(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、
前記一酸化炭素変成器を水を介さずに加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、
発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、
前記一酸化炭素除去器を水を介さずに加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、
発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とすることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、
熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを収納する箱体と、
前記熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを同時に水を介さずに加熱する加熱手段と、を備え、
発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第１循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第２循環ポンプと、を備える燃料電池発電システムにおいて、
発電システムの起動時に、前記第１、第２循環ポンプを運転させて、前記燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、前記第１循環ポンプを運転したまま、前記第２循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第１循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第２循環ポンプと、を備える燃料電池発電システムにおいて、
発電システムの起動時に、前記第２循環ポンプを運転させて、前記タンク内の水温が第１の温度に上昇した場合、さらに前記第１循環ポンプを運転し、第１の温度よりも高い第２の温度に上昇した場合、前記第１循環ポンプを運転したまま、前記第２循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料から生成された水素を電気化学反応させて発電を行う燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料と水蒸気とを反応させて水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、この改質器からの改質ガスに含まれる前記一酸化炭素を反応させて変成する一酸化炭素変成器と、この一酸化炭素変成器からの未変成の一酸化炭素を反応させて除去する一酸化炭素除去器と、この一酸化炭素除去器からの当該一酸化炭素が除去された後の前記水素と空気中に含まれる酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池本体とを備えた燃料電池発電システムが知られている。
【０００３】
この種の燃料電池発電システムにおける前記一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体では、それぞれ常温よりも高い所定の反応温度帯で効率良く化学反応が行われる。従って、システムを起動させるためには、各機器の温度を反応温度帯まで上昇させる必要がある。
【０００４】
また、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器では、改質器からの高温の改質ガスを通すことによる昇温及び自己の発熱反応によって温度を上昇させることも可能であるが、この方法によって反応温度帯まで上昇させると、例えば一酸化炭素変成器及び一酸化炭素除去器では２〜３時間を要するという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体のそれぞれに昇温手段を設け、この昇温手段により一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体のそれぞれを昇温する燃料電池発電システムが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の燃料電池発電システムでは、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体のそれぞれに昇温手段を設