JP2004200108A - 改質型燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】起動運転切り替え時の改質触媒の過度の昇温を防ぐことができる改質型燃料電池システムを提供する。
【解決手段】改質時に、燃料リッチな改質燃料ガスを用いて改質反応を行う改質反触媒部を備えた改質反応器１０を含む改質器６０と、暖機時に、少なくとも改質反応器１０を通過することにより改質反応器を暖機する燃料リーンな起動用燃焼ガスを生成する起動燃焼器７を備える。さらに、改質器６０の上流側に備え、暖機運転から改質運転に移行する際に、起動用燃焼ガスと改質燃料ガスとの混合ガスを燃焼する燃焼場９と、を備える。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、改質型燃料電池システムに関する。特に、改質用燃料と水を加熱蒸発させて改質燃料蒸気を生成し、改質燃料蒸気の改質反応により水素などの可燃性のガスを主成分とする改質ガスを生成する改質器を備えた改質型燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池システムとして、メタノールやガソリンなどの炭化水素系燃料を改質することにより水素を生成する改質器と、改質器で生成した水素を用いて発電を行う燃料電池を備えた改質型燃料電池システムが知られている。例えば、改質触媒を備えた改質器におけるメタノールのＡＴＲ（オートサーマルリフォーミング）反応は、以下のような式で表すことができる。
【０００３】
【式１】
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂ ・・・(１)
ＣＨ₃ＯＨ＋1／２Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂ ・・・(２)
ここで、（１）式は吸熱反応であり、（２）式が発熱反応である。改質触媒にはこの反応を起こすための最適温度が存在し、メタノールにおいては４００ ℃付近、ガソリンにおいては７００ ℃付近である。
【０００４】
また、白金等を用いた電極触媒のＣＯ被毒を避けるため、水素ガスまたは水素含有ガスはガス中のＣＯ濃度を低減してから燃料電池に供給する必要がる。２００℃以下で作動する燃料電池を用いる場合には１％以下に、１００℃以下で作動する固体高分子型燃料電池を用いる場合には、少なくとも数十ｐｐｍ以下、好ましくは数ｐｐｍ以下にする必要がある。このため、改質触媒と燃料電池の間に改質ガス中のＣＯ濃度を低減するＣＯ除去触媒を備えたＣＯ除去部が備えられる。
【０００５】
ＣＯ除去部の反応としては、以下のシフト反応（３）と選択酸化触媒反応（ＰＲＯＸ反応）（４）がよく用いられている。
【０００６】
【式２】
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ２ ・・・ (３)
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ ・・・ (４)
それぞれの反応部にはシフト反応触媒、ＰＲＯＸ反応触媒が存在し、最適触媒温度はそれぞれ、約２５０ ℃〜４００ ℃、約２００ ℃である。
【０００７】
このような燃料改質システムにおいて、起動時にそれぞれの触媒を短時間で反応に適した触媒活性温度まで昇温するために、起動用燃焼器を備えたものがある。起動用燃焼器には燃焼室に加熱用燃料を供給する燃料噴射手段と、この燃焼室に供給された加熱用燃料を着火させる着火用プラグとが備えられており、起動時に焼室内で燃焼が行われて、燃焼室に連通する改質器に燃焼ガスが直接供給される（例えば、特許文献１、参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−６３１０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとしている問題点】
暖機時はＮＯＸ、未燃ガソリンの発生を防ぐと同時に暖機用燃焼ガスの温度を８００ ℃程度に調整するため、起動燃焼器においてλ＝３程度のリーン燃焼を行うことが望ましい。また、通常改質運転時には、水蒸気、空気、ガソリン蒸気の混合ガスを改質部に供給するが、このときにはλ＝１以下となる。これにより、暖機運転から通常改質運転に移行する際に暖機用のリーン燃焼ガスと改質用のリッチ燃料ガスの境界にλ＝１近傍の領域が生じる。図１のガソリンの空気過剰率λと断熱火炎温度の関係図に示すように、λ＝１近傍の領域では改質器内部温度が一時的に高温となり、改質触媒などが破損するという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、暖機運転から通常改質運転に移行する際に、改質触媒が過度に昇温するのを防ぐことができる改質型燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
改質時に、燃料リッチな改質燃料ガスを用いて改質反応を行う改質触媒部を含む改質器と、暖機時に、少なくとも前記改質触媒部を通過することにより前記改質触媒部を暖機する燃料リーンな燃焼ガスを生成する起動燃焼器を備える。さらに、前記改質器の上流側に備え、暖機運転から改質運転に移行する際に、前記燃焼ガスと前記改質燃料ガスとの混合ガスを燃焼する燃焼場と、を備える。
【００１２】
【作用及び効果】
改質器の上流側に備え、暖機運転から改質運転に移行する際に、燃焼ガスと改質燃料ガスとの混合ガスを燃焼する燃焼場と、を備えることで、燃焼ガスと改質燃料ガスの間に不活性なバッファを形成することができる。これにより、改質触媒部が過度に昇温するのを防ぐことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態における改質型燃料電池システムの概略構成を図２に示す。燃料電池システムを車輌の駆動装置として搭載した場合を説明する。
【００１４】
ここでは、改質燃料としてガソリンを用いたパワープラントシステムを適用する。また、本システムは、起動時に暖機運転を行うことにより各装置の温度を適温に設定し、効率のよい運転を行うシステムとする。
