(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を気化するための蒸気発生器と、
前記蒸気発生器の蒸気出口側に連通され、ガスの通過に伴い流動抵抗を生じさせる流動抵抗体と、
前記蒸気発生器の蒸気出口と前記流動抵抗体のガス入口との間にガスを供給可能なガス供給手段と、
前記ガス供給手段によるガス供給量を変化させ得るガス流量変更手段と、
前記蒸気発生器の液位を設定された上限又は下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激な該蒸気発生器による蒸気発生量の時間変化が要求される場合に、該蒸気発生量の増減要求に応じて前記ガス流量変更手段を制御する制御手段と、
を備えた蒸気供給装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されるように、前記ガス流量変更手段を制御する請求項１記載の蒸気供給装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されるように、前記ガス流量変更手段を制御する請求項１又は請求項２記載の蒸気供給装置。
【請求項４】
前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されるように、前記ガス流量変更手段を制御する蒸気放出モードと、
前記蒸気放出モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に前記蒸気発生器への前記液体の供給量が増加されるように、前記ガス流量変更手段及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、
を行い得る請求項１〜請求項３の何れか１項記載の蒸気供給装置。
【請求項５】
前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されるように、前記ガス流量変更手段を制御する蒸気放出抑制モードと、
前記蒸気放出抑制モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に前記蒸気発生器への前記液体の供給量が減少されるように、前記ガス流量変更手段及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、
を行い得る請求項１〜請求項４の何れか１項記載の蒸気供給装置。
【請求項６】
液体を気化するための蒸気発生器と、
前記蒸気発生器の蒸気出口側に連通され、ガスの通過に伴い流動抵抗を生じさせる流動抵抗体と、
前記蒸気発生器の蒸気出口と前記流動抵抗体のガス入口との間にガスを供給可能な第１のガス供給手段と、
前記第１のガス供給手段によるガス供給量を変化させ得る第１のガス流量変更手段と、
前記流動抵抗体のガス出口側にガスを供給可能な第２のガス供給手段と、
前記第２のガス供給手段によるガス供給量を変化させ得る第２のガス流量変更手段と、
前記蒸気発生器の液位を設定された上限又は下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激な該蒸気発生器による蒸気発生量の時間変化が要求される場合に、該蒸気発生量の増減要求に応じて、装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されつつ前記蒸気発生量が前記増減要求に応じて変化するように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する制御手段と、
を備えた蒸気供給装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に、装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する請求項６記載の蒸気供給装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記第１のガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に、装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する請求項６又は請求項７記載の蒸気供給装置。
【請求項９】
前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する蒸気放出モードと、
前記蒸気放出モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持され、かつ前記蒸気発生器への前記液体の供給量が増加されるように、前記第１のガス流量変更手段、前記第２のガス流量変更手段、及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、
を行い得る請求項６〜請求項８の何れか１項記載の蒸気供給装置。
【請求項１０】
前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する蒸気放出抑制モードと、
前記蒸気放出抑制モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持され、かつ前記蒸気発生器への前記液体の供給量が減少されるように、前記第１のガス流量変更手段、前記第２のガス流量変更手段、及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、
を行い得る請求項６〜請求項９の何れか１項記載の蒸気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を気化して発生した蒸気を供給するための蒸気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば供給された水を気化して得た水蒸気を供給する水蒸気供給装置において、下流側の水蒸気消費装置の要求により、水蒸気の発生量を変化させる場合がある。例えば水蒸気発生量を増加する場合、水蒸気の流量増加に伴う圧力損失の増加に伴って、蒸気発生器の圧力の上昇、すなわち蒸気発生を阻害する方向の変化（沸点の上昇）が生じる。
【０００３】
また、水蒸気分離器の圧力を一定に保つように、水蒸気ラインに設けた流量調整弁を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の技術では、電気ヒータでの加熱による水蒸気分離器からの水蒸気の供給量に見合う補給水が、常に該水蒸気分離器に供給されるようになっている。
【特許文献１】特開平８−２５０１４２明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、例えば水蒸気の増加要求に対し補給水の供給量及び電気ヒータによる加熱量を同時に増加させるため、蒸気発生量の増加までに要する時間が長く、水蒸気の供給量を急激に変化させることができない。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、蒸気発生量を急激に変化させることができる蒸気供給装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明に係る蒸気供給装置は、液体を気化するための蒸気発生器と、前記蒸気発生器の蒸気出口側に連通され、ガスの通過に伴い流動抵抗を生じさせる流動抵抗体と、前記蒸気発生器の蒸気出口と前記流動抵抗体のガス入口との間にガスを供給可能なガス供給手段と、前記ガス供給手段によるガス供給量を変化させ得るガス流量変更手段と、前記蒸気発生器の液位を設定された上限又は下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激な該蒸気発生器による蒸気発生量の時間変化が要求される場合に、該蒸気発生量の増減要求に応じて前記ガス流量変更手段を制御する制御手段と、を備えている。
【０００７】
請求項１記載の蒸気供給装置では、蒸気発生器で発生した蒸気は、単独で又はガス供給手段からのガスと共に、流動抵抗体を通過して蒸気の消費装置に供給される。このため、流動抵抗体の上下流で蒸気及びガスの流量に応じた圧力差が生じる。本蒸気供給装置では、制御手段が蒸気発生量の変化に応じて流量可変手段を制御することで、ガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間に供給されるガス量を調整して流動抵抗体上流側、すなわち蒸気発生器の圧力を制御することができる。この蒸気発生器の圧力を変化させることで蒸気発生器内の液体の沸点（蒸発に要する熱量）が変化されるので、蒸気発生量の急激な増減要求があった場合に、流量可変手段を制御して、蒸気発生器による蒸気発生量を要求に応じて急激に（応答良く）変化させることができる。
【０００８】
このように、請求項１記載の蒸気供給装置では、蒸気発生量を急激に変化させることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項１記載の蒸気供給装置において前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されるように、前記ガス流量変更手段を制御する。
【００１０】
請求項２記載の蒸気供給装置では、蒸気発生器による蒸気発生量の急激な（一時的な）増加要求がされた場合には、制御手段によるガス流量変更手段の制御によってガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が減少される。このため、蒸気発生器の圧力が低下され、蒸気発生器内の液体の沸点が低下するので、蒸気発生器内の過熱液が蒸気として短時間で放出される。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に増加される。
【００１１】
請求項３記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項１又は請求項２記載の蒸気供給装置において、前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されるように、前記ガス流量変更手段を制御する。
