(57)【要約】【課題】従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る水素生成装置及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素生成装置１００は、少なくとも炭素と水素から構成される有機化合物を含む原料から改質反応により水素含有ガスを生成する改質器２と、改質器２を加熱する燃焼器４と、改質器２に原料を供給する原料供給器６と、改質器２に水を供給する水供給器７と、原料の組成の推定に用いる物理量を検知する検知器３Ａと、水流量の調整に用いる水流量調整器１０と、運転時に、検知器３Ａで検知された物理量に基づいて原料の組成を推定し、水供給器７から改質器２への水の流量を、推定された原料の組成に相応する量に水流量調整器１０を用いて制御する制御器９と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも炭素と水素から構成される有機化合物を含む原料から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、
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、
前記改質器に水を供給する水供給器と、
前記原料の組成の推定に用いる物理量を検知する検知器と、
前記水の流量の調整に用いる水流量調整器と、
運転時に、前記検知器で検知された物理量に基づいて前記原料の組成を推定し、前記水供給器から前記改質器への水の流量を、前記推定された原料の組成に相応する量に前記水流量調整器を用いて制御する制御器と、
を備える水素生成装置。
【請求項２】
前記燃焼器への空気の流量の調整に用いる空気流量調整器を備え、
前記制御器は、前記燃焼器への空気の流量を、前記推定された原料の組成に相応する量に前記空気流量調整器を用いて制御する、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記検知器として、前記改質器の温度を直接的又は間接的に検知する温度検知器を備え、
前記制御器は、前記温度検知器で検知された温度に基づいて前記原料の組成を推定する、請求項１又は２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記温度検知器で検知された単位時間当たりの前記改質器の温度上昇値、又は、前記温度検知器で検知された前記改質器の昇温速度に基づいて前記原料の組成を推定する、請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記改質器の温度を間接的に検知する温度検知器により、前記燃焼器の燃焼排ガス流路の出口温度が検知される、請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項６】
沸点が異なる複数種の原料を密封するガスボンベを備え、
前記原料供給器は、前記ガスボンベから前記改質器へ前記原料を供給する請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記検知器として、前記ガスボンベの重量を検知する重量検知器を備え、
前記制御器は、前記重量検知器で検知された重量に基づいて前記原料の組成を推定する、請求項６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、前記水素生成装置から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１−６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る水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から前記燃焼器に至る経路に配された第１の開閉弁と、
前記原料供給器から前記燃焼器に至る経路に配された第２の開閉弁と、
を備え、
前記原料の組成を推定する際に、前記制御器は、前記第１の開閉弁を閉じ、前記第２の開閉弁を開くよう、前記第１及び第２の開閉弁を制御し、前記燃焼器は、前記原料供給器からの前記原料を燃焼する、燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池から前記燃焼器に至る経路に配された水回収器を備え、
前記水回収器で回収された水が前記水供給器に供給される、請求項８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、水素生成装置及び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、発電部の本体である燃料電池に、水素含有ガスと空気等の酸素含有ガスとを供給し、水素と酸素との電気化学反応を進行させ、これによって発生した化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出すシステムである。高効率発電とともに、発電運転の際に発生する熱エネルギーを簡単に利用できるので、高いエネルギー利用効率を実現できる分散型の発電システムとして開発及び商品化が進められている。
【０００３】
一般的に、水素含有ガスのインフラストラクチャーが整備されていないことが多く、燃料電池システムには、水素含有ガス（改質ガス）を生成する改質器を備えた水素生成装置が配設されている。改質器は、既存のインフラストラクチャーから供給される都市ガス又はＬＰＧ等を原料とし、バーナ等の燃焼器により加熱される。これにより、改質器のＲｕ触媒やＮｉ触媒を用いて、改質反応に適した温度（例えば、６００℃−７００℃程度）において、原料を改質させて改質ガスが生成される。燃焼器では、原料である都市ガスやＬＰＧ等の一部又は燃料電池から排出された未反応の水素ガス（いわゆる、燃料オフガス）を用いて燃焼が行われる。
【０００４】
さて、既存のインフラから供給される都市ガスやＬＰＧ等を原料として水蒸気改質反応を行う水素生成装置では、効率良く安定して改質反応を行って水素を生成するには、改質器において、供給される原料の組成に適した量の水を供給する必要がある。例えば、メタンガス（ＣＨ４）やプロパンガス（Ｃ３Ｈ８）を水蒸気改質させて、Ｈ２とＣＯ２とを生成する改質反応の場合、理論的には、１モルのＣＨ４に対して改質反応に必要な水（水蒸気）の量は２モルである。また、１モルのＣ３Ｈ８に対して必要な水（水蒸気）の量は６モルである。通常は、改質器への水の供給量が不足すると、原料中の炭素が析出する等の問題が生じる。よって、かかる原料中の炭素析出を防ぐため、原料の供給流量から算出される理論水量の１．５倍程度の量の水が、改質器に供給される。そして、原料供給流量に応じて水供給流量を制御するよう、水素生成装置を運転している。
【０００５】
ここで、改質器に供給される原料の組成が安定している場合には、上記の水供給流量の制御で問題は生じないが、原料の組成が変化する場合、原料組成変化前の原料供給流量に応じて設定された水供給流量のままで、原料組成変化後も水を供給すると、原料組成に対応する理論水量と改質器への供給水量との比率が、最適比率からずれて、改質器に供給する水の理論水量に対する過不足が生じる場合がある。
【０００６】
