JPH11149931A

JPH11149931A - 燃料電池用改質装置の起動方法

Info

Publication number: JPH11149931A
Application number: JP9315112A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sakamoto; 滋坂本; Katsuya Oda; 勝也小田; Yasuo Miyake; 泰夫三宅
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-17
Also published as: JP3490877B2

Abstract

(57)【要約】【課題】起動時に改質装置を迅速に昇温させ、良好に
改質ガスを生成することが可能な燃料電池用の改質装置
の起動方法を提示する。【解決手段】燃料供給路上に部分酸化改質器１０５を
配し、装置の起動時には当該部分酸化改質器１０５を流
通したガスを昇温用燃料としてＳＴＢ１０４に供給す
る。ＳＴＢ１０４による燃料ガスの燃焼で発生される熱
により部分酸化改質器１０５を昇温させ、部分酸化改質
反応の反応温度に達した後に当該反応を開始させ、この
反応熱とＳＴＢ１０４の燃焼熱の２つの熱によって、部
分酸化改質器１０５等の構成を昇温させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部分酸化改質方式
の燃料電池用改質装置に関し、特にその起動方法の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料電池等に水素を供給する燃料
ガス改質装置（以降、単に改質装置と称す）の分野で
は、天然ガス、都市ガス、ナフサ等の炭化水素系の原燃
料を高温の水蒸気と混合し、改質触媒で水素リッチなガ
スに改質する、いわゆる水蒸気改質方式が採用されてい
る。この水蒸気改質反応は、メタンを例にとると下記化
１の反応式で示される。水蒸気改質反応は吸熱反応であ
るため、通常はバーナで改質触媒を６００℃〜８００℃
程度の高温に保ちながら反応を進行させる。

【０００３】

【化１】

【０００４】当該反応で生成される改質ガス中には、反
応式からもわかるように十数％程度の一酸化炭素ＣＯが
含まれる。燃料電池に関していえば、この一酸化炭素Ｃ
Ｏは電極の触媒活性を低下させる要因となるため、実際
には生成された改質ガスをシフト触媒を備えたＣＯ変成
器に通じ、改質ガス中の一酸化炭素ＣＯを二酸化炭素Ｃ
Ｏ₂にシフト反応させてから、ガスを燃料電池に供給す
るようにしている例が多く、さらにＣＯ濃度を低下させ
るために、ＣＯ変成器の下流にＣＯ選択酸化器を備えた
ものもある。

【０００５】このような水蒸気改質方式に対して、近年
では燃料ガスを空気で部分酸化するとともに、改質触媒
で水蒸気改質反応を起こさせ、水素リッチの改質ガスを
得る部分酸化改質方式が知られている（特開平7-215702
号公報）。部分酸化反応は、メタンを例にとると化２の
反応式のように示される。

【０００６】

【化２】

【０００７】この部分酸化改質方式では、水蒸気改質触
媒を初めとして水蒸気改質器の基本的な構造並びに運転
方法をそのまま利用することができる。さらに加えて、
部分酸化反応によって発生する熱で改質触媒を加熱でき
るので、水蒸気改質方式のようにバーナで触媒層を加熱
しなくても運転が行える利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な水蒸気改質方式や部分酸化改質方式では、起動時に改
質触媒を高温の運転温度にまで上昇させるとともに、Ｃ
Ｏ変成器やＣＯ選択酸化器を所定の運転温度に昇温する
必要がある。そのため従来の水蒸気改質方式では、起動
時に上記のバーナを用いて改質触媒層の加熱を行ってい
たが、起動時の初期においては触媒層に燃料ガスを送り
込まず、単なる空炊きもしくは水蒸気や不活性ガスを送
り込みながら空炊きをして改質触媒を昇温させ、ある程
度（例えば５００℃）まで改質触媒が昇温してから改質
触媒に燃料ガス及び水蒸気を送り込み、改質反応を開始
するという起動方法をとっていた。これは、改質触媒層
に燃料ガスを送り込みながら空炊きをした場合、触媒層
が高温（４００〜５００℃）になるとガス中の炭化水素
が分解反応を生じ、これによってカーボンが改質触媒に
析出すること等が背景にあるためと考えられる。

