JP4568486B2 - ハイブリッド型燃料電池システム - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、発電容量が数kWから数百MW級の業務用や自家用発電設備、および電気事業用電源として、高温型燃料電池と低温型燃料電池とを併設して運用する場合において、両者をハイブリット化すると共に、低温型燃料電池の起動時間を短縮化することにより高い運用性と経済性を兼ね備えたハイブリッド型燃料電池発電システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池を分類するカテゴリーの一つとして電池の作動温度による区分があり、大きく分けて作動温度が600〜1000℃程度以上である高温型燃料電池と、作動温度が200℃程度以下の低温型燃料電池とがある。
【0003】
図8は、高温型燃料電池の代表である固体電解質型燃料電池(SOFC)のシステム構成概要を示すブロック図であり、図8(a)は加圧型SOFCを、図8(b)は常圧型SOFCをそれぞれ示している。図8(a)において、都市ガス等の燃料NGは、脱硫器81でイオウ分を除去して水蒸気を加えられ、続いて予熱器82で加温状態とされ、作動温度が700〜1000℃のSOFC電池スタック80へ導入される。電池スタック80内部で水素、一酸化炭素、二酸化炭素に改質されながら、水素と一酸化炭素の大部分は、その燃料極801で酸素イオンと反応して電気を発生する。一方、電池スタック80の空気極802では、空気中の酸素を取り込んでこれをイオン化し、この酸素イオンは電解質803を通って燃料極801へ移動する。なお、加圧型の場合、空気極802へは加圧空気を送る必要があるが、この例では後述するタービン841によりコンプレッサー843を動作させ、これを空気極802へ送気する構成とされている。図6(b)に示す常圧型SOFCも、基本構成は加圧型SOFCとほぼ同じである。ただ、空気極802へ加圧された空気を送らないので、電動機860とブロワー861とからなる送気装置86により常圧空気を空気極802へ送る点で相違している。
【0004】
一般に、燃料極801での水素の利用率は70〜80%程度であって、残りの水素は余剰燃料極排ガスとして排出される。また、空気極802での空気中の酸素利用率は50〜60%程度で、残りの空気は余剰空気極排空気として排出される。高温型燃料電池スタックでは、これらの燃料極排ガスや空気極排空気は再度システム内に循環させたり、燃料極排ガスや空気極排空気を燃焼させて電池スタックを高温に維持するために使用し、その後400〜600℃の高温ガスとして排出される。而して、これら余剰の燃料極排ガス及び空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスの活用が、燃料電池の運用性や経済性を高める上で重要となる。
【0005】
SOFCが低圧型の場合は、これら余剰の燃料極排ガスと空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスも低圧であり、各種ボイラーのバーナ燃料などとして使用し、蒸気や高温水を製造する程度の用途に止まる。しかし、ボイラーの熱源として使用する場合は、電気に対して価値の低い熱の発生しかできない。また、夏季等の熱需要が低い時期には熱利用自体の必要性がなくなり、経済性に乏しいという問題がある。
【0006】
一方、SOFCが加圧型の場合は、燃料極排ガスと空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスも高圧であり、例えばガスタービン発電機のバーナ燃料や高温・高圧の駆動ガスとして使用することができる。図8(a)はこのような発電装置84を、電池スタック80の後段側に配置した例を示している。電池スタック80から排出された燃料極排ガスと空気極排空気は、燃焼室バーナで燃焼されて燃焼排ガスとなり、熱交換器83を経由して発電装置84へ供給され、そのガスタービン841を駆動させるエネルギー源として用いられる。なお85は、ガスタービン841の排気エネルギーを回収するための排熱回収ボイラーである。前記ガスタービン841は発電機842を作動させて電気を発生させると共に、コンプレッサー843も作動させて加圧空気を生成し、電池スタック80の空気極802にこの加圧空気を供給する。このように加圧型SOFCにあっては、余剰の燃料極排ガスと空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスとから電気と空気極802での反応用加圧空気を得ることが可能となり、前記燃料極排ガスと空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスを効果的に利用することができる。
【0007】
他の高温型燃料電池の例として、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)が挙げられる。MCFCの場合、燃料電池からの燃料極排ガスと空気極排空気の温度が400〜500℃程度と、若干SOFCのそれ(700〜1000℃)より低くなる。システム構成については、電池動作温度が低いために燃料極排ガスと空気極排空気とを燃焼させて電池保温をする必要がないので、電池スタックから燃料極排ガスと空気極排空気とを別々に取り出して利用することが可能である。通常、燃料極排ガスは燃料極入り口側に再循環させて使用し、空気極排空気の一部は空気極に再循環させているが、残りはターボコンプレッサーの駆動エネルギーとして利用されている。
【0008】
次に、低温型燃料電池としては、りん酸形燃料電池(PAFC)や固体高分子形燃料電池(PEFC)が挙げられる。図9はPAFCのシステム構成を示すブロック図である。都市ガス等の燃料NGは、脱硫器91でイオウ分を除去して水蒸気を加えられ、700〜800℃とされた改質器92内部で改質されながら水素、一酸化炭素、二酸化炭素に分離される。熱交換器93を経て、一酸化炭素は一酸化炭素変成器94で水素と二酸化炭素とに変換され、一酸化炭素濃度は一定値(数%)以下とされる。その後、該改質ガスはPAFC電池スタック90へ導入され、導入された水素の大部分は燃料極901で水素イオンになり、この水素イオンは電解質903を通って空気極902に移動する。空気極902には加圧空気が導入され、空気中の酸素を取り込んでこれをイオン化し、該酸素イオンと空気極902に移動してきた前記の水素イオンとが反応して電気を発生するものである。
【0009】
一般に、前記燃料極901での水素の利用率は70〜80%で残りは燃料極排ガス901Gとして排出される。また、空気極902での空気中の酸素利用率は50〜60%で、残りは空気極排空気902Gとして排出される。これら燃料極排ガス901Gと空気極排空気902Gとは、改質器92のバーナ921に導入され、改質器92の加熱用燃料として使用することで、有効活用が図られている。
