(57)【要約】【課題】改質装置において、燃焼部の着火・消火の繰り返し回数を少なくして燃焼部・改質部の耐久性を高く維持して改質装置を暖機する。【解決手段】改質装置の制御装置は、当該改質装置の起動時は、燃焼用燃料および燃焼用酸化剤ガスを供給し燃焼部を着火し、蒸発部に改質水を供給し（ステップ１０２〜１０８；燃焼開始手段）、燃焼部の燃焼開始後に、改質部の温度が第１所定温度まで昇温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給のみを停止して燃焼部を消火し（ステップ１１０〜１１４；第１消火手段）、第１消火手段による燃焼部の消火後に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する前に改質部の温度が第１所定温度より低温の第２所定温度まで降温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部を再着火する（ステップ１１６，１０４，１０６）。【選択図】  図３
2008105900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、
前記改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、
燃焼用燃料、前記改質部および前記燃料電池の燃料極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が供給可能であり、前記可燃ガスのうち少なくとも何れか一つを前記燃焼用酸化剤ガスで燃焼し燃焼ガスを生成する燃焼部と、
前記燃焼部からの前記燃焼ガスが前記改質部および前記蒸発部をその順番に加熱する燃焼ガス流路と、
当該改質装置の起動時は、前記燃焼用燃料および前記燃焼用酸化剤ガスを供給し前記燃焼部を着火し、前記蒸発部に前記改質水を供給する燃焼開始手段と、
前記燃焼部の燃焼開始後に、前記改質部の温度が第１所定温度まで昇温すると、前記燃焼部への前記燃焼用燃料の供給を停止して前記燃焼部を消火する第１消火手段と、
前記燃焼部の消火中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、を含む制御装置と、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、前記制御装置は、前記第１消火手段による前記燃焼部の消火後に、前記改質部の温度および前記改質部に供給される改質水の温度のうち少なくとも何れか一方に基づいて前記燃焼用燃料または前記改質用燃料を供給して前記燃焼部を再着火する第１再着火手段、をさらに含むことを特徴とする改質装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１再着火手段は、前記第１消火手段による前記燃焼部の消火後に、前記改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する前に前記改質部の温度が前記第１所定温度より低温の第２所定温度まで降温すると、前記燃焼部への前記燃焼用燃料の供給を再開し前記燃焼部を再着火することを特徴とする改質装置。
【請求項４】
請求項３において、前記第１再着火手段により前記燃焼用燃料で再着火した後に前記改質部の温度が第１所定温度まで昇温する前に、前記改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度以上となっている場合には、前記燃焼部への前記燃焼用燃料の供給のみを停止する第２消火手段と、
その後、前記改質部へ前記改質用燃料を供給し前記燃焼部を再着火する前記第２再着火手段と、をさらに備えたことを特徴とする改質装置。
【請求項５】
請求項２において、前記第１再着火手段は、前記第１消火手段による前記燃焼部の消火後に、前記改質部の温度が前記第１所定温度より低温の第２所定温度まで降温する前に前記改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温すると、前記燃焼部への前記燃焼用燃料の供給を再開し前記燃焼部を再着火することを特徴とする改質装置。
【請求項６】
請求項５において、前記第１再着火手段は、前記燃焼部へ燃焼用燃料を供給する代わりに前記改質用燃料を前記改質部に供給し前記燃焼部を再着火することを特徴とする改質装置。
【請求項７】
請求項２において、前記第１再着火手段は、前記改質部の温度が前記第１所定温度と前記第２所定温度との間の第３所定温度まで降温する前に前記改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する場合、前記改質部の温度が前記第３所定温度まで降温すると、前記燃焼部への前記燃焼用燃料の供給を開始し前記燃焼部を再着火することを特徴とする改質装置。
【請求項８】
請求項７において、前記第１再着火手段は、前記燃焼部へ前記燃焼用燃料を供給する代わりに前記改質用燃料を前記改質部に供給し前記燃焼部を再着火することを特徴とする改質装置。
【請求項９】
請求項２において、前記第１再着火手段は、前記改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する前に前記改質部の温度が前記第１所定温度と前記第２所定温度との間の第３所定温度まで降温する場合には、前記改質部に供給される改質水の温度が前記水蒸気用所定温度まで昇温すると、前記燃焼部への前記燃焼用燃料の供給を開始し前記燃焼部を再着火することを特徴とする改質装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記第１再着火手段により前記燃焼用燃料で再着火した後に前記改質部の温度が第１所定温度まで昇温した時点で、前記改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度以上となっている場合には、前記改質部の温度が第１所定温度まで昇温した時点に前記燃焼部への前記燃焼用燃料の供給のみを停止する第２消火手段と、
その後、前記改質部の温度が前記第３所定温度まで降温すると、前記改質部へ前記改質用燃料を供給し前記燃焼部を再着火する前記第２再着火手段と、をさらに備えたことを特徴とする改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質装置に関する。
【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４に示されているように、水素生成装置においては、ステップ４Ｓにて起動時に天然ガス量を減少させるかあるいは送風部８からの空気量を増加させることで、第１の所定温度である３５０℃以下とならないときには、ステップ１５Ｓにて制御手段１６は開閉弁１５を閉止し原料である天然ガスの供給を停止させる。天然ガスの供給停止により燃焼部７を失火させることで、改質部１の温度を低下させる。次に、ステップ１６Ｓにて改質部１の温度が本発明の第３の所定温度の一例である約３００℃以下まで低下したことが検知された後、ステップ１７Ｓにて送風部８、点化器（図示せず）を動作させて、開閉弁１５を開く。そして、制御手段１６は原料供給部２を動作させ、原料を改質部１に供給し、燃焼部７での燃焼を再開できる。
