水素生成装置およびこれを備える燃料電池システム
【課題】排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減した水素生成装置および燃料電池システムを提供する。
【解決手段】原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１０２と、改質器を加熱する燃焼器１０４と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器１０６と、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器１０８と、第１熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路１１０と、第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプ１１２と、第１熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器１４０と、停止処理時に燃焼器が燃焼を行っていない状態において空気供給器から燃焼器に空気を供給して、少なくとも改質器を冷却する工程である冷却工程において第１ポンプを動作させる制御器１１４とを備える、水素生成装置１００。
【解決手段】原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器１０２と、改質器を加熱する燃焼器１０４と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器１０６と、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器１０８と、第１熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路１１０と、第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプ１１２と、第１熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器１４０と、停止処理時に燃焼器が燃焼を行っていない状態において空気供給器から燃焼器に空気を供給して、少なくとも改質器を冷却する工程である冷却工程において第１ポンプを動作させる制御器１１４とを備える、水素生成装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置およびこれを備える燃料電池システムに関する。より詳しくは、水蒸気改質反応により炭化水素系の原料と水とから水素含有ガスを生成する水素生成装置およびこれを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
燃料電池システムでは、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池スタック（以下、単に燃料電池という）に、水素含有ガスと酸素含有ガスとが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される水素含有ガスに含まれる水素と酸素含有ガスに含まれる酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この所定の電気化学反応が進行することにより、燃料電池において、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーに直接変換される。これにより、燃料電池システムは、負荷に向けて電力を出力する。
【０００４】
ところで、燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスの供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されていない。そのため、従来の燃料電池システムには、通常、発電運転時に必要となる水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。この改質器では、改質触媒において水蒸気改質反応が進行することにより、有機化合物を含む都市ガス等の原料と水とから水素含有ガスが生成される。この際、改質器が有する改質触媒は、加熱器により水蒸気改質反応の進行に適した温度に加熱される。加熱器は、燃焼バーナを用いることが一般的である。都市ガスと燃焼ファンにより供給された空気との混合ガスを燃焼することにより、改質器が有する改質触媒を加熱する。また、発電中などは燃料電池で使用されなかった燃料オフガスを加熱器で燃やすのが一般的である。また、燃焼したガスにより改質器を加熱するが、改質器を加熱した後の燃焼ガスも温度が高いため、その熱を回収するために、排ガス熱交換器を用いて水で冷却するのが一般的である。なお、この水は燃料電池システム内の熱を回収して６０〜７０℃程度のお湯としてタンクなどに貯える。このように、熱回収した後の燃焼排ガスを排気口から外部の大気に放出する。
【０００５】
加熱器により加熱された、改質器では、都市ガス等の原料と水とから改質反応により水素を含む水素含有ガスが効率良く生成される。燃料電池システムは、改質器が生成する水素含有ガスと酸素含有ガスとしての例えば空気を利用して発電する。なお、改質器で改質反応に使用する水は、水素生成装置内部に水蒸発器を有して水蒸気を発生させる。特にエネルギーロスを低減し改質効率を向上させる場合は、改質器内に水蒸発器を有するのが一般的である。
【０００６】
なお、改質器から生成する水素含有ガスには一酸化炭素が含まれており、一酸化炭素は燃料電池に含まれる触媒を被毒するため、燃料電池での正常な発電が行えなくなる。そこで、改質器にて生成した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために、変成反応を行う変成器や、選択酸化反応を行う一酸化炭素除去器を設けるのが一般的である。これら改質器、変成器、一酸化炭素除去器を合わせて水素生成装置と呼ぶ。
【０００７】
燃料電池システムの運転停止時は水素生成装置（改質器）の温度が高温であるため、燃焼バーナでの燃焼を停止した後、燃焼ファンを動作させ冷えた空気を供給することで、改質器を冷却する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２５４２５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、水素生成装置および燃料電池システムが停止する場合について述べる。特許文献１の水素生成装置および燃料電池システムでは、停止時に高温の改質器を燃焼ファンより供給される空気により冷却することが記載されている。しかしながら、改質器を冷却した排空気の保有熱により排ガス熱交換器の周辺構成部材（例えば、Ｏリングやパッキンなど）が熱劣化を起こす可能性がある。また、燃焼排ガス出口である排気口から高温の空気が放出されるために、上記冷却時に排気口付近に人が存在すると火傷する可能性があるという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減し、上記冷却工程が実行される水素生成装置および燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく、本発明の水素生成装置は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器と、前記第１熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプと、前記熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器と、停止時に前記燃焼器が燃焼を行っていない状態において前記空気供給器から供給した空気により少なくとも前記改質器を冷却する冷却工程において前記第１ポンプを動作させる制御器とを備える。
【００１２】
かかる構成では、停止処理時の冷却工程において、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００１３】
上記の水素生成装置において、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、起動時に前記原料供給器より前記改質器に原料を供給するとともに前記改質器を通過した原料を前記燃焼器で燃焼させて前記改質器を加熱するように構成され、前記制御器は、少なくとも前記改質器の温度が待機可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されていてもよい。
【００１４】
上記の水素生成装置において、前記制御器は、前記空気供給器から前記燃焼器への空気の供給を停止させるのに伴って前記ポンプの動作を停止させるように構成されていてもよい。
【００１５】
また本発明の燃料電池システムは、上記の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
【００１６】
かかる構成では、停止処理時の冷却工程において、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００１７】
上記の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のカソードに前記原料を供給し、前記燃料電池のカソードを通過したガスを用いて前記燃焼器で燃焼するカソードパージ動作を行うよう構成され、前記冷却工程は、前記カソードパージ動作完了後の冷却工程であってもよい。
【００１８】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記のような構成を有することにより、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態の水素生成装置における停止処理時の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の水素生成装置における運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる水素生成装置における運転停止時の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の第４変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態の第５変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態の第６変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態の第７変形例にかかる水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態の第１１変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態の第１２変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態の第１３変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態の第１４変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムにおける発電運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムの発電運転停止時における経路の切替動作の概略を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態の第１変形例にかかる燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２実施形態の第２変形例にかかる燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
以下、本発明の水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムを、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
第１の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００［図１］あるいは水素生成装置１００２［図５］）は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器（例えば、改質器１０２）と、改質器を加熱する燃焼器（例えば、燃焼器１０４）と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器（例えば、燃焼ファン１０６）と、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器（例えば、第１熱交換器１０８）と、熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路（例えば、第１熱媒体経路１１０）と、第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプ（例えば、第１ポンプ１１２）と、第１熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器（例えば、蓄熱器１４０あるいは蓄熱器１４１）と、停止時に燃焼器が燃焼を行っていない状態（例えば、図２のステップＳ１２〜：燃焼器が燃焼を停止した後の状態）において空気供給器から供給した空気により少なくとも前記改質器を冷却する工程である冷却工程（例えば、図２のステップＳ１３：燃焼器が燃焼を行わずに空気供給器が動作する工程）において第１ポンプを動作させる制御器（例えば、制御器１１４）とを備えている。
【００２４】
これにより、従来の水素生成装置よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００２５】
ここで、上記「原料」とは、少なくとも水素及び炭素を構成元素とする有機化合物を含むもので、具体的には、メタン、プロパンガス、都市ガス等の炭化水素や、メタノール、エタノール等のアルコールが挙げられる。
【００２６】
また、上記実施の形態の水素生成装置において、空気供給器が供給する空気は、燃焼器が燃焼を行っている場合には燃焼用の空気となり、燃焼器が燃焼を行っていない場合には冷却用の空気となる。
【００２７】
「第１熱交換器」は、燃焼排ガスと第１熱媒体との間で熱交換が行われることを可能にする装置であればどのようなものでもよい。
【００２８】
ただし、熱効率やエネルギー効率を考慮すれば、燃焼排ガス中の熱が熱交換により回収され利用されることが望ましい。回収熱の用途としては、例えば給湯、床暖房などが考えられる。この場合、熱媒体経路は、蓄熱器（貯湯タンクなど）に接続される構成や、床暖房の経路に接続される構成とすることがより好ましい。
【００２９】
「第１熱媒体」は、液体の熱媒体であり、例えば液体の水、不凍液などを用いることができる。
【００３０】
「第１ポンプ」は、第１熱媒体経路中に第１熱媒体が通流するように、第１熱媒体を駆動するものであれば、どのような装置でもよい。
【００３１】
「制御器」は、例えば、１個のＣＰＵ（集中制御）で構成される形態もよいし、複数のＣＰＵ（分散制御）で構成される形態であってもよい。
【００３２】
「冷却工程」とは、停止時に燃焼器が燃焼を行っていない状態において空気供給器から供給される空気により少なくとも改質器を冷却する工程を言う。この冷却工程において、空気供給器は連続的または断続的に動作しても構わない。冷却工程において、空気供給器は改質器を冷却する冷媒（空気）の供給器として機能する。一方、燃焼器が燃焼を行っている状態においては、空気供給器は燃焼用空気の供給器として機能する。
【００３３】
燃焼を行っていない状態とは、例えば、燃焼器において火炎が生じておらず、燃焼熱（燃料の酸化反応によって生じる反応熱）が生じていないような状態を言う。
【００３４】
冷却工程において第１ポンプが動作される目的は、熱媒体経路中に熱媒体を流すことで、熱交換器における熱交換（排空気から熱媒体への熱回収）を促進させ、改質器より熱回収した排空気を冷却することにある。なお、上記冷却工程において、第１ポンプも連続的または断続的に動作しても構わない。
【００３５】
「原料供給器」は、改質器に供給される原料の流量を調整する機器であればよく、例えば、ブースタポンプや流量調整弁等が用いられうる。
【００３６】
また、第２の本発明の実施の形態における水素生成装置は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、改質器に原料を供給する原料供給器（例えば、ブースタポンプ１１６）を備え、起動時に原料供給器より改質器に原料を供給するとともに改質器を通過した原料を燃焼器で燃焼させて改質器を加熱するよう構成され、制御器は、少なくとも改質器の温度が待機可能温度以下になるまで冷却工程を継続させる。
【００３７】
これにより、従来の水素生成装置よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減しながら、速やかに次の起動を待機する待機状態に移行することが可能になる。
【００３８】
ここで、「待機可能温度」とは、水素生成装置の停止処理を完了し、次の起動の待機状態に移行することが可能な温度として定義される。一例としては、起動処理が開始され、原料ガスが改質器の内部に供給されても、改質器に設けられた改質触媒の表面ないしその下流の経路に炭素が析出しない温度が挙げられる。具体的には、改質器の内部温度として、５００℃以下の所定温度を待機可能温度としうる。また、改質器の温度は、改質器の温度を直接検出する温度検知器（例えば、第３温度検知器１３８）だけでなく、改質器の温度を間接的に検出する検知器（例えば、停止処理を開始してからの時間を計測する計時器等）により検知される。
【００３９】
また、第３の本発明の実施の形態における水素生成装置は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、制御器は、改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで冷却工程を継続させる。
【００４０】
これにより、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減しながら、上記冷却工程を実施しない場合に比してより速やかに改質器内をパージ処理可能な温度にまで低下することが可能になる。
【００４１】
ここで、「パージ可能温度」とは、改質器の内部をパージするために、例えば、原料を通流しても改質器内部にある改質触媒などの表面に炭素が析出するなどの問題が生じないような温度をいう。なお、上記パージに使用されるガスは、上記原料に限定されるものではなく、例えば、窒素等の不活性ガスであってもよい。
【００４２】
また、第４の本発明の実施の形態における水素生成装置は、第３の本発明の実施の形態の水素生成装置において、制御器は、異常停止時に、改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで冷却工程を継続させる。
【００４３】
これにより、異常停止時に、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減しながら、上記冷却工程を実施しない場合に比してより速やかに改質器の温度をパージ処理可能な温度に低下させることができる。また、改質器の温度がメンテナンスマンが作業可能な温度にまでより速やかに低下するため、メンテナンス性が向上する。
【００４４】
ここで、「異常停止」とは、機器の故障（例えば、温度検知器の故障、ＣＯセンサの故障、及び燃焼空気供給器の故障）、ガス漏れ異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）、温度検知器の検出温度異常（例えば、改質温度の過昇温、過降温）などの異常により水素生成装置の運転を停止する場合を指すが、これに限定されるものではない。
【００４５】
また、第５の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００４［図６］）は、第１の本発明の実施の形態の水素生成装置において、蓄熱器は第１熱交換器を通過した第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、第１熱交換器の上流の第１熱媒体経路と第１熱交換器の下流の第１熱媒体経路とを接続し、蓄熱器をバイパスするバイパス経路（例えば、第２バイパス経路１２７）と、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第１切替器（例えば、三方弁１２９）と、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器（例えば、第１温度検知器１２３）とを備え、制御器は、冷却工程において、第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第１切替器をバイパス経路側に維持する。
【００４６】
これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【００４７】
ここで、「第１の閾値」とは、例えば蓄熱器に供給される熱媒体の温度が下がり過ぎないようにするための蓄熱下限温度（蓄熱器が貯湯タンクの場合は、貯湯下限温度）である。
【００４８】
また、第６の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００２［図５］）は、第１の本発明の実施の形態の水素生成装置において、第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器（例えば、第２熱交換器１３５）と、第２熱交換器において第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路（例えば、第２熱媒体経路１４３）と、第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプ（例えば、第２ポンプ１４２）と、第２熱交換器の上流の第２熱媒体経路と第２熱交換器の下流の第２熱媒体経路とを接続し、蓄熱器（例えば、蓄熱器１４１）をバイパスするバイパス経路（例えば、第３バイパス経路１４５）と、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第２切替器（例えば、三方弁１４４）と、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器（例えば、第２温度検知器１４８）とを備え、蓄熱器は第２熱交換器を通過した第２熱媒体を貯える蓄熱器であって、制御器は、冷却工程において、第２温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第２切替器をバイパス経路側に維持する。
【００４９】
これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第２の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【００５０】
ここで、「第２熱交換器」は、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換が行われることを可能にする装置であればどのようなものでもよい。ただし、熱効率やエネルギー効率を考慮すれば、第１熱媒体中の熱が熱交換により回収され利用されることが望ましい。回収熱の用途としては、例えば給湯、床暖房などが考えられる。この場合、第２熱媒体経路は、蓄熱器（貯湯タンクなど）に接続される構成や、床暖房の経路に接続される構成とすることがより好ましい。
【００５１】
「第２熱媒体」は、液体の熱媒体であり、例えば液体の水、不凍液などを用いることができる。
【００５２】
「第２ポンプ」は、第２熱媒体経路中に第２熱媒体が通流するように、第２熱媒体を駆動するものであれば、どのような装置でもよい。
【００５３】
また、第７の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００４［図６］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器（例えば、第１温度検知器１２３）を備え、制御器は、第１温度検知器の検知温度に基づいて第１ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、前記第１温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行する。
【００５４】
これにより、改質器より熱回収した排空気が高温である場合には、蓄熱器に貯える上で適切な温度に第１熱媒体の温度が制御され、改質器より熱回収した排空気の温度が低温化すると、第１熱媒体の温度に拘わらない熱回収動作が実行される。つまり、第１熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら、従来の水素生成装置よりも排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減することができる。
【００５５】
また、第８の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００４［図６］）は、第７の本発明の実施の形態における水素生成装置において、蓄熱器は第１熱交換器を通過した第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、第１熱交換器の上流の第１熱媒体経路と第１熱交換器の下流の第１熱媒体経路とを接続し、蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第１切替器とを備え、制御器は、第２の熱回収動作において、第１温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、第１切替器を蓄熱器側に切替え、第１温度検知器の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、第１切替器をバイパス経路側に切替える。
【００５６】
これにより、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第１熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第１熱媒体の流入が抑制される。
【００５７】
また、第９の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００６［図７］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、第２熱交換器において第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプと、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、蓄熱器は第２熱交換器を通過した第２熱媒体を貯える蓄熱器であり、制御器は、第２温度検知器の検知温度に基づいて前記第２ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、第２温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第２ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行する。
【００５８】
これにより、改質器より熱回収した排空気が高温である場合には、蓄熱器に貯える上で適切な温度に第２熱媒体の温度が制御され、改質器より熱回収した排空気の温度が低温化すると、第２熱媒体の温度に拘わらない熱回収動作が実行される。つまり、第２熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら改質器の冷却を促進することが可能になる。