【００１５】
燃料を改質して水素を取り出す燃料改質システム１を備える。ここでは燃料としてガソリンを用い、ガソリンと水と空気を用いてＡＴＲ反応を生じることにより水素リッチな改質ガスを生成するシステムとする。なお、燃料改質システム１に必要となる熱は、後述する排水素燃焼器３で生成された排水素燃焼ガスを循環させることにより賄う。
【００１６】
また、燃料電池２を備える。燃料電池２では、燃料改質システム１で生成した改質ガス中の水素と、酸化剤ガス、ここでは空気中の酸素を用いて電気化学反応を生じることにより起電力を生じる。ここで、改質ガス中の水素は、燃料電池２で全て消費されるわけではなく、一部が未反応のまま排出される。そこで、排水素燃焼器３を備え、燃料電池２からの水素を含んだ燃料排ガスの排出処理を行う。排水素燃焼器３では、燃料排ガスと、燃料電池２から排出された排空気または外部から供給される空気を用いて燃焼処理を行う。この燃焼処理により生成された排水素燃焼ガスは、前述した燃料改質システム１内を循環することにより燃料改質に必要な熱を供給してから燃料電池システム外部に排出される。
【００１７】
次に、燃料改質システム１の構成を図３を用いて説明する。
【００１８】
燃料改質システム１には、燃料としてのガソリンを貯蔵する図示しない燃料タンク、改質用の水を貯蔵する図示しない水タンクを備える。また、燃料タンクから燃料を汲み上げる図示しない燃料ポンプ、水タンクから水を汲み上げる図示しない水ポンプ、外部からシステム内に空気を導入するコンプレッサ４を備える。ここでは、コンプレッサ４により導入した空気を起動燃焼や改質反応に用いるが、コンプレッサ４で導入した空気の一部を後述するＰＲＯＸ反応器１２に供給して、選択酸化反応に用いても良い。
【００１９】
また、改質燃料用のガソリンを気化させるための熱交換器５、改質用の水を気化させるための熱交換器６を備える。熱交換器５、６では、通常運転時には、前述の排水素燃焼器３で生成した排水素燃焼ガスとの間で熱交換を行うことによりガソリンまたは水を蒸発させる。一方、システム暖機時には、後述する起動燃焼器７で生成された起動用の燃料リーンな燃焼ガスを用いて暖機される。さらに、暖機時から改質運転に移行する際には、燃焼場９において生成された高温燃焼ガスとの間で熱交換を行うことによりガソリンまたは水を蒸発させる。
【００２０】
さらに、改質運転時に、熱交換器５、６で生成された燃料蒸気および水蒸気を混合するミキサ８を備える。ミキサ８に燃料蒸気を供給するか否かを選択するシャットバルブ１８と、水蒸気を供給するか否かを選択するシャットバルブ１９を備える。シャットバルブ１８、１９はそれぞれ熱交換器５、６を経由してミキサ８に接続する配管に備える。
【００２１】
また、ミキサ８において燃料蒸気、水蒸気および空気を混合することにより生成したＡＴＲ反応用の改質燃料ガスを用いて水素リッチな改質ガスを生成する改質器６０を備える。改質器６０は、改質反応を行う改質触媒を備えた改質反応器１０と、シフト触媒を備えたシフト反応器１１と、選択酸化触媒を備えたＰＲＯＸ反応器１２とから構成する。改質反応器１０では、改質燃料ガスを用いてＡＴＲ反応を行うことにより、水素リッチな改質ガスを生成する。シフト反応器１１、ＰＲＯＸ反応器１２では、改質ガス中のＣＯが燃料電池２の劣化原因とならないようにＣＯを低減する。ここで、シフト反応器１１では、水を用いたシフト反応を生じる。ＰＲＯＸ反応器１２では、空気中の酸素を用いて選択酸化反応を生じる。これにより、改質ガス中のＣＯ濃度を数十ppm程度まで低減する。このように、燃料電池２で用いる燃料ガスを生成するための触媒を備えた反応器である改質反応器１０、シフト反応器１１、ＰＲＯＸ反応器１２により改質器６０を構成する。
【００２２】
さらに、起動時に、燃料改質システム１を暖機するための起動用燃焼ガスを生成する起動燃焼器７を備える。ここでは特に改質器６０に備えた触媒を活性温度にするために、暖機時に起動燃焼器７で生成した起動用燃焼ガスを改質器６０内に流通させる。起動燃焼器７にはインジェクタと、グロープラグやスパークプラグなどの着火用プラグを備え、コンプレッサ４により導入された空気と、図示しない燃料ポンプにより供給されたガソリンを用いて燃焼を行う。
【００２３】
また、空気過剰率λ＝１となる可能性のある起動運転から通常運転への移行の際に燃焼を行う燃焼場９を備える。ここでは、燃焼場９として、着火を行う着火プラグ９ａを備えた気層燃焼器を用いる。燃焼場９には、起動時には起動燃焼器７で生成した起動用燃焼ガスが、通常運転時にはミキサ８で生成した改質燃料ガスが供給される。
【００２４】
ここで、起動用燃焼ガスは燃料リーンな燃焼ガスを用い、改質燃料ガスとしては燃料リッチガスを用いる。このため、起動運転から通常運転に移行する際に、この起動用燃焼ガスと改質燃料ガスとの境界に空気過剰率λ＝１近傍となる領域が生じる。この空気過剰率λ＝１近傍の燃料ガスが改質器６０に供給されると、改質器６０の触媒上で理論空燃比での燃焼が生じて、触媒が過度に昇温される可能性が生じる。そこで燃焼場９において、空気過剰率λ＝１近傍の燃料ガスに着火プラグ９ａで着火することにより高温燃焼ガスを生成し、燃料を消費する処理を行う。ここでは、燃焼場９における燃焼により高温の不活性ガスを生成し、この不活性ガスを改質反応器１０に供給する。
【００２５】
また、改質運転時の熱の消費を抑制するために、バイパス配管２９を備える。ここでは、ミキサ８の下流側と改質器６０の上流側を選択的に連通させる配管とする。このバイパス配管２９に燃料ガスを流通するかどうかは、後述する三方弁１３を用いて選択可能とする。バイパス配管２９は、燃焼場９および熱交換器５、６をバイパスする配管であり、改質運転時には、改質燃料ガスをこのバイパス配管２９に流通させることにより改質燃料ガス温度を維持し、無駄な放熱を防ぐ。
【００２６】
