JP2001093550A - Solid polymer fuel cell generator and method for operating - Google Patents
Solid polymer fuel cell generator and method for operatingInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、運転温度が水の沸
点以下である固体高分子型燃料電池発電装置に係り、特
に、燃料改質に水蒸気と空気などの酸素を含むガスを使
用する固体高分子型燃料電池発電装置の構成とその運転
方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generator whose operating temperature is equal to or lower than the boiling point of water, and more particularly to a solid-state fuel cell using a gas containing oxygen such as steam and air for fuel reforming. The present invention relates to a configuration of a polymer fuel cell power generator and an operation method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池発電装置とは、連続して供給さ
れる流体を原料に電気化学反応を行うことにより、化学
エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置で
ある。その基本的な機器構成を図26に示す。図に示す
ように燃料電池発電装置の主要構成機器として、燃料電
池1、改質器2、一酸化炭素変成器3、排気ガスバーナ
ー4、水凝縮器5が設けられている。2. Description of the Related Art A fuel cell power generator is a power generator that directly converts chemical energy into electric energy by performing an electrochemical reaction using a continuously supplied fluid as a raw material. FIG. 26 shows the basic device configuration. As shown in the figure, a fuel cell 1, a reformer 2, a carbon monoxide converter 3, an exhaust gas burner 4, and a water condenser 5 are provided as main components of the fuel cell power generator.
【0003】燃料電池1はイオン伝導性の電解質層とそ
の両面に配置される燃料極11及び酸化剤極12を基本
構成単位とし、通常はこれを複数単位積層して構成され
る。燃料極11に供給されるガスは水素を含有し、燃料
電池1にて電力を発生する電気化学反応により水素は水
に酸化される。この燃料電池1に供給される水素を含有
するガスは改質器2にて製造される。[0003] The fuel cell 1 has an ion-conductive electrolyte layer and a fuel electrode 11 and an oxidant electrode 12 disposed on both sides thereof as basic constituent units, and is usually formed by laminating a plurality of these units. The gas supplied to the fuel electrode 11 contains hydrogen, and the hydrogen is oxidized to water by an electrochemical reaction that generates electric power in the fuel cell 1. The gas containing hydrogen supplied to the fuel cell 1 is produced in the reformer 2.
【0004】改質器2は改質触媒層21を有し、ここで
燃料を水蒸気とともに気相での触媒反応により改質し、
水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水を主成分とする水素
リッチガスを提供する。燃料は水素原子及び炭素原子を
それぞれ少なくとも一個は含む分子から構成されてい
る。[0004] The reformer 2 has a reforming catalyst layer 21 in which fuel is reformed together with steam by a catalytic reaction in a gas phase.
Provide a hydrogen-rich gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and water as main components. Fuels are composed of molecules containing at least one each of hydrogen and carbon atoms.
【0005】燃料には酸素原子は含んでもよいが窒素な
ど水素や水との反応で塩基性化合物を生成し、酸性電解
質層を用いた場合にこれを失活させるおそれがある原
子、もしくは硫黄やハロゲンなど改質触媒などを被毒す
る可能性がある原子、金属元素など酸化物が不揮発性で
ある原子を含む化合物は燃料として望ましくない。これ
らの濃度が低い物質を燃料として選定すると同時に、上
記のような望ましくない物質が燃料に含まれている場合
には少なくとも被毒などの影響を受けるおそれのある機
器に至る前にこれらを除去する必要がある。燃料電池に
好適な燃料として都市ガス、LPG、メタノール、灯油
などが挙げられる。[0005] The fuel may contain oxygen atoms, but it produces a basic compound by reaction with hydrogen or water such as nitrogen, and an atom which may deactivate it when an acidic electrolyte layer is used, or sulfur or the like. Compounds containing atoms that may poison reforming catalysts such as halogens, and atoms that are non-volatile oxides such as metal elements are not desirable as fuels. At the same time as selecting these low-concentration substances as fuel, if the above-mentioned undesirable substances are contained in the fuel, remove them at least before reaching equipment that may be affected by poisoning or the like. There is a need. Suitable fuels for the fuel cell include city gas, LPG, methanol, kerosene and the like.
【0006】燃料の改質方法としては、水蒸気のみで行
う水蒸気改質と、酸素もしくは空気を水蒸気と併用する
部分酸化型水蒸気改質が代表的である。メタンを例にし
て改質器2での部分酸化型水蒸気改質反応を示す。[0006] As typical fuel reforming methods, steam reforming using only steam and partial oxidation-type steam reforming using oxygen or air together with steam are representative. The partial oxidation type steam reforming reaction in the reformer 2 will be described using methane as an example.
【0007】[0007]
【化1】CH4 +H2 O→CO+3H2 …(1)Embedded image CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)
【化2】 CH4 +O2 →CO+H2 O+H2 …(2)Embedded image CH 4 + O 2 → CO + H 2 O + H 2 (2)
【化3】CO+H2 O→CO2 +H2 …(3) 反応(1)は−206kJ/molの吸熱反応、標準状態で反
応(2)は+278kJ/molの発熱反応で、COシフト反
応と呼ばれる反応(3)は+41kJ/molの発熱反応であ
る。水蒸気改質のみの改質器2では(1)及び(3)の
反応のみがおこるため、トータルの改質反応は−165
kJ/molの吸熱反応となり、CH4 あたり4つのH2 が生
成する。## STR3 ## CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ... (3) Reaction (1) is an endothermic reaction of -206kJ / mol, the reaction under standard conditions (2) is an exothermic reaction of + 278kJ / mol, called CO shift reaction Reaction (3) is an exothermic reaction of +41 kJ / mol. Since only the reactions (1) and (3) occur in the reformer 2 using only steam reforming, the total reforming reaction is -165.
An endothermic reaction of kJ / mol results in the generation of four H 2 per CH 4 .
【0008】しかしながらO2 を含むガスのみを酸化剤
として用いる狭義の部分酸化改質では、(2)及び
(3)の反応からトータルの熱収支は+319kJ/molの
発熱反応となるが、CH4 当たり2つのH2 しか生成し
ない。水とO2 の双方を改質に使用する部分酸化型水蒸
気改質での熱収支は前記2例の中間となり、O2 /CH
4=0.34で熱的にバランスし、この場合のCH4 当
たりのH2 生成量は3.3である。O2 量がこのバラン
ス値より大きい場合には改質反応でのトータル熱収支は
発熱となりCH4 当たりのH2 生成量は3.3より減少
し、効率は低下する。逆にこの値より小さい場合には吸
熱となり、CH4 当たりのH2 生成量は3.3より増大
し、効率は上昇する。However, in the partial oxidation reforming in a narrow sense using only a gas containing O 2 as an oxidizing agent, the total heat balance becomes an exothermic reaction of +319 kJ / mol from the reactions (2) and (3), but CH 4 Only two H 2 are produced per unit. The heat balance in the partial oxidation type steam reforming using both water and O 2 for reforming is intermediate between the two examples, and O 2 / CH
Thermal balance is achieved at 4 = 0.34, in which case the amount of H 2 produced per CH 4 is 3.3. When the O 2 amount is larger than this balance value, the total heat balance in the reforming reaction becomes exothermic, and the H 2 generation amount per CH 4 is reduced from 3.3, and the efficiency is reduced. Conversely, if the value is smaller than this value, it becomes endothermic, the H 2 generation amount per CH 4 increases from 3.3, and the efficiency increases.
【0009】純然たる水蒸気改質反応では大きな吸熱反
応となるので、反応の維持のために外部から大量の熱を
供給する必要がある。したがって、改質器2の加熱を目
的として複雑な機構が不可欠となり、改質器2は一般に
高価となる。一方、部分酸化型水蒸気改質反応では導入
するO2 量などを調整することで改質器2の機構を簡素
化でき安価で済むが、その反面、H2 の生成効率は水蒸
気改質に比較して劣ることになる。Since a pure steam reforming reaction is a large endothermic reaction, it is necessary to supply a large amount of heat from the outside to maintain the reaction. Therefore, a complicated mechanism is indispensable for the purpose of heating the reformer 2, and the reformer 2 is generally expensive. On the other hand, in the partial oxidation type steam reforming reaction, the mechanism of the reformer 2 can be simplified and inexpensive by adjusting the amount of O 2 to be introduced, but the H 2 generation efficiency is lower than that of steam reforming. And inferior.
【0010】改質触媒層21に使用する改質触媒として
は例えば日産ガードラー社製G−90を初めとするニッ
ケル系触媒などが挙げられるが、これ及び後段で挙げる
Cu−ZnO系低温一酸化炭素変成触媒はClなどによ
り被毒する。このため、改質に使用される水蒸気は蒸留
水もしくはイオン交換水から発生させることが望まし
い。The reforming catalyst used for the reforming catalyst layer 21 includes, for example, a nickel-based catalyst such as G-90 manufactured by Nissan Gardler Co., and the Cu-ZnO-based low-temperature carbon monoxide mentioned later. The shift catalyst is poisoned by Cl or the like. Therefore, it is desirable that the steam used for the reforming be generated from distilled water or ion-exchanged water.
【0011】一酸化炭素は燃料電池1の燃料極11にて
電気化学反応を起こす触媒を被毒するため、可能な限り
濃度を低下させることが必要である。改質器2でもCO
シフト反応は進行するが、改質器2出口でのCO濃度は
数パーセントオーダーであり、燃料極11の触媒被毒を
避ける上では充分ではない。そこで、改質器2と燃料電
池燃料極11の中間に一酸化炭素変成器3が設置されて
いる。この一酸化炭素変成器3の働きにより一酸化炭素
濃度を望ましいレベルにまで低減することができる。Since carbon monoxide poisons a catalyst that causes an electrochemical reaction at the fuel electrode 11 of the fuel cell 1, it is necessary to reduce the concentration as much as possible. CO 2 in reformer 2
Although the shift reaction proceeds, the CO concentration at the outlet of the reformer 2 is on the order of several percent, which is not sufficient to avoid catalyst poisoning of the fuel electrode 11. Therefore, a carbon monoxide converter 3 is provided between the reformer 2 and the fuel cell fuel electrode 11. By the operation of the carbon monoxide converter 3, the carbon monoxide concentration can be reduced to a desired level.
【0012】多くの場合、一酸化炭素変成器3は目標と
する一酸化炭素濃度に応じ、複数の一酸化炭素変成器を
直列に設置して構成される。一酸化炭素変成器3の例と
しては、低温一酸化炭素変成器31と選択酸化式一酸化
炭素除去器32とが挙げられる。低温一酸化炭素変成器
31はCOシフト反応を促進する触媒からなる低温一酸
化炭素変成触媒層を有しており、COシフト反応の促進
によりCO濃度を低下させるものである。低温一酸化炭
素変成器31ではCOのシフトに伴って水素が生成する
ので水素の生成効率の上では有利であるが、反応が平衡
反応であるため、出口の一酸化炭素濃度は出口ガス温度
での平衡濃度に制約されることになる。一方、選択酸化
式一酸化炭素除去器32は、充填された触媒上での水素
リッチガス中の一酸化炭素と酸素との選択酸化反応によ
り一酸化炭素濃度を低減する機器である。この選択酸化
式一酸化炭素除去器32での反応は不可逆反応であるた
めシフト反応よりも一酸化炭素濃度を低減することが可
能である。但し、一酸化炭素が水素生成に利用されない
ので、水素の生成効率の上では不利である。加えて一酸
化炭素除去量を確保するため一酸化炭素に対して過剰量
の酸素が供給され、水素の一部を酸化するので水素の生
成効率は更に低くなる。このように一酸化炭素濃度が高
い場合に選択酸化式一酸化炭素除去を行うことは水素生
成効率の上で不利である。そのため、選択酸化式一酸化
炭素除去は通常、数千ppmの一酸化炭素濃度を数十p
pm以下に低下させる場合に使用される。In many cases, the carbon monoxide converter 3 is constructed by installing a plurality of carbon monoxide converters in series according to a target carbon monoxide concentration. Examples of the carbon monoxide converter 3 include a low-temperature carbon monoxide converter 31 and a selective oxidation type carbon monoxide remover 32. The low-temperature carbon monoxide converter 31 has a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer composed of a catalyst that promotes the CO shift reaction, and lowers the CO concentration by promoting the CO shift reaction. In the low-temperature carbon monoxide converter 31, hydrogen is produced with the shift of CO, which is advantageous in terms of hydrogen production efficiency. However, since the reaction is an equilibrium reaction, the concentration of carbon monoxide at the outlet is lower than the outlet gas temperature. Will be limited by the equilibrium concentration of On the other hand, the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is a device that reduces the concentration of carbon monoxide by a selective oxidation reaction between carbon monoxide and oxygen in the hydrogen-rich gas on the charged catalyst. Since the reaction in the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is an irreversible reaction, it is possible to reduce the concentration of carbon monoxide as compared with the shift reaction. However, since carbon monoxide is not used for hydrogen generation, it is disadvantageous in terms of hydrogen generation efficiency. In addition, an excessive amount of oxygen is supplied with respect to carbon monoxide in order to secure the carbon monoxide removal amount, and a part of hydrogen is oxidized, so that the hydrogen generation efficiency is further reduced. Performing the selective oxidation type carbon monoxide removal when the carbon monoxide concentration is high is disadvantageous in terms of hydrogen generation efficiency. For this reason, the selective oxidation type carbon monoxide removal usually requires a concentration of several thousand ppm of carbon monoxide to several tens of p.
It is used when lowering to below pm.
【0013】ところで、前記低温一酸化炭素変成器31
におけるCOシフト反応は低温で平衡上有利であるた
め、反応温度は300℃以下、さらに言えば200℃程
度が望ましい。これに対して改質器2の運転温度は最低
400℃、通常600℃以上の高温なので、改質器2か
ら出た水素リッチガスを低温一酸化炭素変成器31に供
給する際、水素リッチガスの温度を低下させなくてはな
らない。そのため、改質器2と低温一酸化炭素変成器3
1の間には水素リッチガス冷却器22が設置されてい
る。The low-temperature carbon monoxide converter 31
The CO shift reaction is advantageous in terms of equilibrium at a low temperature. Therefore, the reaction temperature is preferably 300 ° C. or lower, more preferably about 200 ° C. On the other hand, since the operating temperature of the reformer 2 is at least 400 ° C., usually 600 ° C. or higher, when the hydrogen-rich gas discharged from the reformer 2 is supplied to the low-temperature carbon monoxide converter 31, the temperature of the hydrogen-rich gas Must be reduced. Therefore, the reformer 2 and the low-temperature carbon monoxide
Between them, a hydrogen-rich gas cooler 22 is provided.
【0014】また、前記都市ガス、LPG、灯油などの
燃料には、有機化合物の形で微量の硫黄分が含まれてお
り、上記の反応器に使用される各種触媒を、特に低温で
被毒することがある。このような触媒の一例としてCu
−ZnO系低温一酸化炭素変成触媒が挙げられる。その
ため、低温一酸化炭素変成器31の前段において、硫黄
分を除去する脱硫器33が設けられている。一酸化炭素
と異なり、硫黄分を化学反応によって非被毒性の気体に
転換することはできないので、通常、脱硫器33の前段
で含硫黄有機化合物をH2 Sガス、SO2 ガスなどに変
化させた上で脱硫器33にて吸収材層による吸収除去を
行うようになっている。このような脱硫器33吸収材層
の例としてはZnOなどが知られている。[0014] Further, the fuel such as city gas, LPG, kerosene and the like contains a trace amount of sulfur in the form of an organic compound, and poisons various catalysts used in the above-mentioned reactor, especially at low temperatures. May be. Cu is an example of such a catalyst.
—ZnO-based low-temperature carbon monoxide shift catalyst. Therefore, a desulfurizer 33 for removing sulfur is provided in a stage preceding the low-temperature carbon monoxide converter 31. Unlike carbon monoxide, the sulfur content cannot be converted to a non-toxic gas by a chemical reaction. Therefore, usually, the sulfur-containing organic compound is changed to H 2 S gas, SO 2 gas, etc. at a stage before the desulfurizer 33. Then, the desulfurizer 33 performs absorption and removal by the absorbent layer. As an example of such a desulfurizer 33 absorbent layer, ZnO or the like is known.
【0015】脱硫器33は改質器2の前段に置かれる場
合と、改質器2の後段に置かれる場合とがある。脱硫器
33が改質器2の前段に置かれる場合、燃料中の含硫黄
有機化合物をH2 Sなどに変化させるための反応器を更
にその前段に設置する必要があり、機器が煩雑で小型化
が困難になるが、改質触媒層21の硫黄被毒を避ける上
ではより確実である。これに対して脱硫器33が改質器
2の後段に置かれる場合、含硫黄有機化合物は特段の前
処理無しで改質器2にてH2 Sに変化するため、機器の
簡素化・低コスト化を図ることができる。Ni系などの
改質触媒も高温では硫黄被毒の影響は小さく、このよう
な形態は可能だが、脱硫器33の代表的な吸収材である
ZnOは高温で揮発性であるため、脱硫器33は水素リ
ッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変成器31の間に
設置されることが望ましい。図26では脱硫器33は水
素リッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変成器31の
間に設置されているが、上記のように改質器2の上流で
もよい。The desulfurizer 33 may be placed before the reformer 2 or may be placed after the reformer 2. When the desulfurizer 33 is placed in front of the reformer 2, it is necessary to further install a reactor for converting sulfur-containing organic compounds in the fuel into H 2 S or the like, and the equipment is complicated and small. However, it is more reliable in avoiding sulfur poisoning of the reforming catalyst layer 21. On the other hand, when the desulfurizer 33 is placed downstream of the reformer 2, the sulfur-containing organic compound changes to H 2 S in the reformer 2 without any special pretreatment, so that the equipment can be simplified and reduced. Cost can be reduced. The effect of sulfur poisoning on Ni-based reforming catalysts is also small at high temperatures, and such a form is possible. However, since ZnO, a typical absorbent of the desulfurizer 33, is volatile at high temperatures, the desulfurizer 33 Is preferably installed between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31. In FIG. 26, the desulfurizer 33 is installed between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31, but may be upstream of the reformer 2 as described above.
【0016】上記のような手段により有害な不純物を除
去された水素リッチガスは燃料電池1に入り、燃料電池
燃料極11を通過する間に燃料電池酸化剤極12を流動
する空気中に含まれる酸素との間に下記の電気化学反応
が発生し、電力と熱が生成すると共に、その含有する水
素が消費される。生成した電力は直流であるが、通常イ
ナバーターを介して交流に変換され、需要端に供給され
る。また、生成熱は燃料電池冷却媒体径路13を流通す
る冷却媒体により燃料電池の外に排出される。The hydrogen-rich gas from which harmful impurities have been removed by the above-mentioned means enters the fuel cell 1 and passes through the fuel cell oxidizer electrode 12 while passing through the fuel cell oxidizer electrode 12. And the following electrochemical reaction occurs, generating electric power and heat and consuming the hydrogen contained therein. The generated power is DC, but is usually converted to AC via an inverter and supplied to the demand end. The generated heat is discharged out of the fuel cell by the cooling medium flowing through the fuel cell cooling medium path 13.
【0017】[0017]
【化4】燃料極:2H2 → 4H+ +4e- …(4)## STR00004 ## the fuel electrode: 2H 2 → 4H + + 4e - ... (4)
【化5】 酸化剤極:O2 +4HH+ +4e- → 2H2 O…(5) 効率の面では電気化学反応による水素リッチガス中の水
素の利用率が高いほうが良いが、利用率が高くなり過ぎ
ると水素リッチガス流量の変動や燃料電池1内での水素
リッチガス配流の不均一などの要因により燃料欠乏に陥
る危険がある。そのため、水素利用率は80%以下にす
ることが望ましい。Oxidant electrode: O 2 + 4HH + + 4e − → 2H 2 O (5) In terms of efficiency, the higher the utilization rate of hydrogen in the hydrogen-rich gas by the electrochemical reaction is, the higher the utilization rate is. In addition, there is a danger of fuel shortage due to factors such as fluctuations in the flow rate of the hydrogen-rich gas and uneven distribution of the hydrogen-rich gas in the fuel cell 1. Therefore, it is desirable that the hydrogen utilization rate be 80% or less.
【0018】燃料電池燃料極11に供給された可燃ガス
の一部は未反応のまま燃料電池燃料極11から排出され
る。かかる未反応可燃ガスには、電気化学反応に利用さ
れなかった水素のほか、改質器2で改質されなかった燃
料や改質器2もしくは一酸化炭素変成器31で副生した
炭化水素がありうる。これらをそのまま環境に排出する
ことは安全上問題が有る。そこで、これらを燃焼するた
めに排気ガスバーナー4が設けられている。排気ガスバ
ーナー4の酸化剤としては燃料電池酸化剤極12排出ガ
スの一部もしくは大気を使用することが一般的である。
排気ガスバーナー4の燃焼ガスは高温であるため、機器
の加熱源として使用することができる。A part of the combustible gas supplied to the fuel cell fuel electrode 11 is discharged from the fuel cell fuel electrode 11 without reacting. Such unreacted combustible gas includes, in addition to hydrogen not used for the electrochemical reaction, fuel not reformed in the reformer 2 and hydrocarbon by-produced in the reformer 2 or the carbon monoxide converter 31. It is possible. Discharging them as they are into the environment has safety problems. Therefore, an exhaust gas burner 4 is provided to burn them. Generally, a part of the exhaust gas of the fuel cell oxidant electrode 12 or the atmosphere is used as the oxidant of the exhaust gas burner 4.
Since the combustion gas of the exhaust gas burner 4 has a high temperature, it can be used as a heating source of the equipment.
【0019】排気ガスバーナー4の燃焼ガス及びバーナ
ー4で使用されなかった燃料電池酸化剤極12の排出ガ
スは、水素リッチガス製造のため添加された水及び燃料
電池1及び排気ガスバーナー4で消費された燃料から発
生した水を含んでいる。この水を回収するために排気ガ
ス出口に水凝縮器5が設置されている。The combustion gas of the exhaust gas burner 4 and the exhaust gas of the fuel cell oxidizer electrode 12 not used in the burner 4 are consumed by the water added for producing the hydrogen-rich gas and the fuel cell 1 and the exhaust gas burner 4. Contains water generated from fuel. A water condenser 5 is installed at the exhaust gas outlet to collect this water.
【0020】以上のような構成を有する燃料電池発電装
置は、燃料電池の電解質層によっていくつかのタイプに
分かれている。すなわち、燐酸を使用する燐酸型燃料電
池、アルカリ水溶液を使用するアルカリ型燃料電池、溶
融炭酸塩を使用する溶融炭酸塩型燃料電池、固体セラミ
ックス電解質を用いる固体電解質型燃料電池、固体高分
子電解質を使用する固体高分子電解質型燃料電池などが
挙げられる。これらのうちで固体高分子電解質型燃料電
池は、水の沸点以下の比較的低温で運転されるために比
較的短時間で起動可能であり、かつ高出力密度が期待さ
れ、更には燐酸型に見られるような電解質の減損がない
ことから、近年特に注目を集めている。The fuel cell power generator having the above-described configuration is divided into several types depending on the electrolyte layer of the fuel cell. That is, a phosphoric acid fuel cell using phosphoric acid, an alkaline fuel cell using an alkaline aqueous solution, a molten carbonate fuel cell using a molten carbonate, a solid electrolyte fuel cell using a solid ceramic electrolyte, and a solid polymer electrolyte. The solid polymer electrolyte type fuel cell to be used is exemplified. Among these, solid polymer electrolyte fuel cells can be started up in a relatively short time because they are operated at a relatively low temperature below the boiling point of water, and are expected to have a high power density. In recent years, attention has been particularly focused on the absence of electrolyte impairment as seen.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体高
分子電解質型燃料電池においては発電装置としての効率
を上昇させるにあたり、次のような解決すべき課題があ
る。発電効率は燃料からのH2 の生成効率に依存する
が、これを高めるためには改質器2での反応を水蒸気改
質に近づけなくてはならない。しかしそれは改質反応が
吸熱側に傾くことを意味し、外部からの熱供給が必要と
なる。発電装置内で最大の発熱量を示す機器は燃料電池
1であるが、運転温度が通常水の沸点以下の低温である
ため、通常600℃以上の高温で運転される改質器2へ
の熱供給には利用できない。従って改質器2への熱供給
には、他の加熱源を用いる必要がある。そこで従来よ
り、排気ガスバーナー4の使用が検討されている。However, in the solid polymer electrolyte fuel cell, there are the following problems to be solved in increasing the efficiency as a power generator. The power generation efficiency depends on the H 2 generation efficiency from the fuel, but in order to increase this, the reaction in the reformer 2 must be close to steam reforming. However, this means that the reforming reaction is inclined to the endothermic side, and external heat supply is required. The fuel cell 1 is the device that generates the largest amount of heat in the power generator. However, since the operating temperature is a low temperature that is usually lower than the boiling point of water, the heat to the reformer 2 that is normally operated at a high temperature of 600 ° C. or higher is applied. Not available for supply. Therefore, it is necessary to use another heating source for supplying heat to the reformer 2. Therefore, the use of the exhaust gas burner 4 has been conventionally studied.
【0022】また、発電装置内には改質器2に供給する
水蒸気を発生させる水蒸発器が設置されるが、この水蒸
発器の加熱源としても排気ガスバーナー4が期待されて
いる。これは燃料電池1の運転温度が水の沸点以下であ
るため、燃料電池1の発熱が水蒸気の発生にも使用でき
ないからである。Further, a water evaporator for generating steam to be supplied to the reformer 2 is installed in the power generator, and the exhaust gas burner 4 is expected as a heating source of the water evaporator. This is because the operating temperature of the fuel cell 1 is equal to or lower than the boiling point of water, so that the heat generated by the fuel cell 1 cannot be used for generating steam.
【0023】このように排気ガスバーナー4に対する熱
源としての需要は大きいが、その発熱は燃料電池1の発
熱の高々50〜60%程度しかない。通常、燃料電池1
は、その燃料極11入口におけるH2 量を100とする
と80を発電に消費し、その50〜60%程度を電気エ
ネルギーに、残余の40〜50%程度を熱に変換する。
従って燃料電池1の発熱は燃料極11入口におけるH2
量に換算して32〜40程度である。しかし、排気ガス
バーナー4で燃焼されるH2 量は発電で消費されなかっ
た20のみであり、燃料電池1の発熱に比較して少な
い。このため、排気ガスバーナー4から発生する熱量の
効率的な運用が要請されていた。As described above, the demand as a heat source for the exhaust gas burner 4 is great, but the heat generated is only about 50 to 60% of the heat generated by the fuel cell 1 at most. Normally, fuel cell 1
Assuming that the amount of H 2 at the fuel electrode 11 inlet is 100, 80 is consumed for power generation, about 50 to 60% of which is converted to electric energy, and the remaining about 40 to 50% is converted to heat.
Therefore, the heat generation of the fuel cell 1 is caused by H 2 at the fuel electrode 11 inlet.
It is about 32 to 40 in terms of quantity. However, the amount of H 2 burned by the exhaust gas burner 4 is only 20 which is not consumed in the power generation, and is smaller than the heat generation of the fuel cell 1. Therefore, efficient operation of the amount of heat generated from the exhaust gas burner 4 has been demanded.
【0024】また、燃料電池発電装置が起動するために
は各機器が機能を発揮する温度にまで昇温させる必要が
ある。燃料極11の触媒は前述したように一酸化炭素に
より被毒するが、これは触媒表面に一酸化炭素が吸着し
触媒活性サイトを被覆することが原因である。従って、
運転前に燃料極11に流通するガス中に一酸化炭素が含
まれているとこれにより触媒活性サイトが被覆され、運
転開始時には燃料極11の触媒が重被毒状態に陥る可能
性がある。運転中の水素リッチガス中に含まれる一酸化
炭素を低減させることは勿論であるが、起動前に燃料極
11に流通するガスについても一酸化炭素を低減させな
くてはならない。そのため、改質器2への原料ガス導入
及び発電開始に先立ち、低温一酸化炭素変成器31及び
選択酸化式一酸化炭素除去器32を充分運転可能な温度
に昇温させる必要がある。Further, in order to start the fuel cell power generator, it is necessary to raise the temperature to a temperature at which each device functions. The catalyst of the fuel electrode 11 is poisoned by carbon monoxide as described above. This is because carbon monoxide is adsorbed on the catalyst surface and covers the catalytically active site. Therefore,
If carbon monoxide is contained in the gas flowing through the fuel electrode 11 before the operation, the catalytically active site is covered by this, and the catalyst of the fuel electrode 11 may fall into a heavy poisoning state at the start of the operation. Of course, it is necessary to reduce the carbon monoxide contained in the hydrogen-rich gas during operation, but also to reduce the carbon monoxide in the gas flowing through the fuel electrode 11 before starting. Therefore, prior to the introduction of the raw material gas into the reformer 2 and the start of power generation, it is necessary to raise the temperature of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 to a sufficiently operable temperature.
【0025】さらに、改質反応を開始するためにも改質
触媒層21はある程度の温度まで昇温する必要がある。
ニッケル系改質触媒を例に取ると、運転温度範囲は40
0℃〜1300℃とされているので、400℃程度まで
の昇温は必要と考えられる。改質触媒が燃焼触媒として
作用し、原料ガスの燃焼による昇温が期待できるとして
も、発火条件が整う温度まで改質触媒層21を昇温する
必要があるので、改質器2への原料ガス導入に先立って
改質器2を充分運転可能な温度にまで昇温する必要があ
る。Further, the reforming catalyst layer 21 needs to be heated to a certain temperature in order to start the reforming reaction.
Taking a nickel-based reforming catalyst as an example, the operating temperature range is 40
Since the temperature is 0 ° C. to 1300 ° C., it is considered necessary to raise the temperature to about 400 ° C. Even if the reforming catalyst acts as a combustion catalyst and a temperature rise due to combustion of the raw material gas can be expected, it is necessary to raise the temperature of the reforming catalyst layer 21 to a temperature at which the ignition condition is established. Prior to gas introduction, it is necessary to raise the temperature of the reformer 2 to a sufficiently operable temperature.
【0026】また、水蒸発器に関して言えば、これを昇
温させなければ水蒸気が発生しない。部分酸化型水蒸気
改質反応では原料ガスに水蒸気を使用しなくとも水素生
成が可能であるが、通常運転時の水蒸気導入を前提とし
た場合より投入燃料に対する発熱量が著しく増大するた
め、改質触媒層21が高熱で損傷する可能性がある。ニ
ッケル系改質触媒を例に取ると耐用温度は1300℃で
あり、一時的にせよ局所的にせよこれ以上高温にするこ
とは避ける必要がある。そのため、改質器2への原料ガ
ス導入に先立ち、水蒸発器61を昇温して水蒸気が発生
可能な状態にしなくてはならない。As for the water evaporator, steam is not generated unless the temperature is raised. In the partial oxidation type steam reforming reaction, hydrogen can be generated without using steam as the raw material gas.However, the calorific value of the input fuel is significantly increased compared to the case where steam is introduced during normal operation. The catalyst layer 21 may be damaged by high heat. Taking a nickel-based reforming catalyst as an example, the service temperature is 1300 ° C., and it is necessary to avoid raising the temperature further, whether temporarily or locally. Therefore, prior to the introduction of the raw material gas into the reformer 2, the temperature of the water evaporator 61 must be raised so that steam can be generated.
【0027】固体高分子型燃料電池以外のタイプ、例え
ば燐酸型燃料電池では各機器に流通する燃料電池冷却媒
体を用いての昇温が可能であった。すなわち、低温一酸
化炭素変成器31においてCu−ZnO系の低温一酸化
炭素変成触媒を使用した場合、運転温度は約200℃で
ある。しかし、これは水の沸点以下である固体高分子型
燃料電池の運転温度よりも高く、燃料電池冷却媒体を使
ってこの温度まで昇温させることはできない。このよう
に、固体高分子型燃料電池発電装置を起動するためには
燃料電池冷却媒体を使用できず、新たな方法が求められ
ている。さらには、発電装置全体の小型化と高効率化を
図るために、各機器のコンパクト化や放熱損失の低減が
要求されていた。With a type other than the polymer electrolyte fuel cell, for example, a phosphoric acid type fuel cell, it was possible to raise the temperature by using a fuel cell cooling medium flowing through each device. That is, when a Cu—ZnO-based low-temperature carbon monoxide conversion catalyst is used in the low-temperature carbon monoxide converter 31, the operating temperature is about 200 ° C. However, this is higher than the operating temperature of the polymer electrolyte fuel cell, which is lower than the boiling point of water, and cannot be raised to this temperature using the fuel cell cooling medium. As described above, the fuel cell cooling medium cannot be used to start the polymer electrolyte fuel cell power generator, and a new method is required. Further, in order to reduce the size and the efficiency of the entire power generation device, it has been required to make each device compact and to reduce heat dissipation loss.
【0028】本発明は、以上のような従来技術の持つ課
題を解消するために提案されたものであり、その主たる
目的は、コンパクトで機器構成が簡素でありながら、停
止状態から短時間で起動でき、かつ排熱を有効に回収す
る高効率の固体高分子型燃料電池発電装置及びその運転
方法を提供することにある。The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. The main object of the present invention is to start up from a stopped state in a short time while having a compact and simple configuration. It is an object of the present invention to provide a high-efficiency polymer electrolyte fuel cell power generator capable of recovering waste heat effectively and a method of operating the same.
【0029】また、本発明の他の目的は、各機器のコン
パクト化及び放熱損失の低減を実現し、装置全体の小型
化とさらなる高効率化を図った固体高分子型燃料電池発
電装置を提案することにある。Another object of the present invention is to propose a polymer electrolyte fuel cell power generation device which realizes downsizing of each device and reduction of heat radiation loss, and downsizing of the whole device and further improvement of efficiency. Is to do.
【0030】[0030]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために提案されたものであり、水素を含むガス
を燃料とし固体高分子を電解質として酸化剤極と燃料極
を有する燃料電池と、燃料電池を経由して冷却媒体を循
環させる燃料電池冷却媒体径路と、燃料電池冷却媒体径
路の燃料電池上流から燃料電池冷却媒体を分岐しこれを
燃料電池冷却媒体径路に燃料電池下流にて合流させる燃
料処理系冷却媒体径路と、燃料電池冷却媒体径路で冷却
媒体を循環させる冷却媒体循環ポンプと、これら冷却媒
体から熱量を除去し冷却媒体の温度を調整する燃料電池
冷却媒体冷却器と、燃料電池燃料極上流に設置され改質
触媒層を有しこの改質触媒層において炭素原子と水素原
子を分子中に少なくとも各々一個以上含む燃料及び酸素
を含む気体及び水蒸気の混合気を水素リッチガスに改質
する改質器と、水素リッチガス流路の改質器下流に設置
され水素リッチガスと燃料処理系冷却媒体径路を流通す
る燃料電池冷却媒体との熱交換を行う水素リッチガス冷
却器と、水素リッチガス冷却器下流に設置され低温一酸
化炭素変成触媒層を有する低温一酸化炭素変成器と、低
温一酸化炭素変成器上流に設置され吸収材層を有しこの
吸収材層により燃料もしくは水素リッチガス中の硫黄分
を吸収する脱硫器と、低温一酸化炭素変成器下流に設置
され選択酸化式一酸化炭素除去触媒層を有する単数もし
くは複数の選択酸化式一酸化炭素除去器と、燃料電池の
燃料極からの排気ガスの全量と酸化剤極からの排気ガス
の全量もしくは一部を混合して燃焼する排気ガスバーナ
ーと、排気ガスバーナーの燃焼ガス及び酸化剤極の排気
ガスの混合ガスから水を凝縮させる水凝縮器とが備えら
れた固体高分子型燃料電池発電装置において、次のよう
な特徴を有している。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to achieve the above object, and has a fuel comprising an oxidizer electrode and a fuel electrode using a gas containing hydrogen as a fuel and a solid polymer as an electrolyte. The fuel cell cooling medium path for circulating the cooling medium via the fuel cell and the fuel cell, and the fuel cell cooling medium is branched from the fuel cell upstream of the fuel cell cooling medium path, and is branched to the fuel cell cooling medium path downstream of the fuel cell. A cooling medium circulating pump for circulating the cooling medium in the fuel processing system cooling medium path, a cooling medium circulating pump for circulating the cooling medium in the fuel cell cooling medium path, and a fuel cell cooling medium cooler for removing heat from the cooling medium and adjusting the temperature of the cooling medium. A fuel cell and an oxygen-containing gas and water containing at least one carbon atom and at least one hydrogen atom in the molecule in the reforming catalyst layer, which is provided upstream of the fuel electrode of the fuel cell. A heat exchanger for reforming an air-fuel mixture into a hydrogen-rich gas and performing heat exchange between a hydrogen-rich gas and a fuel cell cooling medium that is provided downstream of the reformer in the hydrogen-rich gas flow path and flows through a cooling medium path of the fuel processing system. A hydrogen-rich gas cooler, a low-temperature carbon monoxide converter having a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer installed downstream of the hydrogen-rich gas cooler, and an absorbent layer installed upstream of the low-temperature carbon monoxide converter A desulfurizer that absorbs sulfur in fuel or hydrogen rich gas by a bed and one or more selective oxidation type carbon monoxide removers that are installed downstream of the low-temperature carbon monoxide converter and have a selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer And an exhaust gas burner that mixes and burns all or part of the exhaust gas from the fuel electrode of the fuel cell and all or part of the exhaust gas from the oxidant electrode; In the solid polymer fuel cell power plant and a water condenser to condense the provided water from a gas mixture of the exhaust gases of fine oxidizer electrode, it has the following characteristics.