【００５９】
また、第１０の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００６［図７］）は、第９の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第２熱交換器の上流の第２熱媒体経路と第２熱交換器の下流の第２熱媒体経路とを接続し、蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第２切替器とを備え、制御器は、第２の熱回収動作において、第２温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、切替器を蓄熱器側に切替え、第２温度検知器の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、切替器をバイパス経路側に切替える。
【００６０】
これにより、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第２熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第２熱媒体の流入が抑制される。
【００６１】
また、第１１の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００［図１］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、冷却工程後に原料により改質器内をパージする原料パージ動作において、改質器より送出されたガスを燃焼器にて燃焼するとともに第１ポンプを動作するよう構成され、制御器は、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が第１ポンプの操作量を増加させる。
【００６２】
原料パージ動作時においては、改質器より送出されたガスを燃焼器において、燃焼するため改質器の冷却工程時よりも燃焼排ガス経路を流れるガスの保有熱量が多くなるが、本実施の形態の水素生成装置においては、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が熱回収量が多くなるよう第１ポンプが制御されるため、原料パージ動作時において、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００６３】
また、第１２の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００２［図５］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、第２熱交換器において第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプとを備え、冷却工程後に原料により改質器内をパージする原料パージ動作において、改質器より送出されたガスを燃焼器にて燃焼するとともに第２ポンプを動作するよう構成され、制御器は、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が第２ポンプの操作量を増加させる。
【００６４】
原料パージ動作時においては、改質器より送出されたガスを燃焼器において、燃焼するため改質器の冷却工程時よりも燃焼排ガス経路を流れるガスの保有熱量が多くなる。本実施の形態の水素生成装置においては、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が熱回収量が多くなるよう第２ポンプが制御されるため、原料パージ動作時において、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００６５】
また、第１３の本発明の実施の形態における燃料電池システム（例えば、燃料電池システム２００［図１３］）は、第１〜第１２の本発明の実施の形態における水素生成装置のいずれかと、この水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池（例えば、燃料電池２５０）とを備える。
【００６６】
これにより、従来の燃料電池システムよりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００６７】
ここで、上記「燃料電池」には、例えば高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられる。固体酸化物形燃料電池の場合は、通常、改質反応を実行する改質部と燃料電池部をそれぞれ個別に有する間接内部改質型と燃料電池本体内部で改質反応も行う内部改質型のいずれであってもよい。つまり、燃料電池に上記改質器が内蔵された形態が採用される場合があり、本発明の燃料電池システムは、そのような形態も含むものである。
【００６８】
また、第１４の本発明の実施の形態における燃料電池システム（例えば燃料電池システム２００［図１３］）は、第１３の本発明の実施の形態における燃料電池システムにおいて、燃料電池のカソードに原料を供給し、燃料電池のカソードを通過したガスを用いて燃焼器で燃焼するカソードパージ動作を行うよう構成され、冷却工程は、カソードパージ動作完了後の冷却工程である。
【００６９】
これにより、カソードパージ動作時においては、カソードを通過したガスを用いて燃焼器で燃焼するよう構成されているため、カソードパージ時において与えられた熱も含め改質器より速やかに熱回収し、改質器を冷却することが可能になる。
【００７０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の水素生成装置を、図面を参照しながら説明する。
【００７１】
［装置構成の詳細］
以下、水素生成装置１００の装置構成の詳細について図１を参照しつつ説明する。
【００７２】
ブースターポンプ１１６の上流側は、原料ガスの供給源（例えば、都市ガスインフラ）に接続されている。ブースターポンプ１１６の下流側は、原料ガス供給流路１２０を介して改質器１０２に接続されている。原料ガス供給流路１２０には第１開閉弁１１８が設けられている。
【００７３】
改質水ポンプ１１７の入口は、水供給源（例えば、第１熱交換器１０８で生成した燃焼排ガス中の凝縮水を貯めた水タンク、水道インフラ等）に接続している。改質水ポンプ１１７の出口は、蒸発器１０３に接続しており、蒸発器１０３は改質器１０２と接続されている。なお、改質水ポンプ１１７と蒸発器１０３との間の改質水供給路１２１には第２開閉弁１１９が設けられている。
【００７４】
なお、図１には、改質器１０２から送出されるガスがそのまま水素生成装置本体１０５より送出されるよう構成されているが、改質器１０２の下流に、改質器１０２で生成された水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を低減するために、変成触媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、Ｐｔ系触媒）を有するＣＯ除去器が設けられる形態を採用しても構わない。水素生成装置本体１０５の水素含有ガス出口は燃料ガス供給路１２２を介して水素利用機器１５０と接続されている。燃料ガス供給路１２２には第３開閉弁１２８が設けられている。
【００７５】
燃料ガス供給路１２２の途中において分岐して、水素利用機器１５０をバイパスして燃焼器１０４と接続する第１バイパス経路１２６が設けられ、第１バイパス経路１２６には第５開閉弁１３２が設けられている。
【００７６】
燃焼ファン１０６は、燃焼用空気供給路１３４を介して燃焼器１０４と接続されている。燃焼器１０４より送出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路１３６が設けられている。この燃焼排ガス経路１３６は、少なくとも改質器１０２と熱交換可能に構成され、燃焼排ガス中の燃焼排ガスにより改質器１０２は加熱される。なお、水素生成装置本体１０５内に変成器やＣＯ除去器を更に備える形態を採用した場合は、これらの反応器に対しても上記燃焼排ガスにより加熱されるよう構成されても構わない。燃焼排ガス経路１３６は、蒸発器１０３とも熱交換可能に構成されていても構わない。
【００７７】
また、燃焼排ガス経路１３６は、第１熱交換器１０８の内部を通過している。第１熱交換器１０８の内部には、熱交換器１１０において燃焼排ガスより熱を回収する第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路１１０も通過している。第１熱媒体経路１１０には第１ポンプ１１２が設けられている。燃焼排ガス経路１３６内の燃焼排ガスと第１熱媒体経路１１０内の熱媒体とは、第１熱交換器１０８において、互いに熱交換可能になるよう構成されている。
【００７８】
第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体は、蓄熱器１４０に貯えられる。第１ポンプ１１２は蓄熱器１４０から取り出された第１熱媒体を第１熱交換器１０８に送出する。
【００７９】
第３温度検知器１３８は改質器１０２に取り付けられており、改質器１０２の温度を検出してその結果を制御器１１４に送る。
【００８０】
制御器１１４は、ＣＰＵやメモリ等を備え、各開閉弁１１８、１１９、１２８、１３２や、燃焼ファン１０６、第１ポンプ１１２、ブースターポンプ１１６などと電気的に接続され、それらを制御する。
【００８１】
本実施形態における水素利用機器１５０は、例えば、水素貯蔵タンクとしうるが、これに限定されるものではなく、燃料電池等の水素を利用する装置であればどのようなものでもよい。各開閉弁は例えば電磁弁とすることができる。第３温度検知器１３８には、例えばサーミスタなどの温度センサを用いることができる。
【００８２】
［動作：水素生成運転］
以下、水素生成装置１００における水素生成運転時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器１１４によって、水素生成装置１００の各機器が制御されることにより遂行される。
【００８３】
第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９は開放されている。ブースタポンプ１１６により原料ガスが原料ガス供給路１２０を介して改質器１０２に供給される。改質水は改質水供給路１２１を介して蒸発器１０３に供給される。
【００８４】
改質器１０２は燃焼器１０４からの燃焼排ガスにより加熱される。蒸発器１０３において改質水は水蒸気になる。改質器１０２において、該水蒸気と原料ガスから水蒸気改質反応により水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された水素含有ガスは、起動処理中においては、第１バイパス経路１２６を介して燃焼用ガスとして燃焼器１０４に供給されるよう、制御器１１４により第３開閉弁１２８は閉じた状態で、第５開閉弁１３２が開放されるよう制御される。
【００８５】
上記起動処理が完了すると、第５開閉弁１３２の開放を維持したまま、第３開閉弁１２８を開放し、水素含有ガスを水素利用機器１５０に供給開始し、水素生成運転が開始される。なお、上記水素生成運転中においても、水素生成装置本体１０５から送出された水素含有ガスの一部が、第１バイパス経路１２６を介して燃焼器１０４へ供給、燃焼され、改質器１０２を改質反応に好適な温度に維持する。
【００８６】
燃焼器１０４で生成する燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路１３６を流れ、第１熱交換器１０８において燃焼排ガスが冷却され、燃焼排ガス中の水分が凝縮された後、排気口１３７を通じて水素生成装置１００の筐体外部へと排出される。
【００８７】
［動作：起動処理］
以下、本実施形態の水素生成装置１００における起動時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器１１４によって、水素生成装置１００の各部が制御されることにより遂行される。
【００８８】
起動を待機する待機状態において、起動要求があると、制御器１１４は起動指令を出力し、水素生成装置１００の水素生成装置本体１０５の昇温動作を含む起動処理を開始する。
ここで、起動処理は、水素生成装置により安定して高濃度の水素（Ｈ２ガス）を含む水素含有ガスを生成するのに好適な温度に水素生成装置の温度が到達するまで、水素生成装置を昇温させる処理を含み構成される。
起動処理においては、原料供給器（ブースターポンプ１１６）を動作させ、改質器１０２に原料を供給しながら、第３開閉弁１２８が閉鎖するとともに第５開閉弁１３２が開放し、第１バイパス経路１２６を通じて、燃焼器１０４に供給される可燃性ガスを燃焼させ、改質器１０２を含む水素生成装置本体１０５の昇温動作を実行する。
【００８９】
上記昇温動作により改質器１０２及び蒸発器１０３が加熱され、蒸発器１０３の温度が水蒸気を生成可能な温度（蒸発可能温度）になると、第２開閉弁１１９が開放するとともに、改質水供給器（改質水ポンプ１１７）を動作させ、蒸発器１０３に改質水の供給を開始する。なお、上記蒸発可能温度は、１００℃以上の温度として設定され、第３温度検知器１３８の検知温度で、蒸発可能温度以上になったか否かを判断するよう構成されている。なお、その際に、蒸発可能温度以上になった否かを判断する温度閾値が、上記検知温度に対して設定される。
【００９０】
上記のように蒸発器１０３に改質水の供給を開始することで、蒸発器で生成した水蒸気と、原料ガス供給路１２０を介して供給された原料ガスとから、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成される。
【００９１】
そして、更に、上記昇温動作を改質器１０２の温度が水素を高濃度に含む水素含有ガスを生成可能な改質反応に好適な安定温度に達するまで継続する。上記昇温動作により第３温度検知器１３８の検知温度が、上記安定温度以上になると、水素生成装置１００の起動処理を完了し、制御器１１４は、第５開閉弁１３２の開放を維持したまま、第３開閉弁１２８を開放し、水素利用機器１５０への水素含有ガスの供給を開始する。なお、上記水素生成装置本体１０５に、改質器１０２で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための反応器として、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器や酸化反応により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器を備える形態を採用した場合、変成器及びＣＯ除去器のそれぞれに好適な安定温度以上になったのを確認してから、起動処理が完了されるよう構成される。ここで、上記変成器やＣＯ除去器の温度については、各反応器に設けられた温度検知器によりその温度が検知される。
【００９２】
［動作：停止処理］
図３は、本発明の第１実施形態の水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図３を参照しつつ、本実施形態の水素生成装置１００における停止処理時の動作の概略を説明する。
【００９３】
水素生成装置１００の水素生成運転中において、水素生成停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ１０１）、発生していればブースターポンプ１１６及び改質水ポンプ１１７の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９が閉止され、原料ガスおよび改質水の供給が停止される（ステップＳ１０２）。
【００９４】
次に、第５開閉弁１３２が閉止され、燃焼器１０４（バーナ）での燃焼が停止される（ステップＳ１０３）。なお、上記ステップＳ１０３の燃焼器の燃焼停止に際しては、通常、消火した後に燃焼ファン１０６より供給される空気により燃焼器１０４内に残留する可燃ガスを筐体外部に排出する動作が実行され、燃焼器１０４の燃焼停止処理が完了する。次に、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２が動作され、燃焼ファン１０６より供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０２を冷却した排空気の保有熱の第１熱媒体による熱回収が行われる。（ステップＳ１０４：冷却工程）。なお、この冷却工程における燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作は、連続的または断続的であっても構わない。
【００９５】
次に、改質器１０２の温度ｔ１が第３温度検知器１３８を用いて検知され（ステップＳ１０５）、ｔ１が待機可能温度以下（例えば、５００℃以下）であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。
【００９６】
ステップＳ１０６の判定結果がＹＥＳであった場合、燃焼ファン１０６の動作を停止するとともに第１ポンプ１１２の動作を停止し（ステップＳ１０７）、停止処理を完了し、水素生成装置１００は待機状態へと移行する（ステップＳ１０８）。
【００９７】
ステップＳ１０６の判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ１０５に戻る。
【００９８】
なお、「待機可能温度」は、水素生成装置の停止処理を完了し、次の起動の待機状態（起動要求があれば直ちに起動処理を開始するスタンバイ状態）に移行することが可能な温度として定義される。一例としては、起動処理が開始され、原料ガスが改質器１０２の内部に供給されても、改質器に設けられた改質触媒の表面ないしその下流の経路に炭素が析出しない温度が挙げられる。具体的には、改質器１０２の内部温度として、５００℃以下の所定温度を待機可能温度としうる。
【００９９】
また、上記においては、上記冷却工程及び熱回収動作を第３温度検知器１３８の検知温度が、待機可能温度になるまで継続する形態を採用したが、これに限定されるものではない。例えば、水素生成装置１００の停止処理として、少なくとも改質器１０２内部を置換ガスでパージするパージ動作を実行する形態において、上記パージ動作を実行可能な温度（パージ可能温度）にまで上記冷却工程を実行する形態を採用しても構わない。なお、ここで、上記「パージ可能温度」とは、例えば、置換ガスが原料である場合、上記パージ動作において水素生成装置１０５より排出され燃焼器１０４で燃焼することで、改質器１０２の温度が、原料ガスが炭素析出しない上限温度を超えない温度として設定される。具体的には、原料ガスより炭素析出することのない改質器１０２の上限温度からパージ動作における改質器１０２の昇温温度を減じた値以下の温度（例えば、３００℃）として設定される。
【０１００】
上述のように構成される本実施の形態の水素生成装置１００は、燃焼用空気による改質器の冷却工程において第１熱媒体を流すためのポンプが動作される。よって、改質器１０２等を冷却することで昇温された燃焼排ガス経路１３６を流れる排空気は、水素生成装置１００の筐体外部に直接排出されずに、第１熱交換器１０８において冷却された後、燃焼排ガスの排気口１３７より水素生成装置１００の筐体外部に排出される。従って、燃焼排ガスの排気口付近に人が存在しても従来の水素生成装置に比べ、上記冷却工程において排気口より排出されるガスにより火傷する可能性が低減される。また、上記冷却工程において第１熱交換器１０８にて排空気が熱媒体により冷却されるため、第１熱交換器１０８の周辺構成部材（Ｏリングやパッキンなど）が熱劣化を起こしにくくなる。
【０１０１】
［第１変形例］
第１変形例の水素生成装置は、運転停止時に改質器の内部が原料ガスによりパージされると共に、改質器の温度がパージ可能温度になるまで改質器の冷却工程及び第１熱媒体による熱回収動作が実行される点を特徴とする。
【０１０２】
第１変形例の水素生成装置のハードウェア構成は、図１に示した水素生成装置１００と同様とすることができるので、説明を省略する。本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１０３】
図４は、本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本変形例の水素生成装置における停止処理時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器によって、水素生成装置の各機器が制御されることにより遂行される。
【０１０４】
水素生成装置の水素生成運転中において、水素生成停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ２０１）、発生していれば発生していれば第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９が閉止され、原料ガスおよび改質水の供給が停止されると共に、第５開閉弁１３２が閉止され、燃焼器１０４（バーナ）の燃焼が停止される（ステップＳ２０２）。
【０１０５】
バーナの燃焼が停止された後、改質器１０２を冷却するため燃焼ファン１０６の動作が実行されるとともに第１ポンプ１１２の動作が実行される（ステップＳ２０３：冷却工程）。これにより、燃焼ファン１０６により供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０２を冷却した排空気の第１熱媒体による熱回収が行われる。
【０１０６】
次に、改質器１０２の温度が第３温度検知器１３８を用いて検知され、検知された温度がパージ可能温度以下（例えば、３００℃以下）であるか否かが判定される（ステップＳ２０４）。
【０１０７】
ステップＳ２０４の判定結果がＹＥＳであった場合、パージ動作が開始される（ステップＳ２０５）。すなわち、第１開閉弁１１８および第５開閉弁１３２が開放されるとともに、ブースターポンプ１１６を動作させて原料ガスが改質器１０２に供給される。改質器から排出される原料ガスは、第１バイパス経路１２６を経由して燃焼器１０４に供給され、燃焼器１０４で燃焼される。
【０１０８】
パージ動作が開始されると経過時間が計測され、経過時間が予め設定されたパージ動作時間以上であるかが判定される。判定結果がＹＥＳであれば、ブースターポンプ１１６の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第５開閉弁１３２が閉止されて、パージ動作が停止される（ステップＳ２０６）。
【０１０９】
パージ動作が停止されると、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作が停止され（ステップＳ２０７）、停止処理が完了する（エンド）。
【０１１０】
［第２変形例］
第２変形例の水素生成装置は、異常停止時に上記第１変形例の水素生成装置と同様の冷却工程及び熱回収動作、及びその後のパージ動作が実行される点を特徴とする。
【０１１１】
本変形例における異常としては、機器の故障（例えば、温度検知器の故障、ＣＯセンサの故障、及び燃焼空気供給器の故障）、ガス漏れ異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）、温度検知器の検出温度異常（例えば、改質温度の過昇温、過降温）が規定されている。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を異常と規定してもよい。
【０１１２】
温度検知器の故障が想定される異常とは、例えば、第３温度検知器１３８がサーミスタである場合、これらの検出値が、ショートや断線を示す値となる異常が挙げられる。本変形例においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１３】
ＣＯセンサの故障が想定される異常とは、燃焼器１０４に設けられた、図示されないＣＯセンサが、接触燃焼式のセンサである場合、本センサの検出値が電気抵抗の断線を示す値となる異常が挙げられる。本変形例においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１４】
燃焼空気供給器の故障が想定される異常とは、例えば、燃焼ファン１０６の回転数が、制御器１１４からの操作量に対して、許容範囲外（例えば、目標回転数に対応する設定操作量に対して操作量を増加させても所定時間以上、目標回転数に至らない場合）となる異常が挙げられる。このような異常は、モータ劣化により操作量の指令値に対して所望の回転数が得られない場合に起こる可能性があることから、燃焼ファン１０６の故障が想定される異常とみなされる。本変形例においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１５】
可燃性ガス漏れ異常とは、水素生成装置の内部に設けられた可燃性ガスセンサが可燃性ガスを検知した異常をいう。例えば、パッケージ内に可燃性ガス（原料ガスや燃料ガス等）が漏れて、可燃性ガスセンサが可燃性ガスを検知した場合が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１６】
なお、上記で例示したような異常のうち各異常検知器の故障については、制御器１１４に内蔵される図示されない異常判定器が、異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器と当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが異常検知器として機能する。
【０１１７】
ここで、本変形例の水素生成装置では、上記異常が検出された場合に、水素生成停止指令が出力される。その後は図４のステップＳ２０１〜ステップＳ２０７に示したものと同様の停止処理が行われ、停止処理完了後、起動不許可状態に移行する（エンド）。
【０１１８】
起動不許可状態とは、起動要求が発生しても、燃料電池システムの起動が許可され、制御器により起動指令が出力されることのない状態を言う。例えば、使用者が水素生成装置の起動を開始するように、リモコンのキー操作部を操作して、運転開始要求を行っても、制御器が、上述した水素生成装置の起動処理を行うことがない状態にすることをいう。
【０１１９】
［第３変形例］
第３変形例は、冷却工程後に原料により改質器１０２内をパージする原料パージ動作（パージ動作）において、改質器１０２より送出されたガスを燃焼器１０４にて燃焼するとともに第１ポンプ１１２を動作するよう構成され、制御器１１４は、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が第１ポンプ１１２の操作量を増加させるものである。
【０１２０】
第３変形例の水素生成装置の構成や動作は、上記の点を除いては第１変形例や第２変形例の構成や動作と同様のものとすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１２１】
［第４変形例］
第４変形例は、実施の形態１の水素生成装置の冷却工程において、改質器を冷却した排空気の保有熱を２次冷却系において熱回収するよう構成されていることを特徴とする。
【０１２２】
本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、実施の形態１の水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１２３】
図５は、本変形例における水素生成装置１００２の概略構成の一例を示すブロック図である。図５において図１と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１２４】
第２熱交換器１３５は、第１熱媒体経路１１０中の第１熱媒体から熱を回収するための熱交換器である。第２熱媒体経路１４３は、第２熱交換器１３５において第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる経路である。第２ポンプ１４２は、第２熱媒体経路１４３の中の第２熱媒体を流すためのポンプである。
【０１２５】