さらに、三方弁１３〜１７を備える。三方弁１３は、ミキサ８から供給された改質燃料ガスを改質器６０に供給するか、ミキサ８を介して供給さえた起動用燃焼ガスを燃焼場９に供給するかを選択する。三方弁１３のポート１３ａはミキサ８の下流側に、ポート１３ｂは燃焼場９の上流側に、ポート１３ｃは改質器６０の上流側に接続する。また、三方弁１４、１５は、熱交換器５、６に燃焼場９からの起動用燃焼ガスまたは高温燃焼ガスを供給するか、排水素燃焼器３からの排水素燃焼ガスを供給するかを選択する。三方弁１４、１５のポート１４ａ、１５ａは燃焼場９の下流側に、ポート１４ｂ、１５ｂは排水素燃焼器３の下流側に、ポート１４ｃ、１５ｃは熱交換器５、６の上流側に接続する。また、三方弁１６、１７は、熱交換器５、６から排出された燃焼ガスを外部に排出するか、改質器６０に供給するかを選択する。三方弁１６、１７のポート１６ａ、１７ａを熱交換器５、６の下流側に、ポート１６ｂ、１７ｂをシステム外部に、ポート１６ｃ、１７ｃを改質器６０の上流側に接続する。
【００２７】
さらに三方弁２８を備える。三方弁２８は、改質器６０から排出された燃料ガスを燃料電池２に供給するか、改質器６０から排出された燃焼ガスをシステム外部に排出するかを選択する。三方弁２８のポート２８ａは改質器６０のＰＲＯＸ反応器１２の下流側に、ポート２８ｂは燃料電池２の上流側に、ポート２８ｃはシステム外部に接続する。
【００２８】
このような燃料改質システムを制御するために、コントローラ３０を備える。また、燃焼場９には、燃焼場９の温度を計測する温度センサ２０、ハイドロカーボン（ＨＣ）濃度を計測するＨＣセンサ２１、酸素濃度を計測するＯ₂センサ２２を備える。さらに、熱交換器５、６それぞれに供給される燃焼ガス温度を計測する温度センサ２３、２４、改質反応器１０、シフト反応器１１、ＰＲＯＸ反応器１２の触媒温度を計測する温度センサ２５〜２７を備える。各センサの出力はコントローラ３０に入力され、この計測値を用いて燃料改質システムの制御を行う。
【００２９】
次に、このような構成の燃料改質システムにおける通常運転時の動作を説明する。
【００３０】
三方弁１５、１６を介して熱交換器５、６に排水素燃焼器３で生成した燃焼排ガスを供給する。熱交換器５、６で、燃料ポンプまたは水ポンプにより供給されたガソリンまたは水と、排水素燃焼ガスとの間で熱交換を行うことにより、改質用の燃料蒸気と水蒸気を生成する。燃料蒸気と水蒸気はミキサ８に供給される。また、コンプレッサ４により導入した空気を起動燃焼器７を介してミキサ８に供給する。このように供給された燃料蒸気、水蒸気、空気を用いて、濃度が均一化された燃料リッチの改質燃料ガスを生成する。改質燃料ガスは燃焼場９および熱交換器５、６をバイパスして改質反応器１０に供給される。このとき、三方弁１３はポート１３ａとポート１３ｃが連通するように設定される。
【００３１】
改質器６０に供給された改質燃料ガスは、改質反応器１０において改質反応を生じる。さらに、シフト反応器１１でシフト反応を、ＰＲＯＸ反応器１２で選択酸化反応を生じることにより、低ＣＯ濃度の燃料ガスを生成する。この燃料ガスを三方弁２８を介して燃料電池２に供給し、発電を行う。このとき、三方弁２８はポート２８ａとポート２８ｂが連通するように設定される。
【００３２】
次に、このような構成の燃料改質システムにおける暖機時の動作を説明する。
【００３３】
起動燃焼器７にコンプレッサ４により空気を、図示しない燃料ポンプによりガソリンを供給する。起動燃焼器７に備えた着火プラグを用いて燃焼を行い、燃料リーンの起動用燃焼ガスを生成する。起動用燃焼ガスは、ミキサ８、三方弁１３、燃焼場９、三方弁１４または１５を介して熱交換器５または６に供給される。これにより熱交換器５および６の暖機を行う。さらに、三方弁１６または１７を介して改質器６０に供給される。起動用燃焼ガスが改質反応器１０、シフト反応器１１、ＰＲＯＸ反応器１２を流れる際に、各反応器に備えた触媒に熱が移動して暖機される。暖機に用いた起動用燃焼ガスは、三方弁２８を介してシステム外部に排出される。なお、起動用燃焼ガスとして、燃料電池２の劣化原因となるＣＯ等を含まない高温ガスを用いる場合には、改質器６０の暖機に用いた後、燃料電池２に供給供給し、燃料電池２の暖機に用いても良い。
【００３４】
次に、上述したような起動運転から通常運転に移行する際の燃料改質システムの動作を説明する。
【００３５】
起動運転から通常運転に移行する際には、起動燃焼器７から供給される燃料リーンガスである起動用燃焼ガスと、燃料リッチガスである改質燃料ガスと、がミキサ８において混合されて、空気過剰率λ＝１近傍の燃料ガスが生成される。このλ＝１近傍の燃料ガスは三方弁１３を介して燃焼場９に供給される。燃焼場９の着火プラグ９ａによりλ＝１近傍の燃料ガスを燃焼し、高温の不活性ガスを生成する。なお、ここでは不活性ガスとしたが、改質反応器１０に供給された際に過剰に昇温しない程度に燃料濃度が低いガスであればよい。
【００３６】
この不活性ガスを熱交換器５、６を通ってから改質器６０に供給する。この時点では、改質器６０に備えた各触媒温度は十分に昇温していると判断できるので、改質器６０においてＣＯ低減を十分に行うことができる。よって、改質器６０で生成された燃料ガスを三方弁２８を介して燃料電池２に供給する。
【００３７】
次に、このような燃料電池システムにおける起動運転の制御方法を図４に示すフローチャートを用いて説明する。車輌のイグニッションがＯＮとなり、燃料電池システムを起動する指令を検知したら本制御を開始する。
【００３８】
ステップＳ１において、各三方弁１３〜１７、２８を設定する。ここでは、三方弁１３をポート１３ａとポート１３ｂが連通するように、三方弁１４、１５をポート１４ａ、１５ａとポート１４ｃ、１５ｃが連通するように設定する。また、三方弁１６、１７をポート１６ａ、１７ａがポート１６ｃ、１７ｃに連通するように、三方弁２８をポート２８ａとポート２８ｃが連通するように設定する。これにより、起動燃焼器７、ミキサ８、燃焼場９、熱交換器５または６、改質器６０を連通した状態に設定される。
【００３９】