【0010】
一方PEFCは、電池の作動温度がPAFCは180〜200℃であるのに対して,PEFCは80〜100℃程度と、低温型燃料電池の中でも比較的低温であり、またPEFCの場合は燃料電池セルに入る改質ガス組成中の一酸化炭素濃度を10ppm以下にする必要があるといった相違はあるが、基本的にはPAFCと同じシステム構成である。
【0011】
なお、PAFCやPEFCも加圧型と常圧型があるが、加圧型はシステムが複雑となり制御が困難である等の課題があり、製造コストや技術の難易度が高い。
従って、十数kW程度の業務用や数百kW程度の工場の自家発電用設備として加圧型を採用してもメリットが少なく、一般的に普及しているのは常圧型である。
近年、業務用PEFCとして3〜5kW,30kW,200kW級のものが開発され、逐次市場に投入されようとしている。また、工場用PAFCとしては50kW,100kW,200kW,500kW,さらには1000kW級のものが開発されているのが現状である。
【0012】
【特許文献1】
特開2002-75426号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
需要家の電気や熱負荷需要量は、需要家の業種や規模、昼夜、或いは季節により様々なものになる。その一例として、図10に事務所ビルの一日の電力・熱負荷需要量の変化を季節別に示す。このように、夏季、冬季、中間期等の季節や一日の間でも時間帯によっても負荷は変化しており、数kW〜数百kWの燃料電池を経済的に運用するには、このような負荷変動にうまく追従させて運転し、余剰となる電気や熱の発生を極力少なくさせる必要がある。
【0014】
このような要請があるのに拘わらず、高温型燃料電池はその構造上、負荷変化や起動停止が極めて制限されてしまうという特質がある。すなわち、固体電解質電池(SOFC)の場合、電池の作動温度は700〜1000℃もの高温になることから、その電池スタックはセラミック材等の耐熱材料で構成する必要があるが、もし起動停止を繰り返すと、常温〜1000℃にも及ぶ広範囲の温度変化が生じることとなり、これを繰り返すとセラミック材に割れが発生する恐れがあることから、間欠的に運転と停止を繰り返すといった運用は基本的には行えない。
また、負荷変化についても、負荷を下げると電池温度が下がるために75〜100%程度の負荷変化しか許容できないとされている。
【0015】
これは溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)の場合も事情はほぼ同じで、起動停止や負荷変化に対する許容は極めて少ない。実際、定期点検等で高温型燃料電池の運転を停止した場合、再起動に数十時間から数日を要しており、総じて高温型燃料電池は、発電効率は高効率であるが臨機応変に起動停止や負荷変動に対応できないと評価される。
【0016】
このため、高温型燃料電池を設置する場合は、需要家の最低負荷相当容量の燃料電池を設置するものとし、年間を通してほぼ一定負荷で運転できるような燃料電池システムの設計を目指すこととなる。しかしながら、現実には、休日や深夜においては電気や熱負荷需要は極めて少なくなるので、前記のように最低負荷に合わせるとなると、設置できる燃料電池容量は極めて小容量機にならざるを得ない。例えば、図10に示した事務所ビルの電力負荷パターンを見ると、昼間の電力負荷は30kW超程度あるにもかかわらず、夜間若しくは休日では5kW程度しかなく、従って5kW程度の高温型燃料電池しか設置できないという不都合がある。
【0017】
これに対して、りん酸型燃料電池(PAFC)や固体高分子型燃料電池(PEFC)のような低温型燃料電池においては、起動停止や負荷変化に対して強い耐力を持っていると言える。PAFCの場合、電池作動温度が200℃程度と低温であるため、起動停止を行ってもさほど大きな熱変化が電池スタックに付加されず、また負荷変化の許容幅は30〜100%と広範であり、例えば週一回程度の起動停止を行う「WSS運用」にも十分対応可能である。また、PEFCの場合は、動作温度が80〜100℃程度とさらに低く、負荷変化の許容幅も30〜100%であり、毎日一回程度の起動停止を行う「DSS運用」にも対応可能である。ただ、低温型燃料電池は一般に発電効率が高温型よりもかなり低いという根本的な問題があり、低温型燃料電池単体では燃料電池システムの経済的な運用は図り難いという問題があった。
【0018】
ところで、高温型燃料電池は高温系統であるので電池スタック内部で燃料の改質が行えるが、低温型燃料電池においては低温系統であるため別途改質器を設置し、改質器において燃料を改質した後に電池スタックへ導入する必要がある。低温型燃料電池は上述の通り起動停止が可能なのであるが、前記改質器の起動には相応の時間を要するという問題がある。例えば200kW級のPAFC場合、その起動時間は約4時間(改質器の起動に3.5時間、電池の起動に1時間程度、重複0.5時間)を必要としているのが現状であり、この改質器の起動に要する時間もまた、燃料電池システムの経済的な運用の妨げになるという問題があった。
【0019】
本発明者はこのような事情に鑑み、高効率の高温型燃料電池と、発電効率は低いが運用性の高い低温型燃料電池を併設して、発電システム全体として経済的運用することを着想し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、常時運転をしている高温型燃料電池の高温排気ガスのエネルギーを有効利用し、低温型燃料電池の起動時間を短縮させたハイブリッド型燃料電池システムを提供することを目的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の請求項1にかかるハイブリッド型燃料電池システムは、高温型燃料電池と、改質器を備える低温型燃料電池とを併設してなるハイブリッド型燃料電池システムにおいて、前記高温型燃料電池の排ガスを、前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記改質器又は改質器の熱生成手段に導入することにより、前記改質器を加温状態に保つことを特徴とするものである。
【0021】
このような構成によれば、深夜や週末などの低温型燃料電池の停止時において、常時運転をせざるを得ない高温型燃料電池の排ガスをエネルギー源として直接的又は間接的に生成される熱により、改質器が一種の暖気運転状態とされるので、低温型燃料電池を再起動させる場合に改質器の昇温のために要する時間を短縮でき、ひいては低温型燃料電池の起動時間を短縮することができる。例えば前述の200kW級のPAFC場合、このような加温を改質器に施すことで、改質器の起動時間を、現状の4時間から1時間程度に短縮することが可能となる。
