JP2009242205A - 水素含有ガス生成装置の起動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供する。
【解決手段】水蒸気との混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナ１７による加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部３と、供給される改質用水を改質部３を加熱した後の改質バーナ１７の燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｊと、水蒸気生成部Ｊを加熱する補助加熱用電気ヒータ２７とが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の改質部３への供給を開始し、且つ、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時又は略同時に、補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する。
【選択図】図１
【解決手段】水蒸気との混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナ１７による加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部３と、供給される改質用水を改質部３を加熱した後の改質バーナ１７の燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｊと、水蒸気生成部Ｊを加熱する補助加熱用電気ヒータ２７とが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の改質部３への供給を開始し、且つ、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時又は略同時に、補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する。
【選択図】図１
Description
本発明は、水蒸気との混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部と、
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に供給する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法に関する。
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に供給する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法に関する。
かかる水素含有ガス生成装置は、改質部にて、原燃料を改質バーナによる加熱状態で水蒸気を用いて水素ガスを主成分とする改質ガスに改質処理することにより、水素含有ガスを生成するものであり、その改質部において改質処理用に用いる水蒸気は、水蒸気生成部において、供給される改質用水を改質部を加熱した後の改質バーナの燃焼排ガスにより加熱することにより生成するようになっている。
ちなみに、この水素含有ガス生成装置にて生成された水素含有ガスは、例えば、燃料電池において発電反応用の燃料ガスとして用いられる。
そして、このような水素含有ガス生成装置には、起動時に、水蒸気生成部の昇温を早くして起動時間を短縮すべく、水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
ちなみに、この水素含有ガス生成装置にて生成された水素含有ガスは、例えば、燃料電池において発電反応用の燃料ガスとして用いられる。
そして、このような水素含有ガス生成装置には、起動時に、水蒸気生成部の昇温を早くして起動時間を短縮すべく、水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
前記特許文献１には、明確に記載されていないが、従来、このような水素含有ガス生成装置の起動方法としては、改質バーナの燃焼を開始し、その改質バーナの燃焼の開始と同時に、補助加熱用電気ヒータによる加熱を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと水蒸気混合状態の原燃料の改質部への供給を開始する方法としていた。
ちなみに、例えば、改質部やその後段の反応部が水蒸気の凝縮を防止可能な温度になると、前記改質用水の供給開始条件を満たすと判別し、例えば、改質部やその後段の反応部の温度が原燃料の改質処理が可能な温度になると、前記原燃料の供給開始条件を満たすと判別することになる。
ちなみに、例えば、改質部やその後段の反応部が水蒸気の凝縮を防止可能な温度になると、前記改質用水の供給開始条件を満たすと判別し、例えば、改質部やその後段の反応部の温度が原燃料の改質処理が可能な温度になると、前記原燃料の供給開始条件を満たすと判別することになる。
つまり、起動時には、改質用水の供給開始条件を満たすと、水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後、原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の改質部への供給を開始して、原燃料の改質処理を開始することになる（例えば、特許文献２参照。）。
上記のような従来の水素含有ガス生成装置の起動方法によれば、改質バーナの燃焼の開始と同時に、補助加熱用電気ヒータによる加熱を開始して、水蒸気生成部を改質バーナの燃焼排ガス及び補助加熱用電気ヒータの両方により加熱するものであるので、改質用水の供給開始条件が満たされたときには、水蒸気生成部が充分高温に加熱されている。
そして、そのように充分高温に加熱されている水蒸気生成部に改質用水が供給されると高温の水蒸気が速やかに生成されるが、水蒸気生成部における改質用水が供給された部分の温度が急激に大きく低下することとなって、水蒸気生成部に大きな熱応力が発生してその水蒸気生成部が損傷する虞があった。
そして、そのように充分高温に加熱されている水蒸気生成部に改質用水が供給されると高温の水蒸気が速やかに生成されるが、水蒸気生成部における改質用水が供給された部分の温度が急激に大きく低下することとなって、水蒸気生成部に大きな熱応力が発生してその水蒸気生成部が損傷する虞があった。
例えば、蛇行状の膨出部を備えた流路形成体と通流室形成体とが、伝熱板の両側に振り分けられた状態で、且つ、流路形成体については、その周縁部分及び膨出部における隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で溶接接続され、水蒸気生成部が、伝熱板と通流室形成体との間に形成された通流室を通して改質バーナからの燃焼排ガスを通流させ、且つ、伝熱板と流路形成体との間に形成される蛇行状の流路に改質用水を供給して水蒸気を生成するように構成される場合は、上述のように、大きな熱応力が発生すると、特に、伝熱板と流路形成体との溶接部分が離脱するような損傷が生じ易かった。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することにある。
本発明の水素含有ガス生成装置の起動方法の第１特徴構成は、水蒸気との混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部と、
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、
前記改質バーナの燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の前記改質部への供給を開始し、且つ、
前記改質用水の前記水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に、前記補助加熱用電気ヒータによる加熱を開始する点を特徴とする。
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、
前記改質バーナの燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の前記改質部への供給を開始し、且つ、
前記改質用水の前記水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に、前記補助加熱用電気ヒータによる加熱を開始する点を特徴とする。
前記改質用水の供給開始条件を満たすということは、少なくとも改質部が水蒸気の凝縮を防止可能な温度に昇温されている状態に対応する条件を満たすことに対応し、前記原燃料の供給開始条件を満たすということは、少なくとも改質部が原燃料の改質処理が可能な温度に昇温されている状態に対応する条件を満たすことに対応する。
つまり、本発明の発明者が鋭意研究した結果、改質用水の供給を開始するまでは補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を充分な高温状態に加熱しておかなくとも、改質用水の供給を開始するときから、水蒸気生成部を補助加熱用電気ヒータにて水蒸気の生成が所望通り行えるように加熱することにより、水素含有ガス生成装置の起動時間が長くなるのを極力抑制する状態で、水蒸気生成部にて所望通りの水蒸気が生成されて、原燃料の供給開始条件を満たしたときには、水蒸気混合状態の原燃料を改質部に供給できることが判明したのである。
説明を加えると、改質用水の供給開始条件を満たすまでに、水蒸気生成部は改質バーナからの燃焼排ガスにより若干加熱されており、又、水蒸気生成部内にはある程度の水位までの容積マージンがあるため、改質用水の供給と同時又は略同時に補助加熱用電気ヒータによる加熱を開始しても、水蒸気生成部から改質用水が溢れ出るのを防止することができるので、水蒸気生成部以外の部分（例えば改質部等）に改質用水の流入による悪影響（触媒劣化やスケール析出等）を与えることなく、水蒸気生成部にて水蒸気を所望通り生成できることが判明したのである。
ちなみに、改質用水の供給開始条件を満たしたときの直後においては、水蒸気生成部から改質部に供給される水蒸気の温度が低いため、従来法に比べると改質部の昇温の度合いが少し低下する傾向が見られるものの、改質部を加熱する改質バーナの熱量が大きいため、改質用水の供給開始条件を満たしたときから補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように加熱することを開始した場合の、改質バーナの燃焼を開始してから原燃料の供給開始条件を満たすまでの時間は、改質バーナの燃焼を開始するときに、併せて補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように加熱することを開始した場合に比べて、起動時間が大幅に伸びることが無いことも判明した。
ちなみに、改質用水の供給開始条件を満たしたときの直後においては、水蒸気生成部から改質部に供給される水蒸気の温度が低いため、従来法に比べると改質部の昇温の度合いが少し低下する傾向が見られるものの、改質部を加熱する改質バーナの熱量が大きいため、改質用水の供給開始条件を満たしたときから補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように加熱することを開始した場合の、改質バーナの燃焼を開始してから原燃料の供給開始条件を満たすまでの時間は、改質バーナの燃焼を開始するときに、併せて補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように加熱することを開始した場合に比べて、起動時間が大幅に伸びることが無いことも判明した。
