JP2003229162A

JP2003229162A - 改質型燃料電池システム

Info

Publication number: JP2003229162A
Application number: JP2002023788A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Iio; 雅俊飯尾
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】低負荷およびアイドル状態から高負荷へ移行
する際に応答良く改質反応を行えるようにする。【解決手段】改質反応器４と、一酸化炭素除去器５と
を備える改質型燃料電池システムにおいて、一酸化炭素
除去器５を通った改質ガスを循環させる循環路５０を備
え、循環路５０の途中にポンプ５１および循環させる改
質ガスと空気とを混合するミキサ室５２を設け、循環さ
せる改質ガスと空気とを混合して、改質反応器４および
一酸化炭素除去器５の少なくともどちらか一方に導入す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、改質型燃料電池
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化水素系燃料と水とからなる改質用原
料を改質して発電を行う改質型燃料電池システムにおい
て、改質反応器の性能低下を防止するために、改質ガス
の一部を改質反応器に再循環するものがある（特開２０
００−３２３１６４号等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では、循環する改質ガスと改質反応のため
に供給する空気とが別々に供給されるため、例えば改質
ガス量の少ない低負荷で運転する場合、改質反応器の入
口で改質ガスと空気とを均等に分配することができな
い。そのため、改質反応器の一部でしか発熱反応である
部分酸化反応を生じることができず、反応器内の温度分
布に偏りを生じていた。したがって、改質ガスを循環さ
せることによって反応を進めていても、温度の低い部位
によって、低負荷から改質ガス量の増える高負荷へ移行
する際に応答良く改質反応を行えず、応答時間が長くか
かるという問題があった。

【０００４】この発明は、低負荷およびアイドル状態か
ら高負荷へ移行する際に応答良く改質反応を行えるよう
にすることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、空気を供
給する空気供給装置と、炭化水素系燃料を基に水素を含
む改質ガスを発生させる改質反応器と、改質反応器より
の改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分を除去する一酸
化炭素除去器とを備え、空気供給装置からの空気と、一
酸化炭素除去器を通った改質ガスとを燃料電池に導入し
て発電する改質型燃料電池システムにおいて、前記一酸
化炭素除去器を通った改質ガスを循環させる循環路を備
え、循環路の途中にポンプおよび循環させる改質ガスと
空気とを混合するミキサ室を設け、循環させる改質ガス
と空気とを混合して、改質反応器および一酸化炭素除去
器の少なくともどちらか一方に導入するようにした。

【０００６】第２の発明は、第１の発明において、前記
一酸化炭素除去器を通った改質ガスを燃料電池に導く改
質ガス供給流路の途中に弁装置を備え、この改質ガス供
給流路の弁装置の上流より改質ガスを排出する戻し路に
弁装置を備え、燃料電池により発電しない場合、前記改
質ガス供給流路の弁装置を閉じ、前記戻し路の弁装置を
開いた状態で、前記循環路を介しての改質ガスの循環を
行うようにした。

【０００７】第３の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記循環路は、改質反応器内に設けられるミキサ部
および一酸化炭素除去器内に設けられるミキサ部の少な
くともどちらか一方に接続する。

【０００８】第４の発明は、第１〜第３の発明におい
て、前記空気供給装置からの空気をそれぞれ弁装置を介
して改質反応器内のミキサ部および一酸化炭素除去器内
のミキサ部に導入する導入路を備えており、前記循環路
は、該当する導入路に接続する。

【０００９】第５の発明は、第１〜第４の発明におい
て、前記改質反応器の温度状態を計測する温度計測器を
備え、この計測温度が設定温度範囲にあるように、改質
ガスの循環および改質ガスと混合する空気量を制御す
る。

【００１０】第６の発明は、第１〜第５の発明におい
て、前記改質反応器の温度状態を計測する温度計測器を
備え、この計測温度が設定温度以下の場合、前記ミキサ
室に燃料を投入する。

【００１１】第７の発明は、第１〜第６の発明におい
て、前記ミキサ室に酸化反応を生じさせる触媒と燃料噴
射弁とを備える。

【００１２】第８の発明は、第１、第２の発明におい
て、前記ミキサ室に燃料噴射弁を備え、前記改質反応器
の上流部よりガスをミキサ室に導入させてミキサ室より
改質反応器および一酸化炭素除去器の逆流方向に逆循環
可能にした。

