(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器を加熱する燃焼器と、前記水素生成器から送出されたガスを前記燃焼器に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁と、前記燃焼器に設けられた着火器と、前記燃焼器の火炎の有無を検知する炎検知器と、制御器と、を備え、
前記燃焼器は、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記ガス流路から供給されるガスを用いて燃焼するよう構成され、
前記起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記制御器は、前記炎検知器によって前記燃焼器の失火を検知すると、前記開閉弁の開放を維持した状態で、前記着火器の着火動作を実行する水素生成装置。
【請求項２】
前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、
前記原燃料を前記水素生成器に供給する原燃料供給器と、
水を前記水素生成器に供給する水供給器と、を備え、
前記起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記制御器は、前記炎検知器によって前記燃焼器の失火を検知すると、前記開閉弁の開放を維持した状態で、前記原燃料供給器及び前記水供給器による前記原燃料及び前記水の前記水素生成器への供給及び前記燃焼空気供給器による前記燃焼器への前記燃焼空気の供給を実行するとともに、前記着火器の着火動作を実行する請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記着火動作により前記燃焼器が着火しなかった場合、前記制御器は、前記水素生成装置の停止処理を実行する請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記着火動作により前記燃焼器が着火しなかった場合、前記燃焼空気供給器の操作量を、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際の前記操作量よりも大きくなるよう制御する、請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記水素生成装置から送出されたガスが、前記水素含有ガスを利用する水素利用機器をバイパスして前記燃焼器に導入される第１ガス流路と、前記第１ガス流路を連通／遮断する第１開閉弁と、を備え、
起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器は、前記第１ガス流路を介して供給されるガスを燃焼するよう構成され、
前記制御器は、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記炎検知器によって前記燃焼器の失火を検知すると、前記第１開閉弁の開放を維持した状態で、前記着火器の前記着火動作を実行する請求項１ないし４のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記燃焼器から排出される排気ガスと熱媒体との間の熱交換が行われる熱交換器と、
前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記熱媒体経路の前記熱媒体を流すためのポンプと、
前記熱媒体により回収した熱が蓄えられる蓄熱器と、を備え、
前記着火器による前記着火動作中において、前記制御器は、前記ポンプを動作させる請求項１または２に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記着火動作の動作期間は、起動処理における前記燃焼器の燃焼開始時の着火動作の動作期間よりも短い請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項８】
請求項１〜７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。
【請求項９】
請求項１ないし４のいずれかに記載の水素生成装置から送出されたガスが、燃料電池を経由して前記燃焼器に導入される第２ガス流路と、前記第２ガス流路を連通／遮断する第２開閉弁と、を備え、
起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器は、前記第２ガス流路を介して供給されるガスを燃焼するよう構成され、
前記制御器は、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記炎検知器によって前記燃焼器の失火を検知すると、前記第２開閉弁の開放を維持した状態で、前記着火器の前記着火動作を実行する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムに関する。特に、本発明は、天然ガス、LPG、ガソリン、ナフサ、灯油、メタノール等の炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含む原燃料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに水素ガスを供給するための水素生成装置では、炭素および水素を構成元素とする有機化合物を含む原燃料が、改質触媒層を備えた改質器において水蒸気改質される。この改質反応により、水素を含む水素含有ガス（以下、「水素ガス」と略すが、「燃料ガス」と略す場合もある）が生成される。【０００３】
従来の燃料電池システムでは、この水素ガスを用い、水素ガスを空気などの酸化ガスと反応させることにより、電力および熱が生成される。
水素生成装置においては、600℃〜700℃程度の温度環境で、吸熱反応である改質反応が進行するので、この改質反応の進行には改質触媒層を加熱する必要がある。改質触媒層の加熱手段として、燃焼バーナを用いるのが一般的である。燃焼バーナでは、燃焼バーナの燃料として有機化合物を含む原燃料や燃料電池で使用されなかったオフ燃料ガスなどが供給されるとともに、酸化ガスとして空気などが供給され、これにより、これらの混合気の燃焼が起こる。このような混合気の燃焼を起こすには、燃焼バーナを初期に着火をさせる必要があり、着火方法として、イグナイター（着火器）などで電気的な火花を発生させるのが一般的である。
ところで、供給系のゆらぎや外乱などにより、燃焼バーナの火炎が消える場合がある（以下、このような火炎が消える事象を「失火」という）。燃焼バーナが失火すると、改質反応に必要な熱を改質器に供給できなくなるので、改質器において水素ガスを生成できない。よって、燃料電池による電力および熱の生成が継続できない。
そこで、上記水素生成装置の改質器暖機モードにおいて燃焼バーナが失火した場合、燃料電池をバイパスするバイパス管に設けた開閉弁を閉じ、水素生成装置の出口を封止し、燃焼バーナへの燃料の供給を停止して、空気などの酸化ガスにより燃焼バーナを掃気した後、再度、燃焼バーナを着火するという停止処理が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記改質器暖機モードにおいては、改質器で水蒸気改質反応が進行し、生成された水素含有ガスがバイパス管を介して燃焼バーナに供給されるよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来例の燃料電池システムでは、上述のとおり、改質反応が進行している改質器暖機モードにおいて燃焼バーナが失火した場合、バイパス管が閉止され、水素生成装置が封止された状態になる。
ここで、水素生成装置に継続投入された改質水からの水蒸気生成に伴う急激なガス量増加により封止された水素生成装置の内圧が上昇し、水素生成装置の構成部材に圧力負荷が生じる。なお、燃焼器の失火後に水素生成器内に改質水が継続的に供給されなくても、水素生成装置内に残留する改質水の水蒸発に伴い急激に内圧上昇し、上記と同様の問題が起こることが想定される。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、起動処理において水蒸気を用いた改質反応により水素含有ガスの生成を行っている際に、水素含有ガスを燃焼器に供給して、燃焼させる水素生成装置において、燃焼器の失火後の着火を行う際に、構成部材への圧力ダメージが従来よりも低減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】
