JP2002151124A - 固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法 - Google Patents
固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法Info
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- JP2002151124A JP2002151124A JP2000347213A JP2000347213A JP2002151124A JP 2002151124 A JP2002151124 A JP 2002151124A JP 2000347213 A JP2000347213 A JP 2000347213A JP 2000347213 A JP2000347213 A JP 2000347213A JP 2002151124 A JP2002151124 A JP 2002151124A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】ＰＥＦＣ用改質器ないし改質系の停止時におい
て、改質触媒の酸化及び結露雰囲気になることを確実に
防ぐとともに、その操作をより経済的に行い且つ環境汚
染の問題を解決する。 【解決手段】固体高分子形燃料電池に付設した改質器の
停止方法であって、その停止時に改質器改質部の改質触
媒層を降温させるに際し、改質器内の改質ガスを水蒸気
でパージした後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解
が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上
に低下した後、原料ガスを導入して改質器内の水蒸気を
パージすることを特徴とする固体高分子形燃料電池用改
質器の停止方法。
て、改質触媒の酸化及び結露雰囲気になることを確実に
防ぐとともに、その操作をより経済的に行い且つ環境汚
染の問題を解決する。 【解決手段】固体高分子形燃料電池に付設した改質器の
停止方法であって、その停止時に改質器改質部の改質触
媒層を降温させるに際し、改質器内の改質ガスを水蒸気
でパージした後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解
が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上
に低下した後、原料ガスを導入して改質器内の水蒸気を
パージすることを特徴とする固体高分子形燃料電池用改
質器の停止方法。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子形燃料
電池（ＰＥＦＣ）用改質器の停止方法に関し、より具体
的にはＰＥＦＣに付設した改質器、すなわち燃料水素の
製造装置である改質器を停止する方法に関する。
電池（ＰＥＦＣ）用改質器の停止方法に関し、より具体
的にはＰＥＦＣに付設した改質器、すなわち燃料水素の
製造装置である改質器を停止する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池には、ＰＥＦＣやリン酸形燃料
電池、あるいは固体電解質形燃料電池といったものが知
られている。中でもＰＥＦＣは、作動温度が８０〜１０
０℃程度という低温で、（１）出力密度が高く、小型
化、軽量化が可能である、（２）電解質が腐食性でな
く、しかも作動温度が低いため、耐食性の面から電池構
成材料の制約がないか少ないので、コスト低減が容易で
ある、（３）常温で起動できるため、起動時間が短い、
といった優れた特長を有している。このためＰＥＦＣ
は、以上のような特長を活かして、業務用や産業用ばか
りでなく、一般家庭用などへの適用が期待されている。
電池、あるいは固体電解質形燃料電池といったものが知
られている。中でもＰＥＦＣは、作動温度が８０〜１０
０℃程度という低温で、（１）出力密度が高く、小型
化、軽量化が可能である、（２）電解質が腐食性でな
く、しかも作動温度が低いため、耐食性の面から電池構
成材料の制約がないか少ないので、コスト低減が容易で
ある、（３）常温で起動できるため、起動時間が短い、
といった優れた特長を有している。このためＰＥＦＣ
は、以上のような特長を活かして、業務用や産業用ばか
りでなく、一般家庭用などへの適用が期待されている。
【０００３】燃料電池の燃料である水素（水素ガス）
は、水蒸気改質法や部分燃焼法により得られる。このう
ち、例えば水蒸気改質法は、メタン、エタン、プロパ
ン、ブタン、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、その他の
炭化水素ガス（２種以上の炭化水素の混合ガスを含む）
やメタノール等のアルコール類を水蒸気により改質して
水素リッチな改質ガスを生成させる方法である。水蒸気
改質法では改質器が用いられ、改質触媒による接触反応
によりそれら炭化水素ガスやアルコール類が水素リッチ
な改質ガスへ変えられる。
は、水蒸気改質法や部分燃焼法により得られる。このう
ち、例えば水蒸気改質法は、メタン、エタン、プロパ
ン、ブタン、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、その他の
炭化水素ガス（２種以上の炭化水素の混合ガスを含む）
やメタノール等のアルコール類を水蒸気により改質して
水素リッチな改質ガスを生成させる方法である。水蒸気
改質法では改質器が用いられ、改質触媒による接触反応
によりそれら炭化水素ガスやアルコール類が水素リッチ
な改質ガスへ変えられる。
【０００４】図１は水蒸気改質器を模式的に示す図で、
概略、バーナあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部（加熱
部）と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。
改質部にはＮｉ系、Ｒｕ系等の改質触媒が充填、配置さ
れ、炭化水素ガスやアルコール類が水蒸気と反応して水
素リッチな改質ガスが生成される。改質部で起こる接触
反応は大きな吸熱を伴うので、反応の進行のためには外
部から熱の供給が必要であり、６００℃程度以上の温度
が必要である。
概略、バーナあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部（加熱
部）と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。