【００１３】

【発明の効果】第１の発明では、循環改質ガスと空気と
の混合ガスが循環路の途中に設けられたミキサ室によっ
て、改質反応器や一酸化炭素除去器に均一に分散供給さ
れ、酸化反応されるので、改質反応器や一酸化炭素除去
器の大きな領域が均等に加熱され、偏りなく温度維持で
きる。したがって、アイドル運転や低負荷運転から高負
荷運転に移行する際に、応答良く改質反応を行える。

【００１４】第２の発明では、改質途中ガス、未反応ガ
スを燃料電池側に流すことなく、アイドル運転時に改質
反応器や一酸化炭素除去器の温度を偏りなく維持でき
る。

【００１５】第３の発明では、循環改質ガスと空気との
混合ガスが改質反応器の空気ミキサや一酸化炭素除去器
の空気ミキサによってさらに均質化して循環させること
ができる。

【００１６】第４の発明では、構造を簡素化できる。

【００１７】第５の発明では、効率的に改質ガス中の水
素，一酸化炭素，メタン等の可燃ガスを燃焼させること
ができ、少ない反応量で改質反応器や一酸化炭素除去器
の温度を維持できる。

【００１８】第６の発明では、循環改質ガス中に可燃ガ
スが無くなった後、可燃ガスを供給して、改質反応器や
一酸化炭素除去器を長時間温度維持できる。

【００１９】第７の発明では、ミキサ室に備えた触媒の
酸化反応により燃料の気化熱を賄えるため、通常の改質
反応に用いる容量の大きな蒸発器を稼動温度に維持して
おく必要がなく、その分燃料を節約できる。また、蒸発
器の暖機途中や再起動時等に、ミキサ室から気化した燃
料を供給できるため、改質反応器の応答時間を短くする
ことが可能になる。

【００２０】第８の発明では、比較的高温の改質反応器
からの高温のガスにより燃料を蒸発できるので、通常の
改質反応に用いる容量の大きな蒸発器を稼動温度に維持
しておく必要がなく、その分燃料を節約できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。

【００２２】図１は、第１の実施の形態の燃料電池シス
テムを示す。

【００２３】このシステムには、炭化水素系燃料（メタ
ノール、エタノール、ガソリン、天然ガス等）の燃料タ
ンク８、水タンク９、空気供給装置（例えば、コンプレ
ッサまたはブロア）７、燃料電池（燃料電池スタック）
２、蒸発器３、改質反応器４、一酸化炭素除去器５、熱
交換器６、燃焼器１等が備えられる。

【００２４】蒸発器３は、燃料タンク８から燃料噴射弁
７２を介して供給された炭化水素系燃料、水タンク９か
ら水噴射弁７４を介して供給された水を加熱蒸発させ
る。

【００２５】蒸発器３で蒸発させた原料を改質反応器４
に供給する原料供給路２０には、流量制御弁２１が設け
られる。

【００２６】改質反応器４は、蒸発器３で蒸発させた原
料と、空気供給装置７から導入路１０、流量制御弁１１
を介して空気とが供給され、これらを反応させて水素リ
ッチな改質ガスを生成する。導入路１０よりの空気の流
入部には、改質反応器４に空気を分散供給する空気ミキ
サ１２が設けられる。

【００２７】一酸化炭素除去器５は、改質反応器４で改
質された改質ガス中の一酸化炭素を、空気供給装置７か
ら導入路１３、流量制御弁１４を介して供給される空気
中の酸素と反応させて除去する。導入路１３よりの空気
の流入部には、一酸化炭素除去器５に空気を分散供給す
る空気ミキサ１５が設けられる。

【００２８】熱交換器６は、一酸化炭素除去器５で一酸
化炭素を除去された改質ガスを適正温度にするように冷
却する。

【００２９】燃料電池２は、空気極側に空気供給流路４
０を介して空気供給装置７からの空気が、水素極側に改
質ガス供給流路４１を介して熱交換器６を通った改質ガ
スが供給され、発電する。燃料電池２から排出される排
空気ならびに排水素は、燃焼器１に導かれ、その燃焼熱
は蒸発器３での蒸発用に用いられる。