そこで、補助加熱用電気ヒータによる加熱を、改質用水の水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に開始することにより、改質用水を水蒸気生成部へ供給するまでは、水蒸気生成部を改質バーナからの燃焼排ガスのみにて加熱して、改質用水の供給を開始する時点での水蒸気生成部の温度があまり高くならないようにして、改質用水の供給を開始したときに、水蒸気生成部に大きな熱応力が発生するのを抑制することができるようになり、水蒸気生成部が損傷するのを抑制することができるのである。
しかも、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減することができる。
従って、水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
しかも、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減することができる。
従って、水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
第２特徴構成は、水蒸気との混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部と、
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、
前記改質バーナの燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の前記改質部への供給を開始し、且つ、
前記改質バーナの燃焼を開始したとき又はそのときから前記改質用水の供給開始条件が満たされるまでの間において、前記補助加熱用電気ヒータの予備加熱制御操作による加熱を開始し、前記改質用水の前記水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に、前記補助加熱用電気ヒータの前記予備加熱制御値よりも大きい昇温用加熱制御値による加熱制御操作を開始する点を特徴とする。
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、
前記改質バーナの燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の前記改質部への供給を開始し、且つ、
前記改質バーナの燃焼を開始したとき又はそのときから前記改質用水の供給開始条件が満たされるまでの間において、前記補助加熱用電気ヒータの予備加熱制御操作による加熱を開始し、前記改質用水の前記水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に、前記補助加熱用電気ヒータの前記予備加熱制御値よりも大きい昇温用加熱制御値による加熱制御操作を開始する点を特徴とする。
即ち、上記の第１特徴構成の欄にても述べた如く、本発明の発明者が鋭意研究した結果、改質用水の供給を開始するまでは補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を充分な高温状態に加熱しておかなくとも、改質用水の供給を開始するときから、水蒸気生成部を補助加熱用電気ヒータにて水蒸気の生成が所望通り行えるように加熱することにより、起動時間が長くなるのを極力抑制する状態で、又、水蒸気生成部から改質用水が溢れ出て水蒸気生成部以外の部分に悪影響を与えることなく、水蒸気生成部にて所望通りの水蒸気が生成されて、原燃料の供給開始条件を満たしたときには、水蒸気混合状態の原燃料を改質部に供給できることが判明したのである。
説明を加えると、改質用水の供給開始条件を満たすまでに、水蒸気生成部は改質バーナからの燃焼排ガスにより若干加熱されており、又、水蒸気生成部内にはある程度の水位までの容積マージンがあるため、改質用水の供給と同時又は略同時に補助加熱用電気ヒータによる昇温用加熱制御操作を開始しても、水蒸気生成部から改質用水が溢れ出るのを防止することができるので、水蒸気生成部以外の部分に改質用水の流入による悪影響を与えることなく、水蒸気生成部にて水蒸気を所望通り生成できることが判明したのである。
ちなみに、改質用水の供給開始条件を満たしたときの直後においては、水蒸気生成部から改質部に供給される水蒸気の温度が低いため、従来法に比べると改質部の昇温の度合いが少し低下する傾向が見られるものの、改質部を加熱する改質バーナの熱量が大きいため、改質用水の供給開始条件を満たしたときから補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように昇温用加熱制御操作を開始した場合の、改質バーナの燃焼を開始してから原燃料の供給開始条件を満たすまでの時間は、改質バーナの燃焼を開始するときに、併せて補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように昇温用加熱制御操作を開始した場合に比べて、起動時間が大幅に伸びることが無いことも判明した。
ちなみに、改質用水の供給開始条件を満たしたときの直後においては、水蒸気生成部から改質部に供給される水蒸気の温度が低いため、従来法に比べると改質部の昇温の度合いが少し低下する傾向が見られるものの、改質部を加熱する改質バーナの熱量が大きいため、改質用水の供給開始条件を満たしたときから補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように昇温用加熱制御操作を開始した場合の、改質バーナの燃焼を開始してから原燃料の供給開始条件を満たすまでの時間は、改質バーナの燃焼を開始するときに、併せて補助加熱用電気ヒータにて水蒸気生成部を水蒸気の生成が所望通り行えるように昇温用加熱制御操作を開始した場合に比べて、起動時間が大幅に伸びることが無いことも判明した。
そこで、改質用水の供給開始条件を満たすまでは、補助加熱用電気ヒータによる加熱を予備加熱制御値にて行わせておき、改質用水の供給開始条件を満たして、改質用水の水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に、予備加熱制御値よりも大きい昇温用加熱制御値による補助加熱用電気ヒータの加熱制御操作を開始することにより、改質用水を水蒸気生成部へ供給するまでは、補助加熱用電気ヒータの予備加熱制御操作による加熱と改質バーナからの燃焼排ガスにて水蒸気生成部を加熱して、改質用水の供給を開始する時点での水蒸気生成部の温度があまり高くならないようにして、改質用水の供給を開始したときに、水蒸気生成部に大きな熱応力が発生するのを抑制することができるようになり、水蒸気生成部が損傷するのを抑制することができるのである。
しかも、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減することができる。
従って、耐久性を向上し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
しかも、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減することができる。
従って、耐久性を向上し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、
前記水蒸気生成部の温度が起動時補助加熱停止用の設定温度に達すると、前記補助加熱用電気ヒータによる加熱を停止させる点を特徴とする。
前記水蒸気生成部の温度が起動時補助加熱停止用の設定温度に達すると、前記補助加熱用電気ヒータによる加熱を停止させる点を特徴とする。
即ち、起動時に水蒸気生成部をある程度の温度にまで加熱すると、改質部を加熱した後の改質バーナの燃焼排ガスによる加熱により、水蒸気生成部を水蒸気の生成が可能な状態に維持することができるものである。
そこで、前記起動時補助加熱停止用の設定温度として、水蒸気生成部に改質用水を供給している状態で、補助加熱用電気ヒータによる加熱を停止させても、水蒸気生成部を改質バーナの燃焼排ガスによる加熱により水蒸気の生成が可能な状態に維持することができる水蒸気生成部の温度に設定する。
そして、起動時間を短縮すべく、起動時に補助加熱用電気ヒータによる加熱を行うにしても、水蒸気生成部の温度が起動時補助加熱停止用の設定温度に達すると、補助加熱用電気ヒータによる加熱を停止させるようにすることにより、水蒸気生成部を水蒸気の生成が可能な状態に維持することができながら、補助加熱用電気ヒータによる加熱を不必要に行うことを回避することができて、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減することができるのである。
従って、水蒸気生成部の損傷を抑制することができ、しかも、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減できる水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
そこで、前記起動時補助加熱停止用の設定温度として、水蒸気生成部に改質用水を供給している状態で、補助加熱用電気ヒータによる加熱を停止させても、水蒸気生成部を改質バーナの燃焼排ガスによる加熱により水蒸気の生成が可能な状態に維持することができる水蒸気生成部の温度に設定する。
そして、起動時間を短縮すべく、起動時に補助加熱用電気ヒータによる加熱を行うにしても、水蒸気生成部の温度が起動時補助加熱停止用の設定温度に達すると、補助加熱用電気ヒータによる加熱を停止させるようにすることにより、水蒸気生成部を水蒸気の生成が可能な状態に維持することができながら、補助加熱用電気ヒータによる加熱を不必要に行うことを回避することができて、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減することができるのである。
従って、水蒸気生成部の損傷を抑制することができ、しかも、補助加熱用電気ヒータの消費電力を低減できる水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
運転を停止させるときに前記改質部及びそれに連なる流路に原燃料が充填されている点を特徴とする。
運転を停止させるときに前記改質部及びそれに連なる流路に原燃料が充填されている点を特徴とする。
即ち、運転を停止させるときに改質部及びそれに連なる流路に原燃料が充填された状態で保持されているので、起動時には、改質部及びそれに連なる流路に原燃料が充填されている。
そして、水素含有ガス生成装置を起動するときに、改質部及びそれに連なる流路に水蒸気を供給して、改質部及びそれに連なる流路に充填されている原燃料をそれらから排出する。
そして、水素含有ガス生成装置を起動するときに、改質部及びそれに連なる流路に水蒸気を供給して、改質部及びそれに連なる流路に充填されている原燃料をそれらから排出する。
つまり、このような水素含有ガス生成装置では、運転の停止中に、改質部及びそれに連なる流路に備えられている改質処理のための触媒が酸化するのを防止する等のために、運転を停止させるときに改質部及びそれに連なる流路に触媒の酸化を防止するための充填用ガスが充填されている場合がある。
そして、充填用ガスとして原燃料を用いることにより、ボンベ等の充填用ガスの供給設備を不要とすることができるが、改質部内の原燃料が水蒸気が混合されていない状態で改質処理温度近くまで加熱されると、原燃料の熱分解により炭素が析出して触媒を劣化させたり、反応部を閉塞させたりする虞がある。
