(57)【要約】【課題】改質装置および燃料電池システムにおいて、低コストにて、燃焼部の吹き消えを確実に判定し、また、最適な燃焼状態に調整する。【解決手段】改質装置の制御装置は、供給量変更手段（ステップ１０２）が、燃焼部へ供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの少なくとも何れかの供給量を変更し、燃焼状態変化検出手段（ステップ１０６）が、供給量変更手段によって各供給量の変更を受けたことによる燃焼部２５の燃焼状態の変化を燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて検出し、燃焼状態確認手段（ステップ１０８，１１４）が、燃焼状態変化検出手段の検出結果に基づいて、供給量変更手段による変更前の燃焼部の燃焼状態を確認する。【選択図】  図３
2008273763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用燃料を改質することにより水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、
可燃ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼しその燃焼ガスにより前記改質部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部に前記可燃ガスを供給する可燃ガス供給手段と、
前記燃焼部に前記燃焼用酸化剤ガスを供給する燃焼用酸化剤ガス供給手段と、
前記燃焼部の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記燃焼部へ供給される前記可燃ガスおよび前記燃焼用酸化剤ガスの少なくとも何れかの供給量を変更する供給量変更手段と、
前記供給量変更手段によって各供給量の変更を受けたことによる前記燃焼部の前記燃焼状態の変化を前記燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて検出する燃焼状態変化検出手段と、
前記燃焼状態変化検出手段の検出結果に基づいて、前記供給量変更手段による変更前の前記燃焼部の前記燃焼状態を確認する燃焼状態確認手段と、
を備えたことを特徴とする改質装置。
【請求項２】
請求項１において、前記供給量変更手段は、前記燃焼用酸化剤ガス供給手段を制御して前記燃焼用酸化剤ガスの供給量を変更することを特徴とする改質装置。
【請求項３】
請求項１において、前記供給量変更手段は、前記可燃ガス供給手段を制御して前記可燃ガスの供給量を変更することを特徴とする改質装置。
【請求項４】
請求項２において、前記燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、前記燃焼部に供給される前記可燃ガスおよび前記燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、
前記供給量制御手段は、前記燃焼状態確認手段による確認結果が前記燃焼状態が吹き消えそうでない状態である場合には、前記燃焼用酸化剤ガスの供給量を前記供給量変更手段による変更前の供給量に戻すことを特徴とする改質装置。
【請求項５】
請求項２において、前記燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、前記燃焼部に供給される前記可燃ガスおよび前記燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、
前記供給量制御手段は、前記燃焼状態確認手段による確認結果が前記燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、前記可燃ガスおよび前記燃焼用酸化剤ガスの供給を停止して当該改質装置の運転を停止するとともに、次回の運転再開時には前記燃焼用酸化剤ガスの供給量を前記供給量変更手段による変更前の供給量に所定量を加えた供給量とすることを特徴とする改質装置。
【請求項６】
請求項２において、前記燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、前記燃焼部に供給される前記可燃ガスおよび前記燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、
前記供給量変更手段は、前記燃焼用酸化剤ガスの供給量を所定量刻みで変更し、
前記供給量制御手段は、前記燃焼状態確認手段による確認結果が前記燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、前記燃焼用酸化剤ガスの供給量をその状態となる前の供給量に戻すことを特徴とする改質装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の改質装置と、
前記改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして供給される燃料極を備えた燃料電池と、を備え、
システム外部より供給される燃焼用燃料、前記改質装置から導出された改質ガス、前記燃料電池の燃料極から導出される燃料ガスオフガスのうち、少なくとも何れか一つを可燃ガスとして前記改質装置の燃焼部に供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項６の記載の改質装置と、
前記改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして供給される燃料極を備えた燃料電池と、を備え、
前記改質装置の前記供給量変更手段における前記所定量は、前記燃料電池の出力発電量に応じて設定されることを特徴と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、改質装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
改質装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、改質装置は、原燃料を改質器１に供給する原燃料供給路２に原燃料流量センサ１１を設け原燃料流量調節弁１２の開量を原燃料流量調節器ＦＣ１によりフィードバック制御する。また、改質器バーナ４に空気を供給する空気供給路５に空気流量センサ１３を設け空気流量調節弁１４の開量を空気流量調節器ＦＣ２によりフィードバック制御する。原燃料の流量に関する目標値は空気流量センサ１３での実測値に基づいて設定した上下限の範囲にリミッタ２１によって制限され、空気の流量に関する目標値は原燃料の流量の目標値に基づいて設定した上下限の範囲にリミッタ２４によって制限される。したがって、負荷Ｚが変動しても空燃比の大きな変動が防止される。
【０００３】
また、他の一例として特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図１に示されているように、改質装置（水素生成器１）は、都市ガス、またはＬＰＧ、または燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）、または都市ガスやＬＰＧとオフガスを混合したガス体を燃焼する燃焼部１８の各部の温度を検知する複数個の温度検知手段２６と、この温度検知手段２６のデータを受けて燃焼部１８の燃焼状態の判定と送風手段２１のコントロールを行う制御部２２を備えている。
