(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起動時に改質原料と空気とを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスが供給されることで昇温し、改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器から排出された前記燃焼ガスが供給されることで昇温し、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、
を備える燃料改質システムにおいて、
起動時は、前記燃焼ガスの温度を、前記一酸化炭素除去部の作動に適した所定の一酸化炭素除去部作動温度と、その一酸化炭素除去部作動温度より高い温度である前記改質器の作動に適した所定の改質器作動温度と、の間の温度に制御し、
起動時から第１所定時間が経過した後は、前記燃焼ガスの温度を、前記改質器作動温度よりも高い温度に制御するコントローラを備えた
ことを特徴とする燃料改質システム。
【請求項２】
前記一酸化炭素除去部は、
前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素をシフト反応によって除去するシフト反応器と、
前記シフト反応器の下流に設けられ、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を選択酸化反応によって除去する選択酸化反応器と、
を含み、
前記コントローラは、
起動時は、前記燃焼ガスの温度を、前記選択酸化反応器の作動に適した所定の選択酸化反応器作動温度と、その選択酸化反応器作動温度よりも高い温度である前記シフト反応器の作動に適した所定のシフト反応器作動温度と、の間の温度に制御し、
起動時から第１所定時間よりも短い第２所定時間が経過した後は、前記燃焼ガスの温度を、前記シフト反応器作動温度と、そのシフト反応器作動温度よりも高い温度である前記改質器作動温度と、の間の温度に制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料改質システム。
【請求項３】
前記選択酸化反応器から排出される前記改質ガスの温度を検出する手段を設け、
前記コントローラは、前記改質器へ供給する燃焼ガス温度を検出された改質ガス温度に応じて上昇させるよう制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料改質システム。
【請求項４】
前記シフト反応器から排出される前記改質ガスの温度を検出する手段を設け、
前記コントローラは、前記改質器へ供給する燃焼ガス温度を検出された改質ガス温度に応じて上昇させるよう制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料改質システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記燃焼器に供給する空気量及び改質原料量を制御して、前記燃焼ガスの温度を制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
【請求項６】
前記改質器は燃焼器としての機能を併せ持ち、
前記コントローラは、起動時に前記改質器を燃焼器として用いるよう制御する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
【請求項７】
前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記改質器から排出された前記燃焼ガスの燃料電池スタックへの供給を制御する弁とを備え、
前記コントローラは、前記改質器から排出した前記燃焼ガスを前記燃料電池スタックに供給するように前記弁を制御し、前記燃料電池スタックの昇温を前記改質器の昇温と同時に行うように制御する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料改質システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に起動時において燃料改質装置要素を過昇温することなく各々の作動に適した温度に昇温でき、改質器の耐久性を向上できる燃料電池システムの起動法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素系燃料などの改質原料と水と酸素含有ガスとから水素リッチの改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中の一酸化炭素（以下、ＣＯと示す。）を除去するシフト反応器及びＣＯ選択酸化反応器と、各反応器に起動時の熱を供給する燃焼器を備えた燃料電池システムに関する従来技術として、例えば、特開２００１−１８０９０８号公報がある。