(57)【要約】【課題】複数の原料供給源を切り替えて原料ガスを供給する場合、急激な原料組成の変化によって、改質器が過昇温となることを防ぐことができる水素生成システムを提供する。【解決手段】  本発明に係る水素生成システムは、原料が充填された第１原料供給部１および第２原料供給部２と、原料の供給源となっている第１原料供給部１の原料が無くなると第２原料供給部２に切り替える原料供給切替部３と、原料供給切替部３を介して第１原料供給部１または第２原料供給部２から供給された原料と外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器６と、原料供給切替部３による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、改質器６に供給される原料流量と空気流量との比が所定値となるように制御する制御器７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】
原料が充填された複数の原料供給部と、
原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他の原料供給部に切り替える切替部と、
前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記改質器に供給される原料流量と空気流量との比が所定値となるように制御する制御器と、を備える水素生成システム。
【請求項２】
前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部をさらに備え、
前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記改質空気流量調整部を制御して前記空気流量を変更させる請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項３】
前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部をさらに備え、
前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記原料流量調整部を制御して前記原料流量を変更させる請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項４】
前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部と、
前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部と、をさらに備え、
前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記改質空気流量調整部および前記原料流量調整部を制御して前記空気流量と原料流量とを変更させる請求項１に記載の水素生成システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の水素生成システムと、
前記改質器によって生成された水素含有ガスと、外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、を備え、
前記制御器は、前記切替部の切替時に生成される切替信号に応じて、前記燃料電池の発電電流値を所定値に変更するようにさらに制御する、燃料電池システム。
【請求項６】
原料が充填された複数の原料供給部と、
原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他の原料供給部に切り替える切替部と、
前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器によって生成された水素含有ガスと、外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、
前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記燃料電池の発電電流値を所定値に変更するように制御する制御器と、を備える燃料電池システム。
【請求項７】
原料が充填された複数の原料供給部と、
原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他方の原料供給部に切り替える切替部と、
前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器によって生成された水素含有ガスと、外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、
前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記改質器に供給される原料流量と空気流量との比が所定値となるように制御する制御器と、を備える燃料電池システム。
【請求項８】
前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部を備え、
前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるよう前記改質空気流量調整部を制御して前記空気流量を変更させる請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部をさらに備え、
前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるよう前記原料流量調整部を制御して前記原料流量を変更させる請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部と、
前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部と、をさらに備え、
前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記改質空気流量調整部および前記原料流量調整部を制御して前記空気流量と原料流量とを変更させる、請求項７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、供給された原料ガスと空気とを利用して水素を生成する水素生成システムおよびこの水素生成システムを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給する原料としては都市ガスなどの化石燃料が知られている。また、都市ガス以外にもＬＰＧガスシリンダ（ＬＰＧガスボンベ）から原料を供給することも考えられている。
【０００３】
ところで、ＬＰＧガスシリンダから原料を供給する構成の場合、供給される原料のガス組成が、シリンダ内のガス圧力に応じて変化する（例えば、非特許文献１）。すなわち、非特許文献１では、原料供給源としてＬＰＧガスシリンダ（ＬＰＧガスボンベ）を用いた燃料電池システムを開示している。そして、同文献の図２には、ＬＰＧガスシリンダから吐出されるガス組成が、シリンダ内のガス圧力に応じて、変化することが記載されている。
【０００４】