そして、充填用ガスとして原燃料を用いることにより、ボンベ等の充填用ガスの供給設備を不要とすることができるが、改質部内の原燃料が水蒸気が混合されていない状態で改質処理温度近くまで加熱されると、原燃料の熱分解により炭素が析出して触媒を劣化させたり、反応部を閉塞させたりする虞がある。
そこで、起動時に、改質用水の供給開始条件を満たした後、原燃料の供給開始条件を満たすまでの間に、多量の改質用水を水蒸気生成部に供給して、改質部の容積の数倍の体積の多量の水蒸気を改質部及びそれに連なる流路に供給することにより、それらに充填されている原燃料を的確に排出し、炭素析出を抑制することができる。
そして、そのように多量の改質用水を水蒸気生成部に供給するようにしても、そのときの水蒸気生成部の温度を低くすることが可能となるので、水蒸気生成部に大きな熱応力が発生するのを抑制することができて、水蒸気生成部の耐久性を低下させることがない。
従って、原燃料が充填用ガスとして改質部及びそれに連なる流路に充填されている場合に、原燃料を的確に排出して炭素析出による不具合を回避することができながら、水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
そして、そのように多量の改質用水を水蒸気生成部に供給するようにしても、そのときの水蒸気生成部の温度を低くすることが可能となるので、水蒸気生成部に大きな熱応力が発生するのを抑制することができて、水蒸気生成部の耐久性を低下させることがない。
従って、原燃料が充填用ガスとして改質部及びそれに連なる流路に充填されている場合に、原燃料を的確に排出して炭素析出による不具合を回避することができながら、水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
第５特徴構成は、上記第１〜第４特徴構成のいずれかに加えて、
蛇行状の膨出部を備えた流路形成体と通流室形成体とが、伝熱板の両側に振り分けられた状態で、且つ、前記流路形成体については、その周縁部分及び前記膨出部における隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で溶接接続され、
前記水蒸気生成部が、前記伝熱板と前記通流室形成体との間に形成された通流室を通して前記改質バーナからの燃焼排ガスを通流させ、且つ、前記伝熱板と前記流路形成体との間に形成される蛇行状の流路に改質用水を供給して水蒸気を生成するように構成されている点を特徴とする。
蛇行状の膨出部を備えた流路形成体と通流室形成体とが、伝熱板の両側に振り分けられた状態で、且つ、前記流路形成体については、その周縁部分及び前記膨出部における隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で溶接接続され、
前記水蒸気生成部が、前記伝熱板と前記通流室形成体との間に形成された通流室を通して前記改質バーナからの燃焼排ガスを通流させ、且つ、前記伝熱板と前記流路形成体との間に形成される蛇行状の流路に改質用水を供給して水蒸気を生成するように構成されている点を特徴とする。
即ち、伝熱板と流路形成体との間に形成される蛇行状の流路に供給された改質用水がその蛇行状の流路を通流する間に、伝熱板と通流室形成体との間に形成された通流室を通流する燃焼排ガスにより加熱されて、水蒸気が生成され、その生成された水蒸気が蛇行状の流路を通流して水蒸気生成部から排出されて、改質部に供給される、又は、原燃料に混合されて改質部に供給される。
つまり、改質用水を蛇行状の流路を通して通流させる状態で、燃焼排ガスにより加熱することにより、改質用水を燃焼排ガスにより効率良く加熱することができるので、原燃料の改質処理に必要な量の水蒸気を生成する能力を得ながら、水蒸気生成部の小型化を図ることができる。
そのような蛇行状の流路を形成するに当たっては、蛇行状の膨出部を備えた流路形成体をその周縁部分及び前記膨出部における隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で伝熱板に溶接接続して、伝熱板と流路形成体との間に蛇行状の流路を形成するようにすることにより、例えば、通流室内に邪魔板を配設して蛇行状の流路を形成する場合に比べて、構成を簡略化することができる。
そのような蛇行状の流路を形成するに当たっては、蛇行状の膨出部を備えた流路形成体をその周縁部分及び前記膨出部における隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で伝熱板に溶接接続して、伝熱板と流路形成体との間に蛇行状の流路を形成するようにすることにより、例えば、通流室内に邪魔板を配設して蛇行状の流路を形成する場合に比べて、構成を簡略化することができる。
そして、起動時に改質用水を供給するときの水蒸気生成部の温度を低くすることが可能となるので、上述のように蛇行状の流路を形成する場合においても、伝熱板と流路形成体との溶接部分に大きな熱応力が発生するのを抑制することができるようになって、溶接部分が離脱する等、水蒸気生成部が損傷するのを抑制することができる。
従って、小型低廉化を図った水蒸気生成部を備える場合においても、水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
従って、小型低廉化を図った水蒸気生成部を備える場合においても、水蒸気生成部の損傷を抑制し得る水素含有ガス生成装置の起動方法を提供することができるようになった。
〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る水素含有ガス生成装置Ｐを備えた燃料電池発電装置を示し、この燃料電池発電装置は、炭化水素系の原燃料ガスを原料として水素ガスを主成分とする水素含有ガスを生成する前記水素含有ガス生成装置Ｐと、その水素含有ガス生成装置Ｐにて生成された水素含有ガスが燃料ガスとして供給されて発電する燃料電池Ｇと、運転を制御する制御部Ｃとを備えて構成されている。
以下、図面に基づいて、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る水素含有ガス生成装置Ｐを備えた燃料電池発電装置を示し、この燃料電池発電装置は、炭化水素系の原燃料ガスを原料として水素ガスを主成分とする水素含有ガスを生成する前記水素含有ガス生成装置Ｐと、その水素含有ガス生成装置Ｐにて生成された水素含有ガスが燃料ガスとして供給されて発電する燃料電池Ｇと、運転を制御する制御部Ｃとを備えて構成されている。
前記燃料電池Ｇは、周知であるので詳細な説明及び図示は省略して簡単に説明すると、この燃料電池Ｇは、例えば、高分子膜を電解質層とするセルの複数を積層状態に設けた固体高分子型で構成され、各セルの燃料極に前記水素含有ガス生成装置Ｐから燃料ガスを供給し、各セルの空気極に反応用送風機３６から空気を供給して、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うように構成されている。
水素含有ガス生成装置Ｐは、原燃料ガスに含まれる硫黄分を脱硫処理する脱硫室１と、その脱硫室１で脱硫処理された原燃料ガスが水蒸気との混合状態で供給されてその原燃料ガスを改質バーナ１７の加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部としての改質室３と、供給される改質用水を前記改質室３を加熱した後の前記改質バーナ１７の燃焼排ガスにより加熱して原燃料ガスに混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｊと、この水蒸気生成部Ｊを加熱する水蒸気生成用の補助加熱用電気ヒータ２７と、前記改質バーナ１７にて燃焼用燃料を燃焼させる燃焼室６と、前記改質室３から供給される改質ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成室４と、その変成室４から供給される改質ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択酸化室５等を備えて構成され、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成するように構成されている。
更に、この水素含有ガス生成装置Ｐには、前記改質室３から排出される高温の改質ガスにより前記脱硫室１にて脱硫された脱硫後の原燃料ガスを加熱する脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａ、及び、その脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａにて熱交換後の改質ガスにより脱硫室１にて脱硫処理する原燃料ガスを加熱する脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂが設けられている。
前記脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａは、前記改質室３から排出された改質ガスを通流させる上流側熱交換用通流室１０と、前記脱硫室１にて脱硫処理されて改質室３に供給する脱硫後の原燃料ガスを通流させる脱硫後原燃料通流室１１とを熱交換自在に設けて構成され、前記脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂは、前記上流側熱交換用通流室１０から排出された改質ガスを通流させる下流側熱交換用通流室１２と、前記脱硫室１にて脱硫処理する原燃料ガスを通流させる脱硫前原燃料通流室１３とを熱交換自在に設けて構成されている。
前記脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａは、前記改質室３から排出された改質ガスを通流させる上流側熱交換用通流室１０と、前記脱硫室１にて脱硫処理されて改質室３に供給する脱硫後の原燃料ガスを通流させる脱硫後原燃料通流室１１とを熱交換自在に設けて構成され、前記脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂは、前記上流側熱交換用通流室１０から排出された改質ガスを通流させる下流側熱交換用通流室１２と、前記脱硫室１にて脱硫処理する原燃料ガスを通流させる脱硫前原燃料通流室１３とを熱交換自在に設けて構成されている。
図２に基づいて、前記水蒸気生成部Ｊについて説明を加える。尚、図２において、（イ）は水蒸気生成部Ｊの斜視図であり、（ロ）は水蒸気生成部Ｊの縦断側面図である。
蛇行状の膨出部５６ｂを備えた流路形成体５６と皿状の通流室形成体５７とが、伝熱板５５の両側に振り分けられた状態で、且つ、前記流路形成体５６については、その周縁部分及び前記膨出部５６ｂにおける隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で伝熱板５５に溶接接続され、前記通流室形成体５７については、その周縁部分を溶接する状態で伝熱板５５に溶接接続されている。
そして、前記水蒸気生成部Ｊが、前記伝熱板５５と前記通流室形成体５７との間に形成された加熱用排ガス通流室８を通して前記燃焼室６から排出される改質バーナ１７の燃焼排ガスを通流させ、且つ、前記伝熱板５５と前記流路形成体５６との間に形成される蛇行状の蒸発処理流路２に改質用水を供給して水蒸気を生成するように構成されている。
蛇行状の膨出部５６ｂを備えた流路形成体５６と皿状の通流室形成体５７とが、伝熱板５５の両側に振り分けられた状態で、且つ、前記流路形成体５６については、その周縁部分及び前記膨出部５６ｂにおける隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で伝熱板５５に溶接接続され、前記通流室形成体５７については、その周縁部分を溶接する状態で伝熱板５５に溶接接続されている。
