JP4352822B2 - 熱交換器の運転制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気相の高温流体と少なくとも熱交換器に供給するときに液相である低温流体との熱交換を行う熱交換器の運転制御装置に関し、特に、高温流体の熱により低温流体を蒸発させる蒸発器として熱交換器を使用する場合に好適な熱交換器の運転制御装置に関するものである。

気相の高温流体と、少なくとも供給時に液相の低温流体との熱交換を行う熱交換器の応用例として、従来から燃料電池システムの改質反応器に供給する原料ガスを、液体原料を蒸発させることにより得る蒸発器は知られている（特許文献１参照）。

この蒸発器は、燃料電池のアノード排ガスを燃焼させた燃焼ガスを蒸発用熱源として蒸発室内に配置した配管内に導入し、液体原料を蒸発室上部に設けた原料噴射装置から前記配管に向けて噴射することで、原料ガスとして蒸発・ガス化するように構成している。
特開２００２-１２４２７８号公報

しかしながら、上記従来例では、蒸発器内の蒸発用熱源を導入した配管に液体原料を噴射して蒸発・ガス化するものであるため、起動時等において、液体原料と蒸発器との温度差による熱衝撃によって蒸発器自体に過大な熱応力が発生し、蒸発器の信頼性が低下する不具合があった。

また、改質器側で原料ガスを必要とする都度、液体原料を噴射して蒸発させる場合にも、前記温度差に起因して、蒸発器に過大な熱応力が発生し、蒸発器の信頼性が低下する不具合があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、気相の高温流体と少なくとも供給するときに液相の低温流体との熱交換を行う熱交換器の耐久信頼性を向上可能な熱交換器の運転制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、高温流体と低温流体との熱交換を行う熱交換器の運転制御装置であって、熱交換器に気相の高温流体を供給する高温流体供給手段と、熱交換器に液相の低温流体を供給する低温流体供給手段と、熱交換器の運転開始時に、先ず前記低温流体供給手段により低温流体を熱交換器に供給した後に、前記高温流体供給手段により高温流体を熱交換器に供給する運転制御手段とを備え、先ず低温流体を熱交換器に供給した後に、高温流体を熱交換器に供給して起動または作動再開させるようにした。

したがって、本発明では、先ず低温流体を熱交換器に供給するため、低温流体の流入時に低温流体と熱交換器自体の温度差を小さくできる。また、先に供給する低温流体は液相であるゆえにその熱伝導性が高く、熱交換器から熱を奪うことで、熱交換器の急激な温度上昇が抑制される。これらによって、熱交換器に熱衝撃やそれに起因する熱応力を生じさせることがなく、熱交換器の耐久信頼性を向上できる。
しかも、高温流体供給手段より高温流体の供給する前に、低温流体供給手段より供給する低温流体の単位時間あたり流量を一時的に減少させ、高温流体供給手段による高温流体供給後に、低温流体供給手段より供給する低温流体の単位時間あたり流量を漸次増やしたり、若しくは、低温流体供給手段より先ず熱交換器に供給する低温流体の単位時間あたりの流量を、定常運転時の単位時間あたりの流量よりも少なく設定し、高温流体供給開始後に漸次増やして定常運転時の単位時間あたりの流量に復帰させるため、低温流体の出口での温度を高めることができる。

以下、本発明を蒸発器に適用した熱交換器の運転制御装置を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第１実施形態を示し、図１は本発明の熱交換器の運転制御装置を含む燃料電池システムの概略図、図２は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。先ず、図１により、本発明の熱交換器の運転制御装置を含む燃料電池システムについて説明する。

図１において、燃料電池システムは、原料ガスから水素リッチな改質ガスを生成する改質反応器１と、改質ガスに含まれる水素と空気に含まれる酸素とにより発電を行う燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２のアノード排ガスを空気により燃焼させる燃焼器３と、改質反応器１に原料ガスを供給する原料ガス供給手段４と、燃料電池システムを制御するコントローラ５とを備えている。

前記改質反応器１は、原料ガス供給手段４より供給される炭化水素を主成分とする原料ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成し、燃料電池スタック２にアノードガスとして供給する。前記燃料電池スタック２は、改質反応器１より供給された改質ガス中の水素と空気供給ブロア９により送出された空気中の酸素との電気化学反応により発電する。電気化学反応に供されずに排出されたアノード排ガスは排水素燃焼器３に供給され、カソード排ガスは原料ガス供給手段４に比較的低温の加熱ガス（高温流体）として供給する。前記排水素燃焼器３は、燃料電池スタック２よりのアノード排ガスを空気供給ブロア９から送出された空気により燃焼させ、燃焼ガスを原料ガス供給手段４に比較的高温の加熱ガス（高温流体）として供給する。

前記原料ガス供給手段４は、液相の低温流体としての液体原料から気相の原料ガスを生成して前記燃料電池システムの改質反応器１に供給するものであり、液体原料を蒸発・ガス化させる蒸発器として機能する熱交換器６と、前記排水素燃焼器３の燃焼ガスおよび燃料電池スタック２のカソード排ガスを熱交換器６に熱源（高温流体）として選択供給する高温流体供給手段としての熱源制御手段７と、熱交換器６に液体原料（低温流体）を供給する低温流体供給手段としての液体原料供給手段８とで構成している。

前記熱交換器６は、前記液体原料供給手段８から供給された液体原料を図示しない低温流体通路に供給し、熱源制御手段７から熱源として供給される加熱ガス（高温流体）の熱により蒸発・ガス化させ、三方弁１０を介して改質反応器１に供給する。

前記熱源制御手段７は、比較的低温の高温流体であるカソード排ガスの熱交換器６への供給量を調整する第１流量調整弁１１と、比較的高温の高温流体である排水素燃焼器３の燃焼ガスの熱交換器６への供給量を調整する第２流量調整弁１２とを備える。

前記第１流量調整弁１１は、燃料電池スタック２のカソード排ガスを、一方の切換え位置では低温側加熱ガスとして熱交換器６に供給可能であり、他方への切換え位置では外気に排出可能である。第１流量調整弁１１は、また、中間の切換え位置ではカソード排ガスをその切換え位置を調節することにより上記両者への排出量・供給量の配分割合を調節可能である。

前記第２流量制御弁１２は、排水素燃焼器３の燃焼ガスを、一方の切換え位置では高温側加熱ガスとして熱交換器６に供給可能であり、他方への切換え位置では熱交換器６をバイパスして外気に排出可能である。第２流量調整弁１２は、また、中間の切換え位置では燃焼ガスをその切換え位置を調節することにより上記両者への排出量・供給量の配分割合を調節可能である。