次に、ステップＳ２において、着火プラグにより起動燃焼器７に着火できる流量範囲内でコンプレッサ４を起動する。これにより、起動燃焼器７に空気の供給を開始する。ステップＳ３において、起動燃焼器７を起動する。つまり、図示しない燃料ポンプにより加圧し、インジェクタを用いて微粒子状にて起動燃焼器７にガソリンを噴射する。その際の空気過剰率は、例えばλ＝３程度とする。ガソリン流量、空気流量が安定したところで着火プラグを用いて着火することにより、起動燃焼器７において起動用燃焼ガスの生成を開始する。起動燃焼器７内部に設置される熱電対などの温度測定手段により、ガソリンの点火を確認した後、空気過剰率を約λ＝３に維持しながら、起動燃焼器７へ供給されるガソリン量と空気量を増やしていく。ここでは、図１に示すように起動用燃焼ガス温度は約８００ ℃となる。この起動用燃焼ガスを燃焼器９、熱交換器５、６、改質器６０に流通させることにより、各装置の暖機を行う。
【００４０】
このとき、シフト反応器１２の温度を調整するために水タンクから図示されないポンプにより水をシフト反応器１２に供給してもよい。また、ＰＲＯＸ反応器１２の温度を調整するためにコンプレッサ４から供給される常温空気の流量調整を行ってＰＲＯＸ反応器１２に供給してもよい。
【００４１】
ステップＳ４において、暖機状態を検出する。つまり、熱交換器５に備えた温度センサ２３により熱交換器温度Ｔ_HEX1、熱交換器６に備えた温度センサ２４により熱交換器温度Ｔ_HEX2を検出する。また、改質反応器１０の改質触媒に備えた温度センサ２４により改質触媒温度Ｔ_REFを、シフト反応器１１のシフト触媒に備えた温度センサ２５によりシフト触媒温度Ｔ_WGSを、ＰＲＯＸ反応器１２の選択酸化触媒に備えた温度センサ２６により選択酸化触媒温度Ｔ_PROXを検出する。
【００４２】
ステップＳ５において、ステップＳ４において検出した温度と各部温度に対する温度閾値Ｔ_HEX10、Ｔ_HEX20、Ｔ_REF0、Ｔ_WGS0、Ｔ_PROX0とを比較する。Ｔ_HEX10、Ｔ_HEX20はガソリンおよび水を蒸発するのに十分な温度であればよい。また、Ｔ_REF0、Ｔ_WGS0、Ｔ_PROX0の値はＡＴＲ反応、シフト反応、ＰＲＯＸ反応の触媒活性温度（それぞれ約７００℃、４００℃、２００℃）としてもよいし、シフト反応、ＰＲＯＸ反応が発熱反応であることを考えて、触媒活性温度より少し低い値としてもよい。このようにした場合には、起動運転時間を短縮することが可能である。
【００４３】
ステップＳ４で検出する全ての温度が、それぞれの温度閾値より高くなるまでステップＳ４、Ｓ５を繰り返し、それぞれの温度閾値より高くなったら暖機が完了したと判断してステップＳ６に進む。
【００４４】
ステップＳ６では、暖機運転から通常の改質運転に移行する起動切り替えサブルーチンを実行する。起動切り替えサブルーチンを、図５に示したフローチャートを用いて説明する。
【００４５】
ステップＳ１１において、その時点でパワープラントに要求されている出力を計算する。次に、ステップＳ１２において、燃焼場９の上限燃焼温度Ｔ_C0を計算する。ここでは、熱交換器５、６に用いる冷媒として、改質用燃料としてのガソリンや水を用いるので、要求出力に応じて熱交換器５、６における熱交換量が変化する。そこで、要求出力から熱交換器５、６を流れる冷媒の流量を求める。ここでは、要求出力から熱交換器５、６を流れるガソリン流量Ｆｇと水量Ｆｗを求める。また、改質反応器１０に供給しても改質触媒が破壊されない温度閾値Ｔ_RMAXを定めておく。これらの値から、改質反応器１０へ供給される改質燃料蒸気の温度がＴ_RMAXを超えないような燃焼場９での上限燃焼温度Ｔ_C0を決定する。
【００４６】
次にステップＳ１３において、空気過剰率閾値λ₀を計算する。ここでは、図１に示すような断熱火炎温度と空気過剰率の関係から求めることができる。断熱火炎温度をＴ_C0としたときの空気過剰率λを空気過剰率閾値λ₀とする。ここでは１＜λ₀≦３となるように設定する。
【００４７】
その後、ステップＳ１４に進み、改質用のガソリン蒸気と水蒸気を改質器６０に供給するために、シャットバルブ１８、１９を開く。これにより、改質燃料ガスを生成するための改質原料ガスを供給するための流路を確保する。さらに、三方弁２８をポート２８ａとポート２８ｂとが連通するように設定する。この時点で、改質器６０の暖機は終了しているので、改質器６０で生成された改質ガス中のＣＯ濃度を十分に低減することができる。そこで、改質器６０の下流側と燃料電池２の上流側を連通させることにより、水素リッチな改質ガスを燃料電池２に供給可能とする。
【００４８】
ステップＳ１５において、図示しないガソリンポンプおよび水ポンプを起動して、それぞれの流量をパワープラントシステムが必要としている流量Ｆｇ、Ｆｗに調整する。次にステップＳ１６において、コンプレッサ４により、空気を改質反応に必要な流量だけ供給する。これらの操作により、ミキサ８で燃料リッチな改質燃料ガスが生成され、燃焼場９に供給される。
【００４９】
次に、ステップＳ１７において、燃焼場９内部の空気過剰率λが空気過剰率閾値λ₀未満かどうかを判断する。燃焼場９内部の空気過剰率λは、常にＨＣセンサ２１とＯ₂センサ２２を用いて計測しておく。改質用ガソリン蒸気と、水蒸気供給後、燃焼場９内の空気過剰率は３から下がり、ある時点で空気過剰率閾値λ₀に達する。
【００５０】
ここで、燃焼場９に供給される燃料リッチな改質燃料ガスは、燃焼場９の上流側の配管内で燃料リーンの起動用燃焼ガスと混合し、その境界では空気過剰率λが約１となる領域が生じる。このように、空気過剰率λ＝１近傍の燃料ガスを改質反応器１０に供給すると、改質触媒温度が過度に上昇して改質触媒が破損する可能性が生じる。そこで、空気過剰率λが空気過剰率閾値λ₀に達したら、ステップＳ１８に進み、着火プラグ９ａを点火して、バッファとなる不活性ガスを生成する。これにより、空気過剰率λが１近傍の状態となった燃料ガスは、燃焼場９で燃焼されて不活性の状態となってから改質反応器１０に供給されるので、改質反応器１０において温度が過度に上昇するのを防ぐことができる。この間に、起動用燃焼ガスの割合は低減し、反対に改質燃料ガスの割合は増大する。その結果、燃焼場９に供給される混合ガスは徐々に燃料リッチとなりλ＝１で燃焼場内温度が最大となった後、空気過剰率λおよび燃焼場９内温度が共に低下していく。