本変形例の水素生成装置１００２は、冷却工程において第１ポンプだけでなく、第２ポンプを動作させ、改質器１０２を冷却した排空気の保有熱は最終的に第２熱媒体に回収され、蓄熱器１４１に貯えられる。
【０１２６】
なお、本変形例の水素生成装置の構成及び冷却工程における熱回収動作は、上記変形例１〜３の水素生成装置に適用しても構わない。又、第１〜第３変形例の水素生成装置のように原料パージ動作を実行する場合においても、第１ポンプ１１２及び第２ポンプ１４２を動作させることが好ましい。また、第３変形例の水素生成装置と同様に原料パージ動作時における第１ポンプ１１２及び第２ポンプ１４２の操作量を、冷却工程時における操作量よりも大きくするよう制御器１１４により制御することが好ましい。
【０１２７】
［第５変形例］
第５変形例の水素生成装置は、蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、第１熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第１切替器と、第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器とを備え、冷却工程において、第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第１切替器をバイパス経路側に維持する点を特徴とする。本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１２８】
図６は、本変形例にかかる水素生成装置１００４の概略構成の一例を示すブロック図である。図６において図１と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１２９】
蓄熱器１４０は、第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体を貯える蓄熱器である。
【０１３０】
第２バイパス経路１２７は、第１熱交換器１０８の上流の第１熱媒体経路１１０と第１熱交換器１０８の下流の第１熱媒体経路１０８とを接続し、蓄熱器１４０をバイパスする経路である。三方弁１２９（第１切替器）は、第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体の流入先を蓄熱器１４０と第２バイパス経路１２７との間で切替える。第１温度検知器１２３は、第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体の温度を検知して、検知結果を制御器１１４に送る。
【０１３１】
本変形例において制御器１１４は、冷却工程において、第１ポンプ１１２を動作させながら第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値（例えば、６５℃）以上になるまで三方弁１２９を第２バイパス経路側１２７に維持する。ここで、上記「第１の閾値」とは、例えば蓄熱器に供給される熱媒体の温度が下がり過ぎないようにするための蓄熱下限温度（蓄熱器が貯湯タンクの場合は、貯湯下限温度）である。これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【０１３２】
なお、本変形例の水素生成装置の構成及び冷却工程における第２バイパス経路１２７の切替制御を実施の形態１〜変形例４の水素生成装置に適用しても構わない。
【０１３３】
［第６変形例］
第６変形例の水素生成装置は、第５変形例の水素生成装置と異なり、水素生成装置の上記冷却工程において改質器を冷却した排空気の保有熱を２次冷却系において熱回収するよう構成されていることを特徴とする。具体的には、蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、第２熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第２切替器と、第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、冷却工程において、第２温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第２切替器をバイパス経路側に維持することを特徴とする。本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１３４】
図７は、本変形例にかかる水素生成装置１００６の概略構成の一例を示すブロック図である。図７において図５と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１３５】
蓄熱器１４１は第２熱交換器１３５を通過した第２熱媒体を貯える蓄熱器である。第３バイパス経路１４５は、第２熱交換器１３５の上流の第２熱媒体経路１４３と第２熱交換器１３５の下流の第２熱媒体経路１４３とを接続し、蓄熱器１４１をバイパスする経路である。三方弁１４４（第２切替器）は、第２熱交換器１３５を通過した第２熱媒体の流入先を蓄熱器１４１と第３バイパス経路１４５との間で切替える。第２温度検知器１４８は、第２熱交換器１３５を通過した第２熱媒体の温度を検知して、検知結果を制御器１１４に送る。
【０１３６】
本変形例において制御器１１４は、冷却工程において、第２温度検知器１４８で検知した温度が第１の閾値（例えば、６５℃）以上になるまで三方弁１４４を第３バイパス経路１４５側に維持する。これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【０１３７】
なお、本変形例の水素生成装置の構成及び冷却工程における第３バイパス経路１４５の切替制御を実施の形態１〜変形例５の水素生成装置に適用しても構わない。
【０１３８】
［第７変形例］
第７変形例の水素生成装置は、改質器の冷却工程において、第１温度検知器の検知温度に基づいて第１ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、第１温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行する点を特徴とする。本変形例の水素生成装置の装置構成や動作は、上記の点を除けば第５変形例と同様とすることができるので、共通する部分については説明を省略する。
【０１３９】
図８は、本変形例にかかる水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図８を参照しつつ、本変形例の水素生成装置における停止処理時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器によって、水素生成装置の各機器が制御されることにより遂行される。
【０１４０】
水素生成装置の水素生成運転中において、水素生成停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ３０１）、発生していればブースターポンプ１１６及び改質水ポンプ１１７の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９が閉止され、原料ガスおよび改質水の供給が停止されると共に、第５開閉弁１３２が閉止され、燃焼器１０４（バーナ）の燃焼が停止される（ステップＳ３０２）。
【０１４１】
バーナの燃焼が停止された後、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作が実行される（ステップＳ３０３：冷却工程）。これにより、燃焼ファン１０６により供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０４を冷却した排空気の保有熱を第１熱媒体により熱回収する熱回収動作が行われる。
【０１４２】
ステップＳ３０３の冷却工程においては、まず、第１の熱回収動作が実行される（ステップＳ３０４）。第１の熱回収動作では、第１温度検知器１２３の検知温度に基づいて第１ポンプ１１２の操作量（制御器１１４が第１ポンプ１１２に送る操作量）が制御される。より詳細には、制御器１１４は、第１温度検知器１２３が検知する温度が第１の閾値（例えば、６５℃）以上になるように、第１温度検知器１２３の検知温度を用いて、第１ポンプ１１２の操作量をフィードバック制御する。上記検知温度が第１の閾値よりも低ければ、操作量を小さくして流量を低下させることで熱交換量を増大させ、第１熱媒体の温度を上昇させる。
【０１４３】
第１の熱回収動作により改質器の温度低下が進行すると、第２の熱回収動作が実行される（ステップＳ３０５）。第２の熱回収動作では、第１温度検知器１２３の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプ１１２の操作量が所定量以上に制御される。上記のような制御により、第１熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら、従来の水素生成装置よりも排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減することができる。
【０１４４】
なお、第１の熱回収動作から第２の熱回収動作への切替は、例えば、第３温度検知器１３８が検知する改質器の温度に基づいて、改質器温度が所定温度（例えば、５５０℃）にまで低下した時に行うこととしうる。
【０１４５】
なお、本変形例において、において三方弁１２９および第２バイパス経路側１２７は省略しうる。
【０１４６】
本変形例では、蓄熱器に供給する上で適切な温度に制御できる場合には第１熱媒体を蓄熱器に溜める一方、そのような制御ができなくなった場合には冷却が優先的に実行される。
【０１４７】
［第８変形例］
第８変形例の水素生成装置は、制御器が、第２の熱回収動作において、第１温度検知器１２３の検知温度が第１の閾値以上である場合、三方弁１２９を蓄熱器１４０側に切替え、第１温度検知器１２３の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、三方弁１２９をバイパス経路側に切替えることを特徴とする。その他の装置構成および動作は第７変形例と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。これにより、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第１熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第１熱媒体の流入が抑制される。
【０１４８】
なお、上記「第２の閾値」は、上記の通り第１の閾値よりも小さい値として設定されるため、第１温度検知器の温度の変動に伴い頻繁に三方弁が切替わることが抑制される。
【０１４９】
［第９変形例］
第９変形例の水素生成装置は、第７変形例と異なり、水素生成装置の冷却工程における第１及び第２の熱回収動作を２次冷却系を用いて実行するよう構成されていることを特徴とする。具体的には、第２温度検知器１４８の検知温度に基づいて第２ポンプ１４２の操作量を制御する第１の熱回収動作と、第２温度検知器１４８の検知温度に拘わらず強制的に第２ポンプ１４２の操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行することを特徴とする。本変形例の水素生成装置の装置構成や動作は、上記の点を除けば第６変形例と同様とすることができるので、共通する部分については説明を省略する。
【０１５０】
本変形例の水素生成装置における運転停止時の動作は、第７変形例の説明において、第１温度検知器１２３を第２温度検知器１４８に置き換え、第１ポンプ１１２を第２ポンプ１４２に置き換え、さらに第１ポンプ１１２も第２ポンプ１４２の動作とともに動作させるよう制御されるものであり、その他の詳細な説明を省略する。なお、第１ポンプ１１２は、少なくとも第２の熱回収動作においては、第２ポンプ１４２と同様に強制的に所定値以上の操作量になるよう制御されることが好ましい。なお、上記「所定値」は、第２の熱回収動作において第１のポンプの操作量を所定値以上に制御する際のこの所定値と同一であってもよいし、異なる値であってもよい。
【０１５１】
本変形例の水素生成装置により、第２熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら、従来の水素生成装置よりも排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減することができる。
【０１５２】
［第１０変形例］
第１０変形例の水素生成装置は、制御器が、第２の熱回収動作において、第２温度検知器１４８の検知温度が第１の閾値以上である場合、三方弁１４４を蓄熱器１４１側に切替え、第２温度検知器１４８の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、三方弁１４４を第３バイパス経路１４５側に切替えることを特徴とする。その他の装置構成および動作は第９変形例と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１５３】
本変形例の水素生成装置により、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第２熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第２熱媒体の流入が抑制される。
【０１５４】
［第１１変形例］
第１１変形例の水素生成装置１００８の装置構成は、第２バイパス経路１２７に放熱器１３１が設けられている点で第５変形例と異なっているが、その他の構成要素は第５変形例の水素生成装置１００４と同様である。
【０１５５】
図９は、本変形例の水素生成装置１００８の概略構成の一例を示すブロック図である。図９において図６と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１５６】
放熱器１３１は、第２バイパス経路１２７上に設けられ、能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。
【０１５７】
ここで、「能動的な冷却動作」とは、大気への自然放熱等に例示される受動的な冷却ではなく、ファン動作による冷却や循環水による冷却に例示されるように、冷媒（例えば、空気など）を第１熱媒体を冷却可能な位置（例えば、第１熱媒体経路１１０の周囲等）に供給する動作を指す。
【０１５８】
次に、本変形例の水素生成装置の運転停止時における改質器の冷却工程について説明する。上記冷却工程においては、燃焼ファン１０６を動作させるともに第１ポンプ１１２を動作させ、改質器１０２を冷却した排空気から第１熱媒体により熱回収する。そして、上記冷却工程において三方弁１２９は第２バイパス経路１２７側に維持されるとともに、放熱器１３１による冷却動作がＯＮされており、第１熱交換器を介して加熱された第１熱媒体はバイパス経路１２７に通流させ、放熱器１３１を介して冷却される。
【０１５９】
なお、本変形例の水素生成装置は、冷却工程における熱回収動作を変形例７と同様に実行するよう構成されていても構わない。具体的には、第１の排熱回収動作として、三方弁１２９が、蓄熱器１４０側に切り替えられ、第１温度検知器１２３の検知温度に基づき第１ポンプ１２３の操作量が制御され、その後の第２の排熱回収動作として、三方弁１２９が第２バイパス経路１２７側に維持され、放熱器１３１による冷却動作が実行される。
【０１６０】
［第１２変形例］
第１２変形例の水素生成装置１００８の装置構成は、放熱器１３１が第２バイパス経路１２７ではなく、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第１熱媒体経路１１０から分岐して第１熱媒体経路１１０へと合流する第１分岐路１３３に設けられている点で第１１変形例と異なっているが、その他の構成要素は第１１変形例の水素生成装置１００６と同様である。
【０１６１】
図１０は、本発明の第１実施形態の第１２変形例にかかる水素生成装置１０１０の概略構成の一例を示すブロック図である。図１０において図６と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１６２】
放熱器１３１は、第１分岐路１３３上に設けられ、変形例１１と同様に能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。第１分岐路１３３は、第１熱媒体経路１１０より分岐する経路である。本変形例において第１分岐路１３３は、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第１熱媒体経路１１０から分岐して第１熱媒体経路１１０へと合流する。
【０１６３】
本変形例の水素生成装置の冷却工程における熱回収動作は、変形例１１と同様であるのでその説明を省略する。なお、第１熱媒体経路に設けられる放熱器の配設位置は、第１１変形例及び本例に限定されるものではない、第１熱媒体経路より分岐する第１分岐路上に設けられればいずれの形態でも構わない。
【０１６４】
［第１３変形例］
第１３変形例の水素生成装置１０１２の装置構成は、変形例１１の水素生成装置の冷却工程における熱回収動作を２次冷却系において実行した場合に相当するもので、具体的には、第３バイパス経路１４５に放熱器１４６が設けられている点で第６変形例と異なっているが、その他の構成要素は第６変形例の水素生成装置１００６と同様である。
【０１６５】
図１１は、本変形例の水素生成装置１０１２の概略構成の一例を示すブロック図である。図１１において図７と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１６６】
放熱器１４６は、第３バイパス経路１４５上に設けられ、能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。
【０１６７】
本変形例の水素生成装置の運転停止時の動作、つまり冷却工程における熱回収動作は、第１１変形例の説明において、第１温度検知器１２３を第２温度検知器１４８に置き換え、第１ポンプ１１２を第２ポンプ１４２に置き換え、三方弁１２９を三方弁１４４に置き換え、第２バイパス経路１２７を第３バイパス経路１４５に置き換え、さらに第１ポンプ１１２も第２ポンプ１４２の動作とともに動作させるよう制御されるものであり、その他の詳細な説明を省略する。なお、第１ポンプ１１２は、少なくとも第２の熱回収動作においては、第２ポンプ１４２と同様に強制的に所定値以上の操作量になるよう制御されることが好ましい。なお、上記「所定値」は、第２の熱回収動作において第１のポンプの操作量を所定値以上に制御する際のこの所定値と同一であってもよいし、異なる値であってもよい。
【０１６８】
［第１４変形例］
第１４変形例の水素生成装置１０１４の装置構成は、放熱器１４６が第３バイパス経路１４５ではなく、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第２熱媒体経路１４３から分岐して第２熱媒体経路１４３へと合流する第２分岐路１４７に設けられている点で第１３変形例と異なっているが、その他の構成要素は第１３変形例の水素生成装置１０１２と同様である。
【０１６９】
図１２は、本発明の第１実施形態の第１４変形例にかかる水素生成装置１０１４の概略構成の一例を示すブロック図である。図１２において図７と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１７０】
放熱器１４６は、第２分岐路１４７上に設けられ、能動的な冷却動作を実行する。
【０１７１】
第２分岐路１４７は、第２熱媒体経路１４３より分岐する経路である。本変形例において第２分岐路１４７は、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第２熱媒体経路１４３から分岐して第２熱媒体経路１４３へと合流する。
【０１７２】
本変形例において制御器１１４は、冷却工程において切替器を放熱器１４６側に切替えて、第２ポンプ１４２を動作させる。これにより、第２熱媒体が放熱器１４６により効率的に冷却され、排空気もまた効率的に冷却されることになる。
【０１７３】
なお、本変形例において第２ポンプ１４２を動作させる際は、第１ポンプ１１２も動作させることが好ましい。なお、第２熱媒体経路に設けられる放熱器の配設位置は、第１３変形例及び本例に限定されるものではない、第２熱媒体経路より分岐する第２分岐路上に設けられればいずれの形態でも構わない。
【０１７４】
（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１７５】
本実施形態の燃料電池システム２００内は、第１熱交換器１０８において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体経路が第１熱媒体経路２３２であり、熱媒体経路の中の熱媒体を駆動するためのポンプが第１ポンプ２３０である点を除けば、第１実施形態の水素生成装置１００と同様の構成を有する。
【０１７６】
かかる構成に対応して制御器１１４は、燃料電池システムの発電運転停止時に燃焼器１０４が燃焼を停止した状態において空気供給器から供給した空気により改質器１０２を冷却する工程である冷却工程において第１ポンプ２３０を動作させる。これにより、従来の燃料電池システムよりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【０１７７】
あるいは、本実施形態の燃料電池システム２００は、第１熱交換器１０８を通過した熱媒体を貯蔵する蓄熱器２２４と、第１熱交換器１０８における熱媒体の排出口と第１熱交換器１０８における熱媒体の流入口とを蓄熱器２２４を経由せずに連通させるためのバイパス経路２２６と、第１熱交換器１０８を通過した熱媒体の供給先を蓄熱器２２４と第５バイパス経路２２６との間で切替える切替器（例えば、三方弁２２８）と、第１熱交換器１０８から排出された後かつ蓄熱器２２４へ流入する前の熱媒体の温度を検知する熱媒体温度検知器（例えば、第１温度検知器２２３）と、を備え、制御器１１４は、熱媒体温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上のときは第１熱交換器１０８から排出された熱媒体の供給先を蓄熱器２２４とするように切替器を制御すると共に、熱媒体温度検知器で検知した温度が第１の閾値未満のときは第１熱交換器１０８から排出された熱媒体の供給先を第５バイパス経路２２６とするように切替器を制御するように構成される形態を採用しても構わない。これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【０１７８】
あるいは、本実施形態の燃料電池システム２００において、燃料電池２５０はカソード（図示せず）を備え、カソードに原料（例えば、原料ガス）を供給しカソードを通過した原料を燃焼器１０４で燃焼させるカソードパージ動作を行うように構成され、制御器１１４は、上記冷却工程及び熱回収動作をカソードパージ動作完了後に行うように構成される形態を採用しても構わない。カソードパージ動作時においては、カソードを通過したガスを用いて燃焼器で燃焼するよう構成されているため、カソードパージ時において与えられた熱も含め改質器より速やかに熱回収し、改質器を冷却することが可能になる。
【０１７９】
［装置構成の詳細］
本実施形態の燃料電池システム２００内の水素生成装置１００’は、第１実施形態の水素生成装置１００において、水素利用機器１５０が燃料電池２５０とされ、改質器１０２を経由せずに原料ガス供給路１２０と燃料電池２５０とを接続する第４バイパス経路２０４と、燃料電池２５０と燃焼器１０４とを接続する酸化剤ガス排出路２１４およびカソードパージガス排出路２１８が設けられ、第１ポンプ１１２が第１ポンプ２３０とされている。その他の部分、すなわち水素生成装置１００’と水素生成装置１００とで共通する部分については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１８０】
燃料電池２５０は、水素生成装置１００’から供給される水素含有ガス（燃料ガス）を燃料電池２５０内部のアノードガス流路に通流させ、酸化剤ガス供給器２０６（例えば、ブロワ）から酸化剤ガス供給路２１０を介して供給される酸化剤ガス（例えば、空気）を燃料電池２５０内部のカソードガス流路に通流させることにより、発電する。燃料電池２５０内部のアノードガス流路は、その入口が燃料ガス供給路１２２と接続され、その出口がオフ燃料ガス経路１２４と接続されている。オフ燃料ガス経路１２４は第１バイパス経路１２６と接続されている。オフ燃料ガス経路１２４には、第４開閉弁１３０が設けられている。燃料電池２５０内部のカソードガス流路は、その入口が酸化剤ガス供給路２１０と接続され、その出口が酸化剤ガス排出路２１４と接続されている。
【０１８１】
第４バイパス経路２０４は、原料ガス供給路１２０より分岐して、水素生成装置本体１０５をバイパスして燃料電池２５０のカソード流路に原料を供給するための経路であり、具体的には、原料ガス供給路１２０より分岐して、ブースターポンプ１１６と第１開閉弁１１８との間の原料ガス供給路１２０と、酸化剤ガス供給路２１０との間を接続する経路である。第４バイパス経路２０４には第６開閉弁２０２が設けられている。
【０１８２】
酸化剤ガス供給路２１０には、酸化剤ガス供給器２０６の出口と、第４バイパス経路２０４と酸化剤ガス供給路２１０との合流部との間の酸化剤ガス供給路２１０に、第７開閉弁２０８が設けられている。
【０１８３】
酸化剤ガス排出路２１４には第８開閉弁２１２が設けられている。カソードパージガス排出路２１８は、カソードパージ動作時に、燃料電池２５０のカソードガス流路から排出されたガスを燃焼器１０４に導くための経路であり、具体的には、第８開閉弁２１２の上流の酸化剤ガス排出路２１４より分岐して、燃焼器１０４に接続されている。カソードパージガス排出路２１８には、第９開閉弁２１６が設けられている。
【０１８４】
冷却水経路２２２は、燃料電池２５０の内部と第３熱交換器２２０の内部とを通過し、その内部に冷却水を通流させる。冷却水経路２２２には、冷却水ポンプ２２１が設けられている。冷却水ポンプ２２１は冷却水経路２２２内部で冷却水を循環させる。
【０１８５】
第１熱媒体経路２３２は、蓄熱器２２４と第１熱交換器１０８とを接続し、第１熱交換器１０８の内部を通過し、第１熱交換器１０８と第３熱交換器２２０とを接続し、第３熱交換器２２０の内部を通過し、第３熱交換器２２０と蓄熱器２２４とを接続する。第１熱媒体経路２３２はその内部に熱媒体としての水を通流させる。
【０１８６】
第１熱媒体経路２３２には第１ポンプ２３０が設けられている。第１ポンプ２３０は第１熱媒体経路２３２内部の熱媒体を循環させる。
【０１８７】
第１熱交換器１０８の下流側、すなわち第１熱交換器１０８の出口と蓄熱器２２４の入口とを結ぶ第１熱媒体経路２３２（第３熱交換器２２０の下流側、すなわち第３熱交換器２２０の出口と蓄熱器２２４の入口とを結ぶ第１熱媒体経路２３２）には、第１温度検知器２２３と三方弁２２８とが設けられている。第５バイパス経路２２６は、蓄熱器２２４をバイパスして、第１熱交換器１０８と第３熱交換器２２０とを含む第１熱媒体経路２３２に熱媒体を循環させるための経路であり、具体的には、第１熱交換器１０８よりも上流側の第１熱媒体経路２３２と第３熱交換器２２０よりも下流側の第１熱媒体経路２３２とを接続する経路として設けられる。なお、上記三方弁２２８は、「切替器」の一例であり、三方弁２２８に代えて、第１熱媒体経路２３２及び第５バイパス経路２２６にそれぞれ開閉弁を設け、これらの開閉動作を切替ることで切替器として機能させる形態を採用しても構わない。
【０１８８】
第１温度検知器２２３は、第１熱媒体経路２３２中の熱媒体の温度を検出してその結果を制御器１１４に送る。
【０１８９】
制御器１１４は、ＣＰＵやメモリ等を備え、各開閉弁１１８、１１９、１２８、１３０、１３２、２０２、２０８、２１２、２１６や、燃焼ファン１０６、ブースターポンプ１１６、酸化剤ガス供給器２０６、冷却水ポンプ２２１、第１ポンプ２３０、三方弁２２８などに電気的に接続され、それらを制御する。すなわち本実施形態においては、制御器１１４は水素生成装置１００’の制御器であると共に、燃料電池システム２００の制御器でもある。ただし、水素生成装置１００’と燃料電池システム２００とに別個の制御器が設けられてもよく、制御器の個数が限定されないことは言うまでもない。
