(57)【要約】【課題】  改質装置および燃料電池システムにおいて、各運転モードにおいて燃焼部が適切な燃焼を実施可能とする。【解決手段】  燃料電池システムは、燃焼筒２５ｂ内に投入される燃焼用燃料を該燃焼筒２５ｂに複数段設けられた投入口２５ｄ１，２５ｄ２から投入される燃焼用酸化剤により燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼部２５を備えている。各段の投入口２５ｄ１，２５ｄ２が燃焼筒２５ｂの基端から先端に沿って配設され、各段の投入口２５ｄ１，２５ｄ２に対し独立かつ選択的に燃焼用酸化剤を供給可能な燃焼用酸化剤供給手段と、各段の投入口２５ｄ１，２５ｄ２からそれぞれ投入される燃焼用酸化剤の各投入量が運転モードに応じてそれぞれ設定された値となるように燃焼用酸化剤供給手段を制御する制御手段と、をさらに備えている。【選択図】  図１
2007220424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼筒内に投入される燃焼用燃料を該燃焼筒に複数段設けられた投入口から投入される燃焼用酸化剤により燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼部を備えた改質装置において、
前記各段の投入口が前記燃焼筒の基端から先端に沿って配設され、
前記各段の投入口に対し独立かつ選択的に前記燃焼用酸化剤を供給可能な燃焼用酸化剤供給手段と、
前記各段の投入口からそれぞれ投入される前記燃焼用酸化剤の各投入量が運転モードに応じてそれぞれ設定された値となるように前記燃焼用酸化剤供給手段を制御する制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする改質装置。
【請求項２】
請求項１において、供給された改質用燃料と水蒸気から改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質部と、
供給された改質水から前記水蒸気を生成して前記改質部に導出する蒸発部と、
前記燃焼部で生成された前記燃焼ガスを前記改質部および前記蒸発部の順番に流通させる燃焼ガス流路と、をさらに備え、
前記運転モードが、前記改質装置の起動時点から前記蒸発部にて前記水蒸気の生成を開始する時点までの第１起動運転モードを有し、
前記第１起動運転モードでは、前記燃焼筒の先端側に位置する投入口からの前記燃焼用酸化剤の投入量が前記燃焼筒の基端側に位置する投入口からの前記燃焼用酸化剤の投入量より多くなるように設定されていることを特徴とする改質装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記運転モードが、前記蒸発部にて前記水蒸気の生成を開始する時点以降の第２起動運転モードを有し、
前記第２起動運転モードでは、前記燃焼筒の基端側に位置する投入口からの前記燃焼用酸化剤の投入量が前記燃焼筒の先端側に位置する投入口からの前記燃焼用酸化剤の投入量より多くなるように設定されていることを特徴とする改質装置。
【請求項４】
請求項１に記載の改質装置と、前記改質装置から供給された改質ガスを使用して発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記運転モードが発電運転モードである場合であって、前記燃料電池の出力電力が低い場合、または増大する場合には、前記燃焼筒の基端側に位置する投入口からの前記燃焼用酸化剤の投入量が燃料リッチ燃焼となる第１所定流量に設定されるとともに、前記燃焼筒の先端側に位置する投入口からの前記燃焼用酸化剤の投入量が低エミッションとなる第２所定流量に設定されてい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「燃料電池用改質器におけるバーナ」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、燃料電池用改質器１０における燃焼筒２０においては、その中央位置に高カロリー燃料噴射部（ノズル４４）を設け、この高カロリー燃料噴射部の径方向外側の位置に第１の酸化剤噴射部（第１の酸化剤通路５４の開口部）を設け、この第１の酸化剤噴射部の径方向外側の位置に低カロリー燃料噴射部（低カロリー燃料通路５６の開口部）を設け、この低カロリー燃料噴射部の径方向外側の位置に第２の酸化剤噴射部（第２の酸化剤通路５８の開口部）を設けていた。すなわち、燃焼筒２０内に投入される燃焼用燃料を該燃焼筒２０に複数段設けられた投入口から投入される燃焼用酸化剤により燃焼して燃焼ガスを生成するようになっていた。
【０００３】
このように構成された改質装置においては、天然ガスや改質ガス等の高カロリー燃料を用いる場合には、これを中央の高カロリー燃料噴射部から噴射し、その周囲の第１の酸化剤噴射部及び第２の酸化剤噴射部から酸化剤を噴射するようになっていた。また、電池排燃料等の低カロリー燃料を用いる場合には、これを低カロリー燃料噴射部から噴射し、その径方向内側及び外側に位置する第１の酸化剤噴射部及び第２の酸化剤噴射部から酸化剤を噴射するようになっていた。
【特許文献１】特開平５−３０３９７４号公報
【特許文献２】特開平８−１６２１３７号公報
【特許文献３】特開２００３−２５２６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の改質装置においては、第１の酸化剤噴射部及び第２の酸化剤噴射部から供給される酸化剤の各供給量が制御されていないので、各運転モードにおいて燃焼部が適切な燃焼を実施することができないという問題があった。例えば、起動運転において燃焼部が適切な燃焼を実施することができないと、起動時間を十分に短縮できないという問題が生じ、また発電運転において燃焼部が適切な燃焼を実施することができないと、吹き消えを招いたり、高エミッションを招いたりする問題が生じる。
【０００５】