【００５１】
ステップＳ１９において、燃焼器９内の温度Ｔ_cと、温度Ｔ_cの時間変化率ｄＴ_c/ｄｔを検出する。時間変化率ｄＴ_c/ｄｔ＜０、つまり燃焼場９内の温度Ｔｃが低下し、かつ、燃焼場９内の温度Ｔ_cが燃焼場上限燃焼温度Ｔ_C0未満となるまで、この燃焼を維持する。Ｔ_c＜Ｔ_C0かつｄＴ_c/ｄｔ＜０と判断されたら、空気過剰率λ＝１近傍となる領域は通過したと判断してステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、着火プラグ９ａをＯＦＦにする。これにより、ミキサ８におきて混合・生成される燃料ガスは、通常の改質運転時に用いる濃度となる。
【００５２】
そこで、ステップＳ２１において、三方弁１３〜１７の設定を行う。三方弁１３を、ポート１３ａとポート１３ｃが連通するように設定し、ミキサ８で混合生成した改質燃料ガスを改質反応器１０に供給する。また、三方弁１４をポート１４ｂとポート１４ｃが連通するように、三方弁１５をポート１５ｂとポート１５ｃが連通するように設定する。これにより、排水素燃焼器３で生成された排水素燃焼ガスを熱交換器５、６の熱源として用いる。また、三方弁１６をポート１６ａとポート１６ｂが連通するように、三方弁１７をポート１７ａとポート１７ｂが連通するように設定する。これにより、熱交換器５、６で熱源に用いた排水素燃焼ガスを排出する。
【００５３】
これにより定常運転時には、排水素燃焼器３から供給される高温の排水素燃焼ガスを熱源として熱交換器５、６で改質用原料および水を蒸発させる。また、燃焼場９に余計な熱容量を持たせるのを防ぐため、改質燃料ガスは燃焼場９と熱交換器５、６をバイパスするバイパス配管２９を通る。
【００５４】
このように制御した起動運転時のタイミングチャートを図６に示す。ここでは、ステップＳ５において起動切り替え運転に切り替える指標として、ガソリンを冷媒とする熱交換器の温度Ｔ_HEX1を示している。
【００５５】
燃料改質システムの暖機が進むにつれ、燃焼場９の温度も上昇する。暖機が終了したら、起動切り替え操作を開始し、燃焼場９内の空気過剰率λがλ₀となったら燃焼場９に着火する。空気過剰率λが１近傍の際には、燃焼場９で燃焼を生じることにより、改質器６０に備えた改質触媒、シフト反応触媒、ＣＯ選択酸化触媒が過度に昇温するのを防ぐ。その後、空気過剰率λが燃料リッチ側になり、燃焼場９の温度がＴ_C0未満に低下したら、燃焼場９における燃焼を停止して定常運転を開始する。
【００５６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００５７】
改質時に、燃料リッチな改質燃料ガスを用いて改質反応を行う改質反触媒部を備えた改質反応器１０を含む改質器６０と、暖機時に、少なくとも改質反応器１０を通過することにより改質反応器を暖機する燃料リーンな起動用燃焼ガスを生成する起動燃焼器７を備える。さらに、改質器６０の上流側に備え、暖機運転から改質運転に移行する際に、起動用燃焼ガスと改質燃料ガスとの混合ガスを燃焼する燃焼場９と、を備える。これにより、暖機運転から改質運転への切り替え時に、燃焼場９で燃料と空気が理論空燃比の状態の燃料を燃焼することにより生成された高温燃焼ガスは酸素を含まない不活性ガスとなる。その結果、起動用燃焼ガスと改質用燃料ガスとの間に、不活性なバッファガスを形成することができる。これにより、改質反応器１０において改質触媒が過度に昇温するのを防ぐことができる。
【００５８】
酸素含有ガスを導入するコンプレッサ４と、少なくとも、コンプレッサ４により導入された空気と、改質原料ガスと、を混合することにより改質燃料ガスを生成するミキサ８と、を備える。ミキサ８の上流側に起動燃焼器７を配置し、ミキサ８と改質器６０との間に燃焼場９を配置する。これにより、起動用燃焼ガスと改質燃焼ガスの境界で空気過剰率λ＝１近傍となっても、改質器６０に供給する前に燃焼場９において燃焼処理することができる。
【００５９】
燃焼場９として、着火プラグ９ａを備えた気層燃焼器を備える。このように、燃焼場９にグロープラグやスパークプラグなどの着火プラグ９ａを用いることで、燃焼場９で任意のタイミングで燃焼を行うことができる。
【００６０】
燃焼場９内部の空気過剰率λに応じて、着火プラグ９ａを用いて燃焼を開始する。これにより、燃焼場９で燃やす必要のない空気過剰率λにある燃料、空気混合ガス中の燃料を燃焼に用いることがなく、燃料改質システム全体の効率向上が見込まれる。
【００６１】
また、改質運転時に、燃焼場９をバイパスして改質器６０に改質燃料ガスを供給するバイパス配管２９を備える。これにより、改質運転時に、燃焼場９の容器の熱容量により無駄に熱が消費されるのを防ぐことができ、改質効率の低下が生じるのを抑制することができる。
【００６２】
燃焼場９と改質器６０との間に熱交換器５、６を備える。これにより、燃焼場９で生じる高温燃焼ガスの余剰熱量を外部に放出することなくシステム内で有効に利用することができる。
【００６３】
また、改質運転時に、燃焼場９および熱交換器５、６の少なくとも一方をバイパスして改質器６０に改質燃料ガスを供給するバイパス配管２９を備える。これにより、改質運転時に、燃焼場９の容器と熱交換器５、６の熱容量により無駄に熱を消費して、改質効率が低下するのを抑制することができる。
【００６４】
さらに、熱交換器５、６において、改質または発電に用いる液体燃料および水の少なくとも一方を冷媒として用いる。ここでは、改質に用いる改質原料と水を冷媒として熱交換機５、６に循環させる。これにより、熱交換用の冷却系４２を別個に設ける必要がなく装置構成を簡便にすることができる。
【００６５】
熱交換器５、６として、ガソリンの蒸発器５、または水の蒸発器６の少なくとも一方を用いる。これにより、起動切り替え時の高温燃焼ガスの持つ余剰熱量を燃料や水の蒸発に用いることができる。
【００６６】