【０００４】
また、他の一例として特許文献３に示されているものが知られている。特許文献３の図１に示されているように、改質装置（水素生成器１）は、都市ガス、またはＬＰＧ、または燃料電池から排出されるオフガス、またはその混合したガスを燃焼する燃焼部１８の下流側の圧力を検知する圧力検知手段２６と、この圧力検知手段２６のデータを受けて燃焼部１８の燃焼状態の判定と送風手段２１のコントロールを行う制御部２２を備えている。
【０００５】
また、他の一例として特許文献４に示されているものが知られている。特許文献４の図１に示されているように、改質装置（水素生成器１）は、燃料を噴出するディストリビュータ９と、前記燃料に空気１１を供給する空気噴出部１０と、前記ディストリビュータ９に供給する燃料の圧力検知手段２２と、この圧力検知手段２２のデータを受けて燃焼状態の判定をおこなう制御部２１を備えている。
【特許文献１】特開２００１−１６５４３１号公報
【特許文献２】特開２００６−００２９９１号公報
【特許文献３】特開２００５−２５７１９０号公報
【特許文献４】特開２００５−０９０８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に記載の改質装置においては、原燃料流量センサ１１または空気流量センサ１３の測定誤差により、空燃比が低い側にずれた場合には、燃焼部において、吹き消えが発生するおそれがあり、燃焼が不安定になりやすい。一方、空燃比が高い側にずれた場合には、燃焼部において、燃焼に寄与しない空気の量が多いので熱損失が大きくなり、効率が低下するおそれがある。また、一般的に温度センサより高額である流量センサを使用しているので、装置が高コスト化するおそれがある。
【０００７】
上述した特許文献２〜特許文献４に記載の改質装置においては、燃焼部１８の各部の温度を検知する複数個の温度検知手段２６のデータを受けて燃焼部１８の燃焼状態の判定と送風手段２１のコントロールを行ったり、燃焼部１８の下流側の圧力を検知する圧力検知手段２６のデータを受けて燃焼部１８の燃焼状態の判定と送風手段２１のコントロールを行ったり、ディストリビュータ９に供給する燃料の圧力検知手段２２のデータを受けて燃焼状態の判定を行ったりするようになっている。しかし、各検知手段のデータによって燃焼状態を判定するため、各検知手段の測定誤差により、燃焼状態を誤判定するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、低コストにて、燃焼部の吹き消えを確実に判定し、また、最適な燃焼状態に調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、改質用燃料を改質することにより水素を含む燃料ガスを生成する改質部と、可燃ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼しその燃焼ガスにより改質部を加熱する燃焼部と、燃焼部に可燃ガスを供給する可燃ガス供給手段と、燃焼部に燃焼用酸化剤ガスを供給する燃焼用酸化剤ガス供給手段と、燃焼部の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、燃焼部へ供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの少なくとも何れかの供給量を変更する供給量変更手段と、供給量変更手段によって各供給量の変更を受けたことによる燃焼部の燃焼状態の変化を燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて検出する燃焼状態変化検出手段と、燃焼状態変化検出手段の検出結果に基づいて、供給量変更手段による変更前の燃焼部の燃焼状態を確認する燃焼状態確認手段と、を備えたことである。
【００１０】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、供給量変更手段は、燃焼用酸化剤ガス供給手段を制御して燃焼用酸化剤ガスの供給量を変更することである。
【００１１】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、供給量変更手段は、可燃ガス供給手段を制御して可燃ガスの供給量を変更することである。
【００１２】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、燃焼部に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうでない状態である場合には、燃焼用酸化剤ガスの供給量を供給量変更手段による変更前の供給量に戻すことである。
【００１３】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、燃焼部に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの供給を停止して当該改質装置の運転を停止するとともに、次回の運転再開時には燃焼用酸化剤ガスの供給量を供給量変更手段による変更前の供給量に所定量を加えた供給量とすることである。
【００１４】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、燃焼部に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、供給量変更手段は、燃焼用酸化剤ガスの供給量を所定量刻みで変更し、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、燃焼用酸化剤ガスの供給量をその状態となる前の供給量に戻すことである。
【００１５】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の改質装置と、改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして供給される燃料極を備えた燃料電池と、を備え、システム外部より供給される燃焼用燃料、改質装置から導出された改質ガス、燃料電池の燃料極から導出される燃料ガスオフガスのうち、少なくとも何れか一つを可燃ガスとして改質装置の燃焼部に供給することである。
【００１６】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項６の記載の改質装置と、改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして供給される燃料極を備えた燃料電池と、を備え、改質装置の供給量変更手段における所定量は、燃料電池の出力発電量に応じて設定されることである。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、供給量変更手段が、燃焼部へ供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの少なくとも何れかの供給量を変更し、燃焼状態変化検出手段が、供給量変更手段によって各供給量の変更を受けたことによる燃焼部の燃焼状態の変化を燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて検出し、燃焼状態確認手段が、燃焼状態変化検出手段の検出結果に基づいて、供給量変更手段による変更前の燃焼部の燃焼状態を確認する。これにより、燃焼部へ供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの少なくとも何れかの供給量を変更することができ、かつ各供給量の変更を受けたことによる燃焼部の燃焼状態の変化を燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて検出することができれば、その検出結果に基づいて供給量変更手段による変更前の燃焼部の燃焼状態を確認することができる。すなわち可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガス供給手段ならびに燃焼状態検出手段が作動さえしていれば、供給量変更手段による変更前の燃焼部の燃焼状態を確認することができる。したがって、高価なセンサを使用しなくても、低コストにて燃焼部の吹き消えしそうな状態を確実に検出することができる。