【０１９０】
［動作：発電運転］
以下、燃料電池システム２００における発電運転時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器１１４によって、水素生成装置１００’および燃料電池システム２００の各部が制御されることにより遂行される。
【０１９１】
上記発電運転において、水素生成装置１００’は水素生成運転を行う。詳細は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１９２】
発電運転中において、第６開閉弁２０２および第９開閉弁２１６は閉止されることでカソードパージ経路は遮断され、第７開閉弁２０８および第８開閉弁２１２は開放され、酸化剤ガス経路を連通される。燃料電池２５０のアノードには水素生成装置本体１０５から水素含有ガス（燃料ガス）が供給され、燃料電池２５０のカソードには酸化剤ガス供給器２０６から酸化剤ガス（例えば、空気）が供給され、発電が行われる。
【０１９３】
燃料電池２５０のアノードから排出された水素含有ガス（オフ燃料ガス）は、オフ燃料ガス経路１２４を介して燃焼器１０４に供給され、燃焼される。
【０１９４】
また、発電運転中においては、冷却水ポンプ２２１が動作され、燃料電池２５０の内部の熱が、第３熱交換器２２０を介して第１熱媒体経路２３２内の熱媒体に移動する。第１温度検知器２２３により熱媒体の温度が検知され、これが第１の閾値以上のときは第１熱交換器１０８（および第３熱交換器２２０）から排出された熱媒体の供給先を蓄熱器２２４とするように三方弁２２８が蓄熱器２２４側に維持される。かかる制御により、燃料電池２５０内部の温度が発電反応のために好適に維持されると共に、発電反応によって生じた熱を蓄熱器２２４へ有効に蓄積できる。
【０１９５】
一方、第１温度検知器２２３により検出される温度が第１の閾値未満である間は、第１熱交換器１０８（および第３熱交換器２２０）から排出された熱媒体の供給先を第５バイパス経路２２６とするように三方弁２２８が第５バイパス経路２２６側に維持される。なお、ここで、上記「第１の閾値」は、例えば、蓄熱器に供給される熱媒体の温度が下がり過ぎないようにするための蓄熱下限温度（蓄熱器が貯湯タンクの場合は、貯湯下限温度）として制御される。かかる制御により、低温の熱媒体が蓄熱器２２４に流入することが防止され、蓄熱器２２４の内部温度が低下することを防止できる。
【０１９６】
［動作：停止処理］
図１４は、本実施の形態の燃料電池システムにおける発電運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図１４を参照しつつ、本実施形態の水素生成装置１００’および燃料電池システム２００における停止処理時の動作の概略を説明する。
【０１９７】
燃料電池システム２００の発電運転中において、発電運転停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ４０１）、発生していれば、制御器１１４は、酸化剤ガス供給器２０６を停止するともに、第７開閉弁２０８を閉止し、酸化剤ガスの供給を停止し（ステップＳ４０２）、ブースターポンプ１１６及び改質水ポンプ１１７の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９を閉止し、原料ガスおよび改質水の供給を停止する（ステップＳ４０３）。
【０１９８】
次に、第４開閉弁１３０および第５開閉弁１３２が閉止し、燃焼器１０４（バーナ）での燃焼を停止する（ステップＳ４０４）。なお、上記ステップＳ１０３の燃焼器の燃焼停止に際しては、通常、消火した後に燃焼ファン１０６より供給される空気により燃焼器１０４内に残留する可燃ガスを筐体外部に排出する動作が実行され、燃焼器１０４の燃焼停止処理が完了する。次に、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃焼ファン１０６および第１ポンプ２３０を動作させ、燃焼ファン１０６より供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０２を冷却した排空気の保有熱の第１熱媒体による熱回収が行われる。（ステップＳ４０５）。
【０１９９】
次に、改質器１０２の温度ｔ１が第３温度検知器１３８を用いて検知され（ステップＳ４０６）、ｔ１がカソードパージ温度以下であるか否かが判定される（ステップＳ４０７）。カソードパージ温度は、例えば６００℃程度である。
【０２００】
ステップＳ４０７の判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ４０６に戻る。ステップＳ４０７の判定結果がＹＥＳであった場合、カソードパージ処理が開始される（ステップＳ４０８）。ここで、第７開閉弁２０８および第８開閉弁２１２を閉止した状態で、第６開閉弁２０２および第９開閉弁２１６が開放される。そして、原料供給器（ブースターポンプ１１６）を動作させ、ブースターポンプ１１６から供給される原料ガスが、改質器１０２を経由せずに、燃料電池２５０のカソードへ供給される。燃料電池２５０のカソード側の経路（ガス流路）は、原料ガスによりパージされる。カソード側の経路の出口から排出された原料ガスは、燃焼器１０４に供給されて燃焼される。以上の動作が、カソードパージ処理である。本実施形態では、カソードパージ処理においても、燃料ファン１０６および第１ポンプ２３０の動作が実行される。
【０２０１】
また本実施形態では、カソードパージ処理時に、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９も開放され、改質器１０２にも原料ガスおよび改質水が供給される。この時、第３開閉弁１２８および第４開閉弁１３０は閉鎖した状態で第５開閉弁１３２が開放され、改質器１０２において生成した水素含有ガスと、未反応の原料ガスとが、第１バイパス経路１２６を通じて、燃焼器１０４に供給され、カソードから排出された原料ガスと共に、燃焼器１０４で燃焼される。
【０２０２】
運転停止中にカソード側の経路に酸化剤が残留していると、アノードから水素がカソード側の経路に流入し、酸化剤と反応して高分子電解質膜が劣化するなどの問題が生じる。本実施形態では、カソードパージ処理によりカソード側の経路から酸化剤が追い出され、かかる問題が軽減される。
【０２０３】
カソードパージ処理が開始されると経過時間Ｔ１が計測され（ステップＳ４０９）、Ｔ１が予め設定されたカソードパージ時間Ｊ１以上であるかが判定される（ステップＳ４１０）。判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ４０９に戻る。判定結果がＹＥＳであれば、カソードパージ処理が停止される（ステップＳ４１１）。カソードパージ処理が停止される時点の改質器１０２の温度は例えば６３０℃程度である。カソードパージ処理が停止されると燃焼器１０４における燃焼が停止される。そして、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃料ファン１０６および第１ポンプ２３０の動作が実行される（冷却工程）。これにより、改質器１０２を冷却した排空気は、第１熱交換器１０８において冷却された後、燃焼排ガスの排気口１３７より燃料電池システム２００の筐体外部に排出される。
【０２０４】
次に、再び改質器の温度ｔ１が第３温度検知器１３８を用いて検知され（ステップＳ４１２）、ｔ１が待機可能温度（例えば、５００℃）以下であるか否かが判定される（ステップＳ４１３）。
【０２０５】
ステップＳ４１３の判定結果がＹＥＳであった場合、燃焼ファン１０６および第１ポンプ２３０の動作が停止され（ステップＳ４１４）、水素生成装置１００’および燃料電池システム２００は待機状態へと移行し（ステップＳ４１５）、停止処理が完了する（エンド）。すなわち燃焼ファン１０６からの空気の供給を停止させるのに伴い、第１ポンプ２３０の動作が停止される。
【０２０６】
ステップＳ４１３の判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ４１２に戻る。
【０２０７】
ここで、「待機可能温度」は、燃料電池システム２００の停止処理を完了し、次の起動の待機状態（起動要求があれば直ちに起動処理を開始するスタンバイ状態）に移行することが可能な温度として定義される。具体的な値としては、第１実施形態の水素生成装置の停止処理における「待機可能温度」の例示と同様である。
【０２０８】
また、「カソードパージ時間」は、例えば、燃料電池２５０のカソード側の経路内部の酸化剤ガスが原料ガスにより完全に置換されるように設定された時間として定義される。
【０２０９】
図１５は、本実施形態の燃料電池システムの発電運転停止時における経路の切替動作の概略を示すフローチャートである。以下、図１５を参照しつつ、本実施形態の燃料電池システム２００の発電運転停止時の改質器の冷却工程での熱回収動作における経路の切替動作の概略を説明する。以下の動作（判定および判定結果に応じた経路の切替）は、停止処理時において定期的（例えば３秒おき）に行われる。
【０２１０】
停止処理が開始されると（スタート）、水素生成装置の冷却処理が開始され（ステップＳ５０１）、ここにおいて、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃焼ファン１０６および第１ポンプ２３０が動作され、燃焼ファン１０６から供給された空気による改質器１０２の冷却と、燃焼器１０４から排出されるガスの冷却が行われる。（ステップＳ５０２）。
【０２１１】
次に、第１熱交換器１０８を通過した後の貯湯水（第１熱媒体経路２３２中の水）の温度ｔ２が第１温度検知器２２３により検知され（ステップＳ５０３）、ｔ２が貯湯下限温度以上であるか否かの判定が行われる（ステップＳ５０４）。
【０２１２】
ステップＳ５０４の判定結果がＹＥＳの場合には、そのまま第１熱媒体経路２３２中の水を蓄熱器２２４に供給しても蓄熱器２２４内部の温度が下がりすぎることがない。よって、三方弁２２８（流路切替器）が蓄熱器側に制御され（ステップＳ５０５）、経路の切替動作は終了する（エンド）。これにより、三方弁２２８を通過した水は蓄熱器２２４へと供給される。
【０２１３】
ステップＳ５０４の判定結果がＮＯの場合には、そのまま第１熱媒体経路２３２中の水を蓄熱器２２４に供給すると蓄熱器２２４内部の温度が基準以下に低下してしまうおそれがある。そこで、三方弁２２８（流路切替器）が第５バイパス経路２２６側に制御され（ステップＳ５０５）、経路の切替動作は終了する（エンド）。これにより、三方弁２２８を通過した水は蓄熱器２２４へ供給されずに、第５バイパス経路２２６を経由して第１ポンプ２３０へと供給される。
【０２１４】
なお、上述の改質器の冷却工程においては、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作は、連続的または断続的であっても構わない。
【０２１５】
また、上記においては、図１４に示されるカソードパージ処理及び図１５に示される熱回収動作時の経路の切替えについて説明したが、燃料電池システムの停止処理としてカソードパージ処理及び熱回収動作時の経路に切替えの少なくともいずれか一方を設けなくても構わない。また、第１実施形態で説明した一次冷却系統に関連する変形例（第１変形例、第２変形例、第３変形例、第５変形例、第７変形例、第８変形例、第１１変形例、第１２変形例など）を同様に適用することができ、各変形例と同様の効果を奏しうる。
【０２１６】
［第１変形例］
第１変形例の燃料電池システムは、二次冷却系統を備え、二次冷却側に蓄熱器が設けられている点で、上述した燃料電池システム２００と異なる。
【０２１７】
図１６は、本変形例の燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。図１３において第１熱媒体が流れる一次冷却系が二次冷却系として機能し、その間に新たに、一次冷却系を設ける以外の部分は、第２実施形態の燃料電池システムにおいても共通である。よって、図１３と共通する部分については図１６において省略すると共に、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０２１８】
第２熱交換器２３５は、第１熱媒体経路２３２中の第１熱媒体から熱を回収するための熱交換器である。第２熱媒体経路２４３は、第２熱交換器２３５において第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる経路である。第２ポンプ２４２は、第２熱媒体経路２４３の中の第２熱媒体を流すためのポンプである。
【０２１９】
図に示すように、本変形例において第２熱媒体は、第２熱交換器２３５において第１熱媒体と熱交換するのみならず、第３熱交換器２２０において燃料電池２５０の内部を通流する冷却水とも熱交換する。
【０２２０】
本変形例の燃料電池システムの動作は、第２実施形態の燃料電池システム２００についての上記説明において、第１温度検知器２２８を第２温度検知器２４８に置き換え、第１ポンプ２３０を第２ポンプ２４２に置き換え、三方弁２２８を三方弁２４４に置き換え、第５バイパス経路２２６を第６バイパス経路２４５に置き換え、さらに、第２ポンプ２４２の動作に伴い第１ポンプ２３０も動作するものとすることができる。よって、詳細な説明は省略する。なお、本変形例において蓄熱器２２４が蓄えるのは第１熱媒体ではなく、第２熱媒体である。
【０２２１】
本変形例においてはさらに、第１実施形態で説明した二次冷却系統に関連する変形例（第４変形例、第６変形例、第９変形例、第１０変形例、第１３変形例、第１４変形例など）を同様に適用することができ、各変形例と同様の効果を奏しうる。
【０２２２】
［第２変形例］
第２変形例の燃料電池システムは、冷却系統に放熱器を備える点で、上述した燃料電池システム２００と異なる。
【０２２３】
図１７は、本変形例の燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。図１３において蓄熱器２２４をバイパスする第１熱媒体が流れる第５バイパス経路２２６に放熱器２４６が設けられた以外の部分は、本変形例の燃料電池システムにおいても共通に設けられる。よって、図１３と共通する部分については図１７において省略すると共に、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。なお、放熱器２４６は、第５バイパス経路２２６上に設けられ、能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。
【０２２４】
図１７に例示する第２変形例の燃料電池システムの発電停止時の動作は第２実施形態の燃料電池システム２００と同様とすることができるので詳細な説明を省略する。
【０２２５】
本変形例は第１実施形態で説明した第１１変形例を第２実施形態の燃料電池システムに適用したものである。
【０２２６】
なお、上述した実施形態もしくは変形例では、改質器と燃料電池とが分離した燃料電池システムについて説明したが、改質器と燃料電池とが一体化した燃料電池システムであってもよい。そのような燃料電池システムとしては、例えば、改質反応を実行する改質部と燃料電池部をそれぞれ個別に有する間接内部改質型の固体酸化物形燃料電池や、燃料電池本体内部で改質反応も行う内部改質型の固体酸化物形燃料電池が挙げられる。間接内部改質型の固体酸化物形燃料電池の場合は、改質部及び燃料電池部が燃焼排ガスにより加熱されるとともに、加熱後の燃焼排ガスと上記第１熱媒体とが第１熱交換器を介して熱交換可能に構成され、内部改質型の固体酸化物形燃料電池の場合は、改質反応及び電池反応を兼用する燃料電池部が燃焼排ガスにより加熱されるとともに、加熱後の燃焼排ガスと第１熱媒体が第１熱交換器を介して熱交換可能に構成される。そして、本発明の燃料電池システムは、このような形態も含むものである。
【０２２７】
また、上述した実施形態もしくは変形例における熱回収動作では、改質器を冷却した排空気より熱回収する熱媒体（第１熱媒体、第２熱媒体）を循環させることで、従来の水素生成装置もしくは燃料電池システムよりも、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性は低減される。
【０２２８】
しかしながら、上記可能性をより低減するために、改質器の冷却工程において、第１熱交換器から排出される排空気の温度が人が火傷する可能性の低い上限温度以下に維持されるように第１ポンプの操作量を制御する形態を採用しても構わない。なお、本形態を採用する場合、一例として、改質器の冷却工程において排気口から排出される排空気の温度が上記上限温度以下になるために必要な第１ポンプの下限操作量が設定され、第１熱媒体による熱回収動作において、第１ポンプの操作量が上記下限操作量を下回らないよう制御されることが挙げられる。より具体的には、第１の熱回収動作において、第１温度検知器の検知温度に基づき制御される第１ポンプの操作量が上記下限流量を下回る場合は、この下限操作量が優先され、この下限操作量以上になるよう制御される。また、第２の熱回収動作においては、第１ポンプの操作量が上記下限操作量を上回る所定値になるよう制御される。なお、上記下限操作量は、冷却工程において第１熱交換器に流入する排空気の温度（または、排空気の温度に相関する改質器の温度や冷却工程の継続時間等）に応じて変動してもよいし、排空気の温度が最も高い場合に排気口から排出される排空気の温度が上記上限温度以下になるために必要な下限操作量を固定値として使用する形態であってもよい。また、２次冷却系において熱回収動作を実行する場合は、上記第１ポンプ及び第２ポンプに対してそれぞれ上記下限流量が設定される形態を採用しても構わない。
【０２２９】
また、排ガス熱交換器の熱劣化が起こる可能性をより低減するために、改質器の冷却工程において、第１熱交換器の周辺構造部材の温度が該周辺構造部材の耐熱温度以下に維持されるように第１ポンプの操作量を制御する形態を採用しても構わない。なお、本形態を採用する場合、一例として、改質器の冷却工程において第１熱交換器の周辺部材の温度が上記耐熱温度以下になるために必要な第１ポンプの下限操作量が設定され、第１熱媒体による熱回収動作において、第１ポンプの操作量が上記下限操作量を下回らないよう制御されることが挙げられる。具体的な制御例としては、上記排気口から排出される排空気の温度と同様であるので、その説明を省略する。また、排気口から排出される排空気の温度を考慮した上記下限操作量及び第１熱交換器の周辺部財の熱劣化を考慮した上記下限操作量の両方を考慮して第１ポンプ（第２ポンプ）の操作量を制御する形態を採用しても構わない。
【０２３０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２３１】
本発明に係る水素生成装置および燃料電池システムは、停止処理時の冷却工程において、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される水素生成装置およびこれを備える燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０２３２】
１００、１００’ 水素生成装置
１０２ 改質器
１０４ 燃焼器
１０６ 燃焼ファン
１０８ 第１熱交換器
１１０ 第１熱媒体経路
１１２ 第１ポンプ
１１４ 制御器
１１６ ブースターポンプ
１１８ 第１開閉弁
１１９ 第２開閉弁
１２０ 原料ガス供給路
１２１ 改質水供給路
１２２ 燃料ガス供給路
１２３ 第１温度検知器
１２４ オフ燃料ガス経路
１２６ 第１バイパス経路
１２７ 第２バイパス経路
１２８ 第３開閉弁
１２９ 三方弁
１３０ 第４開閉弁
１３１ 放熱器
１３２ 第５開閉弁
１３３ 第１分岐路
１３４ 燃焼用空気供給路
１３５ 第２熱交換器
１３６ 燃焼排ガス経路
１３８ 第３温度検知器
１４０ 蓄熱器
１４１ 蓄熱器
１４２ 第２ポンプ
１４３ 第２熱媒体経路
１４４ 三方弁
１４５ 第３バイパス経路
１４６ 放熱器
１４７ 第２分岐路
１４８ 第２温度検知器
１５０ 水素利用機器
２００ 燃料電池システム
２０２ 第６開閉弁
２０４ 第４バイパス経路
２０６ 酸化剤ガス供給器
２０８ 第７開閉弁
２１０ 酸化剤ガス供給路
２１２ 第８開閉弁
２１４ 酸化剤ガス排出路
２１６ 第９開閉弁
２１８ カソードパージガス排出路
２２０ 第３熱交換器
２２１ 冷却水ポンプ
２２２ 冷却水経路
２２３ 第１温度検知器
２２４ 蓄熱器
２２６ 第５バイパス経路
２２８ 三方弁
２３０ 第１ポンプ
２３２ 第１熱媒体経路
２３５ 第２熱交換器
２４２ 第２ポンプ
２４３ 第２熱媒体経路
２４４ 三方弁
２４５ 第６バイパス経路
２４６ 放熱器
２４８ 第２温度検知器
２４９ 蓄熱器
２５０ 燃料電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置およびこれを備える燃料電池システムに関する。より詳しくは、水蒸気改質反応により炭化水素系の原料と水とから水素含有ガスを生成する水素生成装置およびこれを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
燃料電池システムでは、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池スタック（以下、単に燃料電池という）に、水素含有ガスと酸素含有ガスとが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される水素含有ガスに含まれる水素と酸素含有ガスに含まれる酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この所定の電気化学反応が進行することにより、燃料電池において、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーに直接変換される。これにより、燃料電池システムは、負荷に向けて電力を出力する。
【０００４】
ところで、燃料電池システムの発電運転時に必要となる水素含有ガスの供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されていない。そのため、従来の燃料電池システムには、通常、発電運転時に必要となる水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。この改質器では、改質触媒において水蒸気改質反応が進行することにより、有機化合物を含む都市ガス等の原料と水とから水素含有ガスが生成される。この際、改質器が有する改質触媒は、加熱器により水蒸気改質反応の進行に適した温度に加熱される。加熱器は、燃焼バーナを用いることが一般的である。都市ガスと燃焼ファンにより供給された空気との混合ガスを燃焼することにより、改質器が有する改質触媒を加熱する。また、発電中などは燃料電池で使用されなかった燃料オフガスを加熱器で燃やすのが一般的である。また、燃焼したガスにより改質器を加熱するが、改質器を加熱した後の燃焼ガスも温度が高いため、その熱を回収するために、排ガス熱交換器を用いて水で冷却するのが一般的である。なお、この水は燃料電池システム内の熱を回収して６０〜７０℃程度のお湯としてタンクなどに貯える。このように、熱回収した後の燃焼排ガスを排気口から外部の大気に放出する。
【０００５】
加熱器により加熱された、改質器では、都市ガス等の原料と水とから改質反応により水素を含む水素含有ガスが効率良く生成される。燃料電池システムは、改質器が生成する水素含有ガスと酸素含有ガスとしての例えば空気を利用して発電する。なお、改質器で改質反応に使用する水は、水素生成装置内部に水蒸発器を有して水蒸気を発生させる。特にエネルギーロスを低減し改質効率を向上させる場合は、改質器内に水蒸発器を有するのが一般的である。
【０００６】
なお、改質器から生成する水素含有ガスには一酸化炭素が含まれており、一酸化炭素は燃料電池に含まれる触媒を被毒するため、燃料電池での正常な発電が行えなくなる。そこで、改質器にて生成した水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために、変成反応を行う変成器や、選択酸化反応を行う一酸化炭素除去器を設けるのが一般的である。これら改質器、変成器、一酸化炭素除去器を合わせて水素生成装置と呼ぶ。
【０００７】
燃料電池システムの運転停止時は水素生成装置（改質器）の温度が高温であるため、燃焼バーナでの燃焼を停止した後、燃焼ファンを動作させ冷えた空気を供給することで、改質器を冷却する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２５４２５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、水素生成装置および燃料電池システムが停止する場合について述べる。特許文献１の水素生成装置および燃料電池システムでは、停止時に高温の改質器を燃焼ファンより供給される空気により冷却することが記載されている。しかしながら、改質器を冷却した排空気の保有熱により排ガス熱交換器の周辺構成部材（例えば、Ｏリングやパッキンなど）が熱劣化を起こす可能性がある。また、燃焼排ガス出口である排気口から高温の空気が放出されるために、上記冷却時に排気口付近に人が存在すると火傷する可能性があるという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減し、上記冷却工程が実行される水素生成装置および燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく、本発明の水素生成装置は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器と、前記第１熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路と、前記第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプと、前記熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器と、停止時に前記燃焼器が燃焼を行っていない状態において前記空気供給器から供給した空気により少なくとも前記改質器を冷却する冷却工程において前記第１ポンプを動作させる制御器とを備える。
【００１２】
かかる構成では、停止処理時の冷却工程において、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００１３】
上記の水素生成装置において、前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、起動時に前記原料供給器より前記改質器に原料を供給するとともに前記改質器を通過した原料を前記燃焼器で燃焼させて前記改質器を加熱するように構成され、前記制御器は、少なくとも前記改質器の温度が待機可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されていてもよい。
【００１４】
上記の水素生成装置において、前記制御器は、前記空気供給器から前記燃焼器への空気の供給を停止させるのに伴って前記ポンプの動作を停止させるように構成されていてもよい。
【００１５】
また本発明の燃料電池システムは、上記の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
【００１６】
かかる構成では、停止処理時の冷却工程において、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００１７】
上記の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池のカソードに前記原料を供給し、前記燃料電池のカソードを通過したガスを用いて前記燃焼器で燃焼するカソードパージ動作を行うよう構成され、前記冷却工程は、前記カソードパージ動作完了後の冷却工程であってもよい。