改質器６０で生成した水素リッチな改質ガスを用いて発電を行う燃料電池２と、燃料電池２から排出された排水素を燃焼する排水素燃焼器３と、を備える。暖機時には、起動燃焼器３で生成した燃料リーンな起動用燃焼ガスを用いて熱交換器５、６を暖機し、改質時には、排水素燃焼器３からの排水素燃焼ガスを用いて熱交換器５、６においてガソリンまたは水の少なくとも一方の蒸発を行う。これにより、起動切り替え時に用いる改質原料の蒸発器と、通常の改質運転時に用いる改質減量の蒸発器と、の両方を備える必要がなく、システムの構成を簡略化することができる。
【００６７】
さらに、燃焼場９として、着火プラグ９ａを備えた気層燃焼器を備え、システムに要求される出力に応じて、着火プラグ９ａを動作させるタイミングを変化させる。ここでは、要求出力に応じて燃焼場９の上限燃焼温度Ｔ_C0を設定し、燃焼場９の温度Ｔ_Cがこの上限燃焼温度Ｔ_C0まで低下した時点で、燃焼場９における燃焼を終了する。これにより、要求出力に応じて変化する冷媒循環量Ｆｇ、Ｆｗに関わらず、改質触媒に送られる不活性バッファ排気ガスの温度を一定にして、改質触媒が破損するのを防ぐことができる。
【００６８】
なお、ここでは燃焼場９を着火プラグ９ａを備えた気層燃焼器としたが、酸化触媒により構成することもできる。燃焼場９を酸化触媒により構成することにより、燃焼場９で着火手段９ａを設けることなしに理論空燃比燃焼を起こすことができる。
【００６９】
次に、第２の実施形態について説明する。
【００７０】
まず、起動時において、起動燃焼器７を用いて暖機を行った改質反応器１０の改質触媒温度Ｔ_REFA、およびシフト反応器１１のシフト触媒温度Ｔ_WGSA、およびＰＲＯＸ反応器１２の選択酸化触媒温度Ｔ_PROXAの時間変化を図７に示す。ここで、Ｔ_REFA、Ｔ_WGSA、Ｔ_PROXAはそれぞれの反応器の暖機が終了したと判断することができる温度閾値である。ここでは、それぞれ７００℃、４００ ℃、１００ ℃周辺である。この図よりＰＲＯＸ反応器１２の昇温時間が燃料改質システム起動時間の律速となっていることがわかる。そこで、本実施形態では暖機運転から改質運転に切り替える際に改質反応器１０で生じる過昇温を防ぎつつ、ＰＲＯＸ反応器１２の昇温時間を短縮するための構成・制御を説明する。
【００７１】
ここで用いるパワープラントシステム全体の概略図は、第１実施形態と同様に図２に示す。燃料改質システムの構成を図８に示す。以下、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７２】
第１の実施形態と同様に、コンプレッサ４、起動燃焼器７、ミキサ８、燃焼場９を備える。また、改質反応器１０、シフト反応器１１、ＰＲＯＸ反応器１２からなる改質器６０を備える。
【００７３】
燃焼場９の下流側には熱交換器４０を備える。熱交換器４０とＰＲＯＸ反応器１２との間には、冷却ポンプ４１により循環する冷却系４２を備える。熱交換器４０において、燃焼場９で生成した高温燃焼ガスと冷却系４２を循環する冷媒としてのＬＬＣの間で熱交換を行う。つまり、熱交換器４０とＰＲＯＸ反応器１２との間で熱交換を行う。運転切り替え時に、熱交換器４０における熱交換により昇温したＬＬＣをＰＲＯＸ反応器１２に循環させることにより、ＰＲＯＸ反応器１２の昇温を促進することができる。熱交換器４０には、熱交換器４０の温度状態を検出するために温度センサ４３を備える。なお、ここでは冷却系４２を熱交換器４０とＰＲＯＸ反応器１２との間を循環する系としたが、熱交換器４０と燃料電池２との間を循環する系とすることもできる。つまり、ここでは高温燃焼ガスとの熱交換により得た熱を選択酸化触媒の暖機に用いているが、燃料電池２の性能が大幅に低下する低温時からの起動を行う際には、燃料電池２の暖機に用いることも可能である。
【００７４】
また、改質原料としてのガソリンを蒸発するガソリン蒸発器５１と、改質反応に用いる水を蒸発する水蒸発器５２を備える。ガソリン蒸発器５１の下流側にはガソリン蒸気を、水蒸発器５２の下流側には水蒸気を、ミキサ８に供給するか否かを選択するシャットバルブ５３、５４を備える。
【００７５】
さらに、ミキサ８の下流側には三方弁５５を備える。三方弁５５は、ミキサ８の下流側に連通するポート５５ａ、後述する三方弁５６を介して改質反応器１０の上流側に連通するポート５５ｂ、燃焼場９の上流側に連通するポート５５ｃから構成する。また、熱交換器４０の下流側には三方弁５６を備える。三方弁５６は、熱交換器４０の下流側に連通するポート５６ａ、三方弁５５のポート５５ｂと連通するポート５６ｂ、改質反応器１０の上流側に連通するポート５６ｃから構成する。なお、ポート５５ｂとポート５６ｂを連通する配管をバイパス配管２９とする。バイパス配管２９は、燃焼場９および熱交換器４０を選択的にバイパスする。
【００７６】
次に、このような燃料改質システムにおける起動時の制御方法を図９のフローチャートを用いて説明する。車輌のイグニッションがＯＮとなり、燃料電池システムを起動する指令を検知したら本制御を開始する。
【００７７】
ステップＳ３１において、三方弁５５、５６、２８を設定する。ここでは、三方弁５５のポート５５ａとポート５５ｃが連通するように、三方弁５６のポート５６ａとポート５６ｃが連通するように設定する。これにより、起動時に、起動燃焼器７で生成された燃焼ガスを燃焼場９を介して改質器６０に供給するように設定することができる。また、三方弁２８のポート２８ａとポート２８ｃを連通することにより、改質器６０から排出されたガスを燃料電池２に供給せずに排出するように設定する。ステップＳ３２、Ｓ３３において、ステップＳ２、Ｓ３と同様に起動燃焼を開始する。これにより、熱交換器４０および改質反応器１０、シフト反応器１１、ＰＲＯＸ反応器１２の暖機を開始する。
【００７８】
ステップＳ３４において、温度センサ２７によりＰＲＯＸ反応器１２に備えた選択酸化触媒の温度Ｔ_PROXを検出する。ステップＳ３５において、選択酸化触媒温度Ｔ_PROXと起動切り替えの温度閾値Ｔ_PROX0とを比較する。選択酸化触媒温度Ｔ_PROXが温度閾値Ｔ_PROX0より高くなるまで暖機を継続し、選択酸化触媒温度Ｔ_PROXが温度閾値Ｔ_PROX0より高くなったらステップＳ３６に進み、起動切り替えサブルーチンを実行する。なお、この温度閾値Ｔ_PROX0は、ＰＲＯＸ反応器１２で十分なＣＯ除去を行う運転可能温度Ｔ_PROX1より低い温度とする。