【００１８】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、供給量変更手段は、燃焼用酸化剤ガス供給手段を制御して燃焼用酸化剤ガスの供給量を変更するので、簡単かつ確実に燃焼部の燃焼状態を変更することができる。
【００１９】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１に係る発明において、供給量変更手段は、可燃ガス供給手段を制御して可燃ガスの供給量を変更するので、簡単かつ確実に燃焼部の燃焼状態を変更することができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項２に係る発明において、燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、燃焼部に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうでない状態である場合には、燃焼用酸化剤ガスの供給量を供給量変更手段による変更前の供給量に戻すので、燃焼状態を確認した後に安定した燃焼状態に確実に戻すことができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項２に係る発明において、燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、燃焼部に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの供給を停止して当該改質装置の運転を停止するとともに、次回の運転再開時には燃焼用酸化剤ガスの供給量を供給量変更手段による変更前の供給量に所定量を加えた供給量とするので、不完全燃焼を確実に防止するとともに、次回の運転時には最適な燃焼状態にて燃焼させることができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項２に係る発明において、燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、燃焼部に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段をさらに備え、供給量変更手段は、燃焼用酸化剤ガスの供給量を所定量刻みで変更し、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、燃焼用酸化剤ガスの供給量をその状態となる前の供給量に戻すので、燃焼状態が理想状態より離れた状態である場合、燃焼に寄与しない余分な燃焼用酸化剤ガスの供給を抑制し、熱損失を抑制し、効率低下を抑制することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項７に係る燃料電池システムの発明においては、高価なセンサを使用しなくても、低コストにて燃焼部の吹き消えしそうな状態を確実に検出することができる改質装置を備えることにより、システム全体を低コストとした上で燃焼部の吹き消えしそうな状態を確実に検出することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項８に係る燃料電池システムの発明においては、供給量変更手段における所定量は、燃料電池の出力発電量に応じて設定されるので、燃料電池の出力発電量に応じて適切に供給量を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による改質装置を適用した燃料電池システム（本発明による燃料電池システムでもある。）の一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む改質ガス（燃料ガス）を生成する改質装置２０を備えている。
【００２６】
燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２と両極１１，１２間に介在された電解質１３を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。
【００２７】
改質装置２０は、改質用燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、改質部２１、冷却部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４、燃焼部２５、および蒸発部２６から構成されている。改質用燃料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００２８】
改質部２１は、改質用燃料に改質水が混合された改質用原料である混合ガスから改質ガスを生成して導出するものである。この改質部２１は有底円筒状に形成されており、環状筒部内に軸線に沿って延在する環状の折り返し流路２１ａを備えている。この改質部２１は、ステンレスで形成されている。
【００２９】
改質部２１の折り返し流路２１ａ内には、触媒２１ｂ（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、冷却部２２から導入された改質用燃料と水蒸気供給管５１から導入された水蒸気との混合ガスが触媒２１ｂによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は冷却部（熱交換部）２２に導出されるようになっている。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００３０】
また、改質部２１内には、改質部２１内の温度例えば燃焼部２５との間の壁付近の温度を測定する温度センサ２１ｃが設けられている。温度センサ２１ｃの検出結果は制御装置３０に送信されている。温度センサ２１ｃにより検出される温度（燃焼部２５との間の壁付近の温度）は、燃焼部２５の燃焼状態を反映しているので、温度センサ２１ｃは燃焼部２５の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段としても機能する。他の燃焼状態検出手段としては、燃焼部２５の火炎中のイオン電流を測定するフレームロッド式、燃焼部２５の圧力を検出する方法などがある。
【００３１】
冷却部２２は、改質部２１から導出された改質ガスと、改質用燃料と改質水（水蒸気）との混合ガスとの間で熱交換が行われる熱交換器（熱交換部）であって、高温である改質ガスを低温である混合ガスによって降温してＣＯシフト部２３に導出するとともに混合ガスを改質ガスによって昇温して改質部２１に導出するようになっている。
