JP6529391B2 - 昇温装置および燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、昇温装置および燃料電池システムに関する。

従来より、燃料電池を利用して発電を行う様々な燃料電池システムが提案されている。例えば、固体酸化物形燃料電池を用いた燃料電池システムでは、起動運転の際に、燃料電池を約６００℃〜１０００℃の高温まで昇温する必要がある。燃料電池の昇温には、例えば、電気ヒータやガスバーナ等を利用することが考えられる。しかしながら、電気ヒータを利用する場合、起動用の大容量の受電設備が必要になる。また、ガスバーナを使用する場合、火炎を伴う燃焼を持続する必要があるが、火炎の吹き消え等により燃料電池の昇温が不安定になるおそれがある。

燃料電池システムでは、触媒燃焼装置を用いて都市ガス等の燃料ガスを燃焼させ、発生した高温の燃焼ガス等を利用して燃料電池の昇温を行うことも提案されている。触媒燃焼装置では、触媒層の温度を、触媒燃焼における燃料ガスの燃焼温度（すなわち、酸化分解温度）まで上昇させる必要がある。このため、燃料ガスの供給前に、電気ヒータ等にて加熱された空気を触媒層に供給して、触媒層の昇温が行われる。上述の都市ガスの主成分であるメタンでは、触媒燃焼における燃焼温度は約４００℃以上である。このため、触媒層に供給する前の空気を予熱する電気ヒータ等において大きな電力が必要となり、起動用の受電設備の容量低減に限界がある。

一方、特許文献１では、触媒燃焼装置の内部に触媒を複数段設け、燃焼ガスの流動方向の上流側から下流側に向かうに従って、触媒の体積を大きくする技術が提案されている。当該触媒燃焼装置では、上流側の触媒にて発生した燃焼ガスにより下流側の触媒が昇温されるため、燃料ガスが供給される前に、最も上流側の触媒の昇温のみが行われる。これにより、触媒燃焼装置の予熱源の容量低減が図られる。

特許文献２では、水素燃料電池を搭載する車両等において、水素を触媒燃焼させて被加熱流体を加熱する水素燃焼ヒータが提案されている。また、特許文献３の触媒燃焼装置では、炭化水素ガスの一部または全部を改質して水素ガスに変換し、触媒層に供給する技術が提案されている。

特許第３０３９０４１号公報 特許第３９４０２７４号公報 特公昭６２−４０６０６号公報

ところで、特許文献１の触媒燃焼装置では、燃料ガスとして都市ガスが用いられた場合、最も上流側の触媒は、上述のように約４００℃以上まで予熱される必要がある。このため、予熱源（すなわち、触媒燃焼装置への熱量供給源）の容量低減に限界がある。また、予熱源の電気ヒータ等において耐熱性の高いヒータエレメントを使用する必要がある。さらに、高温の電気ヒータ等は、その設置場所が制限される。

一方、特許文献２の水素燃焼ヒータでは、水素ガスの燃焼開始温度は、都市ガスの燃焼開始温度に比べて低いため、触媒の予熱が比較的容易である。しかしながら、当該水素燃焼ヒータを、水素燃料電池を搭載する車両等以外で利用しようとすると、水素燃焼ヒータに水素を供給する設備が必要になる。

特許文献３では、炭化水素ガスの一部を改質した場合、水素ガスと炭化水素ガスの混合ガスが触媒層に供給されることになり、水素ガスおよび炭化水素ガスの双方を効率良く触媒燃焼させることが難しい。また、炭化水素ガスの全部を改質しようとすると、改質器が大型化するとともに、改質器を起動するための予熱源の容量が大きくなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、昇温装置への供給熱量を低減しつつ高温の昇温ガスを生成することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、昇温装置であって、原燃料を改質して前記原燃料よりも燃焼開始温度が低い燃料ガスを含む燃焼用ガスを送出する改質器と、酸化剤ガスおよび前記改質器からの前記燃焼用ガスが導かれ、前記燃焼用ガスに含まれる前記燃料ガスを燃焼させて１次昇温ガスを送出する低温触媒燃焼部と、前記１次昇温ガスにより昇温され、前記原燃料を前記低温触媒燃焼部よりも高温にて燃焼させて前記１次昇温ガスよりも高温の２次昇温ガスを送出する高温触媒燃焼部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の昇温装置であって、前記改質器から前記低温触媒燃焼部に供給される前記燃焼用ガスが、未改質の前記原燃料である未改質原燃料を含み、前記高温触媒燃焼部に供給される前記原燃料が、前記低温触媒燃焼部を通過した前記未改質原燃料を含む。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の昇温装置であって、 前記高温触媒燃焼部が、前記改質器に前記原燃料を供給する原燃料供給源と、前記改質器を避けて設けられる回避配管を介して接続され、前記高温触媒燃焼部に供給される前記原燃料が、前記回避配管を介して前記改質器を通過することなく供給される前記原燃料を含む。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の昇温装置であって、前記低温触媒燃焼部に供給される前の前記酸化剤ガスが、前記高温触媒燃焼部からの前記２次昇温ガスを利用して加熱される。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の昇温装置であって、前記高温触媒燃焼部からの前記２次昇温ガスが導かれる他の高温触媒燃焼部をさらに備え、前記他の高温触媒燃焼部が、前記改質器に前記原燃料を供給する原燃料供給源と、前記改質器、前記低温触媒燃焼部および前記高温触媒燃焼部を避けて設けられる他の回避配管を介して接続され、前記他の高温触媒燃焼部が、前記高温触媒燃焼部からの前記２次昇温ガスにより加熱されるとともに、前記他の回避配管を介して供給された前記原燃料を前記低温触媒燃焼部よりも高温にて燃焼させて前記１次昇温ガスよりも高温の３次昇温ガスを送出する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の昇温装置であって、前記低温触媒燃焼部に供給される前の前記酸化剤ガスが、前記他の高温触媒燃焼部からの前記３次昇温ガスを利用して加熱される。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の昇温装置であって、前記改質器が、前記原燃料の水蒸気改質を行い、前記原燃料が炭化水素系燃料であり、前記燃料ガスが水素である。

請求項８に記載の発明は、燃料電池システムであって、定常運転時に原燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、起動運転時に前記改質器および前記燃料電池を加熱して昇温させる請求項１ないし７のいずれかに記載の昇温装置とを備える。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の燃料電池システムであって、前記定常運転時に使用される原燃料が、前記起動運転時に前記昇温装置にて使用される原燃料と同じである。