【0022】
ここで、「直接的にエネルギー源として用いる」態様は、高温型燃料電池の燃料極排ガス及び空気極排空気のいずれか一方又は双方、或いはそれらの燃焼排ガス自身が保有している熱によって、改質器を加温する態様であって、例えば前記燃料極排ガス又は空気極排空気を改質器の燃焼炉内に導入して内部から加温したり、或いは改質器の周囲に加温用配管を設置し、そこに前記燃料極排ガス又は空気極排空気を流通させる具体的態様が挙げられる。また「間接的にエネルギー源として用いる」態様は、高温型燃料電池の燃料極排ガスと空気極排空気とを燃料としてバーナなどの熱生成源を動作させ、これにより得られる燃焼排ガスなどの二次的な熱媒により、改質器を前記と同様にして加温する態様が挙げられる。
【0023】
また請求項2にかかるハイブリッド型燃料電池システムは、請求項1において、前記高温型燃料電池の燃料極排ガス及び空気極排空気を、それぞれ前記低温型燃料電池の改質器バーナにバーナ燃料として導入自在とし、これにより前記改質器バーナを、改質器を加温状態に保つホットバンキングモードで動作可能としておき、前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記改質器バーナを前記ホットバンキングモードで動作させることを特徴とするものである。
【0024】
本構成は、前記高温型燃料電池の燃料極排ガス及び空気極排空気を「間接的にエネルギー源として用いる」好適な態様であって、改質器を加温する熱源として当該改質器自身が保有している改質器バーナを、この改質器バーナの燃料として前記燃料極排ガス及び空気極排空気を用い、低温型燃料電池の停止時に前記改質器バーナをホットバンキングモードで動作させるという構成を採るので、新たに加温設備を設置する必要がないという利点がある。具体的には、改質器バーナを作動させて得た燃焼ガスの一部又は全部を、改質器の燃焼炉内に導入することで、改質器を加温状態にする態様が挙げられる。
【0025】
請求項3記載のハイブリッド型燃料電池システムは、請求項1において、前記高温型燃料電池の燃料極排ガスと空気極排空気とを燃焼させた燃焼排ガス、或いは空気極排空気を、前記低温型燃料電池の改質器の燃焼炉内へ導入可能としておき、前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記燃料極排ガスと空気極排空気との燃焼排ガス、或いは空気極排空気を前記改質器の燃焼炉内へ導入することで、前記改質器を加温状態に保つことを特徴とするものである。
【0026】
本構成は、前記高温型燃料電池の空気極排空気を直接的にエネルギー源として用いるか、或いは間接的に燃料極排ガスと空気極排空気との燃焼排ガスをエネルギー源として用いる態様である。例えば本発明で用いる高温型燃料電池として固体電解質型(SOFC)電池を用いた場合、その空気極排空気は500℃〜600℃程度に達するので、これを例えば改質器の燃焼炉内に導入すれば、起動時間を短縮できる程度に改質器を加温状態とすることができる。
【0027】
請求項4記載のハイブリッド型燃料電池システムは、請求項1乃至請求項3のいずれかのシステムにおいて、前記改質器を、その再起動の直前において加温状態とすることを特徴とするものである。
【0028】
改質器は、前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの全時間において必ずしも加温しておく必要はない。すなわち、その再起動の直前において加温状態を担保しておけば、起動時間の短縮効果は得られる。従って、本発明による改質器の加温を再起動の直前時間帯(例えば再起動前数時間)において少なくとも行うようにし、それ以外の時間帯においては、前記高温型燃料電池の燃料極排ガス及び空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスが具備するエネルギーを他の用途に用いることで、より効果的なエネルギー利用を図ることが可能となる。
【0029】
請求項5のハイブリッド型燃料電池システムは、請求項1乃至請求項3のいずれかのシステムにおいて、前記改質器が、一定温度での加温状態に保たれることを特徴とする。
【0030】
改質器は、一定水準以上の加温状態としておけば、また低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において加温状態としておけば、起動時間の短縮効果を得ることができる。しかし、改質器にヒートサイクルが加わると改質管の寿命が短くなるという弊害が生じ易くなるところ、低温型燃料電池の停止時から再起動までの間、一定の温度で改質器を加温するようにし、改質管に大きな熱変化が与えられないようにすることが望ましい。
【0031】
請求項6のハイブリッド型燃料電池システムは、請求項1乃至請求項3のいずれかのシステムにおいて、前記改質器は脱硫器及び一酸化炭素変成器を少なくとも付帯設備として備えており、前記付帯設備は熱媒循環系統が設けられており、前記改質器が加温状態とされるとき、前記付帯設備もその触媒温度が動作温度の近傍に維持されるよう加温状態とされることを特徴とする。
【0032】
このように改質器の付帯設備も併せて加温状態としておけば、脱硫器及び一酸化炭素変成器の触媒温度を動作温度の近傍に維持することができるので、結果として改質器並びにその付帯設備からなる改質装置全体の昇温時間を短縮することができるものである。
【0033】
請求項7のハイブリッド型燃料電池システムは、請求項1乃至請求項3のいずれかのシステムにおいて、前記低温型燃料電池が電池冷却水系を備えており、前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記高温型燃料電池の排ガス又は前記熱生成手段が生成する熱により、前記電池冷却水系を保温することを特徴とする。
【0034】
電池冷却水や電池スタックの温度もまた、低温型燃料電池の起動時間の長短に影響を与える。そこで前記高温型燃料電池の燃料極排ガス及び空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスにて加温される排熱ボイラーなどが発生した蒸気を利用し、電池冷却水系を保温するように構成すれば、起動時間をより短縮できるものである。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
[第一実施例]