【0031】請求項1の発明は、改質器に供給する水蒸
気を発生させる水蒸発器と、水蒸発器で発生した水蒸気
を過熱する水蒸気過熱器と、改質器に供給する燃料を酸
素を含むガスと混合した状態で加熱する燃料混合ガス予
熱器とが設けられ、排気ガスバーナーからの燃焼ガス
が、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器、水蒸発器、水
凝縮器の順に通過するように燃焼ガス流路が形成された
ことを特徴とする。According to the first aspect of the present invention, there is provided a water evaporator for generating steam to be supplied to the reformer, a steam superheater for heating the steam generated in the water evaporator, and a fuel for supplying oxygen to the reformer. A fuel-mixed gas preheater for heating in a state of being mixed with the containing gas, so that the combustion gas from the exhaust gas burner passes in the order of a steam superheater, a fuel-mixed gas preheater, a water evaporator, and a water condenser. A combustion gas flow path is formed in the fuel cell.
【0032】以上のような請求項1の発明では、燃料電
池で消費されなかった可燃性物質を排気ガスバーナーで
燃焼し、この燃焼ガスを水蒸気過熱器、燃料混合ガス予
熱器、水蒸発器、水凝縮器と高温の機器から順に通過さ
せることにより、排気ガスバーナーの燃焼熱を効率よく
回収することができる。これらの機器の運転温度は、そ
の出口温度が改質器に供給する反応ガス温度である、水
蒸気過熱器が最も高く、次いで燃料混合ガス予熱器、熱
交換後の排気ガス温度が水の沸点程度である水蒸発器、
熱交換後の排気ガス温度が燃料電池排出ガスの露点を下
回る水凝縮器の順で低下する。一方、効率の面では、部
分酸化型改質器での発熱を抑制することが望ましく、そ
のためには原料ガスの温度を可能な限り上昇させること
が望ましい。従って、熱回収のための高温ガスもこの順
番に従って流通させることが効率の面で最も望ましい。According to the first aspect of the present invention, the combustible material not consumed in the fuel cell is burned by the exhaust gas burner, and the combustion gas is burned by a steam superheater, a fuel mixture gas preheater, a water evaporator, and the like. The heat of combustion of the exhaust gas burner can be efficiently recovered by passing the water condenser and the hot equipment in order. The operating temperature of these devices is the highest in the steam superheater, whose outlet temperature is the reaction gas temperature supplied to the reformer, then the fuel mixed gas preheater, and the exhaust gas temperature after heat exchange is about the boiling point of water. A water evaporator,
The temperature of the exhaust gas after the heat exchange falls in the order of the water condenser below the dew point of the exhaust gas of the fuel cell. On the other hand, in terms of efficiency, it is desirable to suppress heat generation in the partial oxidation reformer, and for that purpose, it is desirable to raise the temperature of the raw material gas as much as possible. Therefore, it is most desirable from the viewpoint of efficiency that the high-temperature gas for heat recovery is also circulated in this order.
【0033】また、空気などの酸素を含んだガスと燃料
との混合ガスを加熱する燃料混合ガス予熱器の運転温度
は、水蒸気過熱器のそれより低く抑える必要があるが、
これは水蒸気と共存しない状態で空気など酸素を含んだ
ガスと燃料の混合ガスを加熱した場合には、水蒸気と共
存した場合に比較してより低い温度で発火する可能性が
あるためである。The operating temperature of the fuel-mixed gas preheater for heating the mixed gas of oxygen-containing gas such as air and fuel must be kept lower than that of the steam superheater.
This is because, when a mixed gas of a gas containing oxygen such as air and a fuel is heated without coexisting with water vapor, there is a possibility that ignition occurs at a lower temperature than when coexisting with water vapor.
【0034】ところで、水蒸発器で必要な温度は水蒸気
の過熱や燃料混合ガスの予熱に必要な温度より低いにも
かかわらず熱量としては多いので、仮に燃料混合ガス予
熱に先立って水蒸発を行うと、加熱源である排気ガスバ
ーナーの燃焼ガス温度が下がり、燃料混合ガスの温度が
上がらなくなって効率の面で不利である。本発明では水
蒸発器と水蒸気過熱器とを分離しているため、このよう
な効率面での不利を回避することができ、しかも流量制
御が容易である。Since the temperature required in the water evaporator is higher than the temperature required for superheating of the steam and the preheating of the fuel mixture gas, the amount of heat is large, so that the water evaporation is performed prior to the preheating of the fuel mixture gas. Thus, the temperature of the combustion gas of the exhaust gas burner, which is a heating source, decreases, and the temperature of the fuel gas mixture does not increase, which is disadvantageous in terms of efficiency. In the present invention, since the water evaporator and the steam superheater are separated from each other, such disadvantages in efficiency can be avoided, and the flow rate can be easily controlled.
【0035】請求項2の発明は、請求項1記載の固体高
分子型燃料電池発電装置において、改質器の外筒部に水
素リッチガス冷却器が設置され、改質器及び水素リッチ
ガス冷却器が複合一体化されたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the first aspect, a hydrogen-rich gas cooler is provided in an outer cylinder portion of the reformer, and the reformer and the hydrogen-rich gas cooler are provided. It is characterized by being combined and integrated.
【0036】以上のような請求項2の発明では、改質器
及び水素リッチガス冷却器を複合一体化させることで発
電装置の体積を減少させることができる。また、フロー
上連続している改質器と水素リッチガス冷却器の間の接
続流路を極小化することができる。さらに、より高温で
運転される改質器を、より低温で運転される水素リッチ
ガス冷却器で包囲するため、改質器表面から大気への放
熱損失を抑制する機能もある。According to the second aspect of the present invention, the volume of the power generator can be reduced by integrally integrating the reformer and the hydrogen-rich gas cooler. Further, the connection flow path between the reformer and the hydrogen-rich gas cooler that are continuous on the flow can be minimized. Furthermore, since the reformer operated at a higher temperature is surrounded by a hydrogen-rich gas cooler operated at a lower temperature, it also has a function of suppressing heat loss from the reformer surface to the atmosphere.
【0037】請求項3の発明は、請求項1または2記載
の固体高分子型燃料電池発電装置において、排気ガスバ
ーナーの外筒部に水蒸気過熱器が設置され、排気ガスバ
ーナー及び水蒸気過熱器が複合一体化されたことを特徴
とする。According to a third aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the first or second aspect, a steam superheater is installed in an outer cylinder portion of the exhaust gas burner, and the exhaust gas burner and the steam superheater are installed. It is characterized by being combined and integrated.
【0038】請求項4の発明は、請求項3記載の固体高
分子型燃料電池発電装置において、排気ガスバーナー及
び水蒸気過熱器が複合一体化された機器の外筒部に混合
ガス予熱器が設置され、排気ガスバーナーと水蒸気過熱
器と混合ガス予熱器とが複合一体化されたことを特徴と
する。According to a fourth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the third aspect, a mixed gas preheater is installed in an outer cylinder portion of a device in which an exhaust gas burner and a steam superheater are combined and integrated. The exhaust gas burner, the steam superheater and the mixed gas preheater are combined and integrated.
【0039】以上の請求項3または4の発明では、水蒸
気過熱器もしくは燃料混合ガス予熱器を排気ガスバーナ
ーと複合一体化させることで発電装置体積の減少が可能
である。また、フローシークエンス上連続した排気ガス
バーナーと水蒸気過熱器もしくは燃料混合ガス予熱器と
の間の接続流路を極小化できる。さらに、より高温で運
転される排気ガスバーナーを、より低温で運転される水
蒸気過熱器もしくは燃料混合ガス予熱器で囲むので、排
気ガスバーナー表面から大気への放熱損失を抑えること
ができる。According to the third or fourth aspect of the present invention, the volume of the power generator can be reduced by integrally integrating the steam superheater or the fuel gas preheater with the exhaust gas burner. Further, the connecting flow path between the exhaust gas burner and the steam superheater or the fuel-mixed gas preheater which are continuous in the flow sequence can be minimized. Further, since the exhaust gas burner operated at a higher temperature is surrounded by a steam superheater or a fuel-mixed gas preheater operated at a lower temperature, heat loss from the exhaust gas burner surface to the atmosphere can be suppressed.
【0040】請求項5の発明は、請求項2、3または4
記載の固体高分子型燃料電池発電装置において、改質器
外筒部に水素リッチガス冷却器と共に水蒸発器が設置さ
れ、改質器と水素リッチガス冷却器と水蒸発器とが複合
一体化されたことを特徴とする。The invention of claim 5 is the invention of claim 2, 3 or 4.
In the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the description, a water evaporator is installed together with the hydrogen-rich gas cooler in the outer cylinder of the reformer, and the reformer, the hydrogen-rich gas cooler, and the water evaporator are combined and integrated. It is characterized by the following.
【0041】上記の請求項5の発明では、改質器に水素
リッチガス冷却器及び水蒸発器を複合一体化させること
で、前記請求項2の発明の持つ作用効果に加えて、装置
のコンパクト化をいっそう進めることができる。According to the fifth aspect of the present invention, a hydrogen-rich gas cooler and a water evaporator are integrally combined with the reformer, so that the apparatus can be made compact in addition to the function and effect of the second aspect of the present invention. Can be further advanced.
【0042】請求項6の発明は、請求項1、2、3、4
または5記載の固体高分子型燃料電池発電装置におい
て、脱硫器が水素リッチガス流路の水素リッチガス冷却
器と低温一酸化炭素変成器の中間に設置され、低温一酸
化炭素変成器及び脱硫器が複合一体化されたことを特徴
とする。The invention of claim 6 is the invention of claims 1, 2, 3, 4
Or the desulfurizer is installed in the hydrogen-rich gas passage between the hydrogen-rich gas cooler and the low-temperature carbon monoxide converter, and the low-temperature carbon monoxide converter and the desulfurizer are combined. It is characterized by being integrated.
【0043】以上の請求項6の発明では、低温一酸化炭
素変成器及び脱硫器を複合一体化させることにより、装
置体積の減少、並びに低温一酸化炭素変成器における放
熱損失の抑制を実現することができる。According to the sixth aspect of the present invention, by integrating the low-temperature carbon monoxide converter and the desulfurizer integrally, it is possible to reduce the volume of the apparatus and to suppress the heat radiation loss in the low-temperature carbon monoxide converter. Can be.
【0044】請求項7の発明は、請求項1、2、3、
4、5または6記載の固体高分子型燃料電池発電装置に
おいて、燃料と酸素を含むガスを反応させて燃焼ガスを
発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体とガス
体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが設けら
れ、排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナ
ーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流
路に合流する第1の合流点が形成され、燃料混合ガス予
熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる分岐点が形成さ
れ、分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流点が
形成され、装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガ
スが発生し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過
した後、第1の合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼
ガス流路に流入し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器
の順に通過し、分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電
池冷却媒体加熱器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素
変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通
過した後、第2の合流点で再び残余の起動バーナーから
の燃焼ガスに合流し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸
発器、水凝縮器の順に通過するように構成され、かつ改
質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒
層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バーナー
燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通する
経路とは独立して設置されたことを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention,
7. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 4, 5, or 6, wherein heat is exchanged between a starting burner that reacts a gas containing fuel and oxygen to generate a combustion gas, and a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A fuel cell cooling medium heater is provided, and a first junction is formed between the exhaust gas burner and the steam superheater where a combustion gas from the starting burner joins a combustion gas flow path from the exhaust gas burner; A branch point where the combustion gas is separated is formed between the mixed gas preheater and the water evaporator, a second junction where the combustion gas merges downstream of the branch point is formed, and the startup burner operates when the apparatus is started. Combustion gas is generated, and after the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer, flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the first junction, where the steam superheater, the fuel mixed gas Pass in the order of the preheater and After the combustion gas branched at the point passes through the fuel cell cooling medium heater, the absorbent layer of the desulfurizer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, the second merger is performed. At this point, the combustion gas from the remaining start-up burner joins again, and further the start-up burner combustion gas passes through the water evaporator and the water condenser in this order, and the reforming catalyst layer, the desulfurizer absorber layer, and the low-temperature In the carbon monoxide conversion catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, a path for circulating the starting burner combustion gas is provided independently of a path for circulating the hydrogen-rich gas.
【0045】以上の構成を有する請求項7の発明におい
ては、装置起動時に起動バーナーからの燃焼ガスが改質
器の改質触媒層を通過した後、第1の合流点にて排気ガ
スバーナーからの燃焼ガス流路に流入し、水蒸気過熱
器、燃料混合ガス予熱器の順に通過し、分岐点にて分岐
された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱器、脱硫器の吸
収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化
炭素除去触媒層の順に通過した後、第2の合流点で再び
残余の起動バーナーからの燃焼ガスに合流し、更に起動
バーナー燃焼ガスが水蒸発器、水凝縮器の順に通過す
る。このことにより、改質器に原料となるガスが供給さ
れる前に予め各機器を充分高温に昇温することができ、
しかも起動時に生成した一酸化炭素の吸着による燃料極
触媒被毒を防止することができる。と同時に、燃料電池
冷却媒体を昇温する。According to the seventh aspect of the present invention having the above structure, after the combustion gas from the starting burner passes through the reforming catalyst layer of the reformer at the time of starting the apparatus, the combustion gas from the exhaust gas burner at the first junction. Into the combustion gas flow path, passes through the steam superheater and the fuel mixture gas preheater in that order, and the combustion gas branched at the branch point becomes the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer absorber layer, and the low-temperature monoxide. After passing through the carbon shift catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, at the second confluence point, it merges again with the remaining combustion gas from the start-up burner, and further the start-up burner combustion gas passes through the water evaporator, water Pass in the order of the condenser. This makes it possible to raise each device to a sufficiently high temperature before the gas as a raw material is supplied to the reformer,
Moreover, poisoning of the fuel electrode catalyst due to adsorption of carbon monoxide generated at the time of startup can be prevented. At the same time, the temperature of the fuel cell cooling medium is increased.
【0046】また、改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温
一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒
層、すなわち燃料電池燃料極の上流に位置する機器につ
いては、水素リッチガスが流通する経路とは独立して起
動バーナー燃焼ガスの流通経路を設置したので、燃料処
理系の触媒層において高温・還元性雰囲気での使用が想
定されていても、燃焼ガスの流通による酸化及び結露の
心配がなく、活性低下が起こらず、起動前の還元操作も
不要である。The reforming catalyst layer, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, that is, the equipment located upstream of the fuel electrode of the fuel cell, are provided with a hydrogen-rich gas. The flow path of the starting burner combustion gas is installed independently of the flow path of the combustion gas, so even if it is assumed that the catalyst layer of the fuel processing system is used in a high-temperature and reducing atmosphere, oxidation and combustion of the combustion gas flow. There is no need to worry about dew condensation, no decrease in activity, and there is no need for a reduction operation before starting.
【0047】請求項8の発明は、請求項7記載の固体高
分子型燃料電池発電装置において、起動バーナーと第1
の合流点の間に第1止め弁が設けられ、分岐点と燃料電
池冷却媒体加熱器の間に第2止め弁が設けられ、選択酸
化式一酸化炭素除去触媒層と第2の合流点の間に第3止
め弁が設けられたことを特徴とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the seventh aspect, the starting burner and the first
A first stop valve is provided between the junctions of the fuel cell and the fuel cell cooling medium heater, and a second stop valve is provided between the junction and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer and the second junction. A third stop valve is provided therebetween.
【0048】このような請求項8の発明では、流路の切
替えを止め弁の開閉で行うので、起動バーナーの燃焼ガ
ス流路と排気バーナーの燃焼ガス流路を共通化でき、機
器を簡素化することができる。According to the eighth aspect of the present invention, since the switching of the flow path is performed by opening and closing the stop valve, the combustion gas flow path of the starting burner and the combustion gas flow path of the exhaust burner can be shared, and the equipment can be simplified. can do.
【0049】請求項9の発明は、請求項8の発明にかか
る固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であり、装
置起動時でかつ水蒸発器温度、燃料電池冷却媒体加熱器
温度、脱硫器温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選
択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度の少なくとも一つが
予め設定された目標温度に達せずかついずれの温度も予
め設定された最高限界温度に達しない場合には第1止め
弁、第2止め弁及び第3止め弁が開き、装置起動時でか
つ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器温度、低温一酸
化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸化炭素除去触媒
層温度のすべてが予め設定された目標温度以上に達した
かもしくはいずれかの温度が予め設定された最高限界温
度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定した目標温度に
達しない場合には第1止め弁が開いて第2止め弁及び第
3止め弁が閉じ、第2止め弁及び第3止め弁が開いた状
態で水蒸発器温度が予め設定された最高限界温度に達し
た場合には第1止め弁のみが閉じ、第2止め弁及び第3
止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度が予め設定した目標
温度に達した場合には第1止め弁が閉じて運転状態に移
行し、運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第3止め
弁が閉じ、停止時には第1止め弁が閉じて第2止め弁及
び第3止め弁が開くことを特徴とする。A ninth aspect of the present invention is a method for operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the eighth aspect of the present invention, wherein the temperature of the water evaporator, the temperature of the fuel cell cooling medium heater, At least one of the reactor temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and the selective oxidation-type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach the preset target temperature, and none of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature. In this case, the first stop valve, the second stop valve, and the third stop valve are opened, and when the apparatus is started and the fuel cell cooling medium heater temperature, the desulfurizer temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and the selective oxidation type Either all of the carbon oxide removal catalyst layer temperatures have reached or exceeded the preset target temperature, or any of the temperatures has reached the preset maximum limit temperature, and the water evaporator temperature has not reached the preset target temperature. in case of When the water evaporator temperature reaches a preset maximum limit temperature in a state where the one stop valve is opened, the second stop valve and the third stop valve are closed, and the second stop valve and the third stop valve are opened. Only the first stop valve is closed, and the second stop valve and the third stop valve are closed.
If the water evaporator temperature reaches a preset target temperature with the stop valve closed, the first stop valve closes and shifts to the operating state. During operation, the first stop valve, the second stop valve, and the third stop valve are operated. The stop valve is closed, and when stopped, the first stop valve is closed and the second stop valve and the third stop valve are opened.
【0050】請求項9の発明においては、以上のような
運転方法を実施することにより、各機器をほぼ同調して
所定の温度にまで昇温することができ、さらには過剰な
昇温を防止することができる。According to the ninth aspect of the present invention, by implementing the above-described operation method, it is possible to raise the temperature of each device to a predetermined temperature substantially in synchronization with each other, and to prevent excessive temperature rise. can do.
【0051】請求項10の発明は、請求項8記載の固体
高分子型燃料電池発電装置において、第2止め弁と第3
止め弁の間の流路のいずれかの箇所に第2の分岐点が形
成され、第2の分岐点には外気に開放される配管が接続
され、この配管に第4止め弁が設けられたことを特徴と
する。According to a tenth aspect, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the eighth aspect, the second stop valve and the third stop valve are provided.
A second branch point was formed at any point in the flow path between the stop valves, a pipe opened to the outside air was connected to the second branch point, and a fourth stop valve was provided in this pipe. It is characterized by the following.
【0052】請求項11の発明は、請求項10の発明に
かかる固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であ
り、装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱
硫器温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式
一酸化炭素除去触媒層温度の少なくとも一つが予め設定
された目標温度に達せずかついずれの温度も予め設定さ
れた最高限界温度に達しない場合には第1止め弁、第2
止め弁及び第3止め弁が開いて第4止め弁が閉じ、装置
起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器温
度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸化
炭素除去触媒層温度のすべてが予め設定された目標温度
以上に達したかもしくはいずれかが予め設定された最高
限界温度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定した目標
温度に達しない場合には第2止め弁及び第3止め弁が閉
じて第1止め弁及び第4止め弁が開き、第2止め弁及び
第3止め弁が開いて第4止め弁が閉じた状態で水蒸発器
温度が予め設定された最高限界温度に達した場合には第
1止め弁のみが閉じ、第2止め弁及び第3止め弁が閉じ
た状態で水蒸発器温度が予め設定した目標温度に達した
場合には第1止め弁が閉じて第4止め弁が開いて運転状
態に移行し、運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第
3止め弁が閉じて第4止め弁が開き、装置停止時には第
2止め弁または第3止め弁の少なくとも一方と第4止め
弁が開くことを特徴とする。An eleventh aspect of the present invention relates to a method of operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the tenth aspect of the present invention, wherein the temperature of the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer temperature and the low If at least one of the carbon dioxide conversion catalyst layer temperature and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach the preset target temperature and none of the temperatures reach the preset maximum limit temperature, the first Stop valve, second
The stop valve and the third stop valve are opened and the fourth stop valve is closed, and the fuel cell cooling medium heater temperature, the desulfurizer temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and the selective oxidation type carbon monoxide removal at the time of starting the apparatus. If all of the catalyst layer temperatures have reached or exceeded the preset target temperature, or if any of them has reached the preset maximum limit temperature and the water evaporator temperature has not reached the preset target temperature, the second When the stop valve and the third stop valve are closed, the first stop valve and the fourth stop valve are opened, and the second stop valve and the third stop valve are opened and the fourth stop valve is closed, the water evaporator temperature is preset. When the temperature reaches the set maximum limit temperature, only the first stop valve is closed, and when the water evaporator temperature reaches the preset target temperature with the second stop valve and the third stop valve closed, the first stop valve is closed. When the 1 stop valve closes and the 4th stop valve opens and shifts to the operating state, Is characterized in that the first stop valve, the second stop valve and the third stop valve are closed and the fourth stop valve is opened, and when the apparatus is stopped, at least one of the second stop valve and the third stop valve and the fourth stop valve are opened. And
【0053】上記請求項10及び11の発明によれば、
各機器をほぼ同調して所定の温度にまで昇温でき、過剰
昇温を防ぐと共に、第4止め弁の働きにより起動バーナ
ー燃焼ガス流路の減圧を防止することができる。According to the tenth and eleventh aspects of the present invention,
It is possible to raise the temperature of each device to a predetermined temperature substantially in synchronism, to prevent excessive temperature rise, and to prevent the pressure in the startup burner combustion gas flow path by the function of the fourth stop valve.
【0054】請求項12の発明は、請求項1、2、3、
4、5または6記載の固体高分子型燃料電池発電装置に
おいて、燃料と酸素を含むガスを反応させて燃焼ガスを
発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体とガス
体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが設けら
れ、排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナ
ーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流
路に合流する合流点が形成され、燃料混合ガス予熱器と
水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる分岐点が形成され、装
置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生し、
この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、合流
点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入し、
水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器の順に通過し、分岐
点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱器、
脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸
化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過した後、大気中に
出て、一方、分岐点にて分岐された残余の起動バーナー
からの燃焼ガスは更に水蒸発器、水凝縮器の順に通過す
るように構成され、かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、
低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去
触媒層には起動バーナー燃焼ガスを流通する経路が、水
素リッチガスが流通する経路とは独立して設置されたこ
とを特徴とする。The twelfth aspect of the present invention is the first aspect of the present invention.
7. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 4, 5, or 6, wherein heat is exchanged between a starting burner that reacts a gas containing fuel and oxygen to generate a combustion gas, and a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A fuel cell cooling medium heater is provided, and a junction is formed between the exhaust gas burner and the steam superheater where a combustion gas from the starting burner joins a combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and a fuel mixed gas preheating is performed. A branch point where the combustion gas is separated is formed between the device and the water evaporator, and when the device is started, the starting burner operates to generate the combustion gas,
After this combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer, it flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction,
The combustion gas that passes through the steam superheater and the fuel-mixed gas preheater in this order and is branched at the branch point is a fuel cell cooling medium heater,
After passing through the desulfurizer absorber layer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in order, it goes out into the atmosphere, while the remaining start-up burner branched at the branch point Is further configured to pass through a water evaporator and a water condenser in this order, and a reforming catalyst layer, a desulfurizer absorber layer,
The low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer and the selective oxidation-type carbon monoxide removal catalyst layer are characterized in that a passage for circulating the starting burner combustion gas is provided independently of a passage for the hydrogen-rich gas.
【0055】上記請求項12の発明においては、装置起
動時に起動バーナーからの燃焼ガスが改質器の改質触媒
層を通過した後、合流点にて排気ガスバーナーからの燃
焼ガス流路に流入し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱
器の順に通過し、分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料
電池冷却媒体加熱器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭
素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に
通過するまでは、前記請求項7の発明と同じであるが、
それ以降熱交換に使用されることなく大気中に放出され
る点が異なっている。このような請求項12の発明によ
れば、各機器を充分高温に昇温することができると同時
に、簡易な装置を構築することができる。In the twelfth aspect of the present invention, after the combustion gas from the starting burner passes through the reforming catalyst layer of the reformer when the apparatus is started, it flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction. Then, the combustion gas that passes through the steam superheater and the fuel gas preheater in that order is split at the branch point into a fuel cell cooling medium heater, a desulfurizer absorber layer, a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation. Until it passes in the order of the formula carbon monoxide removal catalyst layer, it is the same as the invention of claim 7, but
The difference is that it is subsequently released into the atmosphere without being used for heat exchange. According to the twelfth aspect of the present invention, each device can be heated to a sufficiently high temperature and a simple device can be constructed.
【0056】請求項13の発明は、請求項12記載の固
体高分子型燃料電池発電装置において、起動バーナーと
合流点の間に第1止め弁が、分岐点と脱硫器吸収材層の
間に第2止め弁が設けられたことを特徴とする。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the twelfth aspect, the first stop valve is provided between the starting burner and the junction, and the first stop valve is provided between the branch point and the desulfurizer absorbent layer. A second stop valve is provided.
【0057】請求項14の発明は、請求項13の発明に
かかる固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であ
り、装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱
硫器温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式
一酸化炭素除去触媒層温度の少なくとも一つが予め設定
された目標温度に達せずかついずれの温度も予め設定さ
れた最高限界温度に達しない場合には第1止め弁及び第
2止め弁が開き、装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加
熱器温度、脱硫器温度温度、低温一酸化炭素変成触媒層
温度、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度のすべてが
予め設定された目標温度以上に達したかもしくはいずれ
かが予め設定された最高限界温度に達し、かつ水蒸発器
温度が予め設定した目標温度に達しない場合には第1止
め弁が開いて第2止め弁が閉じ、第2止め弁が開いた状
態で水蒸発器温度が予め設定された最高限界温度に達し
た場合には第1止め弁のみが閉じ、第2止め弁が閉じた
状態で水蒸発器温度が予め設定した目標温度に達した場
合には第1止め弁が閉じて運転状態に移行し、運転時に
は第1止め弁及び第2止め弁が閉じることを特徴とす
る。According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a method for operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the thirteenth aspect of the present invention. If at least one of the carbon dioxide conversion catalyst layer temperature and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach the preset target temperature and none of the temperatures reach the preset maximum limit temperature, the first The stop valve and the second stop valve are opened, and all of the fuel cell cooling medium heater temperature, desulfurizer temperature temperature, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperature at the time of starting the apparatus. If the temperature reaches or exceeds a preset target temperature or any of the temperatures reaches a preset maximum limit temperature and the water evaporator temperature does not reach the preset target temperature, the first stop valve opens and the second stop valve opens. Two stops When the water evaporator temperature reaches a preset maximum limit temperature with the valve closed and the second stop valve opened, only the first stop valve is closed and water evaporation is performed with the second stop valve closed. When the container temperature reaches a preset target temperature, the first stop valve closes and shifts to an operating state, and the first stop valve and the second stop valve close during operation.
【0058】上記の請求項13及び14の発明では、請
求項12記載の固体高分子型燃料電池発電装置におい
て、各機器をほぼ同調して所定の温度にまで昇温でき、
過剰昇温を防ぎながら、装置の簡略化を図ることができ
る。According to the invention of claims 13 and 14, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 12, it is possible to raise the temperature of each device to a predetermined temperature substantially in synchronization with each other,
The apparatus can be simplified while preventing excessive temperature rise.
【0059】請求項15の発明は、請求項1、2、3、
4、5または6記載の固体高分子型燃料電池発電装置に
おいて、燃料と酸素を含むガスを反応させて燃焼ガスを
発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体とガス
体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが設けら
れ、排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナ
ーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流
路に合流する合流点が形成され、装置起動時に起動バー
ナーが動作して燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが改質
器の改質触媒層を通過した後、合流点にて排気ガスバー
ナーからの燃焼ガス流路に流入し、水蒸気過熱器、燃料
混合ガス予熱器、水蒸発器、燃料電池冷却媒体加熱器、
水凝縮器の順に通過するように構成されたことを特徴と
する。According to a fifteenth aspect of the present invention,
7. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 4, 5, or 6, wherein heat is exchanged between a starting burner that reacts a gas containing fuel and oxygen to generate a combustion gas, and a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A fuel cell cooling medium heater is provided, and a junction is formed between the exhaust gas burner and the steam superheater, where a combustion gas from the starting burner joins a combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and is started when the apparatus is started. The burner operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer, the combustion gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the confluence point, and the steam superheater and the fuel Mixed gas preheater, water evaporator, fuel cell cooling medium heater,
It is characterized in that it is configured to pass in the order of the water condenser.
【0060】以上の請求項15の発明では、高温が必要
な改質器の昇温及び昇温に多くの熱量を必要とする燃料
電池冷却媒体加熱器や水蒸発器の加熱にのみ起動バーナ
ー燃焼ガスを利用している。つまり、起動バーナー燃焼
ガスによる昇温を選択的に実施することにより燃焼ガス
流路をシンプルにし、装置の簡易化を進めることができ
る。According to the above-mentioned invention, the burner combustion is started only for heating the fuel cell cooling medium heater or the water evaporator which requires a large amount of heat to raise the temperature of the reformer which requires a high temperature. We use gas. In other words, by selectively performing the temperature increase by the starting burner combustion gas, the combustion gas flow path can be simplified, and the apparatus can be simplified.
【0061】請求項16の発明は、請求項15記載の固
体高分子型燃料電池発電装置において、起動バーナーと
合流点の間に止め弁が設けられたことを特徴とする。According to a sixteenth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the fifteenth aspect, a stop valve is provided between the starting burner and the junction.
【0062】請求項17の発明は、請求項16の発明に
かかる固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であ
り、装置起動時の水蒸発器温度が予め設定された目標温
度に未達であれば止め弁が開き、止め弁が開いた状態で
燃料電池冷却媒体加熱器温度が予め設定された最高限界
温度に達した場合には、燃料電池冷却媒体冷却器が運転
されて温度制御を行い、水蒸発器温度が予め設定された
目標温度に達したら止め弁が閉じて運転状態に移行し、
運転時には止め弁が閉じ、かつ装置起動時には脱硫器、
低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去
触媒層の温度がそれぞれ個別に電力によって加熱される
ことを特徴とする。A seventeenth aspect of the present invention is a method for operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the sixteenth aspect, wherein the water evaporator temperature at the time of starting the apparatus has not reached a preset target temperature. If there is, the stop valve opens, and when the fuel cell cooling medium heater temperature reaches the preset maximum limit temperature with the stop valve open, the fuel cell cooling medium cooler is operated to perform temperature control. When the water evaporator temperature reaches the preset target temperature, the stop valve closes and the operation state is shifted to,
The stop valve is closed during operation, and the desulfurizer is
The temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer and the temperature of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer are individually heated by electric power.
【0063】上記の請求項16及び17の発明では、請
求項15記載の固体高分子型燃料電池発電装置におい
て、各機器の昇温及び過剰昇温の防止、さらには装置の
簡略化を実現することができる。According to the inventions of the sixteenth and seventeenth aspects, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the fifteenth aspect, it is possible to prevent the temperature of each device from being raised or excessively raised, and to simplify the devices. be able to.
【0064】請求項18の発明は、改質器に供給する水
蒸気を発生させる水蒸発器と、酸素を含むガスと燃料と
水蒸発器で発生した水蒸気との混合ガスを過熱する燃料
混合ガス過熱器とが設けられ、排気ガスバーナーからの
燃焼ガスが、燃料混合ガス過熱器、水蒸発器、水凝縮器
の順に通過するように燃焼ガス流路が形成されたことを
特徴とする。The invention of claim 18 provides a water evaporator for generating steam to be supplied to the reformer, and a superheated fuel gas mixture for heating a mixed gas of a gas containing oxygen, fuel and steam generated by the water evaporator. And a combustion gas passage is formed so that the combustion gas from the exhaust gas burner passes through the fuel mixed gas superheater, the water evaporator, and the water condenser in this order.
【0065】以上のような請求項18の発明では、燃料
電池で消費されなかった可燃性物質を排気ガスバーナー
で燃焼し、この燃焼ガスを燃料混合ガス過熱器、及び水
蒸発器、水凝縮器と高温の機器から順に通過させること
により、排気ガスバーナーの燃焼熱を効率よく回収する
ことができる。また、請求項18の発明においては、燃
料を空気と混合するだけではなく、水蒸気と混合した状
態で過熱するため、請求項1の発明に比べて改質器へ導
入する反応ガス温度を高く設定することができる。さら
には、酸素を含むガスの改質器への投入量を減らすこと
が可能である。In the above invention, the combustible material not consumed in the fuel cell is burned by the exhaust gas burner, and the combustion gas is used to burn a fuel-mixed gas superheater, a water evaporator, and a water condenser. By passing the gas in order from the device having the highest temperature, the combustion heat of the exhaust gas burner can be efficiently recovered. Further, in the invention of claim 18, since the fuel is heated not only in a state of being mixed with air but also in the state of being mixed with steam, the temperature of the reaction gas introduced into the reformer is set higher than in the invention of claim 1. can do. Further, it is possible to reduce the amount of oxygen-containing gas charged into the reformer.
【0066】請求項19の発明は、請求項18記載の固
体高分子型燃料電池発電装置において、改質器の外筒部
に水素リッチガス冷却器が設置され、改質器及び水素リ
ッチガス冷却器が複合一体化されたことを特徴とする。[0066] The invention of claim 19 is the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 18, wherein a hydrogen-rich gas cooler is installed in the outer cylinder of the reformer, and the reformer and the hydrogen-rich gas cooler are connected to each other. It is characterized by being combined and integrated.
【0067】以上のような請求項19の発明では、改質
器及び水素リッチガス冷却器を複合一体化させることで
発電装置の体積を減少させることができ、改質器と水素
リッチガス冷却器との接続流路の極小化と、改質器表面
から大気への放熱損失の抑制を図ることができる。According to the nineteenth aspect, the volume of the power generator can be reduced by integrally integrating the reformer and the hydrogen-rich gas cooler. Minimization of the connection flow path and suppression of heat loss from the reformer surface to the atmosphere can be achieved.
【0068】請求項20の発明は、請求項18または1
9記載の固体高分子型燃料電池発電装置において、排気
ガスバーナーの外筒部に燃料混合ガス過熱器が設置さ
れ、排気ガスバーナー及び燃料混合ガス過熱器が複合一
体化されたことを特徴とする。The twentieth aspect of the present invention is the twelfth aspect or the first aspect.
9. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 9, wherein a fuel-mixed gas superheater is installed in an outer cylinder of the exhaust gas burner, and the exhaust gas burner and the fuel-mixed gas superheater are combined and integrated. .
【0069】以上の請求項20の発明では、燃料混合ガ
ス過熱器を排気ガスバーナーと複合一体化させることで
発電装置体積の減少が可能である。また、排気ガスバー
ナーと燃料混合ガス過熱器との間の接続流路を極小化で
きる。さらに、排気ガスバーナーを燃料混合ガス過熱器
で囲むことにより、排気ガスバーナー表面から大気への
放熱損失を抑えることができる。According to the twentieth aspect of the present invention, the volume of the power generator can be reduced by integrally integrating the fuel-mixed gas superheater with the exhaust gas burner. Further, the connection flow path between the exhaust gas burner and the fuel-mixed gas superheater can be minimized. Further, by surrounding the exhaust gas burner with the fuel-mixed gas superheater, heat loss from the surface of the exhaust gas burner to the atmosphere can be suppressed.