そして、前記水蒸気生成部Ｊが、前記伝熱板５５と前記通流室形成体５７との間に形成された加熱用排ガス通流室８を通して前記燃焼室６から排出される改質バーナ１７の燃焼排ガスを通流させ、且つ、前記伝熱板５５と前記流路形成体５６との間に形成される蛇行状の蒸発処理流路２に改質用水を供給して水蒸気を生成するように構成されている。
前記膨出部５６ｂは、前記蒸発処理流路２がプレス加工や邪魔板加工によって蛇行状に形成され、前記改質用水が下部から供給されるように構成されている。なお、この蒸発処理流路２内には、伝熱促進用にステンレスウール５８等を充填しても良い。
前記排ガス通流室８は、蛇行状の前記蒸発処理流路２に沿って燃焼排ガスを蛇行状に上部から通流させるように形成され、例えば、前記排ガス通流室８内に蛇行状流路を形成するための複数の邪魔板５９を配設したり、プレス加工によって形成されている。
前記排ガス通流室８は、蛇行状の前記蒸発処理流路２に沿って燃焼排ガスを蛇行状に上部から通流させるように形成され、例えば、前記排ガス通流室８内に蛇行状流路を形成するための複数の邪魔板５９を配設したり、プレス加工によって形成されている。
前記伝熱板５５、前記流路形成体５６及び通流室形成体５７は、夫々、ステンレス等の耐熱金属製であり、前記流路形成体５６及び通流室形成体５７は、その耐熱金属からなる板材をプレス成形して形成されている。
図１に示すように、前記加熱用排ガス通流室８の下端部分に、水蒸気生成部Ｊの温度を検出する水蒸気生成部温度センサＴｓが設けられている。
前記水蒸気生成用の補助加熱用電気ヒータ２７は、前記水蒸気生成部Ｊの前記流路形成体５６に当て付けた状態で設けられて、その補助加熱用電気ヒータ４にて蛇行状の前記蒸発処理流路２を加熱するように構成されている。
前記水蒸気生成用の補助加熱用電気ヒータ２７は、前記水蒸気生成部Ｊの前記流路形成体５６に当て付けた状態で設けられて、その補助加熱用電気ヒータ４にて蛇行状の前記蒸発処理流路２を加熱するように構成されている。
図３に基づいて、前記改質室３及び前記燃焼室６について説明を加える。
皿状の改質室形成体５１と皿状の燃焼室形成体５２とが、伝熱板５３の両側に振り分けられた状態で、且つ、夫々の周縁部分を溶接する状態で伝熱板５３に溶接接続されている。
そして、前記伝熱板５３と前記改質室形成体５１との間に、前記改質室３が形成され、前記伝熱板５３と前記燃焼室形成体５２との間に、前記燃焼室６が形成され、更に、その燃焼室６を形成する燃焼室形成体５２を覆うように断熱材５４が設けられている。
そして、前記改質室３内に、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスを主成分とするガスに改質処理するルテニウム、ニッケル等の改質反応用触媒１９が充填されている。
皿状の改質室形成体５１と皿状の燃焼室形成体５２とが、伝熱板５３の両側に振り分けられた状態で、且つ、夫々の周縁部分を溶接する状態で伝熱板５３に溶接接続されている。
そして、前記伝熱板５３と前記改質室形成体５１との間に、前記改質室３が形成され、前記伝熱板５３と前記燃焼室形成体５２との間に、前記燃焼室６が形成され、更に、その燃焼室６を形成する燃焼室形成体５２を覆うように断熱材５４が設けられている。
そして、前記改質室３内に、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスを主成分とするガスに改質処理するルテニウム、ニッケル等の改質反応用触媒１９が充填されている。
前記改質室３は、原燃料ガスと水蒸気とが混合状態で上端部から供給されて、下方側に向けて流動するように構成され、図１に示すように、その改質室３の下端部分（即ち、改質ガスの出口部分）における改質反応用触媒１９の温度を検出するように改質温度センサＴｒが設けられている。
ちなみに、前記改質室３では、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）である場合は、改質反応用触媒１９の触媒作用により、例えば６００〜７５０°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、原燃料ガスと水蒸気とを改質反応させて、水素ガスを主成分とする改質ガスを生成させる。
ちなみに、前記改質室３では、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）である場合は、改質反応用触媒１９の触媒作用により、例えば６００〜７５０°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、原燃料ガスと水蒸気とを改質反応させて、水素ガスを主成分とする改質ガスを生成させる。
前記燃焼室６内における下端部に、その燃焼室６内にて燃焼用燃料を燃焼させるように、前記改質バーナ１７が設けられている。
この改質バーナ１７は、複数の第１噴出孔１７ａを長手方向に並べて列状に備えた第１噴出管１７Ａと複数の第２噴出孔１７ｂを長手方向に並べて列状に備えた第２噴出管１７Ｂとを第１噴出孔１７ａの噴出方向と第２噴出孔１７ｂの噴出方向とが交差するように並べて設けて構成されている。
更に、燃焼室６内における改質バーナ１７よりも上方側に、白金、パラジウム等から成る燃焼触媒を保持させた燃焼触媒保持体１８が配設されている。
この改質バーナ１７は、複数の第１噴出孔１７ａを長手方向に並べて列状に備えた第１噴出管１７Ａと複数の第２噴出孔１７ｂを長手方向に並べて列状に備えた第２噴出管１７Ｂとを第１噴出孔１７ａの噴出方向と第２噴出孔１７ｂの噴出方向とが交差するように並べて設けて構成されている。
更に、燃焼室６内における改質バーナ１７よりも上方側に、白金、パラジウム等から成る燃焼触媒を保持させた燃焼触媒保持体１８が配設されている。
前記改質バーナ１７に着火して改質室３を改質処理可能な温度に加熱する起動時は、改質室３に供給するのと同様の原燃料ガスを燃焼用燃料として燃焼用空気と混合させた状態で第１噴出管１７Ａに供給して燃焼させるように構成され、前記燃料電池Ｇの燃料極から排出された排燃料ガスとしてのオフガスを燃焼用燃料として燃焼させる通常運転時は、そのオフガスを第２噴出管１７Ｂに供給し且つ燃焼用空気を第１噴出管１７Ａに供給するように構成されている。
又、前記改質室３を改質処理可能なように加熱するには、オフガスだけでは不足する場合、その不足分を補うように、原燃料ガスを燃焼用燃料として、燃焼用空気に混合させた状態で、第１噴出管１７Ａに追加供給するように構成されている。
又、前記改質室３を改質処理可能なように加熱するには、オフガスだけでは不足する場合、その不足分を補うように、原燃料ガスを燃焼用燃料として、燃焼用空気に混合させた状態で、第１噴出管１７Ａに追加供給するように構成されている。
前記脱硫室１には、炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫反応用触媒（図示省略）が充填され、図１に示すように、起動時に脱硫室１を加熱する脱硫処理用の起動用電気ヒータ２８が設けられている。
前記変成室４には、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する酸化鉄系又は銅亜鉛系の変成反応用触媒（図示省略）が充填され、図１に示すように、起動時に変成室４を加熱する変成処理用の起動用電気ヒータ２９が設けられている。
ちなみに、前記変成室４では、変成反応用触媒の触媒作用により、改質室３から供給される改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを、例えば、１５０〜４００°Ｃの範囲の変成処理温度の下で変成反応させる。
ちなみに、前記変成室４では、変成反応用触媒の触媒作用により、改質室３から供給される改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを、例えば、１５０〜４００°Ｃの範囲の変成処理温度の下で変成反応させる。
前記選択酸化室５には、一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム等の貴金属系の選択酸化反応用触媒（図示省略）が充填されている。
図１に示すように、起動時に選択酸化室５を加熱する選択酸化処理用の起動用電気ヒータ３０が設けられ、又、この選択酸化室５内の選択酸化反応用触媒の温度を検出するように、選択酸化温度センサＴｍが設けられている。
ちなみに、前記選択酸化室５では、選択酸化反応用触媒の触媒作用により、例えば８０〜２００°Ｃの選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質ガス中に残存している一酸化炭素ガスが選択酸化除去される。
図１に示すように、起動時に選択酸化室５を加熱する選択酸化処理用の起動用電気ヒータ３０が設けられ、又、この選択酸化室５内の選択酸化反応用触媒の温度を検出するように、選択酸化温度センサＴｍが設けられている。
ちなみに、前記選択酸化室５では、選択酸化反応用触媒の触媒作用により、例えば８０〜２００°Ｃの選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質ガス中に残存している一酸化炭素ガスが選択酸化除去される。
発電用原燃料供給路３１が前記脱硫前原燃料通流室１３に接続され、その脱硫前原燃料通流室１３と前記脱硫室１とが、その脱硫室１と前記脱硫後原燃料通流室１１とが、その脱硫後原燃料通流室１１と前記改質室３とが、その改質室３と前記上流側熱交換用通流室１０とが、その上流側熱交換用通流室１０と前記下流側熱交換用通流室１２とが、その下流側熱交換用通流室１２と前記変成室４とが、その変成室４と前記選択酸化室５とが、夫々、ガス処理流路３２にて接続され、更に、その選択酸化室５と燃料電池Ｇの燃料ガス供給部とが燃料ガス流路３３にて接続されている。
前記発電用原燃料供給路３１には、改質処理用の原燃料ガスの供給を断続する発電用原燃料断続弁Ｖ１、及び、改質処理用の原燃料ガスの供給量を調節する発電用原燃料調節弁Ｖ２が設けられている。
前記発電用原燃料供給路３１には、改質処理用の原燃料ガスの供給を断続する発電用原燃料断続弁Ｖ１、及び、改質処理用の原燃料ガスの供給量を調節する発電用原燃料調節弁Ｖ２が設けられている。
又、前記変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２には、選択酸化用送風機２４から選択酸化用空気が供給される選択酸化用空気供給路２５が接続されて、変成室４にて変成処理された改質ガスに選択酸化用空気を混合させて前記選択酸化室５に供給するように構成されている。
なお、図示しないが、前記変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２の途中に、熱交換器とドレントラップを設置し、前記選択酸化室５に供給されるガスの温度や露点を制御するように構成しても良い。また、前記熱交換器には所望の温度の冷却水を流すように構成しても良い。
なお、図示しないが、前記変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２の途中に、熱交換器とドレントラップを設置し、前記選択酸化室５に供給されるガスの温度や露点を制御するように構成しても良い。また、前記熱交換器には所望の温度の冷却水を流すように構成しても良い。
つまり、脱硫室１にて脱硫処理し、その脱硫処理した原燃料ガスに、前記蒸発処理流路２から水蒸気流路３４を通して供給される水蒸気を混合させ、その水蒸気を混合させた原燃料ガスを改質室３にて改質処理し、その改質ガスを変成室４にて変成処理し、その変成処理した改質ガスを選択酸化室５にて選択酸化処理して、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成し、その水素含有ガスを燃料ガスとして燃料ガス流路３３を通じて燃料電池Ｇに供給するように構成されている。