例えば、水の供給量が、原料組成変化後の理論水量から得られる設定値と比べて多い場合、改質反応自体は速やかに進行するが、改質反応のための水蒸発に消費するエネルギーが増加するので、水素生成時のエネルギー効率が低下する可能性がある。逆に、水の供給量が、原料組成変化後の理論水量から得られる設定値と比べて少ない場合、改質器に供給された原料が熱分解して炭化する可能性がある。また、改質ガスの不均化反応によって炭素析出が生じる可能性がある。その結果、水素生成効率の低下や、水素生成装置の運転停止を招くおそれがある。
【０００７】
具体例で示すと、原料組成が、５０％のブタンと５０％のプロパンの混合ガスが、改質器に供給される場合、理論上、改質反応にはメタンの３．５倍の水量が必要となるが、７０％のブタンと３０％のプロパンの混合ガスが、改質器に供給される場合、メタンの３．７倍の水量が必要となる。
【０００８】
従って、従来の水素生成装置の運転の如く、原料供給流量に応じた水供給流量の制御だけでは、ブタンとプロパンのそれぞれの混合ガスの成分比の変化を、改質器に供給する水量に反映できない。つまり、従来の水素生成装置では、原料組成の変化が識別されずに、原料組成が変化した後でも、組成変化前の原料の供給流量を応じて設定された値の水が改質器に供給される。よって、この場合、改質器に供給する水量の過不足が生じ、上記問題が発生する場合があった。
【０００９】
以上の問題を解決する手段として、原料の組成を特定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、水素生成装置の起動時の改質部温度から原料の組成を特定することにより、改質器への水供給量が制御されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２００２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１では、原料組成が変化する要因を十分に検討されていない。例えば、特許文献１では、原料の組成が刻々と変化する状況等が想定されておらず、その結果、水素生成装置の起動時にのみ、改質器に供給する原料の組成を推定している。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る水素生成装置及び燃料電池システム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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の水素生成装置は、少なくとも炭素と水素から構成される有機化合物を含む原料から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、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器と、前記改質器に水を供給する水供給器と、前記原料の組成の推定に用いる物理量を検知する検知器と、
前記水の流量の調整に用いる水流量調整器と、運転時に、前記検知器で検知された物理量に基づいて前記原料の組成を推定し、前記水供給器から前記改質器への水の流量を、前記推定された原料の組成に相応する量に前記水流量調整器を用いて制御する制御器と、を備える。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムは、上記の水素生成装置と、この水素生成装置から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】
【００１５】
本発明によれば、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る水素生成装置及び燃料電池システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、原料ガスの使用状況に応じた原料ガスの組成変化の一例を示す図である。
【図３】図３は、原料組成の変化が改質器の温度上昇に与える影響の一例を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施の形態２の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態２の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態３の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態３の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施の形態４の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、実施の形態５の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、原料の組成が変化する要因について鋭意検討し、以下の知見を得た。
【００１８】
特許文献１の如く、水素生成装置の起動時にのみ、原料組成を推定するだけでは、原料組成の変化を適切に把握できない場合がある。例えば、原料組成が刻々と変化する場合、原料組成の変化を把握することが困難である。
【００１９】
一例として、沸点が異なる複数種の原料を密封するガスボンベを、原料ガス源として用いる場合がある。例えば、５０％のブタンと５０％のプロパンの混合ガスをガスボンベに密封し、上部の蒸気成分から混合ガスを抜き取ると、低沸点のガスの方がリッチな成分となって、ガスボンベから流出する。本例の場合、低沸点のプロパンの方が、高沸点のブタンよりも成分比が高い混合ガスが、ガスボンベから流出する。そして、ガスボンベ内に残留する混合ガスは、混合ガスを使用する量が多い程、つまり、ガスボンベ内の混合ガス量が少なくなる程、ブタンの成分比が高くなる。
【００２０】
そこで、本発明者らは、水素生成装置の起動時だけでなく、水素生成装置の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置を制御すれば、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得ることに想到した。
【００２１】
よって、本発明の第１の態様に係る水素生成装置は、少なくとも炭素と水素から構成される有機化合物を含む原料から改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する燃焼器と、改質器に原料を供給する原料供給器と、改質器に水を供給する水供給器と、原料の組成の推定に用いる物理量を検知する検知器と、水の流量の調整に用いる水流量調整器と、運転時に、検知器で検知された物理量に基づいて原料の組成を推定し、水供給器から改質器への水の流量を、推定された原料の組成に相応する量に水流量調整器を用いて制御する制御器と、を備える。
【００２２】
上記構成によると、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。例えば、水素生成装置の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置を制御しているので、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。
【００２３】
また、本発明の第２の態様に係る水素生成装置は、上記の第１の態様に係る水素生成装置において、燃焼器への空気の流量の調整に用いる空気流量調整器を備え、制御器は、燃焼器への空気の流量を、推定された原料の組成に相応する量に空気流量調整器を用いて制御する。
【００２４】
