JP2001102077A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 部分酸化改質方式の改質器を備えた燃料電池
発電装置において、やむなく生じる触媒の酸化に伴う改
質性能の低下を改善するために、燃料電池発電装置の運
転を中断することなく酸化された触媒を再還元すること
が可能な燃料電池発電装置およびその方法を提供する。 【解決手段】 原燃料を触媒を用いて水素リッチな改質
ガスに変換する部分酸化改質反応方式の改質器と、該改
質器に前記原燃料を供給する原燃料供給ラインおよび部
分酸化用の空気を供給する部分酸化用空気供給ライン
と、前記改質器内で変換された前記改質ガスを燃料電池
を含む前記改質器の下流の機器に供給するための改質ガ
ス供給ラインとを備えた燃料電池発電装置において、原
燃料供給ラインを遮断する第１の遮断弁と、改質ガス供
給ラインを遮断する第２の遮断弁とを設け、燃料電池発
電装置の停止時に第１の遮断弁と第２の遮断弁とを閉じ
ることにより、水素リッチな改質ガスを改質器内に閉じ
込める。
発電装置において、やむなく生じる触媒の酸化に伴う改
質性能の低下を改善するために、燃料電池発電装置の運
転を中断することなく酸化された触媒を再還元すること
が可能な燃料電池発電装置およびその方法を提供する。 【解決手段】 原燃料を触媒を用いて水素リッチな改質
ガスに変換する部分酸化改質反応方式の改質器と、該改
質器に前記原燃料を供給する原燃料供給ラインおよび部
分酸化用の空気を供給する部分酸化用空気供給ライン
と、前記改質器内で変換された前記改質ガスを燃料電池
を含む前記改質器の下流の機器に供給するための改質ガ
ス供給ラインとを備えた燃料電池発電装置において、原
燃料供給ラインを遮断する第１の遮断弁と、改質ガス供
給ラインを遮断する第２の遮断弁とを設け、燃料電池発
電装置の停止時に第１の遮断弁と第２の遮断弁とを閉じ
ることにより、水素リッチな改質ガスを改質器内に閉じ
込める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、部分酸化改質反応
方式による燃料電池発電装置に用いられる改質器におい
て、触媒の酸化による改質性能の低下を改善する方法に
関する。より詳細には、燃料電池発電装置の運転を中断
することなく改質器内の触媒を再還元する手段を備えた
燃料電池発電装置に関する。
方式による燃料電池発電装置に用いられる改質器におい
て、触媒の酸化による改質性能の低下を改善する方法に
関する。より詳細には、燃料電池発電装置の運転を中断
することなく改質器内の触媒を再還元する手段を備えた
燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は発電効率が高く、かつ環境適
用性に優れたエネルギーとして注目されている。現在、
燃料電池は、使用する電解質の種類によって、リン酸
型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型とに分
類される。中でも固体高分子型の燃料電池は、動作温度
が常温程度であり発電効率も高いために、自動車用ある
いは移動用の電源、または定置用の分散電源としての期
待が高まっている。
用性に優れたエネルギーとして注目されている。現在、
燃料電池は、使用する電解質の種類によって、リン酸
型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型とに分
類される。中でも固体高分子型の燃料電池は、動作温度
が常温程度であり発電効率も高いために、自動車用ある
いは移動用の電源、または定置用の分散電源としての期
待が高まっている。
【０００３】固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の燃料
には水素が使用されるが、炭化水素（メタン、プロパ
ン、メタノールなど）の原燃料から水素を生成するため
には原燃料を水素リッチな改質ガスに変換する改質器が
必要となる。小型の移動用電源、主に車載用の燃料電池
発電装置において、コンパクトで負荷追従性に優れた改
質器が求められている。
には水素が使用されるが、炭化水素（メタン、プロパ
ン、メタノールなど）の原燃料から水素を生成するため
には原燃料を水素リッチな改質ガスに変換する改質器が
必要となる。小型の移動用電源、主に車載用の燃料電池
発電装置において、コンパクトで負荷追従性に優れた改
質器が求められている。
【０００４】従来の改質器は、一般的に水蒸気改質方式
により燃料の改質を行うものであったが、コンパクトで
負荷追従性に優れた改質器にするためには、部分酸化改
質方式が最適である。この部分酸化改質方式によれば、
水蒸気改質反応で必要とされる熱を原燃料の部分酸化反
応による燃焼熱で賄うため、外部加熱型のバーナーおよ
びその他の触媒を必要としない改質器を構成することが
可能となる。
により燃料の改質を行うものであったが、コンパクトで
負荷追従性に優れた改質器にするためには、部分酸化改
質方式が最適である。この部分酸化改質方式によれば、
水蒸気改質反応で必要とされる熱を原燃料の部分酸化反