けると、部品点数が増加してシステム全体が大型化すると共にコストアップを招くという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、少ない部品点数で、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体を速やかに昇温できる燃料電池システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、前記一酸化炭素変成器を水を介さずに加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、前記一酸化炭素除去器を水を介さずに加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱される熱交換器と、を備え、発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器および燃料電池本体を順に接続し、当該燃料電池本体で、空気中の酸素と、前記改質器で生成され、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した後の水素とを反応させて電力を発生させ、前記燃料電池本体には当該燃料電池本体を冷却するための冷却水を循環させる燃料電池発電システムにおいて、熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを収納する箱体と、前記熱交換器と前記一酸化炭素変成器と前記一酸化炭素除去器とを同時に水を介さずに加熱する加熱手段と、を備え、発電システムの起動時に、前記加熱手段を作動させて、前記一酸化炭素変成器および前記一酸化炭素除去器を加熱すると共に、前記熱交換器に前記燃料電池本体の前記冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で前記燃料電池本体を昇温させることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、例えば１個の加熱手段で一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体の昇温が可能になり、発電システムを小型化できると共に、製造コストを低減できる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第１循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第２循環ポンプと、を備え、発電システムの起動時に、前記第１、第２循環ポンプを運転させて、前記燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、前記第１循環ポンプを運転したまま、前記第２循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、発電システムの起動時に、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、第１循環ポンプを運転したまま、第２循環ポンプを停止させるので、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を昇温する運転から冷却する運転に移行させることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体を冷却するための前記冷却水を貯留するタンクと、当該タンクに接続され、前記燃料電池本体に前記冷却水を循環させる第１循環ポンプと、前記タンクに接続され、前記熱交換器に水を循環させる第２循環ポンプと、を備え、発電システムの起動時に、前記第２循環ポンプを運転させて、前記タンク内の水温が第１の温度に上昇した場合、さらに前記第１循環ポンプを運転し、第１の温度よりも高い第２の温度に上昇した場合、前記第１循環ポンプを運転したまま、前記第２循環ポンプを停止させる制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明によれば、水タンク内の水温が所定の第１の温度に上昇した時に第１循環水ポンプによって水タンクから燃料電池本体への水の循環を開始するので、第１の温度を燃料電池本体を昇温可能な温度に設定すれば、発電システム起動直後の燃料電池本体の冷却が防止されて効率良く燃料電池本体を昇温することができると共に、無駄な第１循環ポンプの運転が防止されて消費エネルギを抑制できる。また、水タンク内の水温が所定の第２の温度に上昇した時に第２循環ポンプによる水タンクから熱交換器への水の循環が停止されるので、燃料電池本体の温度が第２の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を冷却する運転に移行させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態による燃料電池発電システムを示し、この燃料電池発電システムでは、天然ガス、都市ガス、ナフサ等の燃料ガスから水素が生成され、この生成された水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて発電が行われる。