上記構成によると、従来に比べ、燃焼器に適量の空気を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。例えば、水素生成装置の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置を制御しているので、従来に比べ、燃焼器に適量の空気を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。
【００２５】
また、本発明の第３の態様に係る水素生成装置は、上記の第１の態様又は第２の態様に係る水素生成装置において、検知器として、改質器の温度を直接的又は間接的に検知する温度検知器を備え、制御器は、温度検知器で検知された温度に基づいて原料の組成を推定する。
【００２６】
また、本発明の第４の態様に係る水素生成装置は、上記の第３の態様に係る水素生成装置において、制御器は、温度検知器で検知された単位時間当たりの改質器の温度上昇値、又は、温度検知器で検知された改質器の昇温速度に基づいて原料の組成を推定する。
【００２７】
上記構成によると、温度検知器で検知された単位時間当たりの改質器の温度上昇値と原料組成との間の対応関係を示すデータ、又は、温度検知器で検知された改質器の昇温速度と原料組成との間の対応関係を示すデータから、改質器の温度上昇値、又は、昇温速度に基づいて現在の原料組成を推定できる。
【００２８】
また、本発明の第５の態様に係る水素生成装置は、上記の第３の態様に係る水素生成装置において、改質器の温度を間接的に検知する温度検知器により、燃焼器の燃焼排ガス流路の出口温度が検知される。
【００２９】
上記構成によると、温度検知器が高温になることを抑制し、温度検知器の信頼性を向上できる。
【００３０】
本発明の第６の態様に係る水素生成装置は、上記の第１の態様に係る水素生成装置において、沸点が異なる複数種の原料を密封するガスボンベを備え、原料供給器は、ガスボンベから改質器へ原料を供給する。
【００３１】
沸点が異なる複数種の原料を密封するガスボンベを用いる場合、原料組成が刻々と変化するが、上記のとおり、本態様に係る水素生成装置では、水素生成装置の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置を制御しているので、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。
【００３２】
本発明の第７の態様に係る水素生成装置は、上記の第６の態様に係る水素生成装置において、検知器として、ガスボンベの重量を検知する重量検知器を備え、制御器は、重量検知器で検知された重量に基づいて原料の組成を推定する。
【００３３】
上記構成によると、重量検知器で検知されたガスボンベの重量と原料組成との間の対応関係を示すデータから、ガスボンベの重量に基づいて現在の原料組成を推定できる。
【００３４】
本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、上記の第１−第７の態様のいずれかに記載の水素生成装置と、この水素生成装置から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。
【００３５】
上記構成によると、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。例えば、燃料電池システムの運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、燃料電池システムを制御しているので、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。
【００３６】
本発明の第９の態様に係る燃料電池システムは、上記の第１−第６の態様のいずれかに記載の水素生成装置と、この水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池から燃焼器に至る経路に配された第１の開閉弁と、原料供給器から燃焼器に至る経路に配された第２の開閉弁と、を備え、原料の組成を推定する際に、制御器は、第１の開閉弁を閉じ、第２の開閉弁を開くよう、第１及び第２の開閉弁を制御し、燃焼器は、原料供給器からの原料を燃焼する。
【００３７】
上記構成によると、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。特に、本態様では、第１の開閉弁を閉じ、第２の開閉弁を開くよう、第１及び第２の開閉弁を制御することにより、改質器の温度上昇の影響を、燃焼器の燃焼量だけで推し量り得る。よって、本態様では、改質反応（吸熱反応）のエネルギー量及び燃焼器の燃焼量の両方を考慮する場合に比べて、原料組成の推定の精度が向上する。
【００３８】
本発明の第１０の態様に係る燃料電池システムは、上記の第９の態様に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池から燃焼器に至る経路に配された水回収器を備え、水回収器で回収された水が水供給器に供給される。
【００３９】
上記構成によると、回収水を改質水として再利用できるので、改質水として外部から供給すべき水の量を削減できるとともに、燃料電池システムを効率よく安定的に動作でき、ひいては、燃料電池システの水自立運転が可能となる。
【００４０】
以下、第１−第７の態様に係る水素生成装置の具体例、及び、第８−第１０の態様に係る燃料電池システムの具体例について図面を参照して説明する。
【００４１】
なお、以下では、全ての図を通じて同一又は対応する構成部材には同一の参照符号を付して、その説明については省略する場合がある。
【００４２】
（実施の形態１）
［装置構成］
図１は、実施の形態１の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００４３】
図１に示すように、水素生成装置１００は、改質器２と、温度検知器３Ａと、原料供給器６と、水供給器７と、水蒸発器８と、燃焼器４と、水流量調整器１０と、原料流量調整器１１と、制御器９と、を備える。
【００４４】
改質器２は、原料から改質反応により水素含有ガスを生成する。改質反応は、例えば、水蒸気改質反応及びオートサーマル反応等が例示される。図１では、水蒸気改質反応において必要となる機器が示されているが、改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置１００には、さらに、改質器２に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられる。なお、原料は、天然ガス、ＬＰＧ等の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である。改質器２からの水素含有ガスは、改質ガス流路２３を介して燃料電池５等の水素利用機器に流入する。
【００４５】
なお、改質器２の下流の改質ガス流路２３に改質器２で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するためのＣＯ低減器を設けても構わない。ＣＯ低減器は、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備える。
【００４６】