【００３２】
具体的には、冷却部２２には図示しない燃料供給源（例えば都市ガス管）に接続された改質用燃料供給管４１が接続されている。改質用燃料供給管４１には、上流から順番に改質用燃料ポンプ４２および改質用燃料バルブ４３が設けられている。改質用燃料バルブ４３は改質用燃料供給管４１を開閉するものである。改質用燃料ポンプ４２は改質用燃料を供給しその供給量を調整する改質用燃料供給手段である。また、改質用燃料供給管４１の改質用燃料バルブ４３と冷却部２２との間には蒸発部２６に接続された水蒸気供給管５１が接続されている。蒸発部２６から供給された水蒸気が改質用燃料に混合され、その混合ガスが冷却部２２を通って改質部２１に供給されている。
【００３３】
ＣＯシフト部２３は、改質部２１から冷却部２２を通って供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減するものすなわち一酸化炭素低減部である。ＣＯシフト部２３は、内部に上下方向に沿って延在する折り返し流路２３ａを備えている。折り返し流路２３ａ内には触媒２３ｂ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）が充填されている。ＣＯシフト部２３においては、冷却部２２から導入された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気は、触媒２３ｂにより反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。この一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００３４】
また、ＣＯシフト部２３内には、ＣＯシフト部２３内の温度を測定する温度センサ２３ｃが設けられている。温度センサ２３ｃの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００３５】
ＣＯ選択酸化部２４は、ＣＯシフト部２３から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池１０に供給するものでありすなわち一酸化炭素低減部である。ＣＯ選択酸化部２４は、円筒状に形成されて、蒸発部２６の外周壁を覆って当接して設けられている。ＣＯ選択酸化部２４の内部には、触媒２４ａ（例えば、ＲｕまたはＰｔ系の触媒）が充填されている。
【００３６】
また、ＣＯ選択酸化部２４内には、ＣＯ選択酸化部２４内の温度を測定する温度センサ２４ｂが設けられている。温度センサ２４ｂの検出結果は制御装置３０に送信されている。
【００３７】
このＣＯ選択酸化部２４の側壁面下部および側壁面上部には、ＣＯシフト部２３に接続された接続管８９および燃料電池１０の燃料極１１に接続された改質ガス供給管７１がそれぞれ接続されている。接続管８９には、酸化用空気供給管６１が接続されている。これにより、ＣＯ選択酸化部２４には、ＣＯシフト部２３からの改質ガスと大気からの酸化用空気が導入されるようになっている。なお、酸化用空気供給管６１には、上流から順番に酸化用空気ポンプ６２および酸化用空気バルブ６３が設けられている。酸化用空気ポンプ６２は酸化用空気を供給しその供給量を調整するものである。酸化用空気バルブ６３は酸化用空気供給管６１を開閉するものである。
【００３８】
したがって、ＣＯ選択酸化部２４内に導入された改質ガス中の一酸化炭素は、酸化用空気中の酸素と反応（酸化）して二酸化炭素になる。この反応は発熱反応であり、触媒２４ａによって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）導出され、燃料電池１０の燃料極１１に供給されるようになっている。
【００３９】
燃焼部２５は、燃焼用燃料ならびに改質部２１および燃料電池１０の燃料極１１からの各可燃ガスのうち、少なくとも何れか一つおよび燃焼用酸化剤ガスである燃焼用空気が供給可能であり、可燃ガスのうち少なくとも何れか一つを燃焼用酸化剤ガスで燃焼しその燃焼ガスにより改質部２１を加熱するものである。この燃焼部２５は、改質部２１を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼ガスを生成するものであり、改質部２１の内周壁内に下端部が挿入されて空間をおいて配置されている。燃焼用燃料は、改質用燃料と同様の燃料供給源から供給される燃料である。改質用燃料は、改質部２１に直接供給される改質に提供される燃料であり、燃焼用燃料は、燃焼部２５に直接供給される燃焼に提供される燃料である。
【００４０】
燃焼部２５には、図示しない燃料供給源（例えば都市ガス管）に接続された燃焼用燃料供給管４４が接続されるとともに、燃料極１１の導出口に一端が接続されているオフガス供給管７２の他端が接続されている。基本的には、燃料電池システムの起動当初、燃焼用燃料が燃焼部２５に供給され、燃料電池システムの起動運転中、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスが燃料電池１０を経由しないで燃焼部２５に供給され、燃料電池システムの定常運転中、燃料電池１０から排出される燃料ガスオフガスであるアノードオフガス（燃料極１１にて未使用な水素を含んだ改質ガス）が燃焼部２５に供給されるようになっている。また、改質ガスやオフガスの不足分を燃焼用燃料で補っている。
【００４１】
また、燃焼部２５には、燃焼用空気供給管６４が接続されており、燃焼用燃料、アノードオフガス、改質ガスなどの可燃ガスを燃焼（酸化）させるための燃焼用空気が大気から供給されるようになっている。
【００４２】
なお、燃焼用燃料供給管４４には上流から順番に燃焼用燃料ポンプ４５および燃焼用燃料バルブ４６が設けられている。燃焼用燃料ポンプ４５は燃焼用燃料を供給しその供給量を調整する燃焼用燃料供給手段である。燃焼用燃料バルブ４６は燃焼用燃料供給管４４を開閉するものである。また、燃焼用空気供給管６４には上流から順番に燃焼用空気ポンプ６５および燃焼用空気バルブ６６が設けられている。燃焼用空気ポンプ６５は燃焼用酸化剤ガスである燃焼用空気を供給しその供給量を調整する燃焼用酸化剤ガス供給手段である。燃焼用空気バルブ６６は燃焼用空気供給管６４を開閉するものである。
【００４３】
このように構成された燃焼部２５は着火されると、システム外部より供給されている燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスが燃焼用空気によって燃焼されて高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、燃焼ガス流路２７を流通し、排気管８１を通って燃焼排ガスとして排気される。これにより、燃焼ガスは改質部２１および蒸発部２６をこの順番で加熱する。燃焼ガス流路２７は、改質部２１の内周壁に沿って当接して配設され、折り返されて改質部２１の外周壁と断熱部２８との間に当接して配設され、折り返されて断熱部２８と蒸発部２６の間に当接して配設された流路である。
【００４４】
上述した燃焼用燃料供給手段（燃焼用燃料ポンプ４５）は、可燃ガスである燃焼用燃料を燃焼部２５に供給する可燃ガス供給手段であり、燃焼用酸化剤ガス供給手段（燃焼用空気ポンプ６５）は、燃焼用酸化剤ガスである燃焼用空気を燃焼部２５に供給するものである。なお、改質用燃料供給手段（改質用燃料ポンプ４２）も、改質用燃料を改質部２１に供給し、ひいては可燃ガスであるアノードオフガスや改質ガスを燃焼部２５に供給する可燃ガス供給手段である。