【００２０】
燃料電池発電システムは、燃料の供給源である燃料供給源１と、燃料ガスから硫黄成分を除去する脱硫器２と、燃料ガスから水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器３と、この改質器３からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成する一酸化炭素変成器４と、この一酸化炭素変成器４からの未変成の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器５と、この一酸化炭素除去器５からの当該一酸化炭素が除去された後の水素と空気中に含まれる酸素とを反応させて電力を発生させる固体高分子型の燃料電池本体６とを備える。燃料電池本体６は、燃料極（アノード）６ａ、空気極（カソード）６ｂ、冷却部６ｃを備える。
【００２１】
前記燃料供給源１からはガス管１１が延び、このガス管１１には圧力調整弁１２、開閉弁１３及び流量調整弁１３´が設けられ、ガス管１１は脱硫器２に接続される。また、前記圧力調整弁１２及び開閉弁１３の間のガス管１１からはガス管１４が分岐して延び、このガス管１４には圧力調整弁１５が設けられ、ガス管１４はガス管１４ａ及びガス管１４ｂに二股分岐する。ガス管１４ａには開閉弁１６及び流量調整弁１７が設けられ、ガス管１４ａは改質器３のバーナ１８に接続される。このバーナ１８には当該バーナ１８に空気を供給する送風機１９が取り付けられる。ガス管１４ｂには開閉弁２０及び流量調整弁２１が設けられ、ガス管１４ｂは一酸化炭素変成器４及び一酸化炭素除去器５を加熱するバーナ（加熱手段）２２に接続される。このバーナ２２には当該バーナ２２に空気を供給する送風機２３が取り付けられる。また、前記脱硫器２からはガス管２４が延び、このガス管２４には予熱用熱交換器２５が設けられ、ガス管２４は改質器３に接続される。この改質器３には温度センサ２６が設けられる。符号９１は排気ダクトを示す。改質器３からはガス管２７が延び、このガス管２７は前記予熱用熱交換器２５を経由する。また、ガス管２７には熱回収用熱交換器２８が設けられ、この熱回収用熱交換器２８の出口側ガス管２７には温度センサ２９が設けられ、ガス管２７は一酸化炭素変成器４に接続される。一酸化炭素変成器４には温度センサ３１が設置され、当該一酸化炭素変成器４からはガス管３０が延び、このガス管３０は一酸化炭素除去器５に接続される。符号３２はガス管３０に空気を送り込む空気ポンプを示す。一酸化炭素除去器５には温度センサ３３が取り付けられると共にメインタンク水昇温用熱交換器６３が取り付けられる。尚、一酸化炭素変成器４及び一酸化炭素除去器５は箱体１００に収納され、この箱体１００には前記バーナ２２が取り付けられる。符号９２は排気ダクトを示す。一酸化炭素除去器５からはガス管３４が延び、このガス管３４には熱回収用熱交換器３５、温度センサ３６、及び開閉弁３７が設けられ、ガス管３４は燃料電池本体６の燃料極６ａに接続される。熱回収用熱交換器３５及び開閉弁３７の間のガス管３４からはガス管３８が分岐して延び、このガス管３８には開閉弁３９が設けられ、ガス管３８は前記バーナ１８に接続される。燃料極６ａからはガス管４０が延びてメイン水タンク（タンク）４１に接続され、このメイン水タンク４１からはガス管４２が延び、このガス管４２には開閉弁４３が介装され、ガス管４２は前記ガス管３８の前記開閉弁３９の下流側に合流する。空気極６ｂには吸込ダクト９３が接続され、この吸込ダクト９３には送風機９４及び予熱用熱交換器９５が設けられる。符号９６は排気ダクトを示す。また、燃料電池本体６は当該燃料電池本体６の温度を検出する温度センサ９７を備える。
【００２２】