【特許文献１】特開２００５−２０６３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に記載の改質装置においては、図１９で示すように、改質部１の触媒の活性温度域の低い温度範囲（３００℃から３５０℃）で改質部１の温度を制御している。すなわち、燃焼部７の着火・消火を比較的頻繁に繰り返しながら水蒸気温度が所定温度（１００℃）に到達するようになっている。したがって、着火回数が多いので燃焼部の耐久性が悪化するおそれがあった。また、繰り返し熱負荷により改質部の熱疲労、熱応力のため改質部の耐久性が悪化するおそれがあった。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、改質装置において、燃焼部の着火・消火の繰り返し回数を少なくして燃焼部・改質部の耐久性を高く維持して改質装置を暖機することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、燃焼用燃料、改質部および燃料電池の燃料極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燃焼ガスを生成する燃焼部と、燃焼部からの燃焼ガスが改質部および蒸発部をその順番に加熱する燃焼ガス流路と、当該改質装置の起動時は、燃焼用燃料および燃焼用酸化剤ガスを供給し燃焼部を着火し、蒸発部に改質水を供給する燃焼開始手段と、燃焼部の燃焼開始後に、改質部の温度が第１所定温度まで昇温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を停止して燃焼部を消火する第１消火手段と、燃焼部の消火中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、を含む制御装置と、を備えたことである。
【０００６】
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、前記制御装置は、第１消火手段による燃焼部の消火後に、改質部の温度および改質部に供給される改質水の温度のうち少なくとも何れか一方に基づいて燃焼用燃料または改質用燃料を供給して燃焼部を再着火する第１再着火手段と、をさらに含むことである。
【０００７】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、第１再着火手段は、第１消火手段による燃焼部の消火後に、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する前に改質部の温度が第１所定温度より低温の第２所定温度まで降温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部を再着火することである。
【０００８】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、第１再着火手段により燃焼用燃料で再着火した後に改質部の温度が第１所定温度まで昇温する前に、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度以上となっている場合には、燃焼部への燃焼用燃料の供給のみを停止する第２消火手段と、その後、改質部へ改質用燃料を供給し燃焼部を再着火する第２再着火手段と、をさらに備えたことである。
【０００９】
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、第１再着火手段は、第１消火手段による燃焼部の消火後に、改質部の温度が第１所定温度より低温の第２所定温度まで降温する前に改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部を再着火することである。
【００１０】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、第１再着火手段は、燃焼部へ燃焼用燃料を供給する代わりに改質用燃料を燃焼部に供給し燃焼部を再着火することである。
【００１１】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、第１再着火手段は、改質部の温度が第１所定温度と第２所定温度との間の第３所定温度まで降温する前に改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する場合、改質部の温度が第３所定温度まで降温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を開始し燃焼部を再着火することである。
【００１２】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７において、第１再着火手段は、燃焼部へ燃焼用燃料を供給する代わりに改質用燃料を改質部に供給し燃焼部を再着火することである。
【００１３】
また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、第１再着火手段は、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する前に改質部の温度が第１所定温度と第２所定温度との間の第３所定温度まで降温する場合には、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を開始し燃焼部を再着火することである。
【００１４】
また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項９において、第１再着火手段により燃焼用燃料で再着火した後に改質部の温度が第１所定温度まで昇温した時点で、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度以上となっている場合には、改質部の温度が第１所定温度まで昇温した時点に燃焼部への燃焼用燃料の供給のみを停止する第２消火手段と、その後、改質部の温度が第３所定温度まで降温すると、改質部へ改質用燃料を供給し燃焼部を再着火する第２再着火手段と、をさらに備えたことである。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃焼開始手段が、当該改質装置の起動時は、燃焼用燃料および燃焼用酸化剤ガスを供給し燃焼部を着火し、蒸発部に改質水を供給し、第１消火手段が、燃焼部の燃焼開始後に、改質部の温度が第１所定温度まで昇温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を停止して燃焼部を消火し、燃焼用酸化剤ガス供給手段が、燃焼部の消火中に燃焼用酸化剤ガスを供給する。これにより、改質部をより速やかに温度低下でき、再着火が可能となる。また、改質装置のケーシングが腐食しやすい温度を避けることができる。