上記課題を解決するため、本発明の水素生成装置は、原燃料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成器と、前記水素生成器を加熱する燃焼器と、前記水素生成器から送出されたガスを前記燃焼器に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁と、前記燃焼器に設けられた着火器と、制御器と、を備え、前記燃焼器は、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記ガス流路から供給されるガスを用いて燃焼するよう構成され、前記起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器が失火した場合、前記制御器は、前記開閉弁の開放を維持した状態で、前記着火器の着火動作を実行する。【０００８】
また、本発明の水素生成装置は、前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、前記原燃料を前記水素生成器に供給する原燃料供給器と、水を前記水素生成器に供給する水供給器とを備え、前記起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器が失火した場合、前記制御器は、前記開閉弁の開放を維持した状態で、前記原燃料供給器及び前記水供給器による前記原燃料及び前記水の前記水素生成器への供給及び前記燃焼空気供給器による前記燃焼器への前記燃焼空気の供給を実行するとともに、前記着火器の着火動作を実行する。【０００９】
また、本発明の水素生成装置は、前記着火動作により前記燃焼器が着火しなかった場合、前記制御器は、前記水素生成装置の停止処理を実行する。【００１０】
また、本発明の水素生成装置は、前記着火動作により前記燃焼器が着火しなかった場合、前記制御器は、前記燃焼空気供給器の操作量を、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際の前記操作量よりも大きくなるよう制御する。【００１１】
また、本発明の水素生成装置は、前記水素生成装置から送出されたガスが、前記水素含有ガスを利用する水素利用機器をバイパスして前記燃焼器に導入される第１ガス流路と、前記第１ガス流路を連通／遮断する第１開閉弁と、を備え、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器は、前記第１ガス流路を介して供給されるガスを燃焼するよう構成され、前記制御器は、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器が失火した場合、前記第１開閉弁の開放を維持した状態で、前記着火器の前記着火動作を実行する。
また、本発明の水素生成装置は、前記燃焼器から排出される排気ガスと熱媒体との間の熱交換が行われる熱交換器と、前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記熱媒体経路の前記熱媒体を流すためのポンプと、前記熱媒体により回収した熱が蓄えられる蓄熱器と、を備え、前記着火器による前記着火動作中において、前記制御器は、前記ポンプを動作させる。
また、本発明の水素生成装置は、前記着火動作の動作期間は、起動処理における前記燃焼器の燃焼開始時の着火動作の動作期間よりも短い。【００１２】
本発明の燃料電池システムは、前記本発明の水素生成装置から送出されたガスが、燃料電池を経由して前記燃焼器に導入される第２ガス流路と、前記第２ガス流路を連通／遮断する第２開閉弁と、を備え、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器は、前記第２ガス流路を介して供給されるガスを燃焼するよう構成され、前記制御器は、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記燃焼器が失火した場合、前記第２開閉弁の開放を維持した状態で、前記着火器の前記着火動作を実行する。【００１３】
また、本発明の燃料電池システムは、前記本発明の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃焼器が失火した場合に水素生成器から燃焼器に供給されるガスが流れるガス流路の連通が維持されたまま着火動作が実行されるため、失火後の着火動作において従来よりも水素生成装置への圧力ダメージが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１の水素生成装置の一構成例を示したブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２の水素生成装置の一構成例を示したブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２の水素生成装置の変形例を示したブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２の水素生成装置の変形例を示したブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２の水素生成装置の変形例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明の実施形態における様々な特徴について、以下に列挙する。
【００１７】
第１の形態の水素生成装置は、原燃料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成器と、水素生成器を加熱する燃焼器と、水素生成器から送出されたガスを前記燃焼器に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁と、燃焼器に設けられた着火器と、制御器と、を備え、前記燃焼器は、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、前記ガス流路から供給されるガスを用いて燃焼するよう構成され、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器が失火した場合、制御器は、前記開閉弁の開放を維持した状態で、着火器の着火動作を実行する。
かかる構成により、水素生成装置から送出されたガスを燃焼器に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁の開放を維持した状態で、着火器の着火動作を実行するという燃焼器の失火対策が試みられる。
【００１８】
よって、燃焼器が失火後も水素生成器は燃焼排ガス経路を通じて大気開放された状態が維持されるので、水蒸発に伴うガス量増加による水素生成装置の内圧上昇が抑制され、失火後の着火動作において圧力ダメージが従来よりも低減される。
【００１９】
ここで、「原燃料」は、少なくとも炭素と水素とを構成元素とする有機化合物を含み、上記改質反応により燃料ガスが生成される物質である。このような「原燃料」としては、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素、メタノール、エタノールなどのアルコール等が例示される。
「改質反応」は、水蒸気改質反応、オートサーマル反応のいずれの場合も含む。
【００２０】
「燃焼器」とは、例えば、燃焼バーナなどの燃料と空気の混合気を燃焼できる加熱装置をいい、「燃焼器の失火」とは、上述のとおり、「燃焼器」の火炎が消えてしまう事象をいう。
【００２１】
「着火器」とは、例えば、イグナイター（点火フラグ）のような電気的な点火装置をいい、この場合、「着火器の着火動作」とは、点火プラグを用いて電気的な火花を飛ばす動作をいう。
【００２２】
「開閉弁」として、例えば、電磁力によって弁体の開閉が行われる電磁弁を用いることができる。
【００２３】
また、「水素生成器から送出されたガスを燃焼器に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁」には、例えば、水素生成器から送出されたガスが、水素利用機器（例えば、燃料電池）をバイパスして燃焼器に導入される流路に設けられた開閉弁がある。