原料供給器６は、改質器２に原料を供給する。具体的には、原料供給器６が、原料流路２０を介して水蒸発器８に接続され、水蒸発器８が改質器２に接続されている。これにより、原料供給器６から改質器２へと原料を供給できる。原料供給器６は、例えば、原料の供給圧を上げる昇圧器を備える。昇圧器は、例えば、ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
なお、原料供給器６は、原料ガス供給源（図１では図示せず）に接続されている。原料ガス源は、所定の供給圧を有し、例えば、原料を密封するガスボンベ等が例示される。
【００４８】
また、原料供給器６の下流の原料流路２０に原料中の硫黄成分を除去するための脱硫器を設けても構わない。脱硫器は、例えば、水添脱硫器及び常温吸着脱硫器等が例示される。
【００４９】
水供給器７は、改質器２に水を供給する。具体的には、水供給器７が、水流路２１を介して水蒸発器８に接続され、水蒸発器８が改質器２に接続されている。これにより、水供給器７から改質器２へと水（水蒸気）を供給できる。水供給器７は、例えば、水の供給圧を上げる昇圧器を備える。昇圧器は、例えば、ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００５０】
水蒸発器８は、水供給器７から供給された水を加熱し、水蒸気を生成する。水蒸発器８は、水を蒸発できれば、どのような構成でも構わないが、例えば、燃焼器４から排出されて燃焼排ガス流路２４を流れる燃焼排ガスの熱を水蒸発器８内の水に伝熱可能な熱交換器を用いるとよい。
【００５１】
燃焼器４は、改質器２を加熱する。具体的には、燃焼器４は、燃料燃焼により、改質器２内の改質触媒層を、改質反応に適した温度（例えば、６００℃−７００℃程度）にまで加熱する。燃焼器４の燃料は、いずれの燃料であってもよいが、本実施の形態では、改質器２から排出される水素含有ガス（例えば、燃料電池５から排出された燃料オフガス）が用いられる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、燃焼器４における燃焼で生じる熱が、改質器２及び水蒸発器８の順で伝熱されるように、改質器２は、水蒸発器８よりも燃焼器４の燃焼排ガス流路２４の上流側に配置されている。
【００５３】
原料流量調整器１１は、改質器２へ供給する原料流量を調整に用いる機器である。原料流量調整器１１は、原料流路２０上に配され、原料流路２０を流れる原料の流量を所望の量に調整できれば、どのような構成でも構わない。例えば、原料流量調整器１１は、流量計と流量調整弁により構成されていてもいいし、原料供給器６が流量調整可能な定容量ポンプを備えるのであれば、流量計のみで構成されていてもいい。
【００５４】
水流量調整器１０は、改質器２へ供給する水流量の調整に用いる機器である。水流量調整器１０は、水流路２１上に配され、水流路２１を流れる水の流量を所望の量に調整できれば、どのような構成でも構わない。例えば、水流量調整器１０は、流量計と流量調整弁により構成されていてもいいし、水供給器７が流量調整可能な定容量ポンプを備えるのであれば、流量計のみで構成されていてもいい。
【００５５】
検知器は、原料の組成の推定に用いる物理量を検知する。本実施の形態では、このような検知器として、改質器２の温度を直接的又は間接的に検知する温度検知器３Ａが例示されている。
【００５６】
温度検知器３Ａは、改質器２の温度を検知可能であれば、どのような構成であってもよい。温度検知器３Ａとして、例えば、熱電対を用いてもよい。また、温度検知器３Ａを、図１に示す如く、改質器２に直接取り付けてもいいし、改質器２の温度が高温（例えば、６００℃以上）になるので、温度検知器を改質器２から離して取り付けてもいい。つまり、温度検知器３Ａは、改質器２の温度を直接的に検知してもいいし、間接的に検知してもいい。
【００５７】
改質器２の温度を間接的に検知する温度検知器（図示せず）により、例えば、改質器２の温度よりも低い燃焼器４の燃焼排ガス流路２４の出口温度が検知される。これにより、温度検知器３Ａが高温になることを抑制し、温度検知器３Ａの信頼性を向上できる。
【００５８】
制御器９は、水素生成装置１００の運転時に、温度検知器３Ａで検知された温度に基づいて原料の組成を推定し、水供給器７から改質器２への水の流量を、推定された原料の組成に相応する量に水流量調整器１０を用いて制御する。
【００５９】
制御器９は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御器９は、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備えるとよい。例えば、制御器９は、マイクロコントローラ、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller) 等が例示される。また、演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器９は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００６０】
図１に示すように、燃料電池システム２００は、上記の水素生成装置１００と、燃料電池５と、を備える。
【００６１】
燃料電池５は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを用いて発電する。具体的には、燃料電池５では、空気経路（図示しない）からの空気中の酸素と上記水素含有ガス中の水素とが化学反応し、発電及び発熱が行われる。燃料電池５からの燃料オフガスは、上記のとおり、燃焼器４にて燃焼され、燃焼器４からの燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路２４を通過し、燃料電池システム２００の外部に放出される。
【００６２】
燃料電池５としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質器と燃料電池とが１つの筐体内に内蔵されるよう構成される。
【００６３】
［改質器の温度と原料組成の関係］
以下、改質器２の温度と原料組成の関係について説明する。なお、以下の具体的な数値は、例示であって、本実施の形態は、本例に限定されない。
【００６４】
まず、原料組成が刻々と変化する一例について説明する。
【００６５】
図２は、原料ガスの使用状況に応じた原料の組成変化の一例を示す図である。本例では、プロパン、イソブタン及びノルマルブタンからなる混合ガスがガスボンベに密封された場合が例示されている。そして、図２の横軸は、ガスボンベ使用量（％）を表し、図２の縦軸は、プロパン、イソブタン及びノルマルブタンからなる混合ガスの成分比（％）を表す。
【００６６】
ガスボンベにおいて、沸点が低いガスの方が、沸点が高いガスよりも気化しやすい。
【００６７】
よって、図２に示すように、ガスボンベ使用量が少ない使用開始直後の段階では、低沸点のプロパンの成分比が高く、ガスボンベ使用量の増加に従って、プロパンの混合ガス中における成分比は速やかに低下する。これに対し、プロパンよりも沸点の高いイソブタンやノルマルブタンは、ガスボンベ使用量の増加に従って、イソブタンやノルマルブタンの混合ガスにおける成分比は高くなる。
【００６８】
以上により、ガスボンベ使用量（換言すると、ガスボンベ内の混合ガスの残量）に応じて、混合ガスに含まれる可燃ガスの成分比が変化することが分かる。よって、水素生成装置１００の運転中の適時に原料組成を把握し、適量の水を改質器２に供給するよう、水素生成装置１００を制御することが、水素生成装置１００における高効率、安定的な水素生成に重要であると云える。