本発明では、昇温装置への供給熱量を低減しつつ高温の昇温ガスを生成することができる。

一の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 昇温装置の構造を示す図である。 昇温装置の構造の他の例を示す図である。 昇温装置の構造の他の例を示す図である。 昇温装置の構造の他の例を示す図である。 昇温装置の構造の他の例を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る燃料電池システム１の構成を示す図である。燃料電池システム１は、燃料電池を用いて発電を行う発電システムである。燃料電池システム１は、ホットモジュール２と、不純物除去部４１と、第１熱交換器４２と、ブロワ４３と、第２熱交換器４４と、凝縮部４５と、水蒸気生成部４６と、排ガス燃焼部４７と、原燃料供給源４８と、水供給部３１と、昇温装置３３とを備える。

ホットモジュール２は、ハウジング２１と、改質器２２と、複数の燃料電池２３と、昇温部２４とを備える。ハウジング２１は、例えば、略直方体状の筐体である。図１では、燃料電池システム１の一部の構成（例えば、ハウジング２１）を断面にて示す。ハウジング２１の内面は、断熱性が比較的高い断熱材料（例えば、ロックウール）により形成される。ハウジング２１としては、例えば、金属製のコンテナの内面全体を断熱材料により覆ったものが利用される。

ハウジング２１の内部空間２１０には、改質器２２、複数の燃料電池２３および昇温部２４が収容される。昇温部２４は、後述する燃料電池システム１の起動運転時に利用される。図１に示す例では、ハウジング２１の内部空間２１０には、１２個の燃料電池２３が収容される。複数の燃料電池２３はそれぞれ、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）である。各燃料電池２３は、例えば、図示省略の複数のセル（単電池）が上下方向に積層されたセルスタックである。燃料電池２３の外形は、例えば、略直方体状である。ハウジング２１内に収容される複数の燃料電池２３の数は、様々に変更されてよい。また、ハウジング２１内に収容される燃料電池２３は、１つであってもよい。

各燃料電池２３の負極（アノード）には燃料ガスが供給され、正極（カソード）には酸化剤ガスが供給される。これにより、各燃料電池２３において電気化学反応が生じ、発電が行われる。換言すれば、各燃料電池２３は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う。燃料電池２３における電気化学反応は発熱反応であり、発生した熱は、吸熱反応である改質が行われる改質器２２の加熱等に利用される。燃料電池２３による発電は、例えば６００℃〜１０００℃の高温下にて行われる。燃料ガスは、例えば水素ガスである。酸化剤ガスは、例えば酸素である。燃料ガスは、水素ガス以外の様々なガスであってよく、酸化剤ガスも、酸素以外の様々なガスであってよい。

各燃料電池２３の負極は、ハウジング２１内にて分岐する燃料ガス供給管２５１を介して改質器２２に接続される。改質器２２は、原燃料供給管２６１を介して、ハウジング２１外に配置される原燃料供給源４８に接続される。原燃料供給管２６１上には、不純物除去部４１および第１熱交換器４２が設けられる。不純物除去部４１では、原燃料供給源４８から改質器２２へと供給される原燃料から不純物（例えば、硫黄系不純物や窒素系不純物）が除去される。改質器２２は、また、原燃料供給管２６１から分岐する水蒸気供給管２６２を介して、ハウジング２１外に配置される水蒸気生成部４６にも接続される。

改質器２２は、原燃料を改質して燃料ガスを含む改質ガスを生成する。原燃料は、例えば、炭化水素系燃料である。原燃料は、炭化水素系燃料以外の様々な燃料であってもよい。原燃料としては、例えば、ＬＰガス、都市ガス、天然ガス、灯油、バイオガスまたはバイオエタノール等が利用される。改質器２２では、例えば、水蒸気改質法、部分酸化改質法または自己熱改質法、あるいは、これらの改質法の組み合わせ等により原燃料の改質が行われる。図１に示す例では、改質器２２により、原燃料供給源４８から供給された原燃料である都市ガスが、水蒸気生成部４６から供給された水蒸気を利用して、水蒸気改質法により高温下にて改質され、燃料ガスである水素ガスを含む改質ガスが生成される。改質器２２からの改質ガスは、燃料ガス供給管２５１を介して複数の燃料電池２３のそれぞれの負極へと供給される。

複数の燃料電池２３のそれぞれの負極から排出されるガスである負極排ガスは、負極排ガス排出管２５２により集められ、負極排ガス排出管２５２を介してハウジング２１外に排出される。負極排ガスには、燃料ガスである水素ガスが燃料電池２３における発電に使用されることにより生成される水蒸気、および、燃料電池２３における発電に利用されなかった未利用の燃料ガス等が含まれる。

複数の燃料電池２３からの負極排ガスは、ハウジング２１外において負極排ガス排出管２５２により第１熱交換器４２へと導かれる。第１熱交換器４２では、負極排ガス排出管２５２を流れる高温の負極排ガスを利用して、原燃料供給源４８および水蒸気生成部４６から改質器２２に供給される原燃料および水蒸気が予備加熱される。

第１熱交換器４２を通過した負極排ガスは、負極排ガス排出管２５２により凝縮部４５へと導かれる。凝縮部４５では、負極排ガス中の水蒸気が凝縮されて水が生成される。凝縮部４５により生成された水は、水供給管４５１を介して水蒸気生成部４６へと供給される。水蒸気生成部４６では、水が加熱されて水蒸気が生成される。水蒸気生成部４６により生成された水蒸気は、水蒸気供給管２６２を介して原燃料供給管２６１へと導かれる。水蒸気供給管２６２は、第１熱交換器４２よりも上流において（具体的には、第１熱交換器２４と不純物除去部４１との間において）原燃料供給管２６１に接続される。水蒸気生成部４６からの水蒸気は、不純物除去部４１を通過した原燃料と共に第1熱交換器４２を通過し、改質器２２へと供給されて上述の水蒸気改質に利用される。一方、凝縮部４５を通過した負極排ガスは、排ガス燃焼部４７へと導かれる。