応による燃焼熱で賄うため、外部加熱型のバーナーおよ
びその他の触媒を必要としない改質器を構成することが
可能となる。
【０００５】メタノールを原燃料としたＰＥＦＣ燃料電
池発電装置の概略図を図１に示す。原燃料となるメタノ
ールおよび水は、加熱器１、次いで蒸発器２を経由して
混合気体とされた後、原燃料供給ライン３を通して改質
器５に送り込まれる。一方、原燃料供給ライン３に連通
した部分酸化用空気供給ライン４からは部分酸化用の空
気が送り込まれる。改質器５内にそれぞれ原燃料と空気
とが送り込まれると、先ず最初に下記（１）および
（２）式で示される部分酸化反応およびメタノール分解
反応が起こる。
池発電装置の概略図を図１に示す。原燃料となるメタノ
ールおよび水は、加熱器１、次いで蒸発器２を経由して
混合気体とされた後、原燃料供給ライン３を通して改質
器５に送り込まれる。一方、原燃料供給ライン３に連通
した部分酸化用空気供給ライン４からは部分酸化用の空
気が送り込まれる。改質器５内にそれぞれ原燃料と空気
とが送り込まれると、先ず最初に下記（１）および
（２）式で示される部分酸化反応およびメタノール分解
反応が起こる。
【０００６】 ＣＨ3ＯＨ＋１／２Ｏ2 → ２Ｈ2＋ＣＯ2 ・・・（１） ＣＨ3ＯＨ → ＣＯ＋２Ｈ2 ・・・（２） 次いで、これらの反応熱を利用して下記（３）および
（４）式で示される水蒸気改質反応およびＣＯ変成反応
が起こる。
（４）式で示される水蒸気改質反応およびＣＯ変成反応
が起こる。
【０００７】 ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ３Ｈ2＋ＣＯ2 ・・・（３） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → Ｈ2＋ＣＯ2 ・・・（４） このように、原燃料は改質器５内の反応により水素と二
酸化炭素とからなる改質ガスに転換されるが、ある程度
のＣＯを含んでいる。そのため、改質ガス供給ライン６
を通して選択酸化反応器７に送り込まれた後、別ライン
から供給される空気（酸素）と混合される。選択酸化反
応器７内では、水素を酸化させずに選択的にＣＯだけを
酸化させることにより改質ガス中のＣＯ濃度を低下させ
る。このようにして得られた水素リッチな改質ガスは、
冷却器８で冷却された後、燃料電池９に送り込まれる。
燃料電池９では、改質ガスと別ラインから送り込まれた
空気とを電気化学的に反応させることにより発電するこ
とができ、発生した直流電気はインバータで交流に変換
され、外部に送り出される（不図示）。燃料電池９は、
通常７０〜８０％程度の水素ガスで発電しており、残っ
た水素ガスは燃料電池の運転時に生成した水蒸気ととも
に第１の凝縮器１０に送り込まれる。第１の凝縮器１０
において水蒸気のみが排除され、残った水素ガスは排水
素燃焼器１１に送り込まれ、別ラインから第２の凝縮器
１２を通して供給される空気（オフガス空気）と反応し
水蒸気を生成する。この排水素燃焼器１１で生成した水
蒸気の熱を利用して原燃料（メタノール＋水）を蒸発器
２にて蒸発させる。なお、冷却器８から加熱器１に向か
う系は、選択酸化反応器７により生成されたガスを冷却
することにより得られた熱を加熱器１に与える熱を回収
する系である。
酸化炭素とからなる改質ガスに転換されるが、ある程度
のＣＯを含んでいる。そのため、改質ガス供給ライン６
を通して選択酸化反応器７に送り込まれた後、別ライン
から供給される空気（酸素）と混合される。選択酸化反
応器７内では、水素を酸化させずに選択的にＣＯだけを
酸化させることにより改質ガス中のＣＯ濃度を低下させ
る。このようにして得られた水素リッチな改質ガスは、
冷却器８で冷却された後、燃料電池９に送り込まれる。
燃料電池９では、改質ガスと別ラインから送り込まれた
空気とを電気化学的に反応させることにより発電するこ
とができ、発生した直流電気はインバータで交流に変換
され、外部に送り出される（不図示）。燃料電池９は、
通常７０〜８０％程度の水素ガスで発電しており、残っ
た水素ガスは燃料電池の運転時に生成した水蒸気ととも
に第１の凝縮器１０に送り込まれる。第１の凝縮器１０
において水蒸気のみが排除され、残った水素ガスは排水
素燃焼器１１に送り込まれ、別ラインから第２の凝縮器
１２を通して供給される空気（オフガス空気）と反応し
水蒸気を生成する。この排水素燃焼器１１で生成した水
蒸気の熱を利用して原燃料（メタノール＋水）を蒸発器
２にて蒸発させる。なお、冷却器８から加熱器１に向か
う系は、選択酸化反応器７により生成されたガスを冷却
することにより得られた熱を加熱器１に与える熱を回収
する系である。
【０００８】図２は、図１に示したＰＥＦＣ燃料電池発
電装置に適用される改質器の一例を示す模式的断面図で
ある。改質器５は、容器内に触媒を充填することによっ
て構成される触媒層５−１を有し、原燃料および空気が
触媒層５−１を通過することにより、上述した（１）〜
（４）の反応が起こる。但し、（１）〜（４）の反応が
起こるように、通常は予め触媒還元された改質器を装置
に搭載する。
電装置に適用される改質器の一例を示す模式的断面図で
ある。改質器５は、容器内に触媒を充填することによっ