【００３０】改質ガス供給流路４１の途中には流量制御
弁６０が設けられ、改質ガス供給流路４１の流量制御弁
６０の上流より燃焼器１に通じる戻し路４２に流量制御
弁６１が設けられる。

【００３１】そして、改質ガス供給流路４１の流量制御
弁６０の上流にて改質ガス供給流路４１を分岐して熱交
換器６を通った改質ガスを循環させる循環路５０が形成
される。循環路５０は、途中にポンプ５１およびミキサ
室５２が設けられ、改質反応器４および一酸化炭素除去
器５に接続される。ミキサ室５２には空気供給装置７か
ら導入路６３、流量制御弁６２を介して空気が供給さ
れ、改質ガスと空気とを混合させる。循環路５０は、改
質ガスと空気との混合ガスを改質反応器４の空気ミキサ
１２および一酸化炭素除去器５の空気ミキサ１５に導入
するように接続される。

【００３２】この場合、循環路５０は、前記導入路１０
および導入路１３に接続するようにして良い。

【００３３】また、ミキサ室５２は蒸発器３と燃料投入
路５５を介して接続され、燃料投入路５５に流量制御弁
２２が設けられる。

【００３４】一方、改質反応器４の温度状態を計測する
温度センサ４５が設けられる。この温度センサ４５は、
改質反応器４内あるいは改質反応器４の出口あるいは図
のように一酸化炭素除去器５の出口に設けられる。

【００３５】コントローラ８０により、燃料電池２に要
求される発電電力量に基づき、蒸発器３への燃料供給
量、水供給量、空気供給装置７、および流量制御弁２
１，１１，１４，６０，６１等が制御される。また、温
度センサ４５の計測値に基づき、循環路５０のポンプ５
１、導入路６３の流量制御弁６２、燃料投入路５５の流
量制御弁２２等が制御される。

【００３６】次に、コントローラ８０による制御内容を
図２〜図４のフローチャートに基づいて説明する。

【００３７】図２〜図４は、通常運転よりアイドル運転
に移行する際およびアイドル運転中の処理を示す。ま
た、アイドル運転より通常運転に移行する際の処理を示
す。

【００３８】アイドル（燃料電池２の発電停止）指令が
あると、ステップ１にて燃料電池２の出力を０まで徐々
に減少する。

【００３９】ステップ２にて、蒸発器３への燃料供給、
水供給を停止する。

【００４０】ステップ３では、燃料電池２の発電を停止
した後、改質ガス、改質途中ガス、未反応ガスを燃料電
池２側に流さないため、改質ガス供給流路４１の流量制
御弁６０、導入路１０の流量制御弁１１、導入路１３の
流量制御弁１４を閉じる。

【００４１】ステップ４では、反応による改質反応器４
内部ガスの体積増加で改質反応器４内の圧力が過度に上
昇しないように、戻し路４２の流量制御弁６１を開く。

【００４２】ステップ５では、循環路５０のポンプ５１
を稼動し、改質反応器４および一酸化炭素除去器５にお
ける水蒸気改質反応（例えばメタノールの場合、ＣＨ₃
ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂）・シフト反応（ＣＯ＋Ｈ₂
Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂）等の反応によって、改質反応器４およ
び一酸化炭素除去器５の温度分布が大きく偏らないよう
に、循環流を与える。

【００４３】循環改質ガス（改質途中ガス、蒸発器３内
の原料蒸気等を含む）は、改質反応器４の空気ミキサ１
２および一酸化炭素除去器５の空気ミキサ１５によっ
て、改質反応器４および一酸化炭素除去器５に均一に分
散流入する。

【００４４】ステップ６では、アイドル運転の終了（通
常運転に移行）かどうかを判定して、通常運転に移行す
る場合は、ステップ１６以降に進む（後述する）。

【００４５】一方、アイドル運転の継続の場合は、ステ
ップ７にて、温度センサ４５の計測温度が所定温度Ｔ１
以上かを見る。この所定温度Ｔ１は、改質反応器４がア
イドル状態から改質運転状態に目標時間内に移行可能な
温度に設定してある。