これは、先ず改質器上流側に設けた燃焼器において燃料を空気過剰条件で燃焼させ、生成された燃焼ガスの熱により改質器を加熱し、改質器を昇温する。加熱後、燃焼器での燃焼を燃料過剰条件に切り換え燃料改質反応を開始する。生成された改質ガスをシフト反応器、ＣＯ選択酸化反応器において追加供給された空気を用いて燃焼させ、これら反応器自身の昇温を行う技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では、燃焼器からの燃焼ガスにより改質器が昇温され改質反応を開始する時点では、改質器の下流に設けられた反応器がほぼ室温であるため、燃焼により生成する水蒸気の触媒表面への凝縮により水素や一酸化炭素の酸化反応が妨げられ、反応器の昇温が遅延する倶れがある。また、水蒸気の凝縮を防ぐ温度までＣＯ選択酸化反応器を昇温することはその上流に位置するシフト反応器の過昇温を招くため困難である。従って、燃焼ガスにより改質器要素を各々の作動に適した温度まで昇温する事が出来ない問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し、燃料改質装置各要素の過昇温を招くことなく、燃料改質装置要素を各々の作動に適した温度に確実に昇温できる燃料電池システムの起動法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、起動時に改質原料と空気とを燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスが供給されることで昇温し、改質ガスを生成する改質器と、前記改質器から排出された前記燃焼ガスが供給されることで昇温し、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を備える燃料改質システムにおいて、起動時は、前記燃焼ガスの温度を、前記一酸化炭素除去部の作動に適した所定の一酸化炭素除去部作動温度と、その一酸化炭素除去部作動温度より高い温度である前記改質器の作動に適した所定の改質器作動温度と、の間の温度に制御し、起動時から第１所定時間が経過した後は、前記燃焼ガスの温度を、前記改質器作動温度よりも高い温度に制御する。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、起動開始直後には、先ず、燃焼器から改質器と一酸化炭素除去部に供給する燃焼ガス温度を一酸化炭素除去部の作動に適した温度に設定し、燃料改質装置全体を加熱する。これにより上流に位置する改質器の過昇温を招くことなく、一酸化炭素除去部の昇温を充分におこなうことが可能となる。次いで、供給する燃焼ガス温度を一酸化炭素除去部より高温の改質器の作動温度と等しい温度より上昇させる。この際、改質器の温度が充分に昇温されるまでは燃焼ガスの顕熱は改質器との熱交換によりほぼ奪われ、下流に位置する一酸化炭素除去部を過昇温することはない。
【０００７】
したがって、起動時からの時間に応じて改質反応器、ＣＯ除去部へ供給する燃焼ガス温度を上昇させるように設定することで、装置の複雑化を招くことなく、燃焼ガスのみによって、各要素の過昇温なく下流側から順次その動作に適した温度に昇温できる。その結果、燃料電池システムの耐久性を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の燃料改質装置を適用した燃料電池システムの一例を示す図である。
【０００９】
燃料電池システム１は、電気化学反応により起電力を得る燃料電池２と、改質反応より水素リッチの改質ガスを生成して燃料電池２に供給する燃料改質装置５０と、酸素含有ガスとしての圧縮空気を燃料電池２と燃料改質器５０に供給するコンプレッサ５と、起動時において燃料改質装置５０に燃焼ガスを供給する起動燃焼器６とを有する。
【００１０】
改質ガスを生成するための改質原料としてのガソリン等の炭化水素系燃料と水とは、それぞれ燃料タンク１０と図示しない水タンクに収容される。炭化水素系燃料と水は、燃料ポンプ１１及び図示しない水ポンプによってそれぞれのタンクから燃料改質装置５０へ送られる。
【００１１】
燃料改質装置５０は、改質器７とＣＯ除去部４０とから構成される。ＣＯ除去部４０はシフト反応器８と選択酸化反応器９を備える。
【００１２】
改質器７は、燃料と水とコンプレッサ５から供給される空気とを混合して、燃料の水蒸気改質反応や酸化反応とによって水素リッチの改質ガスを生成する。本実施形態では、吸熱反応である水蒸気反応で必要とされる熱量を、発熱反応である酸化反応により生じた熱量で賄う、いわゆるオートサーマル型の改質器７としたがこれに限らない。
【００１３】
改質器７から燃料電池２の燃料極３側へ供給される改質ガス中に含まれるＣＯによる燃料電池２の被毒を防ぐため、改質ガス中のＣＯ濃度を低減する必要がある。そのため改質器７と燃料電池２との間に、シフト反応によりＣＯ濃度を低減するシフト反応器８と、シフト反応器８の下流に選択酸化反応によりＣＯを低減するＣＯ選択酸化反応器９が設けられる。