【００１６】
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、第１再着火手段が、第１消火手段による燃焼部の消火後に、改質部の温度および改質部に供給される改質水の温度のうち少なくとも何れか一方に基づいて燃焼用燃料または改質用燃料を供給して燃焼部を再着火する。これにより、改質部を比較的高温である第１所定温度まで昇温した後であって一旦消火し再着火するまでは改質部の熱を燃焼用空気を介して改質部の下流に位置する蒸発部に伝えて加熱することができる。したがって、燃焼部の着火・消火の繰り返し回数を少なくして燃焼部・改質部の耐久性を高く維持して改質装置を暖機することができる。
【００１７】
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２に係る発明において、第１再着火手段は、第１消火手段による燃焼部の消火後に、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する前に改質部の温度が第１所定温度より低温の第２所定温度まで降温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部を再着火するので、改質部を必要以上に降温することなく、燃焼部の着火・消火の繰り返し回数を少なくすることができる。
【００１８】
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３に係る発明において、第１再着火手段により燃焼用燃料で再着火した後に改質部の温度が第１所定温度まで昇温する前に、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度以上となっている場合には、燃焼部への燃焼用燃料の供給のみを停止する第２消火手段と、その後、改質部へ改質用燃料を供給し燃焼部を再着火する第２再着火手段と、をさらに備えたので、改質部の温度を高く維持した状態で改質用燃料を投入し、改質部のコーキングを確実に防止することができる。
【００１９】
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、第１再着火手段は、第１消火手段による燃焼部の消火後に、改質部の温度が第１所定温度より低温の第２所定温度まで降温する前に改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部を再着火するので、改質部を不必要に降温することなく、起動時間を短縮することができる。
【００２０】
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５に係る発明において、第１再着火手段は、燃焼部へ燃焼用燃料を供給する代わりに改質用燃料を改質部に供給し燃焼部を再着火するので、改質用燃料のみの使用で改質装置を起動することが可能となるので、装置を簡素化することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項２に係る発明において、第１再着火手段は、改質部の温度が第１所定温度と第２所定温度との間の第３所定温度まで降温する前に改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する場合、改質部の温度が第３所定温度まで降温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を開始し燃焼部を再着火する。これにより、改質部の温度を必ず第３所定温度まで降温させて燃焼部を再着火するので、燃焼部に供給される可燃ガスが改質ガスである場合の過燃焼による改質部の熱ダメージを抑制することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項７に係る発明において、第１再着火手段は、燃焼部へ燃焼用燃料を供給する代わりに改質用燃料を改質部に供給し燃焼部を再着火するので、請求項８に係る発明の作用・効果に加えて、改質用燃料のみの使用で改質装置を起動することが可能となるので、装置を簡素化することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項２に係る発明において、第１再着火手段は、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温する前に改質部の温度が第１所定温度と第２所定温度との間の第３所定温度まで降温する場合には、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度まで昇温すると、燃焼部への燃焼用燃料の供給を開始し燃焼部を再着火する。これにより、改質部の温度を必ず第３所定温度よりさらに降温させて燃焼部を再着火するので、燃焼部に供給される可燃ガスが改質ガスである場合の過燃焼による改質部の熱ダメージをより抑制することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項９に係る発明において、第１再着火手段により燃焼用燃料で再着火した後に改質部の温度が第１所定温度まで昇温した時点で、改質部に供給される改質水の温度が水蒸気用所定温度以上となっている場合には、改質部の温度が第１所定温度まで昇温した時点に燃焼部への燃焼用燃料の供給のみを停止する第２消火手段と、その後、改質部の温度が第３所定温度まで降温すると、改質部へ改質用燃料を供給し燃焼部を再着火する第２再着火手段と、をさらに備えたので、請求項９に係る発明の作用・効果に加えて、改質部の温度を高く維持した状態で改質用燃料を投入し、改質部のコーキングを確実に防止することができる。
【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。改質部２１の触媒２１ｂの活性温度域は４００℃から８００℃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（ＴＲ）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。