【００４６】温度センサ４５の計測温度が所定温度Ｔ１
以上の場合は、改質反応器４が改質運転状態に目標時間
内に移行可能なため、そのまま通常運転に移行するのを
待つ。これに対し、温度センサ４５の計測温度が所定
温度Ｔ１を下回った場合には、ステップ８にて、導入路
６３の流量制御弁６２を開き、ミキサ室５２に空気を導
入して、循環改質ガスと予混合して、混合ガスを改質反
応器４および一酸化炭素除去器５に送る。

【００４７】改質反応器４、一酸化炭素除去器５および
配管等からの放熱により、改質反応器４、一酸化炭素除
去器５の温度は徐々に低下するが、循環改質ガスと空気
とを予混合して、混合ガスを改質反応器４の空気ミキサ
１２および一酸化炭素除去器５の空気ミキサ１５によっ
て、改質反応器４および一酸化炭素除去器５に均一に分
散供給して、改質反応器４および一酸化炭素除去器５で
酸化反応させる。この反応熱は、循環流によって改質反
応器４および一酸化炭素除去器５内に拡散され、これに
よって、改質反応器４および一酸化炭素除去器５の温度
は偏りなく上昇される。

【００４８】このように、温度センサ４５の計測温度が
設定温度範囲にあるように改質ガスの循環および改質ガ
スと混合する空気の導入を制御する。そのため、効率的
に改質ガス中の水素，一酸化炭素，メタン等の可燃ガス
を燃焼させることができ、少ない反応量で改質反応器４
および一酸化炭素除去器５の温度を維持できる。この場
合、温度センサ４５の計測温度にしたがって、空気量を
制御して良い。

【００４９】ステップ９では、ステップ８の処理後、温
度センサ４５の計測温度が再び所定温度Ｔ１を下回った
かを見る。

【００５０】温度センサ４５の計測温度が所定温度Ｔ１
以上の場合は、改質反応器４が改質運転状態に目標時間
内に移行可能なため、ステップ６に戻り、そのまま通常
運転に移行するのを待つ。

【００５１】これに対し、温度センサ４５の計測温度が
再び所定温度Ｔ１を下回った場合には、ステップ１０〜
１２に進み、蒸発器３とミキサ室５２とを接続する燃料
投入路５５の流量制御弁２２を開く一方、蒸発器３と改
質反応器４とを接続する原料供給路２０の流量制御弁２
１を閉じて、蒸発器３へアイドル運転に必要な燃料（所
定時間で改質反応器４を所定温度Ｔ１に昇温させられる
量）を供給する。

【００５２】アイドル運転が継続すると、前記酸化反応
に用いる残留改質ガスや蒸発器３に残っている燃料（蒸
気）が無くなるため、空気を導入しても改質反応器４お
よび一酸化炭素除去器５の温度は維持できなくなるが、
この場合、新たな燃料を蒸発器３に供給し、蒸気化した
後ミキサ室５２に導入し、予混合して改質反応器４およ
び一酸化炭素除去器５に送る。これによって、改質反応
器４および一酸化炭素除去器５で酸化反応して、改質反
応器４および一酸化炭素除去器５の温度は十分に昇温さ
れる。

【００５３】ステップ１３では、アイドル運転の終了
（通常運転に移行）かどうかを判定して、通常運転に移
行する場合は、ステップ１９以降に進む（後述する）。

【００５４】一方、アイドル運転の継続の場合は、ステ
ップ１４にて、温度センサ４５の計測温度が所定温度Ｔ
２よりも高くなったかを見る。この所定温度Ｔ２は、Ｔ
１と同じで良いが、予め燃料の断続運転の時間設定に基
づいて決定するようにして良い。

【００５５】温度センサ４５の計測温度が所定温度Ｔ２
よりも高くなった場合は、ステップ１５にて蒸発器３へ
の燃料の供給を停止し、所定温度Ｔ２以下になるとステ
ップ１２にて再び蒸発器３へ燃料を供給し、通常運転に
移行するのを待つ。