【００１４】
ここで、一般的にはこれら反応器の作動温度は、改質器７が約６５０〜８５０℃、シフト反応器８が約２４０〜３８０℃、ＣＯ選択酸化反応器９が約１００〜１５０℃とそれぞれ異なり、下流側に位置する反応器ほど低く構成される。またこれらの熱容量は、シフト反応器８がもっとも大きく、ＣＯ選択酸化反応器９、改質器７の順に小さくなる。
【００１５】
燃料電池２の空気極４側にはコンプレッサ５からの圧縮空気が供給され、燃料極３側には燃料改質装置５０からの改質ガスが供給され、電気化学反応を利用して発電が行われ、例えば、この電力を用いてモータを駆動する。
【００１６】
燃料改質装置５０の上流側に起動燃焼器６が設置される。システム起動時には燃料と空気が起動燃焼器６へ送られ、燃焼が行われる。起動燃焼器６として、図２に示すような公知の燃焼器を用いることができる。図２に示すようにコンプレッサ５から起動燃焼器６に供給される空気は、燃焼器上流部から導入され燃料の酸化反応に用いられる燃焼用空気と、供給通路１５を通り燃焼器下流部に導入され燃焼ガスを希釈する希釈空気とに分流され、供給される。起動燃焼器６から排出される燃焼ガスは下流の改質器７、シフト反応器８、ＣＯ選択酸化反応器９内を流通し、燃焼ガスの熱との熱交換によりこれらは昇温する。
【００１７】
燃料電池システム１の運転を制御するためのコントローラ３０が設置される。コントローラ３０は、マイクロコンピュータを内蔵しており、燃焼ガスの温度を検出する温度センサ１８、改質器７から排出される改質ガスの温度を検出する温度センサ１９、シフト反応器８から排出される改質ガスの温度を検出する温度センサ２０およびＣＯ選択酸化反応器９から排出される改質ガスの温度を検出するための温度センサ２１からの信号が入力される。コントローラ３０は、これら検出された温度を基に起動燃焼器６及び改質器７に供給される燃料流量を制御する制御弁１６、１７、燃料電池２に供給される空気流量を制御する空気制御弁１２、起動燃焼器６に供給される燃焼用の空気流量を制御する空気制御弁１３および燃焼ガス希釈用の空気流量を制御する空気制御弁１４、さらには燃料電池２への改質ガスの供給を制御する改質ガス切換制御弁２２の作動を制御する。
【００１８】
次に、燃料改質装置５０の起動法について説明する。
【００１９】
起動時の起動燃焼器への燃料流量、空気流量、および燃焼により生成され燃料改質装置に供給される燃焼ガス流量、燃焼ガス温度をそれぞれ図３に示す。
【００２０】
起動運転中に燃料改質装置５０に供給する燃焼ガス温度は、図３に示すように起動からの時間の経過とともに段階的に上昇する。燃焼ガスの温度上昇は、時間の経過とともに、ＣＯ除去部４０が暖機を終えるまで継続される。この際、燃焼ガス温度は起動燃焼器６へ供給する燃料量で制御される。ここで、起動燃焼器６へ供給される燃焼用空気と燃料の割合は空気過剰側でほぼ一定に、すなわち燃料流量の増加に伴い空気流量も増加するよう設定される。また、燃焼器下流部より導入される希釈空気流量は、コンプレッサ５から供給される一定の空気流量から燃焼用空気流量を差し引いた流量に設定される。なお、希釈空気を用いず燃焼用空気流量を一定とし、起動燃焼器６での空気過剰率が燃料流量に応じて空気過剰側で変化するように構成しても良い。
【００２１】
次に、燃料改質装置各要素の昇温過程を図４に示す。
【００２２】
図４に示す燃料改質装置各要素の昇温結果では、改質器７、シフト反応器８、ＣＯ選択酸化反応器９ともに、過昇温されることなく所定の温度、それぞれ約６５０〜８５０℃、約２４０〜３８０℃、約１００〜１５０℃まで昇温される。
【００２３】
ここで本発明の作用を詳しく説明する。燃焼ガスから燃料改質器要素に伝達される熱量Ｑは、以下の式で表される。
【００２４】
Ｑ＝ｈＡ（Ｔｇ−Ｔｃ）
ここで、ｈは熱伝達率、Ａは燃料改質器要素が燃焼ガスと接する面積、Ｔｇは燃焼ガス温度、Ｔｃは改質装置要素温度である。
【００２５】
ある改質装置要素において燃焼ガスと要素の温度差が小さい程、要素に伝達される熱量は小さく、言い換えるとその要素内で燃焼ガスが奪われる熱量が少なく、高温の燃焼ガスを下流の反応器へと供給することができ、その結果、下流に配置された反応器を昇温することができる。
【００２６】
起動開始直後には、先ず、起動燃焼器６から供給される燃焼ガスの温度ＴｇはＣＯ選択酸化反応器９の作動に適した温度Ｔｃ３（約１００〜１５０℃）と、シフト反応器の作動に適した温度Ｔｃ２（約２４０〜３８０℃）との間の所定の温度Ｔｇ３（たとえば約２００℃）に設定される（時刻ｔ１）。したがって、改質器７およびシフト反応器８と燃焼ガスとの温度差を小さく抑え、燃焼ガス温度を大きく低下させることなく燃焼ガスをＣＯ選択酸化反応器９まで流通させることができ、ＣＯ選択酸化反応器９の昇温をおこなうことができる。
【００２７】