【０００９】このような水蒸気改質方式の起動方法は、
部分酸化改質方式に対してもそのまま通用されている実
情であるが、装置構成をできるだけ簡素化したり、装置
全体の効率的な昇温を実現する観点からみると上記の起
動方法は、部分酸化改質方式の起動方法としては改良の
余地があると考えられる。本発明はこのような背景のも
とになされたものであって、部分酸化改質方式の燃料電
池用改質装置において、起動時に改質装置を全体的に迅
速かつ効果的に昇温することが可能な起動方法を提示す
ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は部分酸化改質方式の燃料電池用改質装置の
起動方法において、第１の起動ステップでは、起動開始
直後から改質ガス生成器の触媒層に燃料ガスを供給し、
当該触媒層及びＣＯ低減用反応器中を流通した燃料ガス
を、前記触媒層を加熱するバーナで燃焼させ、その後に
第２の起動ステップでは、前記第１起動ステップにおい
て改質ガス生成器が所定温度まで昇温された後に、改質
ガス生成器の触媒層に燃料ガスと空気とを供給し、触媒
層で酸化反応させたガスをＣＯ低減用反応器に流通させ
るようにした。この起動方法によれば、第１の起動ステ
ップでは改質ガス生成器の触媒層はバーナの加熱により
昇温し、ＣＯ低減用反応器も、触媒層で加熱昇温された
燃料ガスによって効率よく加熱昇温される。また第２の
起動ステップでは、改質ガス生成器の触媒層は、触媒層
内での酸化反応により昇温し、ＣＯ低減用反応器も触媒
層で昇温されたガスによって効率よく加熱昇温される。
第１の起動ステップでは触媒層で反応させないので触媒
層が低温の時でも実行できるが、高温（４００℃以上）
になるまで継続するとカーボン析出が生じる。一方第２
の起動ステップでは、触媒層で反応させるので低温（３
００℃）では実行できないが、高温（４００℃以上）で
もカーボン析出は生じにくい。従って、触媒層の温度の
低い起動初期には第１の起動ステップを実行し、触媒層
が高温（４００℃以上）にならないように、第２の起動
ステップに移行させることにより、触媒層でのカーボン
の析出を防ぎ、且つ効率よく触媒層とＣＯ低減用反応器
を昇温することができる。

【００１１】ここで所定温度とは、触媒層で部分酸化反
応を生じさせることのできる最低温度以上であって、且
つ燃料ガスが反応せずに触媒層を通過してもカーボン析
出が生じない範囲（３００〜４００℃）に設定されるも
のである。また、本発明はさらに、前記改質ガス生成器
とＣＯ低減用反応器の少なくとも一部を単一のケースに
内包し、前記第１の起動ステップにおいて、当該ケース
内で共に昇温させることもできる。

【００１２】さらに加えて本発明は、バーナをケースの
外部に設け、前記第１の起動ステップにおいて、当該バ
ーナで加熱した空気を前記ケース内に供給することを特
徴とすることもできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１） [燃料電池システムの全体構成の説明]まず、本発明の一
適用例である燃料電池システムの構成を説明する。図１
は、本燃料電池用の改質装置の主要構成についてのブロ
ック図である。この燃料電池システムは、燃料ガスボン
ベ等の燃料ガス供給源から供給される天然ガス、都市ガ
ス、ナフサ等の燃料ガスを改質装置で水素リッチな改質
ガスに改質し、これを用いて燃料電池１５０で発電を行
うものであり、改質装置は、燃料供給管ａにおいて燃料
ガスの供給源に近い順に、ポンプｅ，脱硫器１４０、部
分酸化改質器１０５、ＣＯ変成器１２０、ＣＯ選択酸化
器１３０、燃料バイパス弁ｃが順次介挿されて構成され
ている。また部分酸化改質器１０５の直下にはスタート
アップバーナ（以降単にＳＴＢと称す）１０４が取り付
けられた、燃料バイパス弁ｃを起点としてＳＴＢ１０４
に到る燃料バイパス管ｂが配設されている。これは、燃
料電池システムの起動時に、燃料ガスを燃料バイパス管
ｂを経由してＳＴＢ１０４で燃焼させ、その燃焼熱によ
って部分酸化改質器１０５等を昇温させるためのもので
ある。