て構成される触媒層５−１を有し、原燃料および空気が
触媒層５−１を通過することにより、上述した（１）〜
（４）の反応が起こる。但し、（１）〜（４）の反応が
起こるように、通常は予め触媒還元された改質器を装置
に搭載する。
【０００９】燃料電池発電装置の運転初期には、部分酸
化反応およびメタノール分解反応が起こる改質器５内の
触媒の領域は、触媒層５−１全体の入口部分から１０％
程度の範囲（図２では、部分酸化反応領域５−１ａとし
て示す）である。後段の９０％程度の範囲（図２では、
水蒸気改質反応領域５−１ｂとして示す）で水蒸気改質
反応およびＣＯ変成反応が行われる。
化反応およびメタノール分解反応が起こる改質器５内の
触媒の領域は、触媒層５−１全体の入口部分から１０％
程度の範囲（図２では、部分酸化反応領域５−１ａとし
て示す）である。後段の９０％程度の範囲（図２では、
水蒸気改質反応領域５−１ｂとして示す）で水蒸気改質
反応およびＣＯ変成反応が行われる。
【００１０】しかし、燃料電池発電装置の運転および起
動／停止を重ねると、最も酸素濃度が高い触媒層の入口
部分の触媒が酸化されることでその部分の触媒活性が失
われ、部分酸化反応領域５−１ａは順次後段へとシフト
する。そのため、運転を繰り返すと水蒸気改質反応領域
５−１ｂが短くなる傾向にあった。その結果、水蒸気改
質反応およびＣＯ変成反応が十分に進まず、改質ガス中
の水素量の低下およびＣＯ濃度の上昇といった改質性能
の低下という問題が生じる。
動／停止を重ねると、最も酸素濃度が高い触媒層の入口
部分の触媒が酸化されることでその部分の触媒活性が失
われ、部分酸化反応領域５−１ａは順次後段へとシフト
する。そのため、運転を繰り返すと水蒸気改質反応領域
５−１ｂが短くなる傾向にあった。その結果、水蒸気改
質反応およびＣＯ変成反応が十分に進まず、改質ガス中
の水素量の低下およびＣＯ濃度の上昇といった改質性能
の低下という問題が生じる。
【００１１】このような問題を解決するために、従来
は、触媒層入口部分の触媒酸化が進行し、改質性能が低
下して許容量を超えた時点で、改質器の運転を一旦中断
し、改質器を燃料電池発電装置から取り外し、別置の触
媒還元装置において触媒を再還元し、再度、燃料電池発
電装置に改質器を搭載する等のメンテナンスを必要とし
ていた。
は、触媒層入口部分の触媒酸化が進行し、改質性能が低
下して許容量を超えた時点で、改質器の運転を一旦中断
し、改質器を燃料電池発電装置から取り外し、別置の触
媒還元装置において触媒を再還元し、再度、燃料電池発
電装置に改質器を搭載する等のメンテナンスを必要とし
ていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、改質器のメン
テナンス時に運転を中断し、上述のような手順で触媒を
再還元し、再度改質器を搭載する方法は手間がかかるう
え、運転を再開し装置全体の系を安定させるまでにある
程度の時間を要し、容易にメンテナンスを実施できると
は言い難い。そのため、運転を中断することなく、かつ
容易に実施できる改質器のメンテナンスに対する要望が
ある。
テナンス時に運転を中断し、上述のような手順で触媒を
再還元し、再度改質器を搭載する方法は手間がかかるう
え、運転を再開し装置全体の系を安定させるまでにある
程度の時間を要し、容易にメンテナンスを実施できると
は言い難い。そのため、運転を中断することなく、かつ
容易に実施できる改質器のメンテナンスに対する要望が
ある。
【００１３】したがって、本発明の課題は、部分改質燃
料電池発電装置における触媒の酸化に伴う改質性能の低
下を回復するために、燃料電池発電装置の運転を中断す
ることなく、運転停止中または運転中に触媒を再還元す
る簡便な方法を提供し、改質器のメンテナンス周期を延
ばすとともに該メンテナンスを容易に実施できるように
することである。
料電池発電装置における触媒の酸化に伴う改質性能の低
下を回復するために、燃料電池発電装置の運転を中断す
ることなく、運転停止中または運転中に触媒を再還元す
る簡便な方法を提供し、改質器のメンテナンス周期を延
ばすとともに該メンテナンスを容易に実施できるように
することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の燃料電池発電装置の第１の態様は、部分酸
化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原燃料を供給
する原燃料供給ラインと、上記改質器に空気を供給する
部分酸化用空気供給ラインと、上記改質器内で生成した
改質ガスを燃料電池に供給する改質ガス供給ラインとを
備えた燃料電池発電装置において、上記原燃料供給ライ
ン上に設けられ、燃料電池発電装置の運転時に閉じられ
る第１の遮断弁と、上記改質ガス供給ライン上に設けら
れ、燃料電池発電装置の運転停止時に閉じられる第２の
遮断弁とを有することを特徴とする。
に、本発明の燃料電池発電装置の第１の態様は、部分酸
化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原燃料を供給
する原燃料供給ラインと、上記改質器に空気を供給する