次に、燃焼ガス温度Ｔｇはシフト反応器の作動に適した温度Ｔｃ２と、改質器の作動に適した温度Ｔｃ１（約６５０〜８５０℃）との間の所定の温度Ｔｇ２（たとえば約５００℃）に設定させる（時刻ｔ２）。これにより、改質器７およびシフト反応器８と燃焼ガスの温度差を増大し、これら要素の昇温をおこなう。この際、改質器７とシフト反応器８の温度が充分に昇温されるまでは燃焼ガスの持つ顕熱はシフト反応器８までの熱交換よりほぼ奪われ、下流に位置するＣＯ選択酸化反応器９を過昇温することはない。
【００２８】
最後に、供給する燃焼ガス温度Ｔｇが最上流に位置する改質器７の作動に適した温度Ｔｃ１より高い所定の温度Ｔｇ１（たとえば約９００℃）に設定させる（時刻ｔ３）。したがって、改質器７と燃焼ガスとの温度差が増大し、燃焼ガスの熱が改質器７に伝熱し、改質器７はさらに昇温する。この際、改質器７の温度が充分に昇温されるまでは燃焼ガスの持つ顕熱は、改質器７との熱交換によりほぼ奪われ、下流に位置するシフト反応器８、ＣＯ選択酸化反応器９を過昇温することはない。
【００２９】
なお、ＣＯ選択酸化反応器から排出された燃焼ガスは、切り換え制御弁２２の作用により大気中に放出される。
【００３０】
コントローラ３０は燃焼ガス温度が図５に示す予め作成された起動時からの経過時間に対応した段階的に上昇する目標燃焼ガス温度となるように、図６に示す燃料流量と燃焼ガス温度との関係から燃料流量を算出し、算出した燃料流量となるように制御を行う。ここで、図６の燃料流量と燃焼ガス温度との関係は、燃料流量の増加に対してほぼ一定割合で、燃焼ガス温度が上昇する。図６の燃料流量と燃焼ガス温度との関係は、燃焼ガス温度センサ１８にて計測された燃焼ガス温度を用いて補正するよう設定することもできる。
【００３１】
また、目標燃焼ガス温度は各反応器出口で反応器から排出される改質ガスの温度を検出する温度センサ１９、２０、２１により検出される。この検出された改質ガス温度に基づき、図７に示す反応器出口での改質ガス温度と目標燃焼ガス温度との関係を用いて設定してもよい。図７に示すように、目標燃焼ガス温度は各反応器の出口での改質ガス温度に応じて段階的に昇温する。
【００３２】
ＣＯ選択酸化反応器９の温度を間接的に検出し、起動燃焼器６から燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度をＣＯ選択酸化反応器９から排出される改質ガス温度に応じて上昇させることで、燃料改質装置中の下流に位置するために、特に昇温が困難になりがちなＣＯ選択酸化反応器９が作動温度に達した後、燃焼ガス温度をそれより上流の各反応器７、８の昇温に適した温度に上昇させるように制御することが可能となり、燃料改質装置５０の各要素７、８、９を動作に適した温度（例えば、触媒の活性温度）に確実に昇温できる。
【００３３】
さらに、シフト反応器８の温度を間接的に検出し、起動燃焼器６から燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度をシフト反応器８から排出される改質ガスの温度に応じて上昇させることで、シフト反応器８が作動温度に達した後、燃焼ガス温度をそれより上流の改質器７の昇温に適した温度に上昇させるように制御することが可能となり、燃料改質装置各要素７、８、９を動作に適した温度に確実に昇温できる。
【００３４】
また、起動燃焼器６から燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度は、必ずしも図３のように段階的に変化させる必要は無く、図８のように徐々に変化させるよう設定しても良い。
【００３５】
以上説明した本実施形態は、請求項１から６及び請求項９から１２に対応するものである。本実施形態では、起動開始直後には、先ず、起動燃焼器６から燃料改質装置５０に供給する燃焼ガス温度を燃料改質装置中の最下流に位置するＣＯ選択酸化反応器９の作動に適した温度とほぼ等しく設定し、燃料改質装置全体を加熱する。したがって、ＣＯ選択酸化反応器９の上流に配置された反応器７、８の過昇温を招くことなく、ＣＯ選択酸化反応器の昇温を充分におこなうことができる。
【００３６】
次に、供給する燃焼ガス温度を燃料改質装置中の中間に位置するシフト反応器８の作動に適した温度とほぼ等しく上昇させることでシフト反応器８から上流側の改質器７をさらに昇温する。この際、シフト反応器８の温度が暖機を終えるまでは燃焼ガスの顕熱は、シフト反応器８までの熱交換によりほぼ奪われ、燃焼ガスの熱により下流に位置するＣＯ選択酸化反応器９が過昇温することはない。
【００３７】
最後に、供給する燃焼ガス温度を最上流に位置する改質器７の作動に適した所定の温度より上昇させることで改質器７をさらに昇温する。この際、改質器７の温度が暖機を終えるまでは燃焼ガスの顕熱は改質器７との熱交換によりほぼ奪われ、燃焼ガスの熱により下流に位置する反応器８、９が過昇温することはない。
【００３８】