各燃料電池２３の正極は、ハウジング２１内にて分岐する酸化剤ガス供給管２５３を介して、ハウジング２１外に配置されるブロワ４３に接続される。ブロワ４３により、酸化剤ガスである酸素ガスを含む空気が、酸化剤ガス供給管２５３を介して複数の燃料電池２３のそれぞれの正極に供給される。

複数の燃料電池２３のそれぞれの正極から排出されるガスである正極排ガスは、正極排ガス排出管２５４により集められ、正極排ガス排出管２５４を介してハウジング２１外へと排出される。複数の燃料電池２３からの正極排ガスは、ハウジング２１外において正極排ガス排出管２５４により第２熱交換器４４へと導かれる。第２熱交換器４４では、正極排ガス排出管２５４を流れる高温の正極排ガスを利用して、各燃料電池２３に供給される空気が予備加熱される。

第２熱交換器４４を通過した正極排ガス排出管２５４は、排ガス燃焼部４７よりも手前（すなわち、上流側）の合流点４７１において、ハウジング２１外にて負極排ガス排出管２５２に合流する。合流点４７１では、第１熱交換器４２および凝縮部４５を通過した負極排ガスと、第２熱交換器４４を通過した正極排ガスとが合流する。排ガス燃焼部４７では、合流後の負極排ガスおよび正極排ガスが燃焼される。これにより、負極排ガスに含まれる未利用の燃料ガス等が燃焼される。排ガス燃焼部４７にて発生する燃焼熱は、例えば、水蒸気生成部４６における水の加熱や、タービンを利用した発電に利用されてもよい。また、排ガス燃焼部４７がハウジング２１内に設けられ、排ガス燃焼部４７の燃焼熱が改質器２２の加熱等に利用されてもよい。排ガス燃焼部４７としては、例えば、触媒燃焼器が利用される。

燃料電池システム１の定常運転では、上述のように、複数の燃料電池２３のそれぞれにおいて、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電が行われる。複数の燃料電池２３における発電の際に発生した熱は、改質器２２に付与される。複数の燃料電池２３から改質器２２に付与された熱は、改質器２２における原燃料の水蒸気改質等に利用される。

また、燃料電池システム１の定常運転では、上述のように、複数の燃料電池２３から排出された負極排ガスを利用して、第１熱交換器４２において、改質器２２に供給される原燃料および水蒸気の予備加熱が行われ、複数の燃料電池２３から排出された正極排ガスを利用して、第２熱交換器４４において、各燃料電池２３に供給される空気の予備加熱が行われる。これにより、燃料電池システム１では、定常運転時にシステム内にて必要とされる熱を、システム外から付与することなく定常運転を行うことができる。さらに、燃料電池システム１では、負極排ガスに含まれる水蒸気を改質器２２において行われる水蒸気改質に利用することにより、定常運転時にシステム内にて必要とされる水を、システム外から付与することなく定常運転を行うことができる。換言すれば、定常運転時の燃料電池システム１では、熱自立運転および水自立運転が可能である。

次に、燃料電池システム１の起動運転（いわゆる、コールドスタート）について説明する。燃料電池システム１の起動運転とは、燃料電池システム１の状態を停止状態から、定常的に発電を行う定常運転状態へと変更することである。

燃料電池システム１の起動運転では、水供給部３１、昇温装置３３および昇温部２４が利用される。水供給部３１は、水を貯溜するとともに、燃料電池システム１の起動運転の際に、当該水を燃料電池システム１の改質器２２に供給する。水供給部３１は、例えば、水貯溜部３１１と、ポンプ３１２と、起動用水供給管３１３とを備える。水貯溜部３１１は、水（例えば、純水）を貯溜するタンクである。水貯溜部３１１は、起動用水供給管３１３を介して、燃料電池システム１の水蒸気生成部４６に接続される。ポンプ３１２は、起動用水供給管３１３上に設けられ、水貯溜部３１１に貯溜されている水を水蒸気生成部４６へと供給する。

昇温装置３３は、起動用原燃料供給管２５５により、不純物除去部４１を介して原燃料供給源４８に接続される。昇温装置３３は、また、起動用ガス供給管２５６を介してブロワ４３に接続される。昇温装置３３は、さらに、起動用水蒸気供給管２５９を介して水蒸気生成部４６に接続される。昇温装置３３では、原燃料供給源４８からの原燃料（例えば、ＬＰガス、都市ガス、天然ガス、灯油、バイオガスまたはバイオエタノール）、ブロワ４３からの酸化剤ガスを含むガス（例えば、空気）、および、水蒸気生成部４６からの水蒸気を利用して、高温のガスである昇温ガスが生成される。昇温装置３３に供給される原燃料、水蒸気および酸化剤ガスは、昇温ガスの生成に利用される昇温用原燃料、昇温用水蒸気および昇温用酸化剤ガスである。昇温装置３３における昇温ガスの生成の詳細については後述する。

昇温装置３３により生成された高温の昇温ガスは、昇温ガス供給管２５７を介して、ハウジング２１内の昇温部２４へと供給され、昇温部２４からハウジング２１の内部空間２１０へと供給される。燃料電池システム１では、昇温部２４から内部空間２１０へと昇温ガスが継続的に供給されることにより、改質器２２および複数の燃料電池２３が加熱されて昇温される。

続いて、原燃料供給源４８からの原燃料が、不純物除去部４１を通過して改質器２２に供給される。また、水供給部３１からの水が水蒸気生成部４６に供給され、水蒸気生成部４６にて水蒸気とされた後、改質器２２に供給される。そして、改質器２２により原燃料が水蒸気改質されることにより、燃料ガスを含む改質ガスが生成され、複数の燃料電池２３の負極に供給される。一方、ブロワ４３からは、複数の燃料電池２３の正極に、酸化剤ガスを含む空気が供給される。

これにより、複数の燃料電池２３による発電が行われ、発電時に発生する熱により改質器２２がさらに加熱される。また、複数の燃料電池２３からの負極排ガスから凝縮部４５にて生成された水は、水蒸気生成部４６へと供給される。

燃料電池システム１では、改質器２２および複数の燃料電池２３が所定の温度に達し、複数の燃料電池２３からの出力が所定の発電量に達して安定するまで、すなわち、燃料電池システム１が定常運転状態となるまで、上述の起動運転が継続される。燃料電池システム１の定常運転が開始され、上述の水自立および熱自立が成立すると、水供給部３１から水蒸気生成部４６への水の供給が停止される。また、昇温装置３３における昇温ガスの生成、および、昇温部２４から内部空間２１０への昇温ガスの供給が停止される。