【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）に接続された燃料供給管４１が接続されている。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、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、燃焼用燃料ポンプ４５によって供給される燃焼用燃料および改質部２１から供給される改質ガスの少なくとも何れか一方を、燃焼用空気ポンプ６５によって供給される燃焼用空気により燃焼してその燃焼ガスによって改質部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。
【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１０の起動当初、燃焼用燃料が燃焼部２５に供給され、燃料電池１０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１０の定常運転中、燃料電池１０から排出され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、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】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、蒸発部２６には、蒸発部２６内の水蒸気の温度（ＴＳ）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ＴＳは、改質部２１に供給される改質水の温度である。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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３参照）。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、改質装置の起動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。
【００５１】
次に、上述した燃料電池システムの作動の第１実施例について図３および図４を参照して説明する。制御装置３０は、図示しない起動スイッチがオンされると、起動運転を開始する（ステップ１００）。まず、制御装置３０は起動に際して燃焼部２５の燃焼を開始する（燃焼開始手段）。具体的には、制御装置３０は、燃焼用空気バルブ６６を開き燃焼用空気ポンプ６５を駆動して、燃焼部２５に燃焼用空気を予め設定されている規定流量Ｃ１で供給する（ステップ１０２）。
【００５２】
そして、制御装置３０は、改質用燃料バルブ４３および第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を閉じたまま、燃焼用燃料バルブ４６および第２改質ガスバルブ７６を開き、燃焼用燃料ポンプ４５を駆動して、燃焼部２５に燃焼用燃料を予め設定されている規定流量Ｂ１で供給する（ステップ１０４）。
【００５３】
そして、制御装置３０は、燃焼部２５に内蔵のイグナイタ（図示省略）を通電する（ステップ１０６。イグナイタの代わりにグロープラグでもよい。）。これにより、燃焼部２５は着火する。さらに、制御装置３０は、着火検知またはイグナイタ通電した時点から所定時間経過後にイグナイタ通電を停止する。なお、着火はイグナイタやグロープラグによる着火だけでなく触媒点火などでもよい。
【００５４】
このように燃焼用燃料の燃焼が開始されると、その燃焼ガスが燃焼ガス用流路２７を通る際に、燃焼ガスによって改質部２１、蒸発部２６がこの順番で加熱されて昇温する。
【００５５】
そして、制御装置３０は、蒸発部２６が加熱されて所定温度以上となると、改質水バルブ５４を開き改質水ポンプ５３を駆動して、改質水を蒸発部２６に供給する（ステップ１０８）。なお、改質水の供給開始は、蒸発部２６の温度とは関係なく、燃焼用燃料の供給開始と同時でもよいし、所定時間経過後でもよい。
【００５６】
燃焼部２５の燃焼開始後に、改質部２１が加熱されて改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１（例えば６００℃）まで昇温すると、制御装置３０は、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給のみを停止して燃焼部２５を消火する（第１消火手段）。具体的には、常温状態から起動が開始されたとすると、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１まで昇温しても水蒸気温度は水蒸気用所定温度ＴＳ１（例えば８０℃）に到達しないので、制御装置３０は、ステップ１１０，１１２で「ＮＯ」、「ＹＥＳ」と判定し、燃焼用燃料ポンプ４５の駆動を停止して、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を停止する（ステップ１１４）。第１所定温度ＴＲ１は、改質部２１の触媒２１ｂの活性温度域の上部温度に設定されるのが望ましい。
【００５７】
これにより、燃焼用燃料の供給が停止されて燃焼部２５は消火されるものの、燃焼部２５への燃焼用空気の供給は継続されているので、燃焼ガス流路を流れる燃焼用空気が改質部２１の熱を奪って昇温しその高温となった燃焼用空気が蒸発部２６を昇温する。
【００５８】
なお、ステップ１１０で「ＹＥＳ」の場合、すなわち改質部の温度ＴＲが第１所定温度ＴＲ１に到達しているか否かにかかわらず水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達した場合は改質用燃料の供給を開始する。
【００５９】
このような燃焼部２５の消火後に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する前に改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１より低温の第２所定温度ＴＲ２（例えば４００℃）まで降温すると、制御装置３０は燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部を再着火する（第１再着火手段）。具体的には、制御装置３０は、改質部２１の温度が第２所定温度ＴＲ２（例えば４００℃）まで降温するまでは、ステップ１１６で「ＮＯ」の判定を繰り返し実行する。そして、制御装置３０は、改質部２１の温度が第２所定温度ＴＲ２まで降温すると、ステップ１１６で「ＹＥＳ」と判定し、燃焼用燃料ポンプ４５の駆動を再開し（ステップ１０４）、燃焼部２５を着火し（ステップ１０６）、改質水を供給する（ステップ１０８）。第２所定温度ＴＲ２は、改質部２１のケーシングが粒界腐食しやすい温度より低温となるように設定されるのが望ましい。粒界腐食しやすい温度には領域があり、この領域を速やかに通過させるためである。
【００６０】