このように、起動からの時間に応じて燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度を上昇させるように制御することで、燃料電池システムの複雑化を招くことなく燃焼ガスのみによって、各反応器が過昇温することなく下流側に配置された反応器から順次その動作に適した温度へ昇温することができる。その結果、燃料電池システムの耐久性を向上することができる。
【００３９】
また、燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度が起動燃焼器６に供給する空気量および燃料量で制御されることにより、容易に燃焼ガス温度が制御される。起動期間中に、起動燃焼器６に供給される空気量は一定または起動からの時間に応じて減少するのに対し、起動燃焼器６に供給する燃料量は起動からの時間に応じて増大させ、燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度を上昇させるように制御することで、燃料改質装置５０の各反応器７、８、９を動作に適した温度へ昇温できる。
【００４０】
さらに、このとき起動燃焼器６に供給する空気量が一定または起動からの時間に応じて減少されるので、起動過程の後期に比べその初期において過度に燃料量が低く設定されることが無く、起動時間が大幅に遅延されることがない。その結果、燃料電池システムの短時間での確実な昇温を図りつつ、耐久性を向上することができる。
【００４１】
第２の実施形態での燃料改質装置の起動法について説明する。燃料電池システム１の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００４２】
起動時の起動燃焼器６への燃料流量、空気流量、および燃焼により生成され燃料改質装置５０に供給される燃焼ガス流量、燃焼ガス温度を図９に示す。本実施形態では、起動時からの経過時間に応じて供給ガス流量を低減させつつ燃焼ガス温度を上昇させる点、および燃料電池２を燃料改質装置５０と同時に昇温する点が第１の実施形態と異なる。
【００４３】
本実施形態による燃料改質装置５０の各要素の昇温過程を図１０に示す。燃料電池２を燃料改質装置５０と同時に昇温するため、起動初期において起動燃焼器６から供給する燃焼ガス温度Ｔｇはスタック２の作動に適した温度Ｔｃ４（約８０℃）とＣＯ選択酸化反応器９の作動に適した温度Ｔｃ３との間の温度Ｔｇ４（たとえば約１００℃）に設定される。この結果、改質器７、シフト反応器８、ＣＯ選択酸化反応器９、燃料電池２ともに、過昇温されることなく所定の温度まで昇温される（時刻ｔ１）。
【００４４】
ここで、コントローラ３０は、燃焼ガス温度が図５に示す予め作成された起動からの時間による目標燃焼ガス温度となるように図１１に示す空気過剰率と燃焼ガス温度との関係から空気過剰率を算出し、制御を行う。ここで、図１１の空気過剰率と燃焼ガス温度との関係は、燃焼ガス温度センサ１８にて計測された燃焼ガス温度を用いて補正するよう設定することもできる。
【００４５】
また、目標燃焼ガス温度は各反応器から排出される改質ガスの温度を温度センサ１９、２０、２１により検出し、検出した改質ガスの温度に基づき、図７に示す反応器出口ガス温度と目標燃焼ガス温度との関係を用いて設定してもよい。
【００４６】
また、起動燃焼器６から燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度は、必ずしも図８のように段階的に変化させる必要は無く、図１２のように徐々に変化させても良い。
【００４７】
請求項８に対応する本実施形態によれば、燃料改質装置５０を流通した燃焼ガスを燃料電池２に供給するよう構成し、起動開始直後には、先ず、起動燃焼器６から供給する燃焼ガス温度をスタック２の作動に適した所定の温度とほぼ等しく設定し、燃料改質装置５０およびスタック２全体を加熱することで、燃料改質装置５０と燃料電池２の昇温を同時に適切に制御することが可能となる。
【００４８】
つぎに、第３の実施形態での燃料改質装置の起動法について説明する。
【００４９】
図１３に示すように本実施形態では、第１の実施形態の構成に対して、起動時に改質器７の触媒を燃焼ガスを生成する燃焼触媒として用い、改質器７が起動燃焼器を兼ねる構成としている。また、燃料改質装置５０に供給する燃焼ガス温度の制御は、起動燃焼器を兼ねる改質器７の下流に導入する希釈空気量で行う構成としている。この希釈空気導入経路１５は、起動後の燃料改質運転のために改質器７とその下流に設置された反応器の間には空気導入経路が設けられているため、これを用いることが可能であり、新たに設ける必要が無い。
【００５０】
本実施形態による起動時の改質器７への燃料流量、空気流量、および燃焼により生成され燃料改質装置５０に供給される燃焼ガス流量、燃焼ガス温度を図１４に、燃料改質装置各要素の昇温過程を図１５に示す。改質器、シフト反応器、選択酸化反応器ともに、過昇温されることなく所定の温度まで昇温される。