【００２４】
「ガス流路の連通／遮断」（ガス流路の連通および遮断）とは、ガス流路内のガスが通る空間の開閉を指し、「開閉弁」の開放状態において、ガス流路を流れるガスの通気を確保され、「開閉弁」の閉止状態において、ガス流路を流れるガスの通気が遮断される。
【００２５】
「制御器」は、ＣＰＵやメモリを内蔵するマイコンなどにより構成されている。「制御器」は、単独でも複数でもよい。
【００２６】
「起動処理」は、水素生成器の温度を改質反応に適切な温度にまで上昇させる昇温処理を含み、水素利用機器で水素含有ガスの利用が開始されるまでの処理をいう。
【００２７】
また、第２の形態の水素生成装置は、第１の形態の水素生成装置において、燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、原燃料を水素生成器に供給する原燃料供給器と、水を前記水素生成器に供給する水供給器とを備えてもよい。そして、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器が失火した場合、制御器は、上記開閉弁の開放を維持した状態で、原燃料供給器及び水供給器による原燃料及び水の水素生成器への供給及び燃焼空気供給器による燃焼器への燃焼空気の供給を実行するとともに、着火器の着火動作を実行してもよい。
【００２８】
かかる構成により、着火器の着火動作により燃焼器が再び着火した場合、水素生成器への原燃料供給器による原燃料の供給及び水供給器による水の供給を実行しているので、水素生成装置の水素含有ガスの生成をスムーズに継続できる。
【００２９】
また、第３の形態の水素生成装置は、第１または第２の形態の水素生成装置において、着火器の着火動作により燃焼器が着火しなかった場合、制御器は、水素生成装置の停止処理を実行してもよい。
【００３０】
かかる構成により、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際に、着火器の着火動作の着火異常時における適切な処理が行われる。
【００３１】
なお、この「水素生成装置の停止処理」の具体例は後述する。
【００３２】
また、第４の形態の水素生成装置は、第１〜第３の形態の水素生成装置のいずれかにおいて、制御器は、着火器の着火動作により燃焼器が着火しなかった場合、燃焼空気供給器の操作量を、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際の操作量よりも大きくなるよう制御してもよい。
【００３３】
かかる構成により、燃焼器に送られる空気量を増やせるので、燃焼器内の可燃ガスを希釈し水素生成装置外部に排出処理できる。また、燃焼器が着火しなかった場合、燃焼空気供給器からの空気は、水素生成装置を冷やす冷媒として機能するので、空気量を増やすと水素生成装置の冷却をスムーズに行える。
【００３４】
ここで、「燃焼空気供給器」として、例えば、ファンなどの送風機を用いることができる。
【００３５】
ここで、「燃焼空気供給器の操作量」とは、「燃焼空気供給器」の制御量である空気量を決定する因子のうち、「制御器」によって制御できる決定因子（例えば、ファン回転数）をいう。よって、「燃焼空気供給器の操作量」の増減により、燃焼器に送られる空気量が増減する。
【００３６】
また、第５の形態の水素生成装置は、第１〜第４の形態の水素生成装置のいずれかにおいて、水素含有ガスを利用する水素利用機器をバイパスして燃焼器に導入される第１ガス流路と、第１ガス流路を連通／遮断する第１開閉弁とを備え、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器は、第１ガス流路を介して供給されるガスを燃焼するよう構成されてもよい。そして、制御器は、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器が失火した場合、第１開閉弁の開放を維持した状態で、着火器の着火動作を実行する。
また、第６の形態の水素生成装置は、第１または第２の形態の水素生成装置において、燃焼器から排出される排気ガスと熱媒体との間の熱交換が行われる熱交換器と、熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記熱媒体経路に熱媒体を流すためのポンプと、熱媒体により回収した熱が蓄えられる蓄熱器と、を備えてもよい。
そして、着火器による着火動作中において、制御器は、上記ポンプを動作させてもよい。
かかる構成により、燃焼器において燃焼がなされていない着火器による着火動作中においても、排気ガスと熱媒体との間の熱交換が適切に行われ、ひいては、排気ガスからの熱回収が適切に行われる。
「熱交換器」は、高温の流体（加熱流体）と低温の流体（受熱流体）とが持っている熱を交換することを目的とした装置であれば、どのような構成でもよい。
ただし、燃料電池システムの熱効率を考慮すれば、排気ガス中の熱が熱交換により回収されることが好ましい。回収熱は、例えば、給湯、床暖房などの用途に用いるとよい。この場合、「熱媒体経路」は、蓄熱器（例えば、給湯用の貯湯タンクや床暖房を構成する経路）に接続される配管を用いるとよい。
「熱媒体」は、液体であることが好ましく、例えば、液体の水、不凍液などを用いることができる。
「ポンプ」は、熱媒体経路内に熱媒体を流すことができるものであれば、どのような構成でもよい。
「排気ガス」とは、燃焼器から排出されるガスを指し、燃焼燃料と燃焼空気の混合気の燃焼によって生じた燃焼排ガスや燃焼器の燃焼停止時の燃焼空気などが、「排気ガス」の一例である。
また、第７の形態の水素生成装置では、第１または第２の形態の水素生成装置において、上記着火器の着火動作の動作期間は、起動処理における燃焼器の燃焼開始時の着火器の着火動作の動作期間よりも短くしてもよい。
【００３７】
これは、起動処理において水素含有ガスを生成している際に燃焼器が失火した場合、燃焼器内に存在する可燃ガス量は、起動処理の燃焼開始時における着火動作の場合よりも多いため、着火動作時間が長くなると燃焼排ガス経路から水素生成装置外部に可燃性ガスが排出される可能性がある。ここで、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際の失火時の着火動作期間を起動開始時の着火動作期間よりも短くすることで、水素生成装置の外部に可燃性ガスが排出される可能性を低減することができる。ここで、「着火動作の動作期間」とは、イグナイターの着火動作で例示すると、イグナイターの火花を連続的に飛ばし続ける着火動作の着火時間を指し、燃焼器のプリパージ（空気による掃気）を挟んだリトライ着火動作をも含めたトータルの着火時間を指すものではない。
【００３８】
第１の形態の燃料電池システムは、第１〜第７の形態の水素生成装置と、この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、を備えてもよい。
【００３９】
第２の形態の燃料電池システムは、第１〜第４の形態の水素生成装置において、水素含有ガスを利用する燃料電池を経由して燃焼器に導入される第２ガス流路と、第２ガス流路を連通／遮断する第２開閉弁とを備え、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器は、第２ガス流路を介して供給されるガスを燃焼するよう構成されてもよい。そして、制御器は、起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器が失火した場合、第２開閉弁の開放を維持した状態で、着火器の着火動作を実行する。
【００４０】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１の水素生成装置の具体的な構成例および動作例について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
但し、以下の具体的な説明は、〔発明を実施するための形態〕の欄の冒頭で列挙された各水素生成装置の特徴を例示しているに過ぎない。例えば、上記各水素生成装置を特定した用語と同じ用語に適宜の参照符号を付して以下の具体例を説明する場合、当該具体的な装置は、これに対応する上記各水素生成装置の構成要素の一例である。