図２は、昇温装置３３の具体的な構造の一例を示す図である。図２では、昇温装置３３の構成を破線にて囲む。また、図２では、昇温装置３３に接続される他の構成も併せて示す。昇温装置３３は、触媒の作用により、火炎を生じる直接燃焼に比べて低温にて燃料を酸化分解する（触媒燃焼させる）触媒燃焼装置である。

昇温装置３３は、改質器３３１と、低温触媒燃焼部３３２と、高温触媒燃焼部３３３と、加熱部３３４とを備える。昇温装置３３内の改質器３３１は、ハウジング２１内の改質器２２（図１参照）とは別に設けられる。２つの改質器２２，３３１を区別するために、以下の説明では、昇温装置３３内の改質器３３１を「昇温用改質器３３１」という。昇温用改質器３３１は、改質器２２に比べて小型である。

昇温用改質器３３１は、起動用原燃料供給管２５５により、昇温装置３３外の不純物除去部４１を介して原燃料供給源４８に接続される。昇温用改質器３３１は、また、起動用水蒸気供給管２５９を介して、昇温装置３３外の水蒸気生成部４６に接続される。水蒸気生成部４６は、上述のように、水供給部３１に接続される。低温触媒燃焼部３３２は、昇温装置３３内において、昇温用改質器３３１および加熱部３３４に接続される。加熱部３３４は、起動用ガス供給管２５６を介して昇温装置３３外のブロワ４３に接続される。高温触媒燃焼部３３３は、昇温装置３３内において、低温触媒燃焼部３３２に接続される。

低温触媒燃焼部３３２は、触媒層を有してガスの触媒燃焼を行う触媒燃焼部である。高温触媒燃焼部３３３は、低温触媒燃焼部３３２とは異なる種類の触媒燃焼部である。具体的には、高温触媒燃焼部３３３は、低温触媒燃焼部３３２の触媒層とは異なる種類の触媒層を有してガスの触媒燃焼を行うもう１つの触媒燃焼部である。低温触媒燃焼部３３２の触媒層は、例えば、白金（Ｐｔ）を主な触媒として担持し、高温触媒燃焼部３３３の触媒層は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）を主な触媒として担持する。低温触媒燃焼部３３２および高温触媒燃焼部３３３に担持される触媒は、様々に変更されてよい。加熱部３３４には、例えば、電気ヒータが設けられる。

昇温装置３３では、原燃料供給源４８からの原燃料、および、水蒸気生成部４６からの水蒸気が昇温用改質器３３１に供給される。昇温用改質器３３１では、水蒸気生成部４６からの水蒸気を利用して、原燃料供給源４８からの原燃料の水蒸気改質が行われ、燃料ガスが生成される。昇温用改質器３３１にて生成される燃料ガスは、昇温ガスの生成に利用される昇温用燃料ガスである。昇温装置３３では、必要に応じて、昇温用改質器３３１を加熱する電気ヒータ等の加熱部が設けられてもよい。

昇温用改質器３３１に供給される原燃料は、上述のように、例えば炭化水素系燃料である。図２に示す例では、原燃料である都市ガスの主成分であるメタンが昇温用改質器３３１により改質されることにより、燃料ガスである水素ガスが生成される。昇温用改質器３３１にて生成される燃料ガスは、昇温用改質器３３１に供給される原燃料よりも燃焼開始温度（すなわち、酸化分解が開始される温度）が低い。昇温用改質器３３１により、燃料ガスを含む燃焼用ガスが、昇温用燃料ガス配管３４１を介して、低温触媒燃焼部３３２へと送出される。昇温用改質器３３１から低温触媒燃焼部３３２に供給される燃焼用ガスには、燃料ガス以外に、未改質の原燃料である未改質原燃料が含まれる。

低温触媒燃焼部３３２には、昇温用改質器３３１からの燃焼用ガス、および、ブロワ４３からの酸化剤ガスを含むガス（例えば、酸素を含む空気）が供給される。昇温用改質器３３１からの燃焼用ガスの温度は、例えば約５００℃〜６００℃である。ブロワ４３からの空気は、加熱部３３４にて加熱された後、低温触媒燃焼部３３２に供給される。加熱部３３４からの空気の温度は、例えば約８０℃である。

加熱部３３４から低温触媒燃焼部３３２に供給される空気の流量は、昇温用改質器３３１から低温触媒燃焼部３３２に供給される燃焼用ガスの流量よりも大きい。例えば、加熱部３３４から低温触媒燃焼部３３２に供給される空気の流量は、昇温用改質器３３１から低温触媒燃焼部３３２に供給される燃焼用ガスの流量の２０倍以上である。低温触媒燃焼部３３２に供給されるガス、すなわち、昇温用改質器３３１からの燃焼用ガスとブロワ４３からの空気との混合ガスの温度は、例えば、約１２０℃〜１３０℃である。低温触媒燃焼部３３２に供給されるガスの温度は、原燃料の燃焼開始温度よりも低く、かつ、燃料ガスの燃焼開始温度以上である。図２に示す例では、低温触媒燃焼部３３２に供給される上記混合ガスの温度は、メタンの燃焼開始温度である約４００℃よりも低く、水素ガスの燃焼開始温度である５０℃よりも高い。

上述のように、低温触媒燃焼部３３２に酸化剤ガス（を含む空気）および昇温用改質器３３１からの燃焼用ガスが導かれることにより、低温触媒燃焼部３３２が、燃料ガスの燃焼開始温度以上に昇温される。低温触媒燃焼部３３２の触媒層は、高温触媒燃焼部３３３の触媒層よりも燃料ガスの触媒燃焼に適した種類の触媒層である。低温触媒燃焼部３３２では、燃焼用ガスに含まれる燃料ガスが低温触媒燃焼部３３２にて触媒燃焼される。低温触媒燃焼部３３２では、燃焼用ガス中の燃料ガスが燃焼されることにより、低温触媒燃焼部３３２に供給されるガスよりも高温の１次昇温ガスが生成される。