【0070】請求項21の発明は、請求項19または2
0記載の固体高分子型燃料電池発電装置において、改質
器外筒部に水素リッチガス冷却器と共に水蒸発器が設置
され、改質器と水素リッチガス冷却器と水蒸発器とが複
合一体化されたことを特徴とする。The invention of claim 21 is the invention of claim 19 or 2
0, the water evaporator is installed together with the hydrogen-rich gas cooler in the outer cylinder part of the reformer, and the reformer, the hydrogen-rich gas cooler, and the water evaporator are combined and integrated. It is characterized by having.
【0071】上記の請求項21の発明では、改質器に水
素リッチガス冷却器及び水蒸発器を複合一体化させるこ
とで、前記請求項19の発明の持つ作用効果をいっそう
進めることができる。According to the twenty-first aspect of the present invention, the effect of the nineteenth aspect can be further enhanced by integrally integrating the hydrogen-rich gas cooler and the water evaporator in the reformer.
【0072】請求項22の発明は、請求項18、19、
20または21記載の固体高分子型燃料電池発電装置に
おいて、脱硫器が水素リッチガス流路の水素リッチガス
冷却器と低温一酸化炭素変成器の中間に設置され、低温
一酸化炭素変成器及び脱硫器が複合一体化されたことを
特徴とする。The invention according to claim 22 is based on claims 18, 19,
22. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 20 or 21, wherein the desulfurizer is provided between the hydrogen-rich gas cooler and the low-temperature carbon monoxide converter in the hydrogen-rich gas passage, and the low-temperature carbon monoxide converter and the desulfurizer are provided. It is characterized by being combined and integrated.
【0073】以上の請求項22の発明では、低温一酸化
炭素変成器及び脱硫器を複合一体化させることにより、
装置体積の減少、並びに低温一酸化炭素変成器における
放熱損失の抑制を実現することができる。In the above invention, the low-temperature carbon monoxide converter and the desulfurizer are combined and integrated,
It is possible to reduce the volume of the device and to suppress the heat radiation loss in the low-temperature carbon monoxide converter.
【0074】請求項23の発明は、請求項18、19、
20、21または22記載の固体高分子型燃料電池発電
装置において、燃料と酸素を含むガスを反応させて燃焼
ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体
とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが
設けられ、排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間
に起動バーナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーから
の燃焼ガス流路に合流する第1の合流点が形成され、燃
料混合ガス過熱器の下流に燃焼ガスが分れる分岐点が形
成され、分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流
点が形成され、装置起動時に起動バーナーが動作して燃
焼ガスが発生し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を
通過した後、第1の合流点にて排気ガスバーナーからの
燃焼ガス流路に流入し、次いで燃料混合ガス過熱器を通
過した後、分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷
却媒体加熱器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過
し、第2の合流点で再び残余の起動バーナーからの燃焼
ガスに合流し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器を
通過するように構成され、かつ改質触媒層、脱硫器吸収
材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭
素除去触媒層には起動バーナー燃焼ガスを流通する経路
が、水素リッチガスが流通する経路とは独立して設置さ
れたことを特徴とする。According to the twenty-third aspect of the present invention,
23. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 20, 21, or 22, wherein heat is exchanged between a starting burner that reacts a gas containing fuel and oxygen to generate combustion gas, and a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A fuel cell cooling medium heater is provided, and a first junction is formed between the exhaust gas burner and the fuel-mixed gas superheater where the combustion gas from the starting burner merges into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner. A branch point where the combustion gas is separated is formed downstream of the fuel-mixed gas superheater, and a second junction point where the combustion gas merges is formed downstream of the branch point. After the combustion gas passed through the reforming catalyst layer of the reformer, flowed into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the first junction, and then passed through the fuel-mixed gas superheater. After, branch point The branched combustion gas passes through the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, and again at the second junction. Combined with the combustion gas from the remaining start-up burner, the start-up burner combustion gas is configured to pass through a water evaporator, and a reforming catalyst layer, a desulfurizer absorber layer, a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, The oxidizing carbon monoxide removal catalyst layer is characterized in that a path for circulating the starting burner combustion gas is provided independently of a path for circulating the hydrogen-rich gas.
【0075】以上の構成を有する請求項23の発明は、
前述した請求項7の発明と同様の作用効果を有してい
る。すなわち、装置起動時に起動バーナーからの燃焼ガ
スが改質器の改質触媒層を通過した後、第1の合流点に
て排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入し、水蒸
気過熱器、燃料混合ガス予熱器の順に通過し、分岐点に
て分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱器、脱硫
器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式
一酸化炭素除去触媒層の順に通過した後、第2の合流点
で再び残余の起動バーナーからの燃焼ガスに合流し、更
に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器、水凝縮器の順に通
過する。このことにより、改質器に原料となるガスが供
給される前に予め各機器を充分高温に昇温することがで
き、しかも起動時に生成した一酸化炭素の吸着による燃
料極触媒被毒を防止することができる。と同時に、燃料
電池冷却媒体を昇温する。According to the twenty-third aspect of the present invention having the above structure,
It has the same function and effect as the seventh aspect of the invention. That is, when the combustion gas from the starting burner passes through the reforming catalyst layer of the reformer at the time of starting the apparatus, it flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the first junction, and the steam superheater and the fuel The combustion gas that passes through the mixed gas preheater in order and is branched at the branch point is a fuel cell cooling medium heater, a desulfurizer absorber layer, a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and a selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. At the second joining point, the fuel gas again merges with the combustion gas from the remaining start-up burner, and the start-up burner combustion gas passes through the water evaporator and the water condenser in this order. This allows each device to be heated to a sufficiently high temperature before the gas as a raw material is supplied to the reformer, and prevents poisoning of the fuel electrode catalyst due to adsorption of carbon monoxide generated at startup. can do. At the same time, the temperature of the fuel cell cooling medium is increased.
【0076】また、改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温
一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒
層、すなわち燃料電池燃料極の上流に位置する機器につ
いては、水素リッチガスが流通する経路とは独立して起
動バーナー燃焼ガスの流通経路を設置したので、燃焼ガ
スの流通による酸化及び結露の心配がなく、活性低下が
起こらず、かつ起動前に還元操作を行う必要もない。The reforming catalyst layer, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, that is, the equipment located upstream of the fuel electrode of the fuel cell, use hydrogen-rich gas. Since the flow path of the combustion gas for starting the burner is installed independently of the path through which the gas flows, there is no fear of oxidation and dew condensation due to the flow of the combustion gas, there is no reduction in activity, and there is no need to perform a reduction operation before starting. Absent.
【0077】請求項24の発明は、請求項23記載の固
体高分子型燃料電池発電装置において、改質器の改質触
媒層と第1の合流点の間に第1止め弁が設けられ、分岐
点と脱硫器吸収材層の間に第2止め弁が設けられ、選択
酸化式一酸化炭素除去触媒層と第2の合流点の間に第3
止め弁が設けられたことを特徴とする。According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the twenty-third aspect, a first stop valve is provided between the reforming catalyst layer of the reformer and the first junction. A second stop valve is provided between the branch point and the desulfurizer absorbent layer, and a third stop valve is provided between the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer and the second junction.
A stop valve is provided.
【0078】このような請求項24の発明では、前記請
求項8の発明と同じく、流路の切替えを止め弁の開閉で
行うので、起動バーナーの燃焼ガス流路と排気バーナー
の燃焼ガス流路を共通化でき、機器を簡素化することが
できる。In the twenty-fourth aspect, the switching of the flow path is performed by opening and closing the stop valve, as in the eighth aspect, so that the combustion gas flow path of the starting burner and the combustion gas flow path of the exhaust burner are provided. Can be shared, and the equipment can be simplified.
【0079】請求項25の発明は、請求項24の発明に
かかる固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であ
り、装置起動時でかつ水蒸発器温度、燃料電池冷却媒体
加熱器温度、脱硫器温度、低温一酸化炭素変成触媒層温
度、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度の少なくとも
一つが予め設定された目標温度に達せずかついずれの温
度も予め設定された最高限界温度に達しない場合には第
1止め弁、第2止め弁及び第3止め弁が開き、装置起動
時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器温度、低
温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸化炭素除
去触媒層温度のすべてが予め設定された目標温度以上に
達したかもしくはいずれかの温度が予め設定された最高
限界温度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定した目標
温度に達しない場合には第1止め弁が開いて第2止め弁
及び第3止め弁が閉じ、第2止め弁及び第3止め弁が開
いた状態で水蒸発器温度が予め設定された最高限界温度
に達した場合には第1止め弁のみが閉じ、第2止め弁及
び第3止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度が予め設定し
た目標温度に達した場合には第1止め弁が閉じて運転状
態に移行し、運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第
3止め弁が閉じ、停止時には第1止め弁が閉じて第2止
め弁及び第3止め弁が開くことを特徴とする。A twenty-fifth aspect of the present invention relates to a method of operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the twenty-fourth aspect of the present invention, wherein the temperature of the water evaporator, the temperature of the fuel cell cooling medium heater, At least one of the reactor temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and the selective oxidation-type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach the preset target temperature, and none of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature. In this case, the first stop valve, the second stop valve, and the third stop valve are opened, and when the apparatus is started and the fuel cell cooling medium heater temperature, the desulfurizer temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and the selective oxidation type Either all of the carbon oxide removal catalyst layer temperatures have reached or exceeded the preset target temperature, or any of the temperatures has reached the preset maximum limit temperature, and the water evaporator temperature has not reached the preset target temperature. If Means that the first stop valve is opened, the second stop valve and the third stop valve are closed, and the water evaporator temperature reaches a preset maximum limit temperature with the second stop valve and the third stop valve open. When only the first stop valve is closed and the water evaporator temperature reaches a preset target temperature with the second stop valve and the third stop valve closed, the first stop valve closes and enters the operating state. The first stop valve, the second stop valve, and the third stop valve are closed during operation, and the first stop valve is closed and the second stop valve and the third stop valve are opened during stoppage.
【0080】請求項25の発明では、以上のような運転
方法を実施することにより、各機器をほぼ同調して所定
の温度にまで昇温することができ、さらには過剰な昇温
を防止することができる。According to the twenty-fifth aspect of the present invention, by performing the above-described operation method, the temperature of each device can be substantially synchronized and the temperature can be raised to a predetermined temperature, and further, excessive temperature rise can be prevented. be able to.
【0081】請求項26の発明は、請求項24記載の固
体高分子型燃料電池発電装置において、第2止め弁と第
3止め弁の間の流路のいずれかの箇所に第2の分岐点が
形成され、第2の分岐点には外気に開放される配管が接
続され、この配管に第4止め弁が設けられたことを特徴
とする。According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the twenty-fourth aspect, the second branch point is provided at any point in the flow path between the second stop valve and the third stop valve. Is formed, and a pipe opened to the outside air is connected to the second branch point, and a fourth stop valve is provided in this pipe.
【0082】請求項27の発明は、請求項26の発明に
かかる固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であ
り、装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器、脱硫器
温度、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭
素除去触媒層温度の少なくとも一つが予め設定された目
標温度に達せずかついずれの温度も予め設定された最高
限界温度に達しない場合には第1止め弁、第2止め弁及
び第3止め弁が開いて第4止め弁が閉じ、装置起動時で
かつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器温度、低温一
酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸化炭素除去触
媒層温度のすべてが予め設定された目標温度以上に達し
たかもしくはいずれかが予め設定された最高限界温度に
達し、かつ水蒸発器温度が予め設定した目標温度に達し
ない場合には第2止め弁及び第3止め弁が閉じて第1止
め弁及び第4止め弁が開き、第2止め弁及び第3止め弁
が開いて第4止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度が予め
設定された最高限界温度に達した場合には第1止め弁の
みが閉じ、第2止め弁及び第3止め弁が閉じた状態で水
蒸発器温度が予め設定した目標温度に達した場合には第
1止め弁が閉じて第4止め弁が開いて運転状態に移行
し、運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第3止め弁
が閉じて第4止め弁が開き、装置停止時には第2止め弁
または第3止め弁の少なくとも一方と第4止め弁が開く
ことを特徴とする。The invention according to claim 27 is a method for operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the invention according to claim 26, wherein the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer temperature, and the low-temperature monoxide are used when the apparatus is started. If at least one of the carbon shift catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach the preset target temperature and none of the temperatures reach the preset maximum limit temperature, the first stop valve , The second stop valve and the third stop valve are opened and the fourth stop valve is closed, and when the apparatus is started and the fuel cell cooling medium heater temperature, the desulfurizer temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, the selective oxidation type If all of the carbon oxide removal catalyst layer temperatures have reached or exceeded the preset target temperature, or if any of them has reached the preset maximum limit temperature and the water evaporator temperature has not reached the preset target temperature, Is the second stop The water evaporator temperature is preset with the valve and the third stop valve closed, the first stop valve and the fourth stop valve opened, and the second stop valve and the third stop valve opened and the fourth stop valve closed. When the temperature reaches the maximum limit temperature, only the first stop valve is closed, and when the water evaporator temperature reaches the preset target temperature with the second stop valve and the third stop valve closed, the first stop valve is closed. The stop valve closes and the fourth stop valve opens to shift to the operating state. During operation, the first stop valve, the second stop valve and the third stop valve close and the fourth stop valve opens, and when the device stops, the second stop valve closes. At least one of the valve and the third stop valve and the fourth stop valve are opened.
【0083】上記請求項26及び27の発明によれば、
各機器をほぼ同調して所定の温度にまで昇温でき、過剰
昇温を防ぐと共に、第4止め弁の働きにより起動バーナ
ー燃焼ガス流路の減圧を防止することができる。According to the invention of claims 26 and 27,
It is possible to raise the temperature of each device to a predetermined temperature substantially in synchronism, to prevent excessive temperature rise, and to prevent the pressure in the startup burner combustion gas flow path by the function of the fourth stop valve.
【0084】請求項28の発明は、請求項18、19、
20、21または22記載の固体高分子型燃料電池発電
装置において、燃料と酸素を含むガスを反応させて燃焼
ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体
とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが
設けられ、排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間
に起動バーナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーから
の燃焼ガス流路に合流する合流点が形成され、燃料混合
ガス過熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる分岐点が
形成され、装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガ
スが発生し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過
した後、合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流
路に流入した後、燃料混合ガス過熱器を通過し、分岐点
にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱器、脱
硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化
式一酸化炭素除去触媒層の順に通過した後、大気中に出
て、一方、分岐点にて分岐された残余の起動バーナーか
らの燃焼ガスは更に水蒸発器、水凝縮器の順に通過する
ように構成され、かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低
温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触
媒層には起動バーナー燃焼ガスを流通する経路が、水素
リッチガスが流通する経路とは独立して設置されたこと
を特徴とする。According to the twenty-eighth aspect of the present invention,
23. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 20, 21, or 22, wherein heat is exchanged between a starting burner that reacts a gas containing fuel and oxygen to generate combustion gas, and a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A fuel cell cooling medium heater is provided, and a junction is formed between the exhaust gas burner and the fuel mixed gas superheater where a combustion gas from the starting burner joins a combustion gas flow path from the exhaust gas burner. A branch point where the combustion gas is separated between the gas superheater and the water evaporator is formed, and when the apparatus is started, the start-up burner operates to generate combustion gas, and this combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer. After that, after flowing into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction, it passes through the fuel mixed gas superheater, and the combustion gas branched at the branch point is supplied to the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer. Absorbent layer, After passing through the warm carbon monoxide conversion catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in order, it goes out into the atmosphere, while the remaining combustion gas from the starting burner branched at the branch point further evaporates with water. It is configured to pass in the order of the reactor and the water condenser, and the starting burner combustion gas is supplied to the reforming catalyst layer, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. It is characterized in that the circulation route is provided independently of the hydrogen-rich gas circulation route.
【0085】上記請求項28の発明においては、装置起
動時に起動バーナーからの燃焼ガスが改質器の改質触媒
層を通過した後、合流点にて排気ガスバーナーからの燃
焼ガス流路に流入し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱
器の順に通過し、分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料
電池冷却媒体加熱器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭
素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に
通過するまでは、前記請求項22の発明と同じである
が、それ以降熱交換に使用されることなく大気中に放出
される点が異なっている。このような請求項28の発明
によれば、各機器を充分高温に昇温することができると
同時に、簡易な装置を構築することができる。According to the twenty-eighth aspect of the present invention, after the combustion gas from the starting burner passes through the reforming catalyst layer of the reformer when the apparatus is started, it flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction. Then, the combustion gas that passes through the steam superheater and the fuel gas preheater in that order is split at the branch point into a fuel cell cooling medium heater, a desulfurizer absorber layer, a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation. The process up to the passage through the carbon monoxide removal catalyst layer in the order of the formula is the same as that of the invention of the above-mentioned claim 22, except that it is released to the atmosphere without being used for heat exchange thereafter. According to the twenty-eighth aspect of the present invention, each device can be heated to a sufficiently high temperature and a simple device can be constructed.
【0086】請求項29の発明は、請求項28記載の固
体高分子型燃料電池発電装置において、改質触媒層と合
流点の間に第1止め弁が設けられ、分岐点と脱硫器吸収
材層の間に第2止め弁が設けられたことを特徴とする。According to a twenty-ninth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the twenty-eighth aspect, a first stop valve is provided between the reforming catalyst layer and the junction, and the branch point and the desulfurizer absorbent material are provided. A second stop valve is provided between the layers.
【0087】請求項30の発明は、請求項29の発明に
かかる固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であ
り、装置起動時でかつ脱硫器温度、低温一酸化炭素変成
触媒層温度、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度の少
なくとも一つが予め設定された目標温度に達しない場合
には第1止め弁及び第2止め弁が開き、装置起動時でか
つ脱硫器温度温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選
択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度のすべてが予め設定
された目標温度以上に達した場合には第1止め弁が開い
て第2止め弁が閉じ、運転時には第1止め弁及び第2止
め弁が閉じることを特徴とする。The invention of claim 30 is a method for operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the invention of claim 29, wherein the temperature of the desulfurizer, the temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, When at least one of the oxidation-type carbon monoxide removal catalyst layers does not reach the preset target temperature, the first stop valve and the second stop valve are opened, and when the apparatus is started, the temperature of the desulfurizer and the temperature of the low-temperature monoxide are reduced. When all of the temperature of the carbon shift catalyst layer and the temperature of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer have reached or exceeded a preset target temperature, the first stop valve is opened and the second stop valve is closed, and the first stop valve is closed during operation. The stop valve and the second stop valve are closed.
【0088】上記の請求項29及び30の発明では、請
求項28記載の固体高分子型燃料電池発電装置におい
て、各機器をほぼ同調して所定の温度にまで昇温でき、
過剰昇温を防ぎながら、装置の簡略化を図ることができ
る。According to the twenty-ninth and thirty aspects of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the twenty-eighth aspect, it is possible to raise the temperature of each device to a predetermined temperature substantially in synchronization with each other,
The apparatus can be simplified while preventing excessive temperature rise.
【0089】請求項31の発明は、請求項18、19、
20、21または22記載の固体高分子型燃料電池発電
装置において、燃料と酸素を含むガスを反応させて燃焼
ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体
とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが
設けられ、排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間
に起動バーナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーから
の燃焼ガス流路に合流する合流点が形成され、装置起動
時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生し、この燃
焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、合流点にて
排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入し、燃料混
合ガス過熱器、水蒸発器、燃料電池冷却媒体加熱器、水
凝縮器の順に通過するように構成されたことを特徴とす
る。The invention of claim 31 is based on claims 18, 19,
23. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 20, 21, or 22, wherein heat is exchanged between a starting burner that reacts a gas containing fuel and oxygen to generate combustion gas, and a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A fuel cell cooling medium heater is provided, and a junction is formed between the exhaust gas burner and the fuel-mixed gas superheater where a combustion gas from the starting burner joins a combustion gas flow path from the exhaust gas burner. At this time, the starting burner operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer, the combustion gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction, and the fuel mixed gas It is characterized in that it passes through a superheater, a water evaporator, a fuel cell cooling medium heater, and a water condenser in this order.
【0090】以上の請求項31の発明では、1つの合流
点を形成するだけで、請求項22の発明と同様の作用効
果を得ることができ、装置の簡易化をいっそう進めるこ
とができる。In the above-mentioned invention, the same operation and effect as those of the invention of claim 22 can be obtained only by forming one junction, and the simplification of the apparatus can be further promoted.
【0091】請求項32の発明は、請求項31記載の固
体高分子型燃料電池発電装置において、改質器の改質触
媒層と合流点の間に止め弁が設けられたことを特徴とす
る。According to a thirty-second aspect, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the thirty-first aspect, a stop valve is provided between the reforming catalyst layer of the reformer and the junction. .
【0092】請求項33の発明は、請求項32の発明に
かかる固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法であ
り、装置起動時の水蒸発器温度が予め設定された目標温
度に未達であれば止め弁が開き、止め弁が開いた状態で
燃料電池冷却媒体加熱器温度が予め設定された最高限界
温度に達した場合には、燃料電池冷却媒体冷却器が運転
されて温度制御を行い、水蒸発器温度が予め設定された
目標温度に達したら止め弁が閉じて運転状態に移行し、
運転時には止め弁が閉じ、かつ装置起動時には脱硫器、
低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去
触媒層の温度がそれぞれ個別に電力によって加熱される
ことを特徴とする。A thirty-third aspect of the present invention is a method for operating the polymer electrolyte fuel cell power generator according to the thirty-second aspect, wherein the temperature of the water evaporator at the time of starting the apparatus does not reach a preset target temperature. If there is, the stop valve opens, and when the fuel cell cooling medium heater temperature reaches the preset maximum limit temperature with the stop valve open, the fuel cell cooling medium cooler is operated to perform temperature control. When the water evaporator temperature reaches the preset target temperature, the stop valve closes and the operation state is shifted to,
The stop valve is closed during operation, and the desulfurizer is
The temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer and the temperature of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer are individually heated by electric power.
【0093】上記の請求項32及び33の発明では、請
求項31記載の固体高分子型燃料電池発電装置におい
て、各機器の昇温及び過剰昇温の防止、さらには装置の
簡略化を実現することができる。According to the invention of claims 32 and 33, in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 31, prevention of temperature rise and excessive temperature rise of each device and simplification of the device are realized. be able to.
【0094】[0094]
【発明の実施の形態】(1)第1の実施の形態 [構成]以下、本発明の実施の形態の一例について図面
を参照して具体的に説明する。なお、図26に示した従
来例の構成要素と同一の部材に関しては同一符号を付し
て説明は省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (1) First Embodiment [Configuration] An example of an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. The same members as those of the conventional example shown in FIG. 26 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
【0095】まず、請求項1にかかる第1の実施の形態
を図1に示す。排気ガスバーナー4の下流側には水蒸気
を過熱する水蒸気過熱器62が設けられ、その下流側に
は改質器2に供給する燃料を酸素を含むガスと混合した
状態で加熱する燃料混合ガス予熱器63、改質器2に供
給する水蒸気を発生させる水蒸発器61が順次設けられ
ている。これらの機器には排気ガスバーナー4からの燃
焼ガスが、水蒸気過熱器62、燃料混合ガス予熱器6
3、水蒸発器61、水凝縮器5の順に通過するように燃
焼ガス流路が形成されている。First, FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. A steam superheater 62 for superheating steam is provided downstream of the exhaust gas burner 4, and a fuel mixed gas preheating for heating fuel supplied to the reformer 2 in a state mixed with a gas containing oxygen is provided downstream thereof. The reactor 63 and a water evaporator 61 for generating steam to be supplied to the reformer 2 are sequentially provided. The combustion gas from the exhaust gas burner 4 is supplied to these devices by a steam superheater 62, a fuel gas preheater 6.
3, a combustion gas flow path is formed so as to pass through the water evaporator 61 and the water condenser 5 in this order.
【0096】水蒸気は水蒸発器61で生成され、途中水
蒸気過熱器62に入ってここで加熱され、その後、改質
器2に送られる。燃料は酸素を含むガスと混合された
後、燃料混合ガス予熱器63を通じて予熱され、改質器
2に送られる。改質器2での部分酸化型水蒸気改質反応
を可能な限り水蒸気改質側に近づけるため、改質器2入
口における原料ガス濃度は高い方が良い。従って、水蒸
気過熱器62及び燃料混合ガス予熱器63での出口温度
は高い方が望ましい。The steam is generated in the water evaporator 61, enters the steam superheater 62 on the way, is heated here, and is then sent to the reformer 2. After the fuel is mixed with the gas containing oxygen, the fuel is preheated through the fuel gas preheater 63 and sent to the reformer 2. In order to make the partial oxidation type steam reforming reaction in the reformer 2 as close to the steam reforming side as possible, the higher the raw material gas concentration at the inlet of the reformer 2, the better. Therefore, it is desirable that the outlet temperatures of the steam superheater 62 and the fuel-mixed gas preheater 63 be high.
【0097】燃料には炭素原子と水素原子を分子中に少
なくとも各々一個以上含む気体が適用されている。具体
的にはメタン、エタン、プロパン、ブタンなどの気体状
炭化水素、及びこれらを主成分とする都市ガス、ガソリ
ン、灯油、軽油などの液体状炭化水素の蒸気、及びメタ
ノール、エタノール、ジメチルエーテル、イソプロパノ
ール、アセトンなどの酸素を含む有機化合物が挙げられ
る。有機珪素化合物、有機金属化合物など、不揮発性物
質が生成する物質は改質器2内部に生成物を沈着させる
ので燃料として相応しくない。またチオール類などの硫
黄を含む化合物、ビニルクロライドをはじめとする有機
塩素化合物などのハロゲンを含む化合物、アミン類、ア
ミド類などの窒素を含む化合物は燃料電池1や後段の機
器に被毒などの悪影響を与えるので相応しくない。酸素
を含むガスとしては空気が挙げられるがこれに限らず、
ほかに酸素ガス、燃料電池酸化剤極12排気ガス、排気
ガスバーナー4からのガス及びこれらの間の混合物が適
当である。As the fuel, a gas containing at least one carbon atom and one hydrogen atom in each molecule is used. Specifically, gaseous hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane, and vapors of liquid hydrocarbons such as city gas, gasoline, kerosene, and light oil containing these as main components, and methanol, ethanol, dimethyl ether, and isopropanol And organic compounds containing oxygen such as acetone. Substances that generate non-volatile substances, such as organic silicon compounds and organometallic compounds, deposit products inside the reformer 2 and are not suitable as fuels. Compounds containing sulfur such as thiols, compounds containing halogen such as organic chloride compounds such as vinyl chloride, and compounds containing nitrogen such as amines and amides may cause poisoning of the fuel cell 1 and subsequent equipment. It is not suitable because it has an adverse effect. Examples of the gas containing oxygen include, but are not limited to, air.
In addition, oxygen gas, the exhaust gas of the fuel cell oxidizer electrode 12, the gas from the exhaust gas burner 4, and a mixture thereof are suitable.
【0098】燃料混合ガス予熱器63での燃料混合ガス
の予熱は、発火しない条件で行われる。可燃性ガスの発
火は温度、燃料と酸素を含むガスとの混合比、不活性成
分の存在によって変化する。例えば燃料が純メタンで酸
素を含むガスが空気である場合についてH.F.Cowardらに
よる"Limits of Inflammability"を参照すると、常温で
の燃料/空気混合気の発火範囲は5.3%から13.5
%だが、600℃での燃料/空気混合気の発火範囲は
3.3%から16.5%に広がる。上述した反応(2)
の部分酸化反応のみを想定した、最も低い燃料/空気混
合割合でも20.9%であるので、600℃程度では混
合気は発火せず、局所的に酸素濃度が上昇して発火して
も火炎は伝播しないことがわかる。しかしながら局所的
に着火して周囲の温度が上昇すると発火条件を満たすお
それがあるので、上限を400℃程度に抑制することが
望ましい。また、一般に分子量が大きくなるほど発火温
度は低下する傾向にあるので、導入される燃料に応じて
加熱温度上限を変更する必要がある。The preheating of the fuel gas mixture in the fuel gas preheater 63 is performed under conditions that do not cause ignition. The ignition of the combustible gas changes depending on the temperature, the mixing ratio of the fuel and the gas containing oxygen, and the presence of an inert component. For example, referring to "Limits of Inflammability" by HFCoward et al. When the fuel is pure methane and the gas containing oxygen is air, the ignition range of the fuel / air mixture at room temperature is 5.3% to 13.5.
%, But the ignition range of the fuel / air mixture at 600 ° C extends from 3.3% to 16.5%. The above reaction (2)
Since the lowest fuel / air mixture ratio is 20.9% assuming only the partial oxidation reaction, the air-fuel mixture does not ignite at about 600 ° C. Does not propagate. However, if the surrounding temperature rises due to local ignition, the ignition condition may be satisfied. Therefore, it is desirable to limit the upper limit to about 400 ° C. In general, the ignition temperature tends to decrease as the molecular weight increases, so it is necessary to change the upper limit of the heating temperature according to the fuel to be introduced.
【0099】水蒸気の温度は高い方が良いが、高温水蒸
気に耐える材料は高価であるため、水蒸気温度は650
℃以下に抑制することが安価な装置を製作する上で望ま
しい。また、高温の水蒸気を燃料混合ガスに導入すると
温度上昇により発火限界に入る可能性もある。温度一定
下では水蒸気のような不活性ガスの導入は発火の濃度限
界範囲を縮小させる役割を果たすが、加熱が伴う場合は
この限りではない。そのため、燃料の組成、加熱温度、
導入蒸気量といった各種の要因を考慮しながら水蒸気過
熱温度を決定する必要がある。以上に見られるように、
望ましい燃料混合ガス予熱温度は望ましい水蒸気過熱温
度よりも低く、同一の熱源として排気ガスバーナー4を
用いる場合には燃料混合ガス予熱器63を水蒸気過熱器
62の下流側に置くべきことが分かる。The higher the temperature of steam, the better. However, since the material that can withstand high-temperature steam is expensive, the steam temperature is 650.
It is desirable to suppress the temperature to below ℃ in order to manufacture an inexpensive apparatus. In addition, when high-temperature steam is introduced into the fuel gas mixture, the temperature may rise and the ignition limit may be reached. At a constant temperature, the introduction of an inert gas such as steam serves to reduce the concentration limit range of ignition, but this is not the case when heating is involved. Therefore, the composition of the fuel, the heating temperature,
It is necessary to determine the steam superheat temperature in consideration of various factors such as the amount of introduced steam. As you can see above,
The desired fuel gas preheating temperature is lower than the desired steam superheating temperature, and it can be seen that when the exhaust gas burner 4 is used as the same heat source, the fuel gas preheater 63 should be located downstream of the steam superheater 62.
【0100】改質器2の投入された水蒸気、酸素を含む
ガス及び燃料は、改質器2にて部分酸化反応により水素
リッチガスに変換される。改質反応を維持するため、改
質触媒層21の温度は600℃以上であることが望まし
い。部分酸化型水蒸気改質反応では通常改質触媒層21
入口で酸化反応が優先して発生し、大きな発熱があるこ
とが一般的であるので、通常入口から出口にかけて温度
が単調に減少する傾向が見られる。従って改質触媒層2
1の温度を600℃以上に保つために改質器2出口ガス
温度を600℃以上に保つことが望ましい。The gas and fuel containing steam and oxygen fed into the reformer 2 are converted into a hydrogen-rich gas by a partial oxidation reaction in the reformer 2. In order to maintain the reforming reaction, the temperature of the reforming catalyst layer 21 is desirably 600 ° C. or higher. In the partial oxidation type steam reforming reaction, the normal reforming catalyst layer 21 is used.
Generally, the oxidation reaction occurs preferentially at the inlet and generates a large amount of heat, so that the temperature tends to decrease monotonically from the inlet to the outlet. Therefore, the reforming catalyst layer 2
In order to keep the temperature of 1 above 600 ° C or higher, it is desirable to keep the gas temperature at the outlet of the reformer 2 at 600 ° C or higher.
【0101】一方、改質器2から出た水素リッチガスは
水素リッチガス冷却器22及び脱硫器33を経て低温一
酸化炭素変成器31に導入される。低温一酸化炭素変成
器31の温度は、通常使用されるCu−ZnO系触媒に
ついて200℃程度であることが望ましい。このため、
水素リッチガスの温度600℃以上から200℃程度に
までを低下させる必要があり、水素リッチガス冷却器2
2によって対応する。第1の実施の形態では制御の安定
性の面から冷媒として燃料処理系冷却媒体径路133を
流通する燃料処理系冷却媒体を使用する。On the other hand, the hydrogen-rich gas from the reformer 2 is introduced into the low-temperature carbon monoxide converter 31 via the hydrogen-rich gas cooler 22 and the desulfurizer 33. The temperature of the low-temperature carbon monoxide converter 31 is desirably about 200 ° C. for a commonly used Cu—ZnO-based catalyst. For this reason,
It is necessary to lower the temperature of the hydrogen-rich gas from 600 ° C. or higher to about 200 ° C.
2 corresponds. In the first embodiment, a fuel processing system cooling medium flowing through the fuel processing system cooling medium path 133 is used as a refrigerant from the viewpoint of control stability.
【0102】水素リッチガス冷却器22にて昇温された
燃料電池冷却媒体は、燃料電池1の発熱により昇温され
た燃料電池冷却媒体と合流し、燃料電池冷却媒体冷却器
134にて所定の温度にまで冷却され、再び燃料電池1
及び水素リッチガス冷却器22に供給される。燃料電池
冷却媒体冷却器134は単なる冷却器に限らず、適当な
媒体と組合せることで熱回収を行ってもよい。The fuel cell cooling medium heated by the hydrogen-rich gas cooler 22 merges with the fuel cell cooling medium heated by the heat generated by the fuel cell 1, and the fuel cell cooling medium cooler 134 has a predetermined temperature. And cooled again to the fuel cell 1
And a hydrogen-rich gas cooler 22. The fuel cell cooling medium cooler 134 is not limited to a simple cooler, and may recover heat by combining with an appropriate medium.
【0103】改質器2出口でCO濃度は数%であるが、
低温一酸化炭素変成器31を通過する間に上記反応
(3)のシフト反応により、CO濃度は出口で数千pp
m程度にまで低下する。反応(3)は発熱反応であるた
め低温で平衡上有利であるが、反応速度は反対に低温ほ
ど低下するので低温一酸化炭素変成触媒に固有の最適温
度が存在する。かかる低温一酸化炭素変成触媒として
は、日産ガードラー社製G−66Bを代表例とするCu
−ZnO系触媒が一般的である。これの最適運転温度は
200℃程度である。The CO concentration at the outlet of the reformer 2 is several%,
Due to the shift reaction of the above reaction (3) while passing through the low-temperature carbon monoxide converter 31, the CO concentration at the outlet is several thousand pp.
m. The reaction (3) is an exothermic reaction, which is advantageous at low temperatures in terms of equilibrium. However, the reaction rate decreases on the contrary at lower temperatures, so that there is an optimum temperature specific to the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst. As such a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst, a typical example is G-66B manufactured by Nissan Gardler Co.
-ZnO-based catalysts are common. The optimum operating temperature is about 200 ° C.
【0104】一般に低温一酸化炭素変成触媒は、上記C
u−ZnO系触媒に見られるように、Sで被毒するもの
が多い。そのため脱硫器33が低温一酸化炭素変成器3
1の上流に設置されている。図1では脱硫器33は水素
リッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変成器31の間
に設置されているが、設置場所はここに限らず、低温一
酸化炭素変成器31の上流のいかなる場所でもよい。但
し、代表的な脱硫器33吸収材であるZnOは揮発性で
あるので、使用温度は450℃以下、更には300℃以
下であることが望ましく、従って水素リッチガス冷却器
22と低温一酸化炭素変成器31の間もしくは燃料混合
ガス予熱器63の上流が望ましい。In general, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst is the above C
As seen in u-ZnO-based catalysts, many are poisoned by S. Therefore, the desulfurizer 33 is used for the low-temperature carbon monoxide
1 upstream. In FIG. 1, the desulfurizer 33 is installed between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31, but the installation place is not limited to this, and any place upstream of the low-temperature carbon monoxide converter 31 is used. Good. However, since the typical desulfurizer 33 absorbent ZnO is volatile, the operating temperature is preferably 450 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. Therefore, the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter are used. Between the heaters 31 or upstream of the fuel gas preheater 63.