この燃焼用燃料での燃焼部２５の再着火によって、改質部２１および蒸発部２６が昇温し、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達する前に水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達した場合、制御装置３０はステップ１１０で「ＹＥＳ」と判定し、改質用燃料の供給を開始する（ステップ１１８）。すなわち、制御装置３０は、改質用燃料バルブ４３を開き改質用燃料ポンプ４２を駆動して、改質用燃料を予め設定されている規定流量Ａ１で改質部２１に供給する。
【００６１】
このように改質用燃料の投入が開始されると、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、ＣＯ選択酸化部２４から改質ガスが導出されるが、まだ一酸化炭素が多いので、燃料電池１０をバイパスして燃焼部２５に供給される。
【００６２】
そして、改質装置２０の所定各部位（改質部２１、ＣＯシフト部２３、ＣＯ選択酸化部２４）の温度がそれぞれの所定温度以上に到達すると（ステップ１２０）、制御装置３０は、起動運転を終了し（ステップ１２２）、ＣＯ選択酸化部２４からの改質ガスを燃料電池１０に供給し、燃料電池１０の発電を開始する。すなわち発電運転（定常運転）が開始される。なお、発電開始は、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定値より低くなることによって判断するようにしてもよい。
【００６３】
上述の説明から明らかなように、この第１実施例においては、燃焼開始手段（ステップ１０２〜１０８）が、当該改質装置の起動時は、燃焼用燃料および燃焼用酸化剤ガスを供給し燃焼部２５を着火し、蒸発部２６に改質水を供給し、第１消火手段（ステップ１１４）が、燃焼部の燃焼開始後に、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１まで昇温すると、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を停止して燃焼部２５を消火し、燃焼用酸化剤ガス供給手段（ステップ１０２）が、燃焼部２５の消火中に燃焼用酸化剤ガスを供給する。これにより、改質部２１をより速やかに温度低下でき、再着火が可能となる。また、改質装置２０のケーシングが腐食しやすい温度を避けることができる。
【００６４】
また、第１再着火手段（ステップ１１６，１０４，１０６）が、第１消火手段による燃焼部２５の消火後に、改質部２１の温度および水蒸気の温度（改質部に供給される改質水の温度）のうち少なくとも何れか一方に基づいて燃焼用燃料または改質用燃料を供給して燃焼部を再着火する。これにより、改質部２１を比較的高温である第１所定温度ＴＲ１まで昇温した後であって一旦消火し再着火するまでは改質部２１の熱を燃焼用空気を介して改質部２１の下流に位置する蒸発部２６に伝えて水蒸気を加熱することができる。したがって、燃焼部２５の着火・消火の繰り返し回数を少なくして燃焼部２５・改質部２１の耐久性を高く維持して改質装置２０を暖機することができる。
【００６５】
また、第１所定温度ＴＲ１は、改質部２１の触媒２１ｂの活性温度域の上部温度に設定されているので、改質部２１の触媒２１ｂにダメージを与えることなく、燃焼部２５の着火・消火の繰り返し回数を少なくして燃焼部２４・改質部２１の耐久性を高く維持して改質装置２０を暖機することができる。
【００６６】
また、第１再着火手段（ステップ１１６，１０４，１０６）は、第１消火手段による燃焼部２５の消火後に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する前に改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１より低温の第２所定温度ＴＲ２まで降温すると、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部２５を再着火するので、改質部２１を必要以上に降温することなく、燃焼部２５の着火・消火の繰り返し回数を少なくすることができる。
【００６７】
また、第２所定温度ＴＲ２は、改質部２１のケーシングが粒界腐食しやすい温度より高温となるように設定されているので、改質部２１のケーシングにダメージを与えることなく、燃焼部２５の着火・消火の繰り返し回数を少なくして燃焼部２５・改質部２１の耐久性を高く維持して改質装置２０を暖機することができる。
【００６８】
次に、上述した燃料電池システムの作動の第２実施例について図５および図６を参照して説明する。本第２実施例は、前述した第１実施例において、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度ＴＲが第１所定温度ＴＲ１に到達する前に、水蒸気温度ＴＳが水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達した場合に、燃焼用燃料の供給を停止して燃焼部２５を消火し、その後、燃焼用燃料で再着火するようにしたものである。
【００６９】
この場合、燃焼部２５の燃焼を開始した後に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達したと判定した場合、その判定が１回目であれば、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給のみを停止し、判定が２回目以降であれば、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を停止しないで、改質部２１への改質用燃料の供給を開始する切替手段（ステップ１３０）をさらに備えるようにすればよい。
【００７０】
ステップ１３０は、ステップ１１０とステップ１１８の間に設けられている。水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達したとの判定が２回目以降であるか否かを判定が実行される。制御装置３０は、その判定が１回目であれば「ＮＯ」と判定し、燃焼用燃料の供給を停止する（ステップ１１４）。その後、制御装置３０はステップ１１６以降の処理を実行する。
【００７１】
一方、制御装置３０は、その判定が２回目以降であれば「ＹＥＳ」と判定し、改質用燃料の供給を開始する（ステップ１１８）。その後、制御装置３０はステップ１２０以降の処理を実行する。
【００７２】