【００６９】
次に、原料組成の変化が改質器２の温度上昇に与える影響について説明する。
【００７０】
表１では、プロパン及びブタンの単位体積あたりの改質器の改質反応エネルギー量及び燃焼器の発熱量の一例が示されている。なお、表１中のブタンのデータは、イソブタンのデータとノルマルブタンのデータの平均値を取っている。
【００７１】
表１に示すように、ブタンの方が、プロパンよりも改質反応（吸熱反応）のエネルギー量が高いが、それ以上に、ブタンの燃焼量が大きいことが分かる。よって、このデータは、混合ガス中にブタンの成分比が高い程、改質器２の温度上昇率（昇温速度）が大きくなることを示唆している。
【００７２】
【表１】
2014139116.tif 000003
【００７３】
図３は、原料組成の変化が改質器の温度上昇に与える影響の一例を模式的に示す図である。
【００７４】
図３中のＸは、図２のガスボンベ内のガス残量が１００％の場合（つまり、プロパンの混合ガスにおける成分比が高い場合）における、改質器２の昇温プロファイルの一例を示し、図３中のＹは、図２のガスボンベ内のガス残量が０％の場合（つまり、プロパンの混合ガスにおける成分比が低い場合）における、改質器２の昇温プロファイルの一例を示す。
【００７５】
図３に示すように、改質器２の温度上昇率は、図３中のＸよりも、図３中のＹの方が大きい。このような昇温プロファイルの違いは、上記表１のとおり、それぞれの場合の改質器における改質反応エネルギー量と燃焼器の燃焼量の総和が異なることで生じていると理解できる。
【００７６】
このようにして、プロパンとブタンの混合ガスの成分比（原料組成）が刻々と変化する場合でも、単位時間当たりの改質器２の温度上昇値に基づいて混合ガスの成分比の変化を知ることができる。
【００７７】
なお、ここでは、プロパンとブタンについて説明したが、他の可燃成分（例えば、メタン）を含む混合ガスでも、同様に成分比の変化を知ることがきる。
【００７８】
［動作］
図４は、実施の形態１の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器９の制御により行われる。
【００７９】
水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成推定モードが選択される。原料組成推定モードの選択は、ある一定期間（例えば、１００時間）経過毎に行っても構わないし、一定量（例えば、１００Ｌ）の原料使用毎に行っても構わない。
【００８０】
原料組成推定モードが選択された場合、ステップＳ４０１において、所定の体積流量（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ）の原料ガスが、原料流路２０を流れるように、原料流量調整器１１を用いて原料の流量が調整される。
【００８１】
これにより、水蒸発器８からの原料ガス及び水蒸気の混合ガスが改質器２に送られ、ここで、吸熱化学反応が行われる。改質器２の改質反応で生成された水素含有ガスは、燃料電池５のアノードに送られ、燃料電池５の発電反応で使用された後の燃料オフガスは燃焼器４おいて燃焼される。このとき、燃焼器４の熱が改質器２に伝熱され、改質器２の温度が上昇する。
【００８２】
そして、改質器２の温度が安定する一定時間Ｑ（例えば、１０分）が経過した後、ステップＳ４０２において、温度検知器３Ａにより改質器２の温度が検知され、この改質器２の検知温度から、一定時間Ｑが経過した場合（単位時間あたり）の改質器２の温度上昇値ΔＴが導かれる。
【００８３】
次いで、ステップＳ４０３において、予め制御器９の記憶部に記憶された温度上昇値ΔＴと原料組成との間の対応関係を示すデータから、現在の原料組成が推定される。温度上昇値ΔＴと原料組成との間の対応関係を示すデータとして、例えば、温度上昇値ΔＴと単位量当たりの原料中の炭素量との関係を表したテーブル等が例示される。
【００８４】
次いで、ステップＳ４０４において、ステップＳ４０３の原料組成に相応する水流量Ｗ（例えば、５ｃｃ／ｍｉｎ）が導かれる。
【００８５】
そして、ステップＳ４０５において、水供給器７から改質器２への水の流量が、ステップＳ４０４の水流量Ｗになるよう、水流量調整器１０を用いて制御される。
【００８６】
このようにして、原料組成推定モードが終了し、水素生成装置１００の通常運転に戻る。
【００８７】
本実施の形態の水素生成装置１００では、水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置１００を制御している。よって、原料組成が刻々と変化する場合でも、従来に比べ、改質器２に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。
【００８８】
なお、上記ステップＳ４０３の原料組成の推定方法は、例示であって、本例に限定されるものではない。検知器で検知された物理量に基づいて原料の組成を特定可能であれば、どのような方法であっても構わない。
【００８９】
例えば、検知器で検知された温度以外の物理量として、ガスボンベの重量を例示できるが、詳細は後述する。
【００９０】
また、改質器２の温度は、高温（例えば、６００℃以上）となるので、改質器２よりも低温の水素生成装置１００の部分（例えば、燃焼排ガス流路２４の出口）の温度上昇値ΔＴ’を導き、温度上昇値ΔＴ’と原料組成との間の対応関係を示すデータから、現在の原料組成を推定しても構わない。
【００９１】
また、改質器２の温度が安定する一定時間Ｑまで待つことなく、さらに短い時間Ｓ（例えば、３分）における改質器２の昇温速度（ΔＴ／ΔＳ）を導き、昇温速度（ΔＴ／ΔＳ）と原料組成との間の対応関係を示すデータから、現在の原料組成を推定しても構わない。
【００９２】
なお、燃料電池システム２００の動作は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを利用する水素利用機器を燃料電池５と考えれば、上記の説明から理解できるので、本動作の説明は省略する。
【００９３】
（実施の形態２）
［装置構成］
図５は、実施の形態２の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【００９４】
図５に示すように、水素生成装置１００は、改質器２と、重量検知器３Ｂと、原料供給器６と、水供給器７と、水蒸発器８と、燃焼器４と、水流量調整器１０と、ガスボンベ１２と、制御器９と、を備える。また、燃料電池システム２００は、上記の水素生成装置１００と、燃料電池５と、を備える。
【００９５】
改質器２、水供給器７、水蒸発器８、燃焼器４、水流量調整器１０及び燃料電池５については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００９６】
ガスボンベ１２は、原料ガス源の一種であり、沸点が異なる複数種の原料を密封する。原料は、天然ガス、ＬＰＧ等の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であり、例えば、上記のとおり、プロパン、ブタン、メタン等が例示される。
【００９７】
原料供給器６は、ガスボンベ１２から改質器２へ原料を供給する。原料供給器６は、実施の形態１と同様、例えば、原料の供給圧を上げる昇圧器を備える。
【００９８】
重量検知器３Ｂは、ガスボンベ１２の重量を検知する。重量検知器３Ｂは、ガスボンベ１２の重量を検知可能であれば、どのような構成であってもよい。重量検知器３Ｂとして、例えば、ロードセルを用いてもよい。