部分酸化用空気供給ラインと、上記改質器内で生成した
改質ガスを燃料電池に供給する改質ガス供給ラインとを
備えた燃料電池発電装置において、上記原燃料供給ライ
ン上に設けられ、燃料電池発電装置の運転時に閉じられ
る第１の遮断弁と、上記改質ガス供給ライン上に設けら
れ、燃料電池発電装置の運転停止時に閉じられる第２の
遮断弁とを有することを特徴とする。
【００１５】本発明の燃料電池の第２の態様は、部分酸
化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原燃料を供給
する原燃料供給ラインと、上記改質器に空気を供給する
部分酸化用空気供給ラインと、上記改質器内で生成した
改質ガスを燃料電池に供給する改質ガス供給ラインとを
備えた燃料電池発電装置において、上記原燃料供給ライ
ン上に設けられ、燃料電池発電装置の運転停止時に閉じ
られる第１の遮断弁と、上記改質ガス供給ラインに接続
され、燃料電池発電装置の運転停止時に不活性ガスを供
給する不活性ガス供給ラインとを有することを特徴とす
る。
化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原燃料を供給
する原燃料供給ラインと、上記改質器に空気を供給する
部分酸化用空気供給ラインと、上記改質器内で生成した
改質ガスを燃料電池に供給する改質ガス供給ラインとを
備えた燃料電池発電装置において、上記原燃料供給ライ
ン上に設けられ、燃料電池発電装置の運転停止時に閉じ
られる第１の遮断弁と、上記改質ガス供給ラインに接続
され、燃料電池発電装置の運転停止時に不活性ガスを供
給する不活性ガス供給ラインとを有することを特徴とす
る。
【００１６】本発明の燃料電池発電装置の第３の態様
は、部分酸化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原
燃料を供給する原燃料供給ラインと、当該原燃料供給ラ
インに接続され上記改質器に空気を供給する部分酸化用
空気供給ラインと、上記改質器内で生成した改質ガスを
燃料電池に供給する改質ガス供給ラインとを備えた燃料
電池発電装置において、上記原燃料供給ライン上に設け
られ、燃料電池発電装置の運転停止時に閉じられる第１
の遮断弁と、上記原燃料供給ラインの上記第１の遮断弁
および上記部分酸化用空気供給ライン接続部より下流側
から、第１の凝縮器と排水素燃焼器とを接続するライン
へとバイパスするバイパスラインと、上記バイパスライ
ン上に設けられ、燃料電池発電装置の運転時に閉じられ
る第２の遮断弁と、上記改質ガス供給ラインに接続さ
れ、燃料電池発電装置の運転停止時に不活性ガスを供給
する不活性ガス供給ラインとを有することを特徴とす
る。
は、部分酸化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原
燃料を供給する原燃料供給ラインと、当該原燃料供給ラ
インに接続され上記改質器に空気を供給する部分酸化用
空気供給ラインと、上記改質器内で生成した改質ガスを
燃料電池に供給する改質ガス供給ラインとを備えた燃料
電池発電装置において、上記原燃料供給ライン上に設け
られ、燃料電池発電装置の運転停止時に閉じられる第１
の遮断弁と、上記原燃料供給ラインの上記第１の遮断弁
および上記部分酸化用空気供給ライン接続部より下流側
から、第１の凝縮器と排水素燃焼器とを接続するライン
へとバイパスするバイパスラインと、上記バイパスライ
ン上に設けられ、燃料電池発電装置の運転時に閉じられ
る第２の遮断弁と、上記改質ガス供給ラインに接続さ
れ、燃料電池発電装置の運転停止時に不活性ガスを供給
する不活性ガス供給ラインとを有することを特徴とす
る。
【００１７】本発明の燃料電池発電装置の第４の態様
は、部分酸化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原
燃料を供給する原燃料供給ラインと、上記改質器に空気
を供給する部分酸化用空気供給ラインと、上記改質器内
で生成した改質ガスを燃料電池に供給する改質ガス供給
ラインとを備えた燃料電池発電装置において、上記部分
酸化用空気供給ラインに、改質触媒還元時に閉じてまた
は開度を小さくして、空気の供給を停止または空気の供
給量を減少するための弁を有することを特徴とする。
は、部分酸化改質反応方式の改質器と、上記改質器に原
燃料を供給する原燃料供給ラインと、上記改質器に空気
を供給する部分酸化用空気供給ラインと、上記改質器内
で生成した改質ガスを燃料電池に供給する改質ガス供給
ラインとを備えた燃料電池発電装置において、上記部分
酸化用空気供給ラインに、改質触媒還元時に閉じてまた
は開度を小さくして、空気の供給を停止または空気の供
給量を減少するための弁を有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明は、部分酸化改質方式の改
質器においてやむなく生じる触媒の酸化に伴う改質性能
の低下を、燃料電池発電装置の運転を中断することなく
効率的に改善するために、燃料電池発電装置の停止時ま
たは運転時に装置内に存在する水素を利用して酸化され
た触媒を再還元することを特徴とする。