図1は本発明のハイブリッド型燃料電池システムにかかる基本的なシステムの一例として、加圧高温型燃料電池(HTFC)1と常圧低温型燃料電池(LTFC)2とを併設した場合についての構成を示すブロック図である。なお、燃料電池の組み合わせはこれに限定されるものではなく、この他に加圧高温型燃料電池/加圧低温型燃料電池、常圧高温型燃料電池/加圧低温型燃料電池、常圧高温型燃料電池/常圧低温型燃料電池が考えられる。また燃料電池形式においては、高温型燃料電池としては固体電解質形燃料電池(SOFC)や溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)などを、一方、低温型燃料電池としてはりん酸形燃料電池(PAFC)や固体高分子形燃料電池(PEFC)などを選択することができる。
【0036】
図1において、加圧高温型燃料電池1は、基本構成として脱硫器11、熱交換器13、及び電池本体部としての電池スタック10を備えている。該電池スタック10は、燃料極101及び空気極102を備え、これらから排出される燃料極排ガス101G及び空気極排空気102Gを活用して作動される発電装置14、並びに排熱回収ボイラー3が付設されている。
【0037】
このように構成された加圧高温型燃料電池1において、まず天然ガスなど(プロパンガス、ナフサ、灯油等でもよい)の燃料源NGから供給された燃料NG1は、燃料昇圧コンプレッサー1Cにより加圧状態とされ、脱硫器11へ送られる。脱硫器11では、燃料中に含まれる付臭材としてのイオウ分が除去され、熱交換器13を経て電池スタック10の燃料極101へ送られる。ここで加圧高温型燃料電池1として、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)を採用した場合で説明すると、電池スタック10の作動温度は約650℃とされ、水蒸気と共に電池スタック10へ送られた燃料NG1は、電池スタック10内部で水素、一酸化炭素、二酸化炭素に改質されながら、水素と一酸化炭素の大部分は、その燃料極101で炭酸イオンと反応して水と二酸化炭素を生成すると共に電気を発生する。一方、電池スタック10の空気極102では、空気中の酸素と二酸化炭素を取り込んでこれを炭酸イオンとし、この炭酸イオンは電解質103を通って燃料極101へ移動し、前記反応源としての炭酸イオンを供給する。
【0038】
前述の通り、MCFCにおいては、一般に燃料極101での水素の利用率は70〜80%程度であって、残りの水素は燃料極排ガス101Gとして排出される。また、空気極102での空気中の酸素利用率は50〜60%程度で、残りの空気は空気極排空気102Gとして排出される。MCFCの場合、燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gは電池スタック10から別々に排出される。この排出された燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gは、再循環ブロワーによりそれぞれ燃料系統や空気系統に返され有効利用される。また、燃料極排ガス101Gの一部は空気系統に送られ、二酸化炭素を空気極102に供給して再利用されている。また、余剰となる燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gについては、ガスタービンの駆動源として使用することもできる。
【0039】
本実施例では、このような燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gとを、配管路101M及び102Mによりそれぞれバーナ15に導いて燃焼させ、その燃焼ガスで発電装置14のガスタービン141を回転させ、発電機140にて発電させるべく構成し、電池スタック10からの排ガスを活用している。また前記タービン141の回転軸にはコンプレッサー142が連結されており、コンプレッサー142は外気を取り入れて加圧空気を発生し、該加圧空気を前記空気極102へ送られる。このように電池スタック10からの排ガスは、自身の空気極102の動作源としても活用されている。
【0040】
これに加えて、前記バーナ15の燃焼排ガス15Gをも活用すべく、該燃焼排ガス15Gを排熱回収ボイラー3に導き、熱回収を図っている。排熱回収ボイラー3の内部では、蒸気発生器31、高温水発生器32、及び低温水発生器33にて、それぞれ蒸気、高温水、低温水が生成され、冷凍機や暖房、給湯などの用途に供される。一方、熱回収された前記燃焼排ガス15Gは、排熱回収ボイラー3を出た後に水回収器34へ導出され、水回収器34にて燃焼排ガス15G中に含まれている水分を回収して排気筒35から排出される。
【0041】
次に、常圧低温型燃料電池(LTFC)2は、基本構成として脱硫器21、改質器22、熱交換器23,26、一酸化炭素変成器24、気水分離器25、及び電池本体部としての電池スタック20を備えている。
【0042】
このように構成された常圧低温型燃料電池2において、燃料源NGから供給された燃料NG2は、脱硫器21へ送られてイオウ分が除去され、水蒸気と共に改質器22へ送られる。ここで常圧低温型燃料電池2として固体高分子形燃料電池(PEFC)を採用した場合で説明すると、改質器22へ導入された脱硫後燃料と水蒸気は、700〜800℃とされた改質器22内部で加熱・反応され、水素、一酸化炭素、二酸化炭素に分離されて改質ガスが生成される。続いて、熱交換器23を経て、一酸化炭素は一酸化炭素変成器24で水素と二酸化炭素とに変換され、一酸化炭素濃度は一定値(数%)以下とされる。その後、この水素リッチな改質ガスは、気水分離器25及び熱交換器26を経てPEFC電池スタック20の燃料極201へ導入される。電池スタック20の作動温度は80〜100℃とされ、導入された水素の大部分は燃料極201で水素イオンになり、この水素イオンは電解質203を通って空気極202に移動する。空気極202には電動機270とブロワー271とからなる送気装置27から常圧の空気が導入され、該空気中の酸素を取り込んでこれをイオン化し、この酸素イオンと空気極202に移動してきた前記の水素イオンとが反応して電気を発生するものである。
【0043】
前記燃料極201での水素の利用率は70〜80%で残りは燃料極排ガス201Gとして排出される。また、空気極202での空気中の酸素利用率は50〜60%で、残りは空気極排空気202Gとして排出される。そこで、これら燃料極排ガス201Gと空気極排空気202Gとは、配管路201S、202Sを通して改質器22のバーナ221に導入され、改質器22の加熱用燃料として使用することで、有効活用が図られている。
【0044】