前記燃料電池Ｇの前記燃料極から排出されるオフガスを導くオフガス路３８が前記改質バーナ１７の第２噴出管１７Ｂに接続されて、前記燃料極から排出されるオフガスが燃焼用燃料として前記改質バーナ１７に供給されるように構成されている。
前記燃料ガス流路３３と前記オフガス路３８とを前記燃料電池Ｇを迂回して接続するバイパス路４４が設けられ、前記燃料ガス流路３３における前記オフガス路３８の接続箇所よりも前記燃料電池Ｇの側の箇所に、その燃料電池Ｇへの燃料ガスの供給を断続する燃料ガス断続弁Ｖ５が設けられ、前記バイパス路４４には、そのバイパス路４４を開閉するバイパス開閉弁Ｖ６が設けられ、前記オフガス路３８における前記バイパス路４４の接続箇所よりも上流側の箇所に電池下流側開閉弁Ｖ７が設けられている。
前記燃料ガス流路３３と前記オフガス路３８とを前記燃料電池Ｇを迂回して接続するバイパス路４４が設けられ、前記燃料ガス流路３３における前記オフガス路３８の接続箇所よりも前記燃料電池Ｇの側の箇所に、その燃料電池Ｇへの燃料ガスの供給を断続する燃料ガス断続弁Ｖ５が設けられ、前記バイパス路４４には、そのバイパス路４４を開閉するバイパス開閉弁Ｖ６が設けられ、前記オフガス路３８における前記バイパス路４４の接続箇所よりも上流側の箇所に電池下流側開閉弁Ｖ７が設けられている。
燃焼用送風機３９から供給される燃焼用空気を導く燃焼用空気流路４０及び原燃料ガスを燃焼用燃料として導くバーナ用原燃料供給路４１が合流状態で前記改質バーナ１７の第１噴出管１７Ａに接続されて、原燃料ガスを燃焼用空気と予混合した状態で第１噴出管１７Ａに供給するように構成されている。
前記バーナ用原燃料供給路４１には、前記改質バーナ１７への原燃料ガスの供給を断続するバーナ用原燃料断続弁Ｖ３、及び、このバーナ用原燃料供給路４１を通して供給する原燃料ガスの供給量を調節するバーナ用原燃料調節弁Ｖ４が設けられている。
前記バーナ用原燃料供給路４１には、前記改質バーナ１７への原燃料ガスの供給を断続するバーナ用原燃料断続弁Ｖ３、及び、このバーナ用原燃料供給路４１を通して供給する原燃料ガスの供給量を調節するバーナ用原燃料調節弁Ｖ４が設けられている。
前記燃焼室６と前記加熱用排ガス通流室８とが燃焼排ガス流路３７にて接続されて、燃焼室６から排出される燃焼排ガスを、加熱用排ガス通流室８に通流させるように構成されている。
改質用水を改質用水ポンプ４２にて供給する改質用水供給流路４３が前記蒸発処理流路２の下端に接続され、前記加熱用排ガス通流室８による加熱により前記蒸発処理流路２にて生成された水蒸気を導く前記水蒸気流路３４が、前記脱硫室１と前記脱硫後原燃料通流室１１とを接続するガス処理流路３２に接続されて、前記改質室３に供給される脱硫後の原燃料ガスに水蒸気を混合させるように構成されている。
改質用水を改質用水ポンプ４２にて供給する改質用水供給流路４３が前記蒸発処理流路２の下端に接続され、前記加熱用排ガス通流室８による加熱により前記蒸発処理流路２にて生成された水蒸気を導く前記水蒸気流路３４が、前記脱硫室１と前記脱硫後原燃料通流室１１とを接続するガス処理流路３２に接続されて、前記改質室３に供給される脱硫後の原燃料ガスに水蒸気を混合させるように構成されている。
次に、上述のように構成した水素含有ガス生成装置の起動方法について、説明する。
この水素含有ガス生成装置を起動するときは、前記改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料ガスの供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給を開始し、且つ、前記改質用水の前記水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する。
又、前記水蒸気生成部温度センサＴｓにて検出される水蒸気生成部Ｊの温度（以下、水蒸気生成部温度と記載する場合がある）が起動時補助加熱停止用設定温度に達すると、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させる。
この水素含有ガス生成装置を起動するときは、前記改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料ガスの供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給を開始し、且つ、前記改質用水の前記水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する。
又、前記水蒸気生成部温度センサＴｓにて検出される水蒸気生成部Ｊの温度（以下、水蒸気生成部温度と記載する場合がある）が起動時補助加熱停止用設定温度に達すると、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させる。
前記改質バーナ１７の燃焼開始は、前記燃焼用送風機３９の作動を開始して、前記改質バーナ１７への燃焼用空気の供給を開始し、且つ、イグナイタ（図示省略）を作動させた状態で、バーナ用原燃料断続弁Ｖ３を開弁して、前記改質バーナ１７への原燃料ガスの供給を開始することにより行う。
前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給の開始は、前記改質用水ポンプ４２の作動を開始することにより行う。
この実施形態では、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が改質用水供給開始用設定温度になると、前記改質用水の供給開始条件を満たすと判別するように構成されている。この改質用水供給開始用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば１００〜４５０°Ｃの間で設定されている。
そして、この起動時の改質用水ポンプ４２の作動は、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給流量が起動時用設定流量となるように行う。
この起動時用設定流量は、原燃料ガス改質処理用の水蒸気を生成するための改質用水の流量以上の流量（例えば、改質処理用の水蒸気生成用の流量の１〜５倍程度）に設定される。
また、この起動時用設定流量は、前記改質用水ポンプ４２の作動を開始してから一定時間（１〜１０分程度）の間だけ改質処理用の水蒸気生成用の流量の１〜５倍程度に設定し、起動時に改質室３及びそれに連なる流路に充填されている原燃料ガスが的確に排出された後に、改質処理用の水蒸気生成用の流量の０〜１．５倍程度に設定変更しても良い。
前記水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給の開始は、前記改質用水ポンプ４２の制御値を前記起動時用設定流量から原燃料ガス改質処理用の水蒸気を生成するための改質用水の流量と同等の流量（例えば、改質処理用の水蒸気生成用の流量の１〜１．５倍程度）が確保できる制御値に変更した状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して、前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始することにより行う。
前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給の開始は、前記改質用水ポンプ４２の作動を開始することにより行う。
この実施形態では、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が改質用水供給開始用設定温度になると、前記改質用水の供給開始条件を満たすと判別するように構成されている。この改質用水供給開始用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば１００〜４５０°Ｃの間で設定されている。
そして、この起動時の改質用水ポンプ４２の作動は、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給流量が起動時用設定流量となるように行う。
この起動時用設定流量は、原燃料ガス改質処理用の水蒸気を生成するための改質用水の流量以上の流量（例えば、改質処理用の水蒸気生成用の流量の１〜５倍程度）に設定される。
また、この起動時用設定流量は、前記改質用水ポンプ４２の作動を開始してから一定時間（１〜１０分程度）の間だけ改質処理用の水蒸気生成用の流量の１〜５倍程度に設定し、起動時に改質室３及びそれに連なる流路に充填されている原燃料ガスが的確に排出された後に、改質処理用の水蒸気生成用の流量の０〜１．５倍程度に設定変更しても良い。
前記水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給の開始は、前記改質用水ポンプ４２の制御値を前記起動時用設定流量から原燃料ガス改質処理用の水蒸気を生成するための改質用水の流量と同等の流量（例えば、改質処理用の水蒸気生成用の流量の１〜１．５倍程度）が確保できる制御値に変更した状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して、前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始することにより行う。
なお、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が原燃料供給開始用設定温度以上になると、前記原燃料ガスの供給開始条件を満たすと判別するように構成されている。この原燃料供給開始用設定温度は、原燃料ガスの改質処理が開始可能な温度、例えば、５００〜７５０°Ｃの間に設定されている。
前記起動時補助加熱停止用設定温度は、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させても、燃焼排ガスによる加熱により蒸発処理室２を水蒸気の生成が可能な状態に維持できる温度、例えば、１００〜１５０°Ｃの間に設定される。
この第１実施形態では、上述の起動方法を前記制御部Ｃに実行させるように構成されている。
以下、この制御部Ｃによる制御動作を説明する。
図４のフローチャートに示すように、前記制御部Ｃは、起動タイミングになると、改質バーナ１７の燃焼を開始して、改質室３を改質処理可能な温度に加熱してその改質室３での原燃料ガスの改質処理を開始する起動運転処理を実行し、その起動運転処理が終了すると、前記燃料電池Ｇの発電電力を電気負荷に応じて調節する通常運転処理を実行し、停止タイミングになると、水素含有ガス生成部Ｐの運転を停止する停止処理が実行され、前記脱硫室１、前記改質室３、前記変成室４及び前記選択酸化室５並びにそれらを接続するガス処理流路３２に原燃料ガスが充填された状態で保持される。
以下、この制御部Ｃによる制御動作を説明する。
図４のフローチャートに示すように、前記制御部Ｃは、起動タイミングになると、改質バーナ１７の燃焼を開始して、改質室３を改質処理可能な温度に加熱してその改質室３での原燃料ガスの改質処理を開始する起動運転処理を実行し、その起動運転処理が終了すると、前記燃料電池Ｇの発電電力を電気負荷に応じて調節する通常運転処理を実行し、停止タイミングになると、水素含有ガス生成部Ｐの運転を停止する停止処理が実行され、前記脱硫室１、前記改質室３、前記変成室４及び前記選択酸化室５並びにそれらを接続するガス処理流路３２に原燃料ガスが充填された状態で保持される。