【００７９】
次に、図１０のフローチャートを用いて、起動切り替えサブルーチンを説明する。
【００８０】
ステップＳ３８〜Ｓ４０においては、ステップＳ１１〜Ｓ１３と同様に、温度閾値Ｔ_C0および空気過剰率閾値λ₀を算出する。
【００８１】
ステップＳ４１において、シャットバルブ５３、５４を開放する。これにより、切り替え時に改質用ガソリン蒸気と水蒸気とを改質器６０に供給可能とする。ステップＳ４２において、図示しないガソリンポンプと水ポンプを起動して、それぞれパワープラントシステムで必要としている出力に応じた流量を供給する。さらに、ステップＳ４３において、改質反応に必要な空気をコンプレッサ４により導入する。これにより、ミキサ８で改質燃料ガスを生成し、燃焼場９に供給する。
【００８２】
ステップＳ４４において、ステップＳ１７と同様に、燃焼場９内部の空気過剰率λを判定する。空気過剰率λが空気過剰率閾値λ₀より小さくなったら、この状態の燃料ガスを改質反応器１０に供給することで、改質反応器１０で過度の昇温が生じる可能性があると判断する。そこで、ステップＳ４５において冷却ポンプ４１を起動して、熱交換器４０とＰＲＯＸ反応器１２との間で熱交換を開始する。さらに、ステップＳ４６において、ステップＳ１８と同様に燃焼場９の着火プラグ９ａを用いて燃焼を開始する。このように、λが１近傍となった場合には、燃焼場９において燃焼を行い、改質器６０にバッファとなる不活性排気ガスを供給する。
【００８３】
これにより、改質反応器１０およびシフト反応器１１、ＰＲＯＸ反応器１２にλ＝１近傍の燃料ガスを供給するのを避けることができる。このとき、燃焼場９で生成された高温の燃焼ガスは、熱交換器４０において冷却系４２を循環するＬＬＣとの間で熱交換を行うので、改質器６０に供給する際の燃焼ガス温度を抑制することができる。ここでは、燃焼場９において最高２０００℃程度の不活性ガスを生成するが、この冷却系４２との熱交換により改質反応触媒を破損させない７００℃程度にまで冷却してから改質反応器１０に供給する。一方、熱交換器４０で昇温されたＬＬＣは、ＰＲＯＸ反応器１２に供給され、選択酸化触媒との間で熱交換を行うことでＰＲＯＸ反応器１２の暖機を促進する。この操作により、ＰＲＯＸ反応を十分に起こす温度に達していなかったＰＲＯＸ反応器がＰＲＯＸ反応器の運転可能温度Ｔ_PROX1にまで昇温される。
【００８４】
燃焼場９に供給されるガスは徐々に燃料リッチとなり、λ＝１近傍で断熱火炎温度が細孔２０００℃程度となった後、空気過剰率λおよび燃焼場９の温度Ｔ_Cが共に低下していく。そこで、ステップＳ４７において、燃焼器９内の温度Ｔ_cと、温度Ｔ_cの時間変化率ｄＴ_c/ｄｔを検出する。時間変化率ｄＴ_c/ｄｔ＜０、つまり燃焼場９内の温度Ｔｃの低下が開始し、かつ、燃焼場９内の温度Ｔ_cが燃焼場上限燃焼温度Ｔ_C0未満となるまで、この燃焼を維持する。Ｔ_c＜Ｔ_C0かつｄＴ_c/ｄｔ＜０と判断されたら、起動用燃料リーンガスと改質用燃料リッチガスの混合により空気過剰率λが１近傍の完全燃焼近傍の領域を通過したと判断する。
【００８５】
ステップＳ４８において、ＰＲＯＸ反応器１２の選択酸化触媒温度Ｔ_PROXとＰＲＯＸ反応器１２の運転可能温度Ｔ_PROX1とを比較する。選択酸化触媒温度Ｔ_PROXが運転可能温度Ｔ_PROX1に達したら、ステップＳ４９に進み着火プラグ９ａをＯＦＦにする。ステップＳ５０において、冷却ポンプ４１をＯＦＦにして、ＰＲＯＸ反応器１２の暖機を終了する。
【００８６】
ステップＳ５１において、三方弁５５、５６、２８を設定する。三方弁５５は、ポート５５ａとポート５５ｂを連通し、三方弁５６はポート５６ｂとポート５６ｃとを連通する。これにより、ミキサ８において生成された燃料リッチの改質燃料ガスは、燃焼場９および熱交換器４０をバイパスして改質器６０に供給される。また、ＰＲＯＸ反応器１２が十分に暖機されたと判断できるので、三方弁２８を排出側から燃料電池２側に切り替えて、改質器６０で生成した水素リッチな改質ガスの供給を開始する。
【００８７】
このように制御することで、図１１に示すようなタイミングで起動が切り替えられる。
【００８８】
シフト反応およびＰＲＯＸ反応は発熱反応であるので、起動時には、定常運転状態でのそれぞれの触媒温度Ｔ_WGS1、Ｔ_PROX2より低い運転可能温度Ｔ_WGS0、Ｔ_PROX1まで昇温すればよい。本実施形態では起動時間の短縮を図るために、起動運転時にはＰＲＯＸ反応器１２の選択酸化触媒温度Ｔ_PROXを運転可能温度Ｔ_PROX1より低いＴ_PROX0まで昇温する。その後の起動切り替え運転を開始して、燃焼場９で生成した高温燃焼ガスの熱交換によりＰＲＯＸ運転可能温度Ｔ_PROX1までの昇温を行う。
【００８９】
次に、本実施形態における効果を説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００９０】
改質器６０に選択酸化触媒を備えたＰＲＯＸ反応器１２と、ＰＲＯＸ反応器１２と熱交換器４０との間でＬＬＣを循環させる冷却系４２と、を備える。熱交換器４０は、暖機運転から改質運転に移行する際に、燃焼場９で混合ガスを燃焼することにより生成した高温燃焼ガスと、ＰＲＯＸ反応器１２との間でＬＬＣを介して熱交換を行う。これにより、起動の際に最も暖機に時間のかかる選択酸化触媒の暖機を促進することができる。
【００９１】
または、改質器６０で生成した水素リッチな改質ガスを用いて発電を行う燃料電池２と、燃料電池２と熱交換器４０との間でＬＬＣを循環させる冷却系４２と、を備える。熱交換器４０は、暖機運転から改質運転に移行する際に、燃焼場９で混合ガスを燃焼することにより生成した高温燃焼ガスと、燃料電池２との間でＬＬＣを介して熱交換を行う。これにより、低温起動などの燃料電池２の暖機が必要な場合、高温燃焼ガスの持つ余剰熱量を燃料電池２の暖機に用いることができる。