【0105】低温一酸化炭素変成器31を通過した水素
リッチガスは、空気などの酸素を含むガスと共に選択酸
化式一酸化炭素除去器32に導入され、ここで更に一酸
化炭素濃度が数十ppmまでに低減される。前述したよ
うに、これは特に低温で顕著である燃料極11の電極触
媒の一酸化炭素による被毒を低減するためである。The hydrogen-rich gas that has passed through the low-temperature carbon monoxide converter 31 is introduced into a selective oxidation type carbon monoxide remover 32 together with an oxygen-containing gas such as air, where the carbon monoxide concentration is further reduced to several tens ppm. To be reduced. As described above, this is to reduce the poisoning of the electrode catalyst of the fuel electrode 11 which is particularly remarkable at low temperatures due to carbon monoxide.
【0106】この選択酸化式一酸化炭素除去器32は特
定触媒上で一酸化炭素の酸化反応速度が水素の酸化反応
速度より速いことを利用するものであり、高温では両者
の差が狭まるため、200℃以下の低温で運転すること
が望ましい。つまり通常、選択酸化式一酸化炭素除去器
32の運転温度は低温一酸化炭素変成器31のそれより
低く設定される。The selective oxidation type carbon monoxide remover 32 utilizes the fact that the oxidation reaction rate of carbon monoxide on a specific catalyst is faster than the oxidation reaction rate of hydrogen. At a high temperature, the difference between the two becomes narrower. It is desirable to operate at a low temperature of 200 ° C. or less. That is, normally, the operating temperature of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is set lower than that of the low temperature carbon monoxide converter 31.
【0107】選択酸化式一酸化炭素除去器32は1つの
反応器からなっていてもよいし、2つ以上の複数の反応
器からなっていてもよい。また、空気は均一に混合され
る必要があるため、特開平08−157201号公報に
見られるように反応器前の配管に空気を吹き込んでもよ
いし、特開平08−133701号公報に見られるよう
に反応器前に混合マニホールドを設置してそこに空気を
吹き込んでもよい。The selective oxidation type carbon monoxide remover 32 may be composed of one reactor, or may be composed of two or more reactors. Further, since air needs to be uniformly mixed, air may be blown into a pipe in front of the reactor as disclosed in JP-A-08-157201, or as disclosed in JP-A-08-133701. A mixing manifold may be installed before the reactor and air may be blown into the mixing manifold.
【0108】燃料極11で水素リッチガスの水素の約8
割が電気化学反応に使用された後、残余の水素及び未改
質燃料などのその他可燃性物質を含む燃料極11排気ガ
スが排気ガスバーナー4に送られ、ここで酸化剤極12
排気ガスの一部と混合されて燃焼される。At the fuel electrode 11, about 8% of the hydrogen of the hydrogen-rich gas is
After the cracks are used for the electrochemical reaction, the anode 11 exhaust gas containing the remaining hydrogen and other combustible substances such as unreformed fuel is sent to the exhaust gas burner 4, where the oxidant electrode 12
It is mixed with part of the exhaust gas and burned.
【0109】燃焼により生成した高温ガスは水蒸気過熱
器62に導入され、ここで原料水蒸気を過熱する。然る
後に燃料混合ガス予熱器63に導入され、燃料と酸素を
含んだガスの混合ガスを予熱する。その後、水蒸発器6
1に導入され、原料となる水の蒸発に使用される。上記
機器の加熱に使用された排気ガスバーナー4の燃焼ガス
及び排気ガスバーナー4に導入されなかった酸化剤極1
2の排気ガスは水凝縮器5を通過し、含有する水分の回
収が行われる。The high-temperature gas generated by the combustion is introduced into the steam superheater 62, where the raw steam is heated. Thereafter, the mixture is introduced into the fuel gas preheater 63 to preheat a gas mixture containing fuel and oxygen. Then, the water evaporator 6
1 and used for evaporation of water as a raw material. The combustion gas of the exhaust gas burner 4 used for heating the above equipment and the oxidizer electrode 1 not introduced into the exhaust gas burner 4
The exhaust gas of No. 2 passes through the water condenser 5, and the contained water is recovered.
【0110】[作用効果]上記のような構成を有する第
1の実施の形態に関して、下記の条件で温度及び効率を
見積もった。[Operation and Effect] The temperature and efficiency of the first embodiment having the above-described configuration were estimated under the following conditions.
【0111】燃料:純メタン 酸素を含むガス:空
気 水蒸気/メタン:3.0 メタン/空気:0.47 水、空気、メタンの温
度:20℃ 水蒸気過熱温度:650℃ 燃料混合ガス予熱温
度:400℃ 燃料極水素利用率:80% 放熱損失:なし その結果、水素の生成効率はHHVで72%に達した。
また、水蒸気混合後の燃料混合ガス温度は500℃であ
り、メタン/空気が47%でかつ不活性ガスとして水蒸
気が49%導入されているため、発火限界外であった。
改質器2の出口温度は640℃であり、反応温度は確保
されていた。Fuel: pure methane Gas containing oxygen: air Steam / methane: 3.0 Methane / air: 0.47 Water, air, methane temperature: 20 ° C. Steam superheating temperature: 650 ° C. Fuel mixed gas preheating temperature: 400 ℃ Fuel electrode hydrogen utilization rate: 80% Heat dissipation loss: none As a result, the hydrogen generation efficiency reached 72% in HHV.
The temperature of the fuel mixed gas after steam mixing was 500 ° C., the methane / air was 47%, and 49% of steam was introduced as an inert gas.
The outlet temperature of the reformer 2 was 640 ° C., and the reaction temperature was secured.
【0112】各機器の温度についてみると、水蒸気過熱
器62での排気ガスバーナー4からの燃焼ガスの温度は
入口側で820℃、出口側で680℃であり、これによ
り水蒸気が102℃から650℃まで昇温された。燃料
混合ガス予熱器63での排気ガスバーナー4からの燃焼
ガス温度は入口側で680℃、出口側で530℃であ
り、これにより燃料混合ガスが20℃から400℃まで
昇温された。As for the temperature of each device, the temperature of the combustion gas from the exhaust gas burner 4 in the steam superheater 62 is 820 ° C. on the inlet side and 680 ° C. on the outlet side, so that the steam is reduced from 102 ° C. to 650 ° C. The temperature was raised to ° C. The temperature of the combustion gas from the exhaust gas burner 4 in the fuel mixed gas preheater 63 was 680 ° C. on the inlet side and 530 ° C. on the outlet side, whereby the fuel mixed gas was heated from 20 ° C. to 400 ° C.
【0113】次に水蒸発器61については、排気ガスバ
ーナー4の燃焼ガス温度は入口側で530℃、出口側で
190℃であり、これにより20℃の水が102℃の水
蒸気に転換された。各機器については所定温度への昇温
が可能であり、かつピンチ温度も確保されていた。Next, in the water evaporator 61, the combustion gas temperature of the exhaust gas burner 4 was 530 ° C. on the inlet side and 190 ° C. on the outlet side, whereby water at 20 ° C. was converted to steam at 102 ° C. . The temperature of each device could be raised to a predetermined temperature, and the pinch temperature was also ensured.
【0114】以上述べたように、第1の実施の形態によ
れば、燃料極11排気ガス中に含まれる可燃性ガスを排
気ガスバーナー4で燃焼させ、この燃焼ガスを水蒸気過
熱器、燃料混合ガス予熱器、水蒸発器、水凝縮器と高温
の機器から順に通過させることにより、改質器2での反
応を確保しながら、排気ガスバーナーの燃焼熱を効率的
かつ安全に回収できる。第1の実施の形態においては高
温が必要とされる機器から順に加熱していくことによ
り、高温が必要な機器の加熱源温度が不足する事態を防
ぐことができる。As described above, according to the first embodiment, the combustible gas contained in the exhaust gas of the fuel electrode 11 is burned by the exhaust gas burner 4, and this combustion gas is used by the steam superheater and the fuel mixture. By sequentially passing the gas preheater, the water evaporator, the water condenser, and the high-temperature equipment, the combustion heat of the exhaust gas burner can be efficiently and safely recovered while ensuring the reaction in the reformer 2. In the first embodiment, by heating the equipment that requires a high temperature sequentially, it is possible to prevent a situation in which the heating source temperature of the equipment that requires a high temperature is insufficient.
【0115】また、第1の実施の形態では水蒸発器61
と水蒸気過熱器62とを分離しているので流量制御が容
易であり、簡略化を進めることができる。しかも、水蒸
発器61にて多くの熱量が奪われる前段で燃料混合ガス
予熱器63の加熱を実施するため、排気ガスバーナー4
の燃焼ガスから高効率で熱回収を実施できる。In the first embodiment, the water evaporator 61
And the steam superheater 62 are separated, so that flow rate control is easy and simplification can be promoted. In addition, the heating of the fuel gas preheater 63 is performed before the water evaporator 61 loses a large amount of heat.
Heat can be efficiently recovered from the combustion gas.
【0116】(2)第2の実施の形態 [構成]次に請求項2にかかる第2の実施の形態につい
て図2を参照して説明する。なお、以下の実施の形態に
おいて使用されるガス及びガス流通の順序、各機器にお
ける望ましい温度などは第1の実施の形態と同一であ
る。(2) Second Embodiment [Configuration] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the gases used in the following embodiments, the order of gas distribution, the desired temperatures of the respective devices, and the like are the same as those of the first embodiment.
【0117】第2の実施の形態では、改質器2の外筒部
に水素リッチガス冷却器22が設置され複合一体化され
た点に特徴がある。The second embodiment is characterized in that a hydrogen-rich gas cooler 22 is installed in the outer cylinder of the reformer 2 and is combined and integrated.
【0118】[作用効果]第2の実施の形態によれば、
改質器2と水素リッチガス冷却器22の間の配管を省い
て発電装置の体積を減少させ、装置のコンパクト化を図
ることができる。また高温で運転される改質器2の外筒
部を、より低温で運転される水素リッチガス冷却器22
にて包囲するので、改質器2表面から大気への放熱損失
を減少させることができる。燃料電池発電装置が小型化
するに従って放熱損失を抑えることの重要さは増すた
め、このような構成は有効である。[Operation and Effect] According to the second embodiment,
By eliminating the piping between the reformer 2 and the hydrogen-rich gas cooler 22, the volume of the power generator can be reduced, and the apparatus can be made more compact. Further, the outer cylinder of the reformer 2 operated at a high temperature is replaced with a hydrogen-rich gas cooler 22 operated at a lower temperature.
, The heat radiation loss from the reformer 2 surface to the atmosphere can be reduced. Such a configuration is effective because the importance of suppressing the heat radiation loss increases as the size of the fuel cell power generation device decreases.
【0119】(3)第3の実施の形態 [構成]第3の実施の形態の構成を図3に示す。第3の
実施の形態は請求項3に対応し、その特徴は、排気ガス
バーナー4の外筒部に水蒸気過熱器62が設置されて複
合一体化された点にある。(3) Third Embodiment [Configuration] FIG. 3 shows the configuration of the third embodiment. The third embodiment corresponds to claim 3, which is characterized in that the steam superheater 62 is installed on the outer cylinder portion of the exhaust gas burner 4 and is combined and integrated.
【0120】[作用効果]上記第2の実施の形態では改
質器2での放熱損失低減に成功したが、排気ガスバーナ
ー4の出口ガスは800℃前後という高温であり、かつ
熱回収の必要があるため、この部分の放熱損失を低減す
ることが求められている。この要求に応えるべく、第3
の実施の形態では、高温で運転される排気ガスバーナー
4を、より低温で運転される水蒸気過熱器62で囲み、
排気ガスバーナー4表面から大気への放熱損失を抑えて
いる。また、水蒸気過熱器62を排気ガスバーナー4と
複合一体化させることで両者間の接続流路が極小化する
ため、発電装置全体の体積も減り、装置のコンパクト化
を進めることができる。[Effects] In the second embodiment, the radiation loss in the reformer 2 was successfully reduced. However, the outlet gas of the exhaust gas burner 4 was at a high temperature of about 800 ° C., and heat recovery was required. Therefore, it is required to reduce the heat radiation loss in this portion. To meet this demand, the third
In the embodiment, the exhaust gas burner 4 operated at a high temperature is surrounded by a steam superheater 62 operated at a lower temperature,
The heat radiation loss from the surface of the exhaust gas burner 4 to the atmosphere is suppressed. In addition, since the steam superheater 62 is integrally combined with the exhaust gas burner 4, the connection flow path between them is minimized, so that the volume of the entire power generation device is reduced, and the device can be made more compact.
【0121】(4)第4の実施の形態 [構成]図4は請求項4にかかる第4の実施の形態を示
している。第4の実施の形態は上記第3の実施の形態に
改良を加えたもので、排気ガスバーナー4と複合一体化
された水蒸気過熱器62の外筒部に混合ガス予熱器63
が設置され、排気ガスバーナー4と水蒸気過熱器62と
混合ガス予熱器63という3つの機器が複合一体化され
たことに特徴がある。(4) Fourth Embodiment [Configuration] FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment is a modification of the third embodiment described above. The mixed gas preheater 63 is provided on the outer cylinder of the steam superheater 62 integrated with the exhaust gas burner 4.
Is installed, and the three devices of the exhaust gas burner 4, the steam superheater 62, and the mixed gas preheater 63 are combined and integrated.
【0122】[作用効果]前記第1の実施の形態での見
積で明らかなように、水蒸気過熱器62加熱後の排気ガ
スバーナー4の燃焼ガスの温度は未だ680℃以上の高
温であり、排気ガスバーナー4の放熱損失は無視できな
い。熱回収効率を高めるためは、排気ガスバーナー4及
びその下流の機器の一体化を更に進めることが有効であ
る。[Effects] As is clear from the estimation in the first embodiment, the temperature of the combustion gas of the exhaust gas burner 4 after heating the steam superheater 62 is still higher than 680 ° C. The heat radiation loss of the gas burner 4 cannot be ignored. In order to enhance the heat recovery efficiency, it is effective to further integrate the exhaust gas burner 4 and the downstream equipment.
【0123】第4の実施の形態では、排気ガスバーナー
4、水蒸気過熱器62及び混合ガス予熱器63を複合一
体化したことにより、機器間の接続流路を極小化でき、
排気ガスバーナー4から大気への放熱損失を大幅に抑え
て、熱回収効率を高めることができる。In the fourth embodiment, since the exhaust gas burner 4, the steam superheater 62 and the mixed gas preheater 63 are combined and integrated, the connection flow path between the devices can be minimized.
The heat loss from the exhaust gas burner 4 to the atmosphere can be significantly suppressed, and the heat recovery efficiency can be increased.
【0124】(5)第5の実施の形態 [構成]請求項5にかかる第5の実施の形態について図
5を用いて説明する。第5の実施の形態では、改質器2
の外筒部下部に水素リッチガス冷却器22が設置される
と共に、改質器2の外筒部上部に水蒸発器61が設置さ
れ、改質器2と水素リッチガス冷却器22と水蒸発器6
1という3つの機器が複合一体化されたことを特徴とし
ている。なお、図5では水蒸発器61を改質器2外筒部
に直接設置しているが、これを水素リッチガス冷却器2
2外側に設置してもよい。(5) Fifth Embodiment [Structure] A fifth embodiment according to claim 5 will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the reformer 2
A hydrogen-rich gas cooler 22 is installed at the lower portion of the outer cylinder portion of the fuel cell, and a water evaporator 61 is installed at an upper portion of the outer cylinder portion of the reformer 2, and the reformer 2, the hydrogen-rich gas cooler 22, and the water evaporator 6
1 is characterized in that three devices are combined and integrated. In FIG. 5, the water evaporator 61 is installed directly on the outer cylinder of the reformer 2.
2 It may be installed outside.
【0125】[作用効果]このような第5の実施の形態
では、改質器2に水素リッチガス冷却器22及び水蒸発
器61を複合一体化させることで、装置のコンパクト化
をより高めることが可能である。[Function and Effect] In the fifth embodiment, by integrating the reformer 2 with the hydrogen-rich gas cooler 22 and the water evaporator 61, the size of the apparatus can be further reduced. It is possible.
【0126】(6)第6の実施の形態 [構成]第6の実施の形態は請求項6にかかり、図6に
示すように、脱硫器33が水素リッチガス流路の水素リ
ッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変成器31の中間
に設置された点に構成上の特徴がある。なお、図6では
脱硫器33が低温一酸化炭素変成器31の前段に置かれ
た形になっているが、脱硫器33の外筒部に低温一酸化
炭素変成器31を設置する、もしくは低温一酸化炭素変
成器31の外筒に脱硫器33を設置するなどして両者を
複合一体化させ放熱損失の低減を図ってもよいし、他の
方法をとってもよい。(6) Sixth Embodiment [Structure] The sixth embodiment relates to claim 6, wherein the desulfurizer 33 includes a hydrogen-rich gas cooler 22 in a hydrogen-rich gas flow path as shown in FIG. There is a structural feature in that it is installed in the middle of the low-temperature carbon monoxide converter 31. In FIG. 6, the desulfurizer 33 is placed before the low-temperature carbon monoxide converter 31, but the low-temperature carbon monoxide converter 31 is installed in the outer cylinder of the desulfurizer 33 or For example, a desulfurizer 33 may be installed in the outer cylinder of the carbon monoxide converter 31 to combine them to reduce heat radiation loss, or another method may be used.
【0127】[作用効果]脱硫器33の運転温度は脱硫
反応を促進するために高温が望ましいが、ZnOなどか
らなる脱硫器33吸収材の昇華損失を抑制する上でその
上限を300℃程度に抑制する必要がある。一方、低温
一酸化炭素変成器31の運転温度は200℃程度である
が、低温では反応速度が低下するため、放熱損失により
低温一酸化炭素変成器31温度が低温側に傾くことは望
ましくない。低温一酸化炭素変成器31でおこるシフト
反応は発熱反応であるが、低負荷で反応ガス流量が少な
い場合には放熱が発熱に勝り運転温度が維持できないお
それがある。[Operation and Effect] The operating temperature of the desulfurizer 33 is desirably high in order to promote the desulfurization reaction. However, in order to suppress the sublimation loss of the desulfurizer 33 absorbent made of ZnO or the like, the upper limit is set to about 300 ° C. It needs to be suppressed. On the other hand, the operating temperature of the low-temperature carbon monoxide converter 31 is about 200 ° C., but the reaction speed decreases at low temperatures, and it is not desirable that the low-temperature carbon monoxide converter 31 tilts to the lower temperature side due to heat dissipation loss. The shift reaction occurring in the low-temperature carbon monoxide converter 31 is an exothermic reaction. However, when the load is small and the flow rate of the reaction gas is small, there is a possibility that the heat radiation exceeds the heat generation and the operating temperature cannot be maintained.
【0128】第6の実施の形態においては、脱硫器33
と低温一酸化炭素変成器31とを複合一体化することに
より、放熱損失を低減させて一酸化炭素変成器31の運
転温度を維持することができる。また、機器の複合一体
化により装置体積の減少を図ることができる。In the sixth embodiment, the desulfurizer 33
And the low-temperature carbon monoxide converter 31 are combined and integrated, so that the heat loss can be reduced and the operating temperature of the carbon monoxide converter 31 can be maintained. In addition, the volume of the device can be reduced by the complex integration of the devices.
【0129】(7)第7の実施の形態 [構成]第7の実施の形態は請求項7に対応しており、
図7は第7の実施の形態の構成図である。なお、図7で
は改質器2、水素リッチガス冷却器22、低温一酸化炭
素変成器31、脱硫器33、排気ガスバーナー4、水蒸
発器61、水蒸気過熱器62、燃料混合ガス予熱器63
の関係は請求項1に基づいて各々独立に記述したが、請
求項2、請求項3、請求項4、請求項5もしくは請求項
6の発明に基づいて複合一体化させてもよい。(7) Seventh Embodiment [Structure] The seventh embodiment corresponds to claim 7,
FIG. 7 is a configuration diagram of the seventh embodiment. In FIG. 7, the reformer 2, the hydrogen-rich gas cooler 22, the low-temperature carbon monoxide converter 31, the desulfurizer 33, the exhaust gas burner 4, the water evaporator 61, the steam superheater 62, and the fuel mixed gas preheater 63
Are described independently based on claim 1, but may be combined and integrated based on the invention of claim 2, claim 3, claim 4, claim 5, or claim 6.
【0130】第7の実施の形態の特徴は次の点にある。
すなわち、燃料と酸素を含むガスを反応させて燃焼ガス
を発生させる起動バーナー70と、燃料電池1の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器1
35とが設けられている。起動バーナー70は改質器2
とは独立に設置してもよいし、改質器2と複合一体化す
るような構造であってもよい。The features of the seventh embodiment are as follows.
That is, a starting burner 70 that reacts a gas containing fuel and oxygen to generate a combustion gas, and a fuel cell cooling medium heater 1 that performs heat exchange between a cooling medium of the fuel cell 1 and a gas body.
35 are provided. The starting burner 70 is the reformer 2
May be installed independently of the reformer 2, or may be configured to be integrated with the reformer 2 in a complex manner.
【0131】起動バーナー70では、すすなどが生成し
ないよう燃焼ガスが確実に完全燃焼する必要がある。そ
のため燃料に対して酸素過多で発生させなくてはならな
い。また、改質触媒層21は還元性雰囲気が望ましい。
したがって、起動バーナー70燃焼ガスは改質触媒層2
1及びその雰囲気から隔絶され、リークなどによる相互
の流通が存在しないように製作されている。In the start-up burner 70, it is necessary to surely and completely burn the combustion gas so as not to generate soot and the like. Therefore, the fuel must be generated due to excess oxygen. Further, the reforming catalyst layer 21 desirably has a reducing atmosphere.
Therefore, the combustion gas of the starting burner 70 is supplied to the reforming catalyst layer 2.
It is manufactured so as to be isolated from the atmosphere 1 and its atmosphere, and that there is no mutual circulation due to leaks or the like.
【0132】起動バーナー70の燃焼ガス温度は改質器
2が運転可能となる温度以上である必要があり、ニッケ
ル系改質触媒を使用する場合には400℃以上であるこ
とが望ましい。但し、下流の機器に高温に弱いものがあ
るので過剰な高温化は回避し、400〜500℃程度で
あることが望ましい。これを達成するための起動バーナ
ー70としては、燃料が11,000kcal/m3(HHV)の都市ガス
の場合に少なくとも燃料体積の60倍程度の空気を導入
し、かつこの混合比で安定に燃焼させるような触媒燃焼
器が好適である。The temperature of the combustion gas of the starting burner 70 must be higher than the temperature at which the reformer 2 can be operated, and is preferably 400 ° C. or higher when a nickel-based reforming catalyst is used. However, since some downstream devices are vulnerable to high temperatures, excessively high temperatures are avoided, and it is desirable that the temperature be about 400 to 500 ° C. As a starting burner 70 for achieving this, when the fuel is city gas of 11,000 kcal / m3 (HHV), introduce at least about 60 times the air volume of the fuel volume, and stably burn at this mixing ratio. A suitable catalytic combustor is preferred.
【0133】また、排気ガスバーナー4と水蒸気過熱器
62の間には起動バーナー70からの燃焼ガスが排気ガ
スバーナー4からの燃焼ガス流路に合流する第1の合流
点73が形成されている。さらに、燃料混合ガス予熱器
63と水蒸発器61の間には燃焼ガスが分れる分岐点7
1が形成され、この分岐点71の下流には再度燃焼ガス
流路に燃焼ガスが合流する第2の合流点74が形成され
ている。A first junction 73 is formed between the exhaust gas burner 4 and the steam superheater 62 where the combustion gas from the starting burner 70 joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner 4. . Further, between the fuel mixed gas preheater 63 and the water evaporator 61, a branch point 7 where the combustion gas is separated is provided.
1 is formed, and a second junction 74 where the combustion gas again joins the combustion gas flow path is formed downstream of the branch point 71.
【0134】装置起動時には起動バーナー70が動作し
て燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが改質器2の改質触
媒層21を通過した後(図中の*)、第1の合流点73
にて排気ガスバーナー4からの燃焼ガス流路に入る。こ
のガス流路には元来、排気ガスバーナー4からの燃焼ガ
スが流れているため、雰囲気還元性である必要はなく、
起動バーナー70の燃焼ガスラインと共通化している。When the apparatus is started, the start-up burner 70 operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer 21 of the reformer 2 (* in the figure), the first junction 73 is formed.
Enters the combustion gas flow path from the exhaust gas burner 4. Since the combustion gas from the exhaust gas burner 4 originally flows through this gas flow path, the gas flow path does not need to be atmosphere reducing.
It is common with the combustion gas line of the starting burner 70.
【0135】さらに、起動バーナー70からの燃焼ガス
は、水蒸気過熱器62、燃料混合ガス予熱器63の順に
通過する。そして、燃料混合ガス予熱器63を通過した
起動バーナー70の燃焼ガスは、分岐点71にて直接水
蒸発器61に通じる通常の流路から一部が分岐し(図中
の**)、燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器33
の吸収材層、低温一酸化炭素変成器31の触媒層、選択
酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層を貫流する。改質
触媒層21と同じくこれらは還元性雰囲気が望ましいた
め、起動バーナー70燃焼ガスは脱硫器33吸収材、低
温一酸化炭素変成器31の触媒、選択酸化式一酸化炭素
除去器32の触媒及びその雰囲気から隔絶され、リーク
などによる相互の流通が存在しないよう製作されてい
る。その後、選択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層
を貫流した起動バーナー70燃焼ガスは、第2の合流点
74で再び残余の起動バーナー70からの燃焼ガスに合
流し、水蒸発器61、水凝縮器5の順に通過する。Further, the combustion gas from the starting burner 70 passes through the steam superheater 62 and the fuel mixture gas preheater 63 in this order. The combustion gas of the starting burner 70 that has passed through the fuel-mixed gas preheater 63 is partially branched from the normal flow path directly leading to the water evaporator 61 at a branch point 71 (** in the figure), and the fuel Battery cooling medium heater 135, desulfurizer 33
, The catalyst layer of the low-temperature carbon monoxide converter 31, and the catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32. As in the case of the reforming catalyst layer 21, these are preferably in a reducing atmosphere. Therefore, the combustion gas of the starting burner 70 is the desulfurizer 33 absorbent, the catalyst of the low-temperature carbon monoxide converter 31, the catalyst of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32, and It is manufactured so that it is isolated from the atmosphere and there is no mutual circulation due to leaks and the like. Thereafter, the combustion gas from the starting burner 70 flowing through the catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 joins again with the combustion gas from the remaining starting burner 70 at the second junction 74, and the water evaporator 61, It passes in the order of the water condenser 5.
【0136】なお、選択酸化式一酸化炭素除去器32の
触媒層は、反応器が複数から成る場合には2つ以上に分
かれていてもよい。また、燃料電池冷却媒体加熱器13
5は図7では燃料処理系冷却媒体循環径路133の水素
リッチガス冷却器22上流に設置されているが、設置位
置はここに限定されず、燃料電池冷却媒体加熱器134
の下流かつ燃料電池1の上流の部分を除けば、燃料処理
系冷却媒体循環径路133を含む燃料電池冷却媒体径路
131のいずれの位置でもよい。燃料電池冷却媒体加熱
器135の設置位置として燃料電池冷却媒体加熱器13
4の下流及び燃料電池1の上流の部分を除くのは、この
部分で測定した燃料電池冷却媒体温度で燃料電池冷却媒
体冷却器134での熱交換量を制御することが多いた
め、この位置に燃料電池加熱器135を設置すると擾乱
要因となるからである。また、図7では脱硫器33を水
素リッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変成器31の
中間に設置しているが、ここに限定されず例えば改質器
2導入前の燃料流路に設置してもよい。The catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 may be divided into two or more when a plurality of reactors are used. Also, the fuel cell cooling medium heater 13
7 is installed in the fuel treatment system cooling medium circulation path 133 upstream of the hydrogen-rich gas cooler 22 in FIG. 7, the installation position is not limited thereto, and the fuel cell cooling medium heater 134 is installed.
Except for the part downstream of the fuel cell 1 and the part upstream of the fuel cell 1, any position of the fuel cell cooling medium path 131 including the fuel processing system cooling medium circulation path 133 may be used. As the installation position of the fuel cell cooling medium heater 135, the fuel cell cooling medium heater 13
4 and the upstream part of the fuel cell 1 are excluded because the amount of heat exchange in the fuel cell cooling medium cooler 134 is often controlled by the fuel cell cooling medium temperature measured in this part. This is because the installation of the fuel cell heater 135 causes a disturbance. In FIG. 7, the desulfurizer 33 is installed between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31. However, the present invention is not limited to this. For example, the desulfurizer 33 is installed in the fuel flow path before the reformer 2 is introduced. You may.
【0137】[作用効果]以上のような構成を有する第
7の実施の形態の作用効果は次の通りである。すなわ
ち、装置起動時に発生した燃焼ガス起動バーナー70の
燃焼ガスは、水蒸気過熱器62、燃料混合ガス予熱器6
3の順に通過してこれらの機器を暖める。起動バーナー
70の燃焼ガス温度が高々500℃程度であるので、こ
れら機器の昇温限度は400℃程度と考えられ、水蒸気
過熱器62及び燃料混合ガス予熱器63の望ましい運転
温度には未達である。しかしながら、これらの機器は熱
回収のために存在し、起動時には効率は度外視するの
で、運転温度程度にまで昇温する必要はない。つまり、
反応ガスを流通させた際に凝縮が発生しない程度に暖管
すればよいので、この条件で機能を充分に果たすことが
できる。[Operation and Effect] The operation and effect of the seventh embodiment having the above configuration are as follows. That is, the combustion gas of the combustion gas starting burner 70 generated at the time of starting the apparatus is supplied to the steam superheater 62 and the fuel mixed gas preheater 6.
Warm these appliances through 3 in order. Since the combustion gas temperature of the starting burner 70 is at most about 500 ° C., the temperature rise limit of these devices is considered to be about 400 ° C., and the desired operating temperatures of the steam superheater 62 and the fuel-mixed gas preheater 63 have not been reached. is there. However, since these devices exist for heat recovery, and the efficiency is ignored at the time of startup, there is no need to raise the temperature to about the operating temperature. That is,
It is sufficient to heat the tube so that condensation does not occur when the reaction gas flows, so that the function can be sufficiently performed under these conditions.
【0138】燃料混合ガス予熱器63を通過した起動バ
ーナー70燃焼ガスの温度は300〜400℃程度であ
る。これをこのまま脱硫器33吸収材、低温一酸化炭素
変成器31触媒層などの加熱に使用すると、これらは昇
華性のZnOを含む場合が多いため、損傷する可能性が
ある。そこで、分岐点71にて分かれた起動バーナー7
0燃焼ガスは脱硫器33吸収材を通過させる前に燃料電
池冷却媒体加熱器135にて燃料電池冷却媒体と熱交換
し、250℃程度にまで温度を低下させる。と同時に、
燃料電池冷却媒体の昇温に使用する。これ以降の加熱目
標温度は脱硫器33が200〜250℃、低温一酸化炭
素変成器31が200℃程度、選択酸化式一酸化炭素除
去器32が200℃以下であるので、この順に起動バー
ナー70の燃焼ガスを通過させれば、各機器をほぼ同時
に目標温度を達成することが可能である。燃料電池冷却
媒体の加熱目標温度は高々85℃程度で低いが、脱硫器
33、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭
素除去器32に比較して熱容量が大きいため、過度に昇
温することはない。The temperature of the combustion gas of the starting burner 70 that has passed through the fuel-mixed gas preheater 63 is about 300 to 400 ° C. If this is used as it is for heating the desulfurizer 33 absorbent, the low-temperature carbon monoxide converter 31 catalyst layer, and the like, they often contain sublimable ZnO, and may be damaged. Therefore, the starting burner 7 split at the branch point 71
Before passing the combustion gas through the desulfurizer 33 absorbent, the fuel gas exchanges heat with the fuel cell cooling medium in the fuel cell cooling medium heater 135 to lower the temperature to about 250 ° C. At the same time
Used to raise the temperature of the fuel cell cooling medium. Since the heating target temperature after this is 200 to 250 ° C. for the desulfurizer 33, about 200 ° C. for the low-temperature carbon monoxide converter 31 and 200 ° C. or less for the selective oxidation type carbon monoxide remover 32, the starting burner 70 is started in this order. , It is possible to achieve the target temperature almost simultaneously for each device. Although the heating target temperature of the fuel cell cooling medium is as low as about 85 ° C. at the highest, it has an excessively high heat capacity as compared with the desulfurizer 33, the low-temperature carbon monoxide converter 31, and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32, so that the temperature rises excessively. No warming.
【0139】一方、水蒸発器61では発電開始までに多
量の水を沸点まで加熱しかつ水蒸気を発生させなければ
ならないので、起動に大量の熱量が必要である。必要な
温度は100℃強で、脱硫器33などの目標温度に比較
して低いが、熱容量が大きいのでこれら機器の下流に配
置すると昇温が遅れるおそれがある。そのため、第7の
実施の形態では起動バーナー70燃焼ガスが分岐点71
で分かれ、一方は燃料電池冷却媒体加熱器135以下の
加熱を行い、他方は熱量を維持して水蒸発器61の加熱
に使用することができる。これにより水蒸発器61の昇
温を他の機器と同調して確実に行うことが可能となっ
た。On the other hand, in the water evaporator 61, a large amount of heat is required for starting since a large amount of water must be heated to the boiling point and steam must be generated before the start of power generation. The required temperature is slightly higher than 100 ° C., which is lower than the target temperature of the desulfurizer 33 and the like. However, since the heat capacity is large, the temperature rise may be delayed if these devices are arranged downstream. Therefore, in the seventh embodiment, the combustion gas of the starting burner 70 is
One heats the fuel cell cooling medium heater 135 and lower, and the other heats the water evaporator 61 while maintaining the calorific value. This makes it possible to reliably raise the temperature of the water evaporator 61 in synchronization with other equipment.
【0140】また、第7の実施の形態では、改質触媒層
21、脱硫器33吸収材層、低温一酸化炭素変成器31
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去器32触媒層といっ
た燃料電池1燃料極11の上流に位置する機器について
は、水素リッチガスが流通する経路とは独立して起動バ
ーナー70燃焼ガスの流通経路を設置している。そのた
め、燃料処理系の触媒層において高温・還元性雰囲気で
の使用が想定されていても、燃焼ガスの流通により酸化
及び結露が生じて活性低下が起きるおそれがなく、起動
前の昇温に加えて還元操作を行う必要がない。Further, in the seventh embodiment, the reforming catalyst layer 21, the desulfurizer 33 absorbent layer, the low-temperature carbon monoxide converter 31
For devices located upstream of the fuel electrode 1 of the fuel cell 1 such as the catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 catalyst layer, the flow path of the combustion gas of the starting burner 70 is independent of the flow path of the hydrogen-rich gas. Has been installed. Therefore, even when the catalyst layer of the fuel processing system is assumed to be used in a high-temperature and reducing atmosphere, there is no danger that oxidation and dew condensation will occur due to the flow of the combustion gas and the activity will not decrease. There is no need to perform a reduction operation.
【0141】(8)第8の実施の形態 [構成]請求項8及び9にかかる第8の実施の形態につ
いて図8を参照して説明する。第8の実施の形態は前記
第7の実施の形態(請求項7の発明に対応)において、
起動バーナー70燃焼ガスと排気ガスバーナー4燃焼ガ
スの流路切替えを行う機構を設けた点に特徴があり、切
替えを請求項9の発明にかかる運転方法で実施してい
る。(8) Eighth Embodiment [Configuration] An eighth embodiment according to claims 8 and 9 will be described with reference to FIG. The eighth embodiment is a modification of the seventh embodiment (corresponding to the invention of claim 7).
It is characterized in that a mechanism for switching the flow path between the starting burner 70 combustion gas and the exhaust gas burner 4 combustion gas is provided, and the switching is performed by the operating method according to the ninth aspect of the present invention.
【0142】すなわち、起動バーナー70と第1の合流
点73の間に第1止め弁75が設けられ、分岐点71と
燃料電池冷却媒体加熱器135の間に第2止め弁76が
設けられ、選択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層と
第2の合流点74の間に第3止め弁77が設けられてい
る。これら3つの止め弁75、76及び77を請求項1
1の発明にかかる運転方法により開閉し、燃焼ガスの流
路切替えを行うようになっている。That is, a first stop valve 75 is provided between the starting burner 70 and the first junction 73, and a second stop valve 76 is provided between the branch point 71 and the fuel cell cooling medium heater 135. A third stop valve 77 is provided between the catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 and the second junction 74. 3. The three stop valves 75, 76 and 77 are
The operation method according to the first aspect of the invention opens and closes and switches the flow path of the combustion gas.