【００５６】ステップ１６では循環路５０のポンプ５１
を停止し、ステップ１７では戻し路４２の流量制御弁６
１、導入路６３の流量制御弁６２を閉じ、ステップ１８
では改質ガス供給流路４１の流量制御弁６０を開き、ス
テップ２２では蒸発器３への燃料供給、水供給を再開
し、ステップ２３では導入路１０の流量制御弁１１、導
入路１３の流量制御弁１４を開く。

【００５７】ステップ１９では循環路５０のポンプ５１
を停止し、ステップ２０では燃料投入路５５の流量制御
弁２２、戻し路４２の流量制御弁６１、導入路６３の流
量制御弁６２を閉じ、ステップ２１では原料供給路２０
の流量制御弁２１、改質ガス供給流路４１の流量制御弁
６０を開き、ステップ２２では蒸発器３への燃料供給、
水供給を再開し、ステップ２３では導入路１０の流量制
御弁１１、導入路１３の流量制御弁１４を開く。

【００５８】なお、戻し路４２の流量制御弁６１は、ア
イドル運転中に、蒸発器３で改質反応器４および一酸化
炭素除去器５が反応温度に維持可能な発熱量を得るのに
必要な燃料量を蒸発できる分だけ可燃ガスを燃焼器１へ
供給できるような、オリフィスサイズを有する。

【００５９】このように構成したため、改質ガスを循環
路５０を通じて循環することで、単に、改質ガス供給流
路４１の流量制御弁６０を閉じることで改質反応器４内
の流れを止めた場合には、温度センサ４５で滞留してい
るガス温度を測定することになり、改質反応器４および
一酸化炭素除去器５の温度を測定することはできない
が、改質ガスを循環させることで、改質反応器４および
一酸化炭素除去器５の温度に近い温度を温度センサ４５
で計測することができる。

【００６０】アイドル運転に移行した際には、改質ガス
があり、改質反応器４内部に改質途中ガスがあり、さら
に蒸発器３の中に残留している燃料が蒸発器３に蓄えら
れた予熱で蒸発することから、これらの可燃ガスを循環
ポンプ５１で循環し、空気を混合させ、改質反応器４と
一酸化炭素除去器５で酸化反応させることで、改質反応
器４および一酸化炭素除去器５の温度を維持できる。

【００６１】また、混合ガスの改質反応器４および一酸
化炭素除去器５への導入に、改質運転中は空気を改質反
応器４および一酸化炭素除去器５に均等に分散導入する
ために備えられているミキサ１２および１５を介して流
すので、混合ガスを改質反応器４および一酸化炭素除去
器５に均等に分散供給することができる。

【００６２】また、可燃ガスと空気を混合してから改質
反応器４および一酸化炭素除去器５に供給するため、供
給するガスの総量が増えるので、ミキサ１２、１５が通
常の運転時における空気流量で分散が最適になるように
設計されている場合においても、改質反応器４および一
酸化炭素除去器５内での反応する領域が大きくなり、改
質反応器４および一酸化炭素除去器５の大きな領域を均
等に加熱して、温度維持できる。

【００６３】これにより、改質反応器４および一酸化炭
素除去器５を、アイドル状態から改質ガスを供給する通
常の運転に速やかに移行できる温度に偏りなく維持でき
る。

【００６４】また、循環される改質ガス中には、水蒸気
も残留しているため、燃料の酸化反応の際に発生するす
すの発生を抑制することができる。

【００６５】したがって、アイドル運転から通常運転、
高負荷運転に移行する際に、応答良く改質反応を行え
る。また、残ガスを利用しているので、無駄に燃料を消
費することもなく、アイドル運転の燃費を向上すること
ができる。

【００６６】なお、循環路５０を導入路１０および導入
路１３に接続して、導入路１０、導入路１３を介して循
環改質ガスを空気ミキサ１２、空気ミキサ１５に導入す
るようにすれば、構造を簡素化できる。