【００１２】
請求項３記載の蒸気供給装置では、蒸気発生器による蒸気発生量の急激な（一時的な）減少要求がされた場合には、制御手段によるガス流量変更手段の制御によってガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が増加される。このため、蒸気発生器の圧力が上昇され、蒸気発生器内の液体の沸点が上昇するので、蒸気発生器内の蒸気の一部（過冷却蒸気）が凝縮する。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に減少される。
【００１３】
請求項４記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の蒸気供給装置において、前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されるように、前記ガス流量変更手段を制御する蒸気放出モードと、前記蒸気放出モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に前記蒸気発生器への前記液体の供給量が増加されるように、前記ガス流量変更手段及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、を行い得る。
【００１４】
請求項４記載の蒸気供給装置では、制御手段は、蒸気発生量の急激な（一時的な）増加要求がされた場合に、蒸気放出モードを実行する。蒸気放出モードでは、制御手段によるガス流量変更手段の制御によってガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が減少される。このため、蒸気発生器の圧力が低下され、蒸気発生器内の液体の沸点が低下するので、蒸気発生器内の過熱液が蒸気として短時間で放出される。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に増加される。
【００１５】
また、制御手段は、蒸気放出モードの実行後、回復モードを実行する。回復モードでは、制御手段によるガス流量変更手段及び液体供給手段の制御によって、ガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が増加されると共に、蒸気発生器への液供給量が増加される。このため、蒸気発生器の圧力が蒸気放出モードと比較して上昇し、蒸気発生器内の蒸気の一部（過冷却蒸気）が凝縮して蒸気発生器内の液量が短時間で増す。すなわち、蒸気の発生を維持ししつつ、蒸気発生器内の液量を蒸気放出モード実行前の定常量まで短時間で回復させることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の蒸気供給装置において、前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されるように、前記ガス流量変更手段を制御する蒸気放出抑制モードと、前記蒸気放出抑制モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に前記蒸気発生器への前記液体の供給量が減少されるように、前記ガス流量変更手段及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、を行い得る。
【００１７】
請求項５記載の蒸気供給装置では、制御手段は、蒸気発生量の急激な（一時的な）減少要求がされた場合に、蒸気放出抑制モードを実行する。蒸気放出抑制モードでは、制御手段によるガス流量変更手段の制御によってガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が増加される。このため、蒸気発生器の圧力が上昇され、蒸気発生器内の蒸気の露点が上昇するので、蒸気発生器内の飽和蒸気が液化して短時間で蒸気放出が抑制される。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に減少される。
【００１８】
また、制御手段は、蒸気放出抑制モードの実行後、回復モードを実行する。回復モードでは、制御手段によるガス流量変更手段及び液体供給手段の制御によって、ガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が減少されると共に、蒸気発生器への液供給量が減少される。このため、蒸気発生器の圧力が蒸気放出モードと比較して低下し、蒸気発生器内の過熱液の一部が蒸発して蒸気発生器内の液量が短時間で減少する。すなわち、蒸気の発生を増加させつつ、蒸気発生器内の液量を蒸気放出抑制モード実行前の定常量まで短時間で回復させることができる。
【００１９】
請求項６記載の発明に係る蒸気供給装置は、液体を気化するための蒸気発生器と、前記蒸気発生器の蒸気出口側に連通され、ガスの通過に伴い流動抵抗を生じさせる流動抵抗体と、前記蒸気発生器の蒸気出口と前記流動抵抗体のガス入口との間にガスを供給可能な第１のガス供給手段と、前記第１のガス供給手段によるガス供給量を変化させ得る第１のガス流量変更手段と、前記流動抵抗体のガス出口側にガスを供給可能な第２のガス供給手段と、前記第２のガス供給手段によるガス供給量を変化させ得る第２のガス流量変更手段と、前記蒸気発生器の液位を設定された上限又は下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激な該蒸気発生器による蒸気発生量の時間変化が要求される場合に、該蒸気発生量の増減要求に応じて、装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されつつ前記蒸気発生量が前記増減要求に応じて変化するように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する制御手段と、を備えている。
【００２０】
請求項６記載の蒸気供給装置では、蒸気発生器で発生した蒸気は、単独で又はガス供給手段からのガスと共に、流動抵抗体を通過して蒸気の消費装置に供給される。このため、流動抵抗体の上下流で蒸気の流量に応じた圧力差が生じる。本蒸気供給装置では、制御手段が蒸気発生量の変化に応じて第１及び第２の流量可変手段をそれぞれ制御することで、ガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間に供給されるガス量を調整して流動抵抗体上流側すなわち蒸気発生器の圧力を制御しつつ、装置出口での蒸気濃度（蒸気とガスとの混合器に対する蒸気の濃度）を所定の濃度に維持することができる。蒸気発生器の圧力を変化させることで蒸気発生器内の液体の沸点（蒸発に要する熱量）が変化されるので、蒸気発生量の急激な増減要求があった場合に、第１及び第２の流量可変手段をそれぞれ制御して、装置出口での蒸気濃度を維持しつつ蒸気発生器による蒸気発生量を要求に応じて急激に（応答良く）変化させることができる。
【００２１】
このように、請求項６記載の蒸気供給装置では、蒸気発生量を急激に変化させることができる。
【００２２】
請求項７記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項６記載の蒸気供給装置において、前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に、装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する。
【００２３】
請求項７記載の蒸気供給装置では、蒸気発生器による急激な（一時的な）蒸気発生量の増加要求がされた場合には、制御手段による第１のガス流量変更手段の制御によって第１のガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が減少されると共に、制御手段による第２のガス流量変更手段の制御によって第２のガス供給手段によるガス供給量が増加される。これにより、装置出口での蒸気濃度が所定濃度に維持されつつ蒸気発生器内の圧力が低下され、蒸気発生器内の液体の沸点が低下するので、蒸気発生器内の過熱液が蒸気として短時間で放出される。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に増加される。
【００２４】
請求項８記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項６又は請求項７記載の蒸気供給装置において、前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記第１のガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に、装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する。
【００２５】
請求項８記載の蒸気供給装置では、蒸気発生器による急激な（一時的な）蒸気発生量の減少要求がされた場合には、制御手段による第１のガス流量変更手段の制御によって第１のガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が増加されると共に、制御手段による第２のガス流量変更手段の制御によって第２のガス供給手段によるガス供給量が減少される。これにより、装置出口での蒸気濃度が所定濃度に維持されつつ蒸気発生器内の圧力が上昇され、蒸気発生器内の液体の沸点が上昇するので、蒸気発生器内の蒸気の一部（過冷却蒸気）が凝縮する。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に減少される。
【００２６】