【0143】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、3つすべての止め弁7
5、76、77が開き、起動バーナー70燃焼ガスが流
通する。分岐点71と第2の合流点74の間には止め弁
は無く、燃料混合ガス予熱器63出口側の高温ガスの一
部は直接、水蒸発器61を加熱する。なお、分岐点71
で分岐するガス流量を最適に配分するため、分岐点71
と第2の合流点74の間にはオリフィスなどの圧損要素
を設置してもよい。[Opening and Closing of Stop Valves] When the apparatus is started, the start burner 70 is ignited, and all three stop valves 7 are opened.
5, 76, 77 are opened, and the starting burner 70 combustion gas flows. There is no stop valve between the branch point 71 and the second junction 74, and a part of the high-temperature gas at the outlet side of the fuel-mixed gas preheater 63 directly heats the water evaporator 61. The branch point 71
In order to optimally distribute the gas flow rate branched at the branch point 71,
A pressure loss element such as an orifice may be provided between the first and second junctions 74.
【0144】燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器3
3、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素
除去器32のすべての昇温が完了したら、第2止め弁7
6及び第3止め弁77を閉じる。但し、何らかの原因で
いずれかの機器の温度が過度に上昇し、予め設定された
最高限界温度を越えた場合には他の機器の昇温が完了し
ていなくとも、第2止め弁76及び第3止め弁77を閉
じる。The fuel cell cooling medium heater 135 and the desulfurizer 3
3. When all of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 have been heated, the second stop valve 7
6 and the third stop valve 77 are closed. However, if the temperature of any device rises excessively for some reason and exceeds a preset maximum limit temperature, the second stop valve 76 and the second stop valve 76 may be used even if the temperature rise of other devices is not completed. The three stop valve 77 is closed.
【0145】第2止め弁76と第3止め弁77の間に設
置してある機器には温度の上限があるものが多い。例え
ば、燃料電池冷却媒体加熱器135の温度が沸点に近づ
くことは燃料電池冷却媒体全体がこの温度まで昇温する
ことを意味するので、固体高分子電解質膜を初めとする
燃料電池1の構成部材に損傷を与える可能性がある。ま
た、脱硫器33と低温一酸化炭素変成器31は前述した
ように昇華性のZnOを含む場合があり、選択酸化式一
酸化炭素除去器32では高温で反応の選択性が悪化する
傾向が見られている。そのため、これら機器に最高限界
温度を設定し、いづれかが限界に達したら第2止め弁7
6及び第3止め弁77を閉じて、機器の昇温を中断す
る。The equipment installed between the second stop valve 76 and the third stop valve 77 often has an upper temperature limit. For example, when the temperature of the fuel cell cooling medium heater 135 approaches the boiling point, which means that the temperature of the entire fuel cell cooling medium rises to this temperature, the components of the fuel cell 1 including the solid polymer electrolyte membrane May damage the device. In addition, the desulfurizer 33 and the low-temperature carbon monoxide converter 31 may contain sublimable ZnO as described above, and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 tends to deteriorate the reaction selectivity at high temperatures. Have been. Therefore, the maximum limit temperature is set for these devices, and if any of them reaches the limit, the second stop valve 7
The sixth and third stop valves 77 are closed to interrupt the temperature rise of the equipment.
【0146】一方、水蒸発器61は第2の合流点74で
合流した起動バーナー70燃焼ガスで昇温される。この
温度が目標温度に達しない間は第1止め弁75が開いて
起動バーナー70燃焼ガスが送り込まれ、目標温度に達
してかつ第2止め弁76及び第3止め弁77が閉じてい
たら、起動のための加熱を終了して第1止め弁75が閉
り、起動バーナー70が停止して発電運転に移行する。On the other hand, the temperature of the water evaporator 61 is increased by the combustion gas of the starting burner 70 joined at the second junction 74. If the temperature does not reach the target temperature, the first stop valve 75 is opened and the starting burner 70 is supplied with combustion gas. If the target temperature is reached and the second stop valve 76 and the third stop valve 77 are closed, the start is started. And the first stop valve 75 is closed, the starting burner 70 is stopped, and the operation shifts to the power generation operation.
【0147】運転中はこれらすべての弁75、76、7
7が閉じて通常運転時の熱バランスを擾乱させない。停
止時には第2止め弁76及び第3止め弁77が開いて起
動バーナー燃焼ガス流路が水凝縮などで減圧し、リーク
などの不適合の原因となることを防ぐことができる。During operation, all these valves 75, 76, 7
7 does not disturb the heat balance during normal operation. At the time of stoppage, the second stop valve 76 and the third stop valve 77 are opened to prevent the starting burner combustion gas flow path from being decompressed by water condensation or the like, thereby preventing an incompatibility such as a leak.
【0148】但し、燃料電池冷却媒体加熱器135から
選択酸化式一酸化炭素除去器32の間の機器の加熱が未
了であっても、水蒸発器61の温度が沸点を越えて過度
に上昇すると危険であるので、水蒸発器61温度が予め
設定された最高限界温度に達した場合は第2止め弁76
及び第3止め弁77を開けたままで第1止め弁75を閉
め、起動バーナー70を停止して新たな熱量の供給を停
止し、残熱で昇温未了の機器を加熱する。水蒸発器61
の過度の昇温を防ぐため、安全弁を設置してもよい。However, even if the heating of the equipment between the fuel cell cooling medium heater 135 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is not completed, the temperature of the water evaporator 61 exceeds the boiling point and rises excessively. Then, since it is dangerous, when the temperature of the water evaporator 61 reaches the preset maximum limit temperature, the second stop valve 76
Then, the first stop valve 75 is closed while the third stop valve 77 is kept open, the start burner 70 is stopped, supply of new heat is stopped, and the equipment whose temperature has not been raised is heated by residual heat. Water evaporator 61
In order to prevent excessive temperature rise, a safety valve may be installed.
【0149】[作用効果]第8の実施の形態では、上記
の機構と制御により、燃料電池発電装置の各機器をほぼ
同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を防ぐこと
が可能となった。また、止め弁の開閉により燃焼ガス流
路の切替えることができるので、起動バーナー70の燃
焼ガス流路と排気ガスバーナー4の燃焼ガス流路を共通
化でき、装置の簡素化を図ることができる。[Effects] In the eighth embodiment, by the above-described mechanism and control, it is possible to raise the temperature of each device of the fuel cell power generation device to a predetermined temperature substantially in synchronism and to prevent excessive temperature rise. It has become possible. Further, since the combustion gas flow path can be switched by opening and closing the stop valve, the combustion gas flow path of the starting burner 70 and the combustion gas flow path of the exhaust gas burner 4 can be shared, and the apparatus can be simplified. .
【0150】(9)第9の実施の形態 [構成]請求項10、11にかかる第9の実施の形態に
ついて図9を用いて説明する。第9の実施の形態と前記
第8の実施の形態との相違点は、第9の実施の形態では
第2止め弁76と第3止め弁77の間に第2の分岐点7
2があり、ここから大気に開放するベント配管が設置さ
れていて、これに第4止め弁78が設置されていること
である。これは第2止め弁76と第3止め弁77が閉じ
た時にこの間を封じ切りにしないためのものである。こ
れら4つの止め弁75、76、77及び78を請求項1
1の発明にかかる運転方法により開閉し、前記第8の実
施の形態と同じく、起動バーナー70燃焼ガスと排気ガ
スバーナー4燃焼ガスの流路切替えるになっている。な
お、前記分岐点71をここでは第1の分岐点71とす
る。(9) Ninth Embodiment [Configuration] A ninth embodiment according to claims 10 and 11 will be described with reference to FIG. The difference between the ninth embodiment and the eighth embodiment is that, in the ninth embodiment, the second branch point 7 is located between the second stop valve 76 and the third stop valve 77.
There is a vent pipe that opens to the atmosphere from here, and a fourth stop valve 78 is installed in this. This is to prevent the gap between the second stop valve 76 and the third stop valve 77 from being shut off when the valve is closed. The four stop valves (75), (76), (77) and (78) are provided.
It is opened and closed by the operation method according to the first invention, and the flow path of the combustion gas of the starting burner 70 and the combustion gas of the exhaust gas burner 4 is switched as in the eighth embodiment. Note that the branch point 71 is a first branch point 71 here.
【0151】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、第4止め弁78以外の3
つの止め弁75、76及び77が開き、起動バーナー7
0燃焼ガスが流通する。第1の分岐点71と第2の合流
点74の間には止め弁が無い点、分岐点71と第2の合
流点74の間にはオリフィスなどの圧損要素を設置して
もよい点などは第8の実施の形態と同様である。[Opening and Closing of Stop Valve] When the device is started, the start burner 70 is ignited,
The three stop valves 75, 76 and 77 open and the starting burner 7
0 combustion gas flows. There is no stop valve between the first junction 71 and the second junction 74, a point where a pressure loss element such as an orifice may be installed between the junction 71 and the second junction 74, etc. Are the same as in the eighth embodiment.
【0152】燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器3
3、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素
除去器32すべての昇温が完了したら、第2止め弁76
及び第3止め弁77を閉じ、第1止め弁75及び第4止
め弁78を開く。但し、何らかの原因でいずれかの機器
の温度が過度に上昇し、予め設定された最高限界温度を
越えた場合は他の機器の昇温が完了していなくとも第2
止め弁76及び第3止め弁77を閉じ、第4止め弁78
を開く。これは第8の実施の形態にて説明したように、
機器の安全性を確保するためである。Fuel cell cooling medium heater 135, desulfurizer 3
3. When all of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 have been heated, the second stop valve 76
Then, the third stop valve 77 is closed, and the first stop valve 75 and the fourth stop valve 78 are opened. However, if the temperature of any device rises excessively for some reason and exceeds a preset maximum limit temperature, the second temperature may be raised even if the temperature rise of other devices is not completed.
The stop valve 76 and the third stop valve 77 are closed, and the fourth stop valve 78 is closed.
open. This is, as described in the eighth embodiment,
This is to ensure the safety of the device.
【0153】一方、水蒸発器61の温度が目標温度に達
しない間は第1止め弁75が開いて起動バーナー70燃
焼ガスが送り込まれ、目標温度に達してかつ第2止め弁
76及び第3止め弁77が閉じかつ第4止め弁78が開
いていたら、起動のための加熱を終了して第1止め弁7
5が閉り、起動バーナー70が停止して発電運転に移行
する。On the other hand, while the temperature of the water evaporator 61 does not reach the target temperature, the first stop valve 75 is opened and the combustion gas of the starting burner 70 is sent in, and the temperature reaches the target temperature and the second stop valve 76 and the third stop valve 76 are closed. If the stop valve 77 is closed and the fourth stop valve 78 is open, heating for starting is terminated and the first stop valve 7 is closed.
5 is closed, the starting burner 70 stops, and the operation shifts to the power generation operation.
【0154】運転中はこれらすべての止め弁75、7
6、77及び78が閉じて通常運転時の熱バランスの擾
乱を防ぐようになっている。停止時には第2止め弁76
か第3止め弁77のどちらかと第4止め弁78が開いて
起動バーナー70燃焼ガス流路の減圧を防ぐことができ
る。During operation, all these stop valves 75, 7
6, 77 and 78 are closed to prevent disturbance of the heat balance during normal operation. When stopped, the second stop valve 76
The third stop valve 77 and the fourth stop valve 78 are opened to prevent the starting burner 70 from depressurizing the combustion gas flow path.
【0155】但し、燃料電池冷却媒体加熱器135から
選択酸化式一酸化炭素除去器32の間の機器の加熱が未
了であっても、水蒸発器61の温度が沸点を越えて過度
に上昇すると危険であるので、水蒸発器61温度が予め
設定された最高限界温度に達した場合には第2止め弁7
6及び第3止め弁77を開け、かつ第4止め弁78を閉
めた状態で第1止め弁75を閉める。これにより、起動
バーナー70を停止して新たな熱量の供給を停止し、残
熱で昇温未了の機器を加熱するものとする。なお、水蒸
発器61の過度の昇温を防ぐため、安全弁を設置しても
よい点は第8の実施の形態と同然である。However, even if the heating of the equipment between the fuel cell cooling medium heater 135 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is not completed, the temperature of the water evaporator 61 exceeds the boiling point and rises excessively. Then, since it is dangerous, when the temperature of the water evaporator 61 reaches the preset maximum limit temperature, the second stop valve 7
The first stop valve 75 is closed with the sixth and third stop valves 77 open and the fourth stop valve 78 closed. As a result, the startup burner 70 is stopped to stop the supply of a new amount of heat, and the equipment whose temperature has not been raised is heated by the residual heat. It should be noted that a safety valve may be provided in order to prevent the temperature of the water evaporator 61 from excessively rising as in the eighth embodiment.
【0156】[作用効果]以上の第9の実施の形態で
は、上記の機構と制御により、燃料電池発電装置の各機
器をほぼ同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を
防ぐことができる。また、燃焼ガス流路が切替可能であ
るため起動バーナー70の燃焼ガス流路と排気ガスバー
ナー4の燃焼ガス流路を共通化でき、装置を簡素化でき
る。さらには、第4止め弁78の働きにより起動バーナ
ー70燃焼ガス流路の減圧を防止することができる。[Effects] In the ninth embodiment described above, the above-described mechanism and control raises the temperature of each component of the fuel cell power generation device to a predetermined temperature substantially in synchronism and prevents excessive temperature rise. be able to. Further, since the combustion gas flow path is switchable, the combustion gas flow path of the starting burner 70 and the combustion gas flow path of the exhaust gas burner 4 can be shared, and the apparatus can be simplified. Further, the function of the fourth stop valve 78 can prevent the pressure in the combustion gas flow path of the starting burner 70 from being reduced.
【0157】(10)第10の実施の形態 [構成]請求項12にかかる第10の実施の形態につい
て、図10を参照して説明する。第10の実施の形態は
第7の実施の形態(請求項7の発明に対応)の変形であ
る。選択酸化式一酸化炭素変成器32は比較的低温で運
転され、Au系やRu系触媒を使用した場合には運転温
度が水の沸点以下である場合も有る。このような場合、
選択酸化式一酸化炭素変成器32出口での起動バーナー
70燃焼ガスの温度は水蒸発器61の加熱に利用可能な
水準には無い。従って第2の合流点74を設けてまでし
てこれを水蒸気器61に導入する必要はなく、大気開放
することが望ましい。(10) Tenth Embodiment [Structure] A tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The tenth embodiment is a modification of the seventh embodiment (corresponding to the invention of claim 7). The selective oxidation type carbon monoxide converter 32 is operated at a relatively low temperature. When an Au-based or Ru-based catalyst is used, the operating temperature may be lower than the boiling point of water. In such a case,
The temperature of the starting combustion gas at the outlet of the selective oxidation type carbon monoxide converter 32 is not at a level available for heating the water evaporator 61. Therefore, it is not necessary to introduce the second junction 74 into the steam generator 61 until the second junction 74 is provided.
【0158】第10の実施の形態は起動バーナー70燃
焼ガス流路が分岐点71で分岐され、燃料電池冷却媒体
加熱器135、脱硫器33、低温一酸化炭素変成器3
1、選択酸化式一酸化炭素除去器32を加熱した起動バ
ーナー70燃焼ガスが以降熱交換に使用されること無く
大気中に放出されることを特徴とする。In the tenth embodiment, the combustion gas flow path of the starting burner 70 is branched at the branch point 71, and the fuel cell cooling medium heater 135, the desulfurizer 33, the low-temperature carbon monoxide converter 3
1. The starting burner 70 heating the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is discharged into the atmosphere without being used for heat exchange thereafter.
【0159】選択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層
は、反応器が複数から成る場合には2つ以上に分かれて
いてもよい。また、燃料電池冷却媒体加熱器135は図
10では燃料処理系冷却媒体循環径路133の水素リッ
チガス冷却器22上流に設置されているが、設置位置は
ここに限定されず、燃料処理系冷却媒体循環径路133
を含む燃料電池冷却媒体径路131のいずれの位置でも
よい。但し、燃料電池冷却媒体加熱器134の下流かつ
燃料電池1の上流の部分は、ここで測定した燃料電池冷
却媒体温度で燃料電池冷却媒体冷却器134での熱交換
量を制御することが多く、擾乱要因となるため、この位
置に燃料電池加熱器135を設置するこは避ける。ま
た、図10では脱硫器33は水素リッチガス冷却器22
と低温一酸化炭素変成器31の中間に設置されている
が、ここに限定されず例えば改質器2導入前の燃料流路
に設置してもよい。The catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 may be divided into two or more when a plurality of reactors are used. In FIG. 10, the fuel cell cooling medium heater 135 is installed upstream of the hydrogen-rich gas cooler 22 in the fuel processing system cooling medium circulation path 133. However, the installation position is not limited to this, and the fuel processing system cooling medium circulation Path 133
At any position of the fuel cell cooling medium path 131. However, the portion downstream of the fuel cell cooling medium heater 134 and upstream of the fuel cell 1 often controls the amount of heat exchange in the fuel cell cooling medium cooler 134 based on the measured fuel cell cooling medium temperature. Avoid placing the fuel cell heater 135 at this position, as this may cause disturbance. In FIG. 10, the desulfurizer 33 is connected to the hydrogen-rich gas cooler 22.
And the low-temperature carbon monoxide converter 31, but is not limited to this, and may be installed, for example, in a fuel flow path before the reformer 2 is introduced.
【0160】[作用効果]以上のような第10の実施の
形態によれば、燃料電池発電装置の各機器をほぼ同調し
て所定の温度に昇温し、かつより簡易かつ効果的な燃料
電池発電装置を構築することが可能となった。[Effects] According to the tenth embodiment described above, the components of the fuel cell power generator are almost synchronized, and the temperature is raised to a predetermined temperature. It has become possible to construct a power generator.
【0161】なお、第7の実施の形態(請求項7の発明
に対応)と第10の実施の形態(請求項12の発明に対
応)の長短は、選択酸化式一酸化炭素変成器32の目標
運転温度、特にこれが複数段に分割されている場合には
最終段の目標運転温度に依存する。すなわち、目標運転
温度が高ければ前者の方が有利であり、水の沸点前後の
低温であれば後者の方がより効果的である。Note that the lengths of the seventh embodiment (corresponding to the invention of claim 7) and the tenth embodiment (corresponding to the invention of claim 12) are different from those of the selective oxidation type carbon monoxide converter 32. The target operating temperature depends on the target operating temperature of the final stage, particularly when the target operating temperature is divided into a plurality of stages. That is, the former is more advantageous if the target operating temperature is higher, and the latter is more effective if the target operating temperature is low around the boiling point of water.
【0162】(11)第11の実施の形態 [構成]図11に示す第11の実施の形態は、請求項1
3及び14に対応するものであり、第10の実施の形態
(請求項12の発明に対応)において、起動バーナー7
0燃焼ガスと排気ガスバーナー4燃焼ガスの流路切替え
を行う機構を設けた点に特徴がある。すなわち、起動バ
ーナー70と第1の合流点73の間に第1止め弁75が
設けられ、分岐点71と脱硫器33の吸収材層の間に第
2止め弁76が設けられている。これら止め弁75、7
6の開閉を請求項14の発明にかかる運転方法で実施し
ている。(11) Eleventh Embodiment [Configuration] The eleventh embodiment shown in FIG.
In the tenth embodiment (corresponding to the twelfth aspect of the present invention), the starting burner 7 corresponds to the third embodiment.
It is characterized in that a mechanism for switching the flow path between the combustion gas 0 and the exhaust gas burner 4 is provided. That is, the first stop valve 75 is provided between the starting burner 70 and the first junction 73, and the second stop valve 76 is provided between the branch point 71 and the absorbent layer of the desulfurizer 33. These stop valves 75, 7
The opening and closing of No. 6 is performed by the operation method according to the fourteenth aspect of the present invention.
【0163】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、2つの止め弁75、76
が開き、起動バーナー70燃焼ガスが流通する。流量配
分最適化のための圧損要素は水蒸発器61の上流に設置
する必要が無く、かつ圧損要素として水蒸発器61及び
水凝縮器5をカウントすることができるので、第2の合
流点74を有する場合より設置する圧損要素を低減し、
排気ガスライン全体の圧損を低下させることが可能であ
る。[Opening and Closing of Stop Valve] When the apparatus is started, the start burner 70 is ignited and the two stop valves 75 and 76 are opened.
Is opened, and the combustion gas of the starting burner 70 flows. Since the pressure loss element for optimizing the flow distribution need not be provided upstream of the water evaporator 61 and the water evaporator 61 and the water condenser 5 can be counted as the pressure loss element, the second junction 74 The pressure drop element to be installed is reduced more than
It is possible to reduce the pressure loss of the entire exhaust gas line.
【0164】燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器3
3、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素
除去器32すべての昇温が完了したら、第2止め弁76
を閉じる。但し、何らかの原因でいづれかの機器の温度
が過度に上昇し、予め設定された最高限界温度を越えた
場合は他の機器の昇温が完了していなくとも第2止め弁
76を閉じ、安全性を確保する。Fuel cell cooling medium heater 135, desulfurizer 3
3. When all of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 have been heated, the second stop valve 76
Close. However, if the temperature of any device rises excessively for some reason and exceeds a preset maximum limit temperature, the second stop valve 76 is closed even if the temperature rise of other devices is not completed, and the safety is reduced. To secure.
【0165】一方、水蒸発器61は温度が目標温度に達
しない間は第1止め弁75が開いて起動バーナー70燃
焼ガスが送り込まれ、目標温度に達してかつ第2止め弁
76が閉じていたら起動のための加熱を終了して第1止
め弁75が閉り、起動バーナー70が停止して発電運転
に移行する。On the other hand, when the temperature of the water evaporator 61 does not reach the target temperature, the first stop valve 75 is opened and the combustion gas of the starting burner 70 is sent in, and the water reaches the target temperature and the second stop valve 76 is closed. Then, the heating for the start is terminated, the first stop valve 75 is closed, the start burner 70 is stopped, and the operation shifts to the power generation operation.
【0166】運転中は止め弁75及び76が両方とも閉
じて通常運転時の熱バランスの擾乱を防止する。停止時
には第2止め弁76が開いても閉じていても起動バーナ
ー70燃焼ガス流路は大気に開放されるので、減圧のお
それはない。但し、燃料電池冷却媒体加熱器135から
選択酸化式一酸化炭素除去器32の間の機器の加熱が未
了であっても、水蒸発器61の温度が沸点を越えて過度
に上昇すると危険であるので、水蒸発器61温度が予め
設定された最高限界温度に達した場合には第2止め弁7
6を開けたままで第1止め弁75を閉め、起動バーナー
70を停止して新たな熱量の供給を停止し、残熱で昇温
未了の機器を加熱する。なお、水蒸発器61の過度の昇
温を防ぐため、安全弁を設置してもよい。During operation, stop valves 75 and 76 are both closed to prevent disturbance of the heat balance during normal operation. At the time of the stop, the combustion gas flow path of the starting burner 70 is opened to the atmosphere regardless of whether the second stop valve 76 is opened or closed, so that there is no possibility of pressure reduction. However, even if the heating of the equipment between the fuel cell cooling medium heater 135 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is not completed, it is dangerous if the temperature of the water evaporator 61 excessively rises above the boiling point. Therefore, when the temperature of the water evaporator 61 reaches the preset maximum limit temperature, the second stop valve 7
With the 6 open, the first stop valve 75 is closed, the start burner 70 is stopped, the supply of new heat is stopped, and the equipment whose temperature has not been raised is heated by residual heat. Note that a safety valve may be provided to prevent the temperature of the water evaporator 61 from excessively rising.
【0167】[作用効果]第11の実施の形態では、上
記のような機構と制御により、燃料電池発電装置の各機
器をほぼ同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を
防ぎながら、より簡易かつ効果的な燃料電池発電装置を
構築することが可能となった。[Effects] In the eleventh embodiment, the above-described mechanism and control raises the temperature of each component of the fuel cell power generation device to a predetermined temperature substantially in synchronism, and prevents excessive temperature rise. However, it has become possible to construct a simpler and more effective fuel cell power generator.
【0168】(12)第12の実施の形態 [構成]第12の実施の形態は請求項15に対応してお
り、図12は第12の実施の形態の構成図を示してい
る。これまで第7の実施の形態から第11の実施の形態
にかけては、起動バーナー70燃焼ガスを脱硫器33、
低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素除去
器32の昇温に使用する場合を例示した。しかしなが
ら、装置及び各反応器が小規模である場合、各反応器に
特段の起動用加熱配管を設けることは困難であり、かつ
運転中にこれを通じての放熱損失も無視できない。(12) Twelfth Embodiment [Structure] The twelfth embodiment corresponds to claim 15, and FIG. 12 shows the structure of the twelfth embodiment. Up to now, from the seventh embodiment to the eleventh embodiment, the combustion gas of the starting burner 70 is supplied to the desulfurizer 33,
The case where it is used for raising the temperature of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is illustrated. However, when the apparatus and each reactor are small-scale, it is difficult to provide a special heating pipe for each reactor, and heat loss through this during operation is not negligible.
【0169】そこで、請求項15の発明にかかる第12
の実施の形態では、起動バーナー70燃焼ガスが改質器
2の改質触媒層21を通過した後、合流点73にて排気
ガスバーナー4からの燃焼ガス流路に流入し、水蒸気過
熱器62、燃料混合ガス予熱器63、水蒸発器61、燃
料電池冷却媒体加熱器135、水凝縮器5の順に通過す
るように構成されたことを特徴とする。Therefore, the twelfth aspect of the present invention is described.
In the embodiment, after the combustion gas of the starting burner 70 passes through the reforming catalyst layer 21 of the reformer 2, it flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner 4 at the junction 73, and the steam superheater 62 , A fuel mixed gas preheater 63, a water evaporator 61, a fuel cell cooling medium heater 135, and a water condenser 5 in this order.
【0170】起動バーナー70で発生した起動バーナー
70燃焼ガスは改質触媒層21を貫流して加熱した後、
水蒸気過熱器62と燃料混合ガス予熱器63を加熱し、
水蒸発器61を加熱する。ここでガス温度が比較的低位
になってから、燃料電池冷却媒体加熱器135を加熱す
る。燃料電池冷却媒体は通常水の沸点以下高々85℃程
度なので、水蒸発器61加熱後のガスでも加熱可能であ
る。燃料電池冷却媒体加熱器135を出た起動バーナー
70燃焼ガスは水凝縮器5を経て大気に放出される。な
お、目標昇温温度が比較的低くかつ加熱に必要な熱量が
比較的少ない脱硫器33、低温一酸化炭素変成器31、
選択酸化式一酸化炭素除去器32の昇温は電力で行うよ
うになっている。The starting burner 70 combustion gas generated by the starting burner 70 flows through the reforming catalyst layer 21 and is heated.
The steam superheater 62 and the fuel gas preheater 63 are heated,
The water evaporator 61 is heated. Here, after the gas temperature becomes relatively low, the fuel cell cooling medium heater 135 is heated. Since the fuel cell cooling medium is usually at most about 85 ° C. below the boiling point of water, the gas after heating the water evaporator 61 can be heated. The combustion gas of the starting burner 70 exiting the fuel cell cooling medium heater 135 is discharged to the atmosphere via the water condenser 5. In addition, the desulfurizer 33 whose target heating temperature is relatively low and the amount of heat required for heating is relatively small, the low-temperature carbon monoxide converter 31,
The temperature of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is raised by electric power.
【0171】選択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層
は、反応器が複数から成る場合には2つ以上に分かれて
いてもよい。また、燃料電池冷却媒体加熱器135は図
12では燃料処理系冷却媒体循環径路133の水素リッ
チガス冷却器22上流に設置されているが、設置位置は
ここに限定されず、燃料電池冷却媒体加熱器134の下
流かつ燃料電池1の上流の部分を除く、燃料処理系冷却
媒体循環径路133を含む燃料電池冷却媒体径路131
のいずれの位置でもよい。燃料電池冷却媒体加熱器13
4の下流かつ燃料電池1の上流部分は通常、燃料電池冷
却媒体温度の測定箇所であり、測定結果に基づいて燃料
電池冷却媒体冷却器134での熱交換量を制御する。し
たがって、前記の位置を燃料電池加熱器135の設置位
置に選ぶと擾乱要因となり易い。そのためこの部分は外
す。また、図12では脱硫器33は水素リッチガス冷却
器22と低温一酸化炭素変成器31の中間に設置されて
いるが、ここに限定されず例えば改質器2導入前の燃料
流路に設置してもよい。The catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 may be divided into two or more when a plurality of reactors are used. In FIG. 12, the fuel cell cooling medium heater 135 is installed upstream of the hydrogen-rich gas cooler 22 in the fuel processing system cooling medium circulation path 133. However, the installation position is not limited to this. A fuel cell cooling medium path 131 including a fuel processing system cooling medium circulation path 133 excluding a portion downstream of the fuel cell 134 and upstream of the fuel cell 1
May be any position. Fuel cell cooling medium heater 13
The part downstream of the fuel cell 4 and the part upstream of the fuel cell 1 are usually measurement points of the fuel cell cooling medium temperature, and the amount of heat exchange in the fuel cell cooling medium cooler 134 is controlled based on the measurement result. Therefore, if the above position is selected as the installation position of the fuel cell heater 135, it is likely to be a disturbance factor. So remove this part. Further, in FIG. 12, the desulfurizer 33 is provided between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31. However, the present invention is not limited to this. You may.
【0172】[作用効果]以上の第12の実施の形態で
は、高温が必要な改質器22の昇温及び昇温に多くの熱
量を必要とする燃料電池冷却媒体加熱器135及び水蒸
発器61の加熱にのみ起動バーナー70燃焼ガスを使用
している。すなわち、機器を選んで燃焼ガスを供給する
ことにより燃焼ガス流路をシンプルに構成することがで
き、装置の簡略化を進めることができる。[Effects] In the twelfth embodiment, the fuel cell cooling medium heater 135 and the water evaporator which require a large amount of heat to raise the temperature of the reformer 22 which requires a high temperature The combustion gas of the starting burner 70 is used only for the heating of 61. In other words, by selecting a device and supplying the combustion gas, the combustion gas flow path can be simply configured, and the apparatus can be simplified.
【0173】なお、請求項7もしくは請求項12の発明
と請求項15の発明のどちらを採用するかは、装置の規
模に依存する。装置規模が大きければ請求項7もしくは
請求項12の発明が有利であり、装置規模が小さければ
請求項15の発明の方がより効果的である。Whether the invention of claim 7 or claim 12 or the invention of claim 15 is adopted depends on the scale of the apparatus. The invention of claim 7 or claim 12 is advantageous if the apparatus scale is large, and the invention of claim 15 is more effective if the apparatus scale is small.
【0174】(13)第13の実施の形態 [構成]請求項16及び17に対応する第13の実施の
形態について、図13を用いて説明する。第13の実施
の形態は第12の実施の形態(請求項15の発明に対
応)において、起動バーナー70燃焼ガスと排気ガスバ
ーナー4燃焼ガスの流路切替えを行う機構を設けてい
る。すなわち、起動バーナー70と第1の合流点73の
間に第1止め弁75が設けられ、請求項17の発明にか
かる運転方法により第1止め弁75を開閉してガス流路
の切替えを行っている。(13) Thirteenth Embodiment [Configuration] A thirteenth embodiment corresponding to claims 16 and 17 will be described with reference to FIG. The thirteenth embodiment is different from the twelfth embodiment (corresponding to the invention of claim 15) in that a mechanism for switching the flow path between the starting burner 70 combustion gas and the exhaust gas burner 4 combustion gas is provided. That is, the first stop valve 75 is provided between the starting burner 70 and the first junction 73, and the gas flow is switched by opening and closing the first stop valve 75 by the operation method according to the seventeenth aspect of the present invention. ing.
【0175】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、第1止め弁75が開き、
起動バーナー70燃焼ガスが流通する。流量配分最適化
の必要が無いのでそのための圧損要素は不要である。水
蒸発器61は温度が目標温度に達しない間は止め弁75
が開いて起動バーナー70燃焼ガスが送り込まれ、目標
温度に達したら起動のための加熱を終了して第1止め弁
75が閉り、起動バーナー70が停止して発電運転に移
行する。[Opening / closing of stop valve] When the apparatus is started, the starter burner 70 is ignited, and the first stop valve 75 is opened.
The combustion gas of the starting burner 70 flows. Since there is no need to optimize the flow distribution, a pressure loss element for that is unnecessary. The water evaporator 61 is a stop valve 75 while the temperature does not reach the target temperature.
Is opened and the combustion gas of the starter burner 70 is sent in. When the target temperature is reached, the heating for the start is ended, the first stop valve 75 is closed, the starter burner 70 stops, and the operation shifts to the power generation operation.
【0176】運転中は第1止め弁75が閉じて通常運転
時の熱バランスを擾乱させない。停止時には第1止め弁
75が開いても閉じていてもその両側とも大気に開放さ
れるので減圧のおそれはない。但し、水蒸発器61の昇
温が未了であるのに燃料電池冷却媒体加熱器135の昇
温が最高限界温度に達した場合は、燃料電池1の冷却水
温度調節を目的に設置された燃料電池冷却媒体冷却器1
34により熱を放出する。これにより水蒸発器61の昇
温を継続しながら燃料電池冷却媒体の過度の昇温を防
ぐ。During the operation, the first stop valve 75 is closed so as not to disturb the heat balance during the normal operation. When stopped, the first stop valve 75 is opened or closed and both sides are open to the atmosphere, so there is no danger of decompression. However, if the temperature of the fuel cell cooling medium heater 135 reaches the maximum limit temperature even though the temperature of the water evaporator 61 has not been raised, the fuel cell 1 is installed for the purpose of adjusting the cooling water temperature of the fuel cell 1. Fuel cell cooling medium cooler 1
The heat is released by 34. This prevents an excessive increase in the temperature of the fuel cell cooling medium while continuing to increase the temperature of the water evaporator 61.
【0177】[作用効果]第13の実施の形態では、上
記のような機構と制御により、燃料電池発電装置の各機
器をほぼ同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を
防ぎながら、より簡易かつ効果的な燃料電池発電装置を
構築することができる。[Effects] In the thirteenth embodiment, by the above-described mechanism and control, the temperature of each device of the fuel cell power generation device is raised substantially to the predetermined temperature in synchronization with each other, and excessive temperature rise is prevented. However, a simpler and more effective fuel cell power generator can be constructed.
【0178】(14)第14の実施の形態 [構成]請求項18にかかる第14の実施の形態を図1
4に示す。第14の実施の形態は請求項1の発明にかか
る第1の実施の形態の変形であり、水蒸気過熱器61と
燃料混合ガス予熱器62を統合して燃料混合ガス過熱器
64が設けられている点に特徴がある。燃料混合ガス過
熱器64は、酸素を含むガスと燃料と水蒸発器61で発
生した水蒸気との混合ガスを過熱する機器である。排気
ガスバーナー4の燃焼ガスは燃料混合ガス過熱器64、
水蒸発器61、水凝縮器5の順に通過するようになって
いる。以上の点以外では第1の実施の形態の構成と同様
である。(14) Fourteenth Embodiment [Structure] The fourteenth embodiment according to claim 18 is shown in FIG.
It is shown in FIG. The fourteenth embodiment is a modification of the first embodiment according to the first aspect of the present invention, in which a steam mixed heater 61 and a fuel mixed gas preheater 62 are integrated to provide a fuel mixed gas superheater 64. There is a feature in the point. The fuel mixed gas superheater 64 is a device for heating a mixed gas of a gas containing oxygen, a fuel, and water vapor generated in the water evaporator 61. The combustion gas of the exhaust gas burner 4 is a fuel mixed gas superheater 64,
The water passes through the water evaporator 61 and the water condenser 5 in this order. Except for the above points, the configuration is the same as that of the first embodiment.
【0179】[作用効果]上記のような構成を有する第
14の実施の形態に関して、下記の条件で温度及び効率
を見積もった。[Function and Effect] The temperature and efficiency of the fourteenth embodiment having the above-described configuration were estimated under the following conditions.