【００４２】
よって、上記各水素生成装置の特徴は、以下の具体的な説明によって限定されない。
【００４３】
[水素生成装置の構成例]
図１は、本発明の実施の形態１の水素生成装置の一構成例を示したブロック図である。
【００４４】
図１に示すように、水素生成装置１００は、原燃料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する水素生成器１を備える。また、水素生成装置１００は、原燃料を水素生成器１に供給する原燃料供給器２０を備える。また、水素生成器１の改質反応に必要な改質水を供給するための水供給器１２を備える。
【００４５】
水素生成器１に、原燃料および水が供給された場合、水素生成器１は、これらを改質触媒層（図示せず）において改質反応させる。すると、水素生成器１では、水素含有ガスが生成する。なお、水素生成器１内には、改質触媒層を備える改質器（図示せず）が配されているが、このような水素生成器１の内部構造は公知である。よって、その詳細な説明および図示は省略する。なお、装置構造によっては、上記改質器に加えて、水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するために変成反応により一酸化炭素を低減する変成器や酸化反応により一酸化炭素を低減する一酸化炭素除去器が併設される形態を採用しても構わない。また、本実施の形態の水素生成装置１００においては、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成されるよう構成されているが、オートサーマル反応により水素含有ガスが生成されるよう構成されても構わない。なお、この場合、水素生成器１に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられる。
【００４６】
原燃料供給器２０は、例えば、原燃料供給源（例えば、都市ガスインフラ、プロパンガスボンベ等）に接続され、ブースターポンプや流量調整弁が用いられ、この場合、原燃料供給器２０は、水素生成器１に、原燃料の一例であるメタンガスを主成分とする都市ガスを供給する。
【００４７】
水供給器１２は、例えば、水供給源（例えば、水道インフラ、水タンク等）に接続され、ポンプや流量調整弁が用いられる。
【００４８】
600℃〜700℃程度の高温において、改質触媒層の改質反応（吸熱反応）は促進する。このため、水素生成器１内において改質反応が進行するには、水素生成器１に外部から熱を与え、改質触媒層の温度上昇を行える燃焼器２が必要となる。
【００４９】
よって、図１に示すように、水素生成装置１００は、水素生成器１を加熱する燃焼器２と、燃焼器２に燃焼用の空気（以下、「燃焼空気」と略す）を供給する燃焼空気供給器４と、燃焼器２に設けられた着火器５と、を備える。
【００５０】
燃焼空気供給器４として、例えば、燃焼に必要な酸素を含む大気（空気）を燃焼器２に圧送するファンを用いることができる。但し、燃焼空気供給器４は、ファンに限らず、空気を供給できれば他の装置でもよく、例えば、ポンプでもよい。
【００５１】
なお、燃焼用の燃料（以下、「燃焼燃料」と略す）の燃焼器２への供給の詳細については後述する。
【００５２】
このようにして、燃焼器２に、燃焼燃料および燃焼空気が供給され、これにより、燃焼器２内において、燃焼燃料および燃焼空気の混合気の燃焼が起こる。
【００５３】
着火器５は、燃焼器２において燃焼燃料および燃焼空気の混合気を着火させる着火源として使用され、着火器５の一例として、電気的に火花を出すイグナイタ（点火プラグ）を用いることができる。また、図１に示すように、燃焼器２には、火炎の有無を検知する炎検知器２１が配されている。炎検知器２１の一例として、フレームロッドを用いることができる。
【００５４】
図１に示すように、水素生成装置１００は、水素生成器１において生成された水素含有ガスを利用する水素利用機器７を備える。水素利用機器としては、水素貯蔵タンクや燃料電池等が挙げられる。本実施の形態では、水素利用機器として、水素貯蔵タンクを用いる。
【００５５】
図１に示すように、水素生成装置１００は、水素生成器１から送出されたガスを燃焼器２に供給するガス流路を連通／遮断（連通および遮断）する開閉弁を備える。よって、このような開閉弁を用いて、ガス流路内のガスが通る空間の開閉が行える。
【００５６】
上記ガス流路には、水素生成器１から送出された可燃性のガス（例えば、燃料ガス）が水素利用機器７をバイパスして燃焼器２に導入される第１ガス流路８と、上記開閉弁には、第１ガス流路８を連通／遮断する第１開閉弁８Ａとがある。
【００５７】
第１ガス流路８として、例えば、流体流路を形成する流体配管を用いることができる。第１開閉弁８Ａとして、例えば、流体配管内の空間を開閉できる電磁弁を用いることができる。なお、水素生成器１と、水素利用機器７との間を接続する流体配管にも第３開閉弁９Ｂ（例えば、電磁弁）が配されている。
【００５８】
図１に示すように、水素生成装置１００は制御器３０を備える。
【００５９】
制御器３０は、ＣＰＵやメモリなどを備え、水素生成装置１００の各種の検知器の信号に基づいて水素生成装置１００の各種の制御対象機器の動作を制御する。
【００６０】
本実施形態の水素生成装置１００では、例えば、制御器３０が、炎検知器２１によって燃焼器２の失火を検知すると、「水素生成器１から送出されたガスを燃焼器５に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁の開放が維持された状態」にして、着火器５の着火動作を実行する。そして、このような着火器５の着火動作により燃焼器２が着火しなかった場合、制御器３０は、水素生成装置１００の停止処理を実行する。更に、制御器３０は、上述の着火器５の着火動作により燃焼器２が着火しなかった場合、燃焼空気供給器４の操作量を、起動処理において水素生成装置が、水素含有ガスを生成している際の燃焼空気供給器４の操作量よりも大きくなるよう制御する。
【００６１】
なお、これらの制御器３０による制御の詳細は後述する。
【００６２】
[水素生成装置の通常の動作例]
以下、本発明の実施の形態１の水素生成装置１００の通常の動作例を述べる。なお、以下の動作は、制御器３０によって、水素生成装置１００の各部が制御されることにより、遂行される。
【００６３】
水素生成装置１００の通常の動作には、大まかに分けると、起動処理と、水素供給運転と、停止処理と、待機状態と、がある。但し、これらの各工程は公知なので、以下に、各工程の概略を述べる。
【００６４】
（起動処理）
水素生成装置１００の起動処理は、起動前（例えば、後述の待機状態）の水素生成装置１００を動かして高濃度の水素含有ガスを安定した生成できる状態にする工程であり、この起動処理では、水素生成器１の温度を適温にまで上昇させる昇温処理が行われる。
【００６５】
この昇温処理では、燃焼器２に燃焼燃料および燃焼空気が供給され、燃焼器２において、両者の混合気が着火器５を用いて燃焼される。燃焼空気の供給は、燃焼空気供給器４によって行われる。また、起動処理での燃焼燃料の供給は、水素生成器１から送出され、第１ガス流路８を経由して燃焼器２に供給される原燃料ガスで着火及び燃焼開始し、その後も継続的に水素生成器１から送出される可燃性ガスを燃焼器２の燃焼燃料として使用する。
【００６６】
これにより、水素生成器１の加熱が行われ、水素生成器１の改質触媒層が改質反応に必要な温度まで上昇すると、水供給器１２より水素生成器１へ水の供給を開始し、原燃料及び水蒸気により改質反応によって水素含有ガスが生成する。そして、水素濃度の高い高品質の水素含有ガス（以下、水素ガス）が安定に生成できるよう、水素生成器１の改質触媒層が充分に昇温されると、以下の水素生成装置１００の水素供給工程に移行する。
【００６７】
（水素供給工程）
水素生成装置１００の水素供給工程は、水素生成器１において生成された水素ガスを水素利用機器７へ供給する工程である。
【００６８】
この水素供給工程では、高品質の水素ガスが水素利用機器７に供給され、水素利用機器７に水素ガスが利用される。この水素供給工程では、水素利用機器７へ水素ガスを供給するため第３開閉弁９Ｂが開放されているが、第１開閉弁８Ａについても起動処理と同様に開放しているため、第１ガス流路８を通じて水素生成器１より送出された水素ガスの一部が燃焼器２へ燃焼燃料として供給される。
【００６９】