このため、燃料電池システムに供給するガスの供給源としてＬＰＧガスシリンダを用いる構成の場合、ガス組成の変化に応じて改質器温度が変化してしまう。そこで、例えば、特許文献１では、改質器の温度が一定となるように、改質器への原料供給量、空気供給量、及び循環ガス供給量を決定する燃料電池システムが開示されている。より具体的には、特許文献１に係る燃料電池システムは、改質ガス温度の低下に応じて、Ａ／Ｆ（空気流量と原料流量の比）の値を予め設定したテーブルデータに基づいて設定して改質ガスの温度を一定にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８５９１０号公報
【非特許文献１】ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，３５（１）２５１−２５８（２０１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、複数の原料供給源を切り替えて原料ガスを供給する場合、急激な原料組成の変化によって、改質器が過昇温で劣化することを防ぐことができないという問題がある。
【０００７】
ここで、複数の原料供給源を切り替えるとは、例えば、使用中のＬＰＧシリンダ内の原料量が少なくなった際に、新たな（満タンの）ＬＰＧシリンダに切り替えることなどが挙げられる。すなわち、一般的なＬＰＧは、Ｃ３Ｈ８またはＣ４Ｈ１０の混合物として市場に流通している。このように、ＬＰＧシリンダ内には、Ｃ３Ｈ８やＣ４Ｈ１０といった飽和蒸気圧力の異なる物質が混在しており、飽和蒸気圧力の高い（沸点の低い）Ｃ３Ｈ８が先にシリンダ外へ供給される。そのため、非特許文献１に記載されるように、ＬＰＧシリンダから一定流量で原料を供給した場合、シリンダから供給される原料組成は、経時的に変化する。例えば、シリンダ使用初期にはＣ３Ｈ８とＣ４Ｈ１０の比率が６：４程度であったものが、シリンダ使用末期にはその比率が９０：１０程度まで変化する。
【０００８】
シリンダ使用末期になると、この使用末期のシリンダは新品のシリンダに切り替えられることとなるが、この切替時には、燃料電池システムに供給される原料ガス組成が急激に変化することになる。このため、この急激な変化に応じて、原料流量や改質空気流量などを制御する必要がある。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、使用末期となったＬＰＧシリンダを新品のシリンダに切り替える場合、切替後の改質器における温度変化を検知した後に、原料流量、または改質空気流量などを制御する構成となる。このため、一時的に、改質器は過昇温の状態に曝されてしまう可能性があるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の原料供給源を切り替えて原料ガスを供給する場合、急激な原料組成の変化によって、改質器が過昇温となることを防ぐことができる水素生成システムを提供することにある。
【００１１】
また、急激な原料組成の変化は改質器において生成される水素量の変化を招き、燃料電池の燃料利用率が大きくなる場合がある。そこで、本発明では、複数の原料供給源を切り替えて原料ガスを供給する場合、急激な原料組成の変化によって、燃料電池の燃料利用率が大きくなることを防ぐことができる燃料電池システムをさらに提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る水素生成システムは、上記した課題を解決するために、原料が充填された複数の原料供給部と、原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他の原料供給部に切り替える切替部と、前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように制御する制御器と、を備える。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、原料が充填された複数の原料供給部と、原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他の原料供給部に切り替える切替部と、前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された水素含有ガスと、外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記燃料電池の発電電流値を所定値に変更するように制御する制御器と、を備える。
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムは、上記した課題を解決するために、原料が充填された複数の原料供給部と、原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他方の原料供給部に切り替える切替部と、前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された水素含有ガスと、外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記改質器に供給される原料流量と空気流量との比が所定値となるように制御する制御器と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる水素生成システムは、以上に説明したように構成され、複数の原料供給源を切り替えて原料ガスを供給する場合、急激な原料組成の変化によって、改質器が過昇温となることを防ぐことができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、以上に説明したように構成され、複数の原料供給源を切り替えて原料ガスを供給する場合、急激な原料組成の変化によって、燃料電池の燃料利用率が大きくなることを防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る水素生成システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図２】Ｃ４Ｈ１０のモル分布率とＡ／Ｆの値との関係を示すグラフである。
【図３】原料の供給源の切替直前における図１に示す水素生成システムを説明するブロック図である。
【図４】原料の供給源の切替直後における、比較例に係る水素生成システムを説明するブロック図である。
【図５】原料の供給源の切替直後における図１に示す水素生成システムの制御を示すブロック図である。
【図６】図１に示す水素生成システムを備えた、実施形態２に係る燃料電池システムの要部構成の一例を示すブロック図である。
【図７】原料の供給源の切替直前における図６に示す燃料電池システムを説明するブロック図である。
【図８】原料の供給源の切替直後における、比較例に係る燃料電池システムを説明するブロック図である。
【図９】原料の供給源の切替直後における図６に示す燃料電池システムの制御を示すブロック図である。
【図１０】原料の供給源の切替直前における、比較例に係る燃料電池システムの一例を説明するブロック図である
【図１１】原料の供給源の切替直後における、比較例に係る燃料電池システムの一例を説明するブロック図である。
【図１２】実施形態２の変形例に係る燃料電池システムの要部構成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】
【００１８】
本発明では以下に示す態様を提供する。
【００１９】
本発明の第１の態様に係る水素生成システムは、原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他の原料供給部に切り替える切替部と、前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記改質器に供給される原料流量と空気流量との比が所定値となるように制御する制御器と、を備えるように構成されていてもよい。