このような制御によれば、例えば図６に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達する前に、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火し、改質部２１の温度が降温して第２所定温度ＴＲ２に到達すると、燃焼部２５を燃焼用燃料で再着火する。この再着火した時点で、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温している場合、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達したと２回目の判定を行って、燃焼部２５の燃焼を維持したまま、改質部２１へ改質用燃料の供給を開始する。したがって、例えば、燃料電池システムの停止後まもなく運転を開始した場合など改質装置２０がまだ暖かい場合には、暖機時間を短縮することができる。なお、再着火した時点で、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温していない場合、上記と同様な処理が行われる。
【００７３】
次に、上述した燃料電池システムの作動の第３実施例（請求項５に対応する実施例）について図７および図８を参照して説明する。本第３実施例は、上述した第１実施例において、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火し、その後改質部２１の温度が降温して第２所定温度ＴＲ２に到達する前に、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温した場合に、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に到達した時点に、燃焼部２５を燃焼用燃料で再着火し改質部２１に改質用燃料の供給を開始するようにしたものである。
【００７４】
この場合、ステップ１１４とステップ１１６の間に、ステップ１４０を設ければよい。ステップ１４０は、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１以上であるか否かを判定するものである。
【００７５】
制御装置３０は、ステップ１４０にて、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１以上であれば「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２５を燃焼用燃料で再着火する（ステップ１０４，１０６）。その後、制御装置３０はステップ１０８以降の処理を実行する。一方、制御装置３０は、ステップ１４０にて、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１未満であれば「ＮＯ」と判定し、改質部温度が第２所定温度ＴＲ２まで降温したか否かを判定する（ステップ１１６）。その後、制御装置３０はその判定結果に応じた処理を上述のように実行する。
【００７６】
このような制御によれば、例えば図８に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１より低温の第２所定温度ＴＲ２まで降温する前に水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温すると、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部２５を再着火するので、改質部２１を不必要に降温することなく、起動時間を短縮することができる。
【００７７】
次に、上述した燃料電池システムの作動の第４実施例（請求項７，９に対応する実施例）について図９〜図１１を参照して説明する。本第４実施例は、上述した第１実施例において、改質部温度に対して第１所定温度ＴＲ１と第２所定温度ＴＲ２との間の温度である第３所定温度ＴＲ３を設定し、改質部温度と第３所定温度ＴＲ３の関係も考慮して改質装置２０の起動運転を実行する。
【００７８】
この場合、ステップ１１４とステップ１１６の間に、ステップ１４０に加えてステップ１４２を設ければよい。ステップ１４０は、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１以上であるか否かを判定するものである。ステップ１４２は、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３以下であるか否かを判定するものである。
【００７９】
制御装置３０は、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温する前に水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する場合、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温すると、水蒸気温度は水蒸気用所定温度ＴＳ１以上であるので、ステップ１４０，１４２でそれぞれ「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２５を燃焼用燃料で再着火する（ステップ１０４，１０６）。その後、制御装置３０はステップ１０８以降の処理を実行する。
【００８０】
なお、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１を超えると、制御装置３０は、ステップ１４０で「ＹＥＳ」と判定し、その後改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温するまでは、制御装置３０は、ステップ１４２で「ＮＯ」と判定し続ける。
【００８１】
このような制御によれば、図１０に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温する前に水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する場合、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温するのを待って、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部２５を再着火し改質部２１に改質用燃料の供給を開始する。これにより、改質部２１の温度を必ず第３所定温度ＴＲ３まで降温させて燃焼部２５を再着火するので、燃焼部２５に供給される可燃ガスが燃焼用燃料に比べて熱量が大きい改質ガスである場合の過燃焼による改質部２１の熱ダメージを抑制することができる。
【００８２】
また、制御装置３０は、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する前に改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温する場合には、先に改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温するが、水蒸気温度は水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温していないので、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に昇温するまでステップ１４０，１１６でそれぞれ「ＮＯ」と判定し続ける。そして、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に昇温すると、制御装置３０は、ステップ１４０，１４２でそれぞれ「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２５を燃焼用燃料で再着火する（ステップ１０４，１０６）。その後、制御装置３０はステップ１０８以降の処理を実行する。