請求項９記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項６〜請求項８の何れか１項記載の蒸気供給装置において、前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記下限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を増加させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する蒸気放出モードと、前記蒸気放出モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持され、かつ前記蒸気発生器への前記液体の供給量が増加されるように、前記第１のガス流量変更手段、前記第２のガス流量変更手段、及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、を行い得る。
【００２７】
請求項９記載の蒸気供給装置では、制御手段は、蒸気発生量の急激な（一時的な）増加要求がされた場合に、蒸気放出モードを実行する。蒸気放出モードでは、制御手段による第１のガス流量変更手段の制御によって第１のガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が減少されると共に、制御手段による第２のガス流量変更手段の制御によって第２のガス供給手段によるガス供給量が増加される。これにより、装置出口での蒸気濃度が所定濃度に維持されつつ蒸気発生器内の圧力が低下され、蒸気発生器内の液体の沸点が低下するので、蒸気発生器内の過熱液が蒸気として短時間で放出される。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に増加される。
【００２８】
また、制御手段は、蒸気放出モードの実行後、回復モードを実行する。回復モードでは、制御手段による第１のガス流量変更手段、前記第２のガス流量変更手段、及び液体供給手段の制御によって、第１のガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が増加されると共に第２のガス供給手段によるガス供給量が減少され、かつ蒸気発生器への液供給量が増加される。このため、装置出口での蒸気濃度は所定の濃度に維持されたまま、蒸気発生器の圧力が蒸気放出モードと比較して上昇し、蒸気発生器内の蒸気の一部（過冷却蒸気）が凝縮して蒸気発生器内の液量が短時間で増す。すなわち、蒸気の発生を維持ししつつ、蒸気発生器内の液量を蒸気放出モード実行前の定常量まで短時間で回復させることができる。
【００２９】
請求項１０記載の発明に係る蒸気供給装置は、請求項６〜請求項９の何れか１項記載の蒸気供給装置において、前記蒸気発生器に前記液体を供給するための液体供給手段をさらに備え、前記制御手段は、前記蒸気発生器の液位を前記上限まで前記ガス供給手段の応答時間で変化させる程度に急激に前記蒸気発生器による蒸気発生量を減少させる要求に対し、前記ガス供給手段によるガス供給量が増加されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持されるように、前記第１のガス流量変更手段及び前記第２のガス流量変更手段を制御する蒸気放出抑制モードと、前記蒸気放出抑制モードの実行後に、前記ガス供給手段によるガス供給量が減少されると共に装置出口での蒸気濃度が所定の濃度に維持され、かつ前記蒸気発生器への前記液体の供給量が減少されるように、前記第１のガス流量変更手段、前記第２のガス流量変更手段、及び前記液体供給手段を制御する回復モードと、を行い得る。
【００３０】
請求項１０記載の蒸気供給装置では、制御手段は、蒸気発生量の急激な（一時的な）減少要求がされた場合に、蒸気放出抑制モードを実行する。蒸気放出抑制モードでは、制御手段による第１のガス流量変更手段の制御によって第１のガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が増加されると共に、制御手段による第２のガス流量変更手段の制御によって第２のガス供給手段によるガス供給量が減少される。これにより、装置出口での蒸気濃度が所定濃度に維持されつつ蒸気発生器内の圧力が上昇され、蒸気発生器内の蒸気の露天が上昇するので、蒸気発生器内の飽和蒸気が液化して短時間で蒸気放出が抑制される。すなわち、蒸気発生器による蒸気発生量が急激に減少される。
【００３１】
また、制御手段は、蒸気放出抑制モードの実行後、回復モードを実行する。回復モードでは、制御手段による第１のガス流量変更手段、前記第２のガス流量変更手段、及び液体供給手段の制御によって、第１のガス供給手段による蒸気発生器と流動抵抗体との間へのガス供給量が減少されると共に第２のガス供給手段によるガス供給量が増加され、かつ蒸気発生器への液供給量が減少される。このため、装置出口での蒸気濃度は所定の濃度に維持されたまま、蒸気発生器の圧力が蒸気放出モードと比較して低下し、蒸気発生器内の蒸気の一部（過熱液）が蒸発して蒸気発生器内の液量が短時間で減少する。すなわち、蒸気の発生を維持ししつつ、蒸気発生器内の液量を蒸気放出モード実行前の定常量まで短時間で回復させることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明に係る蒸気供給装置は、蒸気発生量を急激に変化させることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の第１の実施形態に係る蒸気供給装置１０について、図１〜図９に基づいて説明する。先ず、蒸気供給装置１０の全体構成を説明し、次いで、蒸気供給装置１０を燃料電池システム１００に適用した適用例を説明し、この適用例における蒸気供給装置１０作用効果を説明することとする。
【００３４】
（蒸気供給装置の全体構成）
図１には、蒸気供給装置１０のシステム構成図が示されている。この図１に示される如く、蒸気供給装置１０は、蒸気発生器１２を備えている。蒸気発生器１２は、液体タンク１４から液供給手段としてのポンプ１６によって供給されてきた液体を蒸発させ、蒸気を発生するように構成されている。この実施形態では、蒸気発生器１２は、加熱（潜熱の供給）により液体を気化させる加熱式の蒸発器とされている。この蒸気発生器１２で発生された蒸気は、蒸気供給ライン１８によって、図示しない蒸気消費装置に供給されるようになっている。すなわち、蒸気供給ライン１８の下流端１８Ａが本発明における装置出口に相当する。
【００３５】
蒸気供給ライン１８上には、流動抵抗体２０が直列に配置されている。流動抵抗体２０は、例えば多孔体、焼結体として構成されたり、繊維状の充填物やフィルタとして形成されたりした抵抗体本体がケース内に配設されて構成されており、通過するガスの流量に応じた圧力損失を生じさせるようになっている。このような流動抵抗体２０を構成する上記の抵抗体本体やケースは、例えば金属やセラミック等の耐熱材料にて構成されている。
【００３６】
また、蒸気供給ライン１８における蒸気発生器１２の蒸気出口１２Ａと流動抵抗体２０のガス入口２０Ａとの間には、第１ガス供給ライン２２が合流している。第１ガス供給ライン２２の上流端には、第１ガス供給装置２４のガス供給口２４Ａが接続されている。また、第１ガス供給ライン２２における第１ガス供給装置２４のガス供給口２４Ａと蒸気供給ライン１８との合流部Ｊ１との間には、第１のガス流量変更手段としての流量制御弁２６が配設されている。流量制御弁２６は、後述するコントローラ３６に制御されて合流部Ｊ１に供給するガスの流量を変更（増減）させるようになっている。
【００３７】
一方、蒸気供給ライン１８における流動抵抗体２０のガス出口２０Ｂよりも下流側部分には、第２ガス供給ライン２８が合流している。第２ガス供給ライン２８の上流端には、第２ガス供給装置３０のガス供給口３０Ａが接続されている。また、第２ガス供給ライン２８における第２ガス供給装置３０のガス供給口３０Ａと蒸気供給ライン１８との合流部Ｊ２との間には、第２のガス流量変更手段としての流量制御弁３２が配設されている。流量制御弁３２は、後述するコントローラに制御されて合流部Ｊ１に供給するガスの流量を変更させるようになっている。第１ガス供給装置２４、第２ガス供給装置３０は、例えばブロアやコンプレッサ等の起風装置、ガスボンベ等のガス貯蔵器として構成されている。
【００３８】
また、蒸気供給装置１０は、蒸気供給ライン１８における合流部Ｊ２の下流側に直列に設けられた混合器３４を備えている。混合器３４は、蒸気発生器１２で発生された蒸気と、第１ガス供給ライン２２、第２ガス供給ライン２８から蒸気供給ライン１８に合流されたガスとが通過に伴って略均一に混合されるように構成されている。したがって、本蒸気供給装置１０は、蒸気とガスとの混合気を蒸気消費装置に供給する構成とされている。具体的には蒸気供給装置１０は、例えば、燃料蒸気と空気との混合気を燃焼器に供給したり、水蒸気と炭化水素等の改質原料ガスとの混合気を改質型水素発生装置に供給したり、加湿用の水蒸気とカソード空気又はアノード用の水素との混合気を燃料電池に供給したりする用途に適用することができる。別の見方をすれば、蒸気供給装置１０は、蒸気を含む混合気消費装置に混合気を供給するための混合気供給装置であると把握することができる。
【００３９】
そして、蒸気供給装置１０は、上に例示した如き各種の蒸気消費装置に供給する蒸気量を変化させ得る構成とされている。すなわち、蒸気供給装置１０は、蒸気消費装置からの要求蒸気量（の変化）に応じた量の蒸気を供給するようになっている。具体的には、蒸気供給装置１０は、制御手段としてのコントローラ３６を備えている。コントローラ３６は、蒸気発生器１２での加熱量、及び蒸気の原料である液体の蒸気発生器１２への供給量及び変化させるために、蒸気発生器１２及びポンプ１６を制御し、また蒸気発生器１２で発生する蒸気量に応じて蒸気供給ライン１８へのガス供給量を変化させるために流量制御弁２６、３２を制御するように構成されている。
【００４０】
この実施形態では、コントローラ３６は、蒸気消費装置側からの蒸気消費量の増減要求に応じて蒸気発生器１２の蒸気生成量を制御する通常モードと、一時的な蒸気急増要求に応じて蒸気放出量を一時的に急増させる蒸気放出モードと、蒸気放出モードで減少した蒸気発生器１２内の液量を回復させる液量回復モードとを実行し得る構成とされている。
【００４１】