【００１４】脱硫器１４０は、主として都市ガス等の燃
料中に含まれる有機硫黄化合物（Ｒ-ＳＨ）を除去する
ものであって、活性炭が充填された円筒缶構造を有す
る。燃料ガスは、この脱硫器１４０を常温で流通しなが
ら、脱硫処理がなされる。部分酸化改質器１０５は、内
部に部分酸化触媒を充填された円筒缶構造を有し、その
軸方向を鉛直にされている。当該円筒缶の側面には、下
端付近に燃料ガスの流入口１０９、上端付近に流出口１
１０がそれぞれ設けられている。その内部に充填される
部分酸化反応の触媒としては、ハニカム状に成型された
アルミナ多孔体に、白金、パラジウム、ルテニウム、ロ
ジウム等の白金系触媒を担持させたものや、これらの触
媒をタブレット状あるいは球状に成型したものが用いら
れる。また、部分酸化改質器１０５に空気を送り込むた
めのファンｆが取り付けられ、当該ファンｆからの空気
供給管１０６が燃料供給管ａの流入口１０９より上流側
に連結されている。

【００１５】部分酸化改質器１０５は、これよりやや大
きいケース１００に内包されている。部分酸化改質器１
０５の円筒缶及びケース１００は、部分酸化反応に適し
た５００〜７００℃の高温に耐えうる耐熱金属製の円筒
容器であり、二重円筒構造になっている。ＳＴＢ１０４
は、ケース１００の底板上に配置され、その燃焼ガスが
部分酸化改質器１０５の周囲を流通してこれを加熱する
ようになっている。このケース１００の底部には、燃料
バイパス管ｂからの燃料ガスをＳＴＢ１０４に流入する
流入管１０１、ファンｇからＳＴＢ１０４に空気を供給
する燃焼空気供給管１０２が設けられ、ケース１００の
上部には燃焼空気を外部に排出する排気管１０３が配置
されている。

【００１６】ＣＯ変成器１２０は、ＣＯ変成用の触媒が
充填された円筒構造を有し、その両端面から改質ガスが
流出入される。ＣＯ変成触媒としては、具体的にはタブ
レット状の銅-亜鉛系触媒が用いられる。また燃料供給
管ａにおけるＣＯ変成器１２０の上流側には、スチーム
を供給するためのスチーム供給管１０７が連結されてい
る。このＣＯ変成器１２０は、改質ガス中に含まれる一
酸化炭素ＣＯをスチームで変成することによりＣＯ濃度
を低減させるとともに、水素Ｈ２を生成して改質ガスを
より水素リッチなものに改質させる働きを持つものであ
る。当該ＣＯ変成器１２０は、通常部分酸化改質器１０
５の１０倍程度の容積に作製され、部分酸化改質器１０
５より送られる３００〜４００℃の高温ガスをＣＯ変成
器１２０内部で拡散し、温度勾配的に冷却しつつＣＯ変
成反応を進行させ、約２００℃の改質ガスとして送出す
るように設計される。