次に、制御部Ｃによる起動運転処理における制御動作について説明を加える。
図５のフローチャートにて示すように、前記起動タイミングになると、前記燃料ガス断続弁Ｖ５及び電池下流側開閉弁Ｖ７を閉弁し、且つ、前記バイパス開閉弁Ｖ６を開弁して、後述する停止処理により、前記改質室３、前記変成室４、前記選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２に充填されていた原燃料ガスが前記改質バーナ１７に供給される状態とし、続いて、前記燃焼用送風機３９の作動を開始し、且つ、イグナイタを作動させた状態でバーナ用原燃料断続弁Ｖ３を開弁して、前記改質バーナ１７の燃焼を開始させる燃焼開始処理を実行し、その燃焼開始処理と同時に、前記起動用電気ヒータ２８，２９，３０による加熱を開始する（ステップ＃１，２）。
図５のフローチャートにて示すように、前記起動タイミングになると、前記燃料ガス断続弁Ｖ５及び電池下流側開閉弁Ｖ７を閉弁し、且つ、前記バイパス開閉弁Ｖ６を開弁して、後述する停止処理により、前記改質室３、前記変成室４、前記選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２に充填されていた原燃料ガスが前記改質バーナ１７に供給される状態とし、続いて、前記燃焼用送風機３９の作動を開始し、且つ、イグナイタを作動させた状態でバーナ用原燃料断続弁Ｖ３を開弁して、前記改質バーナ１７の燃焼を開始させる燃焼開始処理を実行し、その燃焼開始処理と同時に、前記起動用電気ヒータ２８，２９，３０による加熱を開始する（ステップ＃１，２）。
続いて、改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記改質用水供給開始用設定温度以上になると、前記改質用水ポンプ４２の作動を前記起動時用設定流量にて開始して、前記水蒸気生成部Ｊの蒸発処理流路２への改質用水の供給を開始し、その改質用水ポンプ４２の作動開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を昇温用加熱制御操作にて開始する（ステップ＃３，４）。ちなみに、前記昇温用加熱制御操作は、改質バーナ１７の燃焼排ガスにて加熱される水蒸気生成部Ｊを、起動時間を短縮すべく補助的に加熱するために予め設定した制御値、例えば、水蒸気生成部温度センサＴｓにて計測される温度として５０〜１５０℃程度の間の温度の値をその制御値として制御することができる。この制御値は、水蒸気生成部温度センサＴｓの設置位置によって、ヒータ制御のオーバーシュート等を考慮し、改質用水が前記水蒸気生成部Ｊから溢れない範囲で選択されることが好ましい。
また、前記補助加熱用電気ヒータ２７の出力制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御やＰＩＤ制御等の通常用いられる電気ヒータの制御方法が採用可能である。
また、前記補助加熱用電気ヒータ２７の出力制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御やＰＩＤ制御等の通常用いられる電気ヒータの制御方法が採用可能である。
続いて、前記水蒸気生成部温度センサＴｓにて検出される水蒸気生成部温度が前記起動時補助加熱停止用設定温度になるまで、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を昇温用加熱制御操作にて継続し、前記水蒸気生成部温度センサＴｓにて検出される水蒸気生成部温度が前記起動時補助加熱停止用設定温度になると、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させる（ステップ＃５〜７）。
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記原燃料供給開始用設定温度以上になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始し、前記選択酸化用送風機２４の作動を開始して選択酸化用空気の供給を開始し、起動用電気ヒータ２８，２９，３０による加熱制御操作を停止する（ステップ＃８〜１０）。これらの起動用電気ヒータ２８，２９，３０も、前記補助加熱用電気ヒータ２７と同様に、ＯＮ／ＯＦＦ制御やＰＩＤ制御等の通常用いられる制御方法によって制御される。
続いて、待機用設定時間が経過すると、前記燃料ガス断続弁Ｖ５及び電池下流側開閉弁Ｖ７を開弁し、且つ、前記バイパス開閉弁Ｖ６を閉弁して、前記燃料電池Ｇへの燃料ガスの供給を開始し、通常運転処理モードへ移行する（ステップ＃１１，１２）。
ちなみに、前記待機用設定時間は、例えば、前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始してから、水素含有ガス生成装置Ｐで生成される水素含有ガスが燃料電池Ｇに供給可能な組成に安定するのに要する時間に設定される。
続いて、待機用設定時間が経過すると、前記燃料ガス断続弁Ｖ５及び電池下流側開閉弁Ｖ７を開弁し、且つ、前記バイパス開閉弁Ｖ６を閉弁して、前記燃料電池Ｇへの燃料ガスの供給を開始し、通常運転処理モードへ移行する（ステップ＃１１，１２）。
ちなみに、前記待機用設定時間は、例えば、前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始してから、水素含有ガス生成装置Ｐで生成される水素含有ガスが燃料電池Ｇに供給可能な組成に安定するのに要する時間に設定される。
前記通常運転処理について、説明を加える。
制御部Ｃは、この通常運転処理では、前記燃料電池Ｇの発電電力を電気負荷に応じて調節するように、原燃料ガスの供給量を調節すべく前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を制御し、且つ、予め設定されたＳ／Ｃ（改質室３への原燃料ガス供給量に対する水蒸気供給量の比）になるように、改質用水の供給量を調節すべく前記改質用水ポンプ４２を制御する。ちなみに、Ｓ／Ｃは、改質室３への原燃料ガス供給量（炭素のモル数）に対する水蒸気供給量（モル数）の比にて、例えば、２．５〜３．５程度に設定される。
又、制御部Ｃは、通常運転処理では、前記改質温度センサＴｒの検出温度が改質処理用設定温度（例えば６００〜７５０°Ｃ）になるように、バーナ用原燃料調節弁Ｖ４を調節し、且つ、前記改質バーナ１７へ設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように、燃焼用送風機３９を制御し、並びに、選択酸化温度センサＴｍの検出温度が選択酸化用設定温度（例えば、８０〜２００°Ｃ）になるように、冷却用送風機（図示省略）を制御する。
制御部Ｃは、この通常運転処理では、前記燃料電池Ｇの発電電力を電気負荷に応じて調節するように、原燃料ガスの供給量を調節すべく前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を制御し、且つ、予め設定されたＳ／Ｃ（改質室３への原燃料ガス供給量に対する水蒸気供給量の比）になるように、改質用水の供給量を調節すべく前記改質用水ポンプ４２を制御する。ちなみに、Ｓ／Ｃは、改質室３への原燃料ガス供給量（炭素のモル数）に対する水蒸気供給量（モル数）の比にて、例えば、２．５〜３．５程度に設定される。
又、制御部Ｃは、通常運転処理では、前記改質温度センサＴｒの検出温度が改質処理用設定温度（例えば６００〜７５０°Ｃ）になるように、バーナ用原燃料調節弁Ｖ４を調節し、且つ、前記改質バーナ１７へ設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように、燃焼用送風機３９を制御し、並びに、選択酸化温度センサＴｍの検出温度が選択酸化用設定温度（例えば、８０〜２００°Ｃ）になるように、冷却用送風機（図示省略）を制御する。
前記制御部Ｃは、現時点の改質バーナ１７への燃焼用燃料の供給量（オフガスと原燃料ガスを合わせた量）を求めて、その求めた燃焼用燃料の供給量に対して設定空気比となる量の燃焼用空気を供給するように、前記燃焼用送風機３９を制御するように構成されている。
前記停止処理について説明を加える。
前記停止タイミングになると、前記改質用水ポンプ４２の作動は継続した状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を閉弁して前記脱硫部１への原燃料ガスの供給を停止し、前記選択酸化用送風機２４の作動を停止して選択酸化用空気の供給を停止する。
この状態では、水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給が継続されているので、その水蒸気生成部Ｊにて生成された水蒸気が前記改質室３に供給され、その改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２に残留していた改質ガスが水蒸気によって置換される。
なお、バーナ用原燃料断続弁Ｖ３の閉弁と前記燃焼用送風機３９の停止が適宜行なわれ、前記改質バーナ１７の燃焼が適宜停止され、水素含有ガス生成装置Ｐの温度は低下する。また、前記改質用水ポンプ４２も適宜停止され、前記水蒸気の供給が停止される。
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が置換切り替え用設定温度に低下すると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁することにより、前記脱硫室１に原燃料ガスを供給して、改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２に原燃料ガスが充填される。
前記置換切り替え用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度として、前記改質温度センサＴｒの測定温度が、例えば、１０５〜４５０°Ｃの間に設定される。
なお、前記燃料ガス断続弁Ｖ５、前記バイパス開閉弁Ｖ６、電池下流側開閉弁Ｖ７などの開閉操作は、燃料電池システム構成の種類によって、それぞれ適切な方法で行なわれる。
前記停止タイミングになると、前記改質用水ポンプ４２の作動は継続した状態で、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を閉弁して前記脱硫部１への原燃料ガスの供給を停止し、前記選択酸化用送風機２４の作動を停止して選択酸化用空気の供給を停止する。
この状態では、水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給が継続されているので、その水蒸気生成部Ｊにて生成された水蒸気が前記改質室３に供給され、その改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２に残留していた改質ガスが水蒸気によって置換される。
なお、バーナ用原燃料断続弁Ｖ３の閉弁と前記燃焼用送風機３９の停止が適宜行なわれ、前記改質バーナ１７の燃焼が適宜停止され、水素含有ガス生成装置Ｐの温度は低下する。また、前記改質用水ポンプ４２も適宜停止され、前記水蒸気の供給が停止される。
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が置換切り替え用設定温度に低下すると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁することにより、前記脱硫室１に原燃料ガスを供給して、改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２に原燃料ガスが充填される。