【００４５】
蒸発部２６は、改質水を蒸発させて水蒸気を生成して冷却部２２を介して改質部２１に供給するものである。蒸発部２６は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路２７の外周壁を覆って当接して設けられている。
【００４６】
この蒸発部２６の下部（例えば側壁面下部、底面）には改質水タンク（図示省略）に接続された給水管５２が接続されている。蒸発部２６の上部（例えば側壁面上部）には水蒸気供給管５１が接続されている。改質水タンクから導入された改質水は、蒸発部２６内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱およびＣＯ選択酸化部２４からの熱によって加熱されて、水蒸気となって水蒸気供給管５１および冷却部２２を介して改質部２１へ導出するようになっている。なお、給水管５２には、上流から順番に改質水ポンプ５３および改質水バルブ５４が設けられている。改質水ポンプ５３は、蒸発部２６に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水バルブ５４は給水管５２を開閉するものである。
【００４７】
また、蒸発部２６には、蒸発部２６内の水蒸気の温度を検出する温度センサ２６ａが設けられている。温度センサ２６ａの検出結果は制御装置３０に送信されている。なお、水蒸気の温度が検出できれば、例えば冷却部２２の入口付近や、蒸発部２６と冷却部２２との間の水蒸気供給管５１に温度センサ２６ａを設けるようにしてもよい。この水蒸気の温度は、改質部２１に供給される改質水の温度である。
【００４８】
燃料電池１０の燃料極１１の導入口には改質ガス供給管７１を介してＣＯ選択酸化部２４が接続されるとともに、燃料極１１の導出口にはオフガス供給管７２を介して燃焼部２５が接続されている。バイパス管７３は燃料電池１０をバイパスして改質ガス供給管７１およびオフガス供給管７２を直結するものである。改質ガス供給管７１にはバイパス管７３との分岐点と燃料電池１０との間に第１改質ガスバルブ７４が設けられている。オフガス供給管７２にはバイパス管７３との合流点と燃料電池１０との間にオフガスバルブ７５が設けられている。バイパス管７３には第２改質ガスバルブ７６が設けられている。
【００４９】
起動運転中には、改質装置２０から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池１０に供給するのを回避するため、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開き、定常運転（発電運転）中には、改質装置２０からの改質ガスを燃料電池１０に供給するため、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じている。
【００５０】
また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、カソード用空気供給管６７が接続されるとともに、空気極１２の導出口には、排気管８２が接続されている。空気極１２に空気が供給され、オフガスが排気されるようになっている。なお、カソード用空気供給管６７には上流から順にカソード用空気ポンプ６８およびカソード用空気バルブ６９が設けられている。カソード用空気ポンプ６８はカソード用空気を供給しその供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ６９はカソード用空気供給管６７を開閉するものである。
【００５１】
また、燃料電池システムは制御装置３０を備えており、この制御装置３０には、上述した温度センサ２１ｃ，２３ｃ，２４ｂ，２６ａ、各ポンプ４２，４５，５３，６２，６５，６８、各バルブ４３，４６，５４，６３，６６，６９，７４，７５，７６、および燃焼部２５が接続されている（図２参照）。制御装置３０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、温度センサ２１ｃ，２３ｃ，２４ｂ，２６ａからの温度に基づいて、各ポンプ４２，４５，５３，６２，６５，６８、各バルブ４３，４６，５４，６３，６６，６９，７４，７５，７６、および燃焼部２５を制御することにより、改質装置の運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
【００５２】
次に、上述した燃料電池システムの作動について説明する。制御装置３０は、時刻ｔ０にて図示しない起動スイッチがオンされると、燃料電池システムの起動運転を開始する。すなわち燃料電池システムは暖機モードに入る。制御装置３０は、燃焼用空気バルブ６６を開いて燃焼用空気ポンプ６５を駆動して、燃焼用空気を燃焼部２５に供給する。また、制御装置３０は、燃焼部２５の点火用電極に通電する。さらに、制御装置３０は、燃焼用燃料バルブ４６を開いて燃焼用燃料ポンプ４５を駆動して、燃焼用燃料を燃焼部２５に供給する。これにより、燃焼用燃料が燃焼部２５で燃焼され、その燃焼ガスにより改質部２１および蒸発部２６が加熱される。なお、このとき、改質用燃料バルブ４３、改質水バルブ５４、酸化用空気バルブ６３、第１改質ガスバルブ７４、第２改質ガスバルブ７６およびオフガスバルブ７５は閉じられている。
【００５３】
制御装置３０は、起動すると蒸発部２６に所定量の水を供給し（システムが負圧になっていた場合、負圧が解消されてから水を供給する。）、一旦、水の供給を停止する。その後、制御装置３０は、温度センサ２６ａが所定値（例えば、１００℃）以上になったら水蒸気が発生したと判断する。そして、制御装置３０は、水蒸気の発生を確認してから蒸発部２６に所定流量の水を供給開始する。
【００５４】
その後、制御装置３０は、改質用燃料バルブ４３を開いて改質用燃料ポンプ４２を駆動して、改質用燃料を改質部２１に供給する。また、制御装置３０は酸化用空気バルブ６４を開いて酸化用空気ブロア６３を駆動させ酸化用空気を所定流量（所定供給量）だけＣＯ選択酸化部２４に供給する。これにより、改質部２１に改質用燃料と水蒸気の混合ガスが供給され、改質部２１では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じて改質ガスが生成される。そして、改質部２１から導出された改質ガスはＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４により一酸化炭素ガスを低減されてＣＯ選択酸化部２４から導出され、燃料電池１０を通らないで、バイパス管７３を通って直接燃焼部２５に供給され燃焼される。なお、このとき、燃焼用燃料ポンプ４５は停止しているが、改質部２１で改質のための熱量が不足する場合には、燃焼用燃料バルブ４６を開いて燃焼用燃料ポンプ４５を駆動して、燃焼用燃料を燃焼部２５に供給することにより、不足熱量を補充する。
【００５５】
このような改質ガスの生成中において、制御装置３０は、温度センサ２４ｂ（および／または温度センサ２３ｃ）によりＣＯ選択酸化部２４の触媒２４ａの温度（および／またはＣＯシフト部２３の触媒２３ｂの温度）を検出し、この検出した温度が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の低濃度以下となったとして、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ選択酸化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口を燃焼部２５に接続する。これにより、燃料電池システムを暖機する起動運転が終了して続いて定常運転が開始される。すなわち燃料電池システムは発電モードに入る。