【0180】燃料:純メタン 酸素を含むガス:空
気 水蒸気/メタン:3.0 メタン/空気:0.50 水、空気、メタンの温
度:20℃ 燃料混合ガス過熱温度:450℃ 燃料極水素利用
率:80% 放熱損失:なし その結果、水素の生成効率はHHVで70%強で、第1
の実施の形態での見積と大きな相違はなかった。また、
第14の実施の形態では、燃料を空気と混合するだけで
なく、水蒸気と混合した状態で燃料混合ガス過熱器64
にて過熱するため、請求項1の発明に比較して改質器2
へ導入する反応ガスの温度を高く設定でき、酸素を含む
ガスの改質器2への投入量を減らすことができる。但
し、燃料及び空気と水蒸気が混合された時に凝縮が発生
しない程度に水蒸気温度を上昇させなければならず、水
蒸発器61から排出される排気ガスバーナー4燃焼ガス
の熱量は増大するため、効率の優劣は場合により相違す
る。Fuel: Pure methane Gas containing oxygen: Air Steam / methane: 3.0 Methane / air: 0.50 Temperature of water, air, methane: 20 ° C Fuel mixed gas superheat temperature: 450 ° C Fuel electrode hydrogen utilization rate : 80% Heat dissipation loss: None As a result, the hydrogen generation efficiency is over 70% in HHV,
There was no significant difference from the estimation in the embodiment. Also,
In the fourteenth embodiment, the fuel-mixed gas superheater 64 is not only mixed with air but also mixed with steam.
, The reformer 2 is compared with the first embodiment.
The temperature of the reaction gas introduced into the reformer 2 can be set high, and the amount of oxygen-containing gas introduced into the reformer 2 can be reduced. However, the steam temperature must be raised to such an extent that condensation does not occur when fuel and air are mixed with steam, and the calorific value of the exhaust gas burner 4 and the combustion gas discharged from the water evaporator 61 increases. Is different depending on the case.
【0181】(15)第15の実施の形態 [構成]次に請求項19にかかる第15の実施の形態に
ついて図15を参照して説明する。第15の実施の形態
では、改質器2の外筒部に水素リッチガス冷却器22が
設置され複合一体化された点に特徴がある。(15) Fifteenth Embodiment [Configuration] Next, a fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fifteenth embodiment is characterized in that a hydrogen-rich gas cooler 22 is provided in the outer cylinder of the reformer 2 and is combined and integrated.
【0182】[作用効果]第19の実施の形態によれ
ば、改質器2と水素リッチガス冷却器22の間の配管を
省いて発電装置の体積を減少させ、装置のコンパクト化
を図ることができる。また高温で運転される改質器2の
外筒部を、より低温で運転される水素リッチガス冷却器
22にて包囲するので、改質器2表面から大気への放熱
損失を減少させることができる。[Effects] According to the nineteenth embodiment, the volume between the power generator and the power generator can be reduced by omitting the piping between the reformer 2 and the hydrogen-rich gas cooler 22, and the device can be made more compact. it can. Further, since the outer cylinder portion of the reformer 2 operated at a high temperature is surrounded by the hydrogen-rich gas cooler 22 operated at a lower temperature, heat loss from the surface of the reformer 2 to the atmosphere can be reduced. .
【0183】(16)第16の実施の形態 [構成]第16の実施の形態の構成を図16に示す。第
16の実施の形態は請求項20に対応し、その特徴は、
排気ガスバーナー4の外筒部に燃料混合ガス過熱器64
が設置されて複合一体化された点にある。(16) Sixteenth Embodiment [Structure] The structure of the sixteenth embodiment is shown in FIG. A sixteenth embodiment corresponds to a twentieth embodiment, and its features are as follows.
A fuel mixed gas superheater 64 is provided on the outer cylinder of the exhaust gas burner 4.
Is installed and combined and integrated.
【0184】[作用効果]第16の実施の形態では、高
温で運転される排気ガスバーナー4を燃料混合ガス過熱
器64で囲むことにより、排気ガスバーナー4表面から
大気への放熱損失を抑えている。また、燃料混合ガス過
熱器64と排気ガスバーナー4とを複合一体化させるこ
とで両者間の接続流路が極小化し、装置をコンパクト化
することができる。[Effect] In the sixteenth embodiment, the exhaust gas burner 4 operated at a high temperature is surrounded by the fuel-mixed gas superheater 64, so that the heat radiation loss from the surface of the exhaust gas burner 4 to the atmosphere is suppressed. I have. In addition, by integrally integrating the fuel mixed gas superheater 64 and the exhaust gas burner 4, the connecting flow path between the two can be minimized, and the device can be made compact.
【0185】(17)第17の実施の形態 [構成]請求項21にかかる第17の実施の形態につい
て図17を用いて説明する。第21の実施の形態では、
前記第5の実施の形態と同様、改質器2の外筒部下部に
水素リッチガス冷却器22が設置されると共に、改質器
2の外筒部上部に水蒸発器61が設置され、改質器2と
水素リッチガス冷却器22と水蒸発器61という3つの
機器が複合一体化されている。なお、図17では水蒸発
器61を改質器2外筒部に直接設置しているが、これを
水素リッチガス冷却器22外側に設置してもよい。(17) Seventeenth Embodiment [Structure] A seventeenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the twenty-first embodiment,
As in the fifth embodiment, a hydrogen-rich gas cooler 22 is installed below the outer cylinder of the reformer 2, and a water evaporator 61 is installed above the outer cylinder of the reformer 2. Three devices, that is, a porcelain vessel 2, a hydrogen-rich gas cooler 22, and a water evaporator 61, are combined and integrated. In FIG. 17, the water evaporator 61 is installed directly on the outer cylinder of the reformer 2, but it may be installed outside the hydrogen-rich gas cooler 22.
【0186】[作用効果]このような第17の実施の形
態では、改質器2に水素リッチガス冷却器22及び水蒸
発器61を複合一体化させることで、装置のコンパクト
化をより高めることが可能とである。[Function and Effect] In the seventeenth embodiment, the reformer 2 is combined with the hydrogen-rich gas cooler 22 and the water evaporator 61 in a combined manner, so that the apparatus can be made more compact. It is possible.
【0187】(18)第18の実施の形態 [構成]図18に示す第18の実施の形態は請求項22
にかかり、前記第6の実施の形態と同様に、脱硫器33
の位置を水素リッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変
成器31の間に限定された点に特徴がある。なお、図1
8では脱硫器33が低温一酸化炭素変成器31の前段に
置かれた形になっているが、脱硫器33の外筒部に低温
一酸化炭素変成器31を設置する、もしくは低温一酸化
炭素変成器31の外筒に脱硫器33を設置するなどして
両者を複合一体化させ放熱損失の低減を図ってもよい
し、他の方法をとってもよい。(18) Eighteenth Embodiment [Structure] The eighteenth embodiment shown in FIG.
And the desulfurizer 33 as in the sixth embodiment.
Is limited between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31. FIG.
8, the desulfurizer 33 is placed in front of the low-temperature carbon monoxide converter 31. However, the low-temperature carbon monoxide converter 31 is installed in the outer cylinder of the desulfurizer 33, or the low-temperature carbon monoxide For example, a desulfurizer 33 may be installed on the outer cylinder of the transformer 31 to combine the two into a single body to reduce the heat radiation loss, or another method may be used.
【0188】[作用効果]第18の実施の形態において
は、脱硫器33と低温一酸化炭素変成器31とを複合一
体化することにより、放熱損失を低減させて一酸化炭素
変成器31の運転温度を維持することができる。また、
機器の複合一体化により装置体積の減少を図ることがで
きる。[Effect] In the eighteenth embodiment, the desulfurizer 33 and the low-temperature carbon monoxide converter 31 are combined and integrated to reduce the heat radiation loss and operate the carbon monoxide converter 31. Temperature can be maintained. Also,
The volume of the device can be reduced by the complex integration of the devices.
【0189】(19)第19の実施の形態 [構成]第19の実施の形態は請求項23に対応してお
り、図19は第19の実施の形態の構成図である。第1
9の実施の形態には、前記第7の実施の形態と同じく起
動バーナー70と、燃料電池1の冷却媒体とガス体との
熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器135とが設けら
れている。起動バーナー70は改質器2とは独立に設置
してもよいし、改質器2と複合一体化するような構造で
あってもよい。また、改質器2、水素リッチガス冷却器
22、低温一酸化炭素変成器31、脱硫器33、排気ガ
スバーナー4、水蒸発器61、燃料混合ガス過熱器64
の関係は請求項18に基づいて各々独立に記述したが、
請求項19、請求項20、請求項21、請求項22の発
明に基づいて複合一体化させてもよい。(19) Nineteenth Embodiment [Configuration] The nineteenth embodiment corresponds to claim 23, and FIG. 19 is a configuration diagram of the nineteenth embodiment. First
In the ninth embodiment, a starter burner 70 and a fuel cell cooling medium heater 135 for exchanging heat between a cooling medium of the fuel cell 1 and a gas body are provided as in the seventh embodiment. . The starting burner 70 may be installed independently of the reformer 2 or may have a structure that is integrally combined with the reformer 2. The reformer 2, the hydrogen-rich gas cooler 22, the low-temperature carbon monoxide converter 31, the desulfurizer 33, the exhaust gas burner 4, the water evaporator 61, and the fuel-mixed gas superheater 64
Are independently described based on claim 18,
Based on the inventions of claim 19, claim 20, claim 21, and claim 22, composite integration may be performed.
【0190】起動バーナー70燃焼ガスは酸素過多で発
生させる必要があるが、改質触媒層21は還元性雰囲気
が望ましいため、起動バーナー70燃焼ガスは改質触媒
及びその雰囲気から隔絶され、リークなどによる相互の
流通が存在しないよう製作されている。改質器2は40
0℃以上に昇温することが望ましいが、下流の機器に高
温に弱いものがあるので起動バーナー70の燃焼ガス温
度は400〜500℃程度であることが望ましい。これ
を達成するため、起動バーナー70は少なくとも燃料体
積の60倍程度の空気を導入し、かつこの混合比で安定
に燃焼させるために触媒燃焼器を使用することが好適で
ある。The combustion gas of the starting burner 70 must be generated due to excessive oxygen. However, since the reforming catalyst layer 21 desirably has a reducing atmosphere, the combustion gas of the starting burner 70 is isolated from the reforming catalyst and its atmosphere, and leaks. It is manufactured so that there is no mutual distribution by Reformer 2 is 40
Although it is desirable to raise the temperature to 0 ° C. or more, the combustion gas temperature of the starting burner 70 is desirably about 400 to 500 ° C. because some downstream devices are vulnerable to high temperatures. In order to achieve this, it is preferable that the starting burner 70 introduces at least about 60 times the fuel volume of air and uses a catalytic combustor to stably burn the mixture at this mixing ratio.
【0191】また、排気ガスバーナー4と燃料混合ガス
過熱器64の間には起動バーナー70からの燃焼ガスが
排気ガスバーナー4からの燃焼ガス流路に合流する第1
の合流点73が形成され、燃料混合ガス過熱器64と水
蒸発器61の間には燃焼ガスが分れる分岐点71が形成
され、さらには分岐点71の下流には再度燃焼ガス流路
に燃焼ガスが合流する第2の合流点74が形成されてい
る。Further, the first combustion gas from the starting burner 70 joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner 4 between the exhaust gas burner 4 and the fuel-mixed gas superheater 64.
Is formed, a branch point 71 where the combustion gas is separated is formed between the fuel-mixed gas superheater 64 and the water evaporator 61, and further downstream of the branch point 71, the combustion gas flow path is formed again. A second junction 74 where the combustion gases join is formed.
【0192】装置起動時には起動バーナー70が動作し
て燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが改質器2の改質触
媒層21を通過した後(図中の*)、第1の合流点73
にて排気ガスバーナー4からの燃焼ガス流路に入る。こ
のガス流路には元来、排気ガスバーナー4からの燃焼ガ
スが流れているため、雰囲気還元性である必要はなく、
起動バーナー70の燃焼ガスラインと共通化している。When the apparatus is started, the start-up burner 70 operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer 21 of the reformer 2 (* in the figure), the first junction 73 is formed.
Enters the combustion gas flow path from the exhaust gas burner 4. Since the combustion gas from the exhaust gas burner 4 originally flows through this gas flow path, the gas flow path does not need to be atmosphere reducing.
It is common with the combustion gas line of the starting burner 70.
【0193】さらに、起動バーナー70からの燃焼ガス
は燃料混合ガス過熱器64を通過し、分岐点71にて直
接水蒸発器61に通じる通常の流路から一部が分岐し
(図中の**)、燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫
器33の吸収材層、低温一酸化炭素変成器31の触媒
層、選択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層を貫流す
る。起動バーナー70燃焼ガスは脱硫器33吸収材、低
温一酸化炭素変成器31触媒、選択酸化式一酸化炭素除
去器32触媒及びその雰囲気から隔絶され、リークなど
による相互の流通が存在しないよう製作されている。選
択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層を貫流した起動
バーナー70燃焼ガスは、合流点72にて分岐点71に
て分岐した残余の起動バーナー70燃焼ガスと合流し、
水蒸発器61、水凝縮器5の順に送られる。Further, the combustion gas from the starting burner 70 passes through the fuel-mixed gas superheater 64, and a part of the fuel gas flows from a normal flow path directly leading to the water evaporator 61 at a branch point 71 (* in the figure). *), Flows through the fuel cell cooling medium heater 135, the absorbent layer of the desulfurizer 33, the catalyst layer of the low-temperature carbon monoxide converter 31, and the catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32. The combustion gas of the starting burner 70 is isolated from the desulfurizer 33 absorbent, the low-temperature carbon monoxide converter 31 catalyst, the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 catalyst, and its atmosphere, and is manufactured so that there is no mutual flow due to leakage or the like. ing. The starting burner 70 combustion gas flowing through the catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 merges with the remaining starting burner 70 combustion gas branched at the junction 71 at the junction 72,
The water is sent to the water evaporator 61 and the water condenser 5 in this order.
【0194】なお、選択酸化式一酸化炭素除去器32の
触媒層は、反応器が複数から成る場合には2つ以上に分
かれていてもよい。また、燃料電池冷却媒体加熱器13
5は図19では燃料処理系冷却媒体循環径路133の水
素リッチガス冷却器22上流に設置されているが、設置
位置はここに限定されず、燃料電池冷却媒体加熱器13
4の下流かつ燃料電池1の上流の部分を除く、燃料処理
系冷却媒体循環径路133を含む燃料電池冷却媒体径路
131のいずれの位置でもよい。燃料電池冷却媒体加熱
器134の下流かつ燃料電池1の上流の部分は、この部
分で測定した燃料電池冷却媒体温度で燃料電池冷却媒体
冷却器134での熱交換量を制御することが多い。その
ため、この位置に燃料電池加熱器135を設置すると擾
乱要因となり易い。また、図19では脱硫器33は水素
リッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変成器31の中
間に設置されているが、ここに限定されず例えば改質器
2導入前の燃料流路に設置してもよい。The catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 may be divided into two or more when a plurality of reactors are used. Also, the fuel cell cooling medium heater 13
19 is installed upstream of the hydrogen rich gas cooler 22 in the fuel treatment system cooling medium circulation path 133 in FIG. 19, the installation position is not limited to this, and the fuel cell cooling medium heater 13
Any position of the fuel cell cooling medium path 131 including the fuel processing system cooling medium circulation path 133 except for a portion downstream of the fuel cell 1 and upstream of the fuel cell 1 may be used. In a portion downstream of the fuel cell cooling medium heater 134 and upstream of the fuel cell 1, the amount of heat exchange in the fuel cell cooling medium cooler 134 is often controlled based on the fuel cell cooling medium temperature measured in this portion. Therefore, if the fuel cell heater 135 is installed at this position, it is likely to be a disturbance factor. Further, in FIG. 19, the desulfurizer 33 is provided between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31. However, the present invention is not limited to this. You may.
【0195】[作用効果]以上のような構成を有する第
19の実施の形態の作用効果は次の通りである。すなわ
ち、装置起動時に発生した燃焼ガス起動バーナー70の
燃焼ガスは、燃料混合ガス過熱器64を通過してこれを
暖める。このとき燃料混合ガス過熱器64の望ましい運
転温度には未達であるが、燃料混合ガス過熱器64は熱
回収のために存在し、起動時には効率は度外視するの
で、運転温度程度にまで昇温する必要はなく、この条件
で機能を充分に果たすことができる。[Operation and Effect] The operation and effect of the nineteenth embodiment having the above configuration are as follows. That is, the combustion gas generated by the combustion gas start-up burner 70 when the apparatus is started up passes through the fuel-mixed gas superheater 64 to warm it. At this time, the desired operating temperature of the fuel-mixed gas superheater 64 has not been reached, but the fuel-mixed gas superheater 64 is present for heat recovery, and the efficiency is ignored at the time of startup. There is no need to perform this function, and the function can be sufficiently performed under these conditions.
【0196】このような流路構成を取ることで、起動バ
ーナー70燃焼ガスという同一の加熱源を用いながら、
燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器33、低温一酸
化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素除去器32、
水蒸発器61の昇温を同調して行うことができる。By adopting such a flow path configuration, the starting burner 70 uses the same heating source as the combustion gas,
Fuel cell cooling medium heater 135, desulfurizer 33, low temperature carbon monoxide converter 31, selective oxidation type carbon monoxide remover 32,
The temperature of the water evaporator 61 can be raised in synchronization.
【0197】また、第19の実施の形態では、改質触媒
層21、脱硫器33吸収材層、低温一酸化炭素変成器3
1触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去器32触媒層とい
った燃料電池1燃料極11の上流に位置する機器につい
て、水素リッチガスが流通する経路とは独立して起動バ
ーナー70燃焼ガスの流通経路を設置している。そのた
め、燃料処理系の触媒層において高温・還元性雰囲気で
の使用が想定されていても、燃焼ガスの流通により酸化
及び結露が生じて活性低下が起きるおそれがなく、起動
前の昇温に加えて還元操作を行う必要がない。In the nineteenth embodiment, the reforming catalyst layer 21, the desulfurizer 33 absorbent layer, the low-temperature carbon monoxide converter 3
For devices located upstream of the fuel electrode 11 of the fuel cell 1 such as the one catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 catalyst layer, the combustion burner gas flow path of the startup burner 70 is independent of the hydrogen rich gas flow path. Has been installed. Therefore, even when the catalyst layer of the fuel processing system is assumed to be used in a high-temperature and reducing atmosphere, there is no danger that oxidation and dew condensation will occur due to the flow of the combustion gas and the activity will not decrease. There is no need to perform a reduction operation.
【0198】(20)第20の実施の形態 [構成]請求項24及び25にかかる第20の実施の形
態について図20を参照して説明する。第20の実施の
形態は前記第19の実施の形態(請求項23の発明に対
応)において、起動バーナー70燃焼ガスと排気ガスバ
ーナー4燃焼ガスの流路切替えを行う機構を設けた点に
特徴があり、切替えを請求項25の発明にかかる運転方
法で実施している。(20) Twentieth Embodiment [Structure] A twentieth embodiment according to claims 24 and 25 will be described with reference to FIG. The twentieth embodiment is characterized in that, in the nineteenth embodiment (corresponding to the invention of claim 23), a mechanism for switching the flow path between the starting burner 70 combustion gas and the exhaust gas burner 4 combustion gas is provided. The switching is performed by the driving method according to the twenty-fifth aspect of the present invention.
【0199】すなわち、第8の実施の形態と同じく、起
動バーナー70と第1の合流点73の間に第1止め弁7
5が設けられ、分岐点71と燃料電池冷却媒体加熱器1
35の間に第2止め弁76が設けられ、選択酸化式一酸
化炭素除去器32の触媒層と第2の合流点74の間に第
3止め弁77が設けられている。これら3つの止め弁7
5、76及び77を請求項25の発明にかかる運転方法
により開閉し、燃焼ガスの流路切替えを行うようになっ
ている。That is, similarly to the eighth embodiment, the first stop valve 7 is provided between the starting burner 70 and the first junction 73.
5, a branch point 71 and a fuel cell cooling medium heater 1
A second stop valve 76 is provided between 35 and a third stop valve 77 is provided between the catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 and the second junction 74. These three stop valves 7
5, 76 and 77 are opened and closed by the operation method according to the twenty-fifth aspect of the present invention, and the flow path of the combustion gas is switched.
【0200】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、3つすべての止め弁7
5、76、77が開き、起動バーナー70燃焼ガスが流
通する。分岐点71と第2の合流点74の間には止め弁
は無く、燃料混合ガス過熱器64出口側の高温ガスの一
部は直接、水蒸発器61を加熱する。なお、分岐点71
で分岐するガス流量を最適に配分するため、分岐点71
と第2の合流点74の間にはオリフィスなどの圧損要素
を設置してもよい。[Opening and Closing of Stop Valve] When the apparatus is started, the starting burner 70 is ignited, and all three stop valves 7 are opened.
5, 76, 77 are opened, and the starting burner 70 combustion gas flows. There is no stop valve between the branch point 71 and the second junction 74, and a part of the high-temperature gas at the outlet side of the fuel mixed gas superheater 64 directly heats the water evaporator 61. The branch point 71
In order to optimally distribute the gas flow rate branched at the branch point 71,
A pressure loss element such as an orifice may be provided between the first and second junctions 74.
【0201】燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器3
3、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素
除去器32のすべての昇温が完了したら、第2止め弁7
6及び第3止め弁77を閉じる。但し、何らかの原因で
いずれかの機器の温度が過度に上昇し、予め設定された
最高限界温度を越えた場合には他の機器の昇温が完了し
ていなくとも、第2止め弁76及び第3止め弁77を閉
じる。[0201] Fuel cell cooling medium heater 135, desulfurizer 3
3. When all of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 have been heated, the second stop valve 7
6 and the third stop valve 77 are closed. However, if the temperature of any device rises excessively for some reason and exceeds a preset maximum limit temperature, the second stop valve 76 and the second stop valve 76 may be used even if the temperature rise of other devices is not completed. The three stop valve 77 is closed.
【0202】第2止め弁76と第3止め弁77の間に設
置してある機器には温度の上限があるものが多い。例え
ば、燃料電池冷却媒体加熱器135の温度が沸点に近づ
くことは燃料電池冷却媒体全体がこの温度まで昇温する
ことを意味するので、固体高分子電解質膜を初めとする
燃料電池1の構成部材に損傷を与える可能性がある。ま
た、脱硫器33と低温一酸化炭素変成器31は前述した
ように昇華性のZnOを含む場合があり、選択酸化式一
酸化炭素除去器32では高温で反応の選択性が悪化する
傾向が見られている。そのため、これら機器に最高限界
温度を設定し、いづれかが限界に達したら第2止め弁7
6及び第3止め弁77を閉じて、機器の昇温を中断す
る。Many of the devices installed between the second stop valve 76 and the third stop valve 77 have an upper temperature limit. For example, when the temperature of the fuel cell cooling medium heater 135 approaches the boiling point, which means that the temperature of the entire fuel cell cooling medium rises to this temperature, the components of the fuel cell 1 including the solid polymer electrolyte membrane May damage the device. In addition, the desulfurizer 33 and the low-temperature carbon monoxide converter 31 may contain sublimable ZnO as described above, and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 tends to deteriorate the reaction selectivity at high temperatures. Have been. Therefore, the maximum limit temperature is set for these devices, and if any of them reaches the limit, the second stop valve 7
The sixth and third stop valves 77 are closed to interrupt the temperature rise of the equipment.
【0203】一方、水蒸発器61は第2の合流点74で
合流した起動バーナー70燃焼ガスで昇温される。この
温度が目標温度に達しない間は第1止め弁75が開いて
起動バーナー70燃焼ガスが送り込まれ、目標温度に達
してかつ第2止め弁76及び第3止め弁77が閉じてい
たら、起動のための加熱を終了して第1止め弁75が閉
り、起動バーナー70が停止して発電運転に移行する。On the other hand, the temperature of the water evaporator 61 is increased by the combustion gas of the starting burner 70 joined at the second junction 74. If the temperature does not reach the target temperature, the first stop valve 75 is opened and the starting burner 70 is supplied with combustion gas. If the target temperature is reached and the second stop valve 76 and the third stop valve 77 are closed, the start is started. And the first stop valve 75 is closed, the starting burner 70 is stopped, and the operation shifts to the power generation operation.
【0204】運転中はこれらすべての弁75、76、7
7が閉じて通常運転時の熱バランスを擾乱させない。停
止時には第2止め弁76及び第3止め弁77が開いて起
動バーナー燃焼ガス流路が水凝縮などで減圧し、リーク
などの不適合の原因となることを防ぐことができる。During operation, all these valves 75, 76, 7
7 does not disturb the heat balance during normal operation. At the time of stoppage, the second stop valve 76 and the third stop valve 77 are opened to prevent the starting burner combustion gas flow path from being decompressed by water condensation or the like, thereby preventing an incompatibility such as a leak.
【0205】但し、燃料電池冷却媒体加熱器135から
選択酸化式一酸化炭素除去器32の間の機器の加熱が未
了であっても、水蒸発器61の温度が沸点を越えて過度
に上昇すると危険であるので、水蒸発器61温度が予め
設定された最高限界温度に達した場合は第2止め弁76
及び第3止め弁77を開けたままで第1止め弁75を閉
め、起動バーナー70を停止して新たな熱量の供給を停
止し、残熱で昇温未了の機器を加熱する。水蒸発器61
の過度の昇温を防ぐため、安全弁を設置してもよい。However, even if the heating of the equipment between the fuel cell cooling medium heater 135 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 has not been completed, the temperature of the water evaporator 61 exceeds the boiling point and rises excessively. Then, since it is dangerous, when the temperature of the water evaporator 61 reaches the preset maximum limit temperature, the second stop valve 76
Then, the first stop valve 75 is closed while the third stop valve 77 is kept open, the start burner 70 is stopped, supply of new heat is stopped, and the equipment whose temperature has not been raised is heated by residual heat. Water evaporator 61
In order to prevent excessive temperature rise, a safety valve may be installed.
【0206】[作用効果]第20の実施の形態では、上
記の機構と制御により、燃料電池発電装置の各機器をほ
ぼ同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を防ぐこ
とが可能となった。また、止め弁の開閉により燃焼ガス
流路の切替えることができるので、起動バーナー70の
燃焼ガス流路と排気ガスバーナー4の燃焼ガス流路を共
通化でき、装置の簡素化を図ることができる。[Effects] In the twentieth embodiment, the above-described mechanism and control make it possible to raise the temperature of each device of the fuel cell power generation device to a predetermined temperature substantially in synchronism and prevent excessive temperature rise. It has become possible. Further, since the combustion gas flow path can be switched by opening and closing the stop valve, the combustion gas flow path of the starting burner 70 and the combustion gas flow path of the exhaust gas burner 4 can be shared, and the apparatus can be simplified. .
【0207】(21)第21の実施の形態 [構成]請求項26、27にかかる第21の実施の形態
について図21を用いて説明する。第21の実施の形態
と前記第20の実施の形態との相違点は、第21の実施
の形態では第2止め弁76と第3止め弁77の間に第2
の分岐点72があり、ここから大気に開放するベント配
管が設置されていて、これに第4止め弁78が設置され
ていることである。これは第2止め弁76と第3止め弁
77が閉じた時にこの間を封じ切りにしないためのもの
である。これら4つの止め弁75、76、77及び78
を請求項27の発明にかかる運転方法により開閉し、前
記第20の実施の形態と同じく、起動バーナー70燃焼
ガスと排気ガスバーナー4燃焼ガスの流路切替えるにな
っている。なお、前記分岐点71をここでは第1の分岐
点71とする。(21) Twenty-First Embodiment [Configuration] A twenty-first embodiment according to claims 26 and 27 will be described with reference to FIG. The difference between the twenty-first embodiment and the twentieth embodiment is that, in the twenty-first embodiment, the second stop valve 76 and the third stop valve 77
Is provided with a vent pipe which opens to the atmosphere from here, and a fourth stop valve 78 is provided in this. This is to prevent the gap between the second stop valve 76 and the third stop valve 77 from being shut off when the valve is closed. These four stop valves 75, 76, 77 and 78
Is opened and closed by the operation method according to the twenty-seventh aspect of the present invention, and the flow path of the combustion gas of the starting burner 70 and the combustion gas of the exhaust gas burner 4 are switched as in the twentieth embodiment. Note that the branch point 71 is a first branch point 71 here.
【0208】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、第4止め弁78以外の3
つの止め弁75、76及び77が開き、起動バーナー7
0燃焼ガスが流通する。第1の分岐点71と第2の合流
点74の間には止め弁が無い点、分岐点71と第2の合
流点74の間にはオリフィスなどの圧損要素を設置して
もよい点などは第20の実施の形態と同様である。[Opening and Closing of Stop Valve] When the device is started, the start burner 70 is ignited, and three valves other than the fourth stop valve 78 are opened.
The three stop valves 75, 76 and 77 open and the starting burner 7
0 combustion gas flows. There is no stop valve between the first junction 71 and the second junction 74, a point where a pressure loss element such as an orifice may be installed between the junction 71 and the second junction 74, etc. Are the same as in the twentieth embodiment.
【0209】燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器3
3、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素
除去器32すべての昇温が完了したら、第2止め弁76
及び第3止め弁77を閉じ、第1止め弁75及び第4止
め弁78を開く。但し、何らかの原因でいずれかの機器
の温度が過度に上昇し、予め設定された最高限界温度を
越えた場合は他の機器の昇温が完了していなくとも第2
止め弁76及び第3止め弁77を閉じ、第4止め弁78
を開いて、機器の安全性を確保する。[0209] Fuel cell cooling medium heater 135, desulfurizer 3
3. When all of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 have been heated, the second stop valve 76
Then, the third stop valve 77 is closed, and the first stop valve 75 and the fourth stop valve 78 are opened. However, if the temperature of any device rises excessively for some reason and exceeds a preset maximum limit temperature, the second temperature may be raised even if the temperature rise of other devices is not completed.
The stop valve 76 and the third stop valve 77 are closed, and the fourth stop valve 78 is closed.
Open to ensure the safety of the equipment.
【0210】一方、水蒸発器61の温度が目標温度に達
しない間は第1止め弁75が開いて起動バーナー70燃
焼ガスが送り込まれ、目標温度に達してかつ第2止め弁
76及び第3止め弁77が閉じかつ第4止め弁78が開
いていたら、起動のための加熱を終了して第1止め弁7
5が閉り、起動バーナー70が停止して発電運転に移行
する。On the other hand, while the temperature of the water evaporator 61 does not reach the target temperature, the first stop valve 75 is opened and the combustion gas of the starter burner 70 is sent in, and the temperature reaches the target temperature and the second stop valve 76 and the third stop valve 76 are closed. If the stop valve 77 is closed and the fourth stop valve 78 is open, heating for starting is terminated and the first stop valve 7 is closed.
5 is closed, the starting burner 70 stops, and the operation shifts to the power generation operation.
【0211】運転中はこれらすべての止め弁75、7
6、77及び78が閉じて通常運転時の熱バランスの擾
乱を防ぐようになっている。停止時には第2止め弁76
か第3止め弁77のどちらかと第4止め弁78が開いて
起動バーナー70燃焼ガス流路の減圧を防ぐことができ
る。During operation, all these stop valves 75, 7
6, 77 and 78 are closed to prevent disturbance of the heat balance during normal operation. When stopped, the second stop valve 76
The third stop valve 77 and the fourth stop valve 78 are opened to prevent the starting burner 70 from depressurizing the combustion gas flow path.
【0212】但し、燃料電池冷却媒体加熱器135から
選択酸化式一酸化炭素除去器32の間の機器の加熱が未
了であっても、水蒸発器61の温度が沸点を越えて過度
に上昇すると危険であるので、水蒸発器61温度が予め
設定された最高限界温度に達した場合には第2止め弁7
6及び第3止め弁77を開け、かつ第4止め弁78を閉
めた状態で第1止め弁75を閉める。これにより、起動
バーナー70を停止して新たな熱量の供給を停止し、残
熱で昇温未了の機器を加熱するものとする。なお、水蒸
発器61の過度の昇温を防ぐため、安全弁を設置しても
よい点は第8の実施の形態と同然である。However, even if the heating of the equipment between the fuel cell cooling medium heater 135 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is not completed, the temperature of the water evaporator 61 exceeds the boiling point and rises excessively. Then, since it is dangerous, when the temperature of the water evaporator 61 reaches the preset maximum limit temperature, the second stop valve 7
The first stop valve 75 is closed with the sixth and third stop valves 77 open and the fourth stop valve 78 closed. As a result, the startup burner 70 is stopped to stop the supply of a new amount of heat, and the equipment whose temperature has not been raised is heated by the residual heat. It should be noted that a safety valve may be provided in order to prevent the temperature of the water evaporator 61 from excessively rising as in the eighth embodiment.
【0213】[作用効果]以上の第21の実施の形態で
は、上記の機構と制御により、燃料電池発電装置の各機
器をほぼ同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を
防ぐことができる。また、燃焼ガス流路が切替可能であ
るため起動バーナー70の燃焼ガス流路と排気ガスバー
ナー4の燃焼ガス流路を共通化でき、装置を簡素化でき
る。さらには、第4止め弁78の働きにより起動バーナ
ー70燃焼ガス流路の減圧を防止することができる。[Effects] In the above-described twenty-first embodiment, the above-described mechanism and control substantially raises the temperature of each component of the fuel cell power generation apparatus to a predetermined temperature and prevents excessive temperature rise. be able to. Further, since the combustion gas flow path is switchable, the combustion gas flow path of the starting burner 70 and the combustion gas flow path of the exhaust gas burner 4 can be shared, and the apparatus can be simplified. Further, the function of the fourth stop valve 78 can prevent the pressure in the combustion gas flow path of the starting burner 70 from being reduced.
【0214】(22)第22の実施の形態 [構成]請求項28にかかる第22の実施の形態につい
て、図22を参照して説明する。第22の実施の形態は
第19の実施の形態(請求項23の発明に対応)の変形
である。第22の実施の形態は第10の実施の形態と同
様、起動バーナー70燃焼ガス流路が分岐点71で分岐
され、燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器33、低
温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素除去器
32を加熱した起動バーナー70燃焼ガスが以降熱交換
に使用されること無く大気中に放出されることを特徴と
する。(22) Twenty-second Embodiment [Structure] A twenty-second embodiment according to claim 28 will be described with reference to FIG. The twenty-second embodiment is a modification of the nineteenth embodiment (corresponding to the invention of claim 23). In the twenty-second embodiment, as in the tenth embodiment, the starting burner 70 has a combustion gas flow path branched at a branch point 71, a fuel cell cooling medium heater 135, a desulfurizer 33, and a low-temperature carbon monoxide converter 31. The starting burner 70 heating the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is discharged into the atmosphere without being used for heat exchange thereafter.
【0215】選択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層
は、反応器が複数から成る場合には2つ以上に分かれて
いてもよい。また、燃料電池冷却媒体加熱器135は図
22では燃料処理系冷却媒体循環径路133の水素リッ
チガス冷却器22上流に設置されているが、設置位置は
ここに限定されず、燃料電池冷却媒体加熱器134の下
流かつ燃料電池1の上流の部分を除く、燃料処理系冷却
媒体循環径路133を含む燃料電池冷却媒体径路131
のいずれの位置でもよい。また、図22では脱硫器は水
素リッチガス冷却器22と低温一酸化炭素変成器31の
中間に設置されているが、ここに限定されず例えば改質
器2導入前の燃料流路に設置してもよい。The catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 may be divided into two or more when a plurality of reactors are used. In FIG. 22, the fuel cell cooling medium heater 135 is installed upstream of the hydrogen-rich gas cooler 22 in the fuel processing system cooling medium circulation path 133. However, the installation position is not limited to this. A fuel cell cooling medium path 131 including a fuel processing system cooling medium circulation path 133 excluding a portion downstream of the fuel cell 134 and upstream of the fuel cell 1
May be any position. In FIG. 22, the desulfurizer is installed between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31. However, the present invention is not limited to this. For example, the desulfurizer is installed in the fuel passage before the reformer 2 is introduced. Is also good.
【0216】[作用効果]以上のような第22の実施の
形態によれば、燃料電池発電装置の各機器をほぼ同調し
て所定の温度に昇温し、かつより簡易かつ効果的な燃料
電池発電装置を構築することが可能となった。[Effects] According to the twenty-second embodiment described above, each device of the fuel cell power generation device is substantially synchronized, and the temperature is raised to a predetermined temperature. It has become possible to construct a power generator.
