部１６での燃焼、すなわち、発熱量を制御する。
【００２９】
本実施の形態では、弁の開度が連続的に可変のバーナ燃料調整弁６３およびバーナ空気調整弁６４を設けて、燃焼部１６での発熱量を制御可能としているが、他の方法で発熱量を制御してもよい。たとえば、単に弁の開閉のみだけを行う遮断弁を用いて、燃焼部１６での点火と失火の切り替えにより発熱量を変化させてもよい。あるいは、空気供給器３０にブロワを用いた場合には、ブロワの回転数を変化させることによって燃焼部１６への空気の供給量を変化させて発熱量を変化させることもできる。
【００３０】
改質水供給器４１から供給される改質水は、第２熱交換器５２の低温側に送られる。第２熱交換器５２の低温側を通過して加熱された改質水は、水蒸気発生器１４の低温側に送られる。水蒸気発生器１４に送られた改質水は、加熱されて蒸気になる。蒸気となった改質水は、原燃料供給器４０から送られる炭化水素系燃料と混合され、第１熱交換器５１の低温側に送られる。第１熱交換器５１に送られた蒸気と炭化水素系燃料との混合ガスは、第１熱交換器５１で加熱された後、改質器１１の改質部１７に送られる。
【００３１】
改質器１１の燃焼部１６には、空気供給器３０によって空気が、バーナ燃料供給器３１によってバーナ燃焼用燃料が供給される。燃焼部１６では、バーナ燃焼用燃料が燃焼する。燃焼部１６での燃焼によって発生した熱は、改質器１１の仕切板２２を通過して改質部１７に伝達される。燃焼部１６の内部での燃焼の排ガスは、排出管３２から排出される。排出管３２から排出される燃焼部１６の燃焼排ガスは、水蒸気発生器１４の高温側に供給される。
【００３２】
燃焼部１６での発熱により温められた改質部１７では、水蒸気改質反応が生じて水素が生成される。改質部１７で生成された水素を含む水素リッチガスは、第１熱交換器５１の高温側に送られる。第１熱交換器５１の高温側を通過して、第１熱交換器５１の低温側を通過する水蒸気と炭化水素系燃料との混合ガスと熱交換した水素リッチガスは、一酸化炭素変成器１２に送られる。
【００３３】
一酸化炭素変成器１２に送られた水素リッチガス中に含まれる一酸化炭素の大部分は、変成反応により二酸化炭素に変成される。一酸化炭素変成器１２で一酸化炭素の濃度が低下した水素リッチガスは、第２熱交換器５２の高温側に送られる。第２熱交換器の高温側を通過して、第２熱交換器５２の低温側を通過する改質水と熱交換した水素リッチガスは、一酸化炭素除去器１３に送られる。
【００３４】
一酸化炭素除去器１３に送られた水素リッチガス中に含まれる一酸化炭素は、一酸化炭素除去器１３でほとんど取り除かれる。一酸化炭素除去器１３で一酸化炭素がほとんど取り除かれた水素リッチガスは、燃料電池７０に送られる。燃料電池７０に送られた水素リッチガス中に含まれる水素は、燃料電池７０に別途供給される空気中の酸素とともに発電反応に用いられる。
【００３５】
次に、このような燃料電池システムにおける水素生成装置１０の起動方法を説明する。ここで、起動とは、初めての運転の開始のときだけでなく、水素生成装置で水素を生成する運転を行った後に、再び水素を生成する運転に移行する再起動のときのことも含む。このため、水素生成装置の起動を開始する際には、水素生成装置１０の燃焼部１６および改質部１７は、定常運転の状態より温度が低い状態となっている。特に、初めての起動や定常運転が終了してから長い時間が経過した場合には、燃焼部１６および改質部１７の温度が設置場所の気温とほぼ等しい状態から、起動されることになる。
【００３６】
図２は、本実施の形態の水素生成装置の起動時のフローチャートである。図３は、本実施の形態における改質器の各部の温度の時間変化を示すグラフである。図３において、実線は燃焼部１６に設置した第１温度計６１が測定した温度ＴＣ１を、一点鎖線は改質部１７に設置した第２温度計６２が測定した温度ＴＣ２を、破線はこれらの温度差ＴＣ１−ＴＣ２を示す。