【００１７】ＣＯ選択酸化器１３０は、円筒缶の中に選
択酸化用触媒が充填された構造を有するものである。選
択酸化触媒としては、１００〜２００℃程度の温度下で
一酸化炭素ＣＯを選択的に酸化する触媒（すなわち一酸
化炭素ＣＯを酸化させ易く、水素Ｈ₂を酸化させにくい
性質を有するもの）が好適とされている。その例とし
て、ハニカム状に成型されたアルミナ多孔体やアルミナ
粒状担体に、白金系触媒やルテニウム系触媒を担持させ
たもの、あるいはこれらの触媒を粒状ゼオライトに担持
させたものが挙げられる。また燃料供給管ａにおけるＣ
Ｏ選択酸化器１３０のすぐ上流側には、空気吸引管１０
８から外気を吸引し、改質ガスを混合するためのエジェ
クタｈが配されている。このエジェクタｈでは、ＣＯ選
択酸化反応に適した量の空気（通常は改質ガスに対して
数％）が吸引されるようになっている。

【００１８】燃料バイパス弁ｃは、ＣＯ選択酸化器１３
０から送出される燃料ガス（改質ガス）を、燃料電池１
５０側とＳＴＢ１０４側に切り換え供給する。ＳＴＢ１
０４側に燃料ガスが送出されると、燃料ガスは燃料バイ
パス管ｂを通ってケース１００内のＳＴＢ１０４に供給
され、ここで燃焼されて部分酸化改質器１０５の加熱に
用いられる。

【００１９】燃料電池１５０は、リン酸を含浸した電解
質マトリックスを介して燃料極と空気極とが対向して配
されてなる単位セルが、複数枚におよび積層された構造
を持つ公知のリン酸型燃料電池である。この燃料電池１
５０では、燃料供給管ａから供給される水素リッチの改
質ガスが燃料極側に流通され、空気極側にはファン（不
図示）からの空気が流通されて両者の電気化学的反応を
もとに発電を行う。燃料電池１５０には、燃料極側から
の未反応の改質ガスを排出する排気管ｄが備えられてい
る。

【００２０】なお上記した諸々の構成に関し、各反応器
１０５、１２０、１３０や燃料電池１５０の温度調整、
ＳＴＢの点火／消火、ファンｆ、ｇの回転、エジェクタ
ｈの開閉、燃料バイパス弁ｃの切り換え等の各制御は、
本燃料電池システムに設けられた図示しない制御部によ
って適宜なされる。 [本燃料電池システムの運転時における動作説明]図２
は、縦軸に温度（℃）、横軸に起動開始からの経過時間
（ｍｉｎ）を表した燃料電池システムの昇温特性図であ
って、本実施の形態（本発明）に関するものと、従来例
に関するものとが併記されている。図中、実線の曲線Ｉ
〜IIIは、それぞれ本実施の形態における部分酸化改質
器、ＣＯ変成器１２０、ＣＯ選択酸化器１３０の昇温特
性を表す。また一点鎖線の曲線IV、Ｖは、それぞれ従来
例におけるＣＯ変成器、ＣＯ選択酸化器等の昇温特性を
表す。なお、当図では、従来例の部分酸化改質器の昇温
特性は、実施の形態の曲線とほぼ同じであるので省略し
ている。また、燃料電池システムは最初に室温状態にあ
るものとしている。

【００２１】起動時においては、本燃料電池システムの
制御部の指示のもとに、まずポンプｅが駆動されると共
に、燃料バイパス弁ｃが燃料バイパス管ｂ側に設定され
る。これによって、燃料ガスが燃料供給管ａに通され、
脱硫器１４０で処理された後にケース１００内の部分酸
化改質器１０５、ＣＯ変成器１２０、ＣＯ選択酸化器１
３０を順次流通する。そして、燃料バイパス弁ｃから燃
料バイパス管ｂへ送出され、ケース１００の流入管１０
１を通ってＳＴＢ１０４に到達する。ここで、燃料ガス
は燃焼空気供給管１０２から供給される空気と混合され
て燃焼され、高温の燃焼ガスは、ケース１００内におい
て部分酸化改質器１０５の周囲を通りながら部分酸化改
質器１０５を加熱し、排気管１０３からケース１００外
部へ排気される。このように、ＳＴＢ１０４での燃焼熱
が部分酸化改質器１０５の昇温に利用される。