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、改質装置および燃料電池システムにおいて、各運転モードにおいて燃焼部が適切な燃焼を実施可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、燃焼筒内に投入される燃焼用燃料を該燃焼筒に複数段設けられた投入口から投入される燃焼用酸化剤により燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼部を備えた改質装置において、各段の投入口が燃焼筒の基端から先端に沿って配設され、各段の投入口に対し独立かつ選択的に燃焼用酸化剤を供給可能な燃焼用酸化剤供給手段と、各段の投入口からそれぞれ投入される燃焼用酸化剤の各投入量が運転モードに応じてそれぞれ設定された値となるように燃焼用酸化剤供給手段を制御する制御手段と、をさらに備えたことである。
【０００７】
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、供給された改質用燃料と水蒸気から改質ガスを生成して燃料電池に供給する改質部と、供給された改質水から水蒸気を生成して改質部に導出する蒸発部と、燃焼部で生成された燃焼ガスを改質部および蒸発部の順番に流通させる燃焼ガス流路と、をさらに備え、運転モードが、改質装置の起動時点から蒸発部にて水蒸気の生成を開始する時点までの第１起動運転モードを有し、第１起動運転モードでは、燃焼筒の先端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量が燃焼筒の基端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量より多くなるように設定されていることである。
【０００８】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、運転モードが、蒸発部にて水蒸気の生成を開始する時点以降の第２起動運転モードを有し、第２起動運転モードでは、燃焼筒の基端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量が燃焼筒の先端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量より多くなるように設定されていることである。
【０００９】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の改質装置と、改質装置から供給された改質ガスを使用して発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システムにおいて、運転モードが発電運転モードである場合であって、燃料電池の出力電力が低い場合、または増大している場合には、燃焼筒の基端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量が燃料リッチ燃焼となる第１所定流量に設定されるとともに、燃焼筒の先端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量が低エミッションとなる第２所定流量に設定されていることである。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃焼用酸化剤供給手段が、燃焼筒の基端から先端に沿って配設された各段の投入口に対し独立かつ選択的に燃焼用酸化剤を供給可能なものである。また、制御手段が、各段の投入口からそれぞれ投入される燃焼用酸化剤の各投入量が運転モードに応じてそれぞれ設定された値となるように燃焼用酸化剤供給手段を制御する。これにより、各段の投入口から投入される燃焼用酸化剤の投入量（供給量）が運転モードに応じて独立かつ選択的に制御できるようになる。したがって、各運転モードにおいて燃焼部が適切な燃焼を実施可能となる。
【００１１】
また、燃焼筒の基端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤にて燃焼した後に、先端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤が規定量投入されることで燃焼ガス流量を増大させ、蒸発部に熱を効率良く与えることができる。したがって、燃焼ガスにて蒸発部が早期に加熱され、早期に水蒸気を生成することができ、ひいては暖機時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
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、運転モードが、起動時点から蒸発部にて水蒸気の生成を開始する時点までの第１起動運転モードでは、燃焼筒の先端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量が燃焼筒の基端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量より多くなるように設定されているので、火炎が吹き消されることなく燃焼ガスの流速を増大させ、燃焼ガスを速く蒸発部に到達させることにより、燃焼ガスの熱を効率よく蒸発部に伝えることができる。したがって、燃焼ガスにより蒸発部が早期に加熱され、早期に水蒸気を生成することができ、ひいては暖機時間の短縮を図ることができる。
【００１３】
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、運転モードが、蒸発部にて水蒸気の生成を開始した時点以降、燃焼筒の先端からの燃焼用酸化剤を減少させることで、燃焼ガス温度を高温化することができる。そのため、改質部が必要とする温度、熱量を効率良く改質部に燃焼ガスから与えることができる。ひいては、改質装置の暖機時間の短縮、発電時の発電効率の向上を図ることができる。
【００１４】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、運転モードが発電運転モードである場合であって、燃料電池の出力電力が低い場合、または増大している場合には、燃焼筒の基端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量が燃料リッチ燃焼となる第１所定流量に設定されるとともに、燃焼筒の先端側に位置する投入口からの燃焼用酸化剤の投入量が低エミッションとなる第２所定流量に設定されているので、火炎の吹き消えを確実に防止するとともに低エミッションを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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（燃料ガス）を生成する改質装置２０を備えている。