カソード排ガスの温度は、通常、６０℃〜7０℃程度であり、また、燃焼ガスの温度は、例えば、通常４００℃前後である。このため、燃焼ガスとカソード排ガスとの混合割合を調節することで、前記熱交換器６に供給するガスの温度を調節可能であり、燃焼ガスのみを供給する場合に加熱エネルギが最大となり、カソード排ガスのみを供給する場合には加熱エネルギを最小とできる。

前記液体原料供給手段８は、液体原料を貯蔵するタンク１３と、タンク１３内の液体原料を熱交換器６に供給するポンプ１４と、三方弁１０からタンク１３に至る凝縮器１５付きの戻し通路１６とを備える。運転停止時には、ポンプ１４は熱交換器６内の液体原料を抜いてタンク１３に回収するよう逆転可能であり、また、蒸発した原料ガスを、三方弁１０を経由して凝縮器１５により液化してタンク１３に回収することを可能としている。

前記コントローラ５は、熱交換器６の運転制御手段でもあり、低温流体通路の温度を温度センサ２０により、低温流体通路の液体原料のレベルをレベルセンサ２１により、熱交換器６からの蒸気の有無を蒸気センサ２２により各入力を受け、第１、第２流量調整弁１１、１２、ポンプ１４、三方弁１０、凝縮器１５を各制御する。

以上の構成の燃料電池システムにおいては、原料ガス供給手段４からの原料ガスを改質反応器１により改質した改質ガスと空気供給ブロワ９からの空気とが燃料電池スタック２に導入され、発電に供される。発電に供されなかった改質ガスであるアノード排ガスは排水素燃焼器３に供給され、排水素燃焼器３で空気供給ブロワ９より供給される空気により燃焼され、その燃焼ガスは原料ガス供給手段４に導入される。また、燃料電池スタック２からのカソード排ガスも原料ガス供給手段４に導入される。

原料ガス供給手段４は、図２に示す制御タイムチャートにしたがってコントローラ５により運転制御がなされる。図２において、（Ａ）は液体原料（低温流体）および加熱ガス（高温流体）の流量、（Ｂ）は熱交換器６の低温流体通路の温度、（Ｃ）は熱交換器６内低温流体通路の液体原料量、（Ｄ）は液体原料のポンプ１４の作動を時間の経過と共に示すタイムチャートである。以下、これらの制御タイムチャートにより熱交換器の運転制御装置の制御内容（運転制御方法）を説明する。

原料ガス供給手段４の停止時においては、熱交換器６の低温流体通路から液体原料が抜かれており、低温流体通路内には液体原料が存在せず、排水素燃焼器３の燃焼ガスは熱源制御手段７の第２流量調整弁１２により熱交換器６をバイパスして排出されており、燃料電池スタック２のカソード排ガスも熱源制御手段７の第１流量調整弁１１により外気に排出されている。

運転開始時の起動制御は、先ず、ポンプ１４を作動させてタンク１３の液体原料（低温流体）を熱交換器６に供給し（図２中の時点ｔ１参照、以下、時点ｔ１・・・と表示する）、低温流体通路内を規定量の液体原料で満たしたことを低温流体通路内の液面レベルにより確認し後にポンプ１４を停止して液体原料の供給を一次的に停止する（図２の（Ｃ）、（Ｄ）参照）。

次に、加熱ガス（高温流体）であるアノード排ガスおよび排水素燃焼器３の燃焼ガスを熱源制御手段７の第１、第２流量調整弁１１、１２を経由させて熱交換器６へ供給を開始する（時点ｔ２、（Ａ）参照）。

低温流体通路内の液体原料は昇温され、時点ｔ３において液体原料の温度が蒸発温度に達し、熱交換器６内の液体原料の蒸発・ガス化が開始され（時点ｔ３、（Ｂ）参照）、得られた原料ガスを改質反応器１に供給する。液体原料は、時点ｔ３以降、加熱ガス供給による低温流体通路の昇温に応じて蒸発・ガス化される。この場合、第１流量調整弁１１により低温側加熱ガスであるカソード排ガスを外気に排出し、第２流量調整弁１２により高温側加熱ガスである燃焼ガスの全量を熱交換器６に供給することで、前記昇温を速やかに行うことができる。

上記起動時においては、熱交換器６に液体原料（低温流体）を供給する際に、加熱ガス（高温流体）よりも先に液体原料を供給し、熱交換器６の低温流体通路を液体原料で満たし、その後に加熱ガスを供給する。これにより、低温流体通路の温度は熱伝達のよい液体原料の温度に支配されるので、加熱ガスを一気に供給しても熱交換器６自体が急激な温度変化を起こすことがなく、これにより熱交換器６に熱衝撃による過大な応力が発生するのを抑制できる。

蒸発により低温流体通路内の液体原料が規定量より減少すると、ポンプ１４を再び作動させてタンク１３の液体原料を熱交換器６に供給する（時点ｔ４）。ポンプ１４による新たな液体原料の供給により低温流体通路内は一次的に温度が低下する（（Ｂ）参照）が、加熱ガスの供給が継続されているため、再び昇温してゆく。以降、燃料電池システムの要求に応じて調整された流量の液体原料と加熱ガスとが供給され、原料ガス供給手段４の通常運転に移行する。

供給する加熱ガスは、燃料電池システムが要求する原料ガスの量に応じて低温流体通路内の温度を制御するよう、第１、第２流量調整弁１１、１２の切換え位置を調整して高温側加熱ガスである燃焼ガスと低温側加熱ガスであるカソード排ガスとの混合割合を調整して熱交換器６に供給する。図中（Ａ）、（Ｄ）の加熱ガスおよび液体原料の流量、ポンプ作動量は一定量に画いているが、実際には、燃料電池システムの要求に応じて調整される。

燃料電池システム側からの原料ガス供給の要求が無くなった場合（待機指令が入力される場合でもよい）には、先ず、加熱ガスの供給を停止させ（時点ｔ５）、三方弁１０を切換えて戻り通路１６と熱交換器６とを連通させ、凝縮器１５を作動させる。

熱交換器６内で既に蒸発した原料ガスは、蒸気センサ２２で有無が確認でき、熱交換器６と戻り通路１６とが三方弁１０により連通し、凝縮器１５が作動しているため、蒸気は三方弁１０を介して戻り通路１６に流れ込み、凝縮器１５で凝縮させて液体化後に原料タンク１３に戻される。