通常モードでは、コントローラ３６は、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが略一定になる（所定の範囲内にある）ように、かつ蒸気消費装置に供給される混合気の蒸気濃度（分圧）が略一定になるように、流量制御弁２６、３２を制御する構成とされている。このため、コントローラ３６は、蒸気発生器１２（図示しないヒータ）、ポンプ１６、流量制御弁２６、３２と電気的に接続されると共に、流動抵抗体２０の内部圧力Ｐｉｎに応じた信号を出力する圧力計（センサ）３８に電気的に接続されている。また、この実施形態では、コントローラ３６は、流動抵抗体２０の内部温度Ｔｉｎに応じた信号を出力する温度計（センサ）４０にも電気的に接続されている。さらに、コントローラ３６は、液量回復モードを実行するために、蒸気発生器１２の蒸気流量（単位時間当たりの発生蒸気量）に応じた信号を出力する蒸気流量計４２に電気的に接続されている。
【００４２】
通常モードでコントローラ３６は、蒸気消費装置から蒸気流量Ｖｓの増加要求を受けた場合には、基本的に、要求された蒸気流量Ｖｓの増加分ΔＶｓｉに応じた分だけ、蒸気発生器１２への液体供給量Ｖｐが増すようにポンプ１６を制御すると共に、要求された蒸気流量Ｖｓの増加分ΔＶｓｉの分だけ、蒸気発生器１２と流動抵抗体２０との間の合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１が減少するように流量制御弁２６を制御する構成とされている。これにより蒸気供給装置１０では、発生蒸気量の増加に伴う流動抵抗体２０での圧力損失の増大が相殺され、蒸気発生器１２の圧力Ｐｉｎが略一定に保たれるようになっている。
【００４３】
また、通常モードでコントローラ３６は、蒸気消費装置から蒸気流量Ｖｓの増加要求を受けた場合には、基本的に、要求された蒸気流量Ｖｓの増加割合（（Ｖｓ＋ΔＶｓｉ）／Ｖｓ）と略同じ割合で、合流部Ｊ１及び合流部Ｊ２から蒸気供給ライン１８に供給される総ガス量（Ｖ１＋Ｖ２）が増加するように、流量制御弁２６、３２を制御する構成とされている。すなわち、合流部Ｊ１でのガス供給量Ｖ１が上記の通り制限されている蒸気供給装置１０では、蒸気供給ライン１８全体での総ガス供給量（Ｖ１＋Ｖ２）は、流量制御弁３２の制御による合流部Ｊ２へのガス供給量Ｖ２によって調整されるようになっている。
【００４４】
一方、通常モードでコントローラ３６は、蒸気消費装置から蒸気流量Ｖｓの減少要求を受けた場合には、基本的に、要求された蒸気流量Ｖｓの減少分ΔＶｓｉに応じた分だけ、蒸気発生器１２への液体供給量Ｖ１が減るようにポンプ１６を制御すると共に、要求された蒸気流量Ｖｓの減少分ΔＶｓｉの分だけ、蒸気発生器１２と流動抵抗体２０との間の合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１が増加するように流量制御弁２６を制御する構成とされている。これにより蒸気供給装置１０では、発生蒸気量の減少に伴う流動抵抗体２０での圧力損失の減少が相殺され、蒸気発生器１２の圧力Ｐｉｎが略一定に保たれるようになっている。
【００４５】
また、通常モードでコントローラ３６は、蒸気消費装置から蒸気流量Ｖｓの減少要求を受けた場合には、基本的に、要求された蒸気流量Ｖｓの減少割合（（Ｖｓ−ΔＶｓｉ／Ｖｓ）と略同じ割合で、合流部Ｊ１及び合流部Ｊ２から蒸気供給ライン１８に供給される総ガス量（Ｖ１＋Ｖ２）が減少するように、流量制御弁２６、３２を制御する構成とされている。すなわち、合流部Ｊ１でのガス供給量Ｖ１が上記の通り制限されている蒸気供給装置１０では、蒸気供給ライン１８全体での総ガス供給量（Ｖ１＋Ｖ２）は、流量制御弁３２の制御による合流部Ｊ２へのガス供給量Ｖ２によって調整されるようになっている。
【００４６】
流量制御弁２６に対する制御による合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１の変化量のコントローラ３６による求め方について補足する。合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１の変化分をΔＶ１とすると、変化後のガス供給量（Ｖ１＋ΔＶ１）は、以下に示す式（１）の如く、変化前のガス供給量Ｖ１、変化後のポンプ１６による変化後の液体供給量（Ｖｐ＋ΔＶｐ）（蒸気発生器１２での蒸気発生量（Ｖｓ＋ΔＶｓｉ）としても良い）、蒸気発生器１２の内部温度Ｔｉｎ、及び蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔと現実の内部圧力Ｐｉｎとの差分ｅの関数とされる。
Ｖ１＋ΔＶ１＝ｆ（Ｖ１、（Ｖｓ＋ΔＶｓｉ）、Ｔｉｎ、ｅ）            （１）
【００４７】
より具体的には、流動抵抗体２０を通過するガスの流量Ｖと圧力損失ΔＰとの図３（Ｂ）に示す線図Ｒの如き関係がわかっていれば、蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔと現実の内部圧力Ｐｉｎとの差分から合流部Ｊ１へのガス供給量の増加分ΔＶ１を得ることができる。ここでは、流動抵抗体２０を通過するガスの流量Ｖと圧力損失ΔＰとの関係は、流動抵抗体２０を図３（Ｂ）に示す如く多数の細孔２０Ｃが形成された抵抗体本体２０Ｄを内蔵するモデルとした場合の流動抵抗体２０を通過するガスの流量Ｖと圧力損失ΔＰとの関係を以下の如く例示する。
【００４８】
流動抵抗体２０の圧力損失ΔＰは、以下の式（２）に示される如く、多数の細孔２０Ｃの通過に伴う損失（微細流路内部損失）ΔＰｃ、多数の細孔２０Ｃへのガス流入に伴う損失（縮小損失）ΔＰｉｎ、多数の細孔２０Ｃからのガス流出に伴う損失（拡大損失）ΔＰｏｕｔの和として把握することができる。
ΔＰ＝ΔＰｃ＋ΔＰｉｎ＋ΔＰｏｕｔ                              （２）
【００４９】
微細流路内部損失ΔＰｃは、流動抵抗体２０を通過する混合気の密度をρ，抵抗体本体２０Ｄの長さをＬ、多数の細孔２０Ｃを通過する混合気の流速、動粘性係数をそれぞれｕ、ν、各細孔２０Ｃの直径をｄｅ、蒸気供給ライン１８の内径（流動抵抗体２０を構成するケースの直径）をＤｅ、レイノルズ数をＲｅ（＝ｕ×ｄｅ／ν）としてｆ＝（６４／Ｒｅ）とすると、以下の式（３）から得ることができる。なお、流速ｕは、流動抵抗体２０を通過する蒸気の流量（Ｖｓ＋ΔＶｓｉ）、ガスの流量Ｖ１と、流路形状とから算出することができる。また、説明は省略するが、密度ρ、レイノルズ数Ｒｅ（動粘性係数ν）は、温度Ｔｉｎの関数でもあり、温度計４０からの信号に応じて選択又は算出される。
ΔＰｃ＝（ρ×Ｌ×ｕ２）×ｆ／（２×ｄｅ）                      （３）
【００５０】
また、抵抗体本体２０Ｄの収縮係数をＣｃ（ε）、開口比をεとすると、縮小損失ΔＰｉｎ、拡大損失ΔＰｏｕｔは、以下の式（４）、（５）からそれぞれ得ることができる。
ΔＰｉｎ＝１／２×ρ×ｕ２×｛（１／Ｃｃ（ε）−１）｝２        （４）
ΔＰｏｕｔ＝１／２×ρ×ｕ２×（１−ε）２                      （５）
【００５１】
以上により、式（２）で示す流動抵抗体２０の流量Ｖと圧力損失ΔＰとの関係を算出することができるので、蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔと現実の内部圧力Ｐｉｎとの差分ｅによりガス供給量の変化分ΔＶ１を得ることができる。なお、例えば略一定の運転温度で運転される用途においては、図３（Ｂ）に示す如き流量Ｖと圧力損失ΔＰとの関係をコントローラ３６に記憶させておいても良い。
【００５２】
また、蒸気放出モードでは、コントローラ３６は、図８（Ａ）に示されるように、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎの制御目標値Ｐｔが、通常モード及び液量回復モードでの内部圧力の目標値Ｐｔ（以下、内部圧力Ｐｔ２という）よりも低いＰｔ１になり、かつ蒸気消費装置に供給される混合気の蒸気濃度（分圧）が略一定になるように、流量制御弁２６、３２を制御する構成とされている。これにより、蒸気放出モードの蒸気供給装置１０では、主に蒸気発生器１２の内部圧力低下（Ｐｔ２−Ｐｔ１）に基づく液体の沸点低下（過熱液の増加）分だけ、一時的に蒸気発生量を増す構成とされている。なお、蒸気放出モードでの内部圧力Ｐｔ１（の下限）は、任意の圧力とすることができるが、この実施形態では、予め設定された一定値とされている。
【００５３】
一方、液量回復モードでは、コントローラ３６は、蒸気発生器１２への液体供給量が増加されるようにポンプ１６を制御すると共に、蒸気発生器１２の内部圧力がＰｔ１よりも上昇し、かつ蒸気消費装置に供給される混合気の蒸気濃度（分圧）が略一定になるように、流量制御弁２６、３２を制御する構成とされている。したがって、液量回復モードでは、蒸気発生器１２からの所定の（通常モードで要求される）蒸気供給量が維持されながら、蒸気発生器１２の貯液量（液位）が増すようになっている。
【００５４】
（燃料電池システムへの適用例）
図２には、蒸気供給装置１０の燃料電池システム１００への適用例が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、蒸気供給装置１０は、燃料電池１０２に対し水素を高濃度で含む燃料ガスを供給するための燃料供給装置１０４の一部を構成している。燃料供給装置１０４は、炭化水素（例えば、プロパンやブタンなど）を主成分とする燃料を、水蒸気改質反応及び部分酸化反応を含む改質反応によって水素及び一酸化炭素を含む改質ガスに改質する改質反応部１０６を含んで構成されている。そして、蒸気供給装置１０は、液体タンク１４に貯留された水から蒸気発生器１２にて水蒸気を発生させ、この水蒸気にブロアである第１ガス供給装置２４、第２ガス供給装置３０からの空気を混合し、水蒸気改質反応に供される水蒸気と部分酸化反応に供される空気との混合気を燃料供給装置１０４の改質反応部１０６に供給する構成とされている。
【００５５】
また、図２に示される如く、燃料供給装置１０４は、水ポンプ１０８による液体タンク１４からの水を改質ガスに噴霧して水蒸気と改質ガスとからなる混合ガスとすると共に所定範囲の温度に混合ガスを冷却する熱交換部１１０と、混合ガス中の一酸化炭素をシフト反応により水素と二酸化炭素とにシフトするシフト反応部１１２と、シフト反応部１１２ではシフトできなかった一酸化炭素をブロア１１４により供給される空気中の酸素を用いて酸化して水素リッチで一酸化炭素濃度が低い燃料ガスとする一酸化炭素浄化部１１６とを備える。燃料供給装置１０４は、一酸化炭素浄化部１１６の出口ガスを上記した燃料ガスとして燃料電池１０２に供給するようになっている。