【００１６】
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。
【００１７】
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、灯油、ガソリン、メタノールなどがあり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００１８】
改質部２１は、燃料供給源Ｓｆから供給された燃料に水蒸気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、それぞれ環状に形成された外側流路２１ａ１と内側流路２１ａ２から構成される、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。
【００１９】
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５２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。
【００２０】
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。具体的には、冷却部２２には燃料供給源Ｓf（例えば都市ガス管）に接続された燃料供給管４１が接続されており、燃料供給源Ｓｆから改質用燃料が供給されている。燃料供給管４１には、上流から順番に第１燃料バルブ４２、燃料ポンプ４３、脱硫器４４および第２燃料バルブ４５が設けられている。第１および第２燃料バルブ４２，４５は制御装置３０の指令によって燃料供給管４１を開閉するものである。燃料ポンプ４３は燃料供給源Ｓｆから供給される改質用燃料を吸い込み冷却部２２を介して改質部２１に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて改質用燃料供給量を調整するものである。脱硫器４４は改質用燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。これにより、改質用燃料は硫黄分が除去されて改質部２１に供給される。
【００２１】
また、燃料供給管４１の第２燃料バルブ４５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５２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。蒸発部２６には改質水供給源である水タンクＳｗに接続された給水管５１が接続されている。給水管５１には、上流から順番に水ポンプ５３および水バルブ５４が設けられている。水ポンプ５３は水タンクＳｗから供給される改質水を吸い込み蒸発部２６に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて改質水供給量を調整するものである。水バルブ５４は制御装置３０の指令によって給水管５１を開閉するものである。
【００２２】
蒸発部２６は、改質水を加熱して沸騰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り、円筒状に形成されて燃焼ガス流路２７の第２外周流路２７ｃの外周壁を覆って当接して設けられている。この蒸発部２６は、側壁面下部および側壁面上部に給水管５１および水蒸気供給管５２がそれぞれ接続されており、給水管５１から導入された水が蒸発部２６内を流通し加熱されて水蒸気となって水蒸気供給管５２に導出するようになっている。また、水蒸気供給管５２（または燃料供給管４１の水蒸気供給管５２との合流点より下流の部位）には水蒸気の温度または混合ガスの温度を検出する温度センサ８７が設けられており、その検出信号は制御装置３０に出力されるようになっている。
【００２３】
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、上面および下面を有する筒状の筐体２３ａと、筐体２３ａ内に同軸に配置された内筒２３ｂを備えている。内筒２３ｂは、外周端を筐体２３ａ内周面に接続された環状の支持部材２３ｃの内周端に上端が接続されている。筐体２３ａの上面には改質ガス導入口２３ａ１が設けられ、筐体２３ａの側面には一端がＣＯ選択酸化部２４に接続されている接続管８９の他端が接続されている。ＣＯシフト部２３の内筒２３ｂ内および内筒２３ｂと筐体２３ａとの間には触媒２３ｄ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）が充填されている。また、ＣＯシフト部２３内にはＣＯシフト部２３内の温度例えばＣＯシフト部２３の改質ガス導入口付近の温度を検出する温度センサ２３ｅが設けられており、その検出信号が制御装置３０に出力されるようになっている。
【００２４】
このように構成されたＣＯシフト部２３においては、冷却部２２から導出された改質ガスは、改質ガス導入口２３ａ１を通って内筒２３ｂ内の触媒２３ｄを通り、折り返して内筒２３ｂと筐体２３ａとの間の触媒２３ｄを通ってＣＯ選択酸化部２４に導出される。このとき、導入した改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が触媒２３ｄ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。
【００２５】
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り、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。このＣＯ選択酸化部２４は、側壁面下部および側壁面上部に接続管８９および改質ガス供給管７１がそれぞれ接続され、内部に触媒２４ａ（例えば、ＲｕまたはＰｔ系の触媒）が充填されており、接続管８９を通って導入された改質ガスがＣＯ選択酸化部２４内を流通し改質ガス供給管７１から導出するようになっている。
【００２６】
