(57)【要約】【課題】水蒸気改質反応を利用した燃料ガス改質装置において、起動時間を短くし、圧力損失を少なくし、かつ、コンパクトな構造の燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】本発明に係る燃料電池発電装置は、原燃料に水蒸気を加えた混合燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させるとともに、水素リッチな燃料ガスに改質させる際に生成される一酸化炭素の濃度を低下させ燃料ガス改質装置１１と、改質した水素リッチな燃料ガスと空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電力を発生させる電池本体１５とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料ガス改質装置１１を水蒸気改質器２１、熱交換器２０，２２、一酸化炭素変成器２３、一酸化炭素選択酸化器２４で構成するとともに、前記水蒸気改質器２１、前記熱交換器２０，２２、前記一酸化炭素変成器２３、前記一酸化炭素選択酸化器２４を燃料ガスが同一方向に、一直線に流れるように配置した。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料に水蒸気を加えた混合燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させるとともに、水素リッチな燃料ガスに改質させる際に生成される一酸化炭素の濃度を低下させる燃料ガス改質装置と、改質した水素リッチな燃料ガスと空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電力を発生させる電池本体とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料ガス改質装置を水蒸気改質器、熱交換器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器で構成するとともに、前記水蒸気改質器、前記熱交換器、前記一酸化炭素変成器、前記一酸化炭素選択酸化器を燃料ガスが同一方向に、一直線に流れるように配置したことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
燃料ガス改質装置を構成する水蒸気改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器のうち、少なくとも一つ以上は通電により加熱可能な触媒層を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
水蒸気改質器は、水蒸気改質による吸熱反応の際、改質触媒層に与える熱源として燃焼用触媒層を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
水蒸気改質器は、触媒層を改質触媒層と燃焼用触媒層とに区分けするとともに、複数層の前記改質触媒層と複数層の前記燃焼用触媒層とを交互に配置したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
水蒸気改質器は、触媒層を改質触媒層と燃焼用触媒層とに区分けするとともに、一層の前記改質触媒層と一層の前記燃焼用触媒層とを交互に配置したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
改質触媒層と燃焼用触媒層とは、互いの入口をクロス状に配置したことを特徴とする請求項４または５記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
燃料ガス改質装置を構成する一酸化炭素変成器および一酸化炭素選択酸化器は、冷却媒体として原燃料に加える水蒸気の水を用いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
燃料ガス改質装置を構成する一酸化炭素変成器および一酸化炭素選択酸化器は、触媒層を一酸化炭素触媒層と冷却層とに区分けするとともに、前記一酸化炭素触媒層と前記冷却層とを交互に配置したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
一酸化炭素触媒層と冷却層とは、互いの入口をクロス状に配置したことを特徴とする請求項８記載の燃料電池発電装置。
【請求項１０】
燃料ガス改質装置を構成する水蒸気改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器のうち、少なくとも一つ以上は、触媒反応部に収容される触媒層を燃料ガスの流れ方向に沿って複数段に亘って分割配置したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項１１】
水蒸気改質器は、改質触媒層を充填する改質部を複数段に亘って分割配置するとともに、各改質部にヒータ部を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項１２】
水蒸気改質器は、改質触媒反応部に設置されるプレートフィンの角部に応力緩和手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項１３】
応力緩和手段は、プレートフィンの角部にシール材を介装させた波型プレートであることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池発電装置。
【請求項１４】