【0217】なお、第19の実施の形態(請求項23の
発明に対応)と第22の実施の形態(請求項28の発明
に対応)の長短は、選択酸化式一酸化炭素変成器32の
目標運転温度、特にこれが複数段に分割されている場合
には最終段の目標運転温度に依存する。目標運転温度が
高ければ前者の方が有利であり、水の沸点前後の低温で
あれば後者の方がより効果的である。The nineteenth embodiment (corresponding to the invention of claim 23) and the twenty-second embodiment (corresponding to the invention of claim 28) are different in the length of the selective oxidation type carbon monoxide converter 32. The target operating temperature depends on the target operating temperature of the final stage, particularly when the target operating temperature is divided into a plurality of stages. The former is more advantageous if the target operating temperature is higher, and the latter is more effective if the target operating temperature is low around the boiling point of water.
【0218】(23)第23の実施の形態 [構成]図23に示す第23の実施の形態は、請求項2
9及び30に対応するものであり、第22の実施の形態
(請求項28の発明に対応)において、起動バーナー7
0燃焼ガスと排気ガスバーナー4燃焼ガスの流路切替え
を行う機構を設けた点に特徴がある。すなわち、起動バ
ーナー70と第1の合流点73の間に第1止め弁75が
設けられ、分岐点71と脱硫器33の吸収材層の間に第
2止め弁76が設けられている。これら止め弁75、7
6の開閉を請求項30の発明にかかる運転方法で実施し
ている。(23) Twenty-third Embodiment [Structure] The twenty-third embodiment shown in FIG.
9 and 30. In the twenty-second embodiment (corresponding to claim 28), the starting burner 7
It is characterized in that a mechanism for switching the flow path between the combustion gas 0 and the exhaust gas burner 4 is provided. That is, the first stop valve 75 is provided between the starting burner 70 and the first junction 73, and the second stop valve 76 is provided between the branch point 71 and the absorbent layer of the desulfurizer 33. These stop valves 75, 7
The opening and closing of No. 6 is performed by the operation method according to the invention of claim 30.
【0219】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、2つの止め弁75、76
が開き、起動バーナー70燃焼ガスが流通する。流量配
分最適化のための圧損要素は水蒸発器61の上流に設置
する必要が無く、かつ圧損要素として水蒸発器61及び
水凝縮器5をカウントすることができるので、第2の合
流点74を有する場合より設置する圧損要素を低減し、
排気ガスライン全体の圧損を低下させることが可能であ
る。[Opening and Closing of Stop Valve] When the apparatus is started, the start burner 70 is ignited and the two stop valves 75 and 76 are opened.
Is opened, and the combustion gas of the starting burner 70 flows. Since the pressure loss element for optimizing the flow distribution need not be provided upstream of the water evaporator 61 and the water evaporator 61 and the water condenser 5 can be counted as the pressure loss element, the second junction 74 The pressure drop element to be installed is reduced more than
It is possible to reduce the pressure loss of the entire exhaust gas line.
【0220】燃料電池冷却媒体加熱器135、脱硫器3
3、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式一酸化炭素
除去器32すべての昇温が完了したら、第2止め弁76
を閉じる。但し、何らかの原因でいづれかの機器の温度
が過度に上昇し、予め設定された最高限界温度を越えた
場合は他の機器の昇温が完了していなくとも第2止め弁
76を閉じ、安全性を確保する。Fuel cell cooling medium heater 135, desulfurizer 3
3. When all of the low-temperature carbon monoxide converter 31 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 have been heated, the second stop valve 76
Close. However, if the temperature of any device rises excessively for some reason and exceeds a preset maximum limit temperature, the second stop valve 76 is closed even if the temperature rise of other devices is not completed, and the safety is reduced. To secure.
【0221】一方、水蒸発器61は温度が目標温度に達
しない間は第1止め弁75が開いて起動バーナー70燃
焼ガスが送り込まれ、目標温度に達してかつ第2止め弁
76が閉じていたら起動のための加熱を終了して第1止
め弁75が閉り、起動バーナー70が停止して発電運転
に移行する。On the other hand, when the temperature of the water evaporator 61 does not reach the target temperature, the first stop valve 75 is opened and the combustion gas is started up by the starter burner 70, and the temperature reaches the target temperature and the second stop valve 76 is closed. Then, the heating for the start is terminated, the first stop valve 75 is closed, the start burner 70 is stopped, and the operation shifts to the power generation operation.
【0222】運転中は止め弁75及び76が両方とも閉
じて通常運転時の熱バランスの擾乱を防止する。停止時
には第2止め弁76が開いても閉じていても起動バーナ
ー70燃焼ガス流路は大気に開放されるので、減圧のお
それはない。但し、燃料電池冷却媒体加熱器135から
選択酸化式一酸化炭素除去器32の間の機器の加熱が未
了であっても、水蒸発器61の温度が沸点を越えて過度
に上昇すると危険であるので、水蒸発器61温度が予め
設定された最高限界温度に達した場合には第2止め弁7
6を開けたままで第1止め弁75を閉め、起動バーナー
70を停止して新たな熱量の供給を停止し、残熱で昇温
未了の機器を加熱する。なお、水蒸発器61の過度の昇
温を防ぐため、安全弁を設置してもよい。During operation, stop valves 75 and 76 are both closed to prevent disturbance of the heat balance during normal operation. At the time of the stop, the combustion gas flow path of the starting burner 70 is opened to the atmosphere regardless of whether the second stop valve 76 is opened or closed, so that there is no possibility of pressure reduction. However, even if the heating of the equipment between the fuel cell cooling medium heater 135 and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 is not completed, it is dangerous if the temperature of the water evaporator 61 excessively rises above the boiling point. Therefore, when the temperature of the water evaporator 61 reaches the preset maximum limit temperature, the second stop valve 7
With the 6 open, the first stop valve 75 is closed, the start burner 70 is stopped, the supply of new heat is stopped, and the equipment whose temperature has not been raised is heated by residual heat. Note that a safety valve may be provided to prevent the temperature of the water evaporator 61 from excessively rising.
【0223】[作用効果]第23の実施の形態では、上
記のような機構と制御により、燃料電池発電装置の各機
器をほぼ同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を
防ぎながら、より簡易かつ効果的な燃料電池発電装置を
構築することが可能となった。[Effects] In the twenty-third embodiment, the above-described mechanism and control raises the temperature of each component of the fuel cell power generation apparatus to a predetermined temperature substantially in synchronism, and prevents excessive temperature rise. However, it has become possible to construct a simpler and more effective fuel cell power generator.
【0224】(24)第24の実施の形態 [構成]第24の実施の形態は請求項31に対応してお
り、図24は第24の実施の形態の構成図を示してい
る。第24の実施の形態では、起動バーナー70燃焼ガ
スが改質器2の改質触媒層21を通過した後、合流点7
3にて排気ガスバーナー4からの燃焼ガス流路に流入
し、燃料混合ガス過熱器64、水蒸発器61、燃料電池
冷却媒体加熱器135、水凝縮器5の順に通過するよう
に構成されたことを特徴とする。(24) Twenty-fourth Embodiment [Configuration] The twenty-fourth embodiment corresponds to claim 31, and FIG. 24 shows a configuration diagram of the twenty-fourth embodiment. In the twenty-fourth embodiment, after the starting burner 70 combustion gas passes through the reforming catalyst layer 21 of the reformer 2,
At 3, the fuel gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner 4 and passes through the fuel mixed gas superheater 64, the water evaporator 61, the fuel cell cooling medium heater 135, and the water condenser 5 in this order. It is characterized by the following.
【0225】起動バーナー70で発生した起動バーナー
70燃焼ガスは改質触媒層21を貫流して加熱した後、
燃料混合ガス過熱器64を過熱し、さらに水蒸発器61
を加熱する。ここでガス温度が比較的低位になってか
ら、燃料電池冷却媒体加熱器135を加熱する。燃料電
池冷却媒体は通常水の沸点以下高々85℃程度なので、
水蒸発器61加熱後のガスでも加熱可能である。燃料電
池冷却媒体加熱器135を出た起動バーナー70燃焼ガ
スは水凝縮器5を経て大気に放出される。なお、目標昇
温温度が比較的低くかつ加熱に必要な熱量が比較的少な
い脱硫器33、低温一酸化炭素変成器31、選択酸化式
一酸化炭素除去器32の昇温は電力で行うようになって
いる。[0225] The starting burner 70 combustion gas generated by the starting burner 70 flows through the reforming catalyst layer 21 and is heated.
The fuel mixed gas superheater 64 is superheated, and the water evaporator 61 is further heated.
Heat. Here, after the gas temperature becomes relatively low, the fuel cell cooling medium heater 135 is heated. Since the fuel cell cooling medium is usually at most 85 ° C below the boiling point of water,
The gas after heating the water evaporator 61 can be heated. The combustion gas of the starting burner 70 exiting the fuel cell cooling medium heater 135 is discharged to the atmosphere via the water condenser 5. It should be noted that the temperatures of the desulfurizer 33, the low-temperature carbon monoxide converter 31, and the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 whose target heating temperature is relatively low and the amount of heat required for heating is relatively small are performed by electric power. Has become.
【0226】選択酸化式一酸化炭素除去器32の触媒層
は、反応器が複数から成る場合には2つ以上に分かれて
いてもよい。また、燃料電池冷却媒体加熱器135は図
12では燃料処理系冷却媒体循環径路133の水素リッ
チガス冷却器22上流に設置されているが、設置位置は
ここに限定されず、燃料電池冷却媒体加熱器134の下
流かつ燃料電池1の上流の部分を除く、燃料処理系冷却
媒体循環径路133を含む燃料電池冷却媒体径路131
のいずれの位置でもよい。燃料電池冷却媒体加熱器13
4の下流かつ燃料電池1の上流部分は通常、燃料電池冷
却媒体温度の測定箇所であり、測定結果に基づいて燃料
電池冷却媒体冷却器134での熱交換量を制御する。し
たがって、前記の位置を燃料電池加熱器135の設置位
置に選ぶと擾乱要因となり易い。そのためこの部分は外
す。また、図24では脱硫器33は水素リッチガス冷却
器22と低温一酸化炭素変成器31の中間に設置されて
いるが、ここに限定されず例えば改質器2導入前の燃料
流路に設置してもよい。The catalyst layer of the selective oxidation type carbon monoxide remover 32 may be divided into two or more when a plurality of reactors are used. In FIG. 12, the fuel cell cooling medium heater 135 is installed upstream of the hydrogen-rich gas cooler 22 in the fuel processing system cooling medium circulation path 133. However, the installation position is not limited to this. A fuel cell cooling medium path 131 including a fuel processing system cooling medium circulation path 133 excluding a portion downstream of the fuel cell 134 and upstream of the fuel cell 1
May be any position. Fuel cell cooling medium heater 13
The part downstream of the fuel cell 4 and the part upstream of the fuel cell 1 are usually measurement points of the fuel cell cooling medium temperature, and the amount of heat exchange in the fuel cell cooling medium cooler 134 is controlled based on the measurement result. Therefore, if the above position is selected as the installation position of the fuel cell heater 135, it is likely to be a disturbance factor. So remove this part. Further, in FIG. 24, the desulfurizer 33 is provided between the hydrogen-rich gas cooler 22 and the low-temperature carbon monoxide converter 31, but is not limited to this. For example, the desulfurizer 33 is provided in the fuel passage before the reformer 2 is introduced. You may.
【0227】[作用効果]以上の第24の実施の形態で
は、高温が必要な改質器22の昇温及び昇温に多くの熱
量を必要とする燃料電池冷却媒体加熱器135及び水蒸
発器61の加熱にのみ起動バーナー70燃焼ガスを使用
している。つまり、機器を選んで燃焼ガスを供給するこ
とにより燃焼ガス流路をシンプルに構成することがで
き、装置の簡略化を進めることができる。[Effects] In the twenty-fourth embodiment, the fuel cell cooling medium heater 135 and the water evaporator which require a large amount of heat to raise the temperature of the reformer 22 which requires a high temperature The combustion gas of the starting burner 70 is used only for the heating of 61. That is, by selecting a device and supplying the combustion gas, the combustion gas flow path can be simply configured, and the apparatus can be simplified.
【0228】なお、請求項23もしくは請求項28の発
明と請求項31の発明のどちらを採用するかは、装置の
規模に依存する。装置規模が大きければ請求項23もし
くは請求項28の発明が有利であり、装置規模が小さけ
れば請求項31の発明の方がより効果的である。Whether the invention of claim 23 or claim 28 or the invention of claim 31 is employed depends on the scale of the apparatus. The invention of claim 23 or claim 28 is advantageous if the apparatus scale is large, and the invention of claim 31 is more effective if the apparatus scale is small.
【0229】(25)第25の実施の形態 [構成]請求項32及び33に対応する第25の実施の
形態について、図25を用いて説明する。第25の実施
の形態は第24の実施の形態(請求項31の発明に対
応)において、起動バーナー70燃焼ガスと排気ガスバ
ーナー4燃焼ガスの流路切替えを行う機構を設けてい
る。すなわち、起動バーナー70と第1の合流点73の
間に第1止め弁75が設けられ、請求項33の発明にか
かる運転方法により第1止め弁75を開閉してガス流路
の切替えを行っている。(25) Twenty-fifth Embodiment [Structure] A twenty-fifth embodiment corresponding to claims 32 and 33 will be described with reference to FIG. The twenty-fifth embodiment is different from the twenty-fourth embodiment (corresponding to the invention of claim 31) in that a mechanism for switching the flow path between the combustion gas of the starting burner 70 and the combustion gas of the exhaust gas burner 4 is provided. That is, the first stop valve 75 is provided between the starting burner 70 and the first junction 73, and the gas flow is switched by opening and closing the first stop valve 75 by the operation method according to the invention of claim 33. ing.
【0230】[止め弁の開閉]装置起動時には起動バー
ナー70が点火されると共に、第1止め弁75が開き、
起動バーナー70燃焼ガスが流通する。流量配分最適化
の必要が無いのでそのための圧損要素は不要である。水
蒸発器61は温度が目標温度に達しない間は止め弁75
が開いて起動バーナー70燃焼ガスが送り込まれ、目標
温度に達したら起動のための加熱を終了して第1止め弁
75が閉り、起動バーナー70が停止して発電運転に移
行する。[Opening and Closing of Stop Valve] When the apparatus is started, the start burner 70 is ignited, and the first stop valve 75 is opened.
The combustion gas of the starting burner 70 flows. Since there is no need to optimize the flow distribution, a pressure loss element for that is unnecessary. The water evaporator 61 is a stop valve 75 while the temperature does not reach the target temperature.
Is opened and the combustion gas of the starter burner 70 is sent in. When the target temperature is reached, the heating for the start is ended, the first stop valve 75 is closed, the starter burner 70 stops, and the operation shifts to the power generation operation.
【0231】運転中は第1止め弁75が閉じて通常運転
時の熱バランスを擾乱させない。停止時には第1止め弁
75が開いても閉じていてもその両側とも大気に開放さ
れるので減圧のおそれはない。但し、水蒸発器61の昇
温が未了であるのに燃料電池冷却媒体加熱器135の昇
温が最高限界温度に達した場合は、燃料電池1の冷却水
温度調節を目的に設置された燃料電池冷却媒体冷却器1
34により熱を放出する。これにより水蒸発器61の昇
温を継続しながら燃料電池冷却媒体の過度の昇温を防
ぐ。During the operation, the first stop valve 75 is closed so as not to disturb the heat balance during the normal operation. When stopped, the first stop valve 75 is opened or closed and both sides are open to the atmosphere, so there is no danger of decompression. However, if the temperature of the fuel cell cooling medium heater 135 reaches the maximum limit temperature even though the temperature of the water evaporator 61 has not been raised, the fuel cell 1 is installed for the purpose of adjusting the cooling water temperature of the fuel cell 1. Fuel cell cooling medium cooler 1
The heat is released by 34. This prevents an excessive increase in the temperature of the fuel cell cooling medium while continuing to increase the temperature of the water evaporator 61.
【0232】[作用効果]第25の実施の形態では、上
記のような機構と制御により、燃料電池発電装置の各機
器をほぼ同調して所定の温度に昇温し、かつ過剰昇温を
防ぎながら、より簡易かつ効果的な燃料電池発電装置を
構築することができる。[Effects] In the twenty-fifth embodiment, the above-described mechanism and control raises the temperature of each component of the fuel cell power generator to a predetermined temperature substantially in synchronism, and prevents excessive temperature rise. However, a simpler and more effective fuel cell power generator can be constructed.
【0233】[0233]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンパクトで機器構成が簡素でありながら、停止状態か
ら短時間で起動でき、かつ排熱を有効に回収する高効率
の固体高分子型燃料電池発電装置及びその運転方法を提
供することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a high-efficiency polymer electrolyte fuel cell power generation device that can be started in a short time from a stopped state and that efficiently recovers waste heat while having a compact and simple device configuration, and a method for operating the same.
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施の形態の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第4の実施の形態の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第5の実施の形態の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第6の実施の形態の構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of a sixth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第7の実施の形態の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a seventh embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第8の実施の形態の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of an eighth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第9の実施の形態の構成図。FIG. 9 is a configuration diagram of a ninth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第10の実施の形態の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram according to a tenth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第11の実施の形態の構成図。FIG. 11 is a configuration diagram according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第12の実施の形態の構成図。FIG. 12 is a configuration diagram according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第13の実施の形態の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram according to a thirteenth embodiment of the present invention.
【図14】本発明の第14の実施の形態の構成図。FIG. 14 is a configuration diagram according to a fourteenth embodiment of the present invention.
【図15】本発明の第15の実施の形態の構成図。FIG. 15 is a configuration diagram according to a fifteenth embodiment of the present invention.
【図16】本発明の第16の実施の形態の構成図。FIG. 16 is a configuration diagram according to a sixteenth embodiment of the present invention.
【図17】本発明の第17の実施の形態の構成図。FIG. 17 is a configuration diagram of a seventeenth embodiment of the present invention.
【図18】本発明の第18の実施の形態の構成図。FIG. 18 is a configuration diagram of an eighteenth embodiment of the present invention.
【図19】本発明の第19実施の形態の構成図。FIG. 19 is a configuration diagram of a nineteenth embodiment of the present invention.
【図20】本発明の第20の実施の形態の構成図。FIG. 20 is a configuration diagram of a twentieth embodiment of the present invention.
【図21】本発明の第21の実施の形態の構成図。FIG. 21 is a configuration diagram of a twenty-first embodiment of the present invention.
【図22】本発明の第22の実施の形態の構成図。FIG. 22 is a configuration diagram according to a twenty-second embodiment of the present invention.
【図23】本発明の第23の実施の形態の構成図。FIG. 23 is a configuration diagram of a twenty-third embodiment of the present invention.
【図24】本発明の第24の実施の形態の構成図。FIG. 24 is a configuration diagram according to a twenty-fourth embodiment of the present invention.
【図25】本発明の第25の実施の形態の構成図。FIG. 25 is a configuration diagram according to a twenty-fifth embodiment of the present invention.
【図26】従来の固体高分子型燃料電池発電装置の構成
図。FIG. 26 is a configuration diagram of a conventional polymer electrolyte fuel cell power generator.
1:燃料電池 11:燃料極 12:酸化剤極 13:冷却装置 131:燃料電池冷却媒体径路 132:冷却媒体循環ポンプ 133:燃料処理系冷却媒体循環径路 134:燃料電池冷却媒体冷却器 135:燃料電池冷却媒体加熱器 2:改質器 21:改質触媒層 22:水素リッチガス冷却器 3:一酸化炭素変成器 31:低温一酸化炭素変成器 32:選択酸化式一酸化炭素除去器 33:脱硫器 4:排気ガスバーナー 5:水凝縮器 61:水蒸発器 62:水蒸気過熱器 63:燃料混合ガス予熱器 64:燃料混合ガス過熱器 70:起動バーナー 71:第1の分岐点 72:第2の分岐点 73:第1の合流点 74:第2の合流点 75:第1止め弁 76:第2止め弁 77:第3止め弁 78:第4止め弁 1: fuel cell 11: fuel electrode 12: oxidizer electrode 13: cooling device 131: fuel cell cooling medium path 132: cooling medium circulation pump 133: fuel processing system cooling medium circulation path 134: fuel cell cooling medium cooler 135: fuel Battery cooling medium heater 2: reformer 21: reforming catalyst layer 22: hydrogen-rich gas cooler 3: carbon monoxide converter 31: low-temperature carbon monoxide converter 32: selective oxidation type carbon monoxide remover 33: desulfurization Heater 4: Exhaust gas burner 5: Water condenser 61: Water evaporator 62: Steam superheater 63: Fuel mixed gas preheater 64: Fuel mixed gas superheater 70: Start-up burner 71: First branch point 72: Second 73: first junction 74: second junction 75: first stop valve 76: second stop valve 77: third stop valve 78: fourth stop valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB01 EB03 EB14 EB23 EB43 5H026 AA06 BB01 BB08 EE01 EE12 HH08 5H027 AA06 BA09 BA16 BA17 CC06 KK41 MM12 MM16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G040 EA02 EA03 EA06 EB01 EB03 EB14 EB23 EB43 5H026 AA06 BB01 BB08 EE01 EE12 HH08 5H027 AA06 BA09 BA16 BA17 CC06 KK41 MM12 MM16
Claims (33)
電解質として酸化剤極と燃料極を有する燃料電池と、燃
料電池を経由して冷却媒体を循環させる燃料電池冷却媒
体径路と、燃料電池冷却媒体径路の燃料電池上流から燃
料電池冷却媒体を分岐しこれを燃料電池冷却媒体径路に
燃料電池下流にて合流させる燃料処理系冷却媒体径路
と、燃料電池冷却媒体径路で冷却媒体を循環させる冷却
媒体循環ポンプと、これら冷却媒体から熱量を除去し冷
却媒体の温度を調整する燃料電池冷却媒体冷却器と、燃
料電池燃料極上流に設置され改質触媒層を有しこの改質
触媒層において炭素原子と水素原子を分子中に少なくと
も各々一個以上含む燃料及び酸素を含む気体及び水蒸気
の混合気を水素リッチガスに改質する改質器と、水素リ
ッチガス流路の改質器下流に設置され水素リッチガスと
燃料処理系冷却媒体径路を流通する燃料電池冷却媒体と
の熱交換を行う水素リッチガス冷却器と、水素リッチガ
ス冷却器下流に設置され低温一酸化炭素変成触媒層を有
する低温一酸化炭素変成器と、低温一酸化炭素変成器上
流に設置され吸収材層を有しこの吸収材層により燃料も
しくは水素リッチガス中の硫黄分を吸収する脱硫器と、
低温一酸化炭素変成器下流に設置され選択酸化式一酸化
炭素除去触媒層を有する単数もしくは複数の選択酸化式
一酸化炭素除去器と、燃料電池の燃料極からの排気ガス
の全量と酸化剤極からの排気ガスの全量もしくは一部を
混合して燃焼する排気ガスバーナーと、排気ガスバーナ
ーの燃焼ガス及び酸化剤極の排気ガスの混合ガスから水
を凝縮させる水凝縮器とが備えられた固体高分子型燃料
電池発電装置において、 改質器に供給する水蒸気を発生させる水蒸発器と、 水蒸発器で発生した水蒸気を過熱する水蒸気過熱器と、 改質器に供給する燃料を酸素を含むガスと混合した状態
で加熱する燃料混合ガス予熱器とが設けられ、 排気ガスバーナーからの燃焼ガスが、水蒸気過熱器、燃
料混合ガス予熱器、水蒸発器、水凝縮器の順に通過する
ように燃焼ガス流路が形成されたことを特徴とする固体
高分子型燃料電池発電装置。1. A fuel cell having an oxidant electrode and a fuel electrode using a gas containing hydrogen as a fuel and a solid polymer as an electrolyte, a fuel cell cooling medium path for circulating a cooling medium via the fuel cell, and a fuel cell. A fuel processing system cooling medium path that branches the fuel cell cooling medium from the fuel cell upstream of the cooling medium path and merges the fuel cell cooling medium with the fuel cell cooling medium path downstream of the fuel cell, and cooling that circulates the cooling medium through the fuel cell cooling medium path. A medium circulation pump, a fuel cell cooling medium cooler for removing heat from the cooling medium to adjust the temperature of the cooling medium, and a reforming catalyst layer provided upstream of the fuel cell fuel electrode. A reformer for reforming a mixture of fuel and oxygen-containing gas and water vapor containing at least one atom and hydrogen atom in a molecule to a hydrogen-rich gas, and a reformer for a hydrogen-rich gas flow path A hydrogen-rich gas cooler installed downstream for performing heat exchange between the hydrogen-rich gas and the fuel cell cooling medium flowing through the fuel treatment system cooling medium path, and a low temperature having a low-temperature carbon monoxide shift catalyst layer installed downstream of the hydrogen-rich gas cooler A carbon monoxide converter, a desulfurizer installed upstream of the low-temperature carbon monoxide converter, having an absorbent layer, and absorbing the sulfur content in the fuel or hydrogen-rich gas with the absorbent layer;
One or more selective oxidation type carbon monoxide removers installed downstream of the low temperature carbon monoxide converter and having a selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, the total amount of exhaust gas from the fuel electrode of the fuel cell and the oxidant electrode A solid body comprising: an exhaust gas burner that mixes and combusts all or part of the exhaust gas from the fuel cell; and a water condenser that condenses water from a mixed gas of the combustion gas of the exhaust gas burner and the exhaust gas of the oxidizer electrode. In a polymer fuel cell power generator, a water evaporator that generates steam to be supplied to the reformer, a steam superheater that superheats the steam generated by the water evaporator, and oxygen that supplies fuel to the reformer A fuel-mixed gas preheater that heats the fuel while mixed with gas is provided so that the combustion gas from the exhaust gas burner passes through a steam superheater, a fuel-mixed gas preheater, a water evaporator, and a water condenser in this order. A polymer electrolyte fuel cell power generator, wherein a combustion gas flow path is formed in the fuel cell power generator.
が設置され、改質器及び水素リッチガス冷却器が複合一
体化されたことを特徴とする請求項1記載の固体高分子
型燃料電池発電装置。2. The solid polymer fuel according to claim 1, wherein a hydrogen-rich gas cooler is provided in an outer cylinder of the reformer, and the reformer and the hydrogen-rich gas cooler are combined and integrated. Battery power generator.
器が設置され、排気ガスバーナー及び水蒸気過熱器が複
合一体化されたことを特徴とする請求項1または2記載
の固体高分子型燃料電池発電装置。3. The solid polymer fuel according to claim 1, wherein a steam superheater is provided on an outer cylinder portion of the exhaust gas burner, and the exhaust gas burner and the steam superheater are combined and integrated. Battery power generator.
合一体化された機器の外筒部に混合ガス予熱器が設置さ
れ、排気ガスバーナーと水蒸気過熱器と混合ガス予熱器
とが複合一体化されたことを特徴とする請求項3記載の
固体高分子型燃料電池発電装置。4. An exhaust gas burner, a steam superheater, and a mixed gas preheater are integrated into an outer cylinder portion of a device in which the exhaust gas burner and the steam superheater are integrated and combined. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 3, wherein:
共に水蒸発器が設置され、改質器と水素リッチガス冷却
器と水蒸発器とが複合一体化されたことを特徴とする請
求項2、3または4記載の固体高分子型燃料電池発電装
置。5. The reformer, wherein a water evaporator is installed together with the hydrogen-rich gas cooler in the outer cylinder of the reformer, and the reformer, the hydrogen-rich gas cooler, and the water evaporator are combined and integrated. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 2, 3, or 4.
チガス冷却器と低温一酸化炭素変成器の中間に設置さ
れ、低温一酸化炭素変成器及び脱硫器が複合一体化され
たことを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載
の固体高分子型燃料電池発電装置。6. A desulfurizer is provided between the hydrogen-rich gas cooler and the low-temperature carbon monoxide converter in the hydrogen-rich gas flow path, and the low-temperature carbon monoxide converter and the desulfurizer are combined and integrated. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, 2, 3, 4, or 5.
ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体
とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが
設けられ、 排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナーか
らの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に
合流する第1の合流点が形成され、 燃料混合ガス予熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる
分岐点が形成され、 分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流点が形成
され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
第1の合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路
に流入し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器の順に通
過し、分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒
体加熱器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒
層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過した
後、第2の合流点で再び残余の起動バーナーからの燃焼
ガスに合流し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器、
水凝縮器の順に通過するように構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置されたことを特徴とする請求
項1、2、3、4、5または6記載の固体高分子型燃料
電池発電装置。7. A fuel cell system comprising: a starting burner for reacting a gas containing oxygen with a fuel to generate combustion gas; and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body. A first junction is formed between the gas burner and the steam superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion is performed between the fuel mixed gas preheater and the water evaporator. A branch point where the gas is separated is formed, a second junction where the combustion gas merges downstream of the branch point is formed, and when the apparatus is started, a start-up burner operates to generate combustion gas, and this combustion gas is reformed. After passing through the reforming catalyst layer of the vessel,
At the first junction, the fuel gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, passes through the steam superheater and the fuel mixed gas preheater in this order, and the combustion gas branched at the branch point is heated by the fuel cell cooling medium heater. After passing through the absorbent layer of the desulfurizer, the low-temperature carbon monoxide shift catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, at the second confluence point, it merges with the combustion gas from the remaining start-up burner again, Furthermore, the starting burner combustion gas is water evaporator,
It is configured to pass in the order of the water condenser, and the starting burner combustion gas flows through the reforming catalyst layer, desulfurizer absorbent layer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein the path is provided independently of a path through which the hydrogen-rich gas flows.
止め弁が設けられ、分岐点と燃料電池冷却媒体加熱器の
間に第2止め弁が設けられ、選択酸化式一酸化炭素除去
触媒層と第2の合流点の間に第3止め弁が設けられたこ
とを特徴とする請求項7記載の固体高分子型燃料電池発
電装置。8. A method according to claim 1, wherein the first burner is located between the starting burner and the first junction.
A stop valve is provided, a second stop valve is provided between the branch point and the fuel cell coolant heater, and a third stop valve is provided between the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer and the second junction. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 7, wherein
ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒体
とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器とが
設けられ、 排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナーか
らの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に
合流する第1の合流点が形成され、 燃料混合ガス予熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる
分岐点が形成され、 分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流点が形成
され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
第1の合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路
に流入し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器の順に通
過し、分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒
体加熱器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒
層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過した
後、第2の合流点で再び残余の起動バーナーからの燃焼
ガスに合流し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器、
水凝縮器の順に通過するように構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置され、 起動バーナーと第1の合流点の間に第1止め弁が設けら
れ、分岐点と燃料電池冷却媒体加熱器の間に第2止め弁
が設けられ、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層と第2の
合流点の間に第3止め弁が設けられた固体高分子型燃料
電池発電装置の運転方法において、 装置起動時でかつ水蒸発器温度、燃料電池冷却媒体加熱
器温度、脱硫器温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、
選択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度の少なくとも一つ
が予め設定された目標温度に達せずかついずれの温度も
予め設定された最高限界温度に達しない場合には第1止
め弁、第2止め弁及び第3止め弁が開き、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器
温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸
化炭素除去触媒層温度のすべてが予め設定された目標温
度以上に達したかもしくはいずれかの温度が予め設定さ
れた最高限界温度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定
した目標温度に達しない場合には第1止め弁が開いて第
2止め弁及び第3止め弁が閉じ、 第2止め弁及び第3止め弁が開いた状態で水蒸発器温度
が予め設定された最高限界温度に達した場合には第1止
め弁のみが閉じ、 第2止め弁及び第3止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度
が予め設定した目標温度に達した場合には第1止め弁が
閉じて運転状態に移行し、 運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第3止め弁が閉
じ、 停止時には第1止め弁が閉じて第2止め弁及び第3止め
弁が開くことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装
置の運転方法。9. A fuel cell system comprising: a starting burner for reacting a gas containing fuel and oxygen to generate combustion gas; and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body. A first junction is formed between the gas burner and the steam superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion is performed between the fuel mixed gas preheater and the water evaporator. A branch point where the gas is separated is formed, a second junction where the combustion gas merges downstream of the branch point is formed, and when the apparatus is started, a start-up burner operates to generate combustion gas, and this combustion gas is reformed. After passing through the reforming catalyst layer of the vessel,
At the first junction, the fuel gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, passes through the steam superheater and the fuel mixed gas preheater in this order, and the combustion gas branched at the branch point is heated by the fuel cell cooling medium heater. After passing through the absorbent layer of the desulfurizer, the low-temperature carbon monoxide shift catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, at the second confluence point, it merges with the combustion gas from the remaining start-up burner again, Furthermore, the starting burner combustion gas is water evaporator,
It is configured to pass in the order of the water condenser, and the starting burner combustion gas flows through the reforming catalyst layer, desulfurizer absorbent layer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. A path is provided independently of a path through which the hydrogen-rich gas flows, a first stop valve is provided between the starting burner and the first junction, and a second stop valve is provided between the branch point and the fuel cell cooling medium heater. A method for operating a polymer electrolyte fuel cell power generator, comprising a stop valve, and a third stop valve provided between the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer and the second junction. Water evaporator temperature, fuel cell cooling medium heater temperature, desulfurizer temperature, low temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature,
The first stop valve and the second stop valve when at least one of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperatures does not reach the preset target temperature and none of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature. And the third stop valve is opened, and all of the temperature of the fuel cell cooling medium heater, the temperature of the desulfurizer, the temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the temperature of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer are preset at the time of starting the apparatus. If the temperature reaches the preset target temperature or any of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature and the water evaporator temperature does not reach the preset target temperature, the first stop valve opens and the second stop valve opens. When the water evaporator temperature reaches a preset maximum limit temperature in a state where the stop valve and the third stop valve are closed, and the second stop valve and the third stop valve are open, only the first stop valve is closed, The second stop valve and the third stop valve are closed When the water evaporator temperature reaches the preset target temperature in the state, the first stop valve closes and shifts to an operation state. During operation, the first stop valve, the second stop valve, and the third stop valve close, A method for operating a solid polymer fuel cell power generator, wherein the first stop valve is closed and the second stop valve and the third stop valve are opened during stop.