また、ＣＯ選択酸化部２４に供給される改質ガスには、酸化用空気が混合されるようになっている。すなわち、接続管８９には、空気供給源Ｓａに接続された酸化用空気供給管６１が接続されており、空気供給源Ｓａ（例えば大気）から酸化用空気が供給されている。酸化用空気供給管６１には、上流から順番にフィルタ６２、空気ポンプ６３および空気バルブ６４が設けられている。フィルタ６２は空気を濾過するものである。空気ポンプ６３は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込みＣＯ選択酸化部２４に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて空気供給量を調整するものである。空気バルブ６４は制御装置３０の指令によって酸化用空気供給管６１を開閉するものである。これにより、酸化用空気がＣＯシフト部２３からの改質ガスに混合されてＣＯ選択酸化部２４に供給される。
【００２７】
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。
【００２８】
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。この燃焼部２５は、図２に示すように、本体２５ａと、本体２５ａに立設されて本体２５ａと連通する筒状の燃焼筒２５ｂと、図示しない電極を備えている。燃焼部２５は、制御装置３０の指令に応じて着火されるものである。
【００２９】
本体２５ａは、燃焼用燃料、アノードオフガス、改質ガスなどの可燃ガス、および可燃ガスを燃焼（酸化）させるための燃焼用空気などの酸化剤ガスが供給されるようになっている。燃焼筒２５ｂは、外筒２５ｃと、外筒２５ｃに同軸に配設された内筒２５ｄとを備えている。内筒２５ｄの基端は本体２５ａの噴射口２５ａ１の内周縁部から立設されている。内筒２５ｄは本体２５ａ内に連通しており、本体２５ａから導出された燃焼用燃料と燃焼用空気が、内筒２５ｄの基端開口２５ｄ１を通って内筒２５ｄ内に投入される。すなわち、内筒２５ｄの基端開口２５ｄ１が第１段投入口である。
【００３０】
また、外筒２５ｃの基端は本体２５ａに接続されるとともに内筒２５ｄと外筒２５ｃの先端には環状板２５ｅの内周端および外周端がそれぞれ接続されている。これにより、内筒２５ｄと外筒２５ｃとの間の環状空間Ｓは、本体２５ａ内に連通していない。また、外筒２５ｃには燃焼用空気の入口２５ｃ１が形成されるとともに、内筒２５ｄの先端部には燃焼用空気の出口２５ｄ２が形成されている。空間Ｓに供給された燃焼用空気が、出口２５ｄ２を通って内筒２５ｄ内に投入される。すなわち、内筒２５ｄの出口２５ｄ２が第２段投入口である。このように、燃焼筒２５ｂには、燃焼用酸化剤が投入（供給）される投入口（供給口）が、基端から先端に沿って複数段（本実施形態においては２段）配設されている。なお、投入口を基端または先端に設ける場合も含んでいる。また、本実施形態においては投入口を２段しか設けなかったが、３段以上設けるようにしてもよい。
【００３１】
本体２５ａには、図１に示すように、燃料ポンプ４３の上流にて燃料供給管４１から分岐した燃焼用燃料供給管４７が接続されており、燃焼用燃料が供給されるようになっている。燃焼用燃料供給管４７には燃焼用燃料ポンプ４８が設けられている。燃焼用燃料ポンプ４８は燃料供給源Ｓｆから供給される燃焼用燃料を吸い込み燃焼部２５に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃焼用燃料供給量を調整するものである。また、本体２５ａには燃料極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おり、燃料電池１０の起動運転時に改質装置２０からの改質ガスが改質ガス供給管７１、バイパス管７３およびオフガス供給管７２を通って供給され、燃料電池１０の定常運転時に燃料電池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）が供給されるようになっている。
【００３２】
さらに、本体２５ａには、空気ポンプ６３の上流にて酸化用空気供給管６１から分岐した第１燃焼用空気供給管６５が接続されており、燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスを燃焼させるための燃焼用酸化剤ガスである燃焼用空気が第１段投入口２５ｄ１から供給されるようになっている。燃焼筒２５ｂの外筒２５ｃに形成された入口２５ｃ１には、第１燃焼用空気供給管６５の燃焼用空気ポンプ６６と燃焼部２５と間から分岐した第２燃焼用空気供給管８５が接続されており、燃焼用酸化剤ガスである燃焼用空気が第２段投入口２５ｄ２から供給されるようになっている。第１燃焼用空気供給管６５には燃焼用空気ポンプ６６が設けられるとともに、第２燃焼用空気供給管８５との分岐点には流量調整弁８６（例えば三方比例弁）が設けられている。燃焼用空気ポンプ６６は空気供給源Ｓａから供給される燃焼用空気を吸い込み燃焼部２５に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃焼部２５に供給する燃焼用空気の総供給量を調整するものである。流量調整弁８６は、制御装置３０の指令に応じて第１段投入口２５ｄ１および第２段投入口２５ｄ２から投入される各投入量（投入比）を調整するものである。
【００３３】
前述したように、第１燃焼用空気供給管６５、第２燃焼用空気供給管８５、燃焼用空気ポンプ６６、および流量調整弁８６によって、各段の投入口に対し独立かつ選択的に燃焼用酸化剤を供給可能な燃焼用酸化剤供給手段が構成されている。
【００３４】
このように構成された燃焼部２５においては、制御装置３０の指令によって着火されると、燃焼部２５に供給された燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスは、第１段投入口２５ｄ１から投入された燃焼用空気または／および第２段投入口２５ｄ２から投入された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。
【００３５】