【００５６】
制御装置３０は、発電モードにおいては、所望の出力電力（負荷装置で消費される電流・電力）となるように改質用燃料、燃焼用燃料、燃焼用空気、酸化用空気、カソード用空気および改質水を供給するようになっている。制御装置３０は、所望の出力電力となるように改質用燃料の供給量を演算しその供給量となるように燃料ポンプ４２を駆動させ、演算した改質用燃料供給量およびＳ／Ｃ（スチームカーボン比）に基づいて改質水の供給量を演算しその供給量となるように改質水ポンプ５３を駆動させている。また、制御装置３０は、改質用燃料の供給量などに基づいて燃焼用空気の供給量を演算しその供給量となるように燃焼用空気ブロア６６を駆動させている。また、制御装置３０は、一酸化炭素を所定量以下とするように酸化用空気の供給量を演算しその供給量となるように酸化用空気ブロア６３を駆動させている。そして、制御装置３０は、改質器２０から供給された改質ガスと反応するに十分なカソード用空気の供給量を演算しその供給量となるようにカソード用空気ブロア６８を駆動させている。そして、停止スイッチが押されると、燃料電池システムは停止運転を実施して停止する。なお、発電モードにおいても、改質部２１で改質のための熱量が不足する場合には、燃焼用燃料バルブ４６を開いて燃焼用燃料ポンプ４５を駆動して、燃焼用燃料を燃焼部２５に供給することにより、不足熱量を補充する。
【００５７】
さらに、上述した燃料電池システムの燃焼状態の確認作動の実施例について図３を参照して説明する。制御装置３０は、所定のタイミング（例えば起動運転開始後であって数時間から数日毎）にて、燃焼状態の確認プログラムを開始する（ステップ１００）。制御装置３０は、燃焼用空気ポンプ６５の回転数をそのプログラムを開始した時点の回転数から規定値だけ下げる（ステップ１０２）。これにより、燃焼部２５に供給される燃焼用空気の供給量が所定量だけ減少される。
【００５８】
規定値（回転数）は、燃料電池１０の出力発電量に応じて設定されるようになっている。例えば、下記表１に示すように、所定値は１０００Ｗ出力時には５００ｒｐｍ（流量で２．５Ｌ／ｍｉｎである。）であり、５００Ｗ出力時には３００ｒｐｍ（流量で１．５Ｌ／ｍｉｎである。）であり、３００Ｗ出力時には２００ｒｐｍ（流量で１．０Ｌ／ｍｉｎである。）である。
【００５９】
【表１】
2008273763.tif 000003
【００６０】
この規定値は次のようにして算出する。空気比と燃焼部２５の燃焼状態とは、例えば図５に示すような密接な関係にある。すなわち、空気比が０．９８より小さい場合、必ず吹き消え状態である。空気比が０．９８から１．０５までの間である場合、着火状態であるが不完全燃焼の可能性が高い（グレーゾーン）。空気比が１．０５から１．１５までの間である場合、着火状態であり最適な燃焼状態である。空気比が１．１５より大きい場合、着火状態ではあるが燃焼に使用されない空気が多く、効率が下がる。
【００６１】
なお、空気比は（実際の燃焼用空気の投入量／理想の燃焼用空気の投入量）であり、（実際の空燃比／理論空燃比）である。空燃比は、投入される空気の質量を投入される可燃ガスの質量で割ったものである。理論空燃比は、空気中の酸素と可燃ガスが過不足なく反応するときの空燃比である。理想の燃焼用空気の投入量は、空気中の酸素と可燃ガスが過不足なく反応するときの燃焼用空気の投入量である。
【００６２】
また、本実施形態による燃料電池システムにおいては、燃料電池１０の出力発電量毎の上述した空気比（吹き消え状態とグレーゾーンとの境界値、およびグレーゾーンと最適な燃焼状態との境界値）と燃焼用空気ポンプ６５の回転数の関係は、例えば図６に示すような関係にある。すなわち、出力発電量が３００Ｗである場合、空気比０．９８に対する燃焼用空気ポンプ６５の回転数は１８００ｒｐｍであり、空気比１．０５に対する燃焼用空気ポンプ６５の回転数は２０００ｒｐｍである。このとき、最適な燃焼状態から完全な吹き消え状態までの空気比の差は燃焼用空気ポンプ６５の２００ｒｐｍ分に相当する。燃料電池システムにおいては、出力発電量が多いほど、投入される改質用燃料が多く必要であり、改質に必要な熱量も多く必要となるので、空気比を一定に保持するため燃焼用空気も多く必要であるからである。
【００６３】
同様に、出力発電量が５００Ｗである場合、空気比０．９８に対する燃焼用空気ポンプ６５の回転数は２７００ｒｐｍであり、空気比１．０５に対する燃焼用空気ポンプ６５の回転数は３０００ｒｐｍである。このとき、最適な燃焼状態から完全な吹き消え状態までの空気比の差は燃焼用空気ポンプ６５の３００ｒｐｍ分に相当する。さらに、出力発電量が１０００Ｗである場合、空気比０．９８に対する燃焼用空気ポンプ６５の回転数は５０００ｒｐｍであり、空気比１．０５に対する燃焼用空気ポンプ６５の回転数は５５００ｒｐｍである。このとき、最適な燃焼状態から完全な吹き消え状態までの空気比の差は燃焼用空気ポンプ６５の５００ｒｐｍ分に相当する。このように、出力発電量毎の、最適な燃焼状態から完全な吹き消え状態までの空気比の差に相当する回転数差を上記規定値に設定している。
【００６４】
制御装置３０は、燃焼用空気の供給量を変更した後、燃焼部２５の燃焼状態が安定するのを待って（ステップ１０４）、温度センサ２１ｃが測定した燃焼部２５の温度に基づいてその燃焼状態（供給量変更後の状態）が吹き消え状態であるか否かを判定する（ステップ１０６）、すなわち、燃焼部２５の温度が下がることにより吹き消えたと判定する。制御装置３０は、燃焼用空気の供給量を変更した前後における燃焼部２５の温度がほとんど変化しない場合には、燃焼状態が吹き消え状態でない（着火状態）と判定し、ステップ１０６で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１０８に進める。また、制御装置３０は、燃焼用空気の供給量を変更した前後における燃焼部２５の温度が所定値以上減少した場合には、燃焼状態が吹き消え状態であると判定し、ステップ１０６で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１１４に進める。
【００６５】
制御装置３０は、燃焼状態が吹き消え状態でないと判定した場合には、燃焼状態の確認結果は吹き消えそうでない状態であると設定し（ステップ１０８）、その後、燃焼用空気ポンプ６５の回転数を変更前の回転数に戻し（ステップ１１０）、そして本プログラムを終了する（ステップ１１２）が、燃料電池システムの運転は継続する。
【００６６】
一方、制御装置３０は、燃焼状態が吹き消え状態であると判定した場合には、燃焼状態の確認結果は吹き消えそうである状態であると設定し（ステップ１１４）、燃料電池システムの運転を停止する（ステップ１１６）とともに、次回の運転のために、燃焼用空気ポンプ６５の回転数を変更前の回転数よりさらに上記規定値上げた値に設定し（ステップ１１８）、そして本プログラムを終了する（ステップ１１２）。
【００６７】