原燃料に水蒸気を加えた混合燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させるとともに、水素リッチな燃料ガスに改質させる際に生成される一酸化炭素の濃度を低下させて除去する燃料ガス改質装置と、改質した水素リッチな燃料ガスと酸素とを反応させて電力を発生させる電池本体とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料ガス改質装置を水蒸気改質器、熱交換器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器で構成するとともに、前記水蒸気改質器、前記熱交換器、前記一酸化炭素変成器、前記一酸化炭素選択酸化器のうち、少なくとも一つ以上には、通電可能な加熱手段を設けた触媒層を備えるとともに、前記触媒層に通電指令を与えて制御する制御指令演算部を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置に係り、特に原燃料から水素リッチな燃料ガスに水蒸気改質させる燃料ガス改質装置に改良を加えた燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、高効率のエネルギ変換装置として燃料電池が注目されている。この燃料電池には、多くのタイプがあるが、そのうち、電解質としてのプロトン伝導性を持った固体高分子電解質膜を用いた燃料電池は、コンパクトで出力密度が高く、構造が簡素で電解質が耐久性に優れている等の多くの利点があるため、宇宙用、車両用、あるいは家庭住宅用の電源として、クローズアップされている。
【０００３】
このような固体高分子型の燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置は、図１２に示すように、燃料ガスの流れに沿って順に、原燃料供給部１、水蒸気供給部２、バーナ３と改質管４とを有する改質器５、水性シフト反応器６、一酸化炭素選択酸化反応器７を備え、改質器５の改質管４内に充填された改質触媒（図示せず）に、原燃料供給部１からの原燃料と水蒸気供給部２からの水蒸気とを混合させ、その混合燃料ガスを供給する一方、改質器５のバーナ３に、電池本体（図示せず）からの未反応の燃料オフガスと空気系８からの空気とを供給して燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスにより改質管４を加熱させ、水蒸気改質反応に基づく水素リッチな燃料ガスを生成するようになっている。
【０００４】
その際、水素リッチな燃料ガスにはＣＯ等も含まれている。このＣＯは、電池本体の触媒を被毒させ、電池効率の低下要因にもなっているので、燃料ガス改質装置では、濃度の高いＣＯを、先ず、水性シフト反応器６で二酸化炭素にし、さらに残りのＣＯを一酸化炭素選択酸化反応器７で二酸化炭素にした後、電池本体のアノード電極側に二酸化炭素とともに水素リッチな燃料ガスを供給している。
【０００５】
なお、燃料ガス改質装置は、上述の水蒸気改質反応を利用した改質器５のほかに、部分酸化反応を利用した改質器やオートサーマル反応を利用した改質器があるが、これは必要に応じて適宜、選択して使い分けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池発電装置に適用される水蒸気改質反応を利用する燃料ガス改質装置は、部分酸化反応やオートサーマル反応を利用する燃料ガス改質装置に較べ、改質ガス中に窒素を含まないため水素濃度が高く、発電効率を高く維持することができる。
【０００７】
しかし、水蒸気改質反応を利用する燃料ガス改質装置は、吸熱反応であり、吸熱反応に必要な熱を外部から改質触媒に与える必要があるものの、起動運転時等では、まだ、熱を充分に確保できない状態になっている。このため、この種の燃料ガス改質装置は、他の方式に比べ、改質触媒が機能する温度までに多くの時間を要する等、起動性に劣る問題があった。
【０００８】
また、この種の燃料ガス改質装置は、伝熱面積をより多く確保するため反応管を多管構造にしたり、改質触媒量を多くしているが、多管とすることにより構造が複雑となり、製造し難くなり、また改質触媒量を多くすることにより反応器が大きくなることは無論、燃料ガスの圧力損失が大きくなる等の不具合、不都合を抱えていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、水蒸気改質反応を利用した燃料ガス改質装置において、起動時間を短くし、圧力損失を少なくし、かつコンパクトな構造の燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、原燃料に水蒸気を加えた混合燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させるとともに、水素リッチな燃料ガスに改質させる際に生成される一酸化炭素の濃度を低下させる燃料ガス改質装置と、改質した水素リッチな燃料ガスと空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電力を発生させる電池本体とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料ガス改質装置を水蒸気改質器、熱交換器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器で構成するとともに、前記水蒸気改質器、前記熱交換器、前記一酸化炭素変成器、前記一酸化炭素選択酸化器を燃料ガスが同一方向に、一直線に流れるように配置したものである。