燃料電池発電システムは、前記メイン水タンク４１の他に、純水タンク５１と、サブ水タンク５２とを備える。純水タンク５１は内部の純水の水位を検出する水位センサ５３を有する。純水タンク５１からは水管５４が延び、この水管５４には水ポンプ５５及び開閉弁５６が設けられ、水管５４はメイン水タンク４１に接続される。このメイン水タンク４１はタンク内の水の水位を検知する水位センサ５７を備える。メイン水タンク４１からは往き水管５８ａが延び、この往き水管５８ａには第１循環ポンプ５９が設けられ、往き水管５８ａは燃料電池本体６の冷却部６ｃに接続される。この冷却部６ｃからは戻り水管５８ｂがメイン水タンク４１に延びて接続される。また、メイン水タンク４１からは往き水管６１ａが延び、この往き水管６１ａには第２循環ポンプ６２が設けられ、往き水管６１ａはメインタンク水昇温用熱交換器６３に接続される。このメインタンク水昇温用熱交換器６３からは戻り水管６１ｂが延び、この戻り水管６１ｂはメイン水タンク４１に接続される。
【００２３】
また、純水タンク５１からは水管７１が延び、この水管７１には水ポンプ７２が設けられ、水管７１は水管７１ａと水管７１ｂとに二股分岐する。水管７１ａには流量調整弁７３が設けられ、水管７１ａは熱回収用熱交換器３５を経由して前記サブ水タンク５２に接続される。熱回収用熱交換器３５からはドレン管７４が延び、このドレン管７４はサブ水タンク５２に接続される。また、水管７１ｂには流量調整弁７５が設けられ、水管７１ｂは熱回収用熱交換器２８を経由してサブ水タンク５２に接続される。このサブ水タンク５２は内部の水の水位を検知する水位センサ７６を備える。サブ水タンク５２からは水管７７が延び、この水管７７には水ポンプ７８、開閉弁７９、流量センサ８０が設けられ、水管７７は改質器３に取り付けられた水蒸気発生器８１に接続される。この水蒸気発生器８１からは水蒸気管８２が延び、この水蒸気管８２には過熱用熱交換器８３が設けられ、水蒸気管８２は前記ガス管２４に接続される。
【００２４】
（水素を含む改質ガスの生成）
燃料電池発電システムの運転が開始されると、燃料供給源１から流量調整弁１３´で流量が制御された燃料ガスがガス管１１を通じて脱硫器２に送られ、この脱硫器２で燃料ガスから硫黄成分が除去される。この脱硫された燃料ガスには水蒸気発生器８１で発生した水蒸気が水蒸気管８２を介して混入され、燃料ガス及び水蒸気はガス管２４を通じて改質器３に送られる。改質器３ではバーナ１８が常時燃焼され、このバーナ１８の燃焼ガス熱により例えば７００〜８００℃に加熱され、水蒸気と燃料ガスとから水蒸気改質反応により水素、二酸化炭素及び一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。この高温の改質ガスはガス管２７を通り、予熱用熱交換器２５で改質器３に送られる前の燃料ガスを予熱し、熱回収用熱交換器２８を経由して、一酸化炭素変成器４に送られる。
【００２５】
燃料極６ａからガス管４０に導出された改質ガスには燃料極６ａの化学反応で未反応だった水素が含まれるので、燃料電池未反応ガスとして、ガス管４０、メイン水タンク４１、ガス管４２、ガス管３８を通じてバーナ１８に供給される。この燃料電池未反応ガスは、バーナ１８で全量燃焼され、改質器３の温度が一定になるよう流量調整弁１３´で改質原燃料が調節される。万一、熱量が不足して改質器３の温度が所定の温度に保持できない場合（急に負荷が増加した場合）にのみ、ガス管１４、１４ａを介して燃料ガスをバーナ１８に導入して追い炊きとして燃焼させる。また、起動時は、ガス管１４、１４ａを介して燃料ガスをバーナ１８に導入して、改質器３の温度を所定温度まで昇温させる。起動時には、改質器３の温度を７００〜８００℃に制御することは行わない。
【００２６】
（改質ガスに含まれる一酸化炭素の除去）
一酸化炭素変成器４では改質ガス中に含まれる一酸化炭素が水蒸気改質されて二酸化炭素に変成され、改質ガス中の一酸化炭素濃度は１％程度に低減される。そして、改質ガスは、ガス管３０を通り、空気ポンプ３２が運転されて空気が混入され、一酸化炭素除去器５に送られる。この一酸化炭素除去器５では、改質ガス中の一酸化炭素が選択酸化反応（発熱反応）により二酸化炭素に転換され、この改質ガスの一酸化炭素濃度は１０ｐｐｍ程度に低減される。一酸化炭素濃度が低減された改質ガス（例えば１６０℃程度）は、ガス管３４を通り、熱回収用熱交換器３５を経由して、燃料電池本体６の燃料極６ａに送られる。
【００２７】
（改質ガス中の水素と空気中の酸素による発電）
燃料電池本体６では、一酸化炭素除去器５から供給される改質ガスが燃料電池本体６の燃料極６ａに導入され、一方、燃料電池本体６の空気極６ｂには送風機９４の運転によって空気が導入される。そして、燃料極６ａに導入された改質ガス中の水素と空気極６ｂに導入された空気中の酸素との間で電気化学反応が行われて発電される。
【００２８】
空気極６ｂから排気ダクト９６に導かれた空気は燃料電池本体６の発熱反応によって温度が上昇しており、この温度が上昇した排気空気は予熱用熱交換器９５で空気極６ｂに導入される前の空気を予熱した後、外部に放出される。