質器においてやむなく生じる触媒の酸化に伴う改質性能
の低下を、燃料電池発電装置の運転を中断することなく
効率的に改善するために、燃料電池発電装置の停止時ま
たは運転時に装置内に存在する水素を利用して酸化され
た触媒を再還元することを特徴とする。
【００１９】触媒の再還元には水素が用いられるが、運
転を中断することなく触媒の再還元を行うためには、燃
料電池発電装置の停止時に改質器周辺に残留する水素を
利用するか、または水蒸気反応から生成される水素を利
用するかのいずれかによって還元に必要とされる水素を
供給することが可能である。
転を中断することなく触媒の再還元を行うためには、燃
料電池発電装置の停止時に改質器周辺に残留する水素を
利用するか、または水蒸気反応から生成される水素を利
用するかのいずれかによって還元に必要とされる水素を
供給することが可能である。
【００２０】改質器内に残留する水素を有効に利用する
ためには、改質器の前後に第１の遮断弁および第２の遮
断弁を設け、これら遮断弁をそれぞれ開閉することによ
り残留する水素を閉じ込め、または不活性ガスにより循
環させ、改質器内の水素濃度を高めることが好ましい。
このような方法は、用途的に起動停止を頻繁に繰り返す
可能性が高い小型移動用または車載用の燃料電池発電装
置に適している。すなわち、起動停止時に改質器の触媒
の再生をすることが可能となるためである。
ためには、改質器の前後に第１の遮断弁および第２の遮
断弁を設け、これら遮断弁をそれぞれ開閉することによ
り残留する水素を閉じ込め、または不活性ガスにより循
環させ、改質器内の水素濃度を高めることが好ましい。
このような方法は、用途的に起動停止を頻繁に繰り返す
可能性が高い小型移動用または車載用の燃料電池発電装
置に適している。すなわち、起動停止時に改質器の触媒
の再生をすることが可能となるためである。
【００２１】一方、水蒸気反応から生成される水素を利
用するためには、部分酸化用の空気の供給を間欠的に短
時間にわたって停止または減少させて燃料電池発電装置
を運転する必要があり、部分酸化用の空気の供給を調節
するための調節弁を設けることが好ましい。このような
方法は、起動停止が少なく長時間連続運転する場合に適
している。
用するためには、部分酸化用の空気の供給を間欠的に短
時間にわたって停止または減少させて燃料電池発電装置
を運転する必要があり、部分酸化用の空気の供給を調節
するための調節弁を設けることが好ましい。このような
方法は、起動停止が少なく長時間連続運転する場合に適
している。
【００２２】以下、本発明の燃料電池発電装置について
図面を参照しながら実施例により説明する。なお、実施
例を説明するための全図において、同一機能を有するも
のには同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略す
る。 （実施例１）図３は、燃料電池発電装置の停止時に触媒
を再還元する本発明の実施態様の一例を示すブロック図
である。本実施例の燃料電池発電装置は、以下の述べる
事項を除き、図１と同様に構成される。すなわち、本実
施例では、図３に示したように、改質器５に原燃料を供
給する原燃料供給ライン３上に第１の遮断弁１３を設け
る。また、改質器５内で改質したガスを選択酸化反応器
７に送り込む改質ガス供給ライン６上に第２の遮断弁１
４を設ける。
図面を参照しながら実施例により説明する。なお、実施
例を説明するための全図において、同一機能を有するも
のには同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略す
る。 （実施例１）図３は、燃料電池発電装置の停止時に触媒
を再還元する本発明の実施態様の一例を示すブロック図
である。本実施例の燃料電池発電装置は、以下の述べる
事項を除き、図１と同様に構成される。すなわち、本実
施例では、図３に示したように、改質器５に原燃料を供
給する原燃料供給ライン３上に第１の遮断弁１３を設け
る。また、改質器５内で改質したガスを選択酸化反応器
７に送り込む改質ガス供給ライン６上に第２の遮断弁１
４を設ける。
【００２３】燃料電池発電装置の運転を停止した直後
に、第１の遮断弁１３および第２の遮断弁１４とを閉じ
て改質器５内部を封じ切ることにより、改質器５内部に
残留する水素リッチな改質ガスが閉じ込められる。その
結果、改質器５内に残留する水素リッチな改質ガスによ
って運転中酸化した触媒が還元され、効率的に触媒活性
を回復することが出来る。上述した操作を繰り返すこと
により、停止毎に触媒活性は回復し、運転中断を伴う触
媒再還元作業の必要が無くなる。 （実施例２）図４は、燃料電池発電装置の停止時に触媒
を再還元する本発明の別の実施態様を示すブロック図で
ある。本実施例では、改質器５内部だけでなく、改質器
５の下流にある機器および配管に残留する改質ガス中の
水素を利用することを除き、実施例１と同様にして触媒
が再生される。具体的には、改質器５に原燃料を供給す
る原燃料供給ライン３上に、原燃料の供給を一時的に停
止するための第１の遮断弁１３を設ける。また、部分酸
化用の空気を改質器５に供給する部分酸化用空気供給ラ
イン４と、燃料電池９の下流に設けられる第１の凝縮器