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、燃料ガス改質装置を構成する水蒸気改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器のうち、少なくとも一つ以上は通電により加熱可能な触媒層を備えたものである。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、水蒸気改質器は、水蒸気改質による吸熱反応の際、改質触媒層に与える熱源として燃焼用触媒層を備えたものである。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、水蒸気改質器は、触媒層を改質触媒層と燃焼用触媒層とに区分けするとともに、複数層の前記改質触媒層と複数層の前記燃焼用触媒層とを交互に配置したものである。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、水蒸気改質器は、触媒層を改質触媒層と燃焼用触媒層とに区分けするとともに、一層の前記改質触媒層と一層の前記燃焼用触媒層とを交互に配置したものである。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、改質触媒層と燃焼用触媒層とは、互いの入口をクロス状に配置したものである。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、燃料ガス改質装置を構成する一酸化炭素変成器および一酸化炭素選択酸化器は、冷却媒体として原燃料に加える水蒸気の水を用いるものである。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、燃料ガス改質装置を構成する一酸化炭素変成器および一酸化炭素選択酸化器は、触媒層を一酸化炭素触媒層と冷却層とに区分けするとともに、前記一酸化炭素触媒層と前記冷却層とを交互に配置したものである。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、一酸化炭素触媒層と冷却層とは、互いの入口をクロス状に配置したものである。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、燃料ガス改質装置を構成する水蒸気改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器のうち、少なくとも一つ以上は、触媒反応部に収容される触媒層を燃料ガスの流れ方向に沿って複数段に亘って分割配置したものである。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、水蒸気改質器は、改質触媒層を充填する改質部を複数段に亘って分割配置するとともに、各改質部にヒータ部を備えたものである。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、水蒸気改質器は、改質触媒反応部に設置されるプレートフィンの角部に応力緩和手段を備えたものである。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、応力緩和手段は、プレートフィンの角部にシール材を介装させた波型プレートである。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、原燃料に水蒸気を加えた混合燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させるとともに、水素リッチな燃料ガスに改質させる際に生成される一酸化炭素の濃度を低下させて除去する燃料ガス改質装置と、改質した水素リッチな燃料ガスと酸素とを反応させて電力を発生させる電池本体とを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料ガス改質装置を水蒸気改質器、熱交換器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器で構成するとともに、前記水蒸気改質器、前記熱交換器、前記一酸化炭素変成器、前記一酸化炭素選択酸化器のうち、少なくとも一つ以上には、通電可能な加熱手段を設けた触媒層を備えるとともに、前記触媒層に通電指令を与えて制御する制御指令演算部を備えたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、発明に係る燃料電池発電装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態を示す概略系統図である。
【００２６】
本実施形態に係る燃料電池発電装置は、原燃料供給部１０、燃料ガス改質装置１１、水供給部１２、ブロア１３に接続する空気供給系１４、電池本体１５を備え、原燃料供給部１０からの原燃料Ｆに、水蒸気系１６からの水蒸気を混合させ、その混合燃料ガスを燃料ガス改質装置１１に供給し、ここで電池本体１５のアノード極１５ａからの供給される未反応の燃料ガスと空気供給系１４のブロア１３からの供給される空気とによる燃焼ガスの下、水蒸気反応による水素リッチな燃料ガスを生成している。
【００２７】
また、燃料電池発電装置は、水供給部１２からの水を燃料ガス改質装置１１に供給させ、ここで水蒸気にし、水蒸気系１６を介して原燃料Ｆに混合させている。
【００２８】
また、燃料電池発電装置は、水素リッチな燃料ガスを生成する際、副生成物として一酸化炭素ＣＯ等を生成するが、一酸化炭素ＣＯを何らの措置も講じておかないと、電池本体１５のアノード触媒等を被毒させるので、空気供給系１４のブロア１３からの空気を供給して二酸化炭素ＣＯ２にしている。