【００１８】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記のような構成を有することにより、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態の水素生成装置における停止処理時の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の水素生成装置における運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる水素生成装置における運転停止時の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の第４変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態の第５変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態の第６変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態の第７変形例にかかる水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態の第１１変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態の第１２変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態の第１３変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態の第１４変形例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムにおける発電運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムの発電運転停止時における経路の切替動作の概略を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態の第１変形例にかかる燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２実施形態の第２変形例にかかる燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
以下、本発明の水素生成装置及びこれを備える燃料電池システムを、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
第１の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００［図１］あるいは水素生成装置１００２［図５］）は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器（例えば、改質器１０２）と、改質器を加熱する燃焼器（例えば、燃焼器１０４）と、燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器（例えば、燃焼ファン１０６）と、燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器（例えば、第１熱交換器１０８）と、熱交換器において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路（例えば、第１熱媒体経路１１０）と、第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプ（例えば、第１ポンプ１１２）と、第１熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器（例えば、蓄熱器１４０あるいは蓄熱器１４１）と、停止時に燃焼器が燃焼を行っていない状態（例えば、図２のステップＳ１２〜：燃焼器が燃焼を停止した後の状態）において空気供給器から供給した空気により少なくとも前記改質器を冷却する工程である冷却工程（例えば、図２のステップＳ１３：燃焼器が燃焼を行わずに空気供給器が動作する工程）において第１ポンプを動作させる制御器（例えば、制御器１１４）とを備えている。
【００２４】
これにより、従来の水素生成装置よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００２５】
ここで、上記「原料」とは、少なくとも水素及び炭素を構成元素とする有機化合物を含むもので、具体的には、メタン、プロパンガス、都市ガス等の炭化水素や、メタノール、エタノール等のアルコールが挙げられる。
【００２６】
また、上記実施の形態の水素生成装置において、空気供給器が供給する空気は、燃焼器が燃焼を行っている場合には燃焼用の空気となり、燃焼器が燃焼を行っていない場合には冷却用の空気となる。
【００２７】
「第１熱交換器」は、燃焼排ガスと第１熱媒体との間で熱交換が行われることを可能にする装置であればどのようなものでもよい。
【００２８】
ただし、熱効率やエネルギー効率を考慮すれば、燃焼排ガス中の熱が熱交換により回収され利用されることが望ましい。回収熱の用途としては、例えば給湯、床暖房などが考えられる。この場合、熱媒体経路は、蓄熱器（貯湯タンクなど）に接続される構成や、床暖房の経路に接続される構成とすることがより好ましい。
【００２９】
「第１熱媒体」は、液体の熱媒体であり、例えば液体の水、不凍液などを用いることができる。
【００３０】
「第１ポンプ」は、第１熱媒体経路中に第１熱媒体が通流するように、第１熱媒体を駆動するものであれば、どのような装置でもよい。
【００３１】
「制御器」は、例えば、１個のＣＰＵ（集中制御）で構成される形態もよいし、複数のＣＰＵ（分散制御）で構成される形態であってもよい。
【００３２】
「冷却工程」とは、停止時に燃焼器が燃焼を行っていない状態において空気供給器から供給される空気により少なくとも改質器を冷却する工程を言う。この冷却工程において、空気供給器は連続的または断続的に動作しても構わない。冷却工程において、空気供給器は改質器を冷却する冷媒（空気）の供給器として機能する。一方、燃焼器が燃焼を行っている状態においては、空気供給器は燃焼用空気の供給器として機能する。
【００３３】
燃焼を行っていない状態とは、例えば、燃焼器において火炎が生じておらず、燃焼熱（燃料の酸化反応によって生じる反応熱）が生じていないような状態を言う。
【００３４】
冷却工程において第１ポンプが動作される目的は、熱媒体経路中に熱媒体を流すことで、熱交換器における熱交換（排空気から熱媒体への熱回収）を促進させ、改質器より熱回収した排空気を冷却することにある。なお、上記冷却工程において、第１ポンプも連続的または断続的に動作しても構わない。
【００３５】
「原料供給器」は、改質器に供給される原料の流量を調整する機器であればよく、例えば、ブースタポンプや流量調整弁等が用いられうる。
【００３６】
また、第２の本発明の実施の形態における水素生成装置は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、改質器に原料を供給する原料供給器（例えば、ブースタポンプ１１６）を備え、起動時に原料供給器より改質器に原料を供給するとともに改質器を通過した原料を燃焼器で燃焼させて改質器を加熱するよう構成され、制御器は、少なくとも改質器の温度が待機可能温度以下になるまで冷却工程を継続させる。
【００３７】
これにより、従来の水素生成装置よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減しながら、速やかに次の起動を待機する待機状態に移行することが可能になる。
【００３８】
ここで、「待機可能温度」とは、水素生成装置の停止処理を完了し、次の起動の待機状態に移行することが可能な温度として定義される。一例としては、起動処理が開始され、原料ガスが改質器の内部に供給されても、改質器に設けられた改質触媒の表面ないしその下流の経路に炭素が析出しない温度が挙げられる。具体的には、改質器の内部温度として、５００℃以下の所定温度を待機可能温度としうる。また、改質器の温度は、改質器の温度を直接検出する温度検知器（例えば、第３温度検知器１３８）だけでなく、改質器の温度を間接的に検出する検知器（例えば、停止処理を開始してからの時間を計測する計時器等）により検知される。
【００３９】
また、第３の本発明の実施の形態における水素生成装置は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、制御器は、改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで冷却工程を継続させる。
【００４０】
これにより、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減しながら、上記冷却工程を実施しない場合に比してより速やかに改質器内をパージ処理可能な温度にまで低下することが可能になる。
【００４１】
ここで、「パージ可能温度」とは、改質器の内部をパージするために、例えば、原料を通流しても改質器内部にある改質触媒などの表面に炭素が析出するなどの問題が生じないような温度をいう。なお、上記パージに使用されるガスは、上記原料に限定されるものではなく、例えば、窒素等の不活性ガスであってもよい。
【００４２】
また、第４の本発明の実施の形態における水素生成装置は、第３の本発明の実施の形態の水素生成装置において、制御器は、異常停止時に、改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで冷却工程を継続させる。
【００４３】
これにより、異常停止時に、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減しながら、上記冷却工程を実施しない場合に比してより速やかに改質器の温度をパージ処理可能な温度に低下させることができる。また、改質器の温度がメンテナンスマンが作業可能な温度にまでより速やかに低下するため、メンテナンス性が向上する。
【００４４】
ここで、「異常停止」とは、機器の故障（例えば、温度検知器の故障、ＣＯセンサの故障、及び燃焼空気供給器の故障）、ガス漏れ異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）、温度検知器の検出温度異常（例えば、改質温度の過昇温、過降温）などの異常により水素生成装置の運転を停止する場合を指すが、これに限定されるものではない。
【００４５】
また、第５の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００４［図６］）は、第１の本発明の実施の形態の水素生成装置において、蓄熱器は第１熱交換器を通過した第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、第１熱交換器の上流の第１熱媒体経路と第１熱交換器の下流の第１熱媒体経路とを接続し、蓄熱器をバイパスするバイパス経路（例えば、第２バイパス経路１２７）と、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第１切替器（例えば、三方弁１２９）と、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器（例えば、第１温度検知器１２３）とを備え、制御器は、冷却工程において、第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第１切替器をバイパス経路側に維持する。
【００４６】
これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【００４７】
ここで、「第１の閾値」とは、例えば蓄熱器に供給される熱媒体の温度が下がり過ぎないようにするための蓄熱下限温度（蓄熱器が貯湯タンクの場合は、貯湯下限温度）である。
【００４８】
また、第６の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００２［図５］）は、第１の本発明の実施の形態の水素生成装置において、第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器（例えば、第２熱交換器１３５）と、第２熱交換器において第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路（例えば、第２熱媒体経路１４３）と、第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプ（例えば、第２ポンプ１４２）と、第２熱交換器の上流の第２熱媒体経路と第２熱交換器の下流の第２熱媒体経路とを接続し、蓄熱器（例えば、蓄熱器１４１）をバイパスするバイパス経路（例えば、第３バイパス経路１４５）と、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第２切替器（例えば、三方弁１４４）と、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器（例えば、第２温度検知器１４８）とを備え、蓄熱器は第２熱交換器を通過した第２熱媒体を貯える蓄熱器であって、制御器は、冷却工程において、第２温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第２切替器をバイパス経路側に維持する。
【００４９】
これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第２の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【００５０】
ここで、「第２熱交換器」は、第１熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換が行われることを可能にする装置であればどのようなものでもよい。ただし、熱効率やエネルギー効率を考慮すれば、第１熱媒体中の熱が熱交換により回収され利用されることが望ましい。回収熱の用途としては、例えば給湯、床暖房などが考えられる。この場合、第２熱媒体経路は、蓄熱器（貯湯タンクなど）に接続される構成や、床暖房の経路に接続される構成とすることがより好ましい。
【００５１】
「第２熱媒体」は、液体の熱媒体であり、例えば液体の水、不凍液などを用いることができる。
【００５２】
「第２ポンプ」は、第２熱媒体経路中に第２熱媒体が通流するように、第２熱媒体を駆動するものであれば、どのような装置でもよい。
【００５３】
また、第７の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００４［図６］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器（例えば、第１温度検知器１２３）を備え、制御器は、第１温度検知器の検知温度に基づいて第１ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、前記第１温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行する。
【００５４】
これにより、改質器より熱回収した排空気が高温である場合には、蓄熱器に貯える上で適切な温度に第１熱媒体の温度が制御され、改質器より熱回収した排空気の温度が低温化すると、第１熱媒体の温度に拘わらない熱回収動作が実行される。つまり、第１熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら、従来の水素生成装置よりも排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減することができる。
【００５５】
また、第８の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００４［図６］）は、第７の本発明の実施の形態における水素生成装置において、蓄熱器は第１熱交換器を通過した第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、第１熱交換器の上流の第１熱媒体経路と第１熱交換器の下流の第１熱媒体経路とを接続し、蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、第１熱交換器を通過した第１熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第１切替器とを備え、制御器は、第２の熱回収動作において、第１温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、第１切替器を蓄熱器側に切替え、第１温度検知器の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、第１切替器をバイパス経路側に切替える。
【００５６】
これにより、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第１熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第１熱媒体の流入が抑制される。
【００５７】
また、第９の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００６［図７］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、第２熱交換器において第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプと、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、蓄熱器は第２熱交換器を通過した第２熱媒体を貯える蓄熱器であり、制御器は、第２温度検知器の検知温度に基づいて前記第２ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、第２温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第２ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行する。
【００５８】
これにより、改質器より熱回収した排空気が高温である場合には、蓄熱器に貯える上で適切な温度に第２熱媒体の温度が制御され、改質器より熱回収した排空気の温度が低温化すると、第２熱媒体の温度に拘わらない熱回収動作が実行される。つまり、第２熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら改質器の冷却を促進することが可能になる。
【００５９】
また、第１０の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００６［図７］）は、第９の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第２熱交換器の上流の第２熱媒体経路と第２熱交換器の下流の第２熱媒体経路とを接続し、蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、第２熱交換器を通過した第２熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第２切替器とを備え、制御器は、第２の熱回収動作において、第２温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、切替器を蓄熱器側に切替え、第２温度検知器の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、切替器をバイパス経路側に切替える。
【００６０】
これにより、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第２熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第２熱媒体の流入が抑制される。
【００６１】
また、第１１の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００［図１］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、冷却工程後に原料により改質器内をパージする原料パージ動作において、改質器より送出されたガスを燃焼器にて燃焼するとともに第１ポンプを動作するよう構成され、制御器は、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が第１ポンプの操作量を増加させる。
【００６２】
原料パージ動作時においては、改質器より送出されたガスを燃焼器において、燃焼するため改質器の冷却工程時よりも燃焼排ガス経路を流れるガスの保有熱量が多くなるが、本実施の形態の水素生成装置においては、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が熱回収量が多くなるよう第１ポンプが制御されるため、原料パージ動作時において、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００６３】
また、第１２の本発明の実施の形態における水素生成装置（例えば、水素生成装置１００２［図５］）は、第１の本発明の実施の形態における水素生成装置において、第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、第２熱交換器において第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプとを備え、冷却工程後に原料により改質器内をパージする原料パージ動作において、改質器より送出されたガスを燃焼器にて燃焼するとともに第２ポンプを動作するよう構成され、制御器は、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が第２ポンプの操作量を増加させる。
【００６４】
原料パージ動作時においては、改質器より送出されたガスを燃焼器において、燃焼するため改質器の冷却工程時よりも燃焼排ガス経路を流れるガスの保有熱量が多くなる。本実施の形態の水素生成装置においては、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が熱回収量が多くなるよう第２ポンプが制御されるため、原料パージ動作時において、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００６５】
また、第１３の本発明の実施の形態における燃料電池システム（例えば、燃料電池システム２００［図１３］）は、第１〜第１２の本発明の実施の形態における水素生成装置のいずれかと、この水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池（例えば、燃料電池２５０）とを備える。
【００６６】
これにより、従来の燃料電池システムよりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【００６７】
ここで、上記「燃料電池」には、例えば高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられる。固体酸化物形燃料電池の場合は、通常、改質反応を実行する改質部と燃料電池部をそれぞれ個別に有する間接内部改質型と燃料電池本体内部で改質反応も行う内部改質型のいずれであってもよい。つまり、燃料電池に上記改質器が内蔵された形態が採用される場合があり、本発明の燃料電池システムは、そのような形態も含むものである。
【００６８】
また、第１４の本発明の実施の形態における燃料電池システム（例えば燃料電池システム２００［図１３］）は、第１３の本発明の実施の形態における燃料電池システムにおいて、燃料電池のカソードに原料を供給し、燃料電池のカソードを通過したガスを用いて燃焼器で燃焼するカソードパージ動作を行うよう構成され、冷却工程は、カソードパージ動作完了後の冷却工程である。
【００６９】
これにより、カソードパージ動作時においては、カソードを通過したガスを用いて燃焼器で燃焼するよう構成されているため、カソードパージ時において与えられた熱も含め改質器より速やかに熱回収し、改質器を冷却することが可能になる。
【００７０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の水素生成装置を、図面を参照しながら説明する。
【００７１】
［装置構成の詳細］
以下、水素生成装置１００の装置構成の詳細について図１を参照しつつ説明する。
【００７２】
ブースターポンプ１１６の上流側は、原料ガスの供給源（例えば、都市ガスインフラ）に接続されている。ブースターポンプ１１６の下流側は、原料ガス供給流路１２０を介して改質器１０２に接続されている。原料ガス供給流路１２０には第１開閉弁１１８が設けられている。
【００７３】
改質水ポンプ１１７の入口は、水供給源（例えば、第１熱交換器１０８で生成した燃焼排ガス中の凝縮水を貯めた水タンク、水道インフラ等）に接続している。改質水ポンプ１１７の出口は、蒸発器１０３に接続しており、蒸発器１０３は改質器１０２と接続されている。なお、改質水ポンプ１１７と蒸発器１０３との間の改質水供給路１２１には第２開閉弁１１９が設けられている。
【００７４】
なお、図１には、改質器１０２から送出されるガスがそのまま水素生成装置本体１０５より送出されるよう構成されているが、改質器１０２の下流に、改質器１０２で生成された水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素を低減するために、変成触媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、Ｐｔ系触媒）を有するＣＯ除去器が設けられる形態を採用しても構わない。水素生成装置本体１０５の水素含有ガス出口は燃料ガス供給路１２２を介して水素利用機器１５０と接続されている。燃料ガス供給路１２２には第３開閉弁１２８が設けられている。
【００７５】
燃料ガス供給路１２２の途中において分岐して、水素利用機器１５０をバイパスして燃焼器１０４と接続する第１バイパス経路１２６が設けられ、第１バイパス経路１２６には第５開閉弁１３２が設けられている。
【００７６】
燃焼ファン１０６は、燃焼用空気供給路１３４を介して燃焼器１０４と接続されている。燃焼器１０４より送出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路１３６が設けられている。この燃焼排ガス経路１３６は、少なくとも改質器１０２と熱交換可能に構成され、燃焼排ガス中の燃焼排ガスにより改質器１０２は加熱される。なお、水素生成装置本体１０５内に変成器やＣＯ除去器を更に備える形態を採用した場合は、これらの反応器に対しても上記燃焼排ガスにより加熱されるよう構成されても構わない。燃焼排ガス経路１３６は、蒸発器１０３とも熱交換可能に構成されていても構わない。
【００７７】
また、燃焼排ガス経路１３６は、第１熱交換器１０８の内部を通過している。第１熱交換器１０８の内部には、熱交換器１１０において燃焼排ガスより熱を回収する第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路１１０も通過している。第１熱媒体経路１１０には第１ポンプ１１２が設けられている。燃焼排ガス経路１３６内の燃焼排ガスと第１熱媒体経路１１０内の熱媒体とは、第１熱交換器１０８において、互いに熱交換可能になるよう構成されている。
【００７８】
第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体は、蓄熱器１４０に貯えられる。第１ポンプ１１２は蓄熱器１４０から取り出された第１熱媒体を第１熱交換器１０８に送出する。
【００７９】
第３温度検知器１３８は改質器１０２に取り付けられており、改質器１０２の温度を検出してその結果を制御器１１４に送る。
【００８０】
制御器１１４は、ＣＰＵやメモリ等を備え、各開閉弁１１８、１１９、１２８、１３２や、燃焼ファン１０６、第１ポンプ１１２、ブースターポンプ１１６などと電気的に接続され、それらを制御する。
【００８１】