【００６７】実施の形態では、アイドル運転を説明した
が、低負荷運転時に、熱交換器６を通った改質ガスの一
部を循環路５０に導き、ミキサ室５２にて空気と予混合
して、改質反応器４および一酸化炭素除去器５に循環さ
せるようにして良い。この場合、改質ガス供給流路４１
の流量制御弁６０は開き、導入路１０の流量制御弁１１
および導入路１３の流量制御弁１４は、ミキサ室５２に
導入する空気量に応じて改質反応器４および一酸化炭素
除去器５に供給する空気量を減じるようにする。

【００６８】このようにすれば、低負荷運転から高負荷
運転への移行時にも、応答良く改質反応を行える。

【００６９】また、循環改質ガスは、改質反応器４およ
び一酸化炭素除去器５の両方に導入するようにしたが、
一方に導入するようにしても良い。改質反応器４には、
蒸発器３からの燃料が流入することから、例えば空気の
みを導入することによって、改質反応器４の温度を所定
温度に維持でき、循環改質ガスを一酸化炭素除去器５に
導入することによって、一酸化炭素除去器５の温度を所
定温度に維持できる。また、改質反応器４に循環改質ガ
スを導入すれば、その反応熱が一酸化炭素除去器５に送
られて、一酸化炭素除去器５の温度を所定温度に維持で
きる。

【００７０】図５は、本発明の第２の実施の形態を示
す。これは、前記燃料投入路５５、流量制御弁２２を備
える代わりに、循環路５０のミキサ室５２内に、酸化反
応を生じる触媒８２を備え、この触媒８２下流に燃料タ
ンク８よりの燃料を噴射する燃料噴射弁８４を配置した
ものである。その他の構成は前図１と同じである。

【００７１】即ち、ミキサ室５２内に備えた酸化触媒８
２によって、循環路５０を循環する循環改質ガス中に残
存する水素等の可燃ガス成分を酸化することで、循環改
質ガスを昇温し、昇温したガスの顕熱を用いて、燃料噴
射弁８４から噴射した燃料を気化し、空気供給装置７か
ら導入路６３、流量制御弁６２を介して供給された空気
と共に循環改質ガスと予混合して、改質反応器４および
一酸化炭素除去器５に供給して、酸化反応を生じさせる
ことで、改質反応器４および一酸化炭素除去器５の温度
を維持する熱を発生させる。

【００７２】このようにすれば、アイドル状態にて、蒸
発器３を用いて燃料を蒸発することなく、ミキサ室５２
内に備えた触媒８２の酸化反応により燃料を気化して、
改質反応器４および一酸化炭素除去器での反応に用いる
ことができるので、通常の改質反応に用いる容量の大き
な蒸発器３を稼動温度に維持しておく必要がなく、その
分燃料を節約できる。

【００７３】また、ミキサ室５２内の触媒８２は、循環
改質ガス中の水素等を用いて反応するため、ポンプ５１
の耐熱温度以下で循環される循環改質ガスが１００〜２
００℃程度の温度であっても、良好な燃料状態が得られ
る。

【００７４】また、蒸発器３の暖機途中や再起動時等に
は、改質ガスの一部を循環させ、ミキサ室５２に燃料を
供給することにより、早期に改質反応器４に燃料を供給
することができ、改質反応器４の応答を向上することが
できる。

【００７５】図６は、本発明の第３の実施の形態を示
す。これは、前記ミキサ室５２に燃料噴射弁８４を備
え、前記改質反応器４の上流部よりガスをミキサ室５２
に導入させてミキサ室５２より改質反応器４および一酸
化炭素除去器５の逆流方向に逆循環可能にしたものであ
る。

【００７６】この場合、循環路８６は、改質反応器４の
入口部分を改質反応器４の出口および一酸化炭素除去器
５の出口に接続する。

【００７７】ただし、前図１に併用する場合は、循環路
５０を改質反応器４の出口および一酸化炭素除去器５の
出口に接続する一方、循環路５０の一酸化炭素除去器５
の空気ミキサ１５への接続部分、熱交換器６下流の接続
部分、および本例の循環路８６の改質反応器４の出口お
よび一酸化炭素除去器５の出口の接続部分に回路切り替
え弁を設ける。