【００２０】
ここで、原料供給部が他の原料供給部に切り替えられることによって、原料供給部に充填されている原料の組成が変化する場合がある。この組成変化が大きい場合、改質器において過昇温が生じることがある。
【００２１】
上記した構成によると、第１の態様に係る水素生成システムは、この原料供給部の切替を示す切替信号に応じて、制御器が改質器に供給する原料流量と空気流量との比を所定値とすることができる。ところで、この原料流量と空気流量との比の所定値は、切替られた直後の他の原料供給部から供給される原料の組成に対して改質器の温度が所定の温度範囲となるように予め設定された値である。このため、原料の供給源が他の原料供給部へと切替えられることによって、改質器が過昇温となることを防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明の第２の態様に係る水素生成システムは、上記した第１の態様において、前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部をさらに備え、前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記改質空気流量調整部を制御して前記空気流量を変更させるように構成されていてもよい。
【００２３】
また、本発明の第３の態様に係る水素生成システムは、上記した第１の態様において、前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部をさらに備え、前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記原料流量調整部を制御して前記原料流量を変更させるように構成されていてもよい。
【００２４】
また、本発明の第４の態様に係る水素生成システムは、上記した第１の態様において、前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部と、前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部と、をさらに備え、前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記改質空気流量調整部および前記原料流量調整部を制御して前記空気流量と原料流量とを変更させるように構成されていてもよい。
【００２５】
また、本発明の第５の態様に係る燃料電池システムは、上記した第１の態様〜第４の態様のいずれか１つの態様に記載の水素生成システムと、前記改質器によって生成された水素含有ガスと外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、を備え、前記制御器は、前記切替部の切替時に生成される切替信号に応じて、前記燃料電池の発電電流値を所定値に変更するようにさらに制御するように構成されていてもよい。
【００２６】
上記した構成によると、上述した水素生成システムを備えているため、他の原料供給部への切替により原料組成が変化し、そのことに起因して改質器が過昇温度になることを防ぐことができる。
【００２７】
さらに、制御器は、燃料電池の発電電流値を所定値に変更するようにさらに制御することができる。このため、他の原料供給部への切替により原料組成が変化し、そのことに起因して燃料電池における燃料利用率（Ｕｆ）が大きくなりすぎることを防止することができる。
【００２８】
なお、発電電流値の所定値とは、他の原料供給部への切替後の原料の組成と、改質器に供給される空気流量から求められる、改質器で生成された改質ガス（水素含有ガス）組成に対して、燃料電池の燃料利用率が例えば、８５％以下となる発電電流値である。
【００２９】
また、本発明の第６の態様に係る燃料電池システムは、原料が充填された複数の原料供給部と、原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他の原料供給部に切り替える切替部と、前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された水素含有ガスと、外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記燃料電池の発電電流値を所定値に変更するように制御する制御器と、を備えるように構成されていてもよい。
【００３０】
上記した構成によると、燃料電池システムは制御器を備え、燃料電池の発電電流値を所定値に変更するようにさらに制御することができる。このため、他の原料供給部への切替により原料組成が変化し、そのことに起因して燃料電池における燃料利用率が大きくなりすぎることを防止することができる。
【００３１】
なお、発電電流値の所定値とは、他の原料供給部への切替後の原料の組成と、改質器に供給される空気流量から求められる、改質器で生成された改質ガス（水素含有ガス）組成に対して、燃料電池の燃料利用率が例えば、８５％以下となる発電電流値である。
【００３２】
また、本発明の第７の態様に係る燃料電池システムは、原料が充填された複数の原料供給部と、原料の供給源となっている原料供給部の原料が無くなると他方の原料供給部に切り替える切替部と、前記切替部を介して前記原料供給部から供給された原料と、外部から供給された空気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器によって生成された水素含有ガスと、外部から供給された発電用空気とを利用して発電反応により発電する燃料電池と、前記切替部による原料の供給源の切替を示す信号である切替信号に応じて、前記改質器に供給される原料流量と空気流量との比が所定値となるように制御する制御器と、を備えるように構成されていてもよい。
【００３３】
上記した構成によると、前記切替信号に応じて、制御器が原料流量と空気流量との比が所定値となるように制御することができる。このため、他の原料供給部への切替により原料組成が変化し、そのことに起因して燃料電池における燃料利用率が大きくなりすぎる場合であっても、原料流量と空気流量との比を所定値とすることで、燃料利用率の上昇を防ぐことができる。すなわち、原料流量と空気流量との比を所定値とすることで、改質器に供給される原料と空気の総量における、酸素原子と炭素原子のモル比であるＯ／Ｃの値が大きくなることを抑制し、完全燃焼の割合が大きくなることを防ぐことができる。その結果、改質ガスに含まれるＨ２およびＣＯの量が減少することを防ぐことができる。つまり、燃料電池で発電反応に寄与できる燃料の量が減少することを防ぎ、燃料電池の燃料利用率が大きくなることを防ぐことができる。
【００３４】
また、本発明の第８の態様に係る燃料電池システムは、上記した第７の態様において、前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部を備え、前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるよう前記改質空気流量調整部を制御して前記空気流量を変更させるように構成されていてもよい。
【００３５】