燃焼ガスは、改質部２１の内周壁に沿う内周流路２７ａと、内周流路２７ａから折り返されて改質部２１の外周壁に沿う第１外周流路２７ｂと、第１外周流路２７ｂから折り返されて断熱部２８と蒸発部２６の間に形成された第２外周流路２７ｃから構成される燃焼ガス流路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。すなわち、燃焼ガス流路２７は、燃焼部２５で生成された燃焼ガスを改質部２１、蒸発部２６の順番に流通させるものである。なお、燃焼ガス流路２７は断熱部２８によって覆われており、内周流路２７ａおよび第１外周流路２７ｂを流れる燃焼ガスの熱は断熱部２８によって外部への放熱が抑制されるので改質部２１の加熱に有効利用される。
【００３６】
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が接続されており、燃料極１１に改質ガスが供給されるようになっている。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が接続されており、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスを燃焼部２５に供給するようになっている。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。第１および第２改質ガスバルブ７４，７６およびオフガスバルブ７５はそれぞれの管を開閉するものであり、制御装置３０により制御されている。起動運転時には、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）時には、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。
【００３７】
また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、空気ポンプ６６の上流にて第１燃焼用空気供給管６５から分岐したカソード用空気供給管６７の先端が接続されており、空気極１２内に空気が供給されるようになっている。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は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込み燃料電池１０の空気極１２に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じてカソード用空気供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ６９は制御装置３０の指令によってカソード用空気供給管６７を開閉するものである。さらに、燃料電池１０の空気極１２の導出口には、他端が外部に開放されている排気管８２の一端が接続されている。
【００３８】
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、上述した各温度センサ２３ｅ，８７、各ポンプ４３，４８，５３，６３，６６，６８、各バルブ４２，４５，５４，６４，６９，７４，７５，７６、燃焼部２５、および流量調整弁８６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、各温度センサ２３ｅ，８７からの各温度を入力して、各ポンプ４３，４８，５３，６３，６６，６８、各バルブ４２，４５，５４，６４，６９，７４，７５，７６、燃焼部２５、および流量調整弁８６を制御することにより、燃料電池システムの起動運転、発電運転および停止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。
【００３９】
上述した燃料電池システムの作動について図４のフローチャートと図５のタイムチャートを参照して説明する。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、燃料電池システムを暖機する暖機運転（起動運転）を開始する。すなわち、燃焼部２５に燃焼用燃料、燃焼用空気の供給（投入）を開始して燃焼部２５を着火させて燃焼ガスの生成を開始するとともに、改質部２１に改質水（水蒸気）の投入を開始する。
【００４０】
具体的には、制御装置３０は、ステップ１０２において、流量調整弁８６を制御して、燃焼用空気を第１段投入口２５ｄ１のみから投入するように設定する。そして、燃焼用空気ポンプ６６を所定供給量Ａ１−１となるように駆動させる。これにより、所定供給量（所定流量）Ａ１−１の燃焼用空気が第１段投入口２５ｄ１を通って燃焼筒２５ｂ内に供給（投入）される。
【００４１】
制御装置３０は、ステップ１０４において、第１燃料バルブ４２を開き第２燃料バルブ４５を閉じ燃料供給源Ｓｆを燃焼部２５のみに接続する。また、制御装置３０は、燃焼用燃料ポンプ４８を所定供給量Ｍｆ１となるように駆動させる。これにより、所定供給量Ｍｆ１の燃焼用燃料が、燃料供給源Ｓｆから燃焼用燃料供給管４７を介して燃焼部２５に供給される。さらに、制御装置３０は、燃焼部２５を着火するので、前述のように供給されている燃焼用燃料の燃焼用空気による燃焼が開始される。
【００４２】
制御装置３０は、ステップ１０６において、水バルブ５４を開き、水ポンプ５３を所定供給量Ｍｗ１となるように駆動させ、蒸発部２６経由の改質部２１への改質水（水または水蒸気）の投入を開始する。
【００４３】
そして、制御装置３０は、ステップ１０８において、時刻ｔ０からタイマＴｍ１が経過するのを待ってプログラムをステップ１１０に進める。タイマＴｍ１としては、例えば、着火後に火炎が安定する時間を予め計測し、その時間を設定する。なお、タイマＴｍ１によらず、火炎温度または同温度の関係するファクタを計測して、それが所定値となったときに火炎が安定したと判断し、プログラムをステップ１１０に進めてもよい。制御装置３０は、ステップ１１０において、流量調整弁８６を制御して、燃焼用空気を第１段投入口２５ｄ１と第２段投入口２５ｄ２の両方の投入口から投入するように設定する。さらに、制御装置３０は、流量調整弁８６および燃焼用空気ポンプ６６を制御して、第１段投入口２５ｄ１からの燃焼用燃料を所定供給量（所定流量）Ａ１−１に維持するとともに、第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用燃料を所定供給量（所定流量）Ａ２−１に調整する。