加熱ガス供給の停止は、第１、第２流量調整弁１１、１２の切換え位置を調整して、燃焼ガスは熱交換器６をバイパスして外気に排出させ、カソード排ガスは直接外気に排出することで、熱交換器６への供給を停止して行う。低温流体通路内の温度は、熱交換器６へ供給される熱源がなくなり、しかも、液体原料の供給が継続され新たに低温の液体原料が次々と供給されるため、図２（Ｂ）に示すように、時点ｔ５以降は速やかに低下する。液体原料の温度が蒸発温度より高い場合には原料ガスへの蒸発が継続するため、蒸発潜熱によっても温度低下を促進する。

次いで、ポンプ１４を停止させて液体原料の供給を停止する（時点ｔ６）。この時、熱交換器６の温度を温度センサ２０により検出し、蒸発温度より低下していることを確認することもできる。引き続き、ポンプ１４を排出側に作動させ、熱交換器６の低温流体通路内に満たされている液体原料を原料タンク１３に回収し、低温流体通路を空の状態とする（時点ｔ７〜ｔ８）。

このように、停止時には、加熱ガス（高温流体）の供給を先に停止し、その後に液体原料（低温流体）の供給を停止することにより、熱交換器６の温度を速やかに下げることができ、次回の動作再開時において、液体原料（低温流体）を熱交換器６に供給する際の熱衝撃を緩和することができる。

なお、図２（Ｂ）に示すように、停止後、熱交換器６の温度を高温側加熱ガスである燃焼ガスの温度よりも低い所定の温度に保つようにしてもよい（時点ｔ９以降参照）。所定の温度は、液体原料を熱交換器６に供給した際に熱交換器６の信頼性が低下するような過大な熱応力が発生しない温度であり、液体原料の温度に近いほど熱応力は発生しない。一方、温度が高いほど液体原料を速やかに蒸発できる。この所定の温度は、事前に過大な熱応力の発生する上限温度を実験等で求めて決定することが望ましい。この熱交換器６の所定の温度は、次回に液体原料を熱交換器６に供給する起動時の時点ｔ１まで継続される。このようにすることにより、次回の負荷要求による作動再開時に、液体原料（低温流体）が熱交換器６に流入してくる際の熱衝撃を防ぎ、液体原料を速やかに蒸発させることができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）燃料電池システムの原料ガスを液体原料（低温流体）から加熱ガス（高温流体）により蒸発させて得る蒸発器としての熱交換器６に、低温流体供給手段より先ず液体原料（低温流体）を供給して低温流体通路内に溜め、その後に高温流体供給手段より加熱ガス（高温流体）を供給して起動または作動再開させるようにした。このため、液体原料の流入時に液体原料と熱交換器６自体の温度差を小さくできる。また、先に供給する液体原料は液体であるゆえにその熱伝導性が高く、熱交換器６から熱を奪うことで、熱交換器６の急激な温度上昇が抑制される。これらによって、熱交換器６に熱衝撃やそれに起因して生ずる熱応力を生じることがなく、熱交換器６の耐久信頼性を向上できる。

（イ）蒸発器としての熱交換器６は停止作動時、先ず、加熱ガス（高温流体）の供給を停止し、その後に前記液体原料（低温流体）の供給を停止するため、次に液体原料（低温流体）が流入してくる次回の負荷要求による作動再開前に速やかに、熱衝撃が生じない程度に熱交換器６自体の温度を下げることが可能となる。従って、熱衝撃およびそれによって生じる破損を防止でき、熱交換器６の耐久信頼性を向上することができる。

（ウ）蒸発器としての熱交換器６は、停止作動時、所定の温度に維持されるため、次回の負荷要求による作動再開時に液体原料（低温流体）が流入してきても、熱衝撃を防止しつつ蒸発させたい液体原料（低温流体）を速やかに昇温させて蒸発できる。

（エ）蒸発器としての熱交換器６は、停止作動時に熱交換器６内に溜めた液体原料（低温流体）を抜いて空にされ、加熱ガス（高温流体）の温度以下の温度を前記所定の温度とするため、液体原料（低温流体）を速やかに蒸発でき、且つ、液体原料（低温流体）を供給した際に熱交換器６に生じる熱応力を緩和できる。

（オ）高温流体である加熱ガスとして、燃料電池スタック２のカソード排ガスと燃料電池スタック２のアノード排ガスを燃焼する燃焼器３の燃焼ガスとを用いるため、燃料電池２のカソード排ガスの温度が８０℃程度の低温で、燃焼ガスの温度が４００℃程度の高温なので、これらのガスを混合することにより、熱交換器６の温度を任意に設定することができる。また、燃料電池システムの出力負荷変動に応答よく追従させて原料ガスを供給することができる。

（カ）蒸発器としての熱交換器６を、負荷上昇時に燃料電池システムへ原料ガスを供給する過渡応答用蒸発器に適用したため、頻繁に原料ガスの供給・停止が繰り返される過渡応答用の蒸発器において、その信頼性を高めることができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明を適用した第２実施形態の熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。本実施形態においては、熱交換器の運転制御装置を含む燃料電池システムは第１実施形態と同様であるが、第１実施形態とは、低温流体通路内に液体原料を満たして熱交換器を所定の温度に保持して待機させる構成で基本的に相違している。本実施形態の熱交換器の起動制御および運転終了時制御は、第１実施形態におけると同様になされ、熱交換器６の起動から運転終了に至る運転停止および運転再開時に、本実施形態の熱交換器６の運転制御を適用するようにする。なお、図１および図２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図３に示す制御タイムチャートに基づいてコントローラ５は原料ガス供給手段４を運転制御する。図３において、（Ａ）は液体原料（低温流体）および加熱ガス（高温流体）の流量、（Ｂ）は蒸発器としての熱交換器６の低温流体通路の温度、（Ｃ）は供給する加熱ガスの一例、（Ｄ）は供給する加熱ガスの別の例を時間の経過と共に示すタイムチャートである。以下、これらの制御タイムチャートにより熱交換器６の運転制御装置の制御内容を説明する。ここでは、先ず、熱交換器６の第１実施形態に基づく起動後の停止時（一時停止）の制御を、図３の時点ｔ１１から説明し、次いで、一時停止された熱交換器６の作動再開時の制御を時点ｔ１３から説明する。

燃料電池システム側からの原料ガス供給の要求が無くなった（待機指令が入力される場合でもよい）運転停止時においては、先ず、加熱ガスの供給を停止させ（時点ｔ１１）、三方弁１０を切換えて戻り通路１６と熱交換器６とを連通させ、凝縮器１５を作動させる。