いずれかの箇所に第2の分岐点が形成され、 第2の分岐点には外気に開放される配管が接続され、 この配管に第4止め弁が設けられたことを特徴とする請
求項8記載の固体高分子型燃料電池発電装置。10. A second branch point is formed at any point in a flow path between the second stop valve and the third stop valve, and a pipe open to the outside air is connected to the second branch point. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 8, wherein a fourth stop valve is provided in the pipe.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナーか
らの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に
合流する第1の合流点が形成され、 燃料混合ガス予熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる
分岐点が形成され、 分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流点が形成
され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
第1の合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路
に流入し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器の順に通
過し、分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒
体加熱器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒
層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過した
後、第2の合流点で再び残余の起動バーナーからの燃焼
ガスに合流し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器、
水凝縮器の順に通過するように構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置され、 起動バーナーと第1の合流点の間に第1止め弁が設けら
れ、分岐点と燃料電池冷却媒体加熱器の間に第2止め弁
が設けられ、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層と第2の
合流点の間に第3止め弁が設けられ、 さらに、第2止め弁と第3止め弁の間の流路のいずれか
の箇所に第2の分岐点が形成され、 第2の分岐点には外気に開放される配管が接続され、 この配管に第4止め弁が設けられた固体高分子型燃料電
池発電装置の運転方法において、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器
温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸
化炭素除去触媒層温度の少なくとも一つが予め設定され
た目標温度に達せずかついずれの温度も予め設定された
最高限界温度に達しない場合には第1止め弁、第2止め
弁及び第3止め弁が開いて第4止め弁が閉じ、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器
温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸
化炭素除去触媒層温度のすべてが予め設定された目標温
度以上に達したかもしくはいずれかが予め設定された最
高限界温度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定した目
標温度に達しない場合には第2止め弁及び第3止め弁が
閉じて第1止め弁及び第4止め弁が開き、 第2止め弁及び第3止め弁が開いて第4止め弁が閉じた
状態で水蒸発器温度が予め設定された最高限界温度に達
した場合には第1止め弁のみが閉じ、 第2止め弁及び第3止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度
が予め設定した目標温度に達した場合には第1止め弁が
閉じて第4止め弁が開いて運転状態に移行し、 運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第3止め弁が閉
じて第4止め弁が開き、 装置停止時には第2止め弁または第3止め弁の少なくと
も一方と第4止め弁が開くことを特徴とする固体高分子
型燃料電池発電装置の運転方法。11. A starter burner for reacting a gas containing fuel and oxygen to generate a combustion gas, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body are provided. A first junction is formed between the gas burner and the steam superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion is performed between the fuel mixed gas preheater and the water evaporator. A branch point where the gas is separated is formed, a second junction where the combustion gas merges downstream of the branch point is formed, and when the apparatus is started, a start-up burner operates to generate combustion gas, and this combustion gas is reformed. After passing through the reforming catalyst layer of the vessel,
At the first junction, the fuel gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, passes through the steam superheater and the fuel mixed gas preheater in this order, and the combustion gas branched at the branch point is heated by the fuel cell cooling medium heater. After passing through the absorbent layer of the desulfurizer, the low-temperature carbon monoxide shift catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, at the second confluence point, it merges with the combustion gas from the remaining start-up burner again, Furthermore, the starting burner combustion gas is water evaporator,
It is configured to pass in the order of the water condenser, and the starting burner combustion gas flows through the reforming catalyst layer, desulfurizer absorbent layer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. A path is provided independently of a path through which the hydrogen-rich gas flows, a first stop valve is provided between the starting burner and the first junction, and a second stop valve is provided between the branch point and the fuel cell cooling medium heater. A stop valve is provided, a third stop valve is provided between the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer and the second junction, and any one of the flow paths between the second stop valve and the third stop valve is provided. A second branch point is formed at such a point, a pipe that is open to the outside air is connected to the second branch point, and a polymer electrolyte fuel cell power generator in which a fourth stop valve is provided in this pipe is provided. In the operation method, at the time of starting the apparatus and the temperature of the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer At least one of the temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach the preset target temperature and none of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature. The first stop valve, the second stop valve, and the third stop valve are opened and the fourth stop valve is closed, and the temperature of the fuel cell cooling medium heater, the temperature of the desulfurizer, and the temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer at the time of starting the apparatus All of the temperature and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperature have reached or exceeded a preset target temperature, or any of them has reached a preset maximum limit temperature, and the water evaporator temperature has reached a preset target temperature. When the temperature does not reach, the second stop valve and the third stop valve are closed, the first stop valve and the fourth stop valve are opened, the second stop valve and the third stop valve are opened, and the fourth stop valve is closed. Water evaporator temperature When the high limit temperature is reached, only the first stop valve is closed, and when the water evaporator temperature reaches a preset target temperature with the second stop valve and the third stop valve closed, the first stop valve is closed. The valve closes and the fourth stop valve opens to shift to an operating state. During operation, the first stop valve, the second stop valve and the third stop valve close and the fourth stop valve opens, and when the device stops, the second stop valve Alternatively, at least one of the third stop valve and the fourth stop valve are opened.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナーか
らの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に
合流する合流点が形成され、 燃料混合ガス予熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる
分岐点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器の順に通過し、
分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱
器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選
択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過した後、大気
中に出て、一方、分岐点にて分岐された残余の起動バー
ナーからの燃焼ガスは更に水蒸発器、水凝縮器の順に通
過するように構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置されたことを特徴とする請求
項1、2、3、4、5または6記載の固体高分子型燃料
電池発電装置。12. A starter burner for reacting a gas containing fuel and oxygen to generate a combustion gas, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body are provided. A junction is formed between the gas burner and the steam superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion gas is divided between the fuel mixed gas preheater and the water evaporator. A starting point is formed at the start of the apparatus, and the starting burner operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
At the junction, it flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, passes through the steam superheater, and the fuel mixed gas preheater in this order,
After the combustion gas branched at the branch point passes through the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, On the other hand, the combustion gas from the remaining start-up burner branched at the branch point is further configured to pass in the order of a water evaporator and a water condenser, and a reforming catalyst layer, a desulfurizer absorber layer, The low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer and the selective oxidation-type carbon monoxide removal catalyst layer are provided with a path for circulating the starting burner combustion gas independently of a path for circulating the hydrogen-rich gas. 7. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 1, 2, 3, 4, 5, or 6.
弁が設けられ、分岐点と脱硫器吸収材層の間に第2止め
弁が設けられたことを特徴とする請求項12記載の固体
高分子型燃料電池発電装置。13. The method according to claim 12, wherein a first stop valve is provided between the starting burner and the junction, and a second stop valve is provided between the branch point and the desulfurizer absorbent layer. Solid polymer fuel cell power generator.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナーか
らの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に
合流する合流点が形成され、 燃料混合ガス予熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる
分岐点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器の順に通過し、
分岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱
器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選
択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過した後、大気
中に出て、一方、分岐点にて分岐された残余の起動バー
ナーからの燃焼ガスは更に水蒸発器、水凝縮器の順に通
過するように構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置され、 起動バーナーと合流点の間に第1止め弁が設けられ、分
岐点と脱硫器吸収材層の間に第2止め弁が設けられた固
体高分子型燃料電池発電装置の運転方法において、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器
温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸
化炭素除去触媒層温度の少なくとも一つが予め設定され
た目標温度に達せずかついずれの温度も予め設定された
最高限界温度に達しない場合には第1止め弁及び第2止
め弁が開き、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器
温度温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式
一酸化炭素除去触媒層温度のすべてが予め設定された目
標温度以上に達したかもしくはいずれかが予め設定され
た最高限界温度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定し
た目標温度に達しない場合には第1止め弁が開いて第2
止め弁が閉じ、 第2止め弁が開いた状態で水蒸発器温度が予め設定され
た最高限界温度に達した場合には第1止め弁のみが閉
じ、 第2止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度が予め設定した
目標温度に達した場合には第1止め弁が閉じて運転状態
に移行し、 運転時には第1止め弁及び第2止め弁が閉じることを特
徴とする固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法。14. A fuel cell, comprising: a starting burner for reacting a gas containing oxygen with a fuel to generate a combustion gas; and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body. A junction is formed between the gas burner and the steam superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion gas is divided between the fuel mixed gas preheater and the water evaporator. A starting point is formed at the start of the apparatus, and the starting burner operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
At the junction, it flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, passes through the steam superheater, and the fuel mixed gas preheater in this order,
After the combustion gas branched at the branch point passes through the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, On the other hand, the combustion gas from the remaining start-up burner branched at the branch point is further configured to pass in the order of a water evaporator and a water condenser, and a reforming catalyst layer, a desulfurizer absorber layer, In the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, a path for flowing the starting burner combustion gas is installed independently of a path for flowing the hydrogen-rich gas, and between the starting burner and the junction. A first stop valve is provided between the branch point and the desulfurizer absorbent material layer, and the operation of the polymer electrolyte fuel cell power generator is provided. Heater temperature, desulfurizer temperature, low temperature mono-oxidation The first stop is performed when at least one of the elementary conversion catalyst layer temperature and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach the preset target temperature and none of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature. The valve and the second stop valve are opened, and the temperature of the fuel cell cooling medium heater, the temperature of the desulfurizer, the temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the temperature of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer are all set at the time of starting the apparatus. If the temperature reaches or exceeds the preset target temperature or one of them reaches the preset maximum limit temperature and the water evaporator temperature does not reach the preset target temperature, the first stop valve opens and the second stop valve opens.
When the water evaporator temperature reaches a preset maximum limit temperature with the stop valve closed and the second stop valve opened, only the first stop valve is closed, and the water is discharged with the second stop valve closed. When the evaporator temperature reaches a preset target temperature, the first stop valve closes and shifts to an operating state, and during operation, the first stop valve and the second stop valve close. An operation method of the fuel cell power generator.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナーか
らの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に
合流する合流点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器、水蒸発器、燃
料電池冷却媒体加熱器、水凝縮器の順に通過するように
構成されたことを特徴とする請求項1、2、3、4、5
または6記載の固体高分子型燃料電池発電装置。15. A starter burner for generating a combustion gas by reacting a gas containing fuel and oxygen, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body. A junction is formed between the gas burner and the steam superheater, where the combustion gas from the startup burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
At the junction, the gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and passes through a steam superheater, a fuel gas preheater, a water evaporator, a fuel cell cooling medium heater, and a water condenser in this order. Claims 1, 2, 3, 4, 5
Or a polymer electrolyte fuel cell power generator according to 6.
設けられたことを特徴とする請求項15記載の固体高分
子型燃料電池発電装置。16. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 15, wherein a stop valve is provided between the starting burner and the junction.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと水蒸気過熱器の間に起動バーナーか
らの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に
合流する合流点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
し、水蒸気過熱器、燃料混合ガス予熱器、水蒸発器、燃
料電池冷却媒体加熱器、水凝縮器の順に通過するように
構成され、 起動バーナーと合流点の間に止め弁が設けられた固体高
分子型燃料電池発電装置の運転方法において、 装置起動時の水蒸発器温度が予め設定された目標温度に
未達であれば止め弁が開き、 止め弁が開いた状態で燃料電池冷却媒体加熱器温度が予
め設定された最高限界温度に達した場合には、燃料電池
冷却媒体冷却器が運転されて温度制御を行い、 水蒸発器温度が予め設定された目標温度に達したら止め
弁が閉じて運転状態に移行し、 運転時には止め弁が閉じ、 かつ装置起動時には脱硫器、低温一酸化炭素変成触媒
層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の温度がそれぞれ
個別に電力によって加熱されることを特徴とする固体高
分子型燃料電池発電装置の運転方法。17. A starter burner for reacting a gas containing fuel and oxygen to generate a combustion gas, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body are provided. A junction is formed between the gas burner and the steam superheater, where the combustion gas from the startup burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
It is configured to flow into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction, pass through a steam superheater, a fuel mixed gas preheater, a water evaporator, a fuel cell cooling medium heater, and a water condenser in this order. In the operating method of the polymer electrolyte fuel cell power generator in which a stop valve is provided between the start burner and the junction, if the water evaporator temperature at the start of the device does not reach a preset target temperature, the stop valve is used. When the temperature of the fuel cell cooling medium heater reaches a preset maximum limit temperature with the stop valve opened, the fuel cell cooling medium cooler is operated to perform temperature control, and the water evaporator is operated. When the temperature reaches the preset target temperature, the stop valve closes and shifts to the operating state.The stop valve closes during operation, and the desulfurizer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide The temperature of the removal catalyst layer Respectively operating method of individually solid polymer fuel cell power plant characterized in that it is heated by the electric power.
を電解質として酸化剤極と燃料極を有する燃料電池と、
燃料電池を経由して冷却媒体を循環させる燃料電池冷却
媒体径路と、燃料電池冷却媒体径路の燃料電池上流から
燃料電池冷却媒体を分岐しこれを燃料電池冷却媒体径路
に燃料電池下流にて合流させる燃料処理系冷却媒体径路
と、燃料電池冷却媒体径路で冷却媒体を循環させる冷却
媒体循環ポンプと、これら冷却媒体から熱量を除去し冷
却媒体の温度を調整する燃料電池冷却媒体冷却器と、燃
料電池燃料極上流に設置され改質触媒層を有しこの改質
触媒層において炭素原子と水素原子を分子中に少なくと
も各々一個以上含む燃料及び酸素を含む気体及び水蒸気
の混合気を水素リッチガスに改質する改質器と、水素リ
ッチガス流路の改質器下流に設置され水素リッチガスと
燃料処理系冷却媒体径路を流通する燃料電池冷却媒体と
の熱交換を行う水素リッチガス冷却器と、水素リッチガ
ス冷却器下流に設置され低温一酸化炭素変成触媒層を有
する低温一酸化炭素変成器と、低温一酸化炭素変成器上
流に設置され吸収材層を有しこの吸収材層により燃料も
しくは水素リッチガス中の硫黄分を吸収する脱硫器と、
低温一酸化炭素変成器下流に設置され選択酸化式一酸化
炭素除去触媒層を有する単数もしくは複数の選択酸化式
一酸化炭素除去器と、燃料電池の燃料極からの排気ガス
の全量と酸化剤極からの排気ガスの全量もしくは一部を
混合して燃焼する排気ガスバーナーと、排気ガスバーナ
ーの燃焼ガス及び酸化剤極の排気ガスの混合ガスから水
を凝縮させる水凝縮器とが備えられた固体高分子型燃料
電池発電装置において、 改質器に供給する水蒸気を発生させる水蒸発器と、 酸素を含むガスと燃料と水蒸発器で発生した水蒸気との
混合ガスを過熱する燃料混合ガス過熱器とが設けられ、 排気ガスバーナーからの燃焼ガスが、燃料混合ガス過熱
器、水蒸発器、水凝縮器の順に通過するように燃焼ガス
流路が形成されたことを特徴とする固体高分子型燃料電
池発電装置。18. A fuel cell having an oxidizer electrode and a fuel electrode using a gas containing hydrogen as a fuel and a solid polymer as an electrolyte,
A fuel cell cooling medium path through which the cooling medium is circulated via the fuel cell, and a fuel cell cooling medium that branches from the fuel cell upstream of the fuel cell cooling medium path and joins the fuel cell cooling medium path with the fuel cell downstream. A fuel treatment system cooling medium path, a cooling medium circulation pump that circulates the cooling medium in the fuel cell cooling medium path, a fuel cell cooling medium cooler that removes heat from the cooling medium and adjusts the temperature of the cooling medium, and a fuel cell. A reforming catalyst layer is provided upstream of the fuel electrode, and in this reforming catalyst layer, a mixture of fuel and oxygen-containing gas and steam containing at least one carbon atom and at least one hydrogen atom in a molecule is converted to a hydrogen-rich gas. Water that exchanges heat between the hydrogen-rich gas and the fuel cell cooling medium flowing through the fuel treatment system cooling medium path, which is installed downstream of the reformer in the hydrogen-rich gas flow path. A rich gas cooler, a low-temperature carbon monoxide converter having a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer installed downstream of the hydrogen-rich gas cooler, and an absorber layer installed upstream of the low-temperature carbon monoxide converter. A desulfurizer that absorbs sulfur in fuel or hydrogen-rich gas by
One or more selective oxidation type carbon monoxide removers installed downstream of the low temperature carbon monoxide converter and having a selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, the total amount of exhaust gas from the fuel electrode of the fuel cell and the oxidant electrode A solid body comprising: an exhaust gas burner that mixes and combusts all or part of the exhaust gas from the fuel cell; and a water condenser that condenses water from a mixed gas of the combustion gas of the exhaust gas burner and the exhaust gas of the oxidizer electrode. In a polymer fuel cell power generator, a water evaporator that generates steam to be supplied to a reformer, and a fuel mixed gas superheater that superheats a mixed gas of a gas containing oxygen, fuel, and steam generated by the water evaporator A solid polymer type wherein a combustion gas flow path is formed so that combustion gas from an exhaust gas burner passes through a fuel mixed gas superheater, a water evaporator, and a water condenser in this order. Burning Cell power plant.
器が設置され、改質器及び水素リッチガス冷却器が複合
一体化されたことを特徴とする請求項18記載の固体高
分子型燃料電池発電装置。19. The solid polymer fuel according to claim 18, wherein a hydrogen-rich gas cooler is installed in an outer cylinder portion of the reformer, and the reformer and the hydrogen-rich gas cooler are combined and integrated. Battery power generator.
ガス過熱器が設置され、排気ガスバーナー及び燃料混合
ガス過熱器が複合一体化されたことを特徴とする請求項
18または19記載の固体高分子型燃料電池発電装置。20. The solid according to claim 18, wherein a fuel mixed gas superheater is installed in an outer cylinder portion of the exhaust gas burner, and the exhaust gas burner and the fuel mixed gas superheater are combined and integrated. Polymer fuel cell power generator.
と共に水蒸発器が設置され、改質器と水素リッチガス冷
却器と水蒸発器とが複合一体化されたことを特徴とする
請求項19または20記載の固体高分子型燃料電池発電
装置。21. A reformer, wherein a water evaporator is installed together with a hydrogen-rich gas cooler in the outer cylinder portion of the reformer, and the reformer, the hydrogen-rich gas cooler, and the water evaporator are combined and integrated. 21. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 19 or 20.
ッチガス冷却器と低温一酸化炭素変成器の中間に設置さ
れ、低温一酸化炭素変成器及び脱硫器が複合一体化され
たことを特徴とする請求項18、19、20または21
記載の固体高分子型燃料電池発電装置。22. A desulfurizer is provided between the hydrogen-rich gas cooler and the low-temperature carbon monoxide converter in the hydrogen-rich gas flow path, and the low-temperature carbon monoxide converter and the desulfurizer are combined and integrated. Claims 18, 19, 20 or 21
The polymer electrolyte fuel cell power generator according to the above.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間に起動バー
ナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス
流路に合流する第1の合流点が形成され、 燃料混合ガス過熱器の下流に燃焼ガスが分れる分岐点が
形成され、 分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流点が形成
され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
第1の合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路
に流入し、次いで燃料混合ガス過熱器を通過した後、分
岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱
器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選
択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過し、第2の合
流点で再び残余の起動バーナーからの燃焼ガスに合流
し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器を通過するよ
うに構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置されたことを特徴とする請求
項18、19、20、21、または22記載の固体高分
子型燃料電池発電装置。23. A fuel cell system comprising: a starting burner for reacting a gas containing oxygen with a fuel to generate a combustion gas; and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body. A first junction is formed between the gas burner and the fuel mixed gas superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion gas flows downstream of the fuel mixed gas superheater. A branch point is formed where a split point is formed, and a second junction where the combustion gas merges is formed downstream of the branch point. When the apparatus is started, a startup burner operates to generate combustion gas, and this combustion gas is supplied to the reformer. After passing through the reforming catalyst layer,
After flowing into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the first junction, and then passing through the fuel mixed gas superheater, the combustion gas branched at the branch point is supplied to the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer. , The low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, and then joins the combustion gas from the remaining start-up burner again at the second junction, and further starts the burner combustion. The gas is passed through the water evaporator, and the burner combustion gas flows through the reforming catalyst layer, desulfurizer absorber layer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. 23. The solid polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 18, wherein the path to be provided is provided independently of the path through which the hydrogen-rich gas flows.
間に第1止め弁が設けられ、分岐点と脱硫器吸収材層の
間に第2止め弁が設けられ、選択酸化式一酸化炭素除去
触媒層と第2の合流点の間に第3止め弁が設けられたこ
とを特徴とする請求項23記載の固体高分子型燃料電池
発電装置。24. A first stop valve is provided between the reforming catalyst layer of the reformer and the first junction, and a second stop valve is provided between the branch point and the desulfurizer absorbent layer. 24. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 23, wherein a third stop valve is provided between the oxidizing carbon monoxide removal catalyst layer and the second junction.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間に起動バー
ナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス
流路に合流する第1の合流点が形成され、 燃料混合ガス過熱器の下流に燃焼ガスが分れる分岐点が
形成され、 分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流点が形成
され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
第1の合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路
に流入し、次いで燃料混合ガス過熱器を通過した後、分
岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱
器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選
択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過し、第2の合
流点で再び残余の起動バーナーからの燃焼ガスに合流
し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器を通過するよ
うに構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置され、 改質器の改質触媒層と第1の合流点の間に第1止め弁が
設けられ、分岐点と脱硫器吸収材層の間に第2止め弁が
設けられ、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層と第2の合
流点の間に第3止め弁が設けられた固体高分子型燃料電
池発電装置の運転方法において、 装置起動時でかつ水蒸発器温度、燃料電池冷却媒体加熱
器温度、脱硫器温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、
選択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度の少なくとも一つ
が予め設定された目標温度に達せずかついずれの温度も
予め設定された最高限界温度に達しない場合には第1止
め弁、第2止め弁及び第3止め弁が開き、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器
温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸
化炭素除去触媒層温度のすべてが予め設定された目標温
度以上に達したかもしくはいずれかの温度が予め設定さ
れた最高限界温度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定
した目標温度に達しない場合には第1止め弁が開いて第
2止め弁及び第3止め弁が閉じ、 第2止め弁及び第3止め弁が開いた状態で水蒸発器温度
が予め設定された最高限界温度に達した場合には第1止
め弁のみが閉じ、 第2止め弁及び第3止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度
が予め設定した目標温度に達した場合には第1止め弁が
閉じて運転状態に移行し、 運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第3止め弁が閉
じ、 停止時には第1止め弁が閉じて第2止め弁及び第3止め
弁が開くことを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装
置の運転方法。25. A fuel cell system comprising: a starting burner for reacting a gas containing oxygen with a fuel to generate a combustion gas; and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body. A first junction is formed between the gas burner and the fuel mixed gas superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion gas flows downstream of the fuel mixed gas superheater. A branch point is formed where a split point is formed, and a second junction where the combustion gas merges is formed downstream of the branch point. When the apparatus is started, a startup burner operates to generate combustion gas, and this combustion gas is supplied to the reformer. After passing through the reforming catalyst layer,
After flowing into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the first junction, and then passing through the fuel mixed gas superheater, the combustion gas branched at the branch point is supplied to the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer. , The low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, and then joins the combustion gas from the remaining start-up burner again at the second junction, and further starts the burner combustion. The gas is passed through the water evaporator, and the burner combustion gas flows through the reforming catalyst layer, desulfurizer absorber layer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. A first stop valve is provided between the reforming catalyst layer of the reformer and the first junction, and a branch point and a desulfurizer absorbent are provided. A second stop valve is provided between the layers, and selectively oxidized monoacid In a method for operating a polymer electrolyte fuel cell power generator in which a third stop valve is provided between a carbon removal catalyst layer and a second junction, at the time of startup of the apparatus, the temperature of a water evaporator, the fuel cell cooling medium heater Temperature, desulfurizer temperature, low temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature,
The first stop valve and the second stop valve when at least one of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer temperatures does not reach the preset target temperature and none of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature. And the third stop valve is opened, and all of the temperature of the fuel cell cooling medium heater, the temperature of the desulfurizer, the temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the temperature of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer are preset at the time of starting the apparatus. If the temperature reaches the preset target temperature or any of the temperatures reaches the preset maximum limit temperature and the water evaporator temperature does not reach the preset target temperature, the first stop valve opens and the second stop valve opens. When the water evaporator temperature reaches a preset maximum limit temperature in a state where the stop valve and the third stop valve are closed, and the second stop valve and the third stop valve are open, only the first stop valve is closed, The second stop valve and the third stop valve are closed When the water evaporator temperature reaches the preset target temperature in the state, the first stop valve closes and shifts to an operation state. During operation, the first stop valve, the second stop valve, and the third stop valve close, A method for operating a solid polymer fuel cell power generator, wherein the first stop valve is closed and the second stop valve and the third stop valve are opened during stop.
いずれかの箇所に第2の分岐点が形成され、 第2の分岐点には外気に開放される配管が接続され、 この配管に第4止め弁が設けられたことを特徴とする請
求項24記載の固体高分子型燃料電池発電装置。26. A second branch point is formed at any point in a flow path between the second stop valve and the third stop valve, and a pipe open to the outside air is connected to the second branch point. 25. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 24, wherein a fourth stop valve is provided in the pipe.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間に起動バー
ナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス
流路に合流する第1の合流点が形成され、 燃料混合ガス過熱器の下流に燃焼ガスが分れる分岐点が
形成され、 分岐点の下流に燃焼ガスが合流する第2の合流点が形成
され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
第1の合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路
に流入し、次いで燃料混合ガス過熱器を通過した後、分
岐点にて分岐された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱
器、脱硫器の吸収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選
択酸化式一酸化炭素除去触媒層の順に通過し、第2の合
流点で再び残余の起動バーナーからの燃焼ガスに合流
し、更に起動バーナー燃焼ガスが水蒸発器を通過するよ
うに構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置され、 改質器の改質触媒層と第1の合流点の間に第1止め弁が
設けられ、分岐点と脱硫器吸収材層の間に第2止め弁が
設けられ、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層と第2の合
流点の間に第3止め弁が設けられ、 第2止め弁と第3止め弁の間の流路のいずれかの箇所に
第2の分岐点が形成され、 第2の分岐点には外気に開放される配管が接続され、 この配管に第4止め弁が設けられた固体高分子型燃料電
池発電装置の運転方法において、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器、脱硫器温
度、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化炭素
除去触媒層温度の少なくとも一つが予め設定された目標
温度に達せずかついずれの温度も予め設定された最高限
界温度に達しない場合には第1止め弁、第2止め弁及び
第3止め弁が開いて第4止め弁が閉じ、 装置起動時でかつ燃料電池冷却媒体加熱器温度、脱硫器
温度、低温一酸化炭素変成触媒層温度、選択酸化式一酸
化炭素除去触媒層温度のすべてが予め設定された目標温
度以上に達したかもしくはいずれかが予め設定された最
高限界温度に達し、かつ水蒸発器温度が予め設定した目
標温度に達しない場合には第2止め弁及び第3止め弁が
閉じて第1止め弁及び第4止め弁が開き、 第2止め弁及び第3止め弁が開いて第4止め弁が閉じた
状態で水蒸発器温度が予め設定された最高限界温度に達
した場合には第1止め弁のみが閉じ、 第2止め弁及び第3止め弁が閉じた状態で水蒸発器温度
が予め設定した目標温度に達した場合には第1止め弁が
閉じて第4止め弁が開いて運転状態に移行し、 運転時には第1止め弁、第2止め弁及び第3止め弁が閉
じて第4止め弁が開き、 装置停止時には第2止め弁または第3止め弁の少なくと
も一方と第4止め弁が開くことを特徴とする固体高分子
型燃料電池発電装置の運転方法。27. A starter burner for generating a combustion gas by reacting a fuel and a gas containing oxygen, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body are provided. A first junction is formed between the gas burner and the fuel mixed gas superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion gas flows downstream of the fuel mixed gas superheater. A branch point is formed where a split point is formed, and a second junction where the combustion gas merges is formed downstream of the branch point. When the apparatus is started, a startup burner operates to generate combustion gas, and this combustion gas is supplied to the reformer. After passing through the reforming catalyst layer,
After flowing into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the first junction, and then passing through the fuel mixed gas superheater, the combustion gas branched at the branch point is supplied to the fuel cell cooling medium heater, the desulfurizer. , The low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer, and then joins the combustion gas from the remaining start-up burner again at the second junction, and further starts the burner combustion. The gas is passed through the water evaporator, and the burner combustion gas flows through the reforming catalyst layer, desulfurizer absorber layer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer. A first stop valve is provided between the reforming catalyst layer of the reformer and the first junction, and a branch point and a desulfurizer absorbent are provided. A second stop valve is provided between the layers, and selectively oxidized monoacid A third stop valve is provided between the carbon removal catalyst layer and the second junction, and a second branch point is formed at any point in a flow path between the second stop valve and the third stop valve, A pipe which is open to the outside air is connected to the second branch point, and in a method of operating a polymer electrolyte fuel cell power generator in which a fourth stop valve is provided in this pipe, the fuel cell cooling medium is used when the apparatus is started. At least one of a heater, a desulfurizer temperature, a low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and a selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer does not reach a preset target temperature, and any temperature is a preset maximum limit temperature. If not reached, the first stop valve, the second stop valve and the third stop valve are opened and the fourth stop valve is closed, and when the apparatus is started up, the temperature of the fuel cell cooling medium heater, the temperature of the desulfurizer, the low temperature monoxide Carbon shift catalyst bed temperature, selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst bed temperature If all reach a preset target temperature or higher or either reaches a preset maximum limit temperature and the water evaporator temperature does not reach the preset target temperature, the second stop valve and the second stop valve When the third stop valve is closed, the first stop valve and the fourth stop valve are opened, and the second stop valve and the third stop valve are opened and the fourth stop valve is closed. When the temperature reaches the temperature, only the first stop valve is closed, and when the water evaporator temperature reaches the preset target temperature with the second and third stop valves closed, the first stop valve is closed. It closes and the fourth stop valve opens and shifts to the operating state. During operation, the first stop valve, the second stop valve and the third stop valve close and the fourth stop valve opens, and when the device stops, the second stop valve or the second stop valve opens. A solid container, wherein at least one of the three stop valves and the fourth stop valve are opened. How the operation type fuel cell power plant.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間に起動バー
ナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス
流路に合流する合流点が形成され、 燃料混合ガス過熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる
分岐点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
した後、燃料混合ガス過熱器を通過し、分岐点にて分岐
された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱器、脱硫器の吸
収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化
炭素除去触媒層の順に通過した後、大気中に出て、一
方、分岐点にて分岐された残余の起動バーナーからの燃
焼ガスは更に水蒸発器、水凝縮器の順に通過するように
構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置されたことを特徴とする請求
項18、19、20、21、または22記載の固体高分
子型燃料電池発電装置。28. A starter burner for generating a combustion gas by reacting a gas containing fuel and oxygen, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a cooling medium of the fuel cell and a gas body are provided. A junction is formed between the gas burner and the fuel-mixed gas superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion gas is formed between the fuel-mixed gas superheater and the water evaporator. Is formed, and when the apparatus is started, the start-up burner operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
After flowing into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction, the fuel gas passes through the fuel mixed gas superheater, and the combustion gas branched at the branch point becomes the absorbent layer of the fuel cell cooling medium heater and desulfurizer. After passing through the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, it goes out into the atmosphere, while the remaining combustion gas from the starting burner branched at the branch point further contains water. It is configured so that it passes through the evaporator and the water condenser in this order, and the reforming catalyst layer, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer have a startup burner combustion gas. 23. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 18, wherein a path through which hydrogen flows is provided independently of a path through which hydrogen-rich gas flows.
が設けられ、分岐点と脱硫器吸収材層の間に第2止め弁
が設けられたことを特徴とする請求項28記載の固体高
分子型燃料電池発電装置。29. The method according to claim 28, wherein a first stop valve is provided between the reforming catalyst layer and the junction, and a second stop valve is provided between the branch point and the desulfurizer absorbent layer. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to the above.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間に起動バー
ナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス
流路に合流する合流点が形成され、 燃料混合ガス過熱器と水蒸発器の間に燃焼ガスが分れる
分岐点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
した後、燃料混合ガス過熱器を通過し、分岐点にて分岐
された燃焼ガスが燃料電池冷却媒体加熱器、脱硫器の吸
収材層、低温一酸化炭素変成触媒層、選択酸化式一酸化
炭素除去触媒層の順に通過した後、大気中に出て、一
方、分岐点にて分岐された残余の起動バーナーからの燃
焼ガスは更に水蒸発器、水凝縮器の順に通過するように
構成され、 かつ改質触媒層、脱硫器吸収材層、低温一酸化炭素変成
触媒層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層には起動バー
ナー燃焼ガスを流通する経路が、水素リッチガスが流通
する経路とは独立して設置され、 改質触媒層と合流点の間に第1止め弁が設けられ、分岐
点と脱硫器吸収材層の間に第2止め弁が設けられた固体
高分子型燃料電池発電装置の運転方法において、 装置起動時でかつ脱硫器温度、低温一酸化炭素変成触媒
層温度、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度の少なく
とも一つが予め設定された目標温度に達しない場合には
第1止め弁及び第2止め弁が開き、 装置起動時でかつ脱硫器温度温度、低温一酸化炭素変成
触媒層温度、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層温度のす
べてが予め設定された目標温度以上に達した場合には第
1止め弁が開いて第2止め弁が閉じ、 運転時には第1止め弁及び第2止め弁が閉じることを特
徴とする固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法。30. A starting burner for generating a combustion gas by reacting a gas containing fuel and oxygen, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A junction is formed between the gas burner and the fuel-mixed gas superheater where the combustion gas from the starting burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the combustion gas is formed between the fuel-mixed gas superheater and the water evaporator. Is formed, and when the apparatus is started, the start-up burner operates to generate combustion gas. After the combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
After flowing into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner at the junction, the fuel gas passes through the fuel mixed gas superheater, and the combustion gas branched at the branch point becomes the absorbent layer of the fuel cell cooling medium heater and desulfurizer. After passing through the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer in this order, it goes out into the atmosphere, while the remaining combustion gas from the starting burner branched at the branch point further contains water. It is configured so that it passes through the evaporator and the water condenser in this order, and the reforming catalyst layer, the desulfurizer absorber layer, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer have a startup burner combustion gas. Is provided independently of the path through which the hydrogen-rich gas flows, a first stop valve is provided between the reforming catalyst layer and the junction, and a first stop valve is provided between the branch point and the desulfurizer absorbent layer. Of a polymer electrolyte fuel cell power generator with two stop valves In the conversion method, when the apparatus is started and at least one of the desulfurizer temperature, the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer temperature, and the selective oxidation-type carbon monoxide removal catalyst layer temperature does not reach a preset target temperature, the first method is performed. The stop valve and the second stop valve are opened, and the temperature of the desulfurizer, the temperature of the low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, and the temperature of the selective oxidation type carbon monoxide removal catalyst layer are all at or above the target temperature when the apparatus is started. A method for operating a solid polymer fuel cell power generator, characterized in that the first stop valve is opened and the second stop valve is closed when it reaches, and the first stop valve and the second stop valve are closed during operation.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間に起動バー
ナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス
流路に合流する合流点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
し、燃料混合ガス過熱器、水蒸発器、燃料電池冷却媒体
加熱器、水凝縮器の順に通過するように構成されたこと
を特徴とする請求項18、19、20、21、または2
2記載の固体高分子型燃料電池発電装置。31. A starter burner for reacting a gas containing fuel and oxygen to generate combustion gas, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a fuel cell cooling medium and a gas body are provided. A junction is formed between the gas burner and the fuel-mixed gas superheater where the combustion gas from the startup burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the startup burner operates at the start of the device to generate combustion gas. After this combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
At the junction, the fuel gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and passes through a fuel mixed gas superheater, a water evaporator, a fuel cell cooling medium heater, and a water condenser in this order. Claim 18, 19, 20, 21, or 2
3. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to 2.
め弁が設けられたことを特徴とする請求項31記載の固
体高分子型燃料電池発電装置。32. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 31, wherein a stop valve is provided between the reforming catalyst layer and the junction of the reformer.
焼ガスを発生させる起動バーナーと、燃料電池の冷却媒
体とガス体との熱交換を行う燃料電池冷却媒体加熱器と
が設けられ、 排気ガスバーナーと燃料混合ガス過熱器の間に起動バー
ナーからの燃焼ガスが排気ガスバーナーからの燃焼ガス
流路に合流する合流点が形成され、 装置起動時に起動バーナーが動作して燃焼ガスが発生
し、この燃焼ガスが改質器の改質触媒層を通過した後、
合流点にて排気ガスバーナーからの燃焼ガス流路に流入
し、燃料混合ガス過熱器、水蒸発器、燃料電池冷却媒体
加熱器、水凝縮器の順に通過するように構成され、 改質器の改質触媒層と合流点の間に止め弁が設けられた
固体高分子型燃料電池発電装置の運転方法において、 装置起動時の水蒸発器温度が予め設定された目標温度に
未達であれば止め弁が開き、 止め弁が開いた状態で燃料電池冷却媒体加熱器温度が予
め設定された最高限界温度に達した場合には、燃料電池
冷却媒体冷却器が運転されて温度制御を行い、 水蒸発器温度が予め設定された目標温度に達したら止め
弁が閉じて運転状態に移行し、 運転時には止め弁が閉じ、 かつ装置起動時には脱硫器、低温一酸化炭素変成触媒
層、選択酸化式一酸化炭素除去触媒層の温度がそれぞれ
個別に電力によって加熱されることを特徴とする固体高
分子型燃料電池発電装置の運転方法。33. A starting burner for generating a combustion gas by reacting a gas containing fuel and oxygen, and a fuel cell cooling medium heater for exchanging heat between a cooling medium and a gas body of the fuel cell. A junction is formed between the gas burner and the fuel-mixed gas superheater where the combustion gas from the startup burner joins the combustion gas flow path from the exhaust gas burner, and the startup burner operates at the start of the device to generate combustion gas. After this combustion gas passes through the reforming catalyst layer of the reformer,
At the junction, the fuel gas flows into the combustion gas flow path from the exhaust gas burner and passes through the fuel mixed gas superheater, water evaporator, fuel cell cooling medium heater, and water condenser in this order. In the operating method of the polymer electrolyte fuel cell power generator in which a stop valve is provided between the reforming catalyst layer and the junction, if the water evaporator temperature at the time of starting the device does not reach a preset target temperature, When the stop valve is opened and the fuel cell cooling medium heater temperature reaches a preset maximum limit temperature with the stop valve opened, the fuel cell cooling medium cooler is operated to perform temperature control, and When the evaporator temperature reaches the preset target temperature, the stop valve closes and shifts to the operating state.The stop valve closes during operation, and the desulfurizer, low-temperature carbon monoxide conversion catalyst layer, selective oxidation type The temperature of the carbon oxide removal catalyst layer How the operation of a polymer electrolyte fuel cell power generation system, characterized in that apart from being heated by power.
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