【００２９】
（熱回収用熱交換器による熱の回収）
純粋タンク４１の水は、水ポンプ７２が運転されて水管７１、７１ａを通じて熱回収用熱交換器３５に導入されて、熱回収用熱交換器３５を通る改質ガスから熱を回収した後、サブ水タンク５２に送られる。熱回収用熱交換器３５に送られる水の流量は、当該熱回収用熱交換器３５の出口側改質ガスの温度を検出する温度センサ３６の検出温度が例えば７０℃になるように流量調整弁７３の開度が調節されて温度制御される。また、純水タンク５１の純水は、水ポンプ７２が運転されて熱回収用熱交換器２８に供給され、改質器３からの改質ガス（例えば５００℃程度）から熱を回収し、サブ水タンク５２に送られる。熱回収用熱交換器２８に送られる水の流量は、当該熱回収用熱交換器２８出口側の改質ガスの温度を検出する温度センサ２９の検出温度が例えば２３０℃になるように流量調整弁７５の開度が調節されて温度制御される。これらの熱回収用熱交換器２８及び熱回収用熱交換器３５からサブ水タンクに送られた温水（例えば６０〜９０℃程度）はサブ水タンク５２に貯留される。この貯留された温水は水ポンプ７８の運転により水蒸気発生器８１に供給される。前記水ポンプ７８の運転は、流量調整弁１３´を通る改質用源燃料とのスチーム／カーボン比（Ｓ／Ｃ）が２．５〜３．５になるように制御される。水蒸気発生器８１で発生した水蒸気は、水蒸気管８２を介して過熱用熱交換器８３に送られ、この過熱用熱交換器８３で改質器３からの燃焼排ガスによって過熱（スーパーヒート）された後、ガス管２４内の燃料ガスに混入される。
【００３０】
（一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体の昇温）
本実施形態では、システム起動時に、バーナ２２の燃焼が行われ、バーナ２２からの燃焼ガス熱によって一酸化炭素変成器４、一酸化炭素除去器５、燃料電池本体６の昇温される。
【００３１】
発電システムの起動時には、一酸化炭素変成器４及び一酸化炭素除去器５は、バーナ２２の燃焼運転が行われ、このバーナ２２の燃焼ガスが箱体１００内に供給され、一酸化炭素変成器４及び一酸化炭素除去器５が同時に加熱される。このとき、バーナ２２にはガス管１４及び１４ｂを介して燃料供給源１からの燃料ガスが供給され、温度センサ３１が検出する一酸化炭素変成器４内の触媒温度に基づいて流量調整弁２１の開度が調整され、燃料ガスの流量が制御され、バーナ２２の燃焼量が調節される。
【００３２】
発電システムの起動時には、第２循環ポンプ６２が駆動されて、メイン水タンク４１から往き水管６１ａを介して水がメインタンク水昇温用熱交換器６３に供給される。このメインタンク水昇温用熱交換器６３では水とバーナ２２の燃焼ガスとで熱交換が行われ、このメインタンク水昇温用熱交換器６３で温度が上昇した温水が戻り水管６１ｂを介してメイン水タンク４１に戻されて、メイン水タンク４１内の水の温度が上昇する。尚、往き水管６１ａ及び戻り水管６１ｂを循環する水量は、一酸化炭素除去器５の温度を検出する温度センサ３３の検出温度に基づいて第２循環ポンプ６２の運転を制御してを調節される。また、発電システムの起動時には、第１循環ポンプ５９が駆動されて、メイン水タンク４１内の温水が往き水管５８ａを介して燃料電池本体６の冷却部６ｃに供給され、燃料電池本体６が昇温される。燃料電池本体６を昇温した後の水は戻り水管５８ｂを通じてメイン水タンク４１に戻される。
【００３３】
本実施形態では、燃料電池本体６の温度が上昇して、燃料電池本体６の温度を検出する温度センサ９７が所定の温度（例えば８０℃）を検出した時には、第１循環ポンプ５９を運転させたまま、第２循環ポンプ６２を停止させる制御手段を備える。この制御手段によって、メイン水タンク４１からメインタンク水昇温用熱交換器６３への水の循環のみが停止され、メイン水タンク４１の水温上昇が停止され、燃料電池本体６の昇温が停止される。
【００３４】
燃料電池本体６内の電気化学反応は発熱反応であるので、燃料電池本体６の温度が所定の温度を検出された後も、第１循環ポンプ５９の運転は継続され、燃料電池本体６にメイン水タンク４１の水を循環させる。
【００３５】
この実施形態では、発電システムの起動時に、バーナ２２を燃焼運転させて、一酸化炭素変成器４および一酸化炭素除去器５を加熱すると共に、メインタンク水昇温用熱交換器６３に燃料電池本体６を昇温するための温水を循環させて、燃料電池本体６を昇温させるので、バーナ２２によって一酸化炭素変成器４、一酸化炭素除去器５、燃料電池本体６の昇温が行われ、発電システムを小型化できると共に、製造コストを低減できる。
【００３６】