（停止処理）
水素生成装置１００の停止処理は、水素生成装置１００での水素ガスの生成を停止する工程である。
【００７０】
例えば、水素利用機器での水素需要が低下した場合や、図示されない操作器を介して使用者の入力操作により水素生成装置１００の運転停止の指令が出された場合などに、以下の停止処理が行われる。なお、水素利用機器の水素需要が低下した場合とは、水素利用機器が、水素貯蔵タンクである場合、水素貯蔵タンク内に水素が十分充填された場合であり、水素利用機器が、燃料電池である場合は、電力負荷の電力需要が燃料電池からの電力供給を必要としない所定の電力閾値以下になった場合を指す。
【００７１】
この停止処理では、水素生成器１への原燃料および水の供給が停止される。また、燃焼器２への燃焼燃料としての水素ガスの供給が停止され、これにより、燃焼器２の燃焼が止まる。但し、この場合、燃焼空気供給器４からの燃焼空気の供給をしばらく継続するのが一般的である。これにより、燃焼器２の内部に残留する可燃性ガスを掃気することができる。
【００７２】
（待機状態）
水素生成装置１００の待機状態は、上記停止処理が完了した後に、次の起動に入る指示があるまで次回の起動に備えて待機している工程である。
【００７３】
この待機状態で水素生成装置１００の起動要求が発生すると、制御器３０が水素生成装置１００の起動指令を出力し、上記起動処理が開始されるよう構成されている。なお、上記起動要求とは、水素利用機器の水素需要が高まることや、操作者により操作器（図示せず）を介して運転開始の指示が入力されることを指す。なお、水素利用機器の水素需要が高まるとは、水素利用機器が、水素貯蔵タンクである場合、このタンク内の水素充填量が水素の補給が必要となる所定の閾値以下になる場合を指し、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からの電力供給を必要とする所定の電力閾値以上である場合を指す。
【００７４】
[水素生成装置１００の起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際の燃焼器の失火時の動作例]
燃焼器２に燃焼バーナを用いる場合、燃焼器２の火炎が消えて失火する場合がある。燃焼器２の失火の原因には、燃焼燃料の供給量と燃焼空気の供給量との間のバランスの過渡的な乱れなどが考えられている。特に、水素含有ガスの生成を行っている際には、水素生成器に供給された水が蒸発する際の急激な体積膨張に伴い燃焼器２に流入する可燃性ガス量が変動し、失火しやすい。
【００７５】
ここで、水素生成装置１００において水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器２が失火した場合、そのまま停止してしまうと、水素生成器１の昇温に要したエネルギーが無駄になってしまう。また、燃焼器２の失火の原因が、燃焼器２に供給されるガス量の過渡的な乱れなどであることが多いので、原燃料、水及び燃焼空気の供給をそのままの状態で継続することにより、燃焼器２内のガス混合気が、燃焼器２での燃焼可能な空燃比になっていると期待できる。従って、通常、着火動作を実行し、燃焼器２の燃焼動作を再開することを試みる。
【００７６】
本実施形態の水素生成装置１００では、水素生成装置１００が起動処理において水素含有ガスを生成している際に、燃焼器２が失火した場合、上記従来例の停止処理に代えて、第１開閉弁８Ａの開放を維持して、着火器５の着火動作を実行する。具体的には、以下に例示する如く行われる。なお、以下の動作は、制御器３０によって、水素生成装置１００の各部が制御されることにより、遂行される。
【００７７】
起動処理において水素生成装置１００が水素含有ガスの生成している際に、燃焼器２が失火すると、炎検知器２１の出力信号により失火が検知される。すると、第１開閉弁８Ａの開放状態を維持して、原燃料供給器２０による水素生成器１への原燃料供給、水供給器１２による水素生成器１への水供給、及び燃焼空気供給器４からの燃焼空気の供給を継続する。そして、制御器３０の制御に着火器５を動作させ、着火動作を実行する。
【００７８】
このように、本実施形態の水素生成装置１００は、第１開閉弁８Ａの開放状態を維持して、着火動作が実行されるので水素生成装置１００に加わる圧力ダメージを従来よりも低減させて、燃焼器２の再着火を実行することが可能になる。
【００７９】
また、上記着火器５の着火動作の動作期間は、水素生成装置１００の起動処理において水素生成器１の昇温工程開始のため燃焼器２を燃焼開始する際の着火器５の着火動作の動作期間よりも短く設定されている。この理由を、以下に述べる。
【００８０】
なお、「着火動作の動作期間」とは、イグナイターの着火動作で例示すると、イグナイターの火花を連続的に飛ばし続ける着火動作の時間を指し、燃焼器２のプリパージ（空気による掃気）を挟んだリトライ着火動作をも含めたトータルの着火時間を指すものではない。
【００８１】
水素生成装置１００の起動処理では、着火器５の着火動作が行われた状態で、燃焼空気および燃焼燃料の混合気中の可燃成分の濃度を可燃範囲よりも低い側から徐々に高くできるので、着火動作の動作期間を長めにとっても問題が生じない。
【００８２】
これに対して、起動処理において水素含有ガスを生成している際に燃焼器２が失火した場合、燃焼器２内に存在する燃焼空気および燃焼燃料の混合気中の可燃成分の濃度が、既に可燃範囲に入っていると考えられるので、着火動作の動作期間を長めに取ると、このような混合気が、着火動作期間中に燃焼器２に供給されるガスにより燃焼器２の下流側に押し出され、ひいては、燃焼排ガス経路の下流端である排気口３００から水素生成装置１００外に排出される可能性もある。
【００８３】
そこで、可燃ガス（可燃成分が可燃範囲に入っている混合気）の拡散範囲の拡大抑制を考慮して、着火器５の着火動作の動作期間は、水素生成装置１００の起動処理において昇温工程を開始する際の着火器５の着火動作の動作期間よりも短く設定される方が好ましい。また、可燃ガスの拡散範囲の拡大抑制を考慮して、着火器５の着火動作を１回のみにする方が好ましい。
【００８４】
かかる構成により、可燃ガスの水素生成装置１００外への排出が抑制される。
【００８５】
また、着火器５の着火動作の動作期間は、所定の設定時間（数秒程度；例えば、「６秒」）に短縮されているので、この間も水素生成装置１００での水素含有ガスの生成を継続できる。よって、着火器５の着火動作により燃焼器２が再び着火した場合、水素生成装置１００の水素含有ガスの生成を中断することなく、燃焼器２の燃焼を継続できる。なお、燃焼器２が着火した際の着火判定は、炎検知器２１の出力信号に基づいてなされる。
【００８６】
また、本実施形態の水素生成装置１００では、着火器５の着火動作の動作期間が上述の設定時間「６秒」を超えても、着火器５の着火動作により燃焼器２が着火しなかった場合、以下の水素生成装置１００の失火異常停止処理が制御器３０によって行われる。
【００８７】
なお、燃焼器２が着火しなかった際の着火異常判定は、炎検知器２１の出力信号に基づいてなされる。また、この設定時間「６秒」は、あくまで一例に過ぎず、着火動作期間中に排気口３００から可燃ガスを含む混合気を排出させない時間であれば、機器の構成やガス流量により適宜設定される。
【００８８】
水素生成装置１００の失火異常停止直後では、燃焼器２内に可燃ガスが存在するので、燃焼空気供給器４の動作を行い、空気により可燃ガスを希釈して水素生成装置１００外に排出する。なお、この場合、本実施形態の水素生成装置１００では、燃焼空気供給器４の操作量を、水素生成装置１００の起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際の燃焼空気供給器４の操作量よりも大きくしても構わない。これにより、燃焼器２内の可燃ガスを適切に処理される。
【００８９】
また、水素生成装置１００の失火異常停止処理では、水素生成器１への原燃料および水の供給が停止されるが、水素生成器１内には、原燃料、水蒸気及び水が残留する。更に、水素生成装置１００の停止直後の水素生成器１には、残留する水の水蒸発および残留する原燃料及び水蒸気の改質反応による水素ガス生成を行うのに充分な熱が保有されている。
【００９０】
よって、従来例の如く、水素利用機器７（燃料電池）をバイパスする第１ガス流路８が封止されると、水素ガス生成や水蒸発によるガス量（ガスのモル数）増加が、水素生成器１内を昇圧させ、水素生成器１の構造体の破損に到る可能性がある。