【００９２】
なお、本実施形態においては、ガソリンを燃料として用いているが、その他の炭化水素系燃料、アルコール系燃料を用いてもよい。また、本実施形態で記載した温度がこれらに限定されるべきものではなく、構成やしようにより適切に設定されるべきものである。また、冷媒としてＬＬＣを用いているが、冷媒として同様の機能を果すものであれば他の物質でも使用可能であることは言うまでもない。また、燃焼場９で燃料を燃やす手段としてスパークプラグやグロープラグなどの着火プラグ９ａを用いているが、耐熱性の高い酸化触媒を用いても良い。
【００９３】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気過剰率と断熱火炎温度の関係図である。
【図２】第１の実施形態に用いるパワープラントシステムの概略構成図である。
【図３】第１の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図４】第１の実施形態における起動運転時のフローチャートである。
【図５】第１の実施形態における起動切り替えのサブルーチンである。
【図６】第１の実施形態における起動時のタイミングチャートである。
【図７】暖機時の改質器に備えた触媒における温度変化を示す図である。
【図８】第２の実施形態に用いる燃料改質システムの構成図である。
【図９】第２の実施形態における起動運転時のフローチャートである。
【図１０】第２の実施形態における起動切り替えのサブルーチンである。
【図１１】第２の実施形態における起動時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
２ 燃料電池（燃料電池スタック）
３ 排水素燃焼器（排水素燃焼手段）
４ コンプレッサ（酸素含有ガス導入手段）
５ 熱交換器（熱交換手段）
６ 熱交換器（熱交換手段）
７ 起動燃焼器
９ 燃焼場
９ａ 着火プラグ（着火手段）
１０ 改質反応器（改質触媒部）
１２ ＰＲＯＸ反応器（選択酸化触媒部）
２９ バイパス配管（バイパス手段）
４０ 熱交換器（熱交換手段）
４２ 冷却系
６０ 改質器

Claims (14)

1. 改質時に、燃料リッチな改質燃料ガスを用いて改質反応を行う改質触媒部を含む改質器と、
   暖機時に、少なくとも前記改質触媒部を通過することにより前記改質触媒部を暖機する燃料リーンな燃焼ガスを生成する起動燃焼器と、
   前記改質器の上流側に備え、暖機運転から改質運転に移行する際に、前記燃焼ガスと前記改質燃料ガスとの混合ガスを燃焼する燃焼場と、を備えることを特徴とする改質型燃料電池システム。
2. 酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入手段と、
   少なくとも、前記酸素含有ガス導入手段により導入された酸素含有ガスと、改質原料ガスと、を混合することにより改質燃料ガスを生成する混合手段と、を備え、
   前記混合手段の上流側に前記起動燃焼器を配置し、
   前記混合手段と前記改質器との間に前記燃焼場を配置する請求項１に記載の改質型燃料電池システム。
3. 前記燃焼場として、着火手段を備えた気層燃焼器を備えた請求項１または２に記載の改質型燃料電池システム。
4. 前記燃焼場内部の空気過剰率に応じて、前記着火手段を用いて燃焼を開始する請求項３に記載の改質型燃料電池システム。
5. 前記燃焼場が酸化触媒である請求項１または２に記載の改質型燃料電池システム。
6. 改質運転時に、前記燃焼場をバイパスして前記改質器に改質燃料ガスを供給するバイパス手段を備える請求項１から５のいずれか一つに記載の改質型燃料電池システム。
7. 前記燃焼場と前記改質器との間に熱交換手段を備える請求項１または２に記載の改質型燃料電池システム。
8. 改質運転時に、前記燃焼場および前記熱交換手段の少なくとも一方をバイパスして前記改質器に改質燃料ガスを供給するバイパス手段を備える請求項1または７に記載の改質型燃料電池システム。
9. 前記改質器に選択酸化触媒部と、
   前記選択触媒部と前記熱交換手段との間で冷媒を循環させる冷却系と、を備え、
   前記熱交換手段は、暖機運転から改質運転に移行する際に、前記燃焼場で混合ガスを燃焼することにより生成した高温燃焼ガスと、前記選択触媒部との間で冷媒を介して熱交換を行う請求項７に記載の改質型燃料電池システム。
10. 前記改質器で生成した水素リッチな改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックと前記熱交換との間で冷媒を循環させる冷却系と、を備え、
    前記熱交換手段は、暖機運転から改質運転に移行する際に、前記燃焼場で混合ガスを燃焼することにより生成した高温燃焼ガスと、前記燃料電池スタックとの間で冷媒を介して熱交換を行う請求項７に記載の改質型燃料電池システム。
11. 前記熱交換手段において、改質または発電に用いる液体燃料および水の少なくとも一方を冷媒として用いる請求項７に記載の改質型燃料電池システム。
12. 前記熱交換手段として、液体燃料の蒸発器または水の蒸発器の少なくとも一方を用いる請求項７に記載の改質型燃料電池システム。
13. 前記改質器で生成した水素リッチな改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックから排出された排水素を燃焼する排水素燃焼手段と、を備え、
    暖機時には、前記起動燃焼器で生成した燃料リーンな燃焼ガスを用いて前記熱交換手段を暖機し、
    改質時には、前記排水素燃焼手段からの排ガスを用いて前記熱交換手段において液体燃料または水の少なくとも一方の蒸発を行う請求項１２に記載の改質型燃料電池システム。
14. 前記燃焼場として、着火手段を備えた気層燃焼器を備え、
    システムに要求される出力に応じて、前記着火手段を動作させるタイミングを変化させる請求項１３に記載の改質型燃料電池システム。

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