上記した構成によると、前記切替信号に応じて、制御器が改質空気流量調整部を制御して原料流量と空気流量との比（Ａ／Ｆ）を所定値とすることができる。このため、他の原料供給部への切替により原料組成が変化し、そのことに起因して燃料電池における燃料利用率が大きくなりすぎる場合であっても、原料流量と空気流量との比が所定値となるように、該空気流量を調整することで、燃料利用率の上昇を防ぐことができる。すなわち、空気流量を調整し、原料流量と空気流量との比を所定値とすることで、改質器に供給される原料と空気の総量における、酸素原子と炭素原子のモル比であるＯ／Ｃの値が大きくなることを抑制し、完全燃焼の割合が大きくなることを防ぐことができる。その結果、改質ガスに含まれるＨ２およびＣＯの量が減少することを防ぐことができる。つまり、燃料電池で発電反応に寄与できる燃料の量が減少することを防ぎ、燃料電池の燃料利用率が大きくなることを防ぐことができる。
【００３６】
また、本発明の第９の態様に係る燃料電池システムは、上記した第７の態様において、前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部をさらに備え、前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるよう前記原料流量調整部を制御するように構成されていてもよい。
【００３７】
上記した構成によると、前記切替信号に応じて、制御器が原料流量調整部を制御して原料流量と空気流量との比（Ａ／Ｆ）を所定値とすることができる。このため、他の原料供給部への切替により原料組成が変化し、そのことに起因して燃料電池における燃料利用率が大きくなりすぎる場合であっても、原料流量と空気流量との比が所定値となるように、該原料流量を調整することで、燃料利用率の上昇を防ぐことができる。すなわち、原料流量を調整し、原料流量と空気流量との比を所定値とすることで、改質器に供給される原料と空気の総量における、酸素原子と炭素原子のモル比であるＯ／Ｃの値が大きくなることを抑制し、完全燃焼の割合が大きくなることを防ぐことができる。その結果、改質ガスに含まれるＨ２およびＣＯの量が減少することを防ぐことができる。つまり、燃料電池で発電反応に寄与できる燃料の量が減少することを防ぎ、燃料電池の燃料利用率が大きくなることを防ぐことができる。
【００３８】
また、本発明の第１０の態様に係る燃料電池システムは、上記した第７の態様において、前記改質器へ供給する前記空気流量を調整する改質空気流量調整部と、前記改質器へ供給する前記原料流量を調整する原料流量調整部と、をさらに備え、前記制御器は、前記切替信号に応じて、前記改質器に供給される前記原料流量と前記空気流量との比が所定値となるように、前記改質空気流量調整部および前記原料流量調整部を制御して前記空気流量と原料流量とを変更させるように構成されていてもよい。
【００３９】
上記した構成によると、前記切替信号に応じて、制御器が空気流量調整部および原料流量調整部を制御して原料流量と空気流量との比（Ａ／Ｆ）を所定値とすることができる。このため、他の原料供給部への切替により原料組成が変化し、そのことに起因して燃料電池における燃料利用率が大きくなりすぎる場合であっても、原料流量と空気流量との比が所定値となるように、該原料流量および該空気流量を調整することで、燃料利用率の上昇を防ぐことができる。すなわち、原料流量および空気流量を調整し、原料流量と空気流量との比を所定値とすることで、改質器に供給される原料と空気の総量における、酸素原子と炭素原子のモル比であるＯ／Ｃの値が大きくなることを抑制し、完全燃焼の割合が大きくなることを防ぐことができる。その結果、改質ガスに含まれるＨ２およびＣＯの量が減少することを防ぐことができる。つまり、燃料電池で発電反応に寄与できる燃料の量が減少することを防ぎ、燃料電池の燃料利用率が大きくなることを防ぐことができる。
【００４０】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１を、図面を参照して説明する。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。
【００４１】
図１を参照して本発明の実施形態１に係る水素生成システム１００について説明する。図１は、実施形態１に係る水素生成システム１００の要部構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、水素生成システム１００は、原料供給切替部（切替部）３、原料流量調整部４、空気流量調整部５、改質器６、および制御器７を備えてなる構成である。そして、水素生成システム１００は、原料の供給源として第１原料供給部１および第２原料供給部２の２つの原料供給部を備えている。
【００４２】
第１原料供給部１および第２原料供給部２から供給される原料は、例えば、プロパンガス、ブタンガスを主成分とするＬＰＧ等とすることができる。本実施例では、第１原料供給部１および第２原料供給部２として、Ｃ３Ｈ８とＣ４Ｈ１０が４０：６０で混合充填されたＬＰＧシリンダを用いる。また、最初に第１原料供給部１から原料供給切替部３を経由して、改質器６へ原料が供給されるものとする。前述の通り、第１原料供給部１（ＬＰＧシリンダ）から供給されるガスは、Ｃ３Ｈ８とＣ４Ｈ１０との飽和蒸気圧力差によって、供給の初期段階では、原料中においてＣ３Ｈ８を含む割合が高くなる。例えば、Ｃ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０が７０：３０の割合となる。そして、第１原料供給部１からのガスの供給が進み原料の残量がほぼ無くなるシリンダ使用末期には、Ｃ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０が０：１００の割合となるものとして説明する。そして、第１原料供給部１において充填されている原料が空になると原料供給切替部３によって第２原料供給部２に原料の供給源が切り替わるようになっている。そして、空になった第１原料供給部１は、新たに原料が充填された第１原料供給部１と交換される。
【００４３】
原料供給切替部３は、原料の供給源を第１原料供給部１および第２原料供給部２のいずれかを選択し、切り替えるものであり、例えば、３方弁などにより実現できる。原料供給切替部３は第１原料供給部１および第２原料供給部２内のガス圧を監視し、ガス圧が所定値以下になったら原料の供給源を切り替えるように動作する。
【００４４】
原料供給切替部３を介して第１原料供給部１または第２原料供給部２のいずれかから供給された原料の流量は、制御器７からの制御指示に応じて、原料流量調整部４によって調整されて改質器６に導かれる。なお、原料流量調整部４としては、例えば、ダイアフラムポンプなどの流体搬送装置を用いても良いし、オリフィス径を調整する流量調整弁であってもよい。
【００４５】
また、改質器６には、さらに空気（改質空気）が供給されるように構成されており、この改質空気の流量は、制御器７からの制御指示に応じて、空気流量調整部５によって調整される。空気流量調整部５は、原料流量調整部４と同様に、例えば、ダイアフラムポンプなどの流体搬送装置を用いることができる。
【００４６】
改質器６は、供給された原料に含まれる炭化水素と、改質空気に含まれる酸素とを用いて、部分酸化改質反応（Partial Oxidation）が行われ、水素と一酸化炭素が生成される。そして、生成された水素と一酸化炭素は、例えば、燃料電池の燃料として利用することができる。この改質器６は、例えば、容器中に改質触媒が充填して構成することができる。改質触媒は、例えば、白金およびロジウムの少なくとも一方を含浸したアルミナ担体を用いることができる。なお、改質触媒は特に限定されず、例えば、部分酸化改質反応を進行させることのできる多様な触媒を用いることができる。