【００９９】
制御器９は、水素生成装置１００の運転時に、重量検知器３Ｂで検知された重量に基づいて原料の組成を推定し、水供給器７から改質器２への水の流量を、推定された原料の組成に相応する量に水流量調整器１０を用いて制御する。制御器９は、実施の形態１と同様、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。
【０１００】
なお、本実施の形態では、実施の形態１の原料流量調整器１１は、重量検知器３Ｂの検知重量を用いて、原料流路２０を流れる原料の流量を予測できるので、必ずしも必要ではないが、原料流量調整器１１を設けても構わない。
【０１０１】
［ガスボンベの重量と原料組成の関係］
以下、ガスボンベ１２の重量と原料組成の関係について説明する。なお、以下の具体的な数値は、例示であって、本実施の形態は、本例に限定されない。
【０１０２】
図２に示すように、ガスボンベ１２の使用量（％）から、プロパン、イソブタン及びノルマルブタンのそれぞれの混合ガスにおける成分比（％）を知ることができる。また、ガスボンベ１２の使用量は、ガスボンベ１２の初期重量と、重量検知器３Ｂで検知された重量との差分重量に基づいて演算できる。
【０１０３】
このようにして、プロパンとブタンの混合ガスの成分比（原料組成）が刻々と変化する場合でも、ガスボンベ１２の重量に基づいて混合ガスの成分比の変化を知ることができる。
【０１０４】
［動作］
図６は、実施の形態２の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図６を参照しつつ、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器９の制御により行われる。
【０１０５】
水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成推定モードが選択される。原料組成推定モードの選択は、ある一定期間（例えば、１００時間）経過毎に行っても構わないし、一定量（例えば、１００Ｌ）の原料使用毎に行っても構わない。
【０１０６】
原料組成推定モードが選択された場合、ステップＳ６０１において、重量検知器３Ｂによりガスボンベ１２の重量（例えば、１０．５ｋｇ）が検知され、この検知重量からガスボンベ１２の使用量が導かれる。
【０１０７】
次いで、ステップＳ６０２において、予め制御器９の記憶部に記憶されたガスボンベ使用量と原料組成との間の対応関係を示すデータから、現在の原料組成が推定される。ガスボンベ使用量と原料組成との間の対応関係を示すデータとして、例えば、ガスボンベ使用量と単位量当たりの原料中の炭素量との関係を表したテーブル等が例示される。
【０１０８】
次いで、ステップＳ６０３において、ステップＳ６０２の原料組成に相応する水流量Ｗ（例えば、５ｃｃ／ｍｉｎ）が導かれる。
【０１０９】
そして、ステップＳ６０４において、水供給器７から改質器２への水の流量が、ステップＳ４０４の水流量Ｗになるよう、水流量調整器１０を用いて制御される。
【０１１０】
このようにして、原料組成推定モードが終了し、水素生成装置１００の通常運転に戻る。
【０１１１】
本実施の形態の水素生成装置１００では、水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置１００を制御している。よって、沸点が異なる複数種の原料をガスボンベに密封することにより、原料組成が刻々と変化する場合でも、従来に比べ、改質器２に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。
【０１１２】
なお、上記ステップＳ５０２の原料組成の推定方法は、例示であって、本例に限定されるものではない。また、燃料電池システム２００の動作は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを利用する水素利用機器を燃料電池５と考えれば、上記の説明から理解できるので、本動作の説明は省略する。
【０１１３】
（実施の形態３）
［装置構成］
図７は、実施の形態３の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【０１１４】
図７に示すように、水素生成装置１００は、改質器２と、温度検知器３Ａと、原料供給器６と、水供給器７と、水蒸発器８と、燃焼器４と、水流量調整器１０と、原料流量調整器１１と、第１の開閉弁１４と、第２の開閉弁１５と、制御器９と、を備える。また、燃料電池システム２００は、上記の水素生成装置１００と、燃料電池５と、を備える。
【０１１５】
改質器２、温度検知器３Ａ、原料供給器６、水供給器７、水蒸発器８、燃焼器４と、水流量調整器１０、原料流量調整器１１及び燃料電池５については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【０１１６】
第１の開閉弁１４は、燃料電池５から燃焼器４に至る経路に配されている。これにより、両者間の燃料オフガスの流れが連通及び遮断される。第１の開閉弁１４は、燃料電池５と燃焼器４との間の燃料オフガスの流れを連通及び遮断できれば、どのような構成であっても構わない。第１の開閉弁１４は、例えば、電磁弁であってもよい。
【０１１７】
第２の開閉弁１５は、原料供給器６から燃焼器４に至る経路に配されている。これにより、両者間の原料の流れが連通及び遮断される。第２の開閉弁１５は、原料供給器６と燃焼器４との間の原料の流れを連通及び遮断できれば、どのような構成であっても構わない。第２の開閉弁１５は、例えば、電磁弁であってもよい。
【０１１８】
制御器９は、水素生成装置１００の運転時に、温度検知器３Ａで検知された温度に基づいて原料の組成を推定する際に、第１の開閉弁１４を閉じ、第２の開閉弁１５を開くよう、第１及び第２の開閉弁１４、１５を制御する。これにより、燃焼器４は、原料供給器６からの原料を燃焼できる。
【０１１９】
［燃焼器の燃焼量と原料組成の関係］
以下、燃焼器４の燃焼量と原料組成の関係について説明する。なお、以下の具体的な数値は例示であって、本実施の形態は、本例に限定されない。
【０１２０】
表２では、プロパン、イソブタン及びノルマルブタンからなる混合ガスがガスボンベに密封されている場合において、ガスボンベ使用量（％）に応じて変化する、これらのガスの成分比（％）及び燃焼器４の燃焼量（単位体積あたりの混合ガスの燃焼量）が示されている。
【０１２１】
【表２】
2014139116.tif 000004
【０１２２】
表２に示すように、上記燃焼器４の燃焼量から、プロパン、イソブタン及びノルマルブタンのそれぞれの混合ガスにおける成分比を知ることができる。また、本燃焼器４の燃焼量は、改質器２の温度上昇から予測できる。特に、本実施の形態では、第１の開閉弁１４を閉じ、第２の開閉弁１５を開くよう、第１及び第２の開閉弁１４、１５を制御することにより、改質器２の温度上昇の影響を、燃焼器４の燃焼量（単位体積あたりの混合ガスの燃焼量）だけで推し量り得る。よって、本実施の形態では、改質反応（吸熱反応）のエネルギー量及び燃焼器４の燃焼量の両方を考慮する場合に比べて、原料組成の推定の精度が向上する。
【０１２３】
このようにして、プロパンとブタンの混合ガスの成分比（原料組成）が刻々と変化する場合でも、改質器２の温度上昇値に基づいて混合ガスの成分比の変化を知ることができる。
【０１２４】
［動作］