【００４４】
所定供給量Ａ１−１および所定供給量Ａ２−１は、運転モードに応じた燃焼特性（エミッション、吹き消え防止条件）に基づいてそれぞれ決定されるものである。そして、所定供給量Ａ２−１は、所定供給量Ａ１−１より多くなるように設定されている。すなわち、運転モードが、時刻ｔ１から蒸発部２６にて水蒸気の生成を開始する時点（時刻ｔ２）までの第１起動運転モードでは、燃焼筒２５ｂの先端側に位置する投入口（第２段投入口２５ｄ２）からの燃焼用酸化剤の投入量Ａ２−１が、燃焼筒２５ｂの基端側に位置する投入口（第１段投入口２５ｄ１）からの燃焼用酸化剤の投入量Ａ１−１より多くなるように設定されている。所定供給量Ａ１−１は、できるだけエミッションを低く抑え、かつ火炎が吹き消されない量に設定されており、所定供給量Ａ２−１は、燃焼ガスの流量を早くして、燃焼ガスの熱を効率よく蒸発部２６に伝えることができる量に設定されている。
【００４５】
したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２（水蒸気生成開始時点）までの間において、第１段投入口２５ｄ１から供給される燃焼用空気による燃焼によって燃焼部２５の種火を吹き消すことなく、第２段投入口２５ｄ２から供給される燃焼用空気によって燃焼ガスの流速が第２段投入口２５ｄ２から増大する。したがって、燃焼ガス温度を蒸発部２６で必要とされる温度にし、燃焼ガス流速が上がることで効率よく蒸発部２６に熱を与え、早期に水蒸気を生成することができる。
【００４６】
なお、タイマＴｍ１を０に設定してもよく、この場合には、時刻ｔ０から時刻ｔ２までが第１起動運転モードとなる。
【００４７】
このように燃焼ガスによって改質部２１および蒸発部２６が加熱されて昇温する中、改質水が蒸発部２６で加熱される。蒸発部２６が十分に加熱された後に、改質水が沸騰して気体状態すなわち水蒸気もしくは気液混合状態となって冷却部２２に供給される。
【００４８】
制御装置３０は、ステップ１１２において、温度センサ８７によって蒸発部２６から流出する改質水の温度Ｔ１を検出し、この検出した温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ａ（例えば１００℃）より高いか否かを判定する。制御装置３０は、改質水の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ａ未満である場合には、「ＮＯ」と判定しステップ１１２の処理を繰り返し実行し、改質水の温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ａ以上となった場合には、「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１１４に進める。所定温度Ｔ１ａは改質水が水蒸気として生成される温度に設定されている。
【００４９】
したがって、制御装置３０は、温度Ｔ１が所定温度Ｔ１ａより高くなった場合には、蒸発部２６から水蒸気が生成され始めたと判定し、ステップ１１４において、改質用燃料の供給を開始する。具体的には、制御装置３０は、第２燃料バルブ４５を開き、燃料ポンプ４３を所定供給量Ｍｆ２となるように駆動させ、改質部２１への改質用燃料の投入を開始する。さらに、空気バルブ６４を開いて空気供給源ＳａをＣＯ選択酸化部２４に接続し、空気ポンプ６３を駆動させ空気供給源Ｓａの空気を所定流量（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を経由しないでバイパス管７３を介して燃焼部２５に直接供給され燃焼される。また、改質部２１から導出された改質ガスによってＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４が暖機される。本制御により、水蒸気が確実に供給された後に改質用原料を投入することで、改質触媒のコーキングを防ぐことができ、改質装置の耐久性を向上できる。
【００５０】
また、制御装置３０は、ステップ１１６において、第１段投入口２５ｄ１および第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用空気の各供給量を設定する。具体的には、制御装置３０は、ステップ１１６において、流量調整弁８６および燃焼用空気ポンプ６６を制御して、第１段投入口２５ｄ１からの燃焼用燃料を所定供給量（所定流量）Ａ１−２に維持するとともに、第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用燃料を所定供給量（所定流量）Ａ２−２に減少させる。
【００５１】
所定供給量Ａ１−２および所定供給量Ａ２−２は、運転モードに応じた燃焼特性（エミッション、吹き消え防止条件）に基づいてそれぞれ決定されるものである。また、燃焼部２５においては、燃料電池１０を経由しない改質ガスを燃焼させるので、改質部２１で必要な熱量に対して過剰の燃焼量となっている。所定供給量Ａ１−２および所定供給量Ａ２−２は、この過剰燃焼による改質部２１の過熱を抑制することも考慮して設定されている。所定供給量Ａ１−２および所定供給量Ａ２−２は、できるだけエミッションを低く抑え、火炎を吹き消さないで、かつ、燃焼ガスの熱を効率よく改質部２１に伝えることができる量に設定されている。すなわち、運転モードが、時刻ｔ２以降の第２起動運転モードでは、燃焼筒２５ｂの先端側に位置する投入口（第２段投入口２５ｄ２）からの燃焼用酸化剤の投入量Ａ２−２が、第１起動運転モードにおける第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用酸化剤の投入量Ａ２−１よりも減少するように設定されている。
【００５２】
したがって、水蒸気を早期に生成するようにした後の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、時刻ｔ２以前と比較して燃焼ガスの流速を減少させる。燃焼ガスの流速を減少させることで、燃焼ガス温度を改質部２１の暖機に最適な温度にする。それにより、改質部２１に効率良く熱を伝え、その後に蒸発部２６に適度な熱を伝えることができる。
【００５３】