改質部にはＮｉ系、Ｒｕ系等の改質触媒が充填、配置さ
れ、炭化水素ガスやアルコール類が水蒸気と反応して水
素リッチな改質ガスが生成される。改質部で起こる接触
反応は大きな吸熱を伴うので、反応の進行のためには外
部から熱の供給が必要であり、６００℃程度以上の温度
が必要である。
【０００５】このため燃焼部で、燃料ガスを空気により
燃焼させ、発生した燃焼熱（ΔＨ）を改質部に供給す
る。燃焼触媒としては白金等の貴金属触媒が用いられ
る。ここで、燃焼部に供給する燃料ガスも改質部で改質
ガスへ変えられる炭化水素ガスと同じく通常都市ガス等
の炭化水素ガスであるので、本明細書中、両者を区別す
るため、燃焼部に供給する炭化水素ガスを燃料ガスと指
称し、改質部へ供給する炭化水素ガスを原料ガスと指称
している。
燃焼させ、発生した燃焼熱（ΔＨ）を改質部に供給す
る。燃焼触媒としては白金等の貴金属触媒が用いられ
る。ここで、燃焼部に供給する燃料ガスも改質部で改質
ガスへ変えられる炭化水素ガスと同じく通常都市ガス等
の炭化水素ガスであるので、本明細書中、両者を区別す
るため、燃焼部に供給する炭化水素ガスを燃料ガスと指
称し、改質部へ供給する炭化水素ガスを原料ガスと指称
している。
【０００６】図２は、上記のような水蒸気改質器を用
い、原料ガスからＰＥＦＣに至るまでの態様例を示す図
である。都市ガスやＬＰガスにはメルカプタン類、サル
ファイド類、あるいはチオフェン類などの付臭剤が添加
されている。改質触媒は、これら硫黄化合物により被毒
し性能劣化を来してしまうので、それらの硫黄化合物を
除去するために脱硫器へ導入される。次いで、別途設け
られた水蒸気発生器からの水蒸気を添加、混合して改質
器の改質部へ導入され、改質部中での原料ガスの水蒸気
による改質反応により水素リッチな改質ガスが生成され
る。
い、原料ガスからＰＥＦＣに至るまでの態様例を示す図
である。都市ガスやＬＰガスにはメルカプタン類、サル
ファイド類、あるいはチオフェン類などの付臭剤が添加
されている。改質触媒は、これら硫黄化合物により被毒
し性能劣化を来してしまうので、それらの硫黄化合物を
除去するために脱硫器へ導入される。次いで、別途設け
られた水蒸気発生器からの水蒸気を添加、混合して改質
器の改質部へ導入され、改質部中での原料ガスの水蒸気
による改質反応により水素リッチな改質ガスが生成され
る。
【０００７】原料ガスが例えばメタンである場合の改質
反応は「ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2」で示される
が、生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の
水蒸気、炭酸ガスのほか、一酸化炭素（ＣＯ）が副生し
て８〜１５％（容量、以下同じ）程度含まれている。こ
のため改質ガスは、この副生ＣＯを炭酸ガスへ変えて除
去するためにＣＯ変成器にかけられる。ＣＯ変成器では
銅ー亜鉛系や白金触媒等の触媒が用いられるが、その触
媒を機能させるには２００〜２５０℃程度の温度が必要
である。ＣＯ変成器中での反応は「ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2
＋Ｈ2」で示され、この反応で必要な水蒸気としては改
質器で未反応の残留水蒸気が利用される。
反応は「ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2」で示される
が、生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の
水蒸気、炭酸ガスのほか、一酸化炭素（ＣＯ）が副生し
て８〜１５％（容量、以下同じ）程度含まれている。こ
のため改質ガスは、この副生ＣＯを炭酸ガスへ変えて除
去するためにＣＯ変成器にかけられる。ＣＯ変成器では
銅ー亜鉛系や白金触媒等の触媒が用いられるが、その触
媒を機能させるには２００〜２５０℃程度の温度が必要
である。ＣＯ変成器中での反応は「ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2
＋Ｈ2」で示され、この反応で必要な水蒸気としては改
質器で未反応の残留水蒸気が利用される。
【０００８】ＣＯ変成器から出る改質ガスは、未反応の
メタンと余剰水蒸気を除けば、水素と炭酸ガスとからな
っている。このうち水素が目的とする成分であるが、Ｃ
Ｏ変成器を経て得られる改質ガスについても、ＣＯは完
全には除去されず、微量のＣＯが含まれている。ＰＥＦ
Ｃに供給する燃料水素中のＣＯ含有量は１００ｐｐｍ
（容量、以下同じ）程度が限度であり、これを越えると
電池性能が著しく劣化するので、ＰＥＦＣへ導入する前
にできる限り除去しておく必要がある。
メタンと余剰水蒸気を除けば、水素と炭酸ガスとからな
っている。このうち水素が目的とする成分であるが、Ｃ
Ｏ変成器を経て得られる改質ガスについても、ＣＯは完
全には除去されず、微量のＣＯが含まれている。ＰＥＦ
Ｃに供給する燃料水素中のＣＯ含有量は１００ｐｐｍ
（容量、以下同じ）程度が限度であり、これを越えると
電池性能が著しく劣化するので、ＰＥＦＣへ導入する前
にできる限り除去しておく必要がある。
【０００９】このため、改質ガスはＣＯ変成器によりＣ
Ｏ濃度を１％程度以下まで低下させた後、ＣＯ酸化器に
かけられる。ここでは空気等の酸化剤ガスが添加され、
ＣＯの酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ2＝ＣＯ2）により、Ｃ
Ｏを１００ｐｐｍ程度以下、好ましくは５０ｐｐｍ以
下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下というように低減
させる。ＣＯ酸化器の作動温度は１００〜１５０℃程度
である。こうして精製された水素がＰＥＦＣの燃料極に
供給される。
Ｏ濃度を１％程度以下まで低下させた後、ＣＯ酸化器に
かけられる。ここでは空気等の酸化剤ガスが添加され、
ＣＯの酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ2＝ＣＯ2）により、Ｃ
Ｏを１００ｐｐｍ程度以下、好ましくは５０ｐｐｍ以
下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下というように低減
させる。ＣＯ酸化器の作動温度は１００〜１５０℃程度
である。こうして精製された水素がＰＥＦＣの燃料極に
供給される。
【００１０】ところで、ＰＥＦＣは電力の需要に応じて
起動させ、停止させることが必要である。これに対応し
て改質器の起動、停止を行い、これに連なるＣＯ変成器
及びＣＯ酸化器の起動、