【００５６】
図２に示される如く、蒸気供給装置１０の混合器３４には、燃料ポンプ１１８により燃料タンク１２０から炭化水素系燃料が供給されるようになっている。燃料は、図示しないインジェクタ等により混合器３４に噴霧されても良く、図示しない気化器にて気化されたのちに混合器３４に供給されても良い。したがって、蒸気供給装置１０の混合器３４は、燃料、水蒸気、空気が混合された改質原料ガスを、燃料供給装置１０４の改質反応部１０６に供給する構成とされている。
【００５７】
蒸気供給装置１０のコントローラ３６は、燃料電池システム１００の全体を制御するメインコントローラから要求される水蒸気量に基づいて、通常モードにおいて水蒸気濃度を略一定に維持しつつ水蒸気発生量を増減させるようになっている。また、コントローラ３６は、メインコントローラからのヒートスポット冷却要求に基づいて、蒸気放出モードを実行し、その後、液量回復モードを実行する構成とされている。
【００５８】
ここで、ヒートスポットについて補足する。燃料電池システム１００の燃料供給装置１０４では、発熱反応を伴う改質反応部１０６及びシフト反応部１１２でヒートスポットを生じ得る。改質反応部１０６では、部分酸化反応、シフト反応、メタネーション反応等の発熱反応と、吸熱反応である水蒸気改質反応とが並行して進む。水蒸気改質反応は、発熱反応で発生した熱の一部を利用することで反応を維持する。一方、部分酸化反応は、水蒸気改質反応を含む改質反応を維持し得る温度において、発熱量と吸熱量とがバランスするように供給される空気量が制御されている（蒸気供給装置１０により水蒸気と空気との混合気の水蒸気濃度が一定とされている）。しかしながら、水蒸気改質反応に対し部分酸化反応の反応速度が速いため、ガス流れ方向における両反応の分布は完全に一致することはなく、反応速度の速い部分酸化反応が集中する改質反応部１０６の入口側において強い温度分布が発生する。ところで、燃料電池１０２による発電量の増加時には、燃料電池１０２からの燃料ガスの供給量増加要求に対し、改質原料（燃料、水蒸気、空気）の燃料供給装置１０４への供給量の増加制御が行われる。この反応量変化の過渡期においても、上記の通り水蒸気改質反応よりも部分酸化反応の反応速度が速いため、改質反応部１０６での反応が定常状態に至るまでに一時的な熱量のアンバランスが発生し、部分酸化反応が集中する改質反応部１０６の入口付近で局部的に温度の高い部分すなわちヒートスポットが生じる場合がある。
【００５９】
一方、シフト反応部１１２においては、シフト反応、メタネーション反応等の発熱反応が進行し、これら発熱反応により生じた熱は改質ガス（と水蒸気との混合ガス）の温度上昇（顕熱）により吸収されることで、所定の温度範囲でシフト反応が維持される。これにより、混合ガス中の一酸化炭素の濃度が低減される。このシフト反応部１１２の上流側に位置する改質反応部１０６において、燃料と水蒸気との供給量の変化速度の差に起因してＳ／Ｃ比（炭化水素ガス中のカーボン量に対する水蒸気量）が一時的に低下する（水蒸気が不足する）場合がある。この場合、改質反応部１０６の出口における一酸化炭素の濃度は一時的に増加するので、シフト反応部１１２において発熱量が吸熱量を上回ることとなり、該シフト反応部１１２に高温部分すなわちヒートスポットが生じ得る。
【００６０】
燃料電池システム１００のメインコントローラは、改質反応部１０６、シフト反応部１１２でヒートスポットを検出した場合、ヒートスポットの発生を予測した場合、又はヒートスポットの発生確率が高い運転条件の場合（例えば発電量を増加する際の過渡期等）等に、蒸気供給装置１０のコントローラ３６に対しヒートスポット冷却要求を出力するようになっている。
【００６１】
次に、第１の実施形態の作用について、図４〜図６に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００６２】
上記構成の燃料電池システム１００に適用された蒸気供給装置１０では、運転開始後、コントローラ３６は、図４に示される如く、ステップＳ１００で、メインコントローラからヒートスポットの冷却要求がされているか否かを判断する。メインコントローラからヒートスポットの冷却要求がされていないと判断したコントローラ３６は、ステップＳ１０２で蒸気発生器１２の内部圧力の目標値ＰｔをＰｔ２としてステップＳ１０４に進み、通常モードの制御を実行する。
【００６３】
一方、コントローラ３６は、メインコントローラからヒートスポットの冷却要求がされていると判断した場合には、ステップＳ１０６で蒸気発生器１２の内部圧力の目標値ＰｔをＰｔ１としてステップＳ１０８に進み、蒸気放出モードの制御を実行する。さらに、コントローラ３６は、蒸気放出モードの制御の実行後、ステップＳ１１０で蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔの設定値をＰｔ２としてステップＳ１１２に進み、液量回復モードの制御を実行する。コントローラ３６は、ステップＳ１０４又はステップＳ１１２の実行後、ステップＳ１００に戻る。以下、通常モード、蒸気放出モード、液量回復モードの各制御について説明する。
【００６４】
（通常モード）
通常モードでは、図５に示されるフローが実行される。すなわち、通常モードにおいてコントローラ３６は、ステップＳ１０で、蒸気供給対象である蒸気消費装置から要求蒸気量、濃度に応じた情報を受け取る。次いでコントローラ３６は、ステップＳ１２に進み、要求蒸気量、濃度に応じてポンプ１６による蒸気発生器１２への供給液量、ステップＳ１２での加熱量、流動抵抗体２０の上下流の合流部Ｊ１、Ｊ２への供給ガス量をそれぞれ算出する。なお、ステップＳ１２での処理には、各制御量の算出に必要な情報（例えば温度Ｔｉｎの入力）が含まれる。そして、ステップＳ１４では、ステップＳ１２で算出した供給液量、加熱量、及び合流部Ｊ１、Ｊ２への供給ガス量に基づいて、ポンプ１６、流量制御弁２６、流量制御弁３２、ステップＳ１２のヒータへの給電量に応じた信号を出力する。これにより、蒸気供給装置１０は、要求蒸気量、濃度の蒸気とガスとの混合器を生成し、蒸気消費装置に供給する。
【００６５】
コントローラ３６は、ステップＳ１６で圧力計３８からの信号を入力し、ステップＳ１８で、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが目標値Ｐｔの９０％を下回っているか否かを判断する。蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが目標値Ｐｔの９０％を下回っていると判断した場合には、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、流量制御弁２６、３２を制御して合流部Ｊ１への供給ガス量を増してＰｉｎを上昇させる一方、合流部Ｊ２への供給ガス量を減少して、蒸気供給ライン１８へのトータルでのガス供給量を維持する。
【００６６】
コントローラ３６は、ステップＳ１８において蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが目標値Ｐｔの９０％以上であると判断した場合には、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが目標値Ｐｔの１１０％を上回っているか否かを判断する。蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが目標値Ｐｔの１１０％を上回っていると判断した場合には、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、流量制御弁２６、３２を制御して合流部Ｊ１への供給ガス量を減じてＰｉｎを低減させる一方、合流部Ｊ２への供給ガス量を増して、蒸気供給ライン１８へのトータルでのガス供給量を維持する。
【００６７】
コントローラ３６は、ステップＳ２４において蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが目標値Ｐｔの１１０％以下であると判断した場合には、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、コントローラ３６による制御の終了条件が成立したか否かを判断する。コントローラ３６による制御の終了条件が成立したと判断した場合には、本制御を終了し、コントローラ３６による制御の終了条件が成立していないと判断した場合には、ステップＳ１０に戻る。
【００６８】
ステップＳ１０でコントローラ３６は、蒸気消費装置から要求蒸気量、濃度に応じた情報を再度受け取る。したがって、供給蒸気量の変動が生じた場合には、ステップＳ１０で入力された情報が前回の情報とは異なり、ステップＳ１２では、変更された要求蒸気量に応じて蒸気発生器１２への供給液量、加熱量、及び合流部Ｊ１、Ｊ２への供給ガス量が算出される。この際、合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１の変化分ΔＶ１は、上記した通り図３に示す圧力差を解消するだけのガス流量の変化分として算出され、さらにこのように変化した合流部Ｊ１へのガス供給量（Ｖ１＋ΔＶ１）を用いて、蒸気濃度を維持するために合流部Ｊ２に供給される要求蒸気量の変化に応じたガス量Ｖ２ｒｅｖ（又はガス供給量Ｖ２に対する変化分ΔＶ２）が算出される。すなわち、ガス量Ｖ２は、以下の式（６）を満たすように決められる。
（Ｖｓ＋ΔＶｓｉ）／（Ｖ２ｒｅｖ＋（Ｖ１＋ΔＶ１））＝Ｖｓ／（Ｖ２＋Ｖ１）
（６）
【００６９】
そしてコントローラ３６は、上記したのと同様に、ステップＳ１８、Ｓ２２で蒸気発生器１２の圧力に変動があると判断された場合はステップＳ２０、Ｓ２４でガス供給量を補正しつつ、ステップＳ２６で制御終了と判断されるまで、図５のフローを繰り返す。
【００７０】
ここで、蒸気供給装置１０では、上流端が蒸気発生器１２の蒸気出口１２Ａに接続された蒸気供給ライン１８に流動抵抗体２０が配設されると共に、該流動抵抗体２０のガス入口２０Ａと蒸気発生器１２の蒸気出口１２Ａとの間の合流部Ｊ１への供給ガス量を変化させ得る流量制御弁２６を第１ガス供給ライン２２に設けたので、要求発生量の変化に対し高応答で供給（発生）蒸気量を追従させることができる。