【００２２】また、連続的に燃料供給管ａに供給される
燃料ガスは、上記ＳＴＢ１０４により昇温の進む部分酸
化改質器１０５の内部を通過する間に加熱され、これよ
り下流に配置されたＣＯ変成器１２０、ＣＯ選択酸化器
１３０を流通した後、燃料バイパス管ｂを通りＳＴＢ燃
料として利用されるので、燃料ガスを熱媒体としてＣＯ
変成器１２０、ＣＯ選択酸化器１３０も加熱昇温され
る。

【００２３】当図が示すように、部分酸化改質器１０５
の昇温が進行し、当該改質器１０５の内部温度が所定温
度に達すると（曲線Ｉ、約１０分経過後）、制御部の指
示によりファンｆが駆動される。この所定温度は、部分
酸化反応を生じさせるのに必要と考えられる最低温度付
近に設定され、図２では約４００℃である。これによっ
て空気供給管１０６から空気の供給が開始され、部分酸
化反応が開始される。部分酸化反応が起こると、空気と
混合された燃料ガスが部分酸化改質器１０５内部を通過
する間において、燃料ガス中のメタンを例にとると前記
化２の反応式のような部分酸化反応とともに、前記化３
の反応式に示すような完全燃焼反応もある程度生じる。

【００２４】

【化３】

【００２５】この部分酸化反応および完全燃焼反応は、
ともに発熱反応であるため、部分酸化改質器１０５から
は水素Ｈ₂、一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ₂、スチー
ム等が混合された高温の混合ガスが、ＣＯ変成器１２
０、さらにＣＯ選択酸化器１３０へと送られ、これらを
加熱昇温させる。スチーム供給管１０７からのスチーム
の供給は、ＣＯ変成器１２０が反応可能な所定温度（２
００℃）に達した時点で制御系の指示に従って開始され
る。図２の例では、上記ファンｆの駆動開始とほぼ同時
にスチームの供給も開始されている。

【００２６】また、空気吸引管１０８からの空気の供給
は、ＣＯ選択酸化器１３０が反応可能な所定温度（１３
０℃）に達した時点で制御系の指示に従って開始され
る。図２の例では、スチーム供給開始から２分程度後に
空気吸引管１０８から空気の供給が開始されている。空
気吸引管１０８から空気がＣＯ選択酸化器１３０に供給
されると、ＣＯ選択酸化反応が開始される。

【００２７】ＣＯ選択酸化器１３０の温度が所定の温度
（図２では２００℃）に達すると、制御部は、部分改質
器１０５、ＣＯ変成器１２０、ＣＯ選択酸化器１３０等
の昇温および改質ガスの生成に関する体制が整っている
（ＣＯ濃度の低い水素リッチな改質ガスが生成されてい
る）ものとみなし、改質装置の起動を終了して、燃料バ
イパス弁ｃを燃料電池１５０側に切り換え、改質ガスを
燃料電池１５０へ供給開始する。

【００２８】このように改質ガス生成の体制が整った状
態においては、部分酸化改質器１０５は５００℃以上の
高温になっており、部分酸化改質器１０５内では、部分
酸化反応と平行して完全燃焼（上記化３式）によって生
じたスチームによる水蒸気改質反応も生じる。またＣＯ
変成器１２０を通過する混合ガスは、比較的高温（約３
００℃）の入口側では化４に示される平衡反応が速やか
に達成され、比較的低温（約２００℃）の出口側では、
化４の平衡反応が右方向に移動する（ルシャトリエの法
則）。このような温度勾配を応用した反応制御により、
ＣＯ変成器１２０から送出される改質ガス中のＣＯ濃度
は、一定のレベル（１０、０００ｐｐｍ程度）にまで低
減される。