１０および排水素燃焼器１１の間のラインとを繋ぐバイ
パスライン１５（但し、バイパスライン１５と部分酸化
用空気供給ライン４との連通部は、前述の第１の遮断弁
１３および原燃料供給ライン３と部分酸化用空気供給ラ
イン４との連通部より下流の位置とする）を設け、当該
バイパスライン１５上に第２の遮断弁１４を設ける。バ
イパスライン１５を設けることにより、改質器５の触媒
の還元に寄与しない残りの水素ガスを含むガスが排水素
燃焼器１１へ送られて燃焼されるようになる。その他は
図１と同様の構成である。
に、第１の遮断弁１３および第２の遮断弁１４とを閉じ
て改質器５内部を封じ切ることにより、改質器５内部に
残留する水素リッチな改質ガスが閉じ込められる。その
結果、改質器５内に残留する水素リッチな改質ガスによ
って運転中酸化した触媒が還元され、効率的に触媒活性
を回復することが出来る。上述した操作を繰り返すこと
により、停止毎に触媒活性は回復し、運転中断を伴う触
媒再還元作業の必要が無くなる。 （実施例２）図４は、燃料電池発電装置の停止時に触媒
を再還元する本発明の別の実施態様を示すブロック図で
ある。本実施例では、改質器５内部だけでなく、改質器
５の下流にある機器および配管に残留する改質ガス中の
水素を利用することを除き、実施例１と同様にして触媒
が再生される。具体的には、改質器５に原燃料を供給す
る原燃料供給ライン３上に、原燃料の供給を一時的に停
止するための第１の遮断弁１３を設ける。また、部分酸
化用の空気を改質器５に供給する部分酸化用空気供給ラ
イン４と、燃料電池９の下流に設けられる第１の凝縮器
１０および排水素燃焼器１１の間のラインとを繋ぐバイ
パスライン１５（但し、バイパスライン１５と部分酸化
用空気供給ライン４との連通部は、前述の第１の遮断弁
１３および原燃料供給ライン３と部分酸化用空気供給ラ
イン４との連通部より下流の位置とする）を設け、当該
バイパスライン１５上に第２の遮断弁１４を設ける。バ
イパスライン１５を設けることにより、改質器５の触媒
の還元に寄与しない残りの水素ガスを含むガスが排水素
燃焼器１１へ送られて燃焼されるようになる。その他は
図１と同様の構成である。
【００２４】さらに、燃料電池９より上流側のライン上
に不活性ガス供給ライン１６を設ける。燃料電池発電装
置の運転を停止した直後に、運転中に開いていた第１の
遮断弁１３を閉じ、運転中に閉じていた第２の遮断弁１
４を開く。第１の遮断弁１３および第２の遮断弁１４を
それぞれ開閉すると同時に、改質器５の下流より不活性
ガス供給ライン１６を通してＮ2を供給する。供給され
たＮ2の一部は、装置内に残留する水素を伴って冷却器
８および選択酸化反応器７を通して改質器５へと流れ込
む（Ｎ2の流れを図中破線で示す）。このようにして改
質器５に流れ込んだ水素を利用して、運転中に酸化した
触媒を効率的に還元することが可能となる。上述した操
作を繰り返すことにより、停止毎に触媒活性は回復し、
運転中断を伴う触媒再還元作業の必要が無くなる。
に不活性ガス供給ライン１６を設ける。燃料電池発電装
置の運転を停止した直後に、運転中に開いていた第１の
遮断弁１３を閉じ、運転中に閉じていた第２の遮断弁１
４を開く。第１の遮断弁１３および第２の遮断弁１４を
それぞれ開閉すると同時に、改質器５の下流より不活性
ガス供給ライン１６を通してＮ2を供給する。供給され
たＮ2の一部は、装置内に残留する水素を伴って冷却器
８および選択酸化反応器７を通して改質器５へと流れ込
む（Ｎ2の流れを図中破線で示す）。このようにして改
質器５に流れ込んだ水素を利用して、運転中に酸化した
触媒を効率的に還元することが可能となる。上述した操
作を繰り返すことにより、停止毎に触媒活性は回復し、
運転中断を伴う触媒再還元作業の必要が無くなる。
【００２５】なお、本実施例では、バイパスライン１５
の一端を第１の凝縮器１０と排水素燃焼器１１との間の
ラインに接続したが、これに限らず凝縮器１０と燃料電
池９との間に接続してもよい。 （実施例３）図５は、燃料電池発電装置の運転中に触媒
を再還元する本発明の実施態様を示すブロック図であ
る。本実施例の燃料電池発電装置は、以下の述べる事項
を除き、図１と同様に構成される。すなわち、本実施例
では、改質器５に部分酸化用の空気を供給する部分酸化
用空気供給ライン４上に、空気の供給量を調節する部材
として調節弁１７を設ける。燃料電池発電装置の運転
中、制御手段（不図示）により調節弁１７を一時的に閉
じるか、または調節弁１７の開度を小さくするかして部
分酸化用の空気の供給を止めるか、または空気の供給量
を少なくして改質器５内の酸素をなくすか、あるいは少
なくすることで、改質器５内は水素リッチな状態とな
る。そのことにより、運転中に酸化された触媒は還元さ
れ、触媒活性が回復する。この操作を定期的に実施する
ことで、運転中断を伴う触媒還元作業の必要がなくな
る。
の一端を第１の凝縮器１０と排水素燃焼器１１との間の
ラインに接続したが、これに限らず凝縮器１０と燃料電
池９との間に接続してもよい。 （実施例３）図５は、燃料電池発電装置の運転中に触媒
を再還元する本発明の実施態様を示すブロック図であ
る。本実施例の燃料電池発電装置は、以下の述べる事項