熱交換器６内で既に蒸発した原料ガスは、熱交換器６と戻り通路１６とが三方弁１０により連通し、凝縮器１５が作動しているため、蒸気は三方弁１０を介して戻り通路１６に流れ込み、凝縮器１５で凝縮させて液体化後に原料タンク１３に戻される。

加熱ガス供給の停止は、第１、第２流量調整弁１１、１２の切換え位置を調整して、燃焼ガスは熱交換器６をバイパスして外気に排出させ、カソード排ガスは直接外気に排出することで、熱交換器６への供給を停止して行う。低温流体通路内の温度は、熱交換器６へ供給される熱源がなくなり、しかも、液体原料の供給が継続され新たに低温の液体原料が次々と供給されるため、図３（Ｂ）に示すように、時点ｔ１１以降は速やかに低下する。液体原料の温度が蒸発温度より高い場合には原料ガスへの蒸発が継続するため、蒸発潜熱によっても温度低下を促進する。

次いで、ポンプ１４を停止させて液体原料の供給を停止する。ここまでの制御は、第１実施形態の運転終了時の制御と同じである。

本実施形態においては、熱交換器６内の液体原料を回収せずにそのまま溜めておき、液体原料の温度が蒸発温度以下に低下した時点ｔ１２において、熱源制御手段７の第１流量調整弁１１を切換えてカソード排ガスを加熱ガスとして熱交換器６に供給する（図３（Ｃ）参照）。カソード排ガスの温度は６０℃〜7０℃程度であり、低温流体通路内の液体原料の温度はこの温度に維持されて、一時停止状態となる。

一時停止状態における低温流体通路内における液体原料の所定の温度は、その蒸発温度以下に設定して原料ガスへの蒸発・気化を抑制する。飽和蒸発温度は、液体原料が、例えば、水の場合には、その時の圧力が１気圧であれば１００℃である。蒸発温度との温度差に応じて必要となる昇温時間も変化するため、蒸発温度に近づけて設定すると次回の再起動時に蒸発温度まで昇温する時間を短くできる。設定温度を上昇させるためには、図３（Ｄ）に示すように、カソード排ガスに加えて第２流量調整弁１２により必要な量の燃焼ガスを混合して熱交換器６に供給する。設定温度は燃焼ガスの割合が増加するほど燃焼ガス温度（４００℃）に近づけることができ、また、燃焼ガスの割合を減少させるほどカソード排ガス温度（６０℃〜７０℃程度）に近づけることができる。

蒸発器としての熱交換器６の運転再開時においては、低温流体通路内に蒸発温度以下の所定の温度で保持された液体原料（低温流体）が既にある（先に供給されている状態となっている）ため、先ず、第２流量調整弁１２を経由して燃焼ガス（高温流体）を熱交換器６に供給する（時点ｔ１３）。既に熱交換器６に供給されているカソード排ガスは第１流量調整弁１１により外気に放出するか若しくは熱交換器６への供給量を減少させ、燃焼ガスの流量を増加させることでその割合を増加させて加熱ガス（高温流体）の温度を高め、低温流体通路内の液体原料（低温流体）の温度が速やかに蒸発温度を超えるようにする。

低温流体通路内の液体原料の温度は予め所定の温度に維持されていたため、燃焼ガスにより加熱されると速やかに蒸発温度を超え（時点ｔ１４）、蒸発・気化した原料ガスを改質反応器に供給することができる。図３（Ｂ）では、低温流体通路内における液体原料の所定の温度を、蒸発温度に近づけて設定しているため、加熱ガスとして燃焼ガスを供給すると速やかに蒸発・気化した原料ガスを発生させることができる。また、低温流体通路の温度は熱伝達のよい液体原料の温度に支配されるので、加熱ガス（高温流体）を一気に供給しても熱交換器６自体が急激な温度変化を起こすことがなく、これにより熱交換器６に熱衝撃による過大な応力が発生するのを抑制できる。

蒸発により低温流体通路内の液体原料が規定量より減少すると、ポンプ１４を再び作動させてタンク１３の液体原料を熱交換器６に供給する（時点ｔ１５）。ポンプ１４による新たな液体原料の供給により低温流体通路内は一次的に温度が低下する（（Ｂ）参照）が、加熱ガスとして燃焼ガスの供給が継続されているため、再び昇温してゆく。以降、燃料電池システムの要求に応じて調整された流量の液体原料と加熱ガスとが供給され、原料ガス供給手段４の通常運転に移行する。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（ウ）、（オ）、（カ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（キ）蒸発器としての熱交換器６は、停止作動時、熱交換器６内に液体原料（低温流体）を溜めて保持し、液体原料（低温流体）の蒸発温度以下の温度を前記所定の温度とするため、加熱ガス（高温流体）の供給後、速やかに蒸発できる。

（第３実施形態）
図４〜図７は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第３実施形態を示し、図４は熱交換器の概略図、図５は熱交換器の具体的構造を示す斜視図、図６は熱交換器の部品構成を示す分解斜視図、図７は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。本実施形態においては、起動時、低温流体を熱交換器に供給し、その後に低温流体の流量を一時的に減らした状態で高温流体を供給し、低温流体通路の低温流体の温度上昇に応じて低温流体の供給を漸次増やすようにしたものである。なお、第１および第２実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図４〜図６に示すように、蒸発器としての熱交換器６は、高温流体としての加熱ガスが流通する高温流体通路３０と低温流体としての液相の液体原料から気相の原料ガスとなって流れる低温流体通路３１とを、層状に形成して交互に積層して構成している。

前記低温流体通路３１は、高温流体との熱交換面となる一対のプレート３２Ａ、３２Ｂと、両プレート３２Ａ、３２Ｂの周縁同士を連結して箱状の空間に形成し、空間の一方に入口３３を形成し且つ他方に出口３４を形成する周縁プレート３５と、出入口３３、３４から遠い側（下方）の連通路３６を残して前記空間を入口３３または出口３４に連通する二つの空間（入口空間３７および出口空間３８）に区画する隔壁３９とで形成している。

図示例（各プレートの板厚の図示は省略している）では、低温流体通路３１を構成する一対のプレート３２Ａ、３２Ｂの一方３２Ｂを分離して低温流体通路ユニット４０に形成し、分離したプレート３２Ｂは高温流体通路３０を形成するために波形に折り曲げられた整流プレート４１と一体として高温流体通路ユニット４２に形成している。

低温流体通路３１は、低温流体通路ユニット４０と高温流体通路ユニット４２とを交互に積層した際に、高温流体通路３０と交互に形成され、積層端には高温流体通路ユニット４２がその整流プレート４１を低温流体通路ユニット４０の他方のプレート３２Ａ背面に接触させて配置される。このため、全ての低温流体通路３１はその両側に高温流体通路３０が積層配置され、整列した入口３３を入口マニホールド４３に連通させ且つ整列した出口３４を出口マニホールド４４に連通させて構成される。