【００４７】
上記した構成を有する水素生成システム１００における動作説明を、以下に説明する。
【００４８】
まず、図２、図３を参照して、第１原料供給部１から原料が供給され、第１原料供給部１内に充填された原料がなくなる直前、すなわち原料の供給源を、第２原料供給部２に切り替える直前までの期間中（第１期間）での動作について説明する。図２は、Ｃ４Ｈ１０のモル分布率とＡ／Ｆの値との関係を示すグラフである。図３は、原料の供給源の切替直前における図１に示す水素生成システムを説明するブロック図である。
【００４９】
第１期間では、水素生成システム１００では、改質器６に備えた温度センサ（不図示）による検知結果に基づき、制御器７が原料流量調整部４および空気流量調整部５の少なくともいずれか一方を制御し、改質器６の出口付近における改質ガス温度が一定（例えば、８３５℃）となるようにしている。例えば、図２に示すように、改質ガス温度が８３５℃となるように維持するためには、原料中におけるＣ４Ｈ１０のモル分布率の変動に応じてＡ／Ｆの値を上げるように制御する。
【００５０】
図２では、Ｃ４Ｈ１０のモル分布率とＡ／Ｆの値との関係を、Ｃ４Ｈ１０のモル分布率が３０％、７０％、８０％、９０％、１００％のそれぞれについてプロットしている。すなわち、Ｃ４Ｈ１０のモル分布率が３０％のときＡ／Ｆの値が約１０．０となる。モル分布率が７０％のときＡ／Ｆの値が約１１．０となる。モル分布率が８０％のときＡ／Ｆの値が約１１．２となる。モル分布率が９０％のときＡ／Ｆの値が約１１．５となる。また、モル分布率が１００パーセントのときＡ／Ｆの値が約１１．８となる。
【００５１】
なお、図２では、特定のＣ４Ｈ１０モル分布率とＡ／Ｆの値の関係のみを示しているが、例えば最小二乗法など公知の近似法を使ってモデル関数（右肩上がりのグラフ）として示すことができる。
【００５２】
すなわち、Ｃ４Ｈ１０のモル分布率は、第１原料供給部１の使用開始時点では原料中において３０％程度であったのが徐々に増加し、使用末期時にはおよそ１００％にほぼ近づく。これに対して、改質ガス温度を８３５℃に保つためには、Ａ／Ｆの値を当初、１０．０であったところ徐々に値を上げていき、使用末期時には１１．８程度まで上昇させる。
【００５３】
そして、第１原料供給部１に充填された原料の供給が継続し、第２原料供給部２に原料の供給源を切り替える直前に達したとする。このタイミングでの水素生成システム１００の状態を図３に示す。
【００５４】
例えば、図３に示すように、原料供給部１からは、原料として２．０ＳＬＭ（Standard Liter per Minute）のＬＰＧが、原料供給切替部３を経由して改質器６へと供給されている。このタイミングでのＬＰＧ組成はＣ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０が０：１００である。また、２３．６ＳＬＭの改質空気が、改質器６へと供給される。そして、この場合、改質器６へ供給される改質空気流量と原料流量とのモル比であるＡ／Ｆは、１１．８となる。なお、ＳＬＭとは、Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｌｉｔｅｒ  ｐｅｒ  Ｍｉｎｕｔｅの略であり、標準状態（１ａｔｍ、摂氏０度）に換算したガスの流量である。例えば、理想気体では標準状態において、１モルで２２．４リットルとなる。
【００５５】
上記した原料と改質空気とが改質器６に供給されると、改質器６において、混合ガス中のＣｎＨｍ（Ｃ３Ｈ８およびＣ４Ｈ１０）が下記の反応式（化学式（１））によって、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏに改質される。
【００５６】
【化１】
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【００５７】
ここで、Ｏ／Ｃ＝２α／ｎとなる。なお、ａ、ｂ、ｃ、ｄは混合ガスの組成、改質器の特性、および、改質温度等によって変化する。ここで、Ｏ／Ｃとは、改質器６に供給される原料と空気の総量における、酸素原子と炭素原子のモル比であり、Ｏ／ＣにおけるＯは、水（Ｈ２Ｏ）に由来する酸素原子を含まず、供給された改質空気に含まれる酸素（Ｏ２）に由来する酸素原子のみを含むものとする。
【００５８】
供給源を切り替える直前のタイミングでは、供給される原料組成が上述したようにＣ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０が０：１００の割合となっており、改質器６での部分酸化反応は、Ｏ／Ｃ＝１．２４、またＡ／Ｆ＝１１．８で行われる。そして、改質器６の出口付近における改質ガス温度は８３５℃となっている。一般的に、触媒を用いた部分酸化改質（ＣＰＯＸ：Catalytic Partial Oxidation）の改質温度は７５０〜８５０℃の範囲で行われており、実施形態１に係る改質器６の改質ガス温度も、この通常の部分酸化改質用の触媒使用温度範囲内となっている。
【００５９】
そして、第１原料供給部１が空になりと原料の供給源が第２原料供給部２へと原料供給切替部３によって切り替えられる。次に、第２原料供給部２に原料の供給源が切り替わるタイミング（第２期間）での動作について説明する。特に、実施形態１に係る水素生成システム１００では、供給源が切り替わったタイミングに応じて、改質空気および原料のうち少なくともいずれか一方の流量を調整することができるという特徴的な構成を有している。
【００６０】
まず、実施形態１に係る水素生成システム１００の特徴的な構成について説明する前に、比較例として、この特徴的な構成を有さない場合について図４を参照して説明する。
【００６１】
（実施形態１の比較例の動作）
図４には、原料の供給源が切り替わった直後の原料組成がＣ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０＝７０:３０となると仮定した場合に対する、水素生成システムの各部および全体の物質とエネルギーバランス計算から求まる各流体の温度および流量が記載されている。図４は、原料の供給源の切替直後における、比較例に係る水素生成システムを説明するブロック図である。
【００６２】
図４に示すように、原料の供給源の切替直前と同じ原料流量および空気流量（すなわち同じＡ／Ｆ）で、原料および改質空気を改質器６に供給すると、この改質器６でのＯ／Ｃは１．５１となり、図３に示す状態のときよりもＯ／Ｃの値が上がることとなる。これは、同じＡ／Ｆのとき、以下の化学式（２）、(３)で示すようにＣ３Ｈ８の方が、Ｃ４Ｈ１０と比較してＯ／Ｃが大きくなるためである。なお、化学式（２）、（３）において［2.1 O2+7.9 N2]は空気を示している。
【００６３】
C3H8+[2.1 O2+7.9 N2]      O/C=1.40・・・（２）
C4H10+[2.1 O2+7.9 N2]     O/C=1.05・・・（３）
ここで、Ｏ／Ｃが大きくなると、改質反応における完全燃焼割合が大きくなるため、発熱量が増大する。つまり、ＣＯがさらにＣＯ２およびＨ２Ｏへと変化する反応は燃焼反応であり、その結果Ｏ／Ｃの値が所定の値よりも大きくなりすぎると改質器６は過昇温になる。このようにＯ／Ｃは、改質器６が過昇温になるか否か判断する基準として利用することができる。