【００９１】
そこで、本実施形態の水素生成装置１００では、水素生成器１への原燃料及び水の供給を停止後も第１開閉弁８Ａを開放した状態にしている。
【００９２】
これにより、第１ガス流路８の連通がなされた状態で、燃焼空気供給器４から燃焼器２への燃焼空気の供給が行われ、燃焼器２内を燃焼空気で掃気している間でも、水素生成器１の内圧の上昇を抑えることができる（以下、「過昇圧抑制動作」という）。
【００９３】
このような過昇圧抑制動作を行うと、燃焼排ガス経路１０の下流端の排気口３００を介して水素生成装置１００外に可燃ガスが排出される可能性があるが、本実施形態では、上述のとおり燃焼空気供給器４を動作させているので、可燃ガスの濃度を希釈して、水素生成装置１００外に希釈ガスを排出できる。なお、この場合、過昇圧抑制動作によって排出される可燃ガス中の可燃成分の量も考慮して、水素生成装置１００外に可燃範囲内の可燃ガスが排出されないように、燃焼空気供給器４から供給する空気量（具体的には、燃焼空気供給器４の操作量）を設定しても構わない。
【００９４】
以上のとおり、本実施形態の水素生成装置１００は、原燃料を用いて改質反応により燃料ガスを生成する水素生成器１と、水素生成器１を加熱する燃焼器２と、水素生成器１から送出されたガスを燃焼器２に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁と、燃焼器２に設けられた着火器５と、制御器３０と、を備える。
【００９５】
そして、起動処理において前記水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器２が失火した場合、制御器３０の制御により第１開閉弁８Ａを開放した状態で、着火器５の着火動作を実行するという燃焼器２の失火後着火動作が試みられる。
【００９６】
よって、蒸発水を用いた改質反応を行う水素生成器１を備える本実施形態の水素生成装置１００において、燃焼器２が失火した場合に、水蒸発に伴うガス量増加により水素生成装置１００に加わる圧力ダメージが従来よりも低減される。
【００９７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２の水素生成装置の具体的な構成例および動作例について、図面を参照しながら説明する。
【００９８】
但し、以下の具体的な説明は、〔発明を実施するための形態〕の欄の冒頭で列挙された各水素生成装置の特徴を例示しているに過ぎない。例えば、上記各水素生成装置を特定した用語と同じ用語に適宜の参照符号を付して以下の具体例を説明する場合、当該具体的な装置は、これに対応する上記各水素生成装置の構成要素の一例である。
【００９９】
よって、上記各水素生成装置の特徴は、以下の具体的な説明によって限定されない。
【０１００】
[水素生成装置の構成例]
図２は、本発明の実施の形態２の水素生成装置の一構成例を示したブロック図である。
【０１０１】
図２において、実施の形態１の水素生成装置１００の構成部材と同じものには、同一の符合を付し、その構成部材の具体的な説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態の水素生成装置１１０では、実施の形態１の水素生成装置１００に対し、燃焼器２から排出される排気ガスと第１熱媒体経路２０１を流れる第１熱媒体（例えば、液体の水や不凍液）との熱交換による排熱回収機構が追加されている。
【０１０２】
具体的には、本実施形態の水素生成装置１１０は、排気ガスが流れる燃焼排ガス経路１０と、第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路２０１と、高温の排気ガスと低温の第１熱媒体との間で熱交換が行われる第１熱交換器１１とを備える。第１熱媒体経路２０１に、第１ポンプ２００が設けられ、これにより、第１熱媒体が、第１熱媒体経路２０１を流れる。また、第１熱媒体経路２０１に、第１蓄熱器２０２が設けられ、これにより、第１熱媒体経路２０１を流れる第１熱媒体が第１蓄熱器２０２に蓄えられる。なお、第１ポンプ２００の作動は、制御器３０によって制御される。
排気ガスが、第１熱交換器１１での加熱流体となる。よって、燃焼器２から排出される排気ガスが、燃焼排ガス経路１０に導かれ、当該排気ガスが第１熱交換器１１を用いて冷却される。また、第１熱媒体が、第１熱交換器１１での受熱流体となる。よって、上記熱交換により、第１熱媒体は加熱され、第１熱交換器１１を通過した高温の第１熱媒体が第１蓄熱器２０２に入り、そこに蓄えられる。
かかる構成により、水素生成装置１１０外に排出される高温の排気ガスが、上記熱交換により冷却されるので都合がよい。また、排気ガスの熱が、上記熱交換により回収され利用できるので都合がよい。
[水素生成装置の動作例]
本実施形態の水素生成装置１１０では、水素生成装置１１０の起動処理において水素含有ガスを生成している際に燃焼器２が失火した後の着火器５の着火動作期間中、及び失火異常停止処理の昇圧抑制動作中の少なくともいずれかにおいて、第１ポンプ２００の作動によって、第１熱交換器１１を介して排気ガスからの熱回収が第１熱媒体により行われる。
【０１０３】
燃焼空気供給器４の動作期間は、水素生成装置１１０の起動処理、水素供給工程および停止処理であり、各工程での第１熱交換器１１を介した第１熱媒体による排気ガスからの熱回収動作の内容を以下に述べる。
水素生成装置１１０の起動処理および水素供給運転では、燃焼器２での混合気の燃焼が行われる。ここで、第１ポンプ２００を動作させ、このような燃焼によって高温化された排気ガス（ここでは、混合気の燃焼によって生じた燃焼排ガス）から第１熱交換器１１を介して第１熱媒体経路２０１を流れる第１熱媒体が熱回収を行う。これにより、水素生成装置１１０外に排出される高温の排気ガスが、熱交換器１１を介した熱回収により冷却される。
一方、上記水素生成装置１１０の起動処理時の燃焼器２の失火後の着火器５の着火動作期間中、及び失火異常停止処理の昇圧抑制動作中においては、燃焼器２での混合気の燃焼が行われない。但し、この場合でも、高温状態の燃焼器２や水素生成器１が、排気ガスの加熱源として存在する。特に、水素生成装置１１０の失火異常停止処理開始直後は、燃焼空気供給器４の操作量を大きくして燃焼空気の流速が速くなるので、多くの熱量が燃焼器２や水素生成器１から排気ガス（ここでは、主として燃焼空気）によって持ち出され、排気ガスは高温化する傾向にある。よって、燃焼器２の失火後の着火器５の着火動作期間中、及び失火異常停止処理の昇圧抑制動作中の少なくともいずれか一方において、第１ポンプ２００を動作させ、第１熱交換器１１を介して第１熱媒体が上記排気ガスより熱回収を行う。このように、燃焼器２での混合気の燃焼が実行されていないにも関わらず、燃焼空気供給器４の動作期間中は、第１熱交換器１１を介して第１熱媒体による排気ガスからの熱回収動作を行うことが好ましい。
以上のとおり、本実施形態の水素生成装置１１０は、燃焼器２から排出される排気ガスと第１熱媒体との間の熱交換が行われる第１熱交換器１１と、第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路２０１と、第１熱媒体経路２０１に第１熱媒体を流す第１ポンプ２００と、第１熱媒体の熱が蓄えられる第１蓄熱器２０２と、を備える。そして、燃焼器２の失火後の着火器５による着火動作中、及び失火異常停止処理において燃焼器２が燃焼していない状態で、燃焼空気供給器４から燃焼空気を供給する期間中の少なくともいずれか一方において、制御器３０は、第１ポンプ２００を作動させることにより、熱交換器１１を介して第１熱媒体による排気ガスの熱回収を実行している。
【０１０４】
かかる構成により、燃焼器２の失火後の着火器５による着火動作中、及び失火異常停止処理において燃焼器２が燃焼していない状態で、燃焼空気供給器４から燃焼空気を供給する期間中の少なくともいずれか一方において、排気ガスの冷却が、上記熱交換により適切に行われる。また、排気ガスの熱が、上記熱交換により回収される。
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３の燃料電池システムの一構成例を示したブロック図である。
【０１０５】