本実施形態における水素利用機器１５０は、例えば、水素貯蔵タンクとしうるが、これに限定されるものではなく、燃料電池等の水素を利用する装置であればどのようなものでもよい。各開閉弁は例えば電磁弁とすることができる。第３温度検知器１３８には、例えばサーミスタなどの温度センサを用いることができる。
【００８２】
［動作：水素生成運転］
以下、水素生成装置１００における水素生成運転時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器１１４によって、水素生成装置１００の各機器が制御されることにより遂行される。
【００８３】
第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９は開放されている。ブースタポンプ１１６により原料ガスが原料ガス供給路１２０を介して改質器１０２に供給される。改質水は改質水供給路１２１を介して蒸発器１０３に供給される。
【００８４】
改質器１０２は燃焼器１０４からの燃焼排ガスにより加熱される。蒸発器１０３において改質水は水蒸気になる。改質器１０２において、該水蒸気と原料ガスから水蒸気改質反応により水素含有ガス（燃料ガス）が生成される。生成された水素含有ガスは、起動処理中においては、第１バイパス経路１２６を介して燃焼用ガスとして燃焼器１０４に供給されるよう、制御器１１４により第３開閉弁１２８は閉じた状態で、第５開閉弁１３２が開放されるよう制御される。
【００８５】
上記起動処理が完了すると、第５開閉弁１３２の開放を維持したまま、第３開閉弁１２８を開放し、水素含有ガスを水素利用機器１５０に供給開始し、水素生成運転が開始される。なお、上記水素生成運転中においても、水素生成装置本体１０５から送出された水素含有ガスの一部が、第１バイパス経路１２６を介して燃焼器１０４へ供給、燃焼され、改質器１０２を改質反応に好適な温度に維持する。
【００８６】
燃焼器１０４で生成する燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路１３６を流れ、第１熱交換器１０８において燃焼排ガスが冷却され、燃焼排ガス中の水分が凝縮された後、排気口１３７を通じて水素生成装置１００の筐体外部へと排出される。
【００８７】
［動作：起動処理］
以下、本実施形態の水素生成装置１００における起動時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器１１４によって、水素生成装置１００の各部が制御されることにより遂行される。
【００８８】
起動を待機する待機状態において、起動要求があると、制御器１１４は起動指令を出力し、水素生成装置１００の水素生成装置本体１０５の昇温動作を含む起動処理を開始する。
ここで、起動処理は、水素生成装置により安定して高濃度の水素（Ｈ２ガス）を含む水素含有ガスを生成するのに好適な温度に水素生成装置の温度が到達するまで、水素生成装置を昇温させる処理を含み構成される。
起動処理においては、原料供給器（ブースターポンプ１１６）を動作させ、改質器１０２に原料を供給しながら、第３開閉弁１２８が閉鎖するとともに第５開閉弁１３２が開放し、第１バイパス経路１２６を通じて、燃焼器１０４に供給される可燃性ガスを燃焼させ、改質器１０２を含む水素生成装置本体１０５の昇温動作を実行する。
【００８９】
上記昇温動作により改質器１０２及び蒸発器１０３が加熱され、蒸発器１０３の温度が水蒸気を生成可能な温度（蒸発可能温度）になると、第２開閉弁１１９が開放するとともに、改質水供給器（改質水ポンプ１１７）を動作させ、蒸発器１０３に改質水の供給を開始する。なお、上記蒸発可能温度は、１００℃以上の温度として設定され、第３温度検知器１３８の検知温度で、蒸発可能温度以上になったか否かを判断するよう構成されている。なお、その際に、蒸発可能温度以上になった否かを判断する温度閾値が、上記検知温度に対して設定される。
【００９０】
上記のように蒸発器１０３に改質水の供給を開始することで、蒸発器で生成した水蒸気と、原料ガス供給路１２０を介して供給された原料ガスとから、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成される。
【００９１】
そして、更に、上記昇温動作を改質器１０２の温度が水素を高濃度に含む水素含有ガスを生成可能な改質反応に好適な安定温度に達するまで継続する。上記昇温動作により第３温度検知器１３８の検知温度が、上記安定温度以上になると、水素生成装置１００の起動処理を完了し、制御器１１４は、第５開閉弁１３２の開放を維持したまま、第３開閉弁１２８を開放し、水素利用機器１５０への水素含有ガスの供給を開始する。なお、上記水素生成装置本体１０５に、改質器１０２で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための反応器として、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成器や酸化反応により一酸化炭素を低減するＣＯ除去器を備える形態を採用した場合、変成器及びＣＯ除去器のそれぞれに好適な安定温度以上になったのを確認してから、起動処理が完了されるよう構成される。ここで、上記変成器やＣＯ除去器の温度については、各反応器に設けられた温度検知器によりその温度が検知される。
【００９２】
［動作：停止処理］
図３は、本発明の第１実施形態の水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図３を参照しつつ、本実施形態の水素生成装置１００における停止処理時の動作の概略を説明する。
【００９３】
水素生成装置１００の水素生成運転中において、水素生成停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ１０１）、発生していればブースターポンプ１１６及び改質水ポンプ１１７の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９が閉止され、原料ガスおよび改質水の供給が停止される（ステップＳ１０２）。
【００９４】
次に、第５開閉弁１３２が閉止され、燃焼器１０４（バーナ）での燃焼が停止される（ステップＳ１０３）。なお、上記ステップＳ１０３の燃焼器の燃焼停止に際しては、通常、消火した後に燃焼ファン１０６より供給される空気により燃焼器１０４内に残留する可燃ガスを筐体外部に排出する動作が実行され、燃焼器１０４の燃焼停止処理が完了する。次に、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２が動作され、燃焼ファン１０６より供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０２を冷却した排空気の保有熱の第１熱媒体による熱回収が行われる。（ステップＳ１０４：冷却工程）。なお、この冷却工程における燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作は、連続的または断続的であっても構わない。
【００９５】
次に、改質器１０２の温度ｔ１が第３温度検知器１３８を用いて検知され（ステップＳ１０５）、ｔ１が待機可能温度以下（例えば、５００℃以下）であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。
【００９６】
ステップＳ１０６の判定結果がＹＥＳであった場合、燃焼ファン１０６の動作を停止するとともに第１ポンプ１１２の動作を停止し（ステップＳ１０７）、停止処理を完了し、水素生成装置１００は待機状態へと移行する（ステップＳ１０８）。
【００９７】
ステップＳ１０６の判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ１０５に戻る。
【００９８】
なお、「待機可能温度」は、水素生成装置の停止処理を完了し、次の起動の待機状態（起動要求があれば直ちに起動処理を開始するスタンバイ状態）に移行することが可能な温度として定義される。一例としては、起動処理が開始され、原料ガスが改質器１０２の内部に供給されても、改質器に設けられた改質触媒の表面ないしその下流の経路に炭素が析出しない温度が挙げられる。具体的には、改質器１０２の内部温度として、５００℃以下の所定温度を待機可能温度としうる。
【００９９】
また、上記においては、上記冷却工程及び熱回収動作を第３温度検知器１３８の検知温度が、待機可能温度になるまで継続する形態を採用したが、これに限定されるものではない。例えば、水素生成装置１００の停止処理として、少なくとも改質器１０２内部を置換ガスでパージするパージ動作を実行する形態において、上記パージ動作を実行可能な温度（パージ可能温度）にまで上記冷却工程を実行する形態を採用しても構わない。なお、ここで、上記「パージ可能温度」とは、例えば、置換ガスが原料である場合、上記パージ動作において水素生成装置１０５より排出され燃焼器１０４で燃焼することで、改質器１０２の温度が、原料ガスが炭素析出しない上限温度を超えない温度として設定される。具体的には、原料ガスより炭素析出することのない改質器１０２の上限温度からパージ動作における改質器１０２の昇温温度を減じた値以下の温度（例えば、３００℃）として設定される。
【０１００】
上述のように構成される本実施の形態の水素生成装置１００は、燃焼用空気による改質器の冷却工程において第１熱媒体を流すためのポンプが動作される。よって、改質器１０２等を冷却することで昇温された燃焼排ガス経路１３６を流れる排空気は、水素生成装置１００の筐体外部に直接排出されずに、第１熱交換器１０８において冷却された後、燃焼排ガスの排気口１３７より水素生成装置１００の筐体外部に排出される。従って、燃焼排ガスの排気口付近に人が存在しても従来の水素生成装置に比べ、上記冷却工程において排気口より排出されるガスにより火傷する可能性が低減される。また、上記冷却工程において第１熱交換器１０８にて排空気が熱媒体により冷却されるため、第１熱交換器１０８の周辺構成部材（Ｏリングやパッキンなど）が熱劣化を起こしにくくなる。
【０１０１】
［第１変形例］
第１変形例の水素生成装置は、運転停止時に改質器の内部が原料ガスによりパージされると共に、改質器の温度がパージ可能温度になるまで改質器の冷却工程及び第１熱媒体による熱回収動作が実行される点を特徴とする。
【０１０２】
第１変形例の水素生成装置のハードウェア構成は、図１に示した水素生成装置１００と同様とすることができるので、説明を省略する。本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１０３】
図４は、本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本変形例の水素生成装置における停止処理時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器によって、水素生成装置の各機器が制御されることにより遂行される。
【０１０４】
水素生成装置の水素生成運転中において、水素生成停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ２０１）、発生していれば発生していれば第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９が閉止され、原料ガスおよび改質水の供給が停止されると共に、第５開閉弁１３２が閉止され、燃焼器１０４（バーナ）の燃焼が停止される（ステップＳ２０２）。
【０１０５】
バーナの燃焼が停止された後、改質器１０２を冷却するため燃焼ファン１０６の動作が実行されるとともに第１ポンプ１１２の動作が実行される（ステップＳ２０３：冷却工程）。これにより、燃焼ファン１０６により供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０２を冷却した排空気の第１熱媒体による熱回収が行われる。
【０１０６】
次に、改質器１０２の温度が第３温度検知器１３８を用いて検知され、検知された温度がパージ可能温度以下（例えば、３００℃以下）であるか否かが判定される（ステップＳ２０４）。
【０１０７】
ステップＳ２０４の判定結果がＹＥＳであった場合、パージ動作が開始される（ステップＳ２０５）。すなわち、第１開閉弁１１８および第５開閉弁１３２が開放されるとともに、ブースターポンプ１１６を動作させて原料ガスが改質器１０２に供給される。改質器から排出される原料ガスは、第１バイパス経路１２６を経由して燃焼器１０４に供給され、燃焼器１０４で燃焼される。
【０１０８】
パージ動作が開始されると経過時間が計測され、経過時間が予め設定されたパージ動作時間以上であるかが判定される。判定結果がＹＥＳであれば、ブースターポンプ１１６の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第５開閉弁１３２が閉止されて、パージ動作が停止される（ステップＳ２０６）。
【０１０９】
パージ動作が停止されると、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作が停止され（ステップＳ２０７）、停止処理が完了する（エンド）。
【０１１０】
［第２変形例］
第２変形例の水素生成装置は、異常停止時に上記第１変形例の水素生成装置と同様の冷却工程及び熱回収動作、及びその後のパージ動作が実行される点を特徴とする。
【０１１１】
本変形例における異常としては、機器の故障（例えば、温度検知器の故障、ＣＯセンサの故障、及び燃焼空気供給器の故障）、ガス漏れ異常（例えば、可燃性ガス漏れ異常）、温度検知器の検出温度異常（例えば、改質温度の過昇温、過降温）が規定されている。なお、これらの異常は例示であり、これらの異常の一部を異常として規定してもよく、また、これらの異常以外の異常を異常と規定してもよい。
【０１１２】
温度検知器の故障が想定される異常とは、例えば、第３温度検知器１３８がサーミスタである場合、これらの検出値が、ショートや断線を示す値となる異常が挙げられる。本変形例においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１３】
ＣＯセンサの故障が想定される異常とは、燃焼器１０４に設けられた、図示されないＣＯセンサが、接触燃焼式のセンサである場合、本センサの検出値が電気抵抗の断線を示す値となる異常が挙げられる。本変形例においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１４】
燃焼空気供給器の故障が想定される異常とは、例えば、燃焼ファン１０６の回転数が、制御器１１４からの操作量に対して、許容範囲外（例えば、目標回転数に対応する設定操作量に対して操作量を増加させても所定時間以上、目標回転数に至らない場合）となる異常が挙げられる。このような異常は、モータ劣化により操作量の指令値に対して所望の回転数が得られない場合に起こる可能性があることから、燃焼ファン１０６の故障が想定される異常とみなされる。本変形例においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１５】
可燃性ガス漏れ異常とは、水素生成装置の内部に設けられた可燃性ガスセンサが可燃性ガスを検知した異常をいう。例えば、パッケージ内に可燃性ガス（原料ガスや燃料ガス等）が漏れて、可燃性ガスセンサが可燃性ガスを検知した場合が挙げられる。本実施の形態においては、当該異常に対応した異常停止処理として変形例１と同様の冷却工程及び熱回収動作及びその後のパージ動作が実行される。
【０１１６】
なお、上記で例示したような異常のうち各異常検知器の故障については、制御器１１４に内蔵される図示されない異常判定器が、異常検知器として機能し、上記検知器の故障と異なる異常については、異常判定器と当該異常を判定する際の判定対象となる検出値を出力する検知器とが異常検知器として機能する。
【０１１７】
ここで、本変形例の水素生成装置では、上記異常が検出された場合に、水素生成停止指令が出力される。その後は図４のステップＳ２０１〜ステップＳ２０７に示したものと同様の停止処理が行われ、停止処理完了後、起動不許可状態に移行する（エンド）。
【０１１８】
起動不許可状態とは、起動要求が発生しても、燃料電池システムの起動が許可され、制御器により起動指令が出力されることのない状態を言う。例えば、使用者が水素生成装置の起動を開始するように、リモコンのキー操作部を操作して、運転開始要求を行っても、制御器が、上述した水素生成装置の起動処理を行うことがない状態にすることをいう。
【０１１９】
［第３変形例］
第３変形例は、冷却工程後に原料により改質器１０２内をパージする原料パージ動作（パージ動作）において、改質器１０２より送出されたガスを燃焼器１０４にて燃焼するとともに第１ポンプ１１２を動作するよう構成され、制御器１１４は、冷却工程時よりも原料パージ動作時の方が第１ポンプ１１２の操作量を増加させるものである。
【０１２０】
第３変形例の水素生成装置の構成や動作は、上記の点を除いては第１変形例や第２変形例の構成や動作と同様のものとすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１２１】
［第４変形例］
第４変形例は、実施の形態１の水素生成装置の冷却工程において、改質器を冷却した排空気の保有熱を２次冷却系において熱回収するよう構成されていることを特徴とする。
【０１２２】
本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、実施の形態１の水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１２３】
図５は、本変形例における水素生成装置１００２の概略構成の一例を示すブロック図である。図５において図１と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１２４】
第２熱交換器１３５は、第１熱媒体経路１１０中の第１熱媒体から熱を回収するための熱交換器である。第２熱媒体経路１４３は、第２熱交換器１３５において第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる経路である。第２ポンプ１４２は、第２熱媒体経路１４３の中の第２熱媒体を流すためのポンプである。
【０１２５】
本変形例の水素生成装置１００２は、冷却工程において第１ポンプだけでなく、第２ポンプを動作させ、改質器１０２を冷却した排空気の保有熱は最終的に第２熱媒体に回収され、蓄熱器１４１に貯えられる。
【０１２６】
なお、本変形例の水素生成装置の構成及び冷却工程における熱回収動作は、上記変形例１〜３の水素生成装置に適用しても構わない。又、第１〜第３変形例の水素生成装置のように原料パージ動作を実行する場合においても、第１ポンプ１１２及び第２ポンプ１４２を動作させることが好ましい。また、第３変形例の水素生成装置と同様に原料パージ動作時における第１ポンプ１１２及び第２ポンプ１４２の操作量を、冷却工程時における操作量よりも大きくするよう制御器１１４により制御することが好ましい。
【０１２７】
［第５変形例］
第５変形例の水素生成装置は、蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、第１熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第１切替器と、第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器とを備え、冷却工程において、第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第１切替器をバイパス経路側に維持する点を特徴とする。本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１２８】
図６は、本変形例にかかる水素生成装置１００４の概略構成の一例を示すブロック図である。図６において図１と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１２９】
蓄熱器１４０は、第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体を貯える蓄熱器である。
【０１３０】
第２バイパス経路１２７は、第１熱交換器１０８の上流の第１熱媒体経路１１０と第１熱交換器１０８の下流の第１熱媒体経路１０８とを接続し、蓄熱器１４０をバイパスする経路である。三方弁１２９（第１切替器）は、第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体の流入先を蓄熱器１４０と第２バイパス経路１２７との間で切替える。第１温度検知器１２３は、第１熱交換器１０８を通過した第１熱媒体の温度を検知して、検知結果を制御器１１４に送る。
【０１３１】
本変形例において制御器１１４は、冷却工程において、第１ポンプ１１２を動作させながら第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値（例えば、６５℃）以上になるまで三方弁１２９を第２バイパス経路側１２７に維持する。ここで、上記「第１の閾値」とは、例えば蓄熱器に供給される熱媒体の温度が下がり過ぎないようにするための蓄熱下限温度（蓄熱器が貯湯タンクの場合は、貯湯下限温度）である。これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【０１３２】
なお、本変形例の水素生成装置の構成及び冷却工程における第２バイパス経路１２７の切替制御を実施の形態１〜変形例４の水素生成装置に適用しても構わない。
【０１３３】
［第６変形例］
第６変形例の水素生成装置は、第５変形例の水素生成装置と異なり、水素生成装置の上記冷却工程において改質器を冷却した排空気の保有熱を２次冷却系において熱回収するよう構成されていることを特徴とする。具体的には、蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、第２熱媒体の流入先を蓄熱器とバイパス経路との間で切替える第２切替器と、第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、冷却工程において、第２温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで第２切替器をバイパス経路側に維持することを特徴とする。本変形例における水素生成運転および起動処理の動作は、水素生成装置１００について上述したものと同様とすることができるので、説明を省略する。
【０１３４】
図７は、本変形例にかかる水素生成装置１００６の概略構成の一例を示すブロック図である。図７において図５と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１３５】
蓄熱器１４１は第２熱交換器１３５を通過した第２熱媒体を貯える蓄熱器である。第３バイパス経路１４５は、第２熱交換器１３５の上流の第２熱媒体経路１４３と第２熱交換器１３５の下流の第２熱媒体経路１４３とを接続し、蓄熱器１４１をバイパスする経路である。三方弁１４４（第２切替器）は、第２熱交換器１３５を通過した第２熱媒体の流入先を蓄熱器１４１と第３バイパス経路１４５との間で切替える。第２温度検知器１４８は、第２熱交換器１３５を通過した第２熱媒体の温度を検知して、検知結果を制御器１１４に送る。
【０１３６】
本変形例において制御器１１４は、冷却工程において、第２温度検知器１４８で検知した温度が第１の閾値（例えば、６５℃）以上になるまで三方弁１４４を第３バイパス経路１４５側に維持する。これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【０１３７】
なお、本変形例の水素生成装置の構成及び冷却工程における第３バイパス経路１４５の切替制御を実施の形態１〜変形例５の水素生成装置に適用しても構わない。
【０１３８】
［第７変形例］
第７変形例の水素生成装置は、改質器の冷却工程において、第１温度検知器の検知温度に基づいて第１ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、第１温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行する点を特徴とする。本変形例の水素生成装置の装置構成や動作は、上記の点を除けば第５変形例と同様とすることができるので、共通する部分については説明を省略する。
【０１３９】
図８は、本変形例にかかる水素生成装置の運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図８を参照しつつ、本変形例の水素生成装置における停止処理時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器によって、水素生成装置の各機器が制御されることにより遂行される。
【０１４０】
水素生成装置の水素生成運転中において、水素生成停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ３０１）、発生していればブースターポンプ１１６及び改質水ポンプ１１７の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９が閉止され、原料ガスおよび改質水の供給が停止されると共に、第５開閉弁１３２が閉止され、燃焼器１０４（バーナ）の燃焼が停止される（ステップＳ３０２）。
【０１４１】
バーナの燃焼が停止された後、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作が実行される（ステップＳ３０３：冷却工程）。これにより、燃焼ファン１０６により供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０４を冷却した排空気の保有熱を第１熱媒体により熱回収する熱回収動作が行われる。
【０１４２】
ステップＳ３０３の冷却工程においては、まず、第１の熱回収動作が実行される（ステップＳ３０４）。第１の熱回収動作では、第１温度検知器１２３の検知温度に基づいて第１ポンプ１１２の操作量（制御器１１４が第１ポンプ１１２に送る操作量）が制御される。より詳細には、制御器１１４は、第１温度検知器１２３が検知する温度が第１の閾値（例えば、６５℃）以上になるように、第１温度検知器１２３の検知温度を用いて、第１ポンプ１１２の操作量をフィードバック制御する。上記検知温度が第１の閾値よりも低ければ、操作量を小さくして流量を低下させることで熱交換量を増大させ、第１熱媒体の温度を上昇させる。
【０１４３】
第１の熱回収動作により改質器の温度低下が進行すると、第２の熱回収動作が実行される（ステップＳ３０５）。第２の熱回収動作では、第１温度検知器１２３の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプ１１２の操作量が所定量以上に制御される。上記のような制御により、第１熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら、従来の水素生成装置よりも排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減することができる。
【０１４４】
なお、第１の熱回収動作から第２の熱回収動作への切替は、例えば、第３温度検知器１３８が検知する改質器の温度に基づいて、改質器温度が所定温度（例えば、５５０℃）にまで低下した時に行うこととしうる。
【０１４５】
なお、本変形例において、において三方弁１２９および第２バイパス経路側１２７は省略しうる。
【０１４６】
本変形例では、蓄熱器に供給する上で適切な温度に制御できる場合には第１熱媒体を蓄熱器に溜める一方、そのような制御ができなくなった場合には冷却が優先的に実行される。
【０１４７】
［第８変形例］