【００６４】
図４の場合、改質器６ではＯ／Ｃ＝１．５１となり、改質器６の出口付近における改質ガス温度は１０３７℃と高くなりすぎてしまう。このため、改質触媒や改質触媒を収容する構造体等が劣化してしまう。
【００６５】
このように、改質器６が過昇温になった場合、改質器６の温度の急上昇を検知してから原料流量や改質空気流量を調整して、改質器６の温度を適切な範囲に制御したとしても、一時的には改質器６の温度が過昇温状態になってしまうことは防ぐことができない。長期に渡って継続して水素生成システムが利用される場合、第１原料供給部１と第２原料供給部２との切替が何度も行われる。このような使用条件においては、上記した一時的な過昇温によって引き起こされる劣化が水素生成システムにおいて蓄積し、システムの寿命を短くしてしまう。そこで、実施形態１に係る水素生成システムでは以下のような構成とすることでこのような過昇温が発生することを防ぐように工夫されている。
【００６６】
（実施形態１に係る水素生成システムの動作）
実施形態１に係る水素生成システムの動作について図５を参照して説明する。図５は、原料の供給源の切替直後における図１に示す水素生成システムの制御を示すブロック図である。
【００６７】
まず、第１原料供給部１から第２原料供給部２に原料の供給源が切り替わると、原料供給切替部２が切替信号を制御器７に向けて発信する。制御器７は、切替信号を受信すると、予め設定した所定時間後に、予め設定したＡ／Ｆとなるように、空気流量調整部５を制御して改質空気の流量を調整する。すなわち、上述したように過昇温を防ぐためにはＯ／Ｃの値を、所定の値となるように制御できる構成が理想であるが、実際には正確に原料組成を知りうることができない。そこで、実施形態１に係る水素生成システムでは、直接、測定可能なＡ／Ｆの値を用いて、過昇温を防ぐように構成されている。
【００６８】
なお、実施形態１に係る水素生成システムでは、予め設定した所定時間とは、ゼロ秒（すなわち、原料の供給源が切替ったタイミングと同時）としている。しかしながら、このようなゼロ秒に限定されるものではなく、予め設定した所定時間とは、切替後に第２原料供給部２からの原料が改質器６に到達するまでの時間であっても良い。この時間は、原料供給切替部３から改質器６までの配管内容積と切替時の原料流量とから算出され得る。
【００６９】
また、予め設定したＡ／Ｆは、以下のようにして設定されている。すなわち、第２原料供給部２に切り替えられた直後における原料の組成は、上述したように、Ｃ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０が７０：３０の割合となるものとみなしている。そこで、この組成のときに改質器６の温度が所定温度範囲に収まるようにＡ／Ｆの値が設定されている。また、このＡ／Ｆの値は、供給する原料組成または水素生成システムの運転条件の変更等に応じて、適時変更するように構成されていることが好適である。
【００７０】
なお、上述したように、Ｏ／Ｃは、改質器６が過昇温になるか否か判断する基準となりうる値であるが、実際のシステムの運用時には、正確な原料組成は不明なため、原料1モル中の炭素原子の正確な数は分からない。そのため、OとCの比の値が所定の値となるように実際には直接、制御することができない。そこで実施形態１に係る水素生成システムでは、システム運用時に測定可能なＡ／Ｆを使って改質器６の温度が所定温度範囲に収まるように制御する構成となっている。より具体的には、原料供給部の切替時に予め設定されているＡ／Ｆの値となるように制御し、その後、改質器６の温度の測定結果に応じてＡ／Ｆの値を微調整していくこととなる。
【００７１】
実施形態１に係る水素生成システムでは、例えば、原料の供給源の切替後のＡ／ＦをＡ／Ｆ＝１０．０と設定しており、これに応じて、改質空気流量は２０．０ＳＬＭとなるように制御される。また、Ａ／Ｆ＝１０．０として原料と改質空気との流量を調整することにより、改質器６における出口付近の改質ガス温度は８３５℃とすることができる。これは、通常の部分酸化改質用の触媒使用温度範囲内であり、改質触媒および構造体の劣化を抑制することができる。
【００７２】
上記では、予め設定したＡ／Ｆとなるように、改質空気流量を調節するように制御しているが、これに限定されるものではない。予め設定したＡ／Ｆとなるように、改質空気流量ではなく、原料流量を調整するように制御する構成であっても良い。さらには、改質空気流量と原料流量との両方調整するように制御する構成であっても良い。
【００７３】
予め設定したＡ／Ｆとなるように原料流量を調整する構成の場合、原料供給切替部３からの切替信号を制御器７が受信すると、原料流量調整部４を制御して原料流量を調整する。一方、原料流量および改質空気流量を調整するように制御する構成の場合、原料供給切替部３からの切替信号を制御器７が受信すると、原料流量調整部５および空気流量調整部４をそれぞれ制御して原料流量および改質空気の流量を調整する。
【００７４】
上記では、第１原料供給部１と第２原料供給部２との間の切替が行われると、原料切替部３から制御器７に切替信号を出力する構成であったがこれに限定されるものではない。例えば、制御器７が第１原料供給部１内または第２原料供給部２内のガス圧を監視し、所定の圧力以下となると、原料供給切替部３に制御信号を送信する。そして、原料供給切替部３はこの制御信号に応じて、原料の供給源を切り替えるように構成されていてもよい。
【００７５】
（実施形態２）
次に、実施形態２として、上記した実施形態１に係る水素生成システム１００を用いた燃料電池システム２００について図６を参照して説明する。図６は、図１に示す水素生成システム１００を備えた、実施形態２に係る燃料電池システム２００の要部構成の一例を示すブロック図である。図６に示すように燃料電池システム２００は、実施形態１で説明した水素生成システム１００の構成において、改質器６の下流側に燃料電池８をさらに備えた構成である。このため、実施形態１と同様の部材についてはその説明は省略する。
【００７６】
燃料電池８は、アノードとカソードとを備える固体酸化物形燃料電池であって、改質器６からアノードへ供給される水素含有ガス（改質ガス）と、カソードへ供給される空気（カソード空気）とを利用して発電反応により発電する。図６に示すように、カソード空気は、不図示のカソードガス経路を通じて、燃料電池８のカソードへと供給される。カソードガス経路中には、不図示の空気供給器を備え、この空気供給器によって供給される空気量が調整されるように構成されている。
【００７７】
固体酸化物形燃料電池は、例えば、アノードとカソードとの間で発電反応を行って発電する複数の燃料電池単セルを直列に接続して構成される。かかる燃料電池単セルには、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を電解質等に用いた公知の構成を採用しうる。燃料電池単セルの材料としては、イットリビウムやスカンジウムをドープしたジルコニア、あるいはランタンガレート系の固体電解質を用いることもできる。イットリア安定化ジルコニアを用いた燃料電池単セルでは、電解質の厚みにも依存するが、例えば、摂氏６００度から摂氏１０００度程度の温度範囲で発電反応が行われる。
【００７８】
なお、固体酸化物形燃料電池の発電により得られた電力は、図示されない端子を介して外部の電力負荷へと供給される。
【００７９】