【００７１】
この点を図７に示す例を参照しつつ補足する。図７（Ａ）には、蒸気供給ライン１８の下流端１８Ａでの蒸気濃度が一定となるように要求蒸気量がＳｒ１とＳｒ２（＝Ｓｒ１／５）との間で変化される場合における蒸気供給装置１０を構成する各部の圧力が示されている。太い実線（白抜き丸プロット）は、要求蒸気量がＳｒ１である場合の各部の圧力、細い実線（黒塗り参画プロット）は、要求蒸気量がＳｒ２である場合の各部の圧力、破線（黒塗り丸プロット）は、要求蒸気量がＳｒ２で合流部Ｊ１へのガス供給量の変化がない比較例における各部の圧力が示されている。
【００７２】
この図から、合流部Ｊ１（流動抵抗体２０のガス入口２０Ａの直上流）に供給するガス流量を、要求蒸気量がＳｒ１である場合に、要求蒸気量がＳｒ２である場合と比較して蒸気発生量の差分（Ｓｒ１−Ｓｒ２）だけ小さくし、換言すれば、要求蒸気量がＳｒ２である場合に、要求蒸気量がＳｒ１である場合と比較して蒸気発生量の差分（Ｓｒ１−Ｓｒ２）だけ大きくすることで、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが蒸気発生量に依らず一定に保たれることがわかる。これにより、蒸気供給装置１０では、図７（Ｂ）に示される如く、沸点Ｔｂを一定にすることができ、蒸気発生器１２（ヒータ）の加熱量の増減によって蒸気発生量を良好に制御することができる。
【００７３】
例えば図７（Ａ）に破線にて比較例として示した如く合流部Ｊ１へのガス供給量を変化させない構成では、要求発生量がＳｒ１からＳｒ２に減少した場合に蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが低くなってしまうことがわかる。この作用は、図１２に示す流動抵抗体２０を備えない蒸気供給装置での作用と定性的に同じであるため、この図１２に基づいて補足する。図１２（Ａ）には、蒸気供給ライン１８の下流端１８Ａでの蒸気濃度が一定となるように要求蒸気量がＳｒ１とＳｒ２（＝Ｓｒ１／５）との間で変化される場合における比較例に係る構成の各部の圧力が示されている。この図から、要求蒸気量（発生量）が大きい場合には、供給ガス量も大きくなるため装置各部で圧力が高く、逆に要求蒸気量（発生量）が小さい場合には、供給ガス量も小さくなるため装置各部で圧力が低くなり、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが要求蒸気量に応じて（ほぼ比例して）変化してしまうことがわかる。この場合、図１２（Ｂ）に示される如く、蒸気発生器１２の内部では圧力Ｐｉｎに応じて沸点Ｔｂが変化する。具体的には、要求蒸気量Ｓｒ１である大きい場合の沸点Ｔｂ３は、要求蒸気量Ｓｒ２である場合の沸点Ｔｂ４に対し高くなる。このため、例えば要求蒸気量をＳｒ２からＳｒ１に変化（増加）させる場合には、沸点が高くなるために蒸気が不足しやすい状態になり、逆に要求蒸気量をＳｒ１からＳｒ２に変化（減少）させる場合には、沸点が低くなるために蒸気が過剰になりやすい状態になる。すなわち、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎの変化によって、要求蒸気量の変化に追従し難くなってしまう。
【００７４】
これに対して蒸気供給装置１０では、上記した通り要求蒸気量の変動時にも蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが一定に保たれるので、ポンプ１６（供給液量）、流動抵抗体２０（ヒータによる加熱量）の制御によって、要求蒸気量に従って応答良く蒸気供給量を変化させることができる。
【００７５】
またここで、蒸気供給装置１０では、蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎを一定に保つために合流部Ｊ１にガスを供給する第１ガス供給ライン２２、第１ガス供給装置２４、流量制御弁２６に加えて、流動抵抗体２０の下流である合流部Ｊ２にガスを供給する第２ガス供給ライン２８、第２ガス供給装置３０、流量制御弁３２を備えるため、上記の通り蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎを一定に保ちながら、要求蒸気量の変化に応じて供給蒸気量を増加させると共に蒸気消費装置に供給する混合気中の蒸気濃度を維持することができる。すなわち、蒸気供給装置１０では、高い応答性で安定した出力（混合気の量、蒸気濃度）を得ることができる。以下、この点を実験結果に基づき確認する。
【００７６】
図９は、要求蒸気量を急激に増加させた場合の実験結果を示している。図９（Ａ）は、蒸気供給装置１０の蒸気発生器１２への供給液量、合流部Ｊ１、Ｊ２への供給ガス量の時間変化を示している。時間０で要求蒸気量の増加指令が入力され、蒸気発生器１２への供給液量（発生蒸気量）の増加に伴って、合流部Ｊ１への供給ガス量が減じられると共に、合流部Ｊ２への供給ガス量が増加されていることがわかる。図９（Ｂ）は、蒸気消費装置の入口（蒸気供給ライン１８の下流端１８Ａ）の圧力、及び蒸気濃度の時間変化（応答）を示している。時間０から供給蒸気量の増加に伴い圧力が増加することがわかる。そして、この図から、蒸気供給装置１０では、混合気中の蒸気濃度が蒸気供給量（圧力）の変化に依らず、ほぼ一定であることが確かめられた。換言すれば、増加されたガス供給量に対して蒸気が高い応答性で発生されていることがわかる。なお、図示は省略しているが、流動抵抗体２０のガス入口２０Ａ側、すなわち蒸気発生器１２内の内部圧力Ｐｉｎは、合流部Ｊ１への供給ガス量の減少により、蒸気量の増加要求がされた時間０から略一定に保たれることが確認されている。
【００７７】
この図９（Ｂ）に破線にて示す線図は、比較例に係る制御方法で制御した場合の蒸気濃度の応答を示している。この制御方法は、図９（Ｃ）に示される如く、合流部Ｊ１へのガス供給を常時０とし、合流部Ｊ２へのガス供給のみで蒸気濃度を一定に維持しようとするものである。この比較例に係る制御では、図９（Ｂ）に示される如く、要求蒸気量の変化直後から蒸気濃度が著しく低下し、蒸気の供給不安定状態になってしまう。すなわち、この比較例では、要求蒸気量の増加に対応してガス供給量が増すが、これによる蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎの増大に伴って図１２（Ｂ）に示される如く沸点Ｔｂが上昇してしまい、蒸気発生（量の増加）が抑制されるために、上記した蒸気濃度の低下が生じる。この実験例では、蒸気濃度が所定濃度に回復するのに略１００秒を要している。この比較例との比較により、蒸気供給装置１０が著しく高い応答性を示し、要求蒸気量の変化に追従して蒸気濃度を維持することができることが確かめられた。
【００７８】
そして、蒸気供給装置１０では、蒸気供給ライン１８に流動抵抗体２０を設けると共に該流動抵抗体２０の上下流にそれぞれガス供給部を設けた構成にて、上記した各効果を得ることができる。すなわち、蒸気を発生させるため高温となる蒸気供給ライン１８に、高温・耐熱の高価なシール材を用い、かつ駆動部の冷却のために大型化された流量調整弁等を設ける必要がないので、蒸気供給装置１０を安価でかつコンパクトに構成することはできる。しかも、上記の如き流量調整弁を設けた構成では、材料の耐熱温度の制限によって高温での始動が許容されないので、初期始動の際に装置（蒸気発生器１２）の昇温に長時間を要することとなる。これに対して蒸気供給ライン１８に流量調整弁を備えない蒸気供給装置１０では、高温での始動が可能であり、早期に装置（蒸気発生器１２）の昇温すなわち通常運転への移行を果たすことができる。
【００７９】
（蒸気放出モード）
蒸気放出モードでは、Ｐｉｎ＝Ｐｔ１である点、及びステップＳ２６の制御終了条件が異なる点を除いて、図５に示す通常モードと同様の制御が行われる。このため、上記した通常モードと異なる点について補足する。
【００８０】
蒸気放出モードでは、蒸気発生器１２の制御目標である蒸気発生器１２の内部圧力の目標値ＰｔがＰｔ２からＰｔ１に切り替わるので、先ずステップＳ２２からステップＳ２４に進んで合流部Ｊ１への供給ガス量が減少されるので、内部圧力Ｐｉｎが急減される。このため、蒸気発生器１２の内部では、図８（Ｂ）に示される如く、水の沸点ＴｂがＴｂ１からＴｂ２へ低下し、圧力Ｐｔ１での過熱水が瞬間的に蒸発して一時的に水蒸気の排出量が増す。その後は、ステップＳ２６で制御（蒸気放出モード）終了と判断されるまで、図５のフローを繰り返す。この場合において、蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔ＝Ｐｔ１となっているので、蒸気発生器１２は、通常モードと比較して（加熱量一定）、水蒸気の放出量が多い。また、燃料電池システム１００への蒸気供給濃度が一定（ステップＳ１０で設定）である蒸気供給装置１０では、水蒸気の放出量の増加に伴って合流部Ｊ２へのガス供給量が増す。
【００８１】
この蒸気放出モードで水蒸気、空気の供給量が増すことで、改質反応部１０６、シフト反応部１１２では、水蒸気、空気増加分の顕熱冷却効果、熱容量流量の増加効果により、温度上昇が抑制される。特に、改質反応部１０６、シフト反応部１１２への供給が増加されるガスが水蒸気を主要ガスとして含むため、例えば発熱反応を促進する空気（のみ）を導入する場合と比較して、改質反応部１０６、シフト反応部１１２の温度上昇抑制効果が高い。また、蒸気発生器１２内の水を蒸発して生成する水蒸気を冷媒として用いるため、蒸気発生器１２の圧力をＰｉｎ２からＰｉｎ１に急減させることで、瞬間的に水蒸気を放出することができる。すなわち、ホットスポットの冷却要求から短時間で水蒸気を放出して改質反応部１０６、シフト反応部１１２の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００８２】
しかも、蒸気供給装置１０では、改質反応部１０６への供給水蒸気量を増すことで、Ｓ／Ｃ比が一時的に増加するので、吸熱反応である水蒸気改質反応が促進されて、改質反応部１０６の温度上昇が抑制される。また、水蒸気改質反応が促進されることで改質反応部１０６から排出される一酸化炭素の濃度が一時的に低下するため、シフト反応部１１２でのシフト反応に伴う発熱が抑制され、該シフト反応部１１２での温度上昇がさらに抑制される。