【００２９】
このように、燃料ガス改質装置１１で、一酸化炭素ＣＯを二酸化炭素ＣＯ２にし、また原燃料Ｆを水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスにした燃料電池発電装置は、二酸化炭素ＣＯ２等とともに燃料ガスを電池本体１５のアノード極１５ａに供給し、ここで高分子電解質膜１５ｂを介してプロトン（Ｈ＋）のみを通過させ、カソード極１５ｃで、空気供給系１４のブロア１３からの供給される空気の酸素と反応させ、その際に発生する起電力をコンバータ１７を介して負荷１８に供給している。
【００３０】
一方、本実施形態に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置１１は、図２に示すように、一つの容器または型枠等の包囲部１９に組み込まれ、燃料ガスの流れ方向に沿って順に、第１熱交換器２０、プレートフィン形式の水蒸気改質器２１、第２熱交換器２２、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３、一酸化炭素選択酸化器２４を直列に配置する構成になっている。
【００３１】
このような構成を備える燃料ガス改質装置１１において、原燃料Ｆに、例えば水蒸気系１６からの水蒸気を混合させた燃料ガスは、排気ガスを熱源として第１熱交換器２０で加熱させた後、プレートフィン形式の水蒸気改質器２１に案内され、ここで電池本体１５のアノード極１５ａからの未反応燃料ガスと空気供給系１４のブロア１３からの空気とによる燃焼ガスの下、一酸化炭素ＣＯ等とともに水素リッチな燃料ガスが生成される。
【００３２】
水素リッチに水蒸気改質された燃料ガスは、第２熱交換器２２で、例えば水供給部１２からの水と熱交換した後、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）１４に案内される。
【００３３】
一酸化炭素変成器１４に案内された燃料改質ガスは、ここで水性シフト反応し、一酸化炭素ＣＯの濃度を低減した後、空気供給系１４のブロア１３から供給された空気と混合し、一酸化炭素選択酸化器２４に案内される。このときの一酸化炭素変成器２３において発生する発熱は、器内に設けた冷却器（図示せず）で取り除かれる。
【００３４】
一酸化炭素選択酸化器２４に案内された燃料改質ガスは、ここで酸化反応して一酸化炭素濃度をより一層低くし、電池本体１５に供給される。このとき、一酸化炭素選択酸化器２４において発生する発熱は、器内に設けた冷却器（図示せず）で取り除かれる。
【００３５】
なお、例えば水供給部１２からの水は、図６に示すように、一酸化炭素選択酸化器２４および一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３を蛇行しながら通る間に冷却させ、一酸化炭素選択酸化器２４および一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３からの熱を受け水蒸気になる。この場合、その水蒸気は例えば水蒸気系１６を介して原燃料Ｆに直接混合させるために利用してもよい。
【００３６】
このように、本実施形態は、一つの包囲部１９に、第１熱交換器２０、プレートフィン形式の水蒸気改質器２１、第２熱交換器２２、一酸化炭素変成器２３、一酸化炭素選択酸化器２４を直列に組み込み、燃料ガスを一方向に向って流す構成にしたので、圧力損失をより一層低く抑えることができる。
【００３７】
図３は、本実施形態に係る水蒸気改質器２１に収容される触媒層２８の第１実施形態を示す概念図である。
【００３８】
この触媒層２８は、触媒２６を担持した波板２７を加熱用平板で挟み込む構成になっている。
【００３９】
また、加熱用平板２５，２５は、直流または交流を通電させて加熱するもので、触媒２６の担持の有無は問わない。
【００４０】
このように、本実施形態は、加熱用平板２５，２５間に触媒２６を担持した波板２７を挟み込んで配置し、加熱用平板２５，２５に電力を通電させて触媒層２８の昇温速度を早めるので、起動運転時間を短縮させることができる。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る水蒸気改質器２１の第１実施形態を示す概念図である。
【００４２】
この水蒸気改質器２１は、通電により加熱可能な加熱式改質触媒層２９と燃焼用触媒層３０とに区分けし、各触媒層２９，３０を複数段に配置し、複数段に配置した加熱式改質触媒層２９の入口と複数段に配置した燃焼用触媒層３０の入口とを互いにクロス状に配置し、かつ全体を積層状または列状に配置する構成になっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、複数段の加熱式改質触媒層２９と複数段の燃焼用触媒層３０とを互い違いの積層状または列状に配置しているが、この例に限らず、例えば、図５に示すように、一層の加熱式改質触媒層２９と一層の燃焼用触媒層３０とを互い違いの積層状または列状に配置してもよい。この場合、加熱式改質触媒層２９の入口と燃焼用触媒層３０の入口とは互いにクロス状に配置している。
【００４４】
また、水蒸気改質器２１は、加熱式改質触媒層２９の入口と燃焼用触媒層３０の入口とをクロスする方向に形成し、加熱式改質触媒層２９の入口に、図１で示す原燃料供給部１０からの原燃料Ｆと、例えば水蒸気系１６からの水蒸気との混合燃料ガスを供給し、また燃焼用触媒層３０の入口に、電池本体１５のアノード極１５ａからの未反応の燃料ガスと空気供給系１４のブロア１３からの空気とを供給する構成になっている。
【００４５】