【００２９】

【化４】

【００３０】また、ＣＯ選択酸化器１３０では主に、化
５に示すＣＯ選択酸化反応が生じることによって、改質
ガス中のＣＯ濃度がさらに低下（１００ｐｐｍ程度ま
で）される。

【００３１】

【化５】

【００３２】燃料電池１５０に改質ガスの供給が開始さ
れると、燃料電池１５０内では、図示しない燃料極（ア
ノード）に前記改質ガスが供給される。また、これと同
時に制御部の指示により、図示しない空気極（カソー
ド）に空気が供給され、発電が開始される。発電に供さ
れた残りの改質ガスは、排気管ｄを通り、外部へ排出さ
れる。

【００３３】なお図２中に例として示した従来の改質装
置は、図１に示した本実施の形態１における改質装置と
同様の構造であるが、更に燃料ガスが供給源からＳＴ
Ｂ、に直接燃料ガスを供給するＳＴＢ用の燃料供給配管
が設けられている。そして、起動時においては先ずこの
ＳＴＢ用の燃料供給配管だけに燃料を流通してＳＴＢで
燃焼し、部分酸化改質器を昇温させる。そして、部分酸
化改質器が所定温度（約４００℃）に達した後は、本実
施の形態の場合と同様に、燃料供給管ａから部分酸化改
質器内に燃料ガスを流通させるとともに、ファンｆから
空気を供給して改質反応を開始するようになっている。

【００３４】図２に示されるように、従来例では、燃料
電池１５０の発電開始までに約２０分近くの時間が必要
であったことに対し、本実施の形態によれば約１２、３
分で発電開始できることがわかる。また、本実施の形態
の改質装置の起動方法によれば、上述した所定温度（約
４００℃）で部分酸化反応が開始されているので、燃料
ガスが反応しないまま４００℃の高温の部分酸化触媒層
を流通することはなく、従って部分酸化触媒層における
カーボンの析出も回避できる。

【００３５】なお、図示しないが本実施の形態を含め、
以降の実施の形態では、ケース１００を初めとして、ケ
ース１００外部に配されたＣＯ変成器１２０、ＣＯ選択
酸化器１３０、燃料電池１５０等は、燃料供給管ａなら
びに燃料バイパス配管ｂとの間がカプラにより連結され
ているものとする。これにより、カプラを脱着して各各
を別個に持ち運ぶことができる。また、配管ａ、ｂとし
て例えばＵ字管やＬ字管を組合せて用いることで、各反
応器の配置を自由に変えることもでき、システムの形状
を設置環境に合わせてコンパクトにすることができる。

【００３６】（実施の形態２）図３は、本実施の形態に
かかる燃料電池用改質装置の主要構成を表すブロック図
である。図中、実施の形態１と同じ構成要素に同一の番
号を付し、共通の構成を省略する。本実施の形態におけ
る燃料電池用の改質装置は、実施の形態１のそれとほぼ
同様の構成であるが、ケース１００内に部分酸化改質器
１０５とＣＯ変成器１２０が配置されている点が異なっ
ている。

【００３７】この構成によれば、ケース１００内に閉じ
込められた空気によって、ＣＯ変成器も保温される。ま
た本システムの起動方法は、実施の形態１と同様である
が、起動時において燃料ガスが燃料供給管ａ、燃料バイ
パス管ｂを流通し、ＳＴＢ１０４で燃焼され始めると、
ＳＴＢ１０４の発生する燃焼ガスが、部分酸化改質器１
０５とともにＣＯ変成器１２０の周囲を流通してこれら
を外側から加熱する。すなわち、ＣＯ変成器１２０は、
部分酸化改質器１０５で加熱されたガスを熱媒体とする
内側からの加熱に加えて、外側からも加熱されることに
なるので、より迅速な昇温がなされる。したがって、こ
れによりＣＯ変成反応の開始のタイミングを早め、迅速
に発電準備体制をとることができる。