を除き、図１と同様に構成される。すなわち、本実施例
では、改質器５に部分酸化用の空気を供給する部分酸化
用空気供給ライン４上に、空気の供給量を調節する部材
として調節弁１７を設ける。燃料電池発電装置の運転
中、制御手段（不図示）により調節弁１７を一時的に閉
じるか、または調節弁１７の開度を小さくするかして部
分酸化用の空気の供給を止めるか、または空気の供給量
を少なくして改質器５内の酸素をなくすか、あるいは少
なくすることで、改質器５内は水素リッチな状態とな
る。そのことにより、運転中に酸化された触媒は還元さ
れ、触媒活性が回復する。この操作を定期的に実施する
ことで、運転中断を伴う触媒還元作業の必要がなくな
る。
【００２６】以上、実施例１から３では固体高分子型の
燃料電池発電装置を例にして改質器５内の触媒を再還元
する方法を説明したが、本発明はこれに限定されること
なく、他のリン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型の燃
料電池発電装置についても同様に適用することが可能で
ある。
燃料電池発電装置を例にして改質器５内の触媒を再還元
する方法を説明したが、本発明はこれに限定されること
なく、他のリン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型の燃
料電池発電装置についても同様に適用することが可能で
ある。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
運転時にやむなく生じる触媒の酸化による改質性能の低
下を、運転を中断することなく効率的に触媒を再還元す
ることにより再活性化することが可能になる。その結
果、改質器の運転中断を伴う還元作業が不必要となり、
改質器のメンテナンス性が大幅に改善されて使い勝手が
飛躍的に向上する。
運転時にやむなく生じる触媒の酸化による改質性能の低
下を、運転を中断することなく効率的に触媒を再還元す
ることにより再活性化することが可能になる。その結
果、改質器の運転中断を伴う還元作業が不必要となり、
改質器のメンテナンス性が大幅に改善されて使い勝手が
飛躍的に向上する。
【図１】従来の固体高分子型燃料電池発電装置を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】部分酸化改質方式の改質器の構造を示す模式的
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の第１の実施態様を示す燃料電池発電装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施態様を示す燃料電池発電装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施態様を示す燃料電池発電装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
１ 加熱器 ２ 蒸発器 ３ 原燃料供給ライン ４ 部分酸化用空気供給ライン ５ 改質器 ５−１ 触媒層 ５−１ａ 部分酸化反応領域 ５−１ｂ 水蒸気改質反応領域 ６ 改質ガス供給ライン ７ 選択酸化反応器 ８ 冷却器 ９ 燃料電池 １０ 第１の凝縮器 １１ 排水素燃焼器 １２ 第２の凝縮器 １３ 第１の遮断弁 １４ 第２の遮断弁 １５ バイパスライン １６ 不活性ガス供給ライン １７ 調節弁
Claims (4)
- 【請求項１】 部分酸化改質反応方式の改質器と、前記
改質器に原燃料を供給する原燃料供給ラインと、前記改
質器に空気を供給する部分酸化用空気供給ラインと、前
記改質器内で生成した改質ガスを燃料電池に供給する改
質ガス供給ラインとを備えた燃料電池発電装置におい
て、 前記原燃料供給ライン上に設けられ、燃料電池発電装置
の運転時に閉じられる第１の遮断弁と、 前記改質ガス供給ライン上に設けられ、燃料電池発電装
置の運転停止時に閉じられる第２の遮断弁とを有するこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 部分酸化改質反応方式の改質器と、前記
改質器に原燃料を供給する原燃料供給ラインと、前記改
質器に空気を供給する部分酸化用空気供給ラインと、前
記改質器内で生成した改質ガスを燃料電池に供給する改
質ガス供給ラインとを備えた燃料電池発電装置におい
て、 前記原燃料供給ライン上に設けられ、燃料電池発電装置
の運転停止時に閉じられる第１の遮断弁と、 前記改質ガス供給ラインに接続され、燃料電池発電装置
の運転停止時に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラ
インとを有することを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 部分酸化改質反応方式の改質器と、前記
改質器に原燃料を供給する原燃料供給ラインと、当該原
燃料供給ラインに接続され前記改質器に空気を供給する
部分酸化用空気供給ラインと、前記改質器内で生成した
改質ガスを燃料電池に供給する改質ガス供給ラインとを