図３において、実施の形態２の水素生成装置１１０の構成部材と同じものには、同一の符合を付し、その構成部材の具体的な説明を省略する。
【０１０６】
図３に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素利用機器７として、燃料電池が使用され、水素生成器１より送出されたガスが、燃料電池７のアノードガス流路７Ａを経由して、燃焼器２に供給される第２ガス流路９と、第２ガス流路９を連通／遮断する第２ガス開閉弁９Ａを更に備える。
【０１０７】
本実施の形態の燃料電池システムにおいては、起動処理における燃焼器２への燃焼燃料の供給は、例えば、以下の如く行われる。
【０１０８】
第１の供給例として、実施の形態１及び２の水素生成装置と同様に、第１開閉弁８Ａを開放して、第２及び第３開閉弁９Ａ、９Ｂを閉止して、水素生成器１から送出された水素含有ガスを燃焼器２の燃焼燃料として使用する。この場合、原燃料供給器２０からの原燃料が、水素生成器１内を通る際に水素含有ガスになり、この水素含有ガスが、燃料電池をバイパスするようにして、第１ガス流路８を介して燃焼器２に供給される。
【０１０９】
第２の供給例として、第１開閉弁８Ａを閉止して、第２および第３開閉弁９Ａ、９Ｂを開放して、燃料電池から送出されたオフ燃料ガスを燃焼器２の燃焼燃料として使用する場合もある。この場合、原燃料供給器２０からの原燃料が、水素生成器１内を通る際に水素含有ガスになり、この水素含有ガスが、燃料電池のアノードガス流路７Ａを通過し、アノードガス流路７Ａから出たオフ燃料ガスが、第２ガス流路９を介して燃焼器２に供給される。
【０１１０】
かかる構成により、水素生成装置１１０外に排出される高温の排気ガスが冷却されるので都合がよい。
【０１１１】
[燃料電池システムの通常の動作例]
以下、本発明の実施の形態３の燃料電池システム２００の通常の動作例を述べる。なお、以下の動作は、制御器３０によって、燃料電池システム２００の各部が制御されることにより、遂行される。
【０１１２】
燃料電池システム２００の通常の動作には、大まかに分けると、起動処理と、発電運転と、停止処理と、待機状態と、がある。但し、これらの各工程は公知なので、以下に、各工程の概略を述べる。なお、起動処理、待機状態については、実施の形態１の水素生成装置と同様であるため説明を省略する。
【０１１３】
（発電運転）
起動処理において、水素生成器１において高濃度の水素を含む水素含有ガスが安定に生成できる温度にまで、水素生成器１の改質触媒層が充分に昇温されると、上記第１の供給例から第２の供給例に切替えて水素含有ガスを燃料電池に供給開始する。燃料電池は、水素生成装置１１０より供給された水素含有ガスと、酸化剤ガス供給器（図示せず）により供給された酸化剤ガス（例えば、空気）を用いて発電する。
【０１１４】
（停止処理）
燃料電池システムの停止処理は、燃料電池の発電と、水素生成装置１１０の水素含有ガスの生成を停止する工程である。
【０１１５】
この停止処理は、図示されない操作器を介して使用者の入力操作により燃料電池システム２００の運転停止の指令が出された場合や、電力負荷の電力需要が燃料電池からの電力供給を必要としない所定の電力閾値以下になった場合等に実行される。
【０１１６】
この停止処理では、酸化剤ガス供給器（図示せず）からの酸化剤ガスの供給が停止されるとともに、水素生成装置１１０については実施の形態１と同様の停止処理が実行される。
【０１１７】
[起動処理において水素生成装置が水素含有ガスの生成を行っている際に燃焼器が失火した時の動作例]
本実施形態の燃料電池システム２００では、起動処理において水素生成装置１１０が水素含有ガスの生成を行っている状態において燃焼器２が失火した時に、実施の形態１の水素生成装置と同様に第１開閉弁８Ａの開放状態を維持するとともに、原燃料供給器２０による水素生成器１への原燃料供給、水供給器１２による水素生成器１への水供給、及び燃焼空気供給器４からの燃焼空気の供給を継続して、着火器５による着火動作を実行するよう構成されている。これにより、本実施の形態の燃料電池システム２００は、実施の形態１の水素生成装置１００と同様に、燃焼器の失火後の着火動作において水蒸発に伴うガス量増加により水素生成装置に加わる圧力ダメージが従来よりも低減される。
【０１１８】
また、本実施形態の燃料電池システム２００では、起動処理において水素生成装置１１０が水素含有ガスを生成中に燃焼器２が失火した後の着火器５の着火動作期間中、及び失火異常停止処理の昇圧抑制動作中の少なくともいずれかにおいて、実施の形態２の水素生成装置と同様に第１熱交換器１１により排気ガスと第１熱媒体との間の熱交換（つまり、排気ガスからの熱回収）が行われる。
【０１１９】
これにより、本実施の形態の燃料電池システムは、実施の形態２の水素生成装置と同様に着火器５による着火動作中、及び失火異常停止処理において燃焼器２が燃焼していない状態で、燃焼空気供給器４から燃焼空気を供給する期間中の少なくともいずれか一方においても、排気ガスからの熱回収が、上記熱交換により適切に行われる。ただし、上記着火動作期間中及び失火異常停止処理において燃焼器２が燃焼していない状態で、燃焼空気供給器４から燃焼空気を供給する期間中の少なくともいずれか一方において、排気ガスの熱回収動作を実行しない形態を採用しても構わない。
【０１２０】
[変形例１]
上記実施の形態３の燃料電池システムにおいては、起動処理において水素生成装置１１０で水素含有ガスの生成が行われている際に、第１の供給例に従って、水素生成器１より送出された水素含有ガスが燃焼器２に供給されるよう構成されているが、本変形例１の燃料電池システムにおいては、起動処理において、第２の供給例に従って、水素生成器１より送出された水素含有ガスが燃焼器２に供給されるよう構成される。
【０１２１】
この場合、起動処理において水素生成器１で水素含有ガスの生成が開始されるまでの間の昇温工程において第１の供給例に従って、水素生成器１より送出される原燃料を含むガスが第１ガス流路８を介して燃焼器２に供給され、水素生成器１で水素含有ガスの生成が開始されて以降は、第２の供給例に従って水素生成器１より送出される水素含有ガスが燃焼器２に供給されるよう構成されている。また、上記構成に限定されず、第１ガス流路８及び第１開閉弁８Ａを設けず、水素生成器１の昇温工程開始時より第２の供給例に従って、燃料電池のアノードガス流路８Ａを経由して燃焼器２に可燃性ガスが供給される形態を採用しても構わない。特に、水素生成部分を燃料電池内部に有する内部改質型の固体酸化物燃料電池において好適である。
【０１２２】
本変形例においては、起動処理において水素生成装置で水素含有ガスの生成中に燃焼器２で失火した場合において、第２開閉弁９Ａ及び第３開閉弁９Ｂの開放を維持した状態で着火器５の着火動作を実行する。その場合、実施の形態１の水素生成装置と同様に、原燃料供給器２０による水素生成器１への原燃料供給、水供給器１２による水素生成器１への水供給、及び燃焼空気供給器４からの燃焼空気の供給を継続する。これにより、本変形例１の燃料電池システムは、実施の形態１の水素生成装置と同様に、燃焼器の失火後の着火動作において水蒸発に伴うガス量増加により水素生成装置に加わる圧力ダメージが従来よりも低減される。なお、上記変形例１の燃料電池システムにおいては、「第２開閉弁」として、第２開閉弁９Ａ及び第３開閉弁９Ｂで構成される形態を採用したが、本例に限定されるものでなく、第２ガス流路９に第２開閉弁９Ａまたは第３開閉弁９Ｂのいずれか一方を設け、「第２開閉弁」が、この第２ガス流路９に設けられたいずれか一方の開閉弁により構成される形態を採用しても構わない。
【０１２３】
また、本変形例の燃料電池システムにおいても、起動処理において水素生成装置１１０が水素含有ガスを生成中に燃焼器２が失火した後の着火器５の着火動作期間中、及び失火異常停止処理の昇圧抑制動作中の少なくともいずれかにおいて、実施の形態３の燃料電池システムと同様に排気ガスより熱回収する熱回収動作を実行する形態を採用してもいいし、この熱回収動作を実行しない形態を採用しても構わない。
【０１２４】
[実施の形態１、２の水素生成装置、実施の形態３の燃料電池システム及び変形例１の燃料電池システムの変形例]