【００７８】即ち、比較的高温に維持される改質反応器
４よりの循環改質ガスは、一酸化炭素除去器５の下流よ
りも高温のため、液体燃料を蒸発する熱量を容易に循環
改質ガスから得ることができる。したがって、アイドル
状態にて、通常の改質反応に用いる容量の大きな蒸発器
を稼動温度に維持しておく必要がなく、その分燃料を節
約できる。

【００７９】なお、本例では、蒸発器を不要としてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の燃料電池システムを示す構
成図である。

【図２】制御内容を示すフローチャートである。

【図３】制御内容を示すフローチャートである。

【図４】制御内容を示すフローチャートである。

【図５】第２の実施の形態の燃料電池システムを示す構
成図である。

【図６】第３の実施の形態の燃料電池システムを示す構
成図である。

【符号の説明】

１燃焼器２燃料電池３蒸発器４改質反応器５一酸化炭素除去器６熱交換器７空気供給装置８燃料タンク９水タンク１０導入路１１流量制御弁１２空気ミキサ１３導入路１４流量制御弁１５空気ミキサ２０原料供給路２１流量制御弁２２流量制御弁４０空気供給流路４１改質ガス供給流路４２戻し路４５温度センサ５０循環路５１ポンプ５２ミキサ室５５燃料投入路６０流量制御弁６１流量制御弁６２流量制御弁６３導入路８０コントローラ８２触媒８４燃料噴射弁８６循環路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 ＮＰ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気を供給する空気供給装置と、炭化水素系燃料を基に水素を含む改質ガスを発生させる
改質反応器と、改質反応器よりの改質ガス中に含まれる一酸化炭素成分
を除去する一酸化炭素除去器とを備え、空気供給装置からの空気と、一酸化炭素除去器を通った
改質ガスとを燃料電池に導入して発電する改質型燃料電
池システムにおいて、前記一酸化炭素除去器を通った改質ガスを循環させる循
環路を備え、循環路の途中にポンプおよび循環させる改質ガスと空気
とを混合するミキサ室を設け、循環させる改質ガスと空気とを混合して、改質反応器お
よび一酸化炭素除去器の少なくともどちらか一方に導入
するようにしたことを特徴とする改質型燃料電池システ
ム。
【請求項２】前記一酸化炭素除去器を通った改質ガス
を燃料電池に導く改質ガス供給流路の途中に弁装置を備
え、この改質ガス供給流路の弁装置の上流より改質ガスを排
出する戻し路に弁装置を備え、燃料電池により発電しない場合、前記改質ガス供給流路
の弁装置を閉じ、前記戻し路の弁装置を開いた状態で、
前記循環路を介しての改質ガスの循環を行うようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の改質型燃料電池シス
テム。
【請求項３】前記循環路は、改質反応器内に設けられ
るミキサ部および一酸化炭素除去器内に設けられるミキ
サ部の少なくともどちらか一方に接続することを特徴と
する請求項１または２に記載の改質型燃料電池システ
ム。
【請求項４】前記空気供給装置からの空気をそれぞれ
弁装置を介して改質反応器内のミキサ部および一酸化炭
素除去器内のミキサ部に導入する導入路を備えており、前記循環路は、該当する導入路に接続することを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１つに記載の改質型燃料電
池システム。
【請求項５】前記改質反応器の温度状態を計測する温
度計測器を備え、この計測温度が設定温度範囲にあるように、改質ガスの
循環および改質ガスと混合する空気量を制御することを
特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の改質型
燃料電池システム。
【請求項６】前記改質反応器の温度状態を計測する温
度計測器を備え、この計測温度が設定温度以下の場合、前記ミキサ室に燃
料を投入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１つに記載の改質型燃料電池システム。
【請求項７】前記ミキサ室に酸化反応を生じさせる触
媒と燃料噴射弁とを備えることを特徴とする請求項１〜
６のいずれか１つに記載の改質型燃料電池システム。
【請求項８】前記ミキサ室に燃料噴射弁を備え、前記
改質反応器の上流部よりガスをミキサ室に導入させてミ
キサ室より改質反応器および一酸化炭素除去器の逆流方
向に逆循環可能にしたことを特徴とする請求項１または
２に記載の改質型燃料電池システム。