次に、上述した実施形態２に係る燃料電池システム２００の動作について説明する。まず、図７を参照して、第１原料供給部１から原料が供給され、第１原料供給部１内に充填された原料がなくなる直前、すなわち第１原料供給部１から第２原料供給部２へと原料の供給源を切り替える直前までの期間中（第１期間）での動作について説明する。図７は、原料の供給源の切替直前における図６に示す燃料電池システム２００を説明するブロック図である。
【００８０】
第１期間、燃料電池システム２００では、燃料電池８において予め設定された発電電流量となるように制御されている。そして、第１原料供給部１から改質器６に原料が継続的に供給され、第１原料供給部１から第２原料供給部に原料の供給源を切り替える直前に至ったとする。このときの状態は、例えば、図７に示すようになる。図７では、原料の供給源を切り替える直前における、燃料電池システムの各部および全体の物質とエネルギーバランス計算から求まる各流体の温度および流量が記載されている。
【００８１】
すなわち、供給源の切替直前では、供給される原料の組成はＣ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０が０：１００の割合となっており、改質器６での部分酸化反応では、Ｏ／Ｃ＝１．２４、またＡ／Ｆ＝１１．８となるように制御されている。また、改質器６の出口付近における改質ガス温度は８３５℃となっている。そして、改質器６で生成された水素を含有する改質ガスは、燃料電池８のアノードに供給される。
【００８２】
燃料電池８は、定格電流２５Ａで電力を発電するように構成されている。この際、燃料利用率（Ｕｆ（ＦＵ））は６５％となるように運転されている。一般的には、固体酸化物形燃料電池において、起電圧が著しく低下するＵｆ、すなわち限界Ｕｆは、８０％から９０％となるときであり、実施形態２に係る燃料電池システム２００は、限界Ｕｆ以下となるように運転されている。
【００８３】
そして、第１原料供給部１が空になると原料供給切替部３によって原料の供給源が第２原料供給部２に切り替えられる。次に、第２原料供給部２に原料の供給源が切り替わるタイミング（第２期間）での動作について説明する。特に、実施形態２に係る燃料電池システムでは、供給源が切り替わったタイミングに応じて、予め設定した発電電流値となるように制御することができるという特徴的な構成を有している。
【００８４】
まず、実施形態２に係る燃料電池システム２００の特徴的な構成について説明する前に、比較例として、この特徴的な構成を有さない燃料電池システムの場合について図８を参照して説明する。図８は、原料の供給源の切替直後における、比較例に係る燃料電池システムを説明するブロック図である。
【００８５】
（実施形態２の比較例の動作）
図８には、原料の供給源が切り替わった直後の原料組成がＣ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０＝７０:３０となると仮定した場合に対する、燃料電池システムの各部および全体の物質とエネルギーバランス計算から求まる各流体の温度および流量が記載されている。
【００８６】
原料の供給源の切替直前と同じ原料流量および空気流量（すなわち同じＡ／Ｆ）のままである場合、改質器６でのＯ／Ｃは１．５１となる。上述したように、Ｏ／Ｃが大きくなると、改質反応における完全燃焼割合が大きくなる。このため、改質ガスに含まれるＨ２とＣＯとの流量が減少する。その結果、燃料電池８で発電反応に寄与できる燃料の量が減少する。
【００８７】
つまり、原料の組成比が変わると実施形態１で述べたように改質器６における改質ガス温度が変化するだけではなく、生成される水素および一酸化炭素の量が変化してしまう。そのため、同じ定格電流２５Ａで電力を発電した場合、燃料電池８のＵｆは８６％に急激に上昇し、Ｕｆが限界Ｕｆを超えてしまう。このため、起電圧が著しく低下してしまい、局所的な燃料枯れで燃料電池８が劣化する可能性がある。そこで、実施形態２に係る燃料電池システムでは以下のような構成とすることでこのような燃料電池８の劣化を防ぐように工夫されている。
【００８８】
（実施形態２に係る燃料電池システムの動作）
実施形態２に係る燃料電池システムの動作について図９を参照して説明する。図９は、原料の供給源の切替直後における図６に示す燃料電池システムの制御を示すブロック図である。
【００８９】
まず、第１原料供給部１から第２原料供給部２に原料の供給源が切り替わると、原料供給切替部２が切替信号を制御器７に向けて発信する。制御器７は、切替信号を受信すると、予め設定した所定時間後に、予め設定した発電電流値（例えば２５Ａ）となるように制御する。発電電流値の制御は、具体的には、電力負荷側の抵抗値を変えることで行う。
【００９０】
なお、実施形態２では、予め設定した所定時間は、ゼロ秒（原料供給切替部３の切替タイミングと同時）としているがこれに限定されるものではない。例えば、予め設定した所定時間は、切替後に第２原料供給部２からの原料が改質器６に到達するまでの時間であっても良い。この時間は、原料供給切替部３から改質器６までの配管内容積と切替時の原料流量とから算出され得る。
【００９１】
なお、実施形態２に係る燃料電池システム２００では、原料の供給源の切替時の発電電流値が所定の電流値（例えば２５Ａ）となるよう調整されているため、原料ガス組成が切替後の組成（Ｃ３Ｈ８：Ｃ４Ｈ１０＝７０：３０）に変化し、かつ改質空気流量が切替前の流量のままであったとしても、燃料電池８の燃料利用率はＵｆ＝７８％とすることができる。これは、一般的な燃料電池における限界Ｕｆ以下の値であり、燃料電池８の局所的な燃料枯れによる劣化を抑制することができる。
【００９２】
また、実施形態１、２では、改質器６が部分酸化改質反応によって水素を生成する構成であったが、改質器の改質反応方式はこれに限定されるものではなく、例えば、ＯＳＲ（酸化的水蒸気改質）方式であっても良い。ＯＳＲ方式の場合、改質器６には上述した原料と改質空気に加えて改質水がさらに供給される。ただし、改質器６の温度は、部分酸化改質の場合と同様にＡ／Ｆによって制御することができる。
【００９３】
また、実施形態２に係る燃料電池システム２００では、上述したように、原料の供給源の切替に際して、発電電流値を予め設定した値となるように制御する構成であった。しかしながらこの構成に限定されるものではない。例えば、原料の供給源の切替に際して、Ａ／Ｆの値を下げる、すなわち燃料（Ｆ）の割合を大きくするように少なくとも原料流量および改質空気流量のうちのいずれか一方を調整する構成としてもよい。
【００９４】
具体的には、Ａ／Ｆの値を予め設定した値まで下げるように原料流量を調整する構成の場合、図９に示すように原料供給切替部３からの切替信号を制御器７が受信すると、原料流量調整部４を制御して原料の流量を調整する。一方、改質空気流量を調整する構成の場合、図９に示すように原料供給切替部３からの切替信号を制御器７が受信すると、空気流量調整部５を制御して改質空気の流量を調整する。
【００９５】
あるいは、原料流量および改質空気流量を調整するように制御する構成の場合、原料供給切替部３からの切替信号を制御器７が受信すると、原料流量調整部５および空気流量調整部４をそれぞれ制御して原料流量および改質空気の流量を調整する。
【００９６】
以上のように、燃料電池システム２００では、原料の供給源の切替に際して、Ａ／Ｆの値を下げることができるため、燃料電池で発電反応に寄与できる燃料の量が減少することを防ぎ、燃料電池の燃料利用率が大きくなることを防ぐことができる。
【００９７】