以上の通り構成された加圧高温型燃料電池1と常圧低温型燃料電池2とを併置し、高効率である(加圧)高温型燃料電池1、起動停止性や負荷変化性に優れる(常圧)低温型燃料電池2の特性をそれぞれ生かし、夜間や休日は加圧高温型燃料電池1のみを運転して常圧低温型燃料電池2は停止し、それ以外は負荷に応じて常圧低温型燃料電池2も併用運転するという如き、ハイブリッド型燃料電池システムが構築可能となる。このようなハイブリッド型燃料電池システムにあって、本発明においては、(加圧)高温型燃料電池1の前記燃料極排ガス101Gと空気極排空気102G、或いはこれらの燃焼ガスが具備するエネルギーをさらに活用し、(常圧)低温型燃料電池2の停止時において改質器22をホットバンキング状態に保ち、再起動に要する時間を大幅に短縮させるようにした点に特徴を有する。
【0045】
燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gが備えるエネルギーの活用態様は、改質器22をホットバンキング状態に保ちうるならば特に制限はないが、好ましい態様は図1に示す通り、燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gとを燃料として改質器バーナ221へ導入し、これを燃焼させて改質器22をホットバンキング状態に保持する態様である。具体的には、燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gとをバーナ15へ供給する配管路101M及び102Mの中間部位に、制御弁101B,102Bをそれぞれ設けてバイパス配管路101S,102Sを引き出し、改質器バーナ221の燃料供給口に接続する。
【0046】
このように構成されたハイブリッド型燃料電池システムの動作を説明する。昼間などの高負荷時は、加圧高温型燃料電池1と常圧低温型燃料電池2とが併用運転される。このとき前記制御弁101B,102Bはバイパス配管路101S,102Sへの流路を「閉」とし、発電装置14を作動させるバーナ15にのみ燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gを送るようにする。一方改質器バーナ221は、専らPEFC電池スタック20から排出される燃料極排ガス201G及び空気極排空気202Gで燃焼ガスを生成する。
【0047】
一方、深夜や休日などの低負荷時は、加圧高温型燃料電池1は運転を続けるが常圧低温型燃料電池2は停止される。このとき前記制御弁101B,102Bはバイパス配管路101S,102Sへの流路をも「開」とし、燃料極排ガス101G及び空気極排空気102Gを、バーナ15だけでなく、その一部を改質器バーナ221へも送るようにする。改質器バーナ221へは、常圧低温型燃料電池2が停止していることから配管路201S、202Sからの燃料極排ガス201G及び空気極排空気202Gの供給は停止されるが、前記燃料極排ガス101G及び空気極排空気102Gの供給により改質器バーナ221は動作可能となり、図示しない制御装置により改質器22を加温状態(ホットバンキング状態)に保つホットバンキングモードで燃焼ガスを生成するよう制御される。
【0048】
続いて、加圧高温型燃料電池1の単独運転状態から、加圧高温型燃料電池1と常圧低温型燃料電池2との併用運転状態に移行すると、前記制御弁101B,102Bはバイパス配管路101S,102Sへの流路を「閉」とする。
【0049】
ここで、常圧低温型燃料電池2の起動の際、その停止期間中において改質器22はホットバンキング状態とされているので、常温から昇温させる場合に比べて、改質器22を作動温度に至らせるまでに要する時間を大幅に短縮することができるものである。
【0050】
なお改質器22は、前記常圧低温型燃料電池2の停止時から再起動までの全時間において必ずしも加温しておく必要はない。すなわち、改質器22の再起動の直前において加温状態を担保しておけば、起動時間の短縮効果は得られる。従って、負荷パターンがある程度定まっている場合には、改質器22の加温を再起動の直前時間帯(例えば再起動前数時間)において行うよう制御することが望ましい。かかる制御を行えば、改質器22の加温を行わないの時間帯においては、例えば前記加圧高温型燃料電池1の燃料極排ガス101G及び空気極排空気102Gをバーナ15にのみ供給し、発電装置14を高出力で運転することができる。
【0051】
また改質器22は、一定水準以上の加温状態としておけば、起動時間の短縮効果を得ることができる。しかし、改質器22にヒートサイクルが加わると改質管の寿命が短くなるという弊害が生じ易くなるという不都合もある。この観点を重視する場合は、常圧低温型燃料電池2の停止時から再起動までの間の全時間において、運転再開スタンバイ状態となる「一定」の温度(例えば600〜700℃の間の一定温度)で常に改質器22を加温するようにし、改質管に大きな熱変化が与えられないようにすることが望ましい。
【0052】
さらに図1に示す実施例では、改質器22だけでなく、その付帯設備もまた加温可能とし、速やかな再起動に備えている。すなわち、脱硫器21、改質器22、熱交換器23、一酸化炭素変成器24、及び気水分離器25等の、改質器22の隣接設備に対して起動用のウォーミングを行うための配管路4Mを、これら設備を循環するように敷設している。この配管路4Mには窒素ガスなどの熱媒41が流通自在とされ、ブロワー42により配管路内を循環されるよう構成されている。
【0053】
このような構成を付加しておけば、改質器22がホットバンキング状態とされているとき、この熱を配管路4Mによって循環させて付帯設備へ伝熱することで、脱硫器21や一酸化炭素変成器24などもまた、ホットバンキング状態とすることが可能となる。これにより、これら機器の触媒温度を動作温度の近傍に維持することが可能となり、結果として改質器22並びにその付帯設備からなる改質装置全体の昇温時間を短縮することができる。
【0054】
なお上記実施例のシステムにおいて、改質器22並びにその付帯設備のホットバンキングのために要する燃料極排ガス101Gと空気極排空気102Gの量については、改質器22、脱硫器21などの各反応容器の大きさ、配管の容量や表面積からの放熱特性により変動するので、適宜状況に応じて設定すれば良い。例えば、500kW級の常圧低温型りん酸形燃料電池(PAFC)の場合、起動時の改質器バーナに必要なのLNG燃料流量(20〜40Nm3/h)は、定格負荷時燃料極排ガスのLNG燃料流量換算量である30Nm3/h (153Nm3/h×0.2)と同程度であり、改質器バーナ221をホットバンキングモードで動作させるのに必要とする熱量はさらに少なくなる。
【0055】
ところで、一般に低温型燃料電池を再起動スタンバイ状態で保持できるための条件を挙げると以下の通りである。
改質器温度 600〜700℃
脱硫器温度 250〜300℃
一酸化炭素変成器温度 150〜200℃
この温度は各反応容器に充填されている触媒の動作温度により決まり、動作温度近傍に温度保持しておくことにより、起動特性を大幅に改善することが可能となる。
【0056】