また、水蒸気改質器２１は、加熱式改質触媒層２９にヒータ部３１を設け、このヒータ部３１に電源から導電線を介して通電できるようにしている。
【００４６】
そして、水蒸気改質器２１は、起動運転時、加熱式改質触媒層２９のヒータ部３１に電源からの通電で加熱式改質触媒層２９を加熱させて触媒をより早く昇温させるとともに、定格運転時は、燃焼用触媒層３０の触媒燃焼熱の補完を行っている。
【００４７】
このように、本実施形態は、水蒸気改質器２１を加熱式改質触媒層２９と燃焼用触媒層３０とに区分けし、各触媒層２９，３０の一層一層を互い違いの積層状等に配置し、互い違いに配置した各触媒層２９，３０のそれぞれの入口に、原燃料Ｆ等と未反応燃料ガス等とをクロス状に供給するとともに、加熱式改質触媒層２９にヒータ部３１を設け、起動運転時、加熱式改質触媒層２９の昇温をより早く促進させ、定格運転時、燃焼用触媒層３０の燃焼熱を補完したので、起動運転時間を短くすることができ、燃焼熱の補完に伴って良質の改質燃料ガスを生成することができる。
【００４８】
なお、本実施形態は、水蒸気改質器２１を、通電により加熱可能な加熱式改質触媒層２９と燃焼用触媒層３０とに区分けしたが、この例に限らず、例えば図７に示すように、一酸化炭素変成器２３および一酸化炭素選択酸化器２４のうち、少なくともいずれか一方に、通電により加熱可能な加熱式触媒層３３と冷却層３４とに区分けし、加熱式触媒層３３と冷却層３４とのそれぞれを複数段に配置し、複数段に配置した加熱式触媒層３３の入口と複数段に配置した冷却層３４の入口とを互いにクロス状に配置させ、かつ全体を積層状または列状に配置する構成にしてもよい。
【００４９】
図８は、本実施形態に係る水蒸気改質器２１、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３および一酸化炭素選択酸化器２４における触媒反応部の第１実施形態を示す概念図である。
【００５０】
本実施形態は、水蒸気改質器２１、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３および一酸化炭素選択酸化器２４における触媒反応部３５に収容される触媒層３６をプロセス燃料ガスの流れに沿って複数段に亘って分割配置したものである。
【００５１】
このように、本実施形態は、触媒反応部３５に収容される触媒層３６をプロセス燃料ガスの流れ方向に沿って複数段に亘って分割配置したのでプロセス燃料ガスを拡散させることができ、水素リッチな良質の燃料ガス等に改質することができる。
【００５２】
図９は、本実施形態に係る水蒸気改質器２１のうち、燃焼部の実施形態を示す概念図で、図中、（ａ）は、燃焼部を示す概略縦断面図、（ｂ）は、改質触媒層に熱源を設けたことを示す図である。
【００５３】
本実施形態に係る水蒸気改質器２１は、容器３７の一端に、電池本体１５のアノード極１５ａから供給される未反応燃料ガスと空気供給系１４のブロア１３から供給される空気とで燃焼ガスを生成するバーナ３８と、容器３７の壁面に沿って設け、かつ複数段に亘って分割して配置する改質部３９に充填させた改質触媒層４０とを備え、複数段に亘って分割して配置する改質部３９の改質触媒層４０に原燃料Ｆと水蒸気との混合燃料ガスが通過するとき、バーナ３８からの燃焼ガスの熱が与えられ、水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガス燃料を生成するようになっている。
【００５４】
また、本実施形態に係る水蒸気改質器２１は、図９（ｂ）に示すように、改質触媒層４０を充填する複数段に亘って分割して配置する各改質部３９，３９，…にヒータ部４２，４２，…を設け、このヒータ部４２，４２…を導電線４１を介して電源に接続し、電源から各ヒータ部４２，４２，…に直流または交流の電力を与えて改質部３９，３９，…を加熱している。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、改質部３９の熱源が確実に確保できるので、水素リッチな燃料ガスをより早く改質して生成することができ、起動時間をより一層短縮することができる。特に、冬場等、熱源確保が難しい場合、有効である。
【００５６】
図１０は、本実施形態に係る水蒸気改質器２１のうち、改質触媒反応部の第２実施形態を示す概念図である。
【００５７】
本実施形態は、水蒸気改質器２１のうち、改質触媒反応部３５に設置されるプレートフィン２７の角部に、シール材４３を介装させて応力緩和部材４４、具体的には波型プレートを設けたものである。
【００５８】
従来、触媒反応部３５に設置されているプレートフィン２７は、運転中、熱を受けているため、熱膨張し、過度な熱応力を受けている。このため、プレートフィン２７は、長期間の運転に亘って高い強度を維持させることが難しく、これに伴って安定運転の確保が難しくなる。
【００５９】
本実施形態は、このような点を考慮したのもので、プレートフィン２７の角部にシール材４３を介装して応力緩和部材４４を設け、プレートフィン２７の熱膨張による伸びを応力緩和材４４で吸収させたものである。
【００６０】
したがって、本実施形態によれば、プレートフィン２７により長く安定した運転を行わせることができる。
【００６１】
図１１は、本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置の温度制御の実施形態を示す制御ブロック図である。
【００６２】
本実施形態に係る燃料ガス改質装置は、水蒸気改質器２１、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３、一酸化炭素選択酸化器２４のそれぞれに収容する触媒層に設けたヒータ部（図示せず）のそれぞれに、電力を給電して制御する制御指令演算部４５を設けたものである。