低温触媒燃焼部３３２により、１次昇温ガスが高温触媒燃焼部３３３へと送出される。低温触媒燃焼部３３２から送出される１次昇温ガスには、例えば、燃料ガスの燃焼により生じたガス（例えば、水蒸気）、燃料ガスの燃焼に利用されることなく低温触媒燃焼部３３２を通過した酸化剤ガス、および、低温触媒燃焼部３３２を通過した未改質原燃料が含まれる。当該未改質原燃料は、低温触媒燃焼部３３２における燃料ガスの燃焼により昇温される。なお、低温触媒燃焼部３３２では、未改質原燃料の一部も触媒燃焼されてよい。低温触媒燃焼部３３２から高温触媒燃焼部３３３へと送出される１次昇温ガスの温度は、原燃料の燃焼開始温度（上記例では、約４００℃）以上である。燃料電池システム１では、例えば、ブロワ４３から低温触媒燃焼部３３２と高温触媒燃焼部３３３との間の配管に直接的に接続される酸化剤ガス供給管が設けられ、当該酸化剤ガス供給管を介して高温触媒燃焼部３３３への酸化剤ガスの供給が行われてもよい。

高温触媒燃焼部３３３に低温触媒燃焼部３３２からの１次昇温ガスが導かれることにより、高温触媒燃焼部３３３が、原燃料の燃焼開始温度以上に昇温される。高温触媒燃焼部３３３の触媒層は、低温触媒燃焼部３３２の触媒層よりも原燃料の触媒燃焼に適した種類の触媒層である。高温触媒燃焼部３３３では、低温触媒燃焼部３３２から供給された１次昇温ガスに含まれる原燃料（すなわち、低温触媒燃焼部３３２を通過した未改質原燃料）が、低温触媒燃焼部３３２よりも高温にて燃焼されることにより、１次昇温ガスよりも高温の２次昇温ガスが生成される。２次昇温ガスには、例えば、原燃料の燃焼により生じたガス（例えば、水蒸気や二酸化炭素）、および、原燃料の燃焼に利用されることなく高温触媒燃焼部３３３を通過した酸化剤ガスが含まれる。

燃料電池システム１では、高温触媒燃焼部３３３により、２次昇温ガスが上述の昇温ガスとしてハウジング２１（図１参照）内の昇温部２４へと送出される。高温触媒燃焼部３３３から昇温部２４へと送出される昇温ガスの温度は、例えば約７００℃〜８００℃である。燃料電池システム１の起動運転時には、上述のように、昇温部２４から内部空間２１０へと昇温ガスが継続的に供給されることにより、改質器２２および複数の燃料電池２３が加熱されて昇温される。

以上に説明したように、昇温装置３３は、昇温用改質器３３１と、低温触媒燃焼部３３２と、高温触媒燃焼部３３３とを備える。昇温用改質器３３１は、原燃料を改質して原燃料よりも燃焼開始温度が低い燃料ガスを含む燃焼用ガスを送出する。低温触媒燃焼部３３２には、酸化剤ガスおよび改質器２２からの燃焼用ガスが導かれる。低温触媒燃焼部３３２は、燃焼用ガスに含まれる燃料ガスを燃焼させて１次昇温ガスを送出する。高温触媒燃焼部３３３は、低温触媒燃焼部３３２からの１次昇温ガスにより昇温される。高温触媒燃焼部３３３は、原燃料を低温触媒燃焼部３３２よりも高温にて燃焼させて、１次昇温ガスよりも高温の２次昇温ガスを送出する。

これにより、原燃料供給源から触媒燃焼部に原燃料を直接供給して燃焼させるために、当該触媒燃焼部に原燃料の燃焼開始温度（例えば、４００℃）以上に加熱された空気等を供給する場合に比べて、加熱部３３４において空気に供給される熱量を低減することができる。加熱部３３４が電気ヒータの場合、加熱部３３４に供給される電力を低減することができる。その結果、昇温装置３３への供給熱量を低減しつつ、昇温装置３３において高温の昇温ガスを容易に生成することができる。また、加熱部３３４から低温触媒燃焼部３３２に供給される比較的大流量の空気の温度を低く抑える（例えば、１００℃以下に抑える）ことができるため、加熱部３３４から低温触媒燃焼部３３２までの配管の断熱構造を簡素化することができる。その結果、昇温装置３３を小型化することができる。

上述のように、昇温装置３３の低温触媒燃焼部３３２は、燃料ガスの触媒燃焼に適した触媒層を有するため、燃料ガスを効率良く燃焼させることができる。その結果、低温触媒燃焼部３３２から高温触媒燃焼部３３３に供給される１次昇温ガスを効率良く昇温することができる。また、高温触媒燃焼部３３３は、原燃料の触媒燃焼に適した触媒層を有するため、原燃料を効率良く燃焼させることができる。その結果、高温触媒燃焼部３３３から送出される昇温ガスを効率良く昇温することができる。

昇温装置３３では、上述のように、昇温用改質器３３１から低温触媒燃焼部３３２に供給される燃焼用ガスが未改質原燃料を含み、高温触媒燃焼部３３３に供給される原燃料が低温触媒燃焼部３３２を通過した未改質原燃料を含む。これにより、高温触媒燃焼部３３３への原燃料の供給に係る構造を簡素化することができる。

上述の燃料電池システム１は、定常運転時に原燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器２２と、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池２３と、起動運転時に改質器２２および燃料電池２３を加熱して昇温させる上述の昇温装置３３とを備える。これにより、燃料電池システム１の起動運転の際に、改質器２２および燃料電池２３の昇温に要する熱量（加熱部３３４が電気ヒータの場合は、加熱部３３４に供給する電力）を低減することができる。

燃料電池システム１では、定常運転時に燃料電池２３にて使用される原燃料が、起動運転時に昇温装置３３にて使用される原燃料と同じである。これにより、燃料電池２３に原燃料を供給する構成と、昇温装置３３に原燃料を供給する構成とを、部分的に共通化することができる。その結果、燃料電池システム１の構造を簡素化することができる。

図３は、昇温装置の他の好ましい例を示す図である。図３に示す昇温装置３３ａは、昇温用熱交換器３３５をさらに備える。その他の構成は、図２に示す昇温装置３３と略同様である。昇温用熱交換器３３５は、ブロワ４３から供給される酸化剤を含む空気を加熱する加熱部３３４に設けられる。図３に示す例では、昇温用熱交換器３３５は、高温触媒燃焼部３３３と昇温部２４との間に接続される。昇温装置３３ａでは、高温触媒燃焼部３３３から送出された２次昇温ガス（すなわち、昇温ガス）は、昇温部２４に供給されるよりも前に昇温用熱交換器３３５に供給される。