図８は、実施の形態３の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図８を参照しつつ、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器９の制御により行われる。
【０１２５】
水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成推定モードが選択される。原料組成推定モードの選択は、ある一定期間（例えば、１００時間）経過毎に行っても構わないし、一定量（例えば、１００Ｌ）の原料使用毎に行っても構わない。
【０１２６】
原料組成推定モードが選択された場合、ステップＳ８０１において、第１の開閉弁１４を閉じ、第２の開閉弁１５を開く。
【０１２７】
次いで、ステップＳ８０２において、所定の体積流量（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ）の原料ガスが、燃焼用原料流路２５を流れるように、適宜の原料流量調整器（図示せず）を用いて原料の流量が調整される。
【０１２８】
これにより、原料供給器６から所定量の原料が、燃焼器４に供給され、燃焼器４おいて燃焼される。このとき、燃焼器４の熱が改質器２に伝熱され、改質器２の温度が上昇する。
【０１２９】
そして、改質器２の温度が安定する一定時間Ｑ（例えば、１０分）が経過した後、ステップＳ８０３において、温度検知器３Ａにより改質器２の温度が検知され、この改質器２の検知温度から、一定時間Ｑが経過した場合（単位時間あたり）の改質器２の温度上昇値ΔＴが導かれる。
【０１３０】
次いで、ステップＳ８０４において、温度上昇値ΔＴに基づいて燃焼器４の燃焼量（単位体積当たりの原料の燃焼量）が導かれる。
【０１３１】
次いで、ステップＳ８０５において、予め制御器９の記憶部に記憶された燃焼器４の燃焼量と原料組成との間の対応関係を示すデータから、現在の原料組成が推定される。燃焼器４の燃焼量と原料組成との間の対応関係を示すデータとして、例えば、燃焼器４の燃焼量と単位量当たりの原料中の炭素量との関係を表したテーブル等が例示される。
【０１３２】
次いで、ステップＳ８０６において、ステップＳ８０５の原料組成に相応する水流量Ｗ（例えば、５ｃｃ／ｍｉｎ）が導かれる。
【０１３３】
そして、ステップＳ８０７において、水供給器７から改質器２への水の流量が、ステップＳ８０６の水流量Ｗになるよう、水流量調整器１０を用いて制御される。
【０１３４】
その後、ステップＳ８０８において、第１の開閉弁１４を開き、第２の開閉弁１５を閉じる。
【０１３５】
このようにして、原料組成推定モードが終了し、水素生成装置１００の通常運転に戻る。
【０１３６】
本実施の形態の水素生成装置１００では、水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置１００を制御している。よって、原料組成が刻々と変化する場合でも、従来に比べ、改質器２に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。特に、本実施の形態では、第１の開閉弁１４を閉じ、第２の開閉弁１５を開くよう、第１及び第２の開閉弁１４、１５を制御することにより、改質器２の温度上昇の影響を、燃焼器４の燃焼量（単位体積あたりの原料の燃焼量）だけで推し量り得る。従って、改質反応（吸熱反応）のエネルギー量及び燃焼器４の燃焼量の両方を考慮する場合に比べて、原料組成の推定の精度が向上する。
【０１３７】
なお、上記ステップＳ８０５の原料組成の推定方法は、例示であって、本例に限定されるものではない。
【０１３８】
また、上記ステップＳ８０３、８０４では、改質器２の温度は、高温（例えば、６００℃以上）となるので、改質器２よりも低温の水素生成装置１００の部分（例えば、燃焼排ガス流路２４の出口）の温度上昇値ΔＴ’に基づいて燃焼器４の燃焼量を導いても構わない。
【０１３９】
また、上記ステップＳ８０３、８０４では、改質器２の温度が安定する一定時間Ｑまで待つことなく、さらに短い時間Ｓ（例えば、３分）における改質器２の昇温速度（ΔＴ／ΔＳ）に基づいて燃焼器４の燃焼量を導いても構わない。
【０１４０】
なお、燃料電池システム２００の動作は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを利用する水素利用機器を燃料電池５と考えれば、上記の説明から理解できるので、本動作の説明は省略する。
【０１４１】
（実施の形態４）
［装置構成］
図９は、実施の形態４の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【０１４２】
図９に示すように、水素生成装置１００は、改質器２と、温度検知器３Ａと、原料供給器６と、水供給器７と、水蒸発器８と、燃焼器４と、水流量調整器１０と、原料流量調整器１１と、第１の開閉弁１４と、第２の開閉弁１５と、空気流量調整器１８と、制御器９と、を備える。また、燃料電池システム２００は、上記の水素生成装置１００と、燃料電池５と、を備える。
【０１４３】
改質器２、温度検知器３Ａ、原料供給器６、水供給器７、水蒸発器８、燃焼器４と、水流量調整器１０、原料流量調整器１１、第１の開閉弁１４、第２の開閉弁１５及び燃料電池５については、実施の形態３と同じであるので説明を省略する。
【０１４４】
空気流量調整器１８は、燃焼器４への空気の流量を調整に用いる機器である。空気流量調整器１８は、空気流路２６上に配され、空気流路２６を流れる空気の流量を所望の量に調整できれば、どのような構成でも構わない。例えば、空気流量調整器１８は、流量計と流量調整弁により構成されていてもいい。
【０１４５】
制御器９は、水素生成装置１００の運転時に、温度検知器３Ａで検知された温度に基づいて原料の組成を推定し、燃焼器４への空気の流量を、推定された原料の組成に相応する量に空気流量調整器１８を用いて制御する。
【０１４６】
なお、本実施の形態の水素生成装置１００は、第１及び第２の開閉弁１４、１５を備える例を示しているが、実施の形態１（図１）の如く、これらの第１及び第２の開閉弁１４、１５を備えなくても構わない。また、本実施の形態の水素生成装置１００は、実施の形態２（図５）の如く、温度検知器３Ａに代えて、重量検知器３Ｂを備える構成であっても構わない。
【０１４７】
［動作］
図１０は、実施の形態４の水素生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図１０を参照しつつ、本実施の形態の水素生成装置１００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器９の制御により行われる。
【０１４８】
水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成推定モードが選択される。原料組成推定モードの選択は、ある一定期間（例えば、１００時間）経過毎に行っても構わないし、一定量（例えば、１００Ｌ）の原料使用毎に行っても構わない。
【０１４９】
原料組成推定モードが選択された場合、ステップＳ１００１において、第１の開閉弁１４を閉じ、第２の開閉弁１５を開く。
【０１５０】
次いで、ステップＳ１００２において、所定の体積流量（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ）の原料ガスが、燃焼用原料流路２５を流れるように、適宜の原料流量調整器（図示せず）を用いて原料の流量が調整される。
【０１５１】