【００３８】（実施の形態３）図４は、本実施の形態に
かかる燃料電池用の改質装置の主要構成を示すブロック
図である。本実施の形態３における燃料電池用の改質装
置では、前述した実施の形態２の変形例として、部分酸
化改質器１０５やＣＯ変成器１２０とともにＣＯ選択酸
化器１３０がケース１００内部に配置されている。

【００３９】この構成によれば、起動時において燃料ガ
スが燃料供給管ａ、燃料バイパス管ｂを流通しＳＴＢ１
０４で燃焼され始めると、当該ケース１００の保温効果
とＳＴＢ１０４で燃焼される燃料ガスの燃焼熱により、
ＣＯ選択酸化器１３０についても内部と外部の両方から
加熱昇温できる。すなわち、部分酸化改質器１０５、Ｃ
Ｏ変成器１２０、ＣＯ選択酸化器１３０の３つをバラン
スよく昇温することができる。これにより、改質装置を
迅速に起動することができる。

【００４０】（実施の形態４）図５は、本実施の形態に
かかる燃料電池用の改質装置の主要構成を表すブロック
図である。本実施の形態における燃料電池用の改質装置
では、実施の形態２と同様にケース１００の内部に、部
分酸化改質器１０５、ＣＯ変成器１２０を配置している
が、ＳＴＢ１６０はケース１００の外部において、熱交
換用のコイルパイプ１８０とともにケース１７０内に設
けられている。このコイルパイプ１８０はＳＴＢ１６０
の上方に配設され、コイルパイプ１８０の入口側にファ
ン（不図示）から空気を送り込む配管が装備され、コイ
ルパイプ１８０の出口側からケース１００の底部にわた
って伝熱供給管ｉが設けられている。

【００４１】この構成によれば、燃料ガスは起動時にお
いて燃料供給管ａ、燃料バイパス管ｂを経由してＳＴＢ
１６０に供給され、ここで燃焼される。そして、その燃
焼熱をケース１７０にてコイルパイプ１８０中を流通す
る空気に伝熱され、高温となった空気は、伝熱空気供給
管ｉを経由してケース１００内にまで流通され、部分酸
化改質器１０５とＣＯ変成器１２０の両方の昇温に供さ
れる。本実施の形態では、外部ＳＴＢ１６０がケース１
００とは別個のケース１７０に収納されているために、
実施の形態２と比べてケース１００のサイズをコンパク
ト化することが可能となり、部分酸化改質器１０５とＳ
ＴＢ１６０とを分離して持ち運ぶこともできる。なお本
実施の形態では、排気管ｄがＳＴＢ１６０に連結され、
燃料電池１５０から排出される未反応の改質ガスがＳＴ
Ｂ１６０で燃焼されるようになっている。

【００４２】また上記した実施の形態において、主要構
成を示すブロック図（図１、３、４、５）では燃料バイ
パス管ｂをケース１００やケース１７０の装置下方に配
管表示したが、当然のことながら実際には配管の位置が
装置の設置時に問題とならないよう、ケース１００の側
面に沿って配管を配設する等、各配管の位置を若干変更
する工夫をしても良い。

【００４３】またさらに、上記実施の形態においては、
燃料電池１５０がリン酸型の場合を示したが、固体高分
子型等の場合においても同様に実施することができる。
さらに加えて、上記実施の形態においては、改質装置に
ＣＯ低減用反応器としてＣＯ変成器１２０とＣＯ選択酸
化器１３０とが備わっている例を示したが、ＣＯ変成器
だけ備わっている場合や、ＣＯ選択酸化器だけ備わって
いる場合でも本発明の起動方法を適用することができ、
同様の効果を奏する。