制御装置３０は、ステップ１１８において、改質装置２０の暖機が完了したか否かを判定する。すなわち、温度センサ２３ｅによって検出したＣＯシフト部２３の温度Ｔ２が所定温度Ｔ２ａ以上であるか否かを判定する。ＣＯシフト部２３の温度Ｔ２が所定温度Ｔ２ａ未満である場合には、「ＮＯ」と判定し、ステップ１１８の処理を繰り返し実行する。ＣＯシフト部２３の温度Ｔ２が所定温度Ｔ２ａ以上となると（時刻ｔ３）、制御装置３０は、ステップ１２２において「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１２０に進める。
【００５４】
制御装置３０は、ステップ１２０において、暖機終了処理を実施する。具体的には、制御装置３０は、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、ＣＯ選択酸化部２４から導出された一酸化炭素が低減された改質ガスは燃料極１１に供給され発電に使用される。燃料極１１からのアノードオフガスは燃焼部２５に供給されて燃焼される。すなわち、起動運転が終了され、引き続いて定常運転（発電運転）が開始される。
【００５５】
制御装置３０は、ステップ１２２において、発電運転（定常運転）を実施する。制御装置３０は、発電運転中（発電運転モード）において、改質装置２０で生成される水素量が所定量となるようにすなわち燃料電池システムの出力電流が電力使用場所で消費される電流・電力に基づいて決定される所望の出力電流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。
【００５６】
発電運転中においては、上述したように、燃焼部２５には燃料電池１０からのアノードオフガスが供給されて、アノードオフガス中の未使用水素ガスや、未改質燃料が燃焼され、その熱によって改質部２１を加熱している。しかし、アノードオフガスの燃焼熱だけでは改質部２１に必要な熱量を補えない場合には、燃焼用燃料を投入して燃焼させて不足熱量を補充している。なお、このような燃焼用燃料の追い焚きなしで、アノードオフガスの燃焼のみで改質部２１に必要な熱量を供給可能な構成としてもよい。
【００５７】
燃焼用空気の供給量について詳述すると、制御装置３０は、第１段投入口２５ｄ１および第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用空気の各供給量を設定する。具体的には、制御装置３０は、流量調整弁８６および燃焼用空気ポンプ６６を制御して、第１段投入口２５ｄ１からの燃焼用燃料を所定供給量（所定流量）Ａ１−３に設定するとともに、第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用燃料を所定供給量（所定流量）Ａ２−３に設定する。
【００５８】
所定供給量Ａ１−３は、電力使用場所で消費される電流・電力に基づいて決定される値である。この所定供給量Ａ１−３は、改質部２１において高効率にて水素を生成するための必要な熱を効率のよい燃焼で得るべく設定されている。所定供給量Ａ２−３は、０（零）に設定されている。すなわち第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用空気の供給は停止されている。
【００５９】
なお、発電運転中においては、発電量が低い場合（例えば最低発電量の場合）や、発電量が増大する場合など燃焼部２５が吹き消えしやすくなる。発電量が低い場合には、各ポンプの精度、脈動による影響度合いが大きく吹き消えしやすくなるためであり、発電量が増大する場合には、改質部２１の必要熱量に対してアノードオフガスが戻ってくる時間の遅れにより吹き消えしやすくなるためである。このような場合には、所定供給量Ａ２−３は前述したように０（零）に設定されるのではなく、低エミッションとなる第２所定流量Ｌ２に設定されるのが望ましい。この場合、所定供給量Ａ１−３が、第１段投入口２５ｄ１での燃焼が燃料リッチとなるような第１所定流量Ｌ１に設定されるのが望ましい。第１所定流量Ｌ１と第２所定流量Ｌ２の総流量は、改質部２１において高効率にて水素を生成するための必要な熱を効率のよい燃焼で得るべく設定されている。これにより、第１段投入口２５ｄ１で燃料リッチ燃焼とすることで、吹き消えしにくくなる。さらに、第１段投入口２５ｄ１で燃料リッチ燃焼した燃焼ガスが第２段投入口２５ｄ２での燃焼によって低エミッションとすることができる。なお、上述した各所定供給量、投入量および各所定流量は流量である。
【００６０】
制御装置３０は、停止スイッチが押されるなど運転停止指示があるまでは、ステップ１２４にて「ＮＯ」と判定し続けて発電運転を継続する。運転停止指示があると、ステップ１２４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１２６に進めて燃料電池システムの運転を停止すべく停止運転を実施する。
【００６１】
制御装置３０は、ステップ１２６おいて、システムの停止処理を行う。このとき、水素濃度を低くするかゼロにするため燃料電池１０の燃料極側にパージ処理を行う。このパージ処理として、不活性ガス、空気、燃焼排ガスなどのパージガスにより燃料ガスを追い出す方法、空気を送って酸化反応により水素濃度を低下させる方法、水蒸気を循環しながら燃料電池１０に電圧を印加し燃料極１１の水素を酸化剤極１２に輸送して水素濃度を低下させる方法などがある。いずれの方法でも燃料極１１では水素濃度が低い残留ガスが残留した状態でシステムが停止することになる。
【００６２】
なお、上述したステップ１０４、１１０、１１６、１２０の各処理が、制御手段である。
【００６３】
上述の説明から明らかなように、この実施形態においては、第１燃焼用空気供給管６５、第２燃焼用空気供給管８５、燃焼用空気ポンプ６６、および流量調整弁８６から構成された燃焼用酸化剤供給手段が、燃焼筒２５ｂの基端から先端に沿って配設された各段の投入口２５ｄ１，２５ｄ２に対し独立かつ選択的に燃焼用酸化剤を供給可能なものである。また、制御手段（制御装置３０；ステップ１０４、１１０、１１６、１２０）が、各段の投入口２５ｄ１，２５ｄ２からそれぞれ投入される燃焼用酸化剤の各投入量が運転モードに応じてそれぞれ設定された値となるように燃焼用酸化剤供給手段を制御する。これにより、各段の投入口２５ｄ１，２５ｄ２から投入される燃焼用酸化剤の投入量（供給量）が運転モードに応じて独立かつ選択的に制御できるようになる。したがって、各運転モードにおいて燃焼部２５が適切な燃焼を実施可能となる。