あるいは、昇温用熱交換器３３５は、高温触媒燃焼部３３３と昇温部２４との間ではなく、ホットモジュール２（図１参照）に接続されてもよい。この場合、高温触媒燃焼部３３３から昇温部２４を介してハウジング２１内に供給された昇温ガスが、ハウジング２１内を循環した後、昇温用熱交換器３３５に供給される。これにより、改質器２２および燃料電池２３を、より効率良く昇温させることができる。

加熱部３３４では、昇温用熱交換器３３５を通過する高温の昇温ガスにより、ブロワ４３から低温触媒燃焼部３３２に供給される空気が予め加熱される。換言すれば、昇温装置３３ａでは、低温触媒燃焼部３３２に供給される前の酸化剤ガス（を含む空気）が、高温触媒燃焼部３３３からの２次昇温ガス（すなわち、昇温ガス）を利用して加熱される。このように、昇温ガスが有する熱を、起動運転時におけるハウジング２１内の改質器２２および燃料電池２３（図１参照）の加熱のみならず、低温触媒燃焼部３３２に供給される酸化剤ガスの予熱にも利用することにより、昇温装置３３ａへの供給熱量をさらに低減することができる。これにより、加熱部３３４に設けられる電気ヒータ等の負荷を低減することができる。

図４は、昇温装置の他の好ましい例を示す図である。図４に示す昇温装置３３ｂは、回避配管３４２をさらに備える。その他の構成は、図２に示す昇温装置３３と略同様である。昇温装置３３ｂでは、低温触媒燃焼部３３２が、昇温用改質器３３１に原燃料を供給する原燃料供給源４８と、昇温用改質器３３１を避けて設けられる回避配管３４２を介して接続される。したがって、高温触媒燃焼部３３３は、低温触媒燃焼部３３２および回避配管３４２を介して、昇温用改質器３３１を避けて原燃料供給源４８と接続される。回避配管３４２は、例えば、不純物除去部４１と昇温用改質器３３１との間の起動用原燃料供給管２５５から分岐し、昇温用改質器３３１と低温触媒燃焼部３３２との間の昇温用燃料ガス配管３４１に接続される。

原燃料供給源４８からの原燃料は、不純物除去部４１および回避配管３４２を介することにより、昇温用改質器３３１を避けて低温触媒燃焼部３３２に供給され、低温触媒燃焼部３３２を通過して高温触媒燃焼部３３３に供給される。すなわち、高温触媒燃焼部３３３に供給される原燃料は、回避配管３４２を介して、昇温用改質器３３１を通過することなく供給される原燃料を含む。このため、昇温用改質器３３１を通過する原燃料の流量を低減することができる。これにより、昇温用改質器３３１にて加熱される原燃料の流量を低減し、その結果、必要に応じて昇温用改質器３３１に供給される熱量（昇温用改質器３３１の加熱に電気ヒータが用いられる場合は、供給される電力）を低減することができる。

また、高温触媒燃焼部３３３に供給される原燃料には、図２に示す昇温装置３３と同様に、昇温用改質器３３１を通過した未改質原燃料も含まれる。これにより、高温触媒燃焼部３３３への原燃料の供給に係る構造を簡素化することもできる。高温触媒燃焼部３３３に供給された原燃料（すなわち、回避配管３４３を介して供給された原燃料、および、昇温用改質器３３１を介して供給された未改質原燃料）は、高温触媒燃焼部３３３において低温触媒燃焼部３３２よりも高温にて燃焼される。これにより、１次昇温ガスよりも高温の２次昇温ガスが生成され、２次昇温ガスが、高温触媒燃焼部３３３から昇温ガスとして昇温部２４へと送出される。

図５は、昇温装置の他の好ましい例を示す図である。図５に示す昇温装置３３ｃは、高温触媒燃焼部３３３と昇温部２４との間に配置される他の高温触媒燃焼部３３６をさらに備える。昇温装置３３ｃは、また、図４に示す回避配管３４２とは異なる他の回避配管３４３、および、起動用ガス供給管２５６から分岐する分岐配管２５６ａを備える。その他の構成は、図２に示す昇温装置３３と略同様である。

以下の説明では、高温触媒燃焼部３３３と高温触媒燃焼部３３６とを容易に区別するために、高温触媒燃焼部３３３および高温触媒燃焼部３３６をそれぞれ、「第１高温触媒燃焼部３３３」および「第２高温触媒燃焼部３３６」という。第２高温触媒燃焼部３３６は、例えば、第１高温触媒燃焼部３３３と同じ種類の触媒燃焼部であり、第２高温触媒燃焼部３３６の触媒層は第１高温触媒燃焼部３３３の触媒層と同じ種類である。第２高温触媒燃焼部３３６は、第１高温触媒燃焼部３３３とは異なる種類の触媒燃焼部であってもよい。

昇温装置３３ｃでは、第１高温触媒燃焼部３３３から送出された高温の２次昇温ガスが、第２高温触媒燃焼部３３６へと導かれる。第２高温触媒燃焼部３３６は、第１高温触媒燃焼部３３３からの２次昇温ガスにより加熱される。

第２高温触媒燃焼部３３６は、昇温用改質器３３１に原燃料を供給する原燃料供給源４８と、昇温用改質器３３１、低温触媒燃焼部３３２および第１高温触媒燃焼部３３３を避けて設けられる回避配管３４３を介して接続される。回避配管３４３は、例えば、不純物除去部４１と昇温用改質器３３１との間の起動用原燃料供給管２５５から分岐し、第１高温触媒燃焼部３３３と第２高温触媒燃焼部３３６との間に接続される。また、第２高温触媒燃焼部３３６は、加熱部３３４およびブロワ４３と、分岐配管２５６ａを介して接続される。分岐配管２５６ａは、例えば、加熱部３３４と低温触媒燃焼部３３２との間の配管から分岐し、第１高温触媒燃焼部３３３と第２高温触媒燃焼部３３６との間に接続される。分岐配管２５６ａは、ブロワ４３と加熱部３３４との間の起動用ガス供給管２５６から分岐し、第１高温触媒燃焼部３３３と第２高温触媒燃焼部３３６との間に接続されてもよい。