これにより、原料供給器６から所定量の原料が、燃焼器４に供給され、燃焼器４おいて燃焼される。このとき、燃焼器４の熱が改質器２に伝熱され、改質器２の温度が上昇する。
【０１５２】
そして、改質器２の温度が安定する一定時間Ｑ（例えば、１０分）が経過した後、ステップＳ１００３において、温度検知器３Ａにより改質器２の温度が検知され、この改質器２の検知温度から、一定時間Ｑが経過した場合（単位時間あたり）の改質器２の温度上昇値ΔＴが導かれる。
【０１５３】
次いで、ステップＳ１００４において、温度上昇値ΔＴに基づいて燃焼器４の燃焼量（単位体積当たりの原料の燃焼量）が導かれる。
【０１５４】
次いで、ステップＳ１００５において、予め制御器９の記憶部に記憶された燃焼器４の燃焼量と原料組成との間の対応関係を示すデータから、現在の原料組成が推定される。燃焼器４の燃焼量と原料組成との間の対応関係を示すデータとして、例えば、燃焼器４の燃焼量と単位量当たりの原料中の炭素量との関係を表したテーブル等が例示される。
【０１５５】
次いで、ステップＳ１００６において、ステップＳ１００５の原料組成に相応する水流量Ｗ（例えば、５ｃｃ／ｍｉｎ）が導かれ、ステップＳ１００５の原料組成に相応する空気流量Ａ（例えば、２０Ｌ／ｍｉｎ）が導かれる。
【０１５６】
そして、ステップＳ１００７において、水供給器７から改質器２への水の流量が、ステップＳ１００６の水流量Ｗになるよう、水流量調整器１０を用いて制御され、空気供給器（図示せず）から燃焼器４への空気の流量が、ステップＳ１００６の空気流量Ａになるよう、空気流量調整器１８を用いて制御される。
【０１５７】
その後、ステップＳ１００８において、第１の開閉弁１４を開き、第２の開閉弁１５を閉じる。
【０１５８】
このようにして、原料組成推定モードが終了し、水素生成装置１００の通常運転に戻る。
【０１５９】
本実施の形態の水素生成装置１００では、水素生成装置１００の運転中の適時に、原料組成を推定するモードが行われるよう、水素生成装置１００を制御している。よって、原料組成が刻々と変化する場合でも、従来に比べ、改質器２に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。また、原料組成が刻々と変化する場合でも、従来に比べ、燃焼器４に適量（例えば、原料の供給流量から算出された理論燃焼の空気流量の１．５倍程度の流量）の空気を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る。
【０１６０】
なお、上記ステップＳ１００５の原料組成の推定方法は、例示であって、本例に限定されるものではない。
【０１６１】
また、上記ステップＳ１００３、１００４では、改質器２の温度は、高温（例えば、６００℃以上）となるので、改質器２よりも低温の水素生成装置１００の部分（例えば、燃焼排ガス流路２４の出口）の温度上昇値ΔＴ’に基づいて燃焼器４の燃焼量を導いても構わない。
【０１６２】
また、上記ステップＳ１００３、１００４では、改質器２の温度が安定する一定時間Ｑまで待つことなく、さらに短い時間Ｓ（例えば、３分）における改質器２の昇温速度（ΔＴ／ΔＳ）に基づいて燃焼器４の燃焼量を導いても構わない。
【０１６３】
なお、燃料電池システム２００の動作は、水素生成装置１００から供給される水素含有ガスを利用する水素利用機器を燃料電池５と考えれば、上記の説明から理解できるので、本動作の説明は省略する。
【０１６４】
（実施の形態５）
［装置構成］
図１１は、実施の形態５の水素生成装置を備える燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【０１６５】
図１１に示すように、水素生成装置１００は、改質器２と、温度検知器３Ａと、原料供給器６と、水供給器７と、水蒸発器８と、燃焼器４と、水流量調整器１０と、原料流量調整器１１と、第１の開閉弁１４と、第２の開閉弁１５と、空気流量調整器１８と、制御器９と、を備える。また、燃料電池システム２００は、上記の水素生成装置１００と、水回収器１３と、燃料電池５と、を備える。
【０１６６】
改質器２、温度検知器３Ａ、原料供給器６、水供給器７、水蒸発器８、燃焼器４と、水流量調整器１０、原料流量調整器１１、第１の開閉弁１４、第２の開閉弁１５、空気流量調整器１８、制御器９及び燃料電池５については、実施の形態４と同じであるので説明を省略する。
【０１６７】
水回収器１３は、燃料電池５から燃焼器４に至る経路に配されている。つまり、水回収器１３は、燃料オフガス流路２７に配され、水回収器１３で回収された水が水供給器７に供給される。これにより、回収水を改質水として再利用できるので、改質水として外部から供給すべき水の量を削減できるとともに、燃料電池システム２００を効率よく安定的に動作でき、ひいては、燃料電池システム２００の水自立運転が可能となる。
【０１６８】
水回収器１３は、例えば、適宜の冷媒との熱交換により燃料オフガスを冷却し、これにより、燃料オフガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収する。しかし、水回収器１３は、熱交換器には限定されず、燃料オフガスから水を回収可能であれば、どのような構成であっても構わない。
【０１６９】
なお、本実施の形態の水素生成装置１００は、実施の形態４（図９）と同様に、第１及び第２の開閉弁１４、１５及び空気流量調整器１８を備える例を示しているが、実施の形態１（図１）の如く、これらの第１及び第２の開閉弁１４、１５及び空気流量調整器１８を備えなくても構わない。また、本実施の形態の水素生成装置１００は、実施の形態２（図５）の如く、温度検知器３Ａに代えて、重量検知器３Ｂを備える構成であっても構わない。
【０１７０】
上記説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明によれば、従来に比べ、改質器に過不足なく水を供給して、効率よく安定して水素を生成し得る水素生成装置及び燃料電池システムが得られる。よって、本発明は、例えば、水素生成装置及び燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１７２】
２  改質器
３Ａ  温度検知器
３Ｂ  重量検知器
４  燃焼器
５  燃料電池（水素利用機器）
６  原料供給器
７  水供給器
８  水蒸発器
９  制御器
１０  水流量調整器
１１  原料流量調整器
１２  ガスボンベ
１３  水回収器
１４  第１の開閉弁
１５  第２の開閉弁
１８  空気流量調整器
２０  原料流路
２１  水流路
２３  改質ガス流路
２４  燃焼排ガス流路
２５  燃焼用原料流路
２６  空気流路
２７  燃料オフガス流路
１００  水素生成装置
２００  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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【図６】
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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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【図１１】
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