前記高温流体通路３０は、低温流体通路ユニット４０と高温流体通路ユニット４２とを交互に積層した際に、高温流体通路ユニット４２とその整流プレート４１が接触する隣接した低温流体通路ユニット４０の他方のプレート３２Ａの背面との間に形成される。積層端の高温流体通路３０は、高温流体ユニット４２の整流プレート４１に外側カバー４５を積層させることにより形成する。

高温流体通路３０は整流プレート４１により独立した複数の通路に形成され、これら複数の通路は両端面を開口させている。高温流体は、低温流体通路３１の隔壁３９で区画した出口３４に通じる空間（出口空間）３８が位置する側の前記高温流体通路３０の開口を入口３０Ａとし、低温流体通路３１の隔壁３９で区画した入口３３に通じる空間（入口空間）３７が位置する側の前記高温流体通路３０の開口を出口３０Ｂとしている。

高温流体通路３０の入口３０Ａおよび出口３０Ｂにはディフューザタイプの導入管４６Ａおよび排出管４６Ｂが連結されている。導入管４６Ａから入口３０Ａを経由して高温流体通路３０に導入された燃焼ガス等の高温流体は、熱交換により、先ず低温流体通路３１の出口空間３８の液相および気相の低温流体を暖め、温度降下しつつ下流に流れ、次いで、低温流体通路３１の入口空間３７の液相の低温流体を暖めながら出口３０Ｂに到り、排出管４６Ｂを経由して排出される。

上記した熱交換器６は、前記高温流体と低温流体との流れ方向が、高温流体の流れに対してＵターン型のクロスフローを含むが、全体的には対向方向であり、向流式の熱交換器６を構成している。

熱交換器６の定常運転状態では、図６の矢印に示すように、液相の低温流体は入口マニホールド４３から入口３３を経由して入口空間３７に導入され（温度は、例えば、２０℃）、入口空間３７を熱交換により温度降下した高温流体により暖められつつ下降し、連通路３６を経由して出口空間３８に到り（温度は、例えば、８０〜１００℃）、出口空間３８を温度降下されていない比較的高温の高温流体により暖められつつ上昇して液面に到って蒸発・気化し、気相となった後も温度降下されていない比較的高温の高温流体により暖められつつ（スーパーヒート部）上昇し（温度は、例えば、１５０℃）、出口３４から出口マニホールド４４を経由して原料ガスとして改質器１へ供給される。

低温流体通路３１の入口空間３７の連通路３６付近および出口空間３８の出口３４付近には、低温流体の温度を検出する温度センサ４７Ａ、４７Ｂが配置され、夫々の温度信号（中間温度信号、出口温度信号）はコントローラ５に出力される。

以上の熱交換器６は、図７に示す制御タイムチャートに基づいて蒸発器として起動時の運転制御がなされる。図７（Ａ）は熱交換器６に供給する低温流体（実線）および高温流体（破線）の供給流量の変化を、図７（Ｂ）は低温流体通路３１の出口位置（鎖線）および中間位置（実線）の低温流体の温度変化を、夫々時間の経過と共に示すタイムチャートである。以下、これらの制御タイムチャートにより蒸発器として起動時の熱交換器６の運転制御装置の制御内容を説明する。

熱交換器６は停止時においては、低温流体および高温流体の供給が停止されており、低温流体通路３１からは低温流体が排出された状態となっている。

運転開始時の起動制御は、低温流体である液体原料を熱交換器６の低温流体通路３１に供給し（時点ｔ１）、入口空間３７に満たし、次いで、出口空間３８に満たして供給を停止するか、若しくは、出口空間３８の中途部まで満たしてその供給量を一時的に減少させる（時点ｔ２）。

次いで、高温流体である加熱ガスを熱交換器６の高温流体通路３０に供給する。加熱ガスの供給開始時点では、低温流体の温度分布は一様に低いものとなっている。高温流体の供給を開始することにより、高温流体はその入口側に接する低温流体通路３１の出口空間３８の低温流体を熱交換により暖め、熱交換により温度降下した状態で出口側に接する低温流体通路３１の入口空間３７の低温流体を熱交換により暖め、出口３０Ｂから流出する。このため、低温流体は、高温流体入口３０Ａ側の低温流体の出口空間３８側の温度が、高温流体出口３０Ｂ側の低温流体の入口空間３７側の温度に先行して徐々に上昇する。

時点ｔ２０で、温度センサ４７Ｂにより低温流体の出口３４付近の温度が定常運転状態における出口温度ＴＡに達すると、定常運転状態と同様に、低温流体は液面からの蒸発・気化がなされる状態になっており、出口マニホールド４４を経由して原料ガスを改質器１に供給する。同時に、低温流体の供給流量を漸次増やしていく。

これは、まだその時点では、低温流体の入口空間３７側の温度は定常運転状態と比較して低い状態である。従って、低温流体の流量を定常運転状態と同じにしてしまうと、定常運転状態よりも低い温度の低温流体が出口空間３８の出口３４付近に達し、結果として低温流体の出口温度が低下するため、低温流体出口温度がほぼＴＡに達した時点では、低温流体流量を小さいものとしている。

低温流体は入口空間３７において高温流体により暖められつつ連通路に到り、出口空間３８において温度降下されていない比較的高温の高温流体により暖められつつ上昇して液面に到って蒸発・気化し、気相となった後も温度降下されていない比較的高温の高温流体により暖められつつ（スーパーヒート状態）上昇し（温度は、例えば、１５０℃）、出口３４から出口マニホールド４４を経由して原料ガスとして改質器１へ供給される。

時点ｔ２１において、温度センサ４７Ａにより低温流体の連通路３６付近の温度が定常運転状態における中間位置温度ＴＢに達すると、その時点の低温流体の流量を所定量（定常運転状態と同様の流量）として継続し、低温流体出口温度の低下を防いで、熱交換器６を蒸発器として定常運転させる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（ク）運転制御手段としてのコントローラ５は、高温流体供給手段より熱交換器６に高温流体の供給する前に、低温流体供給手段より熱交換器６に供給する低温流体の単位時間あたり流量を一時的に減少させ、高温流体供給手段による高温流体の熱交換器６への供給後に、低温流体供給手段より熱交換器６に供給する低温流体の単位時間あたり流量を漸次増やして所定流量に復帰させるため、低温流体の出口３４の温度を高めることができる。