なお、上記した燃料電池システム２００では、第１原料供給部１と第２原料供給部２との間で原料の供給源が切替えられると、原料切替部３から制御器７に切替信号を出力する構成であったがこれに限定されるものではない。例えば、制御器７が第１原料供給部１内または第２原料供給部２内のガス圧を監視し、所定の圧力以下となると、原料供給切替部３に制御信号を送信する。そして、原料供給切替部３はこの制御信号に応じて、原料の供給源を切り替えるように構成されていてもよい。
【００９８】
実施形態２に係る燃料電池システム２００では、原料の供給源の切替に際して、燃料電池８におけるＵｆが大きくなることを防ぐために、発電電流値を予め設定した値とする、あるいは、少なくとも原料流量および改質空気流量のうちのいずれか一方を調整する構成であった。
【００９９】
しかしながら、燃料電池システム２００において、原料の供給源の切替に際して、燃料電池８におけるＵｆが大きくなることを防ぐとともに、改質器６での過昇温を防ぐ構成とすることもできる。
【０１００】
例えば、原料１から原料２に切り替わる直前では、図１０に示すように、燃料電池システム２００では、燃料電池８の発電電流値が２７Ａに設定されており、この燃料電池８のＵｆが７０％で定格運転されているとする。図１０は、原料の供給源の切替直前における、比較例に係る燃料電池システム２００の一例を説明するブロック図である。ここで燃料電池システム２００において原料を供給している第１原料供給部１において供給すべき原料が尽きた場合、原料の供給源は、第２原料供給部２に切替られる。
【０１０１】
この原料の供給源の切替直後（例えば、原料の供給源が切替ったタイミングと同時）に、実施形態１に示す水素生成システム１００のように、改質器６が過昇温とならないようにするために、Ａ／Ｆの値を１０．０へと変更した場合、この切替直後の燃料電池８におけるＵｆは、図１１に示すように、８４％まで上昇し、限界Ｕｆである８０％を超えてしまう。図１１は、原料の供給源の切替直後における、比較例に係る燃料電池システムの一例を説明するブロック図である。
【０１０２】
そこで、切替直後にＡ／Ｆの値を所定の値となるように調整するとともに、燃料電池８の発電電流値を２７Ａから２５Ａまで下げ、Ｕｆを限界Ｕｆ以下となるように制御する構成であってもよい。このように制御することで、例えば、図９に示す燃料電池システム２００のように、Ａ／Ｆの値を１０．０としつつ燃料電池８のＵｆを限界Ｕｆ以下となるように制御することができる。
【０１０３】
また、図１２に示すように、実施形態２に係る燃料電池システムにおいて、さらに燃焼器９を備えた構成としてもよい。このようにさらに燃焼器９を備えた構成を実施形態２の変形例として説明する。
【０１０４】
（実施形態２の変形例）
図１２に示すように実施形態２の変形例に係る燃料電池システムは、上述した実施形態２に係る燃料電池システムの構成加えて、燃焼器９、燃焼器温度検知器１０、および燃焼空気流量調整部１１を備える。
【０１０５】
燃焼器９は、燃料電池８のアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させて、高温の燃焼排ガスを生成するものである。生成した燃焼排ガスは、カソードへ供給される空気の予熱に用いたり、改質器６が水蒸気改質器である場合、この改質器６の加熱に用いたりすることができる。なお、燃焼器９としては、アノードオフガスを燃焼することができるものであれば、拡散式燃焼器であっても良いし、触媒式燃焼器であっても良い。
【０１０６】
燃焼器温度検知器１０は、燃焼器９の温度（例えば、燃焼器９の出口付近の燃焼排ガス温度）を検知するものである。燃焼器温度検知器１０は検知した結果を制御器７に送出する。燃焼空気流量調整部１１は、燃焼器９においてアノードオフガスを燃焼させるために利用する空気（燃焼空気）流量を制御器７からの制御指示に応じて調整するものである。燃焼空気流量調整部１１は、上記した空気流量調整部５と同様に、例えば、ダイアフラムポンプなどの流体搬送装置を用いることができる。
【０１０７】
ところで、改質器６に供給する改質空気流量および原料流量のＡ／Ｆの値、および燃料電池８のＵｆの値が変化した場合、燃料電池８のアノードから排出されるアノードオフガス組成も変化する。このアノードオフガス組成が変化すると、「燃焼器９での燃焼空気流量」÷「燃焼器９でアノードオフガスを理論的に完全燃焼する為に必要となる燃焼空気流量」で求められるλが変化する。
【０１０８】
ここでλの値が大きくなりすぎた場合（例えばλ＝１０など）、燃焼器９での燃焼排ガスが燃焼空気によって希釈され、燃焼器９の温度が低下する。そして、燃焼器９が低温となると、燃焼器９での炎が失火したり、燃焼排ガス中に含まれるＣＯなどの未燃焼ガス流量が増加したりして安全面で問題となる。
【０１０９】
逆に、λの値が小さくなりすぎた場合（例えばλ＝０．５など）、不完全燃焼となり、燃焼ガス中に含まれるＣＯなどの未燃焼ガス流量が増加し、安全面で問題となる。このため、λの値が適切な値となるように燃焼空気流量を調整する必要がある。
【０１１０】
そこで、実施形態２の変形例に係る燃料電池システムでは、燃焼器温度検知器１０が検知する温度が予め設定した温度となるように、燃焼器９に供給する燃焼空気流量を調整する。すなわち、燃焼器温度検知器１０が所定間隔（例えば、数秒間隔）で検知した温度を制御器７に送出しており、この温度に基づき、制御器７は、燃焼空気流量調整部１１に制御信号を出力して燃焼器９に供給される燃焼空気流量を調整させる。
【０１１１】
以上のようにして、実施形態２の変形例に係る燃料電池システムは、λの値が所定の範囲に収まるように燃焼器９に供給する燃焼空気流量を調整することができる。
【０１１２】
上記発明から、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。したがって、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、その構造及び／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】
【０１１３】
本発明の水素生成システム１００は、原料の供給源が他の原料供給部に切り替えられるタイミングにおいて、適切な温度範囲となるように改質器６を管理することができる構成である。また、燃料電池システム２００は、原料の供給源が他の原料供給部に切り替えられるタイミングにおいて、燃料電池の燃料利用率が大きくならないように燃料電池を管理することができる構成である。
【０１１４】
このため、原料供給部が切り替えられ原料組成が大きく変化するような水素生成システム１００または燃料電池システム２００において幅広く適用できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１    第１原料供給部（原料供給部）
２    第２原料供給部（原料供給部）
３    原料供給切替部（切替部）
４    原料流量調整部
５    空気流量調整部
６    改質器
７    制御器
８    燃料電池
９    燃焼器
１０  燃焼器温度検知器
１１  燃焼空気流量調整部
１００  水素生成システム
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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【図１２】
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