【００６４】
また、運転モードが、起動時点ｔ０から蒸発部２６にて水蒸気の生成を開始する時点ｔ２までの第１起動運転モードでは、燃焼筒２５ｂの先端側に位置する投入口である第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用酸化剤の投入量が燃焼筒２５ｂの基端側に位置する投入口である第１段投入口２５ｄ１からの燃焼用酸化剤の投入量より多くなるように設定されているので、吹き消えさせることなく燃焼ガスの流速を増大させ、燃焼ガスを速く蒸発部２６に到達させることにより、燃焼ガスの熱を効率よく蒸発部２６に伝えることができる。したがって、燃焼ガスにより蒸発部２６が早期に加熱され、早期に水蒸気を生成することができ、ひいては暖機時間の短縮を図ることができる。
【００６５】
また、運転モードが、蒸発部２６にて水蒸気の生成を開始する時点ｔ２から燃料電池１０の発電運転を開始する時点ｔ３までの第２起動運転モードでは、燃焼筒２５ｂの先端側に位置する投入口である第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用酸化剤の投入量が第１起動運転モードよりも減少するように設定されているので、水蒸気が生成された後においては、燃焼ガスの流速を減少させ、燃焼ガス温度を改質部２１の暖機に最適な温度にし、燃焼ガスの熱を効率よく改質部２１に伝えることができる。したがって、燃焼ガスにより改質部２１を早期に加熱することができ、ひいては暖機時間の短縮を図ることができる。
【００６６】
なお、水蒸気生成までは、燃焼ガスから蒸発部２６に早期に熱を与える必要があるが、燃焼ガスの温度としては運転時のような高温を要さない（熱交換効率を考慮しなければ、水蒸気を作成するだけであるのであれば１００℃以上の温度があればよい）。そのため、本発明では燃焼筒２５ｂの先端から燃焼用酸化剤を入れることで、比較的低温でも大流量の燃焼ガスを流通することで水蒸気生成の早期化を図っている。一方水蒸気生成後からの発電時においては、改質用燃料と水蒸気で改質反応を行うために改質部２１の温度を規定温度（７００℃など）の高温に維持する必要がある。そのため、燃焼ガスの温度も高温にする必要がある。本発明では、燃焼筒２５ｂの先端からの燃焼用酸化剤投入を減少（停止も含む）させることで燃焼ガス温度を上げている。
【００６７】
また、運転モードが発電運転モードである場合であって、燃料電池１０の出力電力が低い場合、または増大している場合には、燃焼筒２５ｂの基端側に位置する投入口である第１段投入口２５ｄ１からの燃焼用酸化剤の投入量が燃料リッチ燃焼となる第１所定流量Ｌ１に設定されるとともに、燃焼筒２５ｂの先端側に位置する投入口である第２段投入口２５ｄ２からの燃焼用酸化剤の投入量が低エミッションとなる第２所定流量Ｌ２に設定されているので、吹き消えを確実に防止するとともに低エミッションを実現することができる。
【００６８】
なお、上述した各実施形態において、燃焼用酸化剤供給手段を第１燃焼用空気供給管６５、第２燃焼用空気供給管８５、燃焼用空気ポンプ６６、および流量調整弁８６から構成するようにしたが、流量調整弁８６を設ける代わりに、図６に示すように、燃焼用空気ポンプ８５ａを第２燃焼用空気供給管８５に設けるようにしてもよい。この場合、燃焼用空気ポンプ８５ａは、空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込み燃焼筒２５ｂに吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃焼用空気供給量を調整するものである。第１段投入口２５ｄ１および第２段投入口２５ｄ２から投入される燃焼用酸化剤の投入量が、両燃焼用空気ポンプ６６，８５ａを制御することにより調整される。
【００６９】
なお、第２燃焼用空気供給管８５を燃焼用空気ポンプ６６の上流の第１燃焼用空気供給管６５から分岐させるようにしてもよい。
【００７０】
また、上述した各実施形態において、ポンプの代わりにブロアを使用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【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に示す燃焼部の断面とその周辺を示す図である。
【図３】図１に示す改質装置を示すブロック図である。
【図４】図３に示した制御装置にて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】本発明による改質装置の動作を示すタイムチャートである。
【図６】図１に示す燃焼部の断面とその周辺の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…改質部、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）、２３ｅ…温度センサ、２４…一酸化炭素選択酸化反応部（ＣＯ選択酸化部）、２５…燃焼部、２５ａ…本体、２５ｂ…燃焼筒、２５ｃ…外筒、２５ｄ…内筒、２５ｄ１…第１段投入口、２５ｄ２…第２段投入口、２６…蒸発部、２７…燃焼ガス流路、２８…断熱部、３０…制御装置（制御手段）、４１…燃料供給管、４２…第１燃料バルブ、４３…燃料ポンプ、４４…脱硫器、４５…第２燃料バルブ、４７…燃焼用燃料供給管、４８…燃焼用燃料ポンプ、５１…給水管、５２…水蒸気供給管、５３…水ポンプ、５４…水バルブ、６１…酸化用空気供給管、６２…フィルタ、６３…空気ポンプ、６４…空気バルブ、６５…第１燃焼用空気供給管、６６，８５ａ…燃焼用空気ポンプ、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、８５…第２燃焼用空気供給管、８６…流量調整弁、８７…温度センサ、８９…接続管、Ｓａ…空気供給源、Ｓｆ…燃料供給源、Ｓｗ…水タンク。
【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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