上述の実施例では、加圧高温型燃料電池1の燃料極排ガス101G及び空気極排空気102Gを、改質器バーナ221で燃焼させる場合について説明したが、例えば燃料極排ガス101Gを燃料電池システム内で再循環して使用して空気極排空気102Gしか余剰とならない場合、空気極排空気102G自身の温度が改質器22をホットバンキング状態にまで加温するのに十分であれば、これを直接的なエネルギー源として用いることができる。例えば本発明で用いる高温型燃料電池1として溶融炭酸塩型(MCFC)燃料電池を用いた場合、その空気極排空気は500℃〜600℃程度にも達し、このようなガス温度であれば上記の再起動スタンバイ状態温度に改質器22を加温することが可能である。従って、この場合は空気極排空気102Gを改質器22の燃焼炉内に直接導入すれば、改質器22を速やかな再起動が可能な程度に加温状態とすることができ、このような態様で改質器22をホットバンキング状態に保持するものであっても良い。
【0057】
[第二実施例]
本発明の他の実施例として、図2に常圧高温型燃料電池(HTFC)5と加圧低温型燃料電池(LTFC)6とのハイブリッド型燃料電池システムを示す。このシステムの概要は、常圧高温型燃料電池5の燃料極501と空気極502とでそれぞれ発生する燃料極排ガスと空気極排空気を、燃料電池内部に設けた燃焼室505において燃焼させて電池スタック50を高温に保持させた後に、その燃焼排ガス505Gが排出される。そして、この燃焼排ガス505Gを加圧低温型燃料電池6の改質器62の炉内加熱用燃料として使用することにより改質ガスを製造し、該改質ガスは加圧型として、加圧低温型燃料電池6の燃料極601に供給して発電し、さらに加圧低温型燃料電池6の燃料極排ガス601Gはターボコンプレッサー発電機68を動作させるバーナ67の燃料として、空気極排空気602Gは燃焼用酸化剤として利用するものである。すなわちこのハイブリッドシステムは、常圧高温型燃料電池5の高温燃焼排ガスを加圧低温型燃料電池6の改質器62の燃料として有効利用するシステムであり、発電効率をより高くすることを目指している。以下、本実施例のシステムについて詳述する。
【0058】
図2において、常圧高温型燃料電池5は電池本体部としての電池スタック50、脱硫器51、及び電池スタック50の空気極502へ空気を送るための電動機530及びブロワー531からなる送気装置53を備えている。燃料源NGから供給された燃料NG3は、脱硫器51でイオウ分が除去された後、常圧で電池スタック50の燃料極501へ供給される。
【0059】
燃料極501へ送られた燃料NG3は、高温の電池スタック50内部で水素、一酸化炭素、二酸化炭素に改質されながら、水素と一酸化炭素の大部分は、その燃料極501で酸素イオンと反応して電気を発生する。一方、電池スタック50の空気極502では、送気装置53から送られた空気中の酸素を取り込んでこれをイオン化し、この酸素イオンは燃料極501へ移動し、前記反応源としての酸素イオンを供給する。
【0060】
そして、前記燃料極501と空気極502とから排出された燃料極排ガスと空気極排空気は、電池スタック50内部の燃焼室505で燃焼反応をして高温ガスとなる。この高温ガスの熱は、電池スタック50を高温型燃料電池の動作温度である高温(固体酸化物型では700〜1000℃)に維持するために使用され、その後電池スタック50から燃焼排ガス505Gとして排出される。この燃焼排ガス505Gは、配管路505Mを経由して、加圧低温型燃料電池6用の改質ガスを生成する改質器62のバーナ部621に供給されるよう構成されている。さらに、該バーナ部621の燃焼排ガス62−G1は、配管路62−M1により熱交換器622を経由して排熱回収ボイラー3へ送られ、熱回収がなされるものである。
【0061】
加圧低温型燃料電池6は、基本構成として脱硫器61、改質器62、熱交換器63,66、一酸化炭素変成器64、気水分離器65、及び電池本体部としての電池スタック60を備えている。かかる構成において、燃料源NGから供給された燃料NG4は、燃料昇圧コンプレッサー6Cで加圧され、脱硫器21へ送られてイオウ分が除去され、水蒸気と共に改質器62へ送られる。改質器62へ導入された脱硫後燃料と水蒸気は、改質温度まで昇温された改質器62内部で加熱・反応され、水素、一酸化炭素、二酸化炭素に分離されて改質ガスが生成される。
続いて、熱交換器63を経て、一酸化炭素は一酸化炭素変成器64で水素と二酸化炭素とに変換され、該改質ガスは、気水分離器65及び熱交換器66を経て電池スタック60の燃料極601へ導入される。
【0062】
導入された水素の大部分は燃料極601で水素イオンになり、この水素イオンは空気極602に移動する。空気極602には後述するコンプレッサー682から加圧空気が導入され、該空気中の酸素を取り込んでこれをイオン化し、この酸素イオンと空気極602に移動してきた前記の水素イオンとが反応して電気を発生するものである。
【0063】
本実施例にあっては、加圧低温型燃料電池6の後段にターボコンプレッサー発電機68を配置し、該発電機を電池スタック60から排出される燃料極排ガス601Gと空気極排空気602Gとを利用して駆動させ、電気を発生させる構成としている。ターボコンプレッサー発電機68は、発電機680とタービン681を備え、該タービン681はバーナ部67の燃焼ガスにて回転される。このバーナ部67の燃料として、前記燃料極排ガス601G及び空気極排空気602Gを供給すべく配管路が設置されている。
【0064】
前記ターボコンプレッサー発電機68は、タービン681と同軸上に配置されたコンプレッサー682を備え、該コンプレッサー682はタービン681の回転に伴い駆動されて加圧空気Aを製造する。かかる加圧空気Aは、電池スタック60の空気極602へ送られる。
【0065】
前記バーナ部67の燃焼排ガスは、配管路68Mにより排熱回収ボイラー3に導かれ熱回収される。なお、この配管路68Mに、改質器バーナ部621の燃焼排ガス62−G2を送る配管路62−M2を連結し、バーナ部67の燃焼排ガスと改質器バーナ部621の燃焼排ガスとを合流させて排熱回収ボイラー3に供給するようにしても良い。
【0066】
このようなハイブリッド型燃料電池システムにおいて、深夜や週末に加圧低温型燃料電池6を停止している間は、改質器62による改質ガスの生成は不要となることから、常圧高温型燃料電池5の燃焼排ガス505Gは余剰となる。そこで、電池スタック50と改質器バーナ部621とを繋ぐ配管路505Mの途中に切り替え弁505Bを介在し、排熱回収ボイラー3のバーナ部に至るバイパス配管路505Sを設け、前記の燃焼排ガス505Gを排熱ボイラー3の加熱用熱源として活用できるよう構成している。
【0067】