【００８３】
このような制御によれば、図１１に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する前に改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温する場合には、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温するのを待って、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を開始し燃焼部２５を再着火し改質部２１に改質用燃料の供給を開始する。これにより、改質部２１の温度を必ず第３所定温度よりさらに降温させて燃焼部２５を再着火するので、燃焼部２５に供給される可燃ガスが燃焼用燃料に比べて熱量が大きい改質ガスである場合の過燃焼による改質部２１の熱ダメージを抑制することができる。また、改質部２１に水蒸気を確実に供給することができる。
【００８４】
次に、上述した燃料電池システムの作動の第５実施例（請求項４，６に対応する実施例）について図１２〜図１４を参照して説明する。本第５実施例は、上述した第３実施例において、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１より低温の第２所定温度ＴＲ２まで降温する前に水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温すると、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部２５を再着火する代わりに、改質部２１への改質用燃料を供給しその結果生成される改質ガス（燃料電池１０を通らない）で燃焼部２５を再着火する。
【００８５】
この場合、図７に示すフローチャートからステップ１１０を削除するとともに、ステップ１４０で「ＹＥＳ」と判定した場合、プログラムをステップ１０４に戻す代わりにステップ１１８に進めるとともに、ステップ１１８とステップ１２０の間にステップ１５０を追加する。ステップ１５０は、ステップ１０６と同様に燃焼部２５を着火するものである。
【００８６】
このような制御によれば、図１３に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１より低温の第２所定温度ＴＲ２まで降温する前に水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温すると、改質部２１への改質用燃料を供給しその結果生成される改質ガス（燃料電池１０を通らない）で燃焼部２５を再着火する。これにより、改質用燃料のみの使用で改質装置２０を起動することが可能となるので、燃焼用燃料を燃焼部２５に供給するための燃焼用燃料供給管４４，燃焼用燃料ポンプ４５，燃焼用燃料バルブ４６を削除することができるため、装置を簡素化することができる。ただし、改質用燃料ポンプ４２から燃焼部２５に燃料を供給するため（改質部２１と燃焼部２５を切り替えるため）のバルブが１個追加される。
【００８７】
また、図１４に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する前に改質部２１の温度が第２所定温度ＴＲ２まで降温する場合、改質部２１の温度が第２所定温度ＴＲ２まで降温した時点で、ステップ１１６で「ＹＥＳ」と判定し、燃焼用燃料で燃焼部２５を再着火する（ステップ１０４，１０６）。この再着火の後、制御装置３０は、改質部２１の温度が再び第１所定温度ＴＲ１まで昇温する前に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度Ｔｓ１以上となっている場合には、ステップ１１２で「ＹＥＳ」と判定し、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給のみを停止し（ステップ１１４。第２消火手段。）、その後、ステップ１４０で「ＹＥＳ」と判定し、改質部２１への改質用燃料を供給しその結果生成される改質ガス（燃料電池１０を通らない）で燃焼部２５を再着火する（ステップ１５０。第２再着火手段。）。これにより、改質部２１の温度を高く維持した状態で改質燃料を投入し、改質部２１のコーキングを抑制することができる。
【００８８】
次に、上述した燃料電池システムの作動の第６実施例（請求項８，１０に対応する実施例）について図１５〜図１７を参照して説明する。本第６実施例は、上述した第３実施例において、第１消火手段により燃焼部２５が消火された後に、燃焼部２５への燃焼用燃料の供給を再開し燃焼部２５を再着火する代わりに、改質部２１への改質用燃料を供給しその結果生成される改質ガス（燃料電池１０を通らない）で燃焼部２５を再着火する。
【００８９】
この場合、図９に示すフローチャートからステップ１１０を削除するとともに、ステップ１４２で「ＹＥＳ」と判定した場合、プログラムをステップ１０４に戻す代わりにステップ１１８に進めるとともに、ステップ１１８とステップ１２０の間にステップ１５０を追加する。ステップ１５０は、ステップ１０６と同様に燃焼部２５を着火するものである。
【００９０】
このような制御によれば、図１６に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温する前に水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温すると、改質部２１への改質用燃料を供給しその結果生成される改質ガス（燃料電池１０を通らない）で燃焼部２５を再着火する。これにより、改質部２１の温度を必ず第３所定温度ＴＲ３まで降温させて燃焼部２５を再着火するので、燃焼部２５に供給される可燃ガスが改質ガスである場合の過燃焼による改質部２１の熱ダメージを抑制することができる。これに加えて、改質用燃料のみの使用で改質装置２０を起動することが可能となるので、燃焼用燃料を燃焼部２５に供給するための燃焼用燃料供給管４４，燃焼用燃料ポンプ４５，燃焼用燃料バルブ４６を削除することができるため、装置を簡素化することができる。
【００９１】