【００５１】
請求項７に対応する第３の実施形態によれば、起動時に改質器７に収装された触媒を燃焼ガスを生成する燃焼触媒として用い、改質器７が起動燃焼器を兼ねる構成することで、起動燃焼器６に供給する燃料量や燃焼器下流に供給する希釈空気による燃焼ガス温度の制御をより容易におこなうことができる。
【００５２】
また、起動後の燃料改質運転のために改質器７とその下流に配置した反応器８、９の間には空気導入経路が設けられているため、これを起動燃焼器の希釈空気導入経路として用いることが可能であり、起動運転用に新たに空気導入経路を設ける必要が無く、装置構成の簡素化が図れる。
【００５３】
燃焼器６に供給する燃料量や燃焼器内下流側に供給する希釈空気による燃焼ガス温度の制御をより単純におこなう事ができる。その結果、簡素な構成により燃料電池システムの耐久性を向上しつつ確実な起動を行うことができる。
【００５４】
上記の通り、本発明によれば、起動時からの経過時間に応じて燃料改質装置５０へ供給する燃焼ガス温度を上昇させるよう設定することで、燃料改質装置の各反応器７、８、９が過昇温を招くことなく、その動作に適した温度へ昇温でき、耐久性を向上しつつ燃料改質装置全体を短時間で起動することができる。
【００５５】
尚、以上には、本発明の燃料改質装置５０が、改質器７、シフト反応器８、ＣＯ選択酸化反応器９とから構成される実施形態について説明したが、その他の、複数の構成要素が直列的に配置された燃料改質装置の起動法にも適用できる。
【００５６】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す燃料電池システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における起動燃焼器の構成図である。
【図３】本発明における起動時の燃焼器への燃料および空気流量、燃焼ガスの流量および温度を示す図である。
【図４】本発明における燃料改質装置各要素の昇温過程を示す図である。
【図５】本発明における起動後時間と目標燃焼ガス温度との関係を示すマップデータである。
【図６】本発明における燃焼器への燃料流量と燃焼ガス温度との関係を示す特性図である。
【図７】本発明における反応器出口ガス温度と目標燃焼ガス温度との関係を示すマップデータである。
【図８】本発明における起動時の燃焼器への燃料および空気流量、燃焼ガスの流量および温度の制御の変形例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における起動時の燃焼器への燃料および空気流量、燃焼ガスの流量および温度を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における燃料改質装置各要素の昇温過程を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における希釈空気量と燃焼ガス温度との関係を示す特性図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態における起動時の燃焼器への燃料および空気流量、燃焼ガスの流量および温度の制御の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を示す燃料電池システムのブロック図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態における起動時の燃焼器への燃料および空気流量、燃焼ガスの流量および温度を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態における燃料改質装置各要素の昇温過程を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
３  燃料極
４  空気極
５  コンプレッサ
６  起動燃焼器
７  改質器
８  シフト反応器
９  ＣＯ選択酸化反応器
１０  燃料タンク
１１  燃料ポンプ
１２  空気制御弁
１３  空気制御弁
１４  燃焼ガス希釈空気制御弁
１５  燃焼ガス希釈空気通路
１６  燃料制御弁
１７  燃料制御弁
１８  燃焼ガス温度センサ
１９  改質器内ガス温度センサ
２０  シフト反応器内ガス温度センサ
３０  コントローラ
４０  ＣＯ除去部
５０  燃料改質装置
【図１】
0004363002.tif 000002
【図２】
0004363002.tif 000003
【図３】
0004363002.tif 000004
【図４】
0004363002.tif 000005
【図５】
0004363002.tif 000006
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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