原燃料供給源４８からの原燃料は、不純物除去部４１および回避配管３４３を介することにより、昇温用改質器３３１、低温触媒燃焼部３３２および第１高温触媒燃焼部３３３を避けて第２高温触媒燃焼部３３６に供給される。すなわち、第２高温触媒燃焼部３３６に供給される原燃料は、回避配管３４３を介して、昇温用改質器３３１、低温触媒燃焼部３３２および第１高温触媒燃焼部３３３を通過することなく供給される原燃料を含む。このため、昇温用改質器３３１を通過する原燃料の流量を低減することができる。これにより、昇温用改質器３３１にて加熱される原燃料の流量を低減し、その結果、必要に応じて昇温用改質器３３１に供給される熱量を低減することができる。

第１高温触媒燃焼部３３３から送出される２次昇温ガス中では、第１高温触媒燃焼部３３３における燃焼により、原燃料および酸化剤ガスが減少している。そこで、昇温装置３３ｃでは、第１高温触媒燃焼部３３３からの２次昇温ガスに、回避配管３４３を介して原燃料が補充され、分岐配管２５６ａを介して酸化剤ガス（例えば、空気に含まれる酸素）が補充された上で、第２高温触媒燃焼部３３６へと供給される。これにより、第２高温触媒燃焼部３３６における原燃料の燃焼を効率良く行うことができる。

第２高温触媒燃焼部３３６に供給された原燃料は、第２高温触媒燃焼部３３６において低温触媒燃焼部３３２よりも高温にて燃焼される。これにより、１次昇温ガスよりも高温の３次昇温ガスが生成され、３次昇温ガスが、第２高温触媒燃焼部３３６から昇温ガスとして昇温部２４へと送出される。３次昇温ガスは、２次昇温ガスよりも高温であってもよい。なお、昇温装置３３ｃでは、第１高温触媒燃焼部３３３から送出される２次昇温ガスに酸化剤ガスを補充する必要がない場合、分岐配管２５６ａは省略されてもよい。

図６は、昇温装置の他の好ましい例を示す図である。図６に示す昇温装置３３ｄは、図５に示す構成に加えて、昇温用熱交換器３３５ａをさらに備える。その他の構成は、図５に示す昇温装置３３ｃと略同様である。昇温用熱交換器３３５ａは、ブロワ４３から供給される酸化剤を含む空気を加熱する加熱部３３４に設けられる。図６に示す例では、昇温用熱交換器３３５ａは、第２高温触媒燃焼部３３６と昇温部２４との間に接続される。昇温装置３３ｄでは、第２高温触媒燃焼部３３６から送出された３次昇温ガス（すなわち、昇温ガス）は、昇温部２４に供給されるよりも前に昇温用熱交換器３３５ａに供給される。

あるいは、昇温用熱交換器３３５ａは、第２高温触媒燃焼部３３６と昇温部２４との間ではなく、ホットモジュール２（図１参照）に接続されてもよい。この場合、第２高温触媒燃焼部３３６から昇温部２４を介してハウジング２１内に供給された昇温ガスが、ハウジング２１内を循環した後、昇温用熱交換器３３５に供給される。

加熱部３３４では、昇温用熱交換器３３５ａを通過する高温の昇温ガスにより、ブロワ４３から低温触媒燃焼部３３２および第２高温触媒燃焼部３３６に供給される空気が予め加熱される。換言すれば、昇温装置３３ｄでは、低温触媒燃焼部３３２および第２高温触媒燃焼部３３６に供給される前の酸化剤ガス（を含む空気）が、第２高温触媒燃焼部３３６からの３次昇温ガス（すなわち、昇温ガス）を利用して加熱される。このように、昇温ガスが有する熱を、起動運転時におけるハウジング２１内の改質器２２および燃料電池２３（図１参照）の加熱のみならず、低温触媒燃焼部３３２および第２高温触媒燃焼部３３６に供給される酸化剤ガスの予熱にも利用することにより、昇温装置３３ｄへの供給熱量をさらに低減することができる。これにより、加熱部３３４に設けられる電気ヒータ等の負荷を低減することができる。

上述の昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄおよび燃料電池システム１では、様々な変更が可能である。

昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄでは、低温触媒燃焼部３３２と高温触媒燃焼部３３３とが異なる種類の触媒燃焼部であれば、低温触媒燃焼部３３２の触媒層が担持する触媒と、高温触媒燃焼部３３３の触媒層が担持する触媒とは、必ずしも異なっている必要はない。例えば、高温触媒燃焼部３３３の触媒層が、低温触媒燃焼部３３２の触媒層が担持する触媒と同じ種類の触媒を担持してもよい。この場合、例えば、低温触媒燃焼部３３２の触媒層における触媒の担持量と、高温触媒燃焼部３３３の触媒層における触媒の担持量とが異なることにより、低温触媒燃焼部３３２と高温触媒燃焼部３３３とが異なる種類の触媒燃焼部となってもよい。また、例えば、低温触媒燃焼部３３２および高温触媒燃焼部３３３の触媒層が複数種類の触媒を担持する場合、複数種類の触媒の担持割合が異なることにより、低温触媒燃焼部３３２と高温触媒燃焼部３３３とが異なる種類の触媒燃焼部となってもよい。

昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄでは、例えば、低温触媒燃焼部３３２および高温触媒燃焼部３３３は、１つの筐体内に設けられてもよい。また、図５および図６に示す昇温装置３３ｃ，３３ｄでは、例えば、低温触媒燃焼部３３２、第１高温触媒燃焼部３３３および第２高温触媒燃焼部３３６が、１つの筐体内に設けられてもよい。

図３に示す昇温装置３３ａでは、高温触媒燃焼部３３３と昇温部２４との間に第２高温触媒燃焼部３３６が設けられてもよい。この場合、例えば、高温触媒燃焼部３３３から送出された２次昇温ガスのうち、一部が昇温用熱交換器３３５へと供給され、残りが第２高温触媒燃焼部３３６へと送出される。

図４に示す昇温装置３３ｂでは、回避配管３４２は、昇温用改質器３３１と低温触媒燃焼部３３２との間ではなく、低温触媒燃焼部３３２と高温触媒燃焼部３３３との間に接続されてもよい。昇温装置３３ｂでは、高温触媒燃焼部３３３と昇温部２４との間に第２高温触媒燃焼部３３６が設けられてもよい。また、当該第２高温触媒燃焼部３３６が、回避配管３４３を介して原燃料供給源４８に接続されてもよい。昇温装置３３ｂでは、昇温用改質器３３１において、原燃料供給源４８から供給される原燃料のおよそ全量が、燃料ガスに改質されてもよい。この場合、昇温用改質器３３１から低温触媒燃焼部３３２に供給される燃焼用ガスには、未改質の原燃料である未改質原燃料は含まれない。

昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄは、ホットモジュール２に接続される水供給部３１、原燃料供給源４８およびブロワ４３とは異なる他の水供給部、他の原燃料供給源および他のブロワに接続され、他の水供給部、他の原燃料供給源および他のブロワから昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄに水蒸気、原燃料および酸化剤ガスが供給されてもよい。また、昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄに供給される原燃料および酸化剤ガスは、ホットモジュール２に供給される原燃料および酸化剤ガスと異なる種類のものであってもよい。なお、上述のように、ホットモジュール２に接続される水供給部３１、原燃料供給源４８およびブロワ４３から、水蒸気、原燃料および酸化剤ガスを昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄに供給することにより、燃料電池システム１の構造を簡素化することができる。

昇温用改質器３３１における原燃料の改質は、部分酸化改質法または自己熱改質法により行われてもよい。また、昇温用改質器３３１では、例えば、水蒸気改質法、部分酸化改質法および自己熱改質法のいずれかを組み合わせることにより、原燃料の改質が行われてもよい。

燃料電池システム１の起動運転時には、改質器２２に原燃料とは異なる起動用材料が供給されてもよい。起動用材料としては、例えば、窒素、水素、ＬＰガス、都市ガスまたはバイオエタノール等が使用される。

燃料電池システム１では、排ガス燃焼部４７からの排ガスに含まれる水蒸気を、凝縮部４５にて水として取り出した上で水蒸気生成部４６に供給しているが、水蒸気を含む当該排ガスの一部が、ガス状のまま改質器２２へと供給されてもよい。この場合であっても、定常運転時の水自立運転の実現が可能である。

燃料電池システム１では、定常運転の際に、必ずしも熱自立運転が行われる必要はなく、昇温部２４からハウジング２１の内部空間２１０に昇温ガスが継続的に供給されてもよい。また、燃料電池システム１では、定常運転の際に、必ずしも水自立運転は行われる必要はなく、水供給部３１から水蒸気生成部４６に水が継続的に供給されてもよい。

昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄは、必ずしも、燃料電池システム１の起動運転時における改質器２２および燃料電池２３の昇温に使用される必要はなく、燃料電池システム１以外の様々な装置に設けられ、当該装置の構成の昇温に使用されてもよい。昇温装置３３，３３ａ〜３３ｄは、また、様々な対象物の昇温に単独で使用されてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 燃料電池システム
２２ 改質器
２３ 燃料電池
３３，３３ａ〜３３ｄ 昇温装置
４８ 原燃料供給源
３３１ 昇温用改質器
３３２ 低温触媒燃焼部
３３３ （第１）高温触媒燃焼部
３３６ 第２高温触媒燃焼部
３４２ 回避配管
３４３ 回避配管

Claims (9)

1. 昇温装置であって、
   原燃料を改質して前記原燃料よりも燃焼開始温度が低い燃料ガスを含む燃焼用ガスを送出する改質器と、
   酸化剤ガスおよび前記改質器からの前記燃焼用ガスが導かれ、前記燃焼用ガスに含まれる前記燃料ガスを燃焼させて１次昇温ガスを送出する低温触媒燃焼部と、
   前記１次昇温ガスにより昇温され、前記原燃料を前記低温触媒燃焼部よりも高温にて燃焼させて前記１次昇温ガスよりも高温の２次昇温ガスを送出する高温触媒燃焼部と、
   を備えることを特徴とする昇温装置。
2. 請求項１に記載の昇温装置であって、
   前記改質器から前記低温触媒燃焼部に供給される前記燃焼用ガスが、未改質の前記原燃料である未改質原燃料を含み、
   前記高温触媒燃焼部に供給される前記原燃料が、前記低温触媒燃焼部を通過した前記未改質原燃料を含むことを特徴とする昇温装置。
3. 請求項１または２に記載の昇温装置であって、
   前記高温触媒燃焼部が、前記改質器に前記原燃料を供給する原燃料供給源と、前記改質器を避けて設けられる回避配管を介して接続され、
   前記高温触媒燃焼部に供給される前記原燃料が、前記回避配管を介して前記改質器を通過することなく供給される前記原燃料を含むことを特徴とする昇温装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の昇温装置であって、
   前記低温触媒燃焼部に供給される前の前記酸化剤ガスが、前記高温触媒燃焼部からの前記２次昇温ガスを利用して加熱されることを特徴とする昇温装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の昇温装置であって、
   前記高温触媒燃焼部からの前記２次昇温ガスが導かれる他の高温触媒燃焼部をさらに備え、
   前記他の高温触媒燃焼部が、前記改質器に前記原燃料を供給する原燃料供給源と、前記改質器、前記低温触媒燃焼部および前記高温触媒燃焼部を避けて設けられる他の回避配管を介して接続され、
   前記他の高温触媒燃焼部が、前記高温触媒燃焼部からの前記２次昇温ガスにより加熱されるとともに、前記他の回避配管を介して供給された前記原燃料を前記低温触媒燃焼部よりも高温にて燃焼させて前記１次昇温ガスよりも高温の３次昇温ガスを送出することを特徴とする昇温装置。
6. 請求項５に記載の昇温装置であって、
   前記低温触媒燃焼部に供給される前の前記酸化剤ガスが、前記他の高温触媒燃焼部からの前記３次昇温ガスを利用して加熱されることを特徴とする昇温装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の昇温装置であって、
   前記改質器が、前記原燃料の水蒸気改質を行い、
   前記原燃料が炭化水素系燃料であり、
   前記燃料ガスが水素であることを特徴とする昇温装置。
8. 燃料電池システムであって、
   定常運転時に原燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、
   前記燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
   起動運転時に前記改質器および前記燃料電池を加熱して昇温させる請求項１ないし７のいずれかに記載の昇温装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項８に記載の燃料電池システムであって、
   前記定常運転時に使用される原燃料が、前記起動運転時に前記昇温装置にて使用される原燃料と同じであることを特徴とする燃料電池システム。

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