（ケ）熱交換器６は、高温流体の入口３０Ａ側に臨む空間３８と出口３０Ｂ側に臨む空間３７とを連通路３６で連結する低温流体通路３１を備え、低温流体は、先ず熱交換器６に供給される際に高温流体の出口３０Ｂ側に臨む空間３７から連通路３６を経由して高温流体の入口３０Ａ側に臨む空間３８に供給するようにしたため、低温流体は高温流体の出口３０Ｂ側に臨む空間３７で予熱され、高温流体の入口３０Ａ側に臨む空間３８で過熱されるため、より効率的に気相へ蒸発させ且つ過熱することができる。

（コ）運転制御手段としてのコントローラ５は、低温流体通路３１途中ないし低温流体通路３１出口３４の温度が予め設定した温度以上となる時点の単位時間あたりの流量を定常運転時の供給流量に設定するので、低温流体出口３４の温度が極端に低くなることを防ぐことができる。

（第４実施形態）
図８および図９は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第４実施形態を示し、図８は熱交換器の概略図、図９は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャートである。本実施形態においては、第３実施形態における低温流体の供給を漸次増加させる際に熱交換器の蒸気生成量に応じて増加させるようにしたものである。なお、第３実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態の蒸発器として機能させる熱交換器６は第３実施形態と同様であり、図９に示すように、時点ｔ１と時点ｔ２との間において、熱交換器６の低温流体通路３１に低温流体を満たした後高温流体を供給する構成も第３実施形態と同様である。

本実施形態においては、低温流体通路３１の出口３４に蒸気生成量を検出する蒸気生成量検出センサ４８を配置し、熱交換器６の起動時の低温流体の流量を一時的に減らした後に漸次増やす際に、蒸気生成量に応じその生成量を上回らない流量で低温流体を供給するよう構成している。

図９（Ａ）は熱交換器６に供給する低温流体（実線）および高温流体（破線）の供給流量の変化および発生される蒸気生成量（鎖線）の変化を、図９（Ｂ）は低温流体通路３１の出口空間３８における液面レベル（低温流体容量）の変化を、夫々時間の経過と共に示すタイムチャートである。以下、これらの制御タイムチャートにより蒸発器として起動時の熱交換器６の運転制御装置の制御内容を説明する。

時点ｔ２より高温流体である加熱ガスを熱交換器６の高温流体通路３０に供給する、高温流体はその入口３０Ａ側に接する低温流体通路３１の出口空間３８の低温流体を熱交換により暖め、熱交換により温度降下した状態で出口３０Ｂ側に接する低温流体通路３１の入口空間３７の低温流体を熱交換により暖め、出口３０Ｂから流出する。低温流体は、高温流体入口３０Ａ側の低温流体の出口空間３８側の温度が、高温流体出口３０Ｂ側の低温流体の入口空間３７側の温度に先行して徐々に上昇し、低温流体は液面からの蒸発・気化がなされる状態となる。

低温流体の液面は、低温流体から蒸発・気化した蒸気生成量と低温流体の供給流量とのバランスにより変化するが、蒸気生成量を上回らない流量で低温流体が供給されるため、時間の経過と共に徐々に液面が低下してゆく（図９（Ｂ）の時点ｔ２経過後参照）。この液面の低下は、蒸気生成量と低温流体供給流量とがバランスした時点ｔ２２において止まり、液面変動は安定する。低温流体は、液面から蒸発して気相に相変化した後も高温流体により過熱されるスーパーヒート状態となり、得られる蒸気の加熱度（スーパーヒート度）が高まり、蒸気質量流量比（クォリティ）の高い蒸気を得ることができる。

図示の一時的に減らした後の低温流体の流量の漸次増加させる増加特性は、階段状としているが、蒸気生成量を上回らない増加特性であれば、直線的であっても指数関数的でもよい。また、蒸気生成量を上回らない増加特性であれば、高温流体の供給流量にむだ時間と遅れ時間時定数（伝達関数）を掛け合わせたような増加特性であってもよい。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）、第３実施形態における効果（ク）、（ケ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（サ）低温流体の単位時間あたりの流量は、高温流体供給前に低温流体の流量を減少させ、高温流体供給後の低温流体通路３１の出口３４側の蒸気発生量に応じて増加させるよう設定するため、蒸気質量流量比（クォリティ）が高い過熱蒸気が得られる。

（第５実施形態）
図１０は、本発明を適用した熱交換器の運転制御装置の第５実施形態を示し、図１０（Ａ）は熱交換器の運転制御装置による制御タイムチャート、図１０（Ｂ）は低温流体通路の出口空間における液面レベル（低温流体容量）の変化を示すタイムチャート、図１０（Ｃ）および（Ｄ）は熱交換器の高温流体の温度分布図および熱交換器の概略図である。本実施形態においては、蒸発器として高温流体と低温流体が略同一方向に流れる並流式の熱交換器を対象とした熱交換器の運転制御装置に関するものである。なお、第３および第４実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図１０（Ｄ）に示すように、並流式の熱交換器６は、第３実施形態の図３に示す熱交換器に対して低温流体の入口と出口とが逆転しており、高温流体の入口３０Ａ側にある低温流体の通路空間５０に開口させて低温流体の入口５２を配置し、高温流体の出口３０Ｂ側にある低温流体の通路空間５１に開口させて低温流体の出口５３を配置している。このため、高温流体は、図１０（Ｃ）に示すように、入口３０Ａ側で入口空間５０の低温流体と熱交換により温度降下されつつ下流に流れ、出口３０Ｂ側において温度降下した状態で出口空間５１の低温流体と熱交換した後に出口３０Ｂから排出される。

低温流体は、低温流体通路３１の入口５２から入口空間５０に供給され、連通路３６を介して出口空間５１に流れる。供給が停止された状態では、破線Ａ若しくは破線Ｂに示すように入口空間５０および出口空間５１の下方に溜まり、高温流体との熱交換により出口空間５１の低温流体が蒸発することによりその液面レベルが変化する。定常的には、一定量の低温流体を入口５２から入口空間５０に供給し、出口空間５１において高温流体との熱交換により低温流体が蒸発することにより、入口空間５０の液面レベルは相対的に上昇し（破線Ｃ参照）、出口空間５１の液面レベルは相対的に低下（破線Ｄ参照）する。

即ち、低温流体は、入口空間５０で未だ温度降下していない高温流体との熱交換により最初に大きく温度上昇され、下流に流れるに連れて温度降下される高温流体との熱交換により徐々に温度上昇（液相から気相へ変化し）され、出口空間５１では出口３０Ｂから排出される高温流体の温度まで昇温（過熱蒸気となって）されて出口５３から排出される。