【００８３】
以上により、蒸気供給装置１０が蒸気放出モードで運転されることで、ヒートスポットの冷却効果が得られる。
【００８４】
（液量回復モード）
そして、例えば、蒸気放出モードにおけるステップＳ２６では、ヒートスポットの冷却要求が解除された場合に、コントローラ３６は、制御終了と判断し、蒸気放出モードを終了する。このコントローラ３６は、図４のステップＳ１１０で蒸気発生器１２の内部圧力の目標値ＰｔをＰｔ１からＰｔ２（＞Ｐｔ１）に切り替え、図６に示される液量回復モードを実行する。
【００８５】
液量回復モードにおいてコントローラ３６は、ステップＳ３０で、蒸気供給対象である蒸気消費装置から要求蒸気量（Ｖｓ）、濃度、及び蒸気発生器１２に貯蔵すべき液量（蒸気換算でΔＶｓｄ）に応じた情報を受け取る。次いでコントローラ３６は、ステップＳ３２に進み、要求蒸気量及び貯蔵液量、濃度に応じてポンプ１６による蒸気発生器１２への供給液量（蒸気換算でＶｓ＋ΔＶｓｄ）、ステップＳ１２での加熱量、流動抵抗体２０の上下流の合流部Ｊ１、Ｊ２への供給ガス量をそれぞれ算出する。なお、ステップＳ１２での処理には、各制御量の算出に必要な情報（例えば温度Ｔｉｎの入力）が含まれる。そして、ステップＳ３４では、ステップＳ３２で算出した供給液量、加熱量、及び合流部Ｊ１、Ｊ２への供給ガス量に基づいて、ポンプ１６、流量制御弁２６、流量制御弁３２、ステップＳ１２のヒータへの給電量に応じた信号を出力する。
【００８６】
これにより、蒸気供給装置１０は、要求蒸気量、濃度の蒸気とガスとの混合器を生成し、蒸気消費装置に供給しつつ、蒸気発生器１２の内部圧力の目標値ＰｔがＰｔ２（＞Ｐｔ１）に切り替わることで、圧力（沸点）上昇分だけ蒸気発生器１２内の蒸気（圧力Ｐｔ２での過冷却蒸気）が凝縮して液として蒸気発生器１２に蓄えられる。すなわち、図８（Ｂ）に示される如く、蒸気放出モードで減少した分の液が蒸気発生器１２に蓄えられる。
【００８７】
コントローラ３６は、ステップＳ３６で蒸気流量計４２からの信号を入力し、ステップＳ３８で、蒸気発生器１２の蒸気量（蒸気流量）Ｖｓが目標値Ｖｔの９０％を下回っているか否かを判断する。蒸気発生器１２の蒸気流量Ｖｓが目標値Ｖｔの９０％を下回っていると判断した場合には、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、流量制御弁２６、３２を制御して合流部Ｊ１への供給ガス量を減じてＶｓを増加させる一方、合流部Ｊ２への供給ガス量を増加して、蒸気供給ライン１８へのトータルでのガス供給量を維持する。
【００８８】
コントローラ３６は、ステップＳ３８において蒸気発生器１２の蒸気流量Ｖｓが目標値Ｖｔの９０％以上であると判断した場合には、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、蒸気発生器１２のＶｓが目標値Ｖｔの１１０％を上回っているか否かを判断する。蒸気発生器１２の蒸気流量Ｖｓが目標値Ｖｔの１１０％を上回っていると判断した場合には、ステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、流量制御弁２６、３２を制御して合流部Ｊ１への供給ガス量を増してＶｓを減少させる一方、合流部Ｊ２への供給ガス量を減少させて、蒸気供給ライン１８へのトータルでのガス供給量を維持する。
【００８９】
コントローラ３６は、ステップＳ４４において蒸気発生器１２の蒸気流量Ｖｓが目標値Ｐｔの１１０％以下であると判断した場合には、ステップＳ４６に進む。ステップＳ４６では、コントローラ３６による制御（液量回復モード）の終了条件が成立したか否かを判断する。制御終了条件としては、例えば、蒸気放出モードの実行時間及び蒸気発生器１２の容量に応じて設定される設定時間の経過、液位計を設けた場合における液位計の出力信号が設定値に至った場合等とすることができる。コントローラ３６による制御の終了条件が成立したと判断した場合には、本制御を終了し、コントローラ３６による制御の終了条件が成立していないと判断した場合には、ステップＳ３０に戻る。
【００９０】
ステップＳ３０でコントローラ３６は、蒸気消費装置から要求蒸気量、濃度に応じた情報を再度受け取る。したがって、供給蒸気流量Ｖｓの変動が生じた場合にコントローラ３６は、上記した通常モードと同様に、供給蒸気量に応じてＪ１、Ｊ２への供給ガス量を算出し、供給蒸気流量Ｖｓの変化に追従すると共に供給ガスの濃度を維持しつつ蒸気発生器１２内の液量を増加させる。そしてコントローラ３６は、上記したのと同様に、ステップＳ３８、Ｓ４２で蒸気発生器１２の蒸気流量Ｖｓに変動があると判断された場合はステップＳ４０、Ｓ４４で蒸気流量Ｖｓを補正しつつ、ステップＳ２６で制御終了と判断されるまで、図６のフローを繰り返す。
【００９１】
これにより、蒸気供給装置１０では、ヒートスポットの冷却のために水蒸気として供給した分の液量を、燃料電池システム１００からの要求に応じた水蒸気（と空気との混合ガス）を供給しながら回復することができる。液量回復モードでは、蒸気発生器１２への供給液量をΔＶｓｄ分だけ増しつつ蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔ＝Ｐｔ２（＞Ｐｔ１）とするので、換言すれば、図８（Ｂ）に示される如く沸点ＴｂがＴｂ１からＴｂ２へ上昇するので、瞬間的に蒸気発生器１２の液量が回復する。すなわち、次回のヒートスポット冷却要求に応じて蒸気放出モードを行い得る状態に短時間で復帰する。
【００９２】
以上説明したように、蒸気供給装置１０では、蒸気発生器１２の内部圧力を変化させて液の沸点（露点）を変化させることで、急激に水蒸気放出量を変化させることができる。ここで、この実施形態において急激とは、流量制御弁２６、３２の応答時間で規定された蒸気放出時間、貯蔵時間（数秒）において、蒸気発生器１２の液位（貯液量）を内圧に応じた液位まで変化させる程度の蒸気発生量の時間変化率を生じる場合をいう。この実施形態では、液位の変化幅として、蒸気発生器１２の全液位の２０％から８０％までの変化を上下限として設定している。より具体的には、例えば蒸気発生器１２の全液位の５０％が通常の液位である場合に、流量制御弁２６、３２の応答時間で液位を５０％から２０％まで低減する程度に蒸気発生量を増し、又は流量制御弁２６、３２の応答時間で液位を５０％から８０％まで増加させる程度に蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔが設定されている。蒸気発生器１２の液位が２０％を下回ると伝熱面積の不足による蒸気発生の減少が懸念され、蒸気発生器１２の液位が８０％を上回ると過熱液の液溢れが懸念されるが、上記の如く蒸気発生器１２の全液位の２０％から８０％までの範囲で変化させる蒸気発生器１２の内部圧力の目標値Ｐｔを設定することで、急激な内圧変化に追従して十分な蒸気発生の増加量を所定時間に亘って得ることができ、また過熱液の溢れを防止することができる。
【００９３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る蒸気供給装置５０について、図１０及び図１１に基づいて説明する。なお、上記した第１の実施形態と基本的に同一の部品・部分については、上記した第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００９４】
図１０には、蒸気供給装置５０が図１に対応するフロー図にて示されている。この図に示される如く、蒸気供給装置５０は、第２ガス供給装置３０、流量制御弁３２、及び第２ガス供給ライン２８を備えず、蒸気供給ライン１８に合流部Ｊ２が設けられていない点で、第１の実施形態に係る蒸気供給装置１０とは異なる。また、蒸気供給装置５０は、コントローラ３６に代えて、制御手段としてのコントローラ５２を備えている。
【００９５】
コントローラ５２は、蒸気消費装置から蒸気流量Ｖｓの増加要求を受けた場合には、基本的に、要求された蒸気流量Ｖｓの増加分ΔＶｓｉに応じた分だけ、蒸気発生器１２への液体供給量Ｖｐが増すようにポンプ１６を制御すると共に、要求された蒸気流量Ｖｓの増加分ΔＶｓｉの分だけ、蒸気発生器１２と流動抵抗体２０との間の合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１が減少するように流量制御弁２６を制御する構成とされている。これにより蒸気供給装置１０では、発生蒸気量の増加に伴う流動抵抗体２０での圧力損失の増大が相殺され、蒸気発生器１２の圧力Ｐｉｎが略一定に保たれるようになっている。
【００９６】
一方、コントローラ５２は、蒸気消費装置から蒸気流量Ｖｓの減少要求を受けた場合には、基本的に、要求された蒸気流量Ｖｓの減少分ΔＶｓｉに応じた分だけ、蒸気発生器１２への液体供給量Ｖ１が減るようにポンプ１６を制御すると共に、要求された蒸気流量Ｖｓの減少分ΔＶｓｉの分だけ、蒸気発生器１２と流動抵抗体２０との間の合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１が増加するように流量制御弁２６を制御する構成とされている。これにより蒸気供給装置１０では、発生蒸気量の減少に伴う流動抵抗体２０での圧力損失の減少が相殺され、蒸気発生器１２の圧力Ｐｉｎが略一定に保たれるようになっている。
【００９７】
流量制御弁２６に対する制御による合流部Ｊ１へのガス供給量Ｖ１の変化量のコントローラ５２による求め方は、第１の実施形態におけるコントローラ３６と同様である。そして、ガス供給量Ｖ１の変化量のコントローラ５２による制御フローは、図５に示すステップＳ２０、Ｓ２４で合流部Ｊ２に対する制御を行わないことを除き、図５に示すフローによる。
【００９８】
また、コントローラ５２は、燃料電池システム１００のメインコントローラからヒートスポット冷却要求を受けた場合には、蒸気発生器１２の内部圧力の目標値ＰｔをＰｔ２からＰｔ１に減少させることで瞬間的に水蒸気の放出量を増す蒸気放出モードを実行する構成とされている。さらに、コントローラ５２は、蒸気発生器１２の内部圧力の目標値ＰｔをＰｔ１からＰｔ２に増加させると共に蒸気発生器１２への供給液量を増すことで、燃料電池システム１００への蒸気供給量を維持しつつ、蒸気放出モードで減少した蒸気発生器１２の液量を回復させる液量回復モードを実行する構成とされている。蒸気供給装置５０の他の構成は、蒸気供給装置１０の対応する構成と同じである。