第８変形例の水素生成装置は、制御器が、第２の熱回収動作において、第１温度検知器１２３の検知温度が第１の閾値以上である場合、三方弁１２９を蓄熱器１４０側に切替え、第１温度検知器１２３の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、三方弁１２９をバイパス経路側に切替えることを特徴とする。その他の装置構成および動作は第７変形例と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。これにより、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第１熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第１熱媒体の流入が抑制される。
【０１４８】
なお、上記「第２の閾値」は、上記の通り第１の閾値よりも小さい値として設定されるため、第１温度検知器の温度の変動に伴い頻繁に三方弁が切替わることが抑制される。
【０１４９】
［第９変形例］
第９変形例の水素生成装置は、第７変形例と異なり、水素生成装置の冷却工程における第１及び第２の熱回収動作を２次冷却系を用いて実行するよう構成されていることを特徴とする。具体的には、第２温度検知器１４８の検知温度に基づいて第２ポンプ１４２の操作量を制御する第１の熱回収動作と、第２温度検知器１４８の検知温度に拘わらず強制的に第２ポンプ１４２の操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行することを特徴とする。本変形例の水素生成装置の装置構成や動作は、上記の点を除けば第６変形例と同様とすることができるので、共通する部分については説明を省略する。
【０１５０】
本変形例の水素生成装置における運転停止時の動作は、第７変形例の説明において、第１温度検知器１２３を第２温度検知器１４８に置き換え、第１ポンプ１１２を第２ポンプ１４２に置き換え、さらに第１ポンプ１１２も第２ポンプ１４２の動作とともに動作させるよう制御されるものであり、その他の詳細な説明を省略する。なお、第１ポンプ１１２は、少なくとも第２の熱回収動作においては、第２ポンプ１４２と同様に強制的に所定値以上の操作量になるよう制御されることが好ましい。なお、上記「所定値」は、第２の熱回収動作において第１のポンプの操作量を所定値以上に制御する際のこの所定値と同一であってもよいし、異なる値であってもよい。
【０１５１】
本変形例の水素生成装置により、第２熱媒体による回収熱の蓄熱利用に配慮しながら、従来の水素生成装置よりも排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性を低減することができる。
【０１５２】
［第１０変形例］
第１０変形例の水素生成装置は、制御器が、第２の熱回収動作において、第２温度検知器１４８の検知温度が第１の閾値以上である場合、三方弁１４４を蓄熱器１４１側に切替え、第２温度検知器１４８の検知温度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、三方弁１４４を第３バイパス経路１４５側に切替えることを特徴とする。その他の装置構成および動作は第９変形例と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１５３】
本変形例の水素生成装置により、第２の熱回収動作において、蓄熱器に供給される第２熱媒体の温度が適切な温度に制御され、蓄熱器への低温の第２熱媒体の流入が抑制される。
【０１５４】
［第１１変形例］
第１１変形例の水素生成装置１００８の装置構成は、第２バイパス経路１２７に放熱器１３１が設けられている点で第５変形例と異なっているが、その他の構成要素は第５変形例の水素生成装置１００４と同様である。
【０１５５】
図９は、本変形例の水素生成装置１００８の概略構成の一例を示すブロック図である。図９において図６と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１５６】
放熱器１３１は、第２バイパス経路１２７上に設けられ、能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。
【０１５７】
ここで、「能動的な冷却動作」とは、大気への自然放熱等に例示される受動的な冷却ではなく、ファン動作による冷却や循環水による冷却に例示されるように、冷媒（例えば、空気など）を第１熱媒体を冷却可能な位置（例えば、第１熱媒体経路１１０の周囲等）に供給する動作を指す。
【０１５８】
次に、本変形例の水素生成装置の運転停止時における改質器の冷却工程について説明する。上記冷却工程においては、燃焼ファン１０６を動作させるともに第１ポンプ１１２を動作させ、改質器１０２を冷却した排空気から第１熱媒体により熱回収する。そして、上記冷却工程において三方弁１２９は第２バイパス経路１２７側に維持されるとともに、放熱器１３１による冷却動作がＯＮされており、第１熱交換器を介して加熱された第１熱媒体はバイパス経路１２７に通流させ、放熱器１３１を介して冷却される。
【０１５９】
なお、本変形例の水素生成装置は、冷却工程における熱回収動作を変形例７と同様に実行するよう構成されていても構わない。具体的には、第１の排熱回収動作として、三方弁１２９が、蓄熱器１４０側に切り替えられ、第１温度検知器１２３の検知温度に基づき第１ポンプ１２３の操作量が制御され、その後の第２の排熱回収動作として、三方弁１２９が第２バイパス経路１２７側に維持され、放熱器１３１による冷却動作が実行される。
【０１６０】
［第１２変形例］
第１２変形例の水素生成装置１００８の装置構成は、放熱器１３１が第２バイパス経路１２７ではなく、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第１熱媒体経路１１０から分岐して第１熱媒体経路１１０へと合流する第１分岐路１３３に設けられている点で第１１変形例と異なっているが、その他の構成要素は第１１変形例の水素生成装置１００６と同様である。
【０１６１】
図１０は、本発明の第１実施形態の第１２変形例にかかる水素生成装置１０１０の概略構成の一例を示すブロック図である。図１０において図６と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１６２】
放熱器１３１は、第１分岐路１３３上に設けられ、変形例１１と同様に能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。第１分岐路１３３は、第１熱媒体経路１１０より分岐する経路である。本変形例において第１分岐路１３３は、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第１熱媒体経路１１０から分岐して第１熱媒体経路１１０へと合流する。
【０１６３】
本変形例の水素生成装置の冷却工程における熱回収動作は、変形例１１と同様であるのでその説明を省略する。なお、第１熱媒体経路に設けられる放熱器の配設位置は、第１１変形例及び本例に限定されるものではない、第１熱媒体経路より分岐する第１分岐路上に設けられればいずれの形態でも構わない。
【０１６４】
［第１３変形例］
第１３変形例の水素生成装置１０１２の装置構成は、変形例１１の水素生成装置の冷却工程における熱回収動作を２次冷却系において実行した場合に相当するもので、具体的には、第３バイパス経路１４５に放熱器１４６が設けられている点で第６変形例と異なっているが、その他の構成要素は第６変形例の水素生成装置１００６と同様である。
【０１６５】
図１１は、本変形例の水素生成装置１０１２の概略構成の一例を示すブロック図である。図１１において図７と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１６６】
放熱器１４６は、第３バイパス経路１４５上に設けられ、能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。
【０１６７】
本変形例の水素生成装置の運転停止時の動作、つまり冷却工程における熱回収動作は、第１１変形例の説明において、第１温度検知器１２３を第２温度検知器１４８に置き換え、第１ポンプ１１２を第２ポンプ１４２に置き換え、三方弁１２９を三方弁１４４に置き換え、第２バイパス経路１２７を第３バイパス経路１４５に置き換え、さらに第１ポンプ１１２も第２ポンプ１４２の動作とともに動作させるよう制御されるものであり、その他の詳細な説明を省略する。なお、第１ポンプ１１２は、少なくとも第２の熱回収動作においては、第２ポンプ１４２と同様に強制的に所定値以上の操作量になるよう制御されることが好ましい。なお、上記「所定値」は、第２の熱回収動作において第１のポンプの操作量を所定値以上に制御する際のこの所定値と同一であってもよいし、異なる値であってもよい。
【０１６８】
［第１４変形例］
第１４変形例の水素生成装置１０１４の装置構成は、放熱器１４６が第３バイパス経路１４５ではなく、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第２熱媒体経路１４３から分岐して第２熱媒体経路１４３へと合流する第２分岐路１４７に設けられている点で第１３変形例と異なっているが、その他の構成要素は第１３変形例の水素生成装置１０１２と同様である。
【０１６９】
図１２は、本発明の第１実施形態の第１４変形例にかかる水素生成装置１０１４の概略構成の一例を示すブロック図である。図１２において図７と共通する要素には同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１７０】
放熱器１４６は、第２分岐路１４７上に設けられ、能動的な冷却動作を実行する。
【０１７１】
第２分岐路１４７は、第２熱媒体経路１４３より分岐する経路である。本変形例において第２分岐路１４７は、蓄熱器１４０をバイパスすることなく第２熱媒体経路１４３から分岐して第２熱媒体経路１４３へと合流する。
【０１７２】
本変形例において制御器１１４は、冷却工程において切替器を放熱器１４６側に切替えて、第２ポンプ１４２を動作させる。これにより、第２熱媒体が放熱器１４６により効率的に冷却され、排空気もまた効率的に冷却されることになる。
【０１７３】
なお、本変形例において第２ポンプ１４２を動作させる際は、第１ポンプ１１２も動作させることが好ましい。なお、第２熱媒体経路に設けられる放熱器の配設位置は、第１３変形例及び本例に限定されるものではない、第２熱媒体経路より分岐する第２分岐路上に設けられればいずれの形態でも構わない。
【０１７４】
（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２実施形態の水素生成装置および燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１７５】
本実施形態の燃料電池システム２００内は、第１熱交換器１０８において燃焼排ガスから回収した熱を受け取る熱媒体が流れる熱媒体経路が第１熱媒体経路２３２であり、熱媒体経路の中の熱媒体を駆動するためのポンプが第１ポンプ２３０である点を除けば、第１実施形態の水素生成装置１００と同様の構成を有する。
【０１７６】
かかる構成に対応して制御器１１４は、燃料電池システムの発電運転停止時に燃焼器１０４が燃焼を停止した状態において空気供給器から供給した空気により改質器１０２を冷却する工程である冷却工程において第１ポンプ２３０を動作させる。これにより、従来の燃料電池システムよりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される。
【０１７７】
あるいは、本実施形態の燃料電池システム２００は、第１熱交換器１０８を通過した熱媒体を貯蔵する蓄熱器２２４と、第１熱交換器１０８における熱媒体の排出口と第１熱交換器１０８における熱媒体の流入口とを蓄熱器２２４を経由せずに連通させるためのバイパス経路２２６と、第１熱交換器１０８を通過した熱媒体の供給先を蓄熱器２２４と第５バイパス経路２２６との間で切替える切替器（例えば、三方弁２２８）と、第１熱交換器１０８から排出された後かつ蓄熱器２２４へ流入する前の熱媒体の温度を検知する熱媒体温度検知器（例えば、第１温度検知器２２３）と、を備え、制御器１１４は、熱媒体温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上のときは第１熱交換器１０８から排出された熱媒体の供給先を蓄熱器２２４とするように切替器を制御すると共に、熱媒体温度検知器で検知した温度が第１の閾値未満のときは第１熱交換器１０８から排出された熱媒体の供給先を第５バイパス経路２２６とするように切替器を制御するように構成される形態を採用しても構わない。これにより、冷却工程において排空気より排熱回収した第１の熱媒体が低温の状態で、蓄熱器に流入することが抑制され、蓄熱器内部の温度低下を抑制できる。
【０１７８】
あるいは、本実施形態の燃料電池システム２００において、燃料電池２５０はカソード（図示せず）を備え、カソードに原料（例えば、原料ガス）を供給しカソードを通過した原料を燃焼器１０４で燃焼させるカソードパージ動作を行うように構成され、制御器１１４は、上記冷却工程及び熱回収動作をカソードパージ動作完了後に行うように構成される形態を採用しても構わない。カソードパージ動作時においては、カソードを通過したガスを用いて燃焼器で燃焼するよう構成されているため、カソードパージ時において与えられた熱も含め改質器より速やかに熱回収し、改質器を冷却することが可能になる。
【０１７９】
［装置構成の詳細］
本実施形態の燃料電池システム２００内の水素生成装置１００’は、第１実施形態の水素生成装置１００において、水素利用機器１５０が燃料電池２５０とされ、改質器１０２を経由せずに原料ガス供給路１２０と燃料電池２５０とを接続する第４バイパス経路２０４と、燃料電池２５０と燃焼器１０４とを接続する酸化剤ガス排出路２１４およびカソードパージガス排出路２１８が設けられ、第１ポンプ１１２が第１ポンプ２３０とされている。その他の部分、すなわち水素生成装置１００’と水素生成装置１００とで共通する部分については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１８０】
燃料電池２５０は、水素生成装置１００’から供給される水素含有ガス（燃料ガス）を燃料電池２５０内部のアノードガス流路に通流させ、酸化剤ガス供給器２０６（例えば、ブロワ）から酸化剤ガス供給路２１０を介して供給される酸化剤ガス（例えば、空気）を燃料電池２５０内部のカソードガス流路に通流させることにより、発電する。燃料電池２５０内部のアノードガス流路は、その入口が燃料ガス供給路１２２と接続され、その出口がオフ燃料ガス経路１２４と接続されている。オフ燃料ガス経路１２４は第１バイパス経路１２６と接続されている。オフ燃料ガス経路１２４には、第４開閉弁１３０が設けられている。燃料電池２５０内部のカソードガス流路は、その入口が酸化剤ガス供給路２１０と接続され、その出口が酸化剤ガス排出路２１４と接続されている。
【０１８１】
第４バイパス経路２０４は、原料ガス供給路１２０より分岐して、水素生成装置本体１０５をバイパスして燃料電池２５０のカソード流路に原料を供給するための経路であり、具体的には、原料ガス供給路１２０より分岐して、ブースターポンプ１１６と第１開閉弁１１８との間の原料ガス供給路１２０と、酸化剤ガス供給路２１０との間を接続する経路である。第４バイパス経路２０４には第６開閉弁２０２が設けられている。
【０１８２】
酸化剤ガス供給路２１０には、酸化剤ガス供給器２０６の出口と、第４バイパス経路２０４と酸化剤ガス供給路２１０との合流部との間の酸化剤ガス供給路２１０に、第７開閉弁２０８が設けられている。
【０１８３】
酸化剤ガス排出路２１４には第８開閉弁２１２が設けられている。カソードパージガス排出路２１８は、カソードパージ動作時に、燃料電池２５０のカソードガス流路から排出されたガスを燃焼器１０４に導くための経路であり、具体的には、第８開閉弁２１２の上流の酸化剤ガス排出路２１４より分岐して、燃焼器１０４に接続されている。カソードパージガス排出路２１８には、第９開閉弁２１６が設けられている。
【０１８４】
冷却水経路２２２は、燃料電池２５０の内部と第３熱交換器２２０の内部とを通過し、その内部に冷却水を通流させる。冷却水経路２２２には、冷却水ポンプ２２１が設けられている。冷却水ポンプ２２１は冷却水経路２２２内部で冷却水を循環させる。
【０１８５】
第１熱媒体経路２３２は、蓄熱器２２４と第１熱交換器１０８とを接続し、第１熱交換器１０８の内部を通過し、第１熱交換器１０８と第３熱交換器２２０とを接続し、第３熱交換器２２０の内部を通過し、第３熱交換器２２０と蓄熱器２２４とを接続する。第１熱媒体経路２３２はその内部に熱媒体としての水を通流させる。
【０１８６】
第１熱媒体経路２３２には第１ポンプ２３０が設けられている。第１ポンプ２３０は第１熱媒体経路２３２内部の熱媒体を循環させる。
【０１８７】
第１熱交換器１０８の下流側、すなわち第１熱交換器１０８の出口と蓄熱器２２４の入口とを結ぶ第１熱媒体経路２３２（第３熱交換器２２０の下流側、すなわち第３熱交換器２２０の出口と蓄熱器２２４の入口とを結ぶ第１熱媒体経路２３２）には、第１温度検知器２２３と三方弁２２８とが設けられている。第５バイパス経路２２６は、蓄熱器２２４をバイパスして、第１熱交換器１０８と第３熱交換器２２０とを含む第１熱媒体経路２３２に熱媒体を循環させるための経路であり、具体的には、第１熱交換器１０８よりも上流側の第１熱媒体経路２３２と第３熱交換器２２０よりも下流側の第１熱媒体経路２３２とを接続する経路として設けられる。なお、上記三方弁２２８は、「切替器」の一例であり、三方弁２２８に代えて、第１熱媒体経路２３２及び第５バイパス経路２２６にそれぞれ開閉弁を設け、これらの開閉動作を切替ることで切替器として機能させる形態を採用しても構わない。
【０１８８】
第１温度検知器２２３は、第１熱媒体経路２３２中の熱媒体の温度を検出してその結果を制御器１１４に送る。
【０１８９】
制御器１１４は、ＣＰＵやメモリ等を備え、各開閉弁１１８、１１９、１２８、１３０、１３２、２０２、２０８、２１２、２１６や、燃焼ファン１０６、ブースターポンプ１１６、酸化剤ガス供給器２０６、冷却水ポンプ２２１、第１ポンプ２３０、三方弁２２８などに電気的に接続され、それらを制御する。すなわち本実施形態においては、制御器１１４は水素生成装置１００’の制御器であると共に、燃料電池システム２００の制御器でもある。ただし、水素生成装置１００’と燃料電池システム２００とに別個の制御器が設けられてもよく、制御器の個数が限定されないことは言うまでもない。
【０１９０】
［動作：発電運転］
以下、燃料電池システム２００における発電運転時の動作の概略を説明する。以下の動作は制御器１１４によって、水素生成装置１００’および燃料電池システム２００の各部が制御されることにより遂行される。
【０１９１】
上記発電運転において、水素生成装置１００’は水素生成運転を行う。詳細は第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１９２】
発電運転中において、第６開閉弁２０２および第９開閉弁２１６は閉止されることでカソードパージ経路は遮断され、第７開閉弁２０８および第８開閉弁２１２は開放され、酸化剤ガス経路を連通される。燃料電池２５０のアノードには水素生成装置本体１０５から水素含有ガス（燃料ガス）が供給され、燃料電池２５０のカソードには酸化剤ガス供給器２０６から酸化剤ガス（例えば、空気）が供給され、発電が行われる。
【０１９３】
燃料電池２５０のアノードから排出された水素含有ガス（オフ燃料ガス）は、オフ燃料ガス経路１２４を介して燃焼器１０４に供給され、燃焼される。
【０１９４】
また、発電運転中においては、冷却水ポンプ２２１が動作され、燃料電池２５０の内部の熱が、第３熱交換器２２０を介して第１熱媒体経路２３２内の熱媒体に移動する。第１温度検知器２２３により熱媒体の温度が検知され、これが第１の閾値以上のときは第１熱交換器１０８（および第３熱交換器２２０）から排出された熱媒体の供給先を蓄熱器２２４とするように三方弁２２８が蓄熱器２２４側に維持される。かかる制御により、燃料電池２５０内部の温度が発電反応のために好適に維持されると共に、発電反応によって生じた熱を蓄熱器２２４へ有効に蓄積できる。
【０１９５】
一方、第１温度検知器２２３により検出される温度が第１の閾値未満である間は、第１熱交換器１０８（および第３熱交換器２２０）から排出された熱媒体の供給先を第５バイパス経路２２６とするように三方弁２２８が第５バイパス経路２２６側に維持される。なお、ここで、上記「第１の閾値」は、例えば、蓄熱器に供給される熱媒体の温度が下がり過ぎないようにするための蓄熱下限温度（蓄熱器が貯湯タンクの場合は、貯湯下限温度）として制御される。かかる制御により、低温の熱媒体が蓄熱器２２４に流入することが防止され、蓄熱器２２４の内部温度が低下することを防止できる。
【０１９６】
［動作：停止処理］
図１４は、本実施の形態の燃料電池システムにおける発電運転停止時の動作の概略を示すフローチャートである。以下、図１４を参照しつつ、本実施形態の水素生成装置１００’および燃料電池システム２００における停止処理時の動作の概略を説明する。
【０１９７】
燃料電池システム２００の発電運転中において、発電運転停止指令が発生しているか否かが判定され（ステップＳ４０１）、発生していれば、制御器１１４は、酸化剤ガス供給器２０６を停止するともに、第７開閉弁２０８を閉止し、酸化剤ガスの供給を停止し（ステップＳ４０２）、ブースターポンプ１１６及び改質水ポンプ１１７の動作が停止されるとともに、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９を閉止し、原料ガスおよび改質水の供給を停止する（ステップＳ４０３）。
【０１９８】
次に、第４開閉弁１３０および第５開閉弁１３２が閉止し、燃焼器１０４（バーナ）での燃焼を停止する（ステップＳ４０４）。なお、上記ステップＳ１０３の燃焼器の燃焼停止に際しては、通常、消火した後に燃焼ファン１０６より供給される空気により燃焼器１０４内に残留する可燃ガスを筐体外部に排出する動作が実行され、燃焼器１０４の燃焼停止処理が完了する。次に、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃焼ファン１０６および第１ポンプ２３０を動作させ、燃焼ファン１０６より供給された空気による改質器１０２の冷却と、改質器１０２を冷却した排空気の保有熱の第１熱媒体による熱回収が行われる。（ステップＳ４０５）。
【０１９９】
次に、改質器１０２の温度ｔ１が第３温度検知器１３８を用いて検知され（ステップＳ４０６）、ｔ１がカソードパージ温度以下であるか否かが判定される（ステップＳ４０７）。カソードパージ温度は、例えば６００℃程度である。
【０２００】
ステップＳ４０７の判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ４０６に戻る。ステップＳ４０７の判定結果がＹＥＳであった場合、カソードパージ処理が開始される（ステップＳ４０８）。ここで、第７開閉弁２０８および第８開閉弁２１２を閉止した状態で、第６開閉弁２０２および第９開閉弁２１６が開放される。そして、原料供給器（ブースターポンプ１１６）を動作させ、ブースターポンプ１１６から供給される原料ガスが、改質器１０２を経由せずに、燃料電池２５０のカソードへ供給される。燃料電池２５０のカソード側の経路（ガス流路）は、原料ガスによりパージされる。カソード側の経路の出口から排出された原料ガスは、燃焼器１０４に供給されて燃焼される。以上の動作が、カソードパージ処理である。本実施形態では、カソードパージ処理においても、燃料ファン１０６および第１ポンプ２３０の動作が実行される。
【０２０１】
また本実施形態では、カソードパージ処理時に、第１開閉弁１１８および第２開閉弁１１９も開放され、改質器１０２にも原料ガスおよび改質水が供給される。この時、第３開閉弁１２８および第４開閉弁１３０は閉鎖した状態で第５開閉弁１３２が開放され、改質器１０２において生成した水素含有ガスと、未反応の原料ガスとが、第１バイパス経路１２６を通じて、燃焼器１０４に供給され、カソードから排出された原料ガスと共に、燃焼器１０４で燃焼される。
【０２０２】
運転停止中にカソード側の経路に酸化剤が残留していると、アノードから水素がカソード側の経路に流入し、酸化剤と反応して高分子電解質膜が劣化するなどの問題が生じる。本実施形態では、カソードパージ処理によりカソード側の経路から酸化剤が追い出され、かかる問題が軽減される。
【０２０３】
カソードパージ処理が開始されると経過時間Ｔ１が計測され（ステップＳ４０９）、Ｔ１が予め設定されたカソードパージ時間Ｊ１以上であるかが判定される（ステップＳ４１０）。判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ４０９に戻る。判定結果がＹＥＳであれば、カソードパージ処理が停止される（ステップＳ４１１）。カソードパージ処理が停止される時点の改質器１０２の温度は例えば６３０℃程度である。カソードパージ処理が停止されると燃焼器１０４における燃焼が停止される。そして、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃料ファン１０６および第１ポンプ２３０の動作が実行される（冷却工程）。これにより、改質器１０２を冷却した排空気は、第１熱交換器１０８において冷却された後、燃焼排ガスの排気口１３７より燃料電池システム２００の筐体外部に排出される。
【０２０４】
次に、再び改質器の温度ｔ１が第３温度検知器１３８を用いて検知され（ステップＳ４１２）、ｔ１が待機可能温度（例えば、５００℃）以下であるか否かが判定される（ステップＳ４１３）。
【０２０５】
ステップＳ４１３の判定結果がＹＥＳであった場合、燃焼ファン１０６および第１ポンプ２３０の動作が停止され（ステップＳ４１４）、水素生成装置１００’および燃料電池システム２００は待機状態へと移行し（ステップＳ４１５）、停止処理が完了する（エンド）。すなわち燃焼ファン１０６からの空気の供給を停止させるのに伴い、第１ポンプ２３０の動作が停止される。
【０２０６】
ステップＳ４１３の判定結果がＮＯであった場合には、ステップＳ４１２に戻る。
【０２０７】
ここで、「待機可能温度」は、燃料電池システム２００の停止処理を完了し、次の起動の待機状態（起動要求があれば直ちに起動処理を開始するスタンバイ状態）に移行することが可能な温度として定義される。具体的な値としては、第１実施形態の水素生成装置の停止処理における「待機可能温度」の例示と同様である。
【０２０８】
また、「カソードパージ時間」は、例えば、燃料電池２５０のカソード側の経路内部の酸化剤ガスが原料ガスにより完全に置換されるように設定された時間として定義される。
【０２０９】
図１５は、本実施形態の燃料電池システムの発電運転停止時における経路の切替動作の概略を示すフローチャートである。以下、図１５を参照しつつ、本実施形態の燃料電池システム２００の発電運転停止時の改質器の冷却工程での熱回収動作における経路の切替動作の概略を説明する。以下の動作（判定および判定結果に応じた経路の切替）は、停止処理時において定期的（例えば３秒おき）に行われる。
【０２１０】
停止処理が開始されると（スタート）、水素生成装置の冷却処理が開始され（ステップＳ５０１）、ここにおいて、燃焼器１０４での燃焼が停止した状態において、燃焼ファン１０６および第１ポンプ２３０が動作され、燃焼ファン１０６から供給された空気による改質器１０２の冷却と、燃焼器１０４から排出されるガスの冷却が行われる。（ステップＳ５０２）。
【０２１１】
次に、第１熱交換器１０８を通過した後の貯湯水（第１熱媒体経路２３２中の水）の温度ｔ２が第１温度検知器２２３により検知され（ステップＳ５０３）、ｔ２が貯湯下限温度以上であるか否かの判定が行われる（ステップＳ５０４）。
【０２１２】
ステップＳ５０４の判定結果がＹＥＳの場合には、そのまま第１熱媒体経路２３２中の水を蓄熱器２２４に供給しても蓄熱器２２４内部の温度が下がりすぎることがない。よって、三方弁２２８（流路切替器）が蓄熱器側に制御され（ステップＳ５０５）、経路の切替動作は終了する（エンド）。これにより、三方弁２２８を通過した水は蓄熱器２２４へと供給される。
【０２１３】
ステップＳ５０４の判定結果がＮＯの場合には、そのまま第１熱媒体経路２３２中の水を蓄熱器２２４に供給すると蓄熱器２２４内部の温度が基準以下に低下してしまうおそれがある。そこで、三方弁２２８（流路切替器）が第５バイパス経路２２６側に制御され（ステップＳ５０５）、経路の切替動作は終了する（エンド）。これにより、三方弁２２８を通過した水は蓄熱器２２４へ供給されずに、第５バイパス経路２２６を経由して第１ポンプ２３０へと供給される。