また、発電システムの起動時に、燃料電池本体６の温度が所定の温度に上昇した場合、第１循環ポンプ５９を運転したまま、第２循環ポンプ６２を停止させる制御手段を備えるので、燃料電池本体６の温度が所定の温度に上昇した時にメイン水タンク４１内の水の温度上昇が停止して燃料電池本体６の昇温が停止され、燃料電池本体６を冷却する運転に切り換えることができる。
【００３７】
別の実施形態として、発電システムの起動時に、第２循環ポンプ６２を駆動し、メイン水タンク４１内の水温を検出する温度センサ５７の検出温度が燃料電池本体６を昇温可能な第１の温度（例えば６０℃）に上昇した時に、更に第１循環ポンプ５９を駆動し、その後、メイン水タンク４１内の水温が上昇して温度センサ５７の検出温度が第２の温度（例えば８０℃）に到達した時に、第１循環ポンプ５９を駆動したまま、第２循環ポンプを停止させるように制御手段を構成してもよい。
【００３８】
この別の実施形態では、メイン水タンク４１内の水温が燃料電池本体６を昇温可能な第１の温度に到達した時に、メイン水タンク４１から燃料電池本体６への水の循環が開始されるので、発電システム起動直後の燃料電池本体６の冷却が防止されて効率良く燃料電池本体６を昇温できると共に、無駄な第１循環ポンプ５９の運転が防止されて消費エネルギを抑制できる。
【００３９】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明らかである。上述の実施形態では、発電システムの起動時に一酸化炭素変成器４と一酸化炭素除去器５の両方を加熱するバーナ２２の熱を蓄えたメイン水タンク４１の水によって燃料電池本体６が昇温されるが、一酸化炭素変成器４のみを加熱するバーナ（加熱手段）、或いは一酸化炭素除去器５のみを加熱するバーナ（加熱手段）の熱を蓄えたメイン水タンク４１の水によって燃料電池本体６を昇温してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、燃料電池本体専用の昇温手段が不要となり、発電システムの小型化が可能になると共に、製造コストを低減できる。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、発電システムの起動時に、加熱手段を作動させて、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱すると共に、熱交換器に前記燃料電池本体の冷却水を循環して昇温し、さらに、この昇温した温水で燃料電池本体を昇温させるので、一酸化炭素変成器および一酸化炭素除去器を加熱する加熱手段で燃料電池本体が昇温され、例えば１個の加熱手段で一酸化炭素変成器、一酸化炭素除去器、燃料電池本体の昇温が可能になり、発電システムを小型化できると共に、製造コストを低減できる。
【００４３】
請求項４記載の発明によれば、発電システムの起動時に、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した場合、第１循環ポンプを運転したまま、第２循環ポンプを停止させるので、燃料電池本体の温度が所定の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を昇温する運転から冷却する運転に移行させることができる。
【００４４】
請求項５記載の発明によれば、水タンク内の水温が所定の第１の温度に上昇した時に第１循環水ポンプによって水タンクから燃料電池本体への水の循環を開始するので、第１の温度を燃料電池本体を昇温可能な温度に設定すれば、発電システム起動直後の燃料電池本体の冷却が防止されて効率良く燃料電池本体を昇温することができると共に、無駄な第１循環ポンプの運転が防止されて消費エネルギを抑制できる。また、水タンク内の水温が所定の第２の温度に上昇した時に第２循環ポンプによる水タンクから熱交換器への水の循環が停止されるので、燃料電池本体の温度が第２の温度に上昇した時にタンク内の水の温度上昇が停止されて、燃料電池本体を冷却する運転に移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態による燃料電池発電システムを示す図である。
【符号の説明】
１  燃料供給源
２  脱硫器
３  改質器
４  一酸化炭素変成器
５  一酸化炭素除去器
６  燃料電池本体
２２  バーナ（加熱手段）
３８  メイン水タンク（タンク）
５８ａ  往き水管
５８ｂ  戻り水管
５９  第１循環ポンプ
６１ａ  往き水管
６１ｂ  戻り水管
６２  第２循環ポンプ
６３  メインタンク水昇温用熱交換器（熱交換器）
【図１】
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