備えた燃料電池発電装置において、 前記原燃料供給ライン上に設けられ、燃料電池発電装置
の運転停止時に閉じられる第１の遮断弁と、 前記原燃料供給ラインの前記第１の遮断弁および前記部
分酸化用空気供給ライン接続部より下流側から、第１の
凝縮器と排水素燃焼器とを接続するラインへとバイパス
するバイパスラインと、 前記バイパスライン上に設けられ、燃料電池発電装置の
運転時に閉じられる第２の遮断弁と、 前記改質ガス供給ラインに接続され、燃料電池発電装置
の運転停止時に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラ
インとを有することを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 部分酸化改質反応方式の改質器と、前記
改質器に原燃料を供給する原燃料供給ラインと、前記改
質器に空気を供給する部分酸化用空気供給ラインと、前
記改質器内で生成した改質ガスを燃料電池に供給する改
質ガス供給ラインとを備えた燃料電池発電装置におい
て、 前記部分酸化用空気供給ラインに、改質触媒還元時に閉
じてまたは開度を小さくして、空気の供給を停止または
空気の供給量を減少するための弁を有することを特徴と
する燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28078499A JP2001102077A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28078499A JP2001102077A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102077A true JP2001102077A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=17629919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28078499A Pending JP2001102077A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001102077A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005071934A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Toshiba International Fuel Cells Corp | 燃料電池システム及びその起動停止保管方法 |
| JP2008081331A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
| JP5441694B2 (ja) * | 2008-01-09 | 2014-03-12 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置および燃料電池システム |
| JP5451896B2 (ja) * | 2011-05-24 | 2014-03-26 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置および燃料電池システム |
-
1999
- 1999-09-30 JP JP28078499A patent/JP2001102077A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005071934A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Toshiba International Fuel Cells Corp | 燃料電池システム及びその起動停止保管方法 |
| JP4728567B2 (ja) * | 2003-08-27 | 2011-07-20 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料電池システム及びその起動停止保管方法 |
| JP2008081331A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
| JP5441694B2 (ja) * | 2008-01-09 | 2014-03-12 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置および燃料電池システム |
| JP5451896B2 (ja) * | 2011-05-24 | 2014-03-26 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置および燃料電池システム |
| JPWO2012160790A1 (ja) * | 2011-05-24 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | 水素生成装置および燃料電池システム |
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