例えば、燃料電池１０の出力発電量が１０００Ｗである場合、ステップ１０２にて燃焼用空気の供給量を変更する直前に、燃焼部２５の燃焼状態が不完全燃焼の可能性が高い領域であった場合、図５に示すように空気比は０．９８から１．０５の間にあるが、燃焼用空気ポンプ６５の回転数を出力発電量に応じた５００ｒｐｍだけ下げることにより、空気比が０．９８より小さくなり燃焼部２５は吹き消え状態となる。換言すると、回転数を所定値だけ下げて燃焼部２５が吹き消えるということは、回転数の変更前（変更直前）の燃焼部２５の燃焼状態は最適な燃焼状態ではなく不完全燃焼状態の可能性が高い領域であり、すなわち吹き消えそうである状態にあるということである。
【００６８】
一方、燃焼用空気の供給量を変更する直前に、燃焼部２５の燃焼状態が最適な燃焼状態の領域であった場合、図５に示すように空気比は１．０５より大きいが、燃焼用空気ポンプ６５の回転数を出力発電量に応じた５００ｒｐｍだけ下げても、空気比が０．９８より大きいので燃焼部２５は吹き消え状態とならず燃焼状態が維持される。換言すると、回転数を所定値だけ下げても燃焼部２５が吹き消えないということは、回転数の変更前（変更直前）の燃焼部２５の燃焼状態は不完全燃焼状態の可能性が高い領域でなく最適な燃焼状態またはそれよりも空気比が大きい状態であり、すなわち吹き消えそうでない状態にあるということである。
【００６９】
次に、上述した燃料電池システムの空気比の調整の実施例について図４を参照して説明する。制御装置３０は、所定のタイミング（例えば始めて燃料電池システムを起動させた後であって数日から数月毎）にて、空気比の調整プログラムを開始する（ステップ２００）。制御装置３０は、燃焼用空気ポンプ６５の回転数をそのプログラムを開始した時点の回転数から規定値だけ下げる（ステップ１０２）。これにより、燃焼部２５に供給される燃焼用空気の供給量が所定量だけ減少される。規定値は上述した燃焼状態の確認と同様である。
【００７０】
制御装置３０は、燃焼用空気の供給量を変更した後、燃焼部２５の燃焼状態が安定するのを待って（ステップ１０４）、温度センサ２１ｃが測定した燃焼部２５の温度に基づいてその燃焼状態（供給量変更後の状態）が吹き消え状態であるか否かを判定する（ステップ１０６）。制御装置３０は、燃焼用空気の供給量を変更した前後における燃焼部２５の温度がほとんど変化しない場合には、燃焼状態が吹き消え状態でない（着火状態）と判定し、ステップ１０６で「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１０８に進める。また、制御装置３０は、燃焼用空気の供給量を変更した前後における燃焼部２５の温度が所定値以上減少した場合には、燃焼状態が吹き消え状態であると判定し、ステップ１０６で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１１４に進める。
【００７１】
制御装置３０は、燃焼状態が吹き消え状態でないと判定した場合には、燃焼状態の確認結果は吹き消えそうでない状態であると設定し（ステップ１０８）、プログラムをステップ１０２に戻す。制御装置３０は、燃焼用空気ポンプ６５の回転数をさらに規定値だけ下げ（ステップ１０２）、燃焼部２５の燃焼状態が安定するのを待って（ステップ１０４）、温度センサ２１ｃが測定した燃焼部２５の温度に基づいてその燃焼状態（供給量変更後の状態）が吹き消え状態であるか否かを判定する（ステップ１０６）。このように、制御装置３０は、燃焼状態が吹き消え状態であると判定するまで、ステップ１０２から１０８の処理を繰り返し実行する。
【００７２】
一方、制御装置３０は、燃焼状態が吹き消え状態であると判定した場合には、燃焼状態の確認結果は吹き消えそうである状態であると設定し（ステップ１１４）、燃料電池システムの運転を停止する（ステップ１１６）とともに、次回の運転のために、燃焼用空気ポンプ６５の回転数を最後の変更前の回転数よりさらに上記規定値だけ上げた値に設定し（ステップ１１８）、そして本プログラムを終了する（ステップ２２０）。
【００７３】
例えば、燃料電池１０の出力発電量が３００Ｗである場合、ステップ１０２にて燃焼用空気の供給量の変更を開始する直前に、燃焼部２５の燃焼状態が、空気比が１．１５より大きく、燃焼に使用されない空気が多く効率が下がる状態であった場合、燃焼用空気ポンプ６５の回転数を出力発電量に応じた２００ｒｐｍずつ下げることにより、いずれ燃焼部２５は吹き消え状態となる。しかし、その吹き消え状態となる直前の回転数では、空気比が必ず０．９８から１．０５の間にあり燃焼状態は必ず不完全燃焼の可能性が高い領域となる。このように燃焼部２５の燃焼状態の確認結果が吹き消えそうである状態であることを検知し、燃料電池システムの運転を停止し、次回の運転のため燃焼状態が最適な燃焼状態となる燃焼用空気ポンプ６５の回転数を設定することができる。
【００７４】
なお、上述した実施形態において、ステップ１０２において、燃焼用空気ポンプ６５を制御して燃焼部２５に供給される燃焼用空気の供給量を変更する（供給量変更手段である）が、この代わりに、燃焼用燃料ポンプ４５および／または改質用燃料ポンプ４２を制御して燃焼部２５に供給される燃焼用燃料および／または改質用燃料（可燃ガス）の供給量を変更するようにしてもよい。また、燃焼用空気と可燃ガスの両方の供給量を変更するようにしてもよい。いずれの場合も、供給量変更手段である。なお、いずれの場合にも、供給量変更手段は、可燃ガス供給手段（燃焼用燃料ポンプ４５および／または改質用燃料ポンプ４２）を制御して可燃ガスの供給量を変更するので、簡単かつ確実に燃焼部２５の燃焼状態を変更することができる。
【００７５】
また、燃焼状態変化検出手段は、供給量変更手段によって各供給量の変更を受けたことによる燃焼部２５の燃焼状態の変化を燃焼状態検出手段（温度センサ２１ｃ）の検出結果に基づいて検出するものである（ステップ１０６）。燃焼状態確認手段は、燃焼状態変化検出手段の検出結果に基づいて、供給量変更手段による変更前の燃焼部２５の燃焼状態を確認するものである（ステップ１０８，１１４）。供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果を受けて、燃焼部２５に供給される可燃ガスおよび前記燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御するものである（ステップ１１０，１１８）。
【００７６】
上述の説明から明らかなように、本実施形態においては、供給量変更手段（ステップ１０２）が、燃焼部２５へ供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの少なくとも何れかの供給量を変更し、燃焼状態変化検出手段（ステップ１０６）が、供給量変更手段によって各供給量の変更を受けたことによる燃焼部２５の燃焼状態の変化を燃焼状態検出手段（温度センサ２１ｃ）の検出結果に基づいて検出し、燃焼状態確認手段（ステップ１０８，１１４）が、燃焼状態変化検出手段の検出結果に基づいて、供給量変更手段による変更前の燃焼部２５の燃焼状態を確認する。これにより、燃焼部２５へ供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの少なくとも何れかの供給量を変更することができ、かつ各供給量の変更を受けたことによる燃焼部２５の燃焼状態の変化を燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて検出することができれば、その検出結果に基づいて供給量変更手段による変更前の燃焼部の燃焼状態を確認することができる。換言すると、可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの供給量の変化量が正確にわからなくても、燃焼状態の判定に使用するパラメータを測定するセンサの測定値が正確でなくても、すなわち可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガス供給手段ならびに燃焼状態検出手段が作動さえしていれば、供給量変更手段による変更前の燃焼部２５の燃焼状態を確認することができる。したがって、燃焼状態の判定に使用するパラメータを測定するセンサの測定値が正確でなくても、高価なセンサを使用しなくても、低コストにて燃焼部の吹き消えしそうな状態を確実に検出することができる。