そして、高温流体の流量が一定流量であるとすると、前記出口温度は、低温流体の供給量が少ないほど高くなり、供給量が多いほど低くなる。従って、出口３０Ｂから排出される高温流体と低温流体の温度が低温流体の過熱蒸気温度Ｔ０（所定温度）となるように低温流体の供給量（所定流量）を設定する。前記所定温度は、蒸発器としての熱交換器６が並流式であるため、低温流体が徐々に加熱されながら流れてくるため、高温流体と低温流体との温度差が小さくなり、熱衝撃が小さくなるため、過熱蒸気温度Ｔ０より若干高い温度であっても、熱衝撃を生ずることは防止される。

以上の熱交換器６は、図１０（Ａ）に示す制御タイムチャートに基づいて蒸発器として起動時の運転制御がなされる。図１０（Ａ）において、実線は熱交換器６に供給する低温流体の供給流量の時間的変化を、破線は高温流体の供給流量の時間的変化を、鎖線は低温流体通路の出口空間での蒸気生成量の時間的変化を夫々示し、図１０（Ｂ）は低温流体通路３１の入口空間５０および出口空間５１の液相の低温流体の容量の時間的変化を示している。以下、これらの制御タイムチャートにより蒸発器として起動時の熱交換器６の運転制御装置の制御内容を説明する。

熱交換器６は停止時においては、低温流体および高温流体の供給が停止されており、低温流体通路３１からは低温流体が排出された状態となっている。

運転開始時の起動制御は、低温流体である液体原料を熱交換器６の低温流体通路３１に所定流量より少なく設定した流量で供給開始（時点ｔ２５）し、低温流体は、入口空間５０の底に溜まり一部は出口空間５１の底部に流れる。

次いで、高温流体である加熱ガスを熱交換器６の高温流体通路３０に供給する（時点ｔ２６）。加熱ガスの供給開始時点では、低温流体の温度分布は一様に低いものとなっている。高温流体の供給を開始することにより、高温流体はその入口３０Ａ側に接する低温流体通路３１の入口空間５０の低温流体を熱交換により暖め、熱交換により温度降下した状態で出口３０Ｂ側に接する低温流体通路３１の出口空間５１の低温流体を熱交換により暖め、出口３０Ｂから排出される。

低温流体は、高温流体入口３０Ａ側の入口空間５０側の流体容量が大きく、高温流体出口３０Ｂ側の出口空間５１側の流体容量が小さいため、出口空間５１側の温度が先行して徐々に上昇し、低温流体の気相への蒸発が促進される。従って、熱交換器６に熱衝撃やそれに起因して生ずる熱応力を生じることがない。気相への蒸発により、図１０（Ｂ）に示すように、低温流体通路３１中の低温流体の容量の増加割合が減少する。

時点ｔ２７において、蒸気生成量センサ４８で検出される蒸気生成量が低温流体の供給流量を上回ると、図１０（Ｂ）に示すように、低温流体通路３１中の低温流体の容量が減少傾向に変化する。即ち、出口空間５１側の低温流体の蒸発による液面レベルの低下に伴い連通路３６で繋がる入口空間５０の低温流体の出口空間５１への流れも多くなり、入口空間５０の液面レベルも低下してゆく。この時点では、低温流体は、入口空間５０で未だ温度降下していない高温流体との熱交換により最初に大きく温度上昇され、下流に流れるに連れて温度降下される高温流体との熱交換により徐々に温度上昇（液相から気相へ変化し）され、出口空間５１では出口３０Ｂから排出される高温流体の温度まで昇温（過熱蒸気となって）されて出口５３から排出される状態となる。

時点ｔ２８において、低温流体の供給流量を所定流量に向かって増加させると、蒸気生成量とのバランスにより低温流体通路３１中の低温流体の容量低下の速度が緩和され、蒸気生成量と低温流体供給量とがバランスした時点ｔ２９で供給量の増加を止めると、以後は低温流体の容量が一定に安定する。この安定状態においては、出口３０Ｂから排出される高温流体と低温流体の温度が、設定した低温流体の過熱蒸気温度Ｔ０（所定温度）となり、定常運転に移行することができる。

前記低温流体の流量を所定流量まで漸次増やす際の増やし方は、図１０（Ａ）に示すように、蒸気生成量が図示しない所定量に達したことを検出した後に所定の遅れ時間と所定の勾配をもって増やすものとしてもよいし、或いは、蒸発器特性を事前に把握しておいて、所定の流量パターンで増やすようにしてもよい。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（シ）高温流体と低温流体が略同一方向に流れる並流式の蒸発器としての熱交換器６において、運転制御手段としてのコントローラ５は、低温流体供給手段より先ず熱交換器６に供給する低温流体の単位時間あたりの流量を、定常運転時の単位時間あたりの流量よりも少なく設定し、高温流体供給開始後に漸次増やして定常運転時の単位時間あたりの流量に復帰させるため、並流式蒸発器においても低温流体の出口５３の温度を高めることができる。

（ス）定常運転時の低温流体供給量を、高温流体と低温流体の熱交換により、高温流体の出口温度が低温流体の蒸発温度若しくはそれ以下の温度となる単位時間当たりの流量とするため、並流式蒸発器においても低温流体の出口５３の温度を高めることができる。

（セ）熱交換器６は、高温流体の入口３０Ａ側に臨む空間５０と出口３０Ｂ側に臨む空間５１とを連通路３６で連結する低温流体通路３１を備え、低温流体は、先ず熱交換器６に供給される際に高温流体の入口３０Ａ側に臨む空間５０から連通路３６を経由して高温流体の出口３０Ｂ側に臨む空間５１に供給されるため、低温流体は高温流体の入口３０Ａ側に臨む空間５０で大きく昇温され、高温流体の出口３０Ｂ側に臨む空間５１で容易に気相へ蒸発させ且つ過熱することができる。

なお、第１から第５の実施形態においては燃料電池システムにおける排水素燃焼器の排ガスを高温流体として用いる蒸発器としての熱交換器について説明したが、適用の対象が燃料電池システムに限定されるものでないこと、および高温ガスが排水素燃焼器の排ガスに限定されるものでないことはいうまでもない。