【００６３】
この制御指令演算部４５は、出口部４６と温度検出部４７とを備え、起動運転時、出力部４６の指令により水蒸気改質器２１、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３、一酸化炭素選択酸化器２４のそれぞれに収容する触媒層に設けたヒータ部のそれぞれを通電させて各触媒層を加熱させ、各触媒層が機能する温度まで昇温されたことを温度検出部４７が検出したとき、ヒータ部の通電を断ち、原燃料Ｆに水蒸気を加えた混合燃料ガスを水蒸気改質器２１に供給させる制御運転を行っている。
【００６４】
また、制御指令演算部４５は、何らかの事情により温度検出部４７が触媒層の異常低温を検出したとき、出力部４６から各改質触媒層のヒータ部に通電指令を出し、各触媒層の温度を維持している。
【００６５】
このように、本実施形態は、水蒸気改質器２１、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）２３、一酸化炭素選択酸化器２４のそれぞれに収容する触媒層に設けたヒータ部のそれぞれに、通電指令を出し、各触媒層が機能する温度まで昇温されたとき、通電指令を断ち、温度コントロールする制御指令演算部４５を備えたので、各触媒層をより早く昇温することができ、起動運転時間をより一層短縮させることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る燃料電池発電装置は、水蒸気改質器、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）、一酸化炭素選択酸化器からなる燃料ガス改質装置をコンパクトにまとめるとともに、水蒸気改質器、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）、一酸化炭素選択酸化器のそれぞれに収容する触媒層に加熱手段を備えたので、燃料ガスの圧力損失をより一層少なくすることができ、触媒層をより早く機能する温度に昇温させて起動運転時間を短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態を示す概略系統図。
【図２】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置の実施形態を示す概念図。
【図３】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、水蒸気改質器に収容される触媒層の第１実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、水蒸気改質器の第１実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、水蒸気改質器の第２実施形態を示す概念図。
【図６】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）と一酸化炭素選択酸化器との実施形態を示す概念図。
【図７】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）および一酸化炭素選択酸化器の少なくともいずれか一方の実施形態を示す概念図。
【図８】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、触媒反応部の第１実施形態を示す概念図。
【図９】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、水蒸気改質器の燃焼部の実施形態を示す概念図で、（ａ）は、燃焼部を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は、改質触媒層に熱源を設けたことを示す図。
【図１０】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置のうち、水蒸気改質器の触媒反応部の第２実施形態を示す概念図。
【図１１】本発明に係る燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置の温度制御の実施形態を示す制御ブロック図。
【図１２】従来の燃料電池発電装置に適用される燃料ガス改質装置を示す概略系統図。
【符号の説明】
１　原燃料供給部
２　水蒸気供給部
３　バーナ
４　改質管
５　改質器
６　水性シフト反応器
７　一酸化炭素選択酸化反応器
８　空気系
１０　原燃料供給部
１１　燃料ガス改質装置
１２　水供給部
１３　ブロア
１４　空気供給系
１５　電池本体
１５ａ　アノード極
１５ｂ　高分子電解質膜
１５ｃ　カソード極
１６　水蒸気系
１７　コンバータ
１８　負荷
１９　包囲部
２０　第１熱交換器
２１　水蒸気改質器
２２　第２熱交換器
２３　一酸化炭素変成器（水性シフト反応器）
２４　一酸化炭素選択酸化器
２５　加熱用平板
２６　触媒
２７　波板
２８　触媒層
２９　加熱式改質触媒層
３０　燃焼用触媒層
３１　ヒータ部
３２　改質触媒層
３３　加熱用一酸化炭素触媒層
３４　冷却層
３５　触媒反応部
３６　触媒層
３７　容器
３８　バーナ
３９　改質部
４０　改質触媒層
４１　導電線
４２　ヒータ部
４３　シール材
４４　応力緩和部材
４５　制御指令演算部
４６　出力部
４７　温度検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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