前記置換切り替え用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度として、前記改質温度センサＴｒの測定温度が、例えば、１０５〜４５０°Ｃの間に設定される。
なお、前記燃料ガス断続弁Ｖ５、前記バイパス開閉弁Ｖ６、電池下流側開閉弁Ｖ７などの開閉操作は、燃料電池システム構成の種類によって、それぞれ適切な方法で行なわれる。
以下、本発明の第２及び第３の実施形態を説明するが、第２及び第３の各実施形態は、水素含有ガス生成装置の起動方法の別の実施形態を説明するものであり、水素含有ガス生成装置の構成、及び、制御部Ｃにおける起動運転処理以外の処理の制御動作は、上記の第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については説明を省略し、主として、水素含有ガス生成装置の起動方法について説明する。
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態を説明する。
この第２実施形態では、水素含有ガス生成装置を起動するときは、前記改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料ガスの供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給を開始し、且つ、前記改質バーナ１７の燃焼を開始したときにおいて、前記補助加熱用電気ヒータ２７の予備加熱制御操作による加熱を開始し、前記改質用水の前記水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７の前記予備加熱制御値よりも大きい昇温用加熱制御値による加熱制御操作を開始する。
ちなみに、前記予備加熱制御値は、前記蒸発処理流路２を改質バーナ１７からの燃焼排ガスと共に補助加熱用電気ヒータ２７にて加熱しても、改質用水の供給開始条件を満たした時点で、前記水蒸気生成部Ｊへ改質用水を供給しても前記水蒸気生成部Ｊに大きな応力がかからない程度の温度に維持できる制御値に設定され、例えば、水蒸気生成部温度センサＴｓにて計測される温度として０〜５０℃程度の間の温度の値をその制御値として制御することができる。この制御値は、水蒸気生成部温度センサＴｓの設置位置によって、ヒータ制御のオーバーシュート等を考慮して選択されることが好ましい。
また、前記補助加熱用電気ヒータ２７の出力制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御やＰＩＤ制御等の通常用いられる制御方法が採用可能である。
以下、第２実施形態を説明する。
この第２実施形態では、水素含有ガス生成装置を起動するときは、前記改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料ガスの供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給を開始し、且つ、前記改質バーナ１７の燃焼を開始したときにおいて、前記補助加熱用電気ヒータ２７の予備加熱制御操作による加熱を開始し、前記改質用水の前記水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７の前記予備加熱制御値よりも大きい昇温用加熱制御値による加熱制御操作を開始する。
ちなみに、前記予備加熱制御値は、前記蒸発処理流路２を改質バーナ１７からの燃焼排ガスと共に補助加熱用電気ヒータ２７にて加熱しても、改質用水の供給開始条件を満たした時点で、前記水蒸気生成部Ｊへ改質用水を供給しても前記水蒸気生成部Ｊに大きな応力がかからない程度の温度に維持できる制御値に設定され、例えば、水蒸気生成部温度センサＴｓにて計測される温度として０〜５０℃程度の間の温度の値をその制御値として制御することができる。この制御値は、水蒸気生成部温度センサＴｓの設置位置によって、ヒータ制御のオーバーシュート等を考慮して選択されることが好ましい。
また、前記補助加熱用電気ヒータ２７の出力制御は、ＯＮ／ＯＦＦ制御やＰＩＤ制御等の通常用いられる制御方法が採用可能である。
又、上記の第１実施形態と同様に、前記水蒸気生成部温度センサＴｓにて検出される水蒸気生成部温度が起動時補助加熱停止用設定温度に達すると、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させる。
この第２実施形態においても、上述の起動方法を前記制御部Ｃに実行させるように構成されている。
以下、図６に示すフローチャートに基づいて、この制御部Ｃによる起動運転処理における制御動作を説明する。
尚、起動運転処理における制御動作は、上記の第１実施形態において説明した図５に示すフローチャートと、ステップ＃２及びステップ＃４以外は同様であるので、ステップ＃２及びステップ＃４について説明して、その他のステップについては説明を省略する。
以下、図６に示すフローチャートに基づいて、この制御部Ｃによる起動運転処理における制御動作を説明する。
尚、起動運転処理における制御動作は、上記の第１実施形態において説明した図５に示すフローチャートと、ステップ＃２及びステップ＃４以外は同様であるので、ステップ＃２及びステップ＃４について説明して、その他のステップについては説明を省略する。
ステップ＃２では、前記改質バーナ１７の燃焼を開始させる燃焼開始処理を実行し、その燃焼開始処理と同時に、前記起動用電気ヒータ２８，２９，３０による加熱を開始し、並びに、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を予備加熱制御操作にて開始する。
ステップ＃４では、前記改質用水ポンプ４２の作動を前記起動時用設定流量にて開始して、前記水蒸気生成部Ｊの蒸発処理流路２への改質用水の供給を開始し、その改質用水ポンプ４２の作動開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱制御操作を昇温用加熱制御操作に変更する。
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態を説明する。
この第３実施形態においても、上記の第１実施形態と同様に、前記改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料ガスの供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給を開始し、且つ、前記改質用水の前記水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する。
但し、上記の第１実施形態においては、水蒸気生成部Ｊの温度が起動時補助加熱停止用設定温度になると、補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させたが、この第３実施形態では、補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させることなく、水蒸気生成部Ｊの温度が所定の水蒸気生成用の設定温度になるように補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を制御することを継続する。
以下、第３実施形態を説明する。
この第３実施形態においても、上記の第１実施形態と同様に、前記改質バーナ１７の燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部Ｊへの改質用水の供給を開始し、その後において原燃料ガスの供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料ガスの前記改質室３への供給を開始し、且つ、前記改質用水の前記水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する。
但し、上記の第１実施形態においては、水蒸気生成部Ｊの温度が起動時補助加熱停止用設定温度になると、補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させたが、この第３実施形態では、補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を停止させることなく、水蒸気生成部Ｊの温度が所定の水蒸気生成用の設定温度になるように補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を制御することを継続する。
この第３実施形態においても、上述の起動方法を前記制御部Ｃに実行させるように構成されている。
以下、図７に示すフローチャートに基づいて、この制御部Ｃによる起動運転処理における制御動作を説明する。
尚、起動運転処理における制御動作は、上記の第１実施形態において説明した図５に示すフローチャートと、ステップ＃４までは同様であるので、ステップ＃４以降について説明して、その他のステップについては説明を省略する。
ステップ＃４からステップ＃８までは、改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記改質用水供給開始用設定温度以上になると、前記改質用水ポンプ４２の作動を前記起動時用設定流量にて開始して、前記水蒸気生成部Ｊの蒸発処理流路２への改質用水の供給を開始し、その改質用水ポンプ４２の作動開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を昇温用加熱制御操作にて開始する。
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記原燃料供給開始用設定温度以上になるまで、前記水蒸気生成部温度センサＴｓにて検出される水蒸気生成部温度が起動用設定温度になるように、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を制御し、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記原燃料供給開始用設定温度以上になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始し、前記選択酸化用送風機２４の作動を開始して選択酸化用空気の供給を開始し、起動用電気ヒータ２８，２９，３０による加熱制御操作を停止すると共に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱制御操作を停止する。
なお、第３実施形態において図７に示しているステップ＃９及びステップ＃１０は、第１実施形態において図５に示したステップ＃１１及びステップ＃１２と同様の操作である。
以下、図７に示すフローチャートに基づいて、この制御部Ｃによる起動運転処理における制御動作を説明する。
尚、起動運転処理における制御動作は、上記の第１実施形態において説明した図５に示すフローチャートと、ステップ＃４までは同様であるので、ステップ＃４以降について説明して、その他のステップについては説明を省略する。
ステップ＃４からステップ＃８までは、改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記改質用水供給開始用設定温度以上になると、前記改質用水ポンプ４２の作動を前記起動時用設定流量にて開始して、前記水蒸気生成部Ｊの蒸発処理流路２への改質用水の供給を開始し、その改質用水ポンプ４２の作動開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を昇温用加熱制御操作にて開始する。