【００７７】
本実施形態によれば、燃焼状態の判定に使用するパラメータを測定するセンサ（例えば、流量計）として測定値の精度が低いものを使用できたり、なくすことも可能である。
【００７８】
また、供給量変更手段（ステップ１０２）は、燃焼用酸化剤ガス供給手段（燃焼用空気ポンプ６５）を制御して燃焼用酸化剤ガス（燃焼用空気）の供給量を変更するので、簡単かつ確実に燃焼部２５の燃焼状態を変更することができる。
【００７９】
また、燃焼状態確認手段（ステップ１０８）による確認結果を受けて、燃焼部２５に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段（ステップ１１０）をさらに備え、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうでない状態である場合には（ステップ１０８）、燃焼用酸化剤ガスの供給量を供給量変更手段による変更前の供給量に戻すので（ステップ１１０）、燃焼状態を確認した後に安定した燃焼状態に確実に戻すことができる。
【００８０】
また、燃焼状態確認手段（ステップ１１４）による確認結果を受けて、燃焼部２５に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段（ステップ１１６，１１８）をさらに備え、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの供給を停止して当該改質装置の運転を停止する（ステップ１１６）とともに、次回の運転再開時には燃焼用酸化剤ガスの供給量を供給量変更手段による変更前の供給量に所定量を加えた供給量とする（ステップ１１８）ので、不完全燃焼を確実に防止するとともに、次回の運転時には最適な燃焼状態にて燃焼させることができる。
【００８１】
また、燃焼状態確認手段（ステップ１０８，１１４）による確認結果を受けて、燃焼部２５に供給される可燃ガスおよび燃焼用酸化剤ガスの各供給量を制御する供給量制御手段（ステップ１１８）をさらに備え、供給量変更手段は、燃焼用酸化剤ガスの供給量を所定量刻みで変更し（ステップ１０２）、供給量制御手段は、燃焼状態確認手段による確認結果が燃焼状態が吹き消えそうである状態である場合には、燃焼用酸化剤ガスの供給量をその状態となる前の供給量に戻す（ステップ１１４）ので、燃焼状態が理想状態より離れた状態である場合、燃焼に寄与しない余分な燃焼用酸化剤ガスの供給を抑制し、熱損失を抑制し、効率低下を抑制することができる。
【００８２】
また、供給量変更手段における所定量（上述した規定値）は、燃料電池１０の出力発電量に応じて設定されるので、燃料電池１０の出力発電量に応じて適切に供給量を変更することができる。
【００８３】
上記のように構成した燃料電池システムの発明においては、高価なセンサを使用しなくても、低コストにて燃焼部２５の吹き消えしそうな状態を確実に検出することができる改質装置２０を備えることにより、システム全体を低コストとした上で燃焼部２５の吹き消えしそうな状態を確実に検出することができる。
【００８４】
上記のように構成した燃料電池システムの発明においては、供給量変更手段における所定量は、燃料電池１０の出力発電量に応じて設定されるので、燃料電池１０の出力発電量に応じて適切に供給量を変更することができる。
【００８５】
また、上述した実施形態においては、燃料電池システムの運転中（起動モードおよび発電モード）において、基本的には、改質部２１からの改質ガスまたは燃料電池１０からのアノードオフガスが可燃ガスとして燃焼部２５に供給されて燃焼され、改質部２１で改質に必要な熱量が供給されている。しかし、改質部２１で改質のための熱量が不足する場合には、燃焼用燃料を燃焼部２５に追加供給することにより、不足熱量を補充している。すなわち、この追い焚き方式に本発明を適用している。本発明は、この追い焚き方式に限らず、追い炊きレス方式にも適用することができる。
【００８６】
追い焚きレス方式は、例えば、燃焼用燃料供給管４４が改質用燃料供給管４１から分岐するようにし、２つの燃焼用燃料ポンプ４５と改質用燃料ポンプ４２を何れか１つのポンプ（例えば改質用燃料ポンプ４２）とし、そのポンプを燃焼用燃料供給管４４が改質用燃料供給管４１から分岐する分岐点より上流側に配設するようにする。そして、改質部２１からの改質ガスまたは燃料電池１０からのアノードオフガスが可燃ガスとして燃焼部２５に供給されて燃焼され、その燃焼熱で必要かつ十分に改質部２１の改質が行われるように、改質部２１への改質用燃料の供給を制御する（改質用燃料ポンプ４２の供給量を制御する）。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す改質装置を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図４】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図５】空気比と燃焼状態の関係を示す図である。
【図６】燃料電池の出力発電量毎の空気比と燃焼用空気ポンプの回転数の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…改質部、２１ｃ…温度センサ（燃焼状態検出手段）、２２…冷却部（熱交換部）、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２３ｃ…温度センサ、２４…一酸化炭素選択酸化反応部（ＣＯ選択酸化部）、２４ｂ…温度センサ、２５…燃焼部、２６…蒸発部、２６ａ…温度センサ、２７…燃焼ガス流路、２８…断熱部、３０…制御装置（供給量変更手段、燃焼状態変化検出手段、燃焼状態確認手段、供給量制御手段）、４１…改質用燃料供給管、４２…改質用燃料ポンプ（可燃ガス供給手段）、４３…改質用燃料バルブ、４４…燃焼用燃料供給管、４５…燃焼用燃料ポンプ（可燃ガス供給手段）、４６…燃焼用燃料バルブ、５１…水蒸気供給管、５２…給水管、５３…改質水ポンプ、５４…改質水バルブ、６１…酸化用空気供給管、６２…酸化用空気ポンプ、６３…酸化用空気バルブ、６４…燃焼用空気供給管、６５…燃焼用空気ポンプ（燃焼用酸化剤ガス供給手段）、６６…燃焼用空気バルブ、６７…カソード用空気供給管、６８…カソード用空気ポンプ、６９…カソード用空気バルブ、７１…改質ガス供給管、７２…オフガス供給管、７３…バイパス管、７４…第１改質ガスバルブ、７５…オフガスバルブ、７６…第２改質ガスバルブ、８１，８２…排気管、８９…接続管。
【図１】
2008273763.tif 000004
【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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