【０２１４】
なお、上述の改質器の冷却工程においては、燃焼ファン１０６および第１ポンプ１１２の動作は、連続的または断続的であっても構わない。
【０２１５】
また、上記においては、図１４に示されるカソードパージ処理及び図１５に示される熱回収動作時の経路の切替えについて説明したが、燃料電池システムの停止処理としてカソードパージ処理及び熱回収動作時の経路に切替えの少なくともいずれか一方を設けなくても構わない。また、第１実施形態で説明した一次冷却系統に関連する変形例（第１変形例、第２変形例、第３変形例、第５変形例、第７変形例、第８変形例、第１１変形例、第１２変形例など）を同様に適用することができ、各変形例と同様の効果を奏しうる。
【０２１６】
［第１変形例］
第１変形例の燃料電池システムは、二次冷却系統を備え、二次冷却側に蓄熱器が設けられている点で、上述した燃料電池システム２００と異なる。
【０２１７】
図１６は、本変形例の燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。図１３において第１熱媒体が流れる一次冷却系が二次冷却系として機能し、その間に新たに、一次冷却系を設ける以外の部分は、第２実施形態の燃料電池システムにおいても共通である。よって、図１３と共通する部分については図１６において省略すると共に、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０２１８】
第２熱交換器２３５は、第１熱媒体経路２３２中の第１熱媒体から熱を回収するための熱交換器である。第２熱媒体経路２４３は、第２熱交換器２３５において第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる経路である。第２ポンプ２４２は、第２熱媒体経路２４３の中の第２熱媒体を流すためのポンプである。
【０２１９】
図に示すように、本変形例において第２熱媒体は、第２熱交換器２３５において第１熱媒体と熱交換するのみならず、第３熱交換器２２０において燃料電池２５０の内部を通流する冷却水とも熱交換する。
【０２２０】
本変形例の燃料電池システムの動作は、第２実施形態の燃料電池システム２００についての上記説明において、第１温度検知器２２８を第２温度検知器２４８に置き換え、第１ポンプ２３０を第２ポンプ２４２に置き換え、三方弁２２８を三方弁２４４に置き換え、第５バイパス経路２２６を第６バイパス経路２４５に置き換え、さらに、第２ポンプ２４２の動作に伴い第１ポンプ２３０も動作するものとすることができる。よって、詳細な説明は省略する。なお、本変形例において蓄熱器２２４が蓄えるのは第１熱媒体ではなく、第２熱媒体である。
【０２２１】
本変形例においてはさらに、第１実施形態で説明した二次冷却系統に関連する変形例（第４変形例、第６変形例、第９変形例、第１０変形例、第１３変形例、第１４変形例など）を同様に適用することができ、各変形例と同様の効果を奏しうる。
【０２２２】
［第２変形例］
第２変形例の燃料電池システムは、冷却系統に放熱器を備える点で、上述した燃料電池システム２００と異なる。
【０２２３】
図１７は、本変形例の燃料電池システムにおいて、図１３と異なる部分の概略構成を示すブロック図である。図１３において蓄熱器２２４をバイパスする第１熱媒体が流れる第５バイパス経路２２６に放熱器２４６が設けられた以外の部分は、本変形例の燃料電池システムにおいても共通に設けられる。よって、図１３と共通する部分については図１７において省略すると共に、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。なお、放熱器２４６は、第５バイパス経路２２６上に設けられ、能動的な冷却動作を実行するよう構成されている。
【０２２４】
図１７に例示する第２変形例の燃料電池システムの発電停止時の動作は第２実施形態の燃料電池システム２００と同様とすることができるので詳細な説明を省略する。
【０２２５】
本変形例は第１実施形態で説明した第１１変形例を第２実施形態の燃料電池システムに適用したものである。
【０２２６】
なお、上述した実施形態もしくは変形例では、改質器と燃料電池とが分離した燃料電池システムについて説明したが、改質器と燃料電池とが一体化した燃料電池システムであってもよい。そのような燃料電池システムとしては、例えば、改質反応を実行する改質部と燃料電池部をそれぞれ個別に有する間接内部改質型の固体酸化物形燃料電池や、燃料電池本体内部で改質反応も行う内部改質型の固体酸化物形燃料電池が挙げられる。間接内部改質型の固体酸化物形燃料電池の場合は、改質部及び燃料電池部が燃焼排ガスにより加熱されるとともに、加熱後の燃焼排ガスと上記第１熱媒体とが第１熱交換器を介して熱交換可能に構成され、内部改質型の固体酸化物形燃料電池の場合は、改質反応及び電池反応を兼用する燃料電池部が燃焼排ガスにより加熱されるとともに、加熱後の燃焼排ガスと第１熱媒体が第１熱交換器を介して熱交換可能に構成される。そして、本発明の燃料電池システムは、このような形態も含むものである。
【０２２７】
また、上述した実施形態もしくは変形例における熱回収動作では、改質器を冷却した排空気より熱回収する熱媒体（第１熱媒体、第２熱媒体）を循環させることで、従来の水素生成装置もしくは燃料電池システムよりも、排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性は低減される。
【０２２８】
しかしながら、上記可能性をより低減するために、改質器の冷却工程において、第１熱交換器から排出される排空気の温度が人が火傷する可能性の低い上限温度以下に維持されるように第１ポンプの操作量を制御する形態を採用しても構わない。なお、本形態を採用する場合、一例として、改質器の冷却工程において排気口から排出される排空気の温度が上記上限温度以下になるために必要な第１ポンプの下限操作量が設定され、第１熱媒体による熱回収動作において、第１ポンプの操作量が上記下限操作量を下回らないよう制御されることが挙げられる。より具体的には、第１の熱回収動作において、第１温度検知器の検知温度に基づき制御される第１ポンプの操作量が上記下限流量を下回る場合は、この下限操作量が優先され、この下限操作量以上になるよう制御される。また、第２の熱回収動作においては、第１ポンプの操作量が上記下限操作量を上回る所定値になるよう制御される。なお、上記下限操作量は、冷却工程において第１熱交換器に流入する排空気の温度（または、排空気の温度に相関する改質器の温度や冷却工程の継続時間等）に応じて変動してもよいし、排空気の温度が最も高い場合に排気口から排出される排空気の温度が上記上限温度以下になるために必要な下限操作量を固定値として使用する形態であってもよい。また、２次冷却系において熱回収動作を実行する場合は、上記第１ポンプ及び第２ポンプに対してそれぞれ上記下限流量が設定される形態を採用しても構わない。
【０２２９】
また、排ガス熱交換器の熱劣化が起こる可能性をより低減するために、改質器の冷却工程において、第１熱交換器の周辺構造部材の温度が該周辺構造部材の耐熱温度以下に維持されるように第１ポンプの操作量を制御する形態を採用しても構わない。なお、本形態を採用する場合、一例として、改質器の冷却工程において第１熱交換器の周辺部材の温度が上記耐熱温度以下になるために必要な第１ポンプの下限操作量が設定され、第１熱媒体による熱回収動作において、第１ポンプの操作量が上記下限操作量を下回らないよう制御されることが挙げられる。具体的な制御例としては、上記排気口から排出される排空気の温度と同様であるので、その説明を省略する。また、排気口から排出される排空気の温度を考慮した上記下限操作量及び第１熱交換器の周辺部財の熱劣化を考慮した上記下限操作量の両方を考慮して第１ポンプ（第２ポンプ）の操作量を制御する形態を採用しても構わない。
【０２３０】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２３１】
本発明に係る水素生成装置および燃料電池システムは、停止処理時の冷却工程において、従来よりも排ガス熱交換器の熱劣化や排気口付近にいる人の火傷が起こる可能性が低減される水素生成装置およびこれを備える燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０２３２】
１００、１００’ 水素生成装置
１０２ 改質器
１０４ 燃焼器
１０６ 燃焼ファン
１０８ 第１熱交換器
１１０ 第１熱媒体経路
１１２ 第１ポンプ
１１４ 制御器
１１６ ブースターポンプ
１１８ 第１開閉弁
１１９ 第２開閉弁
１２０ 原料ガス供給路
１２１ 改質水供給路
１２２ 燃料ガス供給路
１２３ 第１温度検知器
１２４ オフ燃料ガス経路
１２６ 第１バイパス経路
１２７ 第２バイパス経路
１２８ 第３開閉弁
１２９ 三方弁
１３０ 第４開閉弁
１３１ 放熱器
１３２ 第５開閉弁
１３３ 第１分岐路
１３４ 燃焼用空気供給路
１３５ 第２熱交換器
１３６ 燃焼排ガス経路
１３８ 第３温度検知器
１４０ 蓄熱器
１４１ 蓄熱器
１４２ 第２ポンプ
１４３ 第２熱媒体経路
１４４ 三方弁
１４５ 第３バイパス経路
１４６ 放熱器
１４７ 第２分岐路
１４８ 第２温度検知器
１５０ 水素利用機器
２００ 燃料電池システム
２０２ 第６開閉弁
２０４ 第４バイパス経路
２０６ 酸化剤ガス供給器
２０８ 第７開閉弁
２１０ 酸化剤ガス供給路
２１２ 第８開閉弁
２１４ 酸化剤ガス排出路
２１６ 第９開閉弁
２１８ カソードパージガス排出路
２２０ 第３熱交換器
２２１ 冷却水ポンプ
２２２ 冷却水経路
２２３ 第１温度検知器
２２４ 蓄熱器
２２６ 第５バイパス経路
２２８ 三方弁
２３０ 第１ポンプ
２３２ 第１熱媒体経路
２３５ 第２熱交換器
２４２ 第２ポンプ
２４３ 第２熱媒体経路
２４４ 三方弁
２４５ 第６バイパス経路
２４６ 放熱器
２４８ 第２温度検知器
２４９ 蓄熱器
２５０ 燃料電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器と、
前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器と、
前記第１熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路と、
前記第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプと、
前記熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器と、
停止時に前記燃焼器が燃焼を行っていない状態において前記空気供給器から供給した空気により少なくとも前記改質器を冷却する冷却工程において前記第１ポンプを動作させる制御器とを備える、水素生成装置。
【請求項２】
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、
起動時に前記原料供給器より前記改質器に原料を供給するとともに前記改質器を通過した原料を前記燃焼器で燃焼させて前記改質器を加熱するように構成され、
前記制御器は、少なくとも前記改質器の温度が待機可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、異常停止時に、前記改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されている、請求項３記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記蓄熱器は前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記第１熱交換器の上流の前記第１熱媒体経路と前記第１熱交換器の下流の前記第１熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第１切替器と、
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器とを備え、
前記制御器は、前記冷却工程において、前記第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで前記第１切替器を前記バイパス経路側に維持するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、
前記第２熱交換器において前記第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、
前記第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプと、
前記第２熱交換器の上流の前記第２熱媒体経路と前記第２熱交換器の下流の前記第２熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、
前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第２切替器と、
前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、
前記蓄熱器は前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記制御器は、前記冷却工程において、前記第２温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで前記第２切替器を前記バイパス経路側に維持するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器を備え、
前記制御器は、前記第１温度検知器の検知温度に基づいて前記第１ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、前記第１温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記蓄熱器は前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記第１熱交換器の上流の前記第１熱媒体経路と前記第１熱交換器の下流の前記第１熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第１切替器とを備え、
前記制御器は、前記第２の熱回収動作において、前記第１温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、前記第１切替器を前記蓄熱器側に切替え、前記第１温度検知器の検知温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、前記第１切替器を前記バイパス経路側に切替えるように構成されている、請求項７記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、
前記第２熱交換器において前記第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、
前記第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプと、
前記第２熱交換器を通過した第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、
前記蓄熱器は前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記制御器は、前記第２温度検知器の検知温度に基づいて前記第２ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、前記第２温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に前記第２ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記第２熱交換器の上流の前記第２熱媒体経路と前記第２熱交換器の下流の前記第２熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、
前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第２切替器とを備え、
前記制御器は、前記第２の熱回収動作において、前記第２温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、前記切替器を前記蓄熱器側に切替え、前記第２温度検知器の検知温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、前記切替器を前記バイパス経路側に切替えるように構成されている、請求項９記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記冷却工程後に前記原料により前記改質器内をパージする原料パージ動作において、前記改質器より送出されたガスを前記燃焼器にて燃焼するとともに前記第１ポンプを動作するよう構成され、
前記制御器は、前記冷却工程時よりも前記原料パージ動作時の方が前記第１ポンプの操作量を増加させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、
前記第２熱交換器において前記第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、
前記第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプとを備え、
前記冷却工程後に前記原料により前記改質器内をパージする原料パージ動作において、前記改質器より送出されたガスを前記燃焼器にて燃焼するとともに前記第２ポンプを動作するよう構成され、
前記制御器は、前記冷却工程時よりも前記原料パージ動作時の方が前記第２ポンプの操作量を増加させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２記載の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える、燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池のカソードに前記原料を供給し、前記燃料電池のカソードを通過したガスを用いて前記燃焼器で燃焼するカソードパージ動作を行うよう構成され、前記冷却工程は、前記カソードパージ動作完了後の冷却工程であることを特徴とする、請求項１３記載の燃料電池システム。
【請求項１】
原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器と、
前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから熱を回収するための第１熱交換器と、
前記第１熱交換器において前記燃焼排ガスから回収した熱を受け取る第１熱媒体が流れる第１熱媒体経路と、
前記第１熱媒体経路の中の第１熱媒体を流すための第１ポンプと、
前記熱媒体により回収した熱を蓄える蓄熱器と、
停止時に前記燃焼器が燃焼を行っていない状態において前記空気供給器から供給した空気により少なくとも前記改質器を冷却する冷却工程において前記第１ポンプを動作させる制御器とを備える、水素生成装置。
【請求項２】
前記改質器に前記原料を供給する原料供給器を備え、
起動時に前記原料供給器より前記改質器に原料を供給するとともに前記改質器を通過した原料を前記燃焼器で燃焼させて前記改質器を加熱するように構成され、
前記制御器は、少なくとも前記改質器の温度が待機可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記制御器は、異常停止時に、前記改質器の温度がパージ可能温度以下になるまで前記冷却工程を継続させるように構成されている、請求項３記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記蓄熱器は前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記第１熱交換器の上流の前記第１熱媒体経路と前記第１熱交換器の下流の前記第１熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第１切替器と、
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器とを備え、
前記制御器は、前記冷却工程において、前記第１温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで前記第１切替器を前記バイパス経路側に維持するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、
前記第２熱交換器において前記第１熱媒体から回収した熱を受け取る第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、
前記第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプと、
前記第２熱交換器の上流の前記第２熱媒体経路と前記第２熱交換器の下流の前記第２熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするバイパス経路と、
前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第２切替器と、
前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、
前記蓄熱器は前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記制御器は、前記冷却工程において、前記第２温度検知器で検知した温度が第１の閾値以上になるまで前記第２切替器を前記バイパス経路側に維持するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の温度を検知する第１温度検知器を備え、
前記制御器は、前記第１温度検知器の検知温度に基づいて前記第１ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、前記第１温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に第１ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記蓄熱器は前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記第１熱交換器の上流の前記第１熱媒体経路と前記第１熱交換器の下流の前記第１熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、
前記第１熱交換器を通過した前記第１熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第１切替器とを備え、
前記制御器は、前記第２の熱回収動作において、前記第１温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、前記第１切替器を前記蓄熱器側に切替え、前記第１温度検知器の検知温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、前記第１切替器を前記バイパス経路側に切替えるように構成されている、請求項７記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、
前記第２熱交換器において前記第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、
前記第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプと、
前記第２熱交換器を通過した第２熱媒体の温度を検知する第２温度検知器とを備え、
前記蓄熱器は前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体を貯える蓄熱器であって、
前記制御器は、前記第２温度検知器の検知温度に基づいて前記第２ポンプの操作量を制御する第１の熱回収動作と、前記第２温度検知器の検知温度に拘わらず強制的に前記第２ポンプの操作量を所定量以上に制御する第２の熱回収動作とを、この順で実行するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記第２熱交換器の上流の前記第２熱媒体経路と前記第２熱交換器の下流の前記第２熱媒体経路とを接続し、前記蓄熱器をバイパスするパイパス経路と、
前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体の流入先を前記蓄熱器と前記バイパス経路との間で切替える第２切替器とを備え、
前記制御器は、前記第２の熱回収動作において、前記第２温度検知器の検知温度が第１の閾値以上である場合、前記切替器を前記蓄熱器側に切替え、前記第２温度検知器の検知温度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合、前記切替器を前記バイパス経路側に切替えるように構成されている、請求項９記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記冷却工程後に前記原料により前記改質器内をパージする原料パージ動作において、前記改質器より送出されたガスを前記燃焼器にて燃焼するとともに前記第１ポンプを動作するよう構成され、
前記制御器は、前記冷却工程時よりも前記原料パージ動作時の方が前記第１ポンプの操作量を増加させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記第１熱媒体経路中の第１熱媒体から熱を回収するための第２熱交換器と、
前記第２熱交換器において前記第１熱媒体から回収した熱を受けとる第２熱媒体が流れる第２熱媒体経路と、
前記第２熱媒体経路の中の第２熱媒体を流すための第２ポンプとを備え、
前記冷却工程後に前記原料により前記改質器内をパージする原料パージ動作において、前記改質器より送出されたガスを前記燃焼器にて燃焼するとともに前記第２ポンプを動作するよう構成され、
前記制御器は、前記冷却工程時よりも前記原料パージ動作時の方が前記第２ポンプの操作量を増加させるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２記載の水素生成装置と、前記水素生成装置で生成された水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える、燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池のカソードに前記原料を供給し、前記燃料電池のカソードを通過したガスを用いて前記燃焼器で燃焼するカソードパージ動作を行うよう構成され、前記冷却工程は、前記カソードパージ動作完了後の冷却工程であることを特徴とする、請求項１３記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−５６８２２（Ｐ２０１３−５６８２２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２２３１４（Ｐ２０１２−２２２３１４）
【出願日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【分割の表示】特願２０１０−５３９１５３（Ｐ２０１０−５３９１５３）の分割
【原出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【分割の表示】特願２０１０−５３９１５３（Ｐ２０１０−５３９１５３）の分割
【原出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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