ここで本発明においては、余剰の燃焼排ガス505Gの全てを排熱回収ボイラー3のバーナ部へ供給するのではなく、その一部を加圧低温型燃料電池6の改質器バーナ部621に導入して燃焼させるようにする。従って前記切り替え弁505Bは、加圧低温型燃料電池6の運転時にあってはバイパス配管路505Sへの流路を「閉」として改質器バーナ部621にのみ燃焼排ガス505Gを供給し、加圧低温型燃料電池6の停止時にあっては、バイパス配管路505Sへの流路を「開」として、改質器バーナ部621と排熱回収ボイラー3のバーナ部とへ前記の燃焼排ガス505Gを分岐供給するよう制御される。
【0068】
これにより、改質器62の炉内を500〜600℃程度のホットバンキング状態に保持しすることが可能となり、加圧低温型燃料電池6の再起動に要する時間を短縮させることができる。また、前記実施例と同様に、改質器62の付帯設備(反応容器)に対しても起動用のウォーミングを行うための配管路4Mを設け、窒素などの熱媒41をブロワー42にて循環させれば、脱硫器61や一酸化炭素変成器64などを120〜150℃程度の起動スタンバイ状態に保つことができ、起動時間の短縮に貢献しうる。
【0069】
なお上記実施例において、加圧低温型燃料電池6として、固体高分子形燃料電池(PEFC)を選定してハイブリッドシステムとする場合は、電池スタックに入る燃料ガスを温度は80℃程度、燃料ガス中の一酸化炭素濃度は10ppm以下にする必要があり、一酸化炭素選択酸化器を設置する必要がある。
【0070】
図3に、一般的な改質器の昇温時間特性を、図4に一酸化炭素変成器および気水分離器(水蒸気分離器)の昇温時間特性をそれぞれ示している。このような昇温時間特性を備える場合において、上記実施例のように改質器62の炉内を500〜600℃程度に、脱硫器61や一酸化炭素変成器64などを120〜150℃程度にホットバンキング状態としておけば、実際に加圧低温型燃料電池6を再起動させて発電を開始するにあたり、必要な動作温度を3時間程度短縮し、約1時間程度で運転を開始することができるものである。
【0071】
ところで、低温形燃料電池は停止中にセル温度は低下するために、電池スタックを起動する場合、燃料電池セルを動作温度まで昇温する必要がある。昇温速度はセル保護の観点から50℃/h程度の昇温率を維持しなければならない。例えばりん酸形燃料電池の場合、図5に示すようにセルの動作温度は約200℃なのであるが、停止時の保持温度が60℃である場合、60℃から200℃まで昇温するのに約3時間を必要とすることになる。また、固体高分子形燃料電池のセル動作温度は80〜100℃と低いが、それでも常温から昇温すると0.5〜1時間程度を必要としてしまう。
【0072】
このように電池スタックの起動にもまた相当の時間を要する事情があるが、セル寿命に影響を与えない範囲でセル温度を高い状態で保持できれば、起動時間を短縮させるためには効果的であると言える。なお、低温形燃料電池の停止中には、セルの内部の燃料ガスや空気は窒素により置換しているためにセルを高い温度で保持しても、セル寿命には悪い影響は与えない。そこで本発明では、低温形燃料電池の停止時にセル温度も高温に保ち、さらなる速やかな再起動に備えるハイブリッド型燃料電池システムを提供する。以下に具体例を詳述する。
【0073】
[第三実施例]
図6は、先に図1で示した、加圧高温型燃料電池(HTFC)1と常圧低温型燃料電池(LTFC)2とを併設したハイブリッド型燃料電池システムと同様のシステムを示しているが、本実施例では常圧低温型燃料電池2の電池スタック200の冷却を担う水蒸気分離器7に、加圧高温型燃料電池1の排熱で作動する排熱回収ボイラー3の蒸気発生器31が生成した蒸気を導入することで、当該電池スタック200の冷却水系配管路7Mを活用してセルを保温する構成を追加した場合を示している。なお、加圧高温型燃料電池1の電池スタック10内部に燃料極排ガスと空気極排空気を燃焼させる燃焼室105を設け、その燃焼排ガス105Gを配管路105Mとバイパス配管路105にて、それぞれ排熱回収ボイラー3のバーナ部15、改質器22のバーナ部221へ導くよう構成している点で、図1の構成とは相違している。
【0074】
図7は、前記水蒸気分離器7部分の詳細図である。水蒸気分離器7は、容器70の内部に冷却水Wを有し、冷却水系配管路7Mが電池スタック200内部に積層されているセル数枚あたり1枚の割合で積層されている冷却板(冷却水配管が組み込まれている)を通って、再び容器70内に戻るよう配管されている。電池冷却水循環ポンプ7Pにより、冷却水Wは配管路7Mを流通自在とされている。
前記常圧低温型燃料電池2が運転されている間は、この配管路7Mは本来的な冷却水系として機能し、電池スタック200内で発生する熱を吸収して容器70内に戻り、熱を蒸気として逃がす作用をなす。
【0075】
一方、常圧低温型燃料電池2が停止されている間は、前記配管路7Mは保温水系として機能する。すなわち、容器70内には熱交換器31Hが冷却水Wと接するように配置され、その配管路3Mには、排熱回収ボイラー3の蒸気発生器31が発生する蒸気が流通可能とされている。これにより、前記蒸気にて冷却水Wが加温され、該加温水を循環ポンプ7Pで電池スタック200内へ送り、電池スタック200内を一定温度に保温しておくものである。
【0076】
なお、過剰な加温が行われないよう、配管路3Mに制御弁30Bを設けておき、容器70内に冷却水Wの温度を測定する温度計30Tを配置し、該温度計30Tの検温結果に基づいて制御弁30Bを調整可能として、水温が一定温度に保たれるよう蒸気発生器31からの蒸気供給量を制御することが望ましい。
【0077】
このような構成を採用し、例えばりん酸形燃料電池において電池スタックの温度を150℃程度に保温しておけば、図7の起動曲線における60℃〜150℃の部分が短縮できることになり、起動時間を大幅に短縮できる。
【0078】
なお、低温型燃料電池2として、固体高分子形燃料電池(PEFC)を選定した場合、PEFCは電池動作温度が80℃と低いことから、電池スタック200を保温する熱源として、排熱回収ボイラー3の高温水発生器32が発生する90℃の高温水を利用するようにしてもよい。
【0079】
以上説明したハイブリッド燃料電池システムを具体的に運用する方法としては、季節あるいは月別の熱・電負荷の時刻別のデータから、何時に低温型燃料電池を起動するかとの予測をしておき、起動時間を加味して負荷増加前に運転準備に入る必要がある。すなわち、該低温型燃料電池の改質器、付帯設備、および電池スタックを、かかる起動計画に合致させてホットバンキング状態に到達させておく。このように起動パターンをあらかじめ決めておき、起動後は低温型燃料電池の負荷を制御することにより、需要負荷に追従させる運用となる。
【0080】
【発明の効果】