【００９９】
したがって、第２の実施形態に係る蒸気供給装置５０によっても、合流部Ｊ２へガス供給量を変化させて蒸気供給ライン１８の下流端１８Ａでの蒸気濃度を一定に維持する効果を除き、第１の実施形態に係る蒸気供給装置１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、蒸気供給装置５０では、上流端が蒸気発生器１２の蒸気出口１２Ａに接続された蒸気供給ライン１８に流動抵抗体２０が配設されると共に、該流動抵抗体２０のガス入口２０Ａと蒸気発生器１２の蒸気出口１２Ａとの間の合流部Ｊ１への供給ガス量を変化させ得る流量制御弁２６を第１ガス供給ライン２２に設けたので、要求発生量の変化に対し高応答で供給（発生）蒸気量を追従させることができる。この効果について、図１１を用いて補足する。
【０１００】
図１１は、要求蒸気量を急激に増加させた場合の実験結果を示している。図１１（Ａ）は、蒸気供給装置５０の蒸気発生器１２への供給液量、合流部Ｊ１への供給ガス量の時間変化を示している。時間０で要求蒸気量の増加指令が入力され、蒸気発生器１２への供給液量（発生蒸気量）の増加に伴って、合流部Ｊ１への供給ガス量が減じられていることがわかる。図１１（Ｂ）は、蒸気消費装置の入口（蒸気供給ライン１８の下流端１８Ａ）への蒸気流量の時間変化（応答）を示している。この図から、蒸気供給装置１０では、要求蒸気量の増加指令（時間０）から短時間（約４秒）で蒸気流量が増加（整定）し、その後安定した蒸気流量が維持されることが確かめられた。図示は省略するが、蒸気消費装置の入口圧力についても、短時間で一定になることが確かめられている。
【０１０１】
図１１（Ｂ）に破線にて示す線図は、比較例に係る制御方法で制御した場合の蒸気濃度の応答を示している。この制御方法は、合流部Ｊ１へのガス供給を常時０とするものである。この比較例に係る制御では、図１１（Ｂ）に示される如く、要求蒸気量の変化直後から蒸気流量が著しく低下し、蒸気の供給不安定状態になってしまう。すなわち、この比較例では、要求蒸気量の増加に伴って蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎが増大し、図１２（Ｂ）に示される如く沸点Ｔｂが上昇してしまう。すると、蒸気発生（量の増加）が抑制されるために、上記した蒸気流量の低下が生じる。この実験例では、蒸気流量が所定流量に回復するのに略１２０秒を要している。この比較例との比較により、蒸気供給装置１０が著しく高い応答性を示し、要求蒸気量の変化に追従して蒸気濃度を維持することができることが確かめられた。
【０１０２】
また、蒸気供給装置５０では、燃料電池システム１００のメインコントローラからヒートスポット冷却要求を受けた場合には、蒸気放出モードを実行して瞬間的に水蒸気の放出量を増すため、改質反応部１０６、シフト反応部１１２の温度上昇を効果的に抑制することができる。また、蒸気供給装置５０では、蒸気放出モードの実行後には、液量回復モードを実行して燃料電池システム１００への蒸気供給を維持しつつ蒸気発生器１２の液量を瞬間的に回復させることができる。すなわち、次回のヒートスポット冷却要求に応じて蒸気放出モードを行い得る状態に短時間で復帰する。
【０１０３】
なお、上記した各実施形態では、燃料電池システム１００の燃料供給装置１０４に適用された蒸気供給装置１０、５０について例示したが、本発明はこれに限定されず、蒸気消費装置に蒸気、好ましくは蒸気とガスとの混合気を供給するための各種用途に適用することができる。したがって、例えば、燃料蒸気を空気と混合させて燃焼機器に供給するための燃料混合気供給装置等に本発明を適用することも可能である。このような各種の用途において、合流部Ｊ１へのガス供給量を増して蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎを急増させることで、蒸気の供給を瞬間的に急減（停止）させる制御（蒸気放出抑制モード）を採ることも可能である。この場合、第２ガス供給ライン２８、第２ガス供給装置３０、流量制御弁３２を備えた構成においては、合流部Ｊ１へのガス供給量の増加に合わせて合流部Ｊ２へのガス供給量を減少させることで、燃焼機器に供給する燃料混合気の濃度を一定にすることも可能である。さらにこの場合、蒸気の供給を瞬間的に急減（停止）させると、蒸気発生器１２の液量は増すが、上記した回復モードと逆の動作（通常モードに対する蒸気放出モードと同様の動作）により、液量を回復させることができる。
【０１０４】
また、上記した各実施形態では、通常モードでコントローラ３６が蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎを一定に保つための制御を行う例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、要求蒸気量の増加に伴って、蒸気発生を促進するために合流部Ｊ１へのガス供給量を蒸気発生量の増加分以上に減らすように制御しても良い。
【０１０５】
さらに、上記した第１の実施形態では、通常モードで要求蒸気量に応じて合流部Ｊ１、Ｊ２へのガス供給量を算出する制御例を示したが、本発明はこれに限定されず、各種の制御にて蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎを略一定に保つ等することができる。したがって、例えば、蒸気供給ライン１８における混合器３４の下流に蒸気濃度計を設け、該蒸気濃度計と圧力計３８との信号に基づくフィードバック制御により蒸気発生器１２の内部圧力Ｐｉｎ、蒸気供給ライン１８の下流端１８Ａでの蒸気濃度を維持する制御を採用しても良い。
【０１０６】
またさらに、上記した各実施形態では、蒸気とガスとの混合気が蒸気消費装置に供給される例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、混合器３４に代えて蒸気供給ライン１８に蒸気分離膜等を設け、蒸気のみを蒸気消費装置に供給するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蒸気供給装置の概略全体構成を示すシステムフロー図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る蒸気供給装置が適用された燃料電池システムの概略全体構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る蒸気供給装置を構成する流動抵抗体に係る図であって、（Ａ）は概略構造を模式的に示す斜視図、（Ｂ）は通過するガス量−圧力損失特性を示す線図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る蒸気供給装置を構成するコントローラによるメイン制御フローを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る蒸気供給装置を構成するコントローラによる通常モード、蒸気放出モードの制御フローを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る蒸気供給装置を構成するコントローラによる液量回復モードの制御フローを示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生器の運転状態における各部の圧力を示す線図、（Ｂ）は、蒸気発生器の蒸気圧線である。
【図８】（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生器の蒸気放出モードと液量回復モードとの各部の圧力の違いを示す線図、（Ｂ）は、蒸気発生器の蒸気圧線である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る蒸気発生器による要求蒸気量を増大させた場合の実験結果を示す図であって、（Ａ）は蒸気発生器への供給液量及び蒸気供給ラインへの供給ガス量の時間変化を示す線図、（Ｂ）は、蒸気消費装置の入口圧力及び蒸気濃度の時間変化を示す線図、（Ｃ）は、比較例に係る制御をした場合の蒸気発生器への供給液量及び蒸気供給ラインへの供給ガス量の時間変化を示す線図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る蒸気供給装置の概略全体構成を示すシステムフロー図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る蒸気発生器による要求蒸気量を増大させた場合の実験結果を示す図であって、（Ａ）は蒸気発生器への供給液量及び蒸気供給ラインへの供給ガス量の時間変化を示す線図、（Ｂ）は、発生した蒸気量の時間変化を示す線図である。
【図１２】（Ａ）は、本発明の実施形態との比較例に係る蒸気発生器の運転状態における各部の圧力を示す線図、（Ｂ）は、該比較例における蒸気発生器の蒸気圧線である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０    蒸気供給装置
１２    蒸気発生器
１６    ポンプ（液供給手段）
２０    流動抵抗体
２２    第１ガス供給ライン（ガス供給手段、第１のガス供給手段）
２４    第１ガス供給装置（ガス供給手段、第１のガス供給手段）
２６    流量制御弁（ガス流量変更手段、第１のガス流量変更手段）
２８    第２ガス供給ライン（第２のガス供給手段）
３０    ガス供給装置（第２のガス供給手段）
３２    流量制御弁（第２のガス流量変更手段）
３６    コントローラ（制御手段）
５０    蒸気供給装置
５２    コントローラ（制御手段）
【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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