本発明の一実施形態を示す熱交換器の運転制御装置の概略構成図。 同じくコントローラによる制御タイムチャートであり、（Ａ）は液体原料および加熱ガスの流量、（Ｂ）は熱交換器の温度、（Ｃ）は熱交換器内の液体原料量、（Ｄ）は液体原料のポンプ作動を時間の経過と共に示すタイムチャート。 本発明の第２実施形態の熱交換器の運転制御装置のコントローラによる制御タイムチャートであり、（Ａ）は液体原料および加熱ガスの流量、（Ｂ）は熱交換器の温度、（Ｃ）は供給する加熱ガスの一例、（Ｄ）は供給する加熱ガスの別の例を時間の経過と共に示すタイムチャート。 本発明の第３実施形態の熱交換器の運転制御装置における熱交換器の概略図。 同じく熱交換器の部品構成を示す分解斜視図。 同じく熱交換器の部品構成を示す分解斜視図。 同じく熱交換器の運転制御装置のコントローラによる制御タイムチャートであり、（Ａ）は液体原料および加熱ガスの流量、（Ｂ）は熱交換器内の低温流体の温度を時間の経過と共に示すタイムチャート。 本発明の第４実施形態の熱交換器の運転制御装置における熱交換器の概略図。 同じく熱交換器の運転制御装置のコントローラによる制御タイムチャートであり、（Ａ）は液体原料および加熱ガスの流量、（Ｂ）は熱交換器の低温流体通路中の低温流体容量を時間の経過と共に示すタイムチャート。 本発明の第５実施形態の熱交換器の運転制御装置のコントローラによる制御タイムチャートおよび熱交換器の概略図であり、（Ａ）は液体原料および加熱ガスの流量、（Ｂ）は熱交換器の低温流体通路中の低温流体容量を時間の経過と共に示すタイムチャートであり、（Ｃ）は熱交換器を流れる高温流体の温度分布、（Ｄ）は熱交換器の概略図である。

符号の説明

１ 改質反応器
２ 燃料電池スタック
３ 排水素燃焼器
４ 原料ガス供給手段
５ コントローラ
６ 蒸発器としての熱交換器
７ 熱源制御手段
８ 液体原料供給手段
９ 空気供給ブロア
１１、１２ 流量調整弁
１３ 原料タンク
１４ ポンプ
１５ 凝縮器
３０ 高温流体通路
３１ 低温流体通路
３７、５０ 入口空間
３８、５１ 出口空間

Claims (15)

1. 高温流体と低温流体との熱交換を行う熱交換器の運転制御装置であって、
   熱交換器に気相の高温流体を供給する高温流体供給手段と、
   熱交換器に液相の低温流体を供給する低温流体供給手段と、
   熱交換器の運転開始時に、先ず前記低温流体供給手段により低温流体を熱交換器に供給した後に、前記高温流体供給手段により高温流体を熱交換器に供給する運転制御手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、高温流体供給手段より高温流体の供給する前に、低温流体供給手段より供給する低温流体の単位時間あたり流量を一時的に減少させ、高温流体供給手段による高温流体供給後に、低温流体供給手段より供給する低温流体の単位時間あたり流量を漸次増やすことを特徴とする熱交換器の運転制御装置。
2. 高温流体と低温流体との熱交換を行う熱交換器の運転制御装置であって、
   熱交換器に気相の高温流体を供給する高温流体供給手段と、
   熱交換器に液相の低温流体を供給する低温流体供給手段と、
   熱交換器の運転開始時に、先ず前記低温流体供給手段により低温流体を熱交換器に供給した後に、前記高温流体供給手段により高温流体を熱交換器に供給する運転制御手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、低温流体供給手段より先ず熱交換器に供給する低温流体の単位時間あたりの流量を、定常運転時の単位時間あたりの流量よりも少なく設定し、高温流体供給開始後に漸次増やして定常運転時の単位時間あたりの流量に復帰させることを特徴とする熱交換器の運転制御装置。
3. 前記熱交換器は、高温流体の入口側に臨む空間と出口側に臨む空間とを連通路で連結する低温流体通路を備え、
   前記低温流体は、熱交換器の高温流体の出口側に臨む空間に供給されて昇温され、連通路を経由して高温流体の入口側に臨む空間に流れ、気相へ蒸発され且つ過熱されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の運転制御装置。
4. 前記熱交換器は、高温流体の入口側に臨む空間と出口側に臨む空間とを連通路で連結する低温流体通路を備え、
   前記低温流体は、熱交換器の高温流体の入口側に臨む空間に供給されて大きく昇温され、連通路を経由して高温流体の出口側に臨む空間に流れ、高温流体の出口側に臨む空間で気相へ蒸発され且つ過熱されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器の運転制御装置。
5. 前記定常運転時の低温流体供給量は、高温流体と低温流体の熱交換により、高温流体の出口温度が低温流体の蒸発温度若しくはそれ以下の温度となる単位時間当たりの流量に設定されることを特徴とする請求項２または請求項４に記載の熱交換器の運転制御装置。
6. 前記運転制御手段は、低温流体通路途中ないし低温流体通路出口の温度が予め設定した温度以上となる時点の単位時間あたりの流量を定常運転時の供給流量に設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
7. 前記低温流体の単位時間あたりの流量は、高温流体供給前に低温流体の流量を減少させ、高温流体供給後の低温流体通路の出口側の蒸気発生量に応じて増加させるよう設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
8. 前記低温流体の定常運転時の単位時間あたりの流量への漸次増加のパターンは、直線状または指数関数的若しくは階段状の流量パターンによることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
9. 前記低温流体の定常運転時の単位時間あたりの流量への増やし方は、高温流体の供給流量に応じて設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
10. 前記運転制御手段は、高温流体の供給を停止し、その後に前記低温流体の供給を停止して熱交換器の作動を停止することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
11. 前記運転制御手段は、熱交換器の停止作動時に、熱交換器を所定の温度に維持することを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器の運転制御装置。
12. 前記運転制御手段は、熱交換器の停止作動時、熱交換器内に溜めた低温流体を抜いて空にし、
    高温流体の温度以下の温度を前記所定の温度とすることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器の運転制御装置。
13. 前記熱交換器は、低温流体を蒸発させる蒸発器として使用され、
    前記運転制御手段は、熱交換器の停止作動時、蒸発器として使用される熱交換器内に低温流体を溜めて保持し、低温流体の蒸発温度以下の温度を前記所定の温度とすることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器の運転制御装置。
14. 前記高温流体供給手段より供給する高温流体は、燃料電池スタックのカソード排ガスと燃料電池スタックのアノード排ガスを燃焼する燃焼器の燃焼ガスであることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか一つに記載の熱交換器の運転制御装置。
15. 前記熱交換器は、負荷上昇時に燃料電池システムへ原料ガスを供給する過渡応答用蒸発器に適用されることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器の運転制御装置。

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