【００３７】
水素生成装置１０の起動を開始すると、まず、第１の昇温ステップに入る（Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１１）。第１の昇温ステップでは、改質器１１の燃焼部１６のパージが行われる（Ｓ１）。燃焼部１６のパージは、バーナ空気調整弁６４を開いて、バーナ空気供給器３０から空気を燃焼部１６に導入することによって行われる。
【００３８】
燃焼部１６のパージが終了したら、燃焼部１６に点火がされる（Ｓ２）。燃焼部１６の点火は、バーナ燃料調整弁６３を開いて、バーナ燃料供給器３１から起動燃料が供給されるとともに、イグナイターをＯＮとすることによって行われる。
【００３９】
改質器１１に設けた燃焼部１６に点火がされると、第１の昇温ステップにおける昇温が開始する。このとき、改質触媒２３が充填されている改質部１７は、燃焼部１６の燃焼排ガスから水蒸気発生器１４で回収した熱によって加熱される。また、改質部１７に加熱用ヒータを設けて、改質部１７を直接加熱してもよい。
【００４０】
第１の昇温ステップの間、燃焼部１１に設置した第１温度計６１が測定した温度ＴＣ１と改質部１７に設置した第２温度計６２が測定した温度ＴＣ２のそれぞれが監視される（Ｓ３）。ＴＣ１とＴＣ２との差（ＴＣ１−ＴＣ２）が予め設定した基準温度差Ｔａ以上となった場合、燃焼部１６は強制的に失火される（Ｓ１１）。この強制失火により、燃焼部１６の温度上昇が抑制される。この基準温度差Ｔａは、燃焼部１６、改質部１７を構成している部材の耐性から考慮した温度である。また、原燃料で封じ込めをしている場合は、触媒酸化防止のため、ＴＣ２が原燃料の熱分解で炭素を析出する温度Ｔｂ以上になった場合にも、燃焼部１６を強制的に失火してもよい。
【００４１】
燃焼部１６を強制的に失火させた場合（Ｓ１１）、バーナ空気パージ（Ｓ１）に戻る。このとき、第２温度計６２が測定した温度ＴＣ２の温度が下がったことを確認した後、再度点火し（Ｓ２）、再び昇温に移行する。
【００４２】
基準温度差Ｔａは、第１温度計６１および第２温度計６２の取付位置や構成部材の材質により変化する。基準温度差Ｔａは、次のようにして求めることができる。
【００４３】
まず、仕切板２２と外壁２１との間に、ある温度差を繰り返し与える試験を行う。これにより、ある温度差により仕切板２２と外壁２１とが熱膨張差に起因する疲労によって破損に至るまでの繰り返し回数を求めることができる。このような試験を複数の温度差について行うことにより、破損までの繰り返し回数の温度差に対する依存性を求めることができる。燃料電池の寿命中に想定される温度の上昇および下降の回数が分かれば、その回数でも破損をしないような仕切板２２と外壁２１との温度差を基準温度差Ｔａとすればよい。あるいは、燃料電池システム全体の寿命よりも水素生成装置１０を交換する場合には、その交換頻度を考慮してもよい。
【００４４】
熱負荷を繰り返し与える試験では、必ずしも破損に至るまで繰り返す必要はない。このような場合、まず、部材を解体し、破面調査によって部材中に進展した亀裂の長さを測定する。そこで測定された亀裂の長さから、破損に至るすなわち亀裂が部材の板厚分進展するまでの熱負荷の回数を推定することができる。
【００４５】
このような試験によって、たとえば、第１温度計６１を改質器１１の仕切板２２の温度が最も高くなる箇所に、第２温度計６２を改質触媒２３の出口に設け、かつ仕切板２２および外壁２１にステンレス鋼ＳＵＳ３１０Ｓ（ＪＩＳ規格）材を使用した場合は、基準温度差Ｔａは１５０℃から２５０℃程度になる。
【００４６】
温度差が基準温度差Ｔａになったときに燃焼部１６での発熱量を低下させるように制御器６０が制御を行う場合、この温度差は一時的に基準温度差を超えてしまう。そこで、このような場合には、基準温度差に適切な余裕を持たせておく。