また、図１７に示すように、制御装置３０は、燃焼部２５での燃焼を開始した後、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に到達すると、燃焼用燃料の供給を停止することにより燃焼部２５を消火した後に、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１まで昇温する前に改質部２１の温度が第２所定温度ＴＲ２まで降温する場合、改質部２１の温度が第２所定温度ＴＲ２まで降温した時点で、ステップ１１６で「ＹＥＳ」と判定し、燃焼用燃料で燃焼部２５を再着火する（ステップ１０４，１０６）。この再着火の後、制御装置３０は、改質部２１の温度が再び第１所定温度ＴＲ１まで昇温した時点で、水蒸気の温度が水蒸気用所定温度Ｔｓ１以上となっている場合には、ステップ１１２で「ＹＥＳ」と判定し、改質部２１の温度が第１所定温度まで昇温した時点に燃焼部への燃焼用燃料の供給のみを停止する（ステップ１１４。第２消火手段。）。これにより、改質部２１が降温するが水蒸気温度は水蒸気用所定温度Ｔｓ１以上であるので、制御装置３０はステップ１４０で「ＹＥＳ」と判定し、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温するまでステップ１４２で「ＮＯ」と判定し続ける。そして、改質部２１の温度が第３所定温度ＴＲ３まで降温すると、制御装置３０は、ステップ１４２で「ＹＥＳ」と判定し、改質部２１への改質用燃料を供給しその結果生成される改質ガス（燃料電池１０を通らない）で燃焼部２５を再着火する（ステップ１５０。第２再着火手段。）。
【００９２】
したがって、改質部２１の温度を必ず第３所定温度ＴＲ３よりさらに降温させて燃焼部２５を再着火するので、燃焼部２５に供給される可燃ガスが改質ガスである場合の過燃焼による改質部２１の熱ダメージをより抑制することができる。さらに、改質部２１の温度を高く維持した状態で改質燃料を投入し、改質部２１のコーキングを確実に防止することができる。
【００９３】
次に、上述した燃料電池システムの作動の第７実施例について図１８を参照して説明する。本第７実施例は、改質装置２０の起動運転が開始されて、改質部２１の温度が第１所定温度ＴＲ１に昇温する前に、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１に昇温する場合の制御である。
【００９４】
この場合、図１２に示すフローチャートにステップ１１０の処理をステップ１０８とステップ１１２の間に設ければよい。ステップ１１０は、水蒸気温度が水蒸気用所定温度ＴＳ１以上であるか否かを判定する処理である。ステップ１１０で「ＹＥＳ」と判定するとステップ１１２の処理をジャンプしてステップ１１４の処理を実行し、ステップ１１０で「ＮＯ」と判定するとステップ１１２の処理を実行する。また、ステップ１１２で「ＹＥＳ」と判定するとステップ１１４の処理を実行し、ステップ１１２で「ＮＯ」と判定するとプログラムをステップ１１０に戻してステップ１１０の処理を実行する。
【００９５】
なお、上述した各実施形態において、燃焼用燃料の供給停止と同時に燃焼用酸化剤ガスも供給停止し、その後、燃焼用酸化剤ガスのみ供給する場合、燃焼用酸化剤ガスの供給を停止する期間がある場合もある。
【００９６】
また、上述した各実施形態において、水蒸気温度が所定温度以上に上昇しない場合には、２回以上の再着火もある。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【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第１実施例のフローチャートである。
【図４】図３に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図５】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムの第２実施例のフローチャートである。
【図６】図５に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図７】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムの第３実施例のフローチャートである。
【図８】図７に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図９】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムの第４実施例のフローチャートである。
【図１０】図９に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１１】図９に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１２】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムの第５実施例のフローチャートである。
【図１３】図１２に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１４】図１２に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１５】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムの第６実施例のフローチャートである。
【図１６】図１５に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１７】図１５に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１８】図２に示す制御装置で実行される制御プログラムの第７実施例のフローチャートである。
【図１９】従来技術に示すフローチャートによる改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
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、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、４１…燃料供給管、４２…改質用燃料ポンプ、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、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、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】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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