以上説明した通りの本発明のハイブリッド型燃料電池システムによれば、低温型燃料電池の停止時に改質器を加温状態とすることにより、例えば200kW級のPAFCの場合、その起動時間を現状の4時間から1時間程度に短縮することが可能となる。従って、現状における汽力発電所のDSS運用時の起動時間は150〜160分、ガスタービンコンバインド発電所のDSS運用時の起動時間は70〜80分程度であることから、これら競合機器に比較して遜色のないレベルまで起動に要する時間を短縮することができる。また、高温型燃料電池の燃料極排ガスと空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスを活用するので、改質器の加温に要する燃料や電力は新たに必要とならず、DSS運用やWSS運用での経済性が向上するメリットが生じる。従って、高・低温型燃料電池をハイブリッド化したシステムの利用性が格段に向上するという効果を奏する。
【0081】
また、低温型燃料電池の起動時間の短縮により機動的なハイブリッド運用が可能となり、需要負荷が低いときは低温型燃料電池を停止することにより、燃料電池システム全体での最低負荷が切り下げられ、広い負荷領域での運用が可能となる。すなわち、高温型燃料電池はほぼ一定の定格負荷運転をし、低温型燃料電池に負荷変化や起動停止の負担を担わせることで、システム全体としては40〜100%程度の幅広い負荷変化が可能となる。このようなハイブリッド型燃料電池システムは、高温型燃料電池設置時の欠点である需要家の最低負荷相当の設置容量に縛られずに、より大容量機の設置が可能となり運用性が向上するという効果も奏する。
【0082】
さらに低温型燃料電池を停止しても、改質器を高温型燃料電池の燃料極排ガスと空気極排空気、或いはこれらの燃焼排ガスを活用して加温状態に維持でき、常温まで冷えた状態とならないようにできるため、起動停止毎に繰り返される温度履歴(常温〜800℃)が改質管に加わらないようにすることができる。従って改質管の熱サイクル疲労が生じず、改質管の寿命を長くできるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるハイブリッド型燃料電池システムの第一実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明にかかるハイブリッド型燃料電池システムの第二実施例を示すブロック図である。
【図3】一般的な改質器の昇温時間特性を示すグラフ図である。
【図4】一般的な一酸化炭素変成器および気水分離器(水蒸気分離器)の昇温時間特性を示すグラフ図である。
【図5】低温型燃料電池(PAFC)の電池スタック起動曲線を示すグラフ図であって、(a)図は常圧型を、(b)図は加圧型の曲線を示している。
【図6】本発明にかかるハイブリッド型燃料電池システムの第三実施例を示すブロック図である。
【図7】図6における水蒸気分離器部分の詳細を示すブロック図である。
【図8】従来の高温型燃料電池の一例を示すブロック図である。
【図9】従来の低温型燃料電池の一例を示すブロック図である。
【図10】需要家の負荷パターンの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 (加圧)高温型燃料電池
101G 燃料極排ガス
102G 空気極排空気
11,21,51,61 脱硫器
2 (常圧)低温型燃料電池
22 改質器
221 改質器バーナ
24,64 一酸化炭素変成器
3 排熱回収ボイラー
5 (常圧)高温型燃料電池
501G 燃料極排ガス
502G 空気極排空気
6 (加圧)低温型燃料電池
62 改質器
621 改質器バーナ
7 水蒸気分離器
Claims (7)
- 高温型燃料電池と、改質器を備える低温型燃料電池とを併設してなるハイブリッド型燃料電池システムにおいて、
前記高温型燃料電池の排ガスを、前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記改質器又は改質器の熱生成手段に導入することにより、前記改質器を加温状態に保つことを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。 - 請求項1記載のハイブリッド型燃料電池システムにおいて、
前記高温型燃料電池の燃料極排ガス及び空気極排空気を、それぞれ前記低温型燃料電池の改質器バーナにバーナ燃料として導入自在とし、これにより前記改質器バーナを、改質器を加温状態に保つホットバンキングモードで動作可能としておき、
前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記改質器バーナを前記ホットバンキングモードで動作させることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。 - 請求項1記載のハイブリッド型燃料電池システムにおいて、
前記高温型燃料電池の燃料極排ガスと空気極排空気とを燃焼させた燃焼排ガス、或いは空気極排空気を、前記低温型燃料電池の改質器の燃焼炉内へ導入可能としておき、
前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記燃料極排ガスと空気極排空気との燃焼排ガス、或いは空気極排空気を前記改質器の燃焼炉内へ導入することで、前記改質器を加温状態に保つことを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のハイブリッド型燃料電池システムにおいて、前記改質器は、その再起動の直前において加温状態とされることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のハイブリッド型燃料電池システムにおいて、前記改質器は、一定温度での加温状態に保たれることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のハイブリッド型燃料電池システムにおいて、前記改質器は脱硫器及び一酸化炭素変成器を少なくとも付帯設備として備えており、
前記付帯設備は熱媒循環系統が設けられており、前記改質器が加温状態とされるとき、前記付帯設備もその触媒温度が動作温度の近傍に維持されるよう加温状態とされることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のハイブリッド型燃料電池システムにおいて、前記低温型燃料電池は電池冷却水系を備えており、
前記低温型燃料電池の停止時から再起動までの間の少なくとも一部の時間において、前記高温型燃料電池の排ガス又は前記熱生成手段が生成する熱により、前記電池冷却水系を保温することを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。
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