【００４７】
あるいは、基準温度差Ｔａに対してある余裕分だけ低い目標温度差を設定し、制御器６０に、この目標温度差に近づくように制御させてもよい。つまり、燃焼部１１に設置した第１温度計６１が測定した温度ＴＣ１と改質部１２に設置した第２温度計が測定した温度ＴＣ２との差（ＴＣ１−ＴＣ２）の目標温度差に対する偏差に燃焼部１６の発熱量が比例するように比例制御をおこなってもよい。
【００４８】
第１の昇温ステップは、改質触媒２３の温度が水蒸気パージを行っても凝縮しない温度、たとえば１００℃以上となるまで判定（Ｓ４）しながら、継続する。最終的に改質触媒２３の温度が、このような温度になったら、改質水ポンプが動作し、蒸気発生器１４への改質水の導入が開始される（Ｓ５）。
【００４９】
改質水の導入が開始されて水蒸気発生１４で蒸気が生成し、改質触媒２３の蒸気パージが完了したら、熱分解による炭素析出する温度Ｔｂの制約がなくなる。そこで、改めて点火をし（Ｓ６）、第２の昇温ステップ（Ｓ６〜Ｓ９、Ｓ２１、Ｓ２２）に移行する。
【００５０】
第２の昇温ステップでは、改質部１７の温度ＴＣ２が６００〜７００℃程度の改質反応に適した温度となったか否か判定しながら（Ｓ８）、昇温を継続する。この第２の昇温ステップの間においても、常に温度ＴＣ１とＴＣ２の温度差を監視する（Ｓ７）。ＴＣ１とＴＣ２との差（ＴＣ１−ＴＣ２）が基準温度差Ｔａ以上になった場合は、バーナを失火させ（Ｓ２１）、バーナ空気パージを行った（Ｓ２２）後、再度点火する（Ｓ６）。
【００５１】
このようにして、改質触媒２３を含めた各燃料処理触媒の温度が反応に適正な温度になった時点で昇温完了となる。昇温が完了したら、原燃料の原燃料供給器４０からの導入が開始される（Ｓ９）。これにより、原燃料が水蒸気発生器１４から生成する水蒸気と混合された後、改質部１７へ供給されて、改質反応が生じる。改質反応によって水素が生成されるようになると、発電運転が開始される。
【００５２】
このように、本実施の形態では、過大な熱応力が発生しないように、水素生成装置１０を起動することができる。また、耐熱性の高い特殊な材料を使用したり、複雑な構造とする必要がない。このため、製造コストを過度に増大させずに、燃料電池システムの水素生成装置に過大な熱応力が発生しないようにすることができる。また、その結果、水素発生器１０の破損の可能性を抑制できる。したがって、安価で、耐久性の高い、水素発生器およびそれを用いた燃料電池システムを提供することができる。
【００５３】
第１あるいは第２の昇温ステップの間、燃焼部１６に設置した第１温度計６１が測定した温度ＴＣ１と改質部１７に設置した第２温度計６２が測定した温度ＴＣ２の差（Ｔ１−Ｔ２）を監視して、この温度差が基準温度差Ｔａを超えないように燃焼部１６に供給される空気あるいはバーナ燃料の流量を調整してもよい。このようにして温度差が基準温度差Ｔａを超えないように制御を行うことにより、燃焼部１６に強制失火させる必要がなくなる。その結果、点火と失火との繰返し回数を減らし、昇温時間を短縮することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１０…水素生成装置、１１…改質器、１２…一酸化炭素変成器、１３…一酸化炭素除去器、１４…水蒸気発生器、１６…燃焼部、１７…改質部、２１…外壁、２２…仕切板、２３…改質触媒、２４…導入口、２５…排出口、３０…空気供給器、３１…バーナ燃料供給器、３２…排出管、４０…原燃料供給器、４１…改質水供給器、５１…第１熱交換器、５２…第２熱交換器、６０…制御器、６１…第１温度計、６２…第２温度計、６３…バーナ燃料調整弁、６４…バーナ空気調整弁、７０…燃料電池
【図１】
0005534866.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005534866.tif 000004