実施の形態１、２の水素生成装置１００、１１０、実施の形態３の燃料電池システム２００、及び変形例１の燃料電池システムでは、水素生成装置の起動処理において水素含有ガスの生成を行っている際に、燃焼器２が失火した場合において、制御器３０が、原燃料供給器２０による原燃料の水素生成器１への供給、水素生成器１への水の供給および燃焼空気供給器４による燃焼器２への燃焼空気の供給を実行するとともに、着火器５の着火動作を実行するように構成されている。
【０１２５】
かかる構成により、着火器５の着火動作により燃焼器２が再び着火した場合、原燃料供給器２０による原燃料の水素生成器１への供給、水素生成器１への水の供給および燃焼空気供給器４による燃焼器２への燃焼空気の供給を実行しているので、水素生成装置において水素含有ガスの生成の継続をスムーズに行えるという利点がある。
【０１２６】
これに対し、本変形例の水素生成装置では、制御器３０が、燃焼器２の失火後の着火動作において、原燃料供給器２０による原燃料の水素生成器１への供給及び水供給器１２からの水の供給の少なくともいずれか一方を停止するように構成されている。水素生成器１への原燃料の供給停止を行うには、原料供給器２０を、例えば、ブースターポンプで構成する場合、制御器３０が、当該ブースターポンプの作動を停止するとよい。水素生成器１への水の供給停止を行うには水供給器１２を、例えば、ポンプで構成する場合、制御器３０が、ポンプの作動を停止するとよい。
【０１２７】
これは、原燃料供給器２０による原燃料の水素生成器１への供給及び水供給器１２からの水の供給の少なくともいずれか一方を停止しても、水素生成器１内に残留する水から水素生成器１の余熱により水蒸気が生成し、これに伴う水素生成器１内の体積膨張によって押し出された可燃性のガスが燃焼器２に継続的に供給されて、着火器５の着火動作によって燃焼器２の着火を行えると考えられる。
【０１２８】
また、本変形例においても、燃焼器２が失火してから着火動作を実行するまでの間において水素生成器１から送出されたガスを燃焼器２に供給するガス流路を連通／遮断する開閉弁の開放が維持された状態で、着火動作に移行される。従って、本変形例の場合においても、起動処理において水素含有ガスを生成中に燃焼器２が失火した後の着火動作を実行する際に、水蒸発に伴う体積膨張により水素生成装置１００に加わる圧力ダメージが従来よりも低減すると考えられる。
[実施の形態２の水素生成装置の他の変形例]
以下、実施の形態２の水素生成装置１１０に用いられた排熱回収機構の様々な変形例を述べる。なお、ここでは、図示および説明を省略するが、以下に述べる各変形例の排熱回収機構を、実施の形態３の燃料電池システム２００、および、変形例１の燃料電池システムでの排熱回収機構に用いることもできる。
【０１２９】
図４、図５および図６はいずれも、実施の形態２の水素生成装置に用いられた排熱回収機構の変形例を示したブロック図である。
なお、各図において、共通する要素には同一の符号を付して、共通要素の詳細な構成の説明を省略する場合がある。
図４では、燃焼器２から排出された排気ガスの熱を二次冷却系において回収し、この回収熱を二次冷却系の第２蓄熱器２１２において蓄えるように構成された排熱回収機構が示されている。
【０１３０】
第２熱交換器２１３では、第１熱媒体経路２０１の第１熱媒体から熱が回収され、第１熱媒体から回収された熱が、第２熱媒体経路２１１の第２熱媒体（例えば、液体の水や不凍液）に与えられる。つまり、第１熱媒体が、第２熱交換器２１３での加熱流体となり、第２熱媒体が、第２熱交換器２１３での受熱流体となる。また、第２ポンプ２１０の作動によって、第２熱媒体経路２１１の第２熱媒体が流れ、これにより、第２熱交換器２１３を通過した高温の第２熱媒体が、第２蓄熱器２１２に入り、そこに蓄えられる。
【０１３１】
図４の水素生成装置１２０では、燃焼器２において燃焼がなされていない着火器５による着火動作中、及び失火異常停止処理において燃焼器２が燃焼していない状態で、燃焼空気供給器４から燃焼空気を供給する期間中の少なくともいずれか一方において、第１ポンプ２００だけでなく、第２ポンプ２１０も制御器３の制御によって作動される。これにより、排気ガスの熱は最終的に第２熱媒体に回収され、その結果、排気ガスの熱が第２蓄熱器２１２に蓄えられる。
【０１３２】
図５では、排気ガスの熱を第１熱媒体により回収する際に、第１熱媒体の流入先を第１バイパス経路２２２とするように、第１切替器２２１（例えば、電磁式三方弁）の切替が行われる排熱回収機構が示されている。
【０１３３】
第１バイパス経路２２２は、第１蓄熱器２０２をバイパスするように、第１蓄熱器２０２の上流の第１熱媒体経路２０１と、第１蓄熱器２０２の下流の第１熱媒体経路２０１と、を接続する経路である。第１切替器２２１は、第１熱交換器１１を通過した第１熱媒体の流入先を第１蓄熱器２０２と第１バイパス経路２２２との間で切替える。放熱器２２０は、第１バイパス経路２２２を通過する第１熱媒体より放熱する放熱器である。
【０１３４】
図５の水素生成装置１３０では、燃焼器２において燃焼がなされていない着火器５による着火動作中、及び失火異常停止処理において燃焼器２が燃焼していない状態で、燃焼空気供給器４から燃焼空気を供給する期間中の少なくともいずれか一方において、第１ポンプ２００を作動させるとともに、第１熱媒体の流入先を第１バイパス経路２２２とするように、第１切替器２２１が制御される。これにより、第１熱媒体により回収された熱が放熱器２２０を介して放熱される。
【０１３５】
図６では、燃焼器２から排出された排気ガスの熱を二次冷却系において回収し、この回収熱を二次冷却系の第２蓄熱器２１２において蓄えるように構成された排熱回収機構が示されている。また、二次冷却系において、第２蓄熱器２１２をバイパスするように、第２蓄熱器２１２の上流の第２熱媒体経路２１１と、第２蓄熱器２１２の下流の第２熱媒体経路２１１とを接続する第２バイパス経路２３２が設けられている。また、第２切替器２３１は、第２熱交換器２１３を通過した第２熱媒体の流入先を第２蓄熱器２１２と第２バイパス経路２３２との間で切替える。放熱器２３０は、第２バイパス経路２３２を通過する第２熱媒体より放熱する放熱器である。
【０１３６】
図６の水素生成装置１４０では、燃焼器２において燃焼がなされていない着火器５による着火動作中、及び失火異常停止処理において燃焼器２が燃焼していない状態で、燃焼空気供給器４から燃焼空気を供給する期間中の少なくともいずれか一方において、第１ポンプ２００及び第２ポンプ２１０を作動させるとともに、第２熱媒体の流入先を第２バイパス経路２３２とするように、第２切替器２３１が制御される。これにより、第２熱媒体により回収された熱が放熱器２３０を介して放熱される。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明は、蒸発水を用いた改質反応を行う水素生成器を備える水素生成装置において、燃焼器が失火した場合に、水素生成装置に加わる圧力ダメージが従来よりも低減する水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムを提供する。よって、本発明の水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムは、様々な用途で利用可能であり、例えば、家庭用の水素利用機器（例えば、燃料電池）コージェネレーションシステムに利用できる。
【符号の説明】
【０１３８】
１    水素生成器
２    燃焼器
４    燃焼空気供給器
５    着火器
７    水素利用機器
７Ａ    アノード
７Ｃ    カソード
８    第１ガス流路
８Ａ    第１開閉弁
９    第２ガス流路
９Ａ    第２開閉弁
９Ｂ    第３開閉弁
１０    燃焼排ガス経路
１１    第１熱交換器
１２    水供給器
２０    原燃料供給器
２１    検知器
３０    制御器
１００、１１０、１２０、１３０、１４０    水素生成装置
２００    燃料電池システム
２０１    第１熱媒体経路
２０２    第１蓄熱器
２１２    第２蓄熱器
２００    第１ポンプ
２１０    第２ポンプ
２１１    第２熱媒体経路
２１３    第２熱交換器
２２０、２３０    放熱器
２２２    第１バイパス経路
２３２    第２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６】
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