【００４４】さらに加えて上記実施の形態では、部分酸
化改質器１０５が約４００℃まで昇温されてから燃料ガ
スに空気を混合し、部分酸化反応を開始する例を示した
が、部分酸化反応を開始する前から空気を燃料ガスと混
合しておき、約３００℃付近にまで部分酸化改質器１０
５が昇温された時点で、自然に部分酸化反応が開始する
ようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
は燃料電池用改質装置の起動方法において、改質ガス生
成器の触媒層に燃料ガスを供給し、当該触媒層及びＣＯ
低減用反応器中を流通した燃料ガスを前記バーナで燃焼
させる第１の起動ステップと、前記第１起動ステップに
おいて改質ガス生成器が所定温度まで昇温された後に、
当該改質ガス生成器の触媒層に燃料ガスと空気とを供給
し、触媒層で酸化反応させたガスをＣＯ低減用反応器に
流通させる第２の起動ステップとを備えることによっ
て、部分酸化改質器とともに、これより下流側に配置さ
れたＣＯ変成器、ＣＯ選択酸化器を効率よく昇温するこ
とができ、起動時間を従来より短縮する効果がある。加
えて高温不活性ガス等の特別な熱媒体を用いる必要もな
く、触媒層へのカーボンの析出も回避できる。さらに加
えて、起動用のバーナに対する燃料供給の配管を従来よ
り少なくし、システムの配管構成の簡単化を図ることが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一適用例である燃料電池用の改質装置
を中心とする主要構成のブロック図である。

【図２】燃料電池用改質装置の昇温特性図である。

【図３】本発明の一適用例である燃料電池用の改質装置
を中心とする主要構成のブロック図である。

【図４】本発明の一適用例である燃料電池用の改質装置
を中心とする主要構成のブロック図である。

【図５】本発明の一適用例である燃料電池用の改質装置
を中心とする主要構成のブロック図である。

【符号の説明】

１００ケース１０４、１６０スタートアップバーナ１０５部分酸化改質器１０６、１０８空気供給管１０７スチーム供給管１２０ＣＯ変成器１３０ＣＯ選択酸化器１４０脱硫器１５０リン酸型燃料電池１７０熱交換器ａ燃料供給管ｂ燃料バイパス管ｃ燃料バイパス弁ｆ、ｇファンｈエジェクタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスを空気と混合し触媒層を通過さ
せて部分酸化するとともに水蒸気改質することによって
水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス生成器
と、改質ガス生成器で生成された改質ガス中のＣＯ含有
濃度を低減させるＣＯ低減用反応器と、前記改質ガス生
成器の触媒層を加熱するバーナとを備え、燃料電池に水
素リッチな改質ガスを供給する燃料電池用改質装置の起
動方法であって、前記触媒層に燃料ガスを供給し、当該触媒層及びＣＯ低
減用反応器中を流通した燃料ガスを前記バーナで燃焼さ
せる第１の起動ステップと、前記第１起動ステップにおいて前記触媒層が昇温された
後に、前記触媒層に燃料ガスと空気とを供給し、触媒層
で酸化反応すると共に水蒸気改質反応させたガスをＣＯ
低減用反応器に流通させる第２の起動ステップとを備え
ることを特徴とする燃料電池用改質装置の起動方法。
【請求項２】前記第１の起動ステップにおいて前記触
媒層が所定温度まで昇温された後に、第２の起動ステッ
プに切り換えることを特徴とする請求項１記載の燃料電
池用改質装置の起動方法。
【請求項３】前記改質ガス生成器と、ＣＯ低減用反応
器の少なくとも一部を単一のケースに内包し、前記第１
の起動ステップにおいて、当該ケース内でバーナの燃焼
により改質ガス生成器の触媒層とＣＯ低減用反応器の少
なくとも一部を昇温させることを特徴とする請求項１お
よび２記載の燃料電池用改質装置の起動方法。
【請求項４】前記バーナを前記ケースの外部に設け、
前記第１の起動ステップにおいて、当該バーナで加熱し
た空気を前記ケース内に供給することを特徴とする請求
項１および２記載の燃料電池用改質装置の起動方法。