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記原燃料供給開始用設定温度以上になるまで、前記水蒸気生成部温度センサＴｓにて検出される水蒸気生成部温度が起動用設定温度になるように、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を制御し、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が前記原燃料供給開始用設定温度以上になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始し、前記選択酸化用送風機２４の作動を開始して選択酸化用空気の供給を開始し、起動用電気ヒータ２８，２９，３０による加熱制御操作を停止すると共に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱制御操作を停止する。
なお、第３実施形態において図７に示しているステップ＃９及びステップ＃１０は、第１実施形態において図５に示したステップ＃１１及びステップ＃１２と同様の操作である。
ちなみに、前記起動用設定温度は、例えば１５０°Ｃに設定され、前記昇温用加熱制御操作における制御値（水蒸気生成部温度センサＴｓの温度）は、前記起動用設定温度よりも低い温度、例えば１０５°Ｃに設定される。
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の第１及び第３の各実施形態においては、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する場合について例示したが、燃料電池システム内での改質用水ポンプ４２から水蒸気生成部Ｊまでの配管容積等を考慮して、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し前、あるいは、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し後に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始するように構成しても良い。
ちなみに、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し前は、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が改質用水供給開始用設定温度よりも少し低い温度（例えば、１〜１０°Ｃ）になることにより判別するように構成しても良い。又、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し後は、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が改質用水供給開始用設定温度よりも少し高い温度（例えば、１〜１０°Ｃ）になることにより判別するように構成しても良い。
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の第１及び第３の各実施形態においては、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始する場合について例示したが、燃料電池システム内での改質用水ポンプ４２から水蒸気生成部Ｊまでの配管容積等を考慮して、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し前、あるいは、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し後に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による加熱を開始するように構成しても良い。
ちなみに、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し前は、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が改質用水供給開始用設定温度よりも少し低い温度（例えば、１〜１０°Ｃ）になることにより判別するように構成しても良い。又、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し後は、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が改質用水供給開始用設定温度よりも少し高い温度（例えば、１〜１０°Ｃ）になることにより判別するように構成しても良い。
（ロ） 上記の第２実施形態において、前記改質バーナ１７の燃焼を開始したときにおいて、前記補助加熱用電気ヒータ２７の予備加熱出力による加熱を開始するように構成する場合について例示したが、前記改質バーナ１７の燃焼を開始したときから改質用水の供給開始条件が満たされるまでの間において、前記補助加熱用電気ヒータ２７の予備加熱出力による加熱を開始するように構成しても良い。
（ハ） 上記の第２実施形態において、改質用水の前記水蒸気生成部Ｊへの供給開始と同時に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による昇温用加熱出力による加熱を開始する場合について例示したが、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し前、あるいは、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し後に、前記補助加熱用電気ヒータ２７による昇温用加熱制御値による加熱制御操作を開始するように構成しても良い。
尚、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し前、及び、少し後の判別は、上記の（イ）の別実施形態において説明したのと同様に判別するように構成しても良い。
尚、改質用水の水蒸気生成部Ｊへの供給開始よりも少し前、及び、少し後の判別は、上記の（イ）の別実施形態において説明したのと同様に判別するように構成しても良い。
（ニ） 改質用水の供給開始条件を満たすことの判別は、上記の第１ないし第３の各実施形態においては、改質室温度が改質用水供給開始用設定温度以上になることにより行う場合について例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、改質バーナ１７の燃焼開始後の経過時間が改質用水供給開始用の設定時間を経過することにより行うように構成しても良い。
原燃料ガスの供給開始条件を満たすことの判別は、上記の第１ないし第３の各実施形態においては、改質室温度が原燃料供給開始用設定温度以上になることにより行う場合について例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、改質バーナ１７の燃焼開始後の経過時間が原燃料供給開始用の設定時間を経過することにより行うように構成しても良い。
原燃料ガスの供給開始条件を満たすことの判別は、上記の第１ないし第３の各実施形態においては、改質室温度が原燃料供給開始用設定温度以上になることにより行う場合について例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、改質バーナ１７の燃焼開始後の経過時間が原燃料供給開始用の設定時間を経過することにより行うように構成しても良い。
（ホ） 運転の停止時に、前記脱硫室１、前記改質室３、前記変成室４及び前記選択酸化室５並びにそれらを接続するガス処理流路３２に充填する充填用ガスは、上記の実施形態において例示した原燃料ガスに限定されるものではなく、例えば、窒素ガス等の不活性ガスでも良い。
（ヘ） 炭化水素系の原燃料としては、上記の実施形態において例示した天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）に限定されるものではなく、プロパンガスや灯油等の炭化水素類や、メタノール等のアルコール類等、種々のものを用いることができる。
（ト） 本発明による水素含有ガス生成装置は、上記の実施形態において例示した如き燃料電池に供給する燃料ガスの生成用以外に、種々の用途で用いることができる。
２ 蛇行状の流路
３ 改質部
８ 通流室
１７ 改質バーナ
２７ 補助加熱用電気ヒータ
３２ 流路
５５ 伝熱板
５６ 流路形成体
５６ｂ 膨出部
５７ 通流室形成体
Ｊ 水蒸気生成部
３ 改質部
８ 通流室
１７ 改質バーナ
２７ 補助加熱用電気ヒータ
３２ 流路
５５ 伝熱板
５６ 流路形成体
５６ｂ 膨出部
５７ 通流室形成体
Ｊ 水蒸気生成部
Claims (5)
- 水蒸気との混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部と、
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、
前記改質バーナの燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の前記改質部への供給を開始し、且つ、
前記改質用水の前記水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に、前記補助加熱用電気ヒータによる加熱を開始する水素含有ガス生成装置の起動方法。 - 水蒸気との混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する改質部と、
供給される改質用水を前記改質部を加熱した後の前記改質バーナの燃焼排ガスにより加熱して原燃料に混合する水蒸気を生成する水蒸気生成部と、
前記水蒸気生成部を加熱する補助加熱用電気ヒータとが設けられた水素含有ガス生成装置の起動方法であって、
前記改質バーナの燃焼を開始し、その後において改質用水の供給開始条件を満たすと、前記水蒸気生成部への改質用水の供給を開始し、その後において原燃料の供給開始条件を満たすと、水蒸気混合状態の原燃料の前記改質部への供給を開始し、且つ、
前記改質バーナの燃焼を開始したとき又はそのときから前記改質用水の供給開始条件が満たされるまでの間において、前記補助加熱用電気ヒータの予備加熱制御操作による加熱を開始し、前記改質用水の前記水蒸気生成部への供給開始と同時又は略同時に、前記補助加熱用電気ヒータの前記予備加熱制御値よりも大きい昇温用加熱制御値による加熱制御操作を開始する水素含有ガス生成装置の起動方法。 - 前記水蒸気生成部の温度が起動時補助加熱停止用の設定温度に達すると、前記補助加熱用電気ヒータによる加熱を停止させる請求項１又は２水素含有ガス生成装置の起動方法。
- 運転を停止させるときに前記改質部及びそれに連なる流路に原燃料が充填されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素含有ガス生成装置の起動方法。
- 蛇行状の膨出部を備えた流路形成体と通流室形成体とが、伝熱板の両側に振り分けられた状態で、且つ、前記流路形成体については、その周縁部分及び前記膨出部における隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で溶接接続され、
前記水蒸気生成部が、前記伝熱板と前記通流室形成体との間に形成された通流室を通して前記改質バーナからの燃焼排ガスを通流させ、且つ、前記伝熱板と前記流路形成体との間に形成される蛇行状の流路に改質用水を供給して水蒸気を生成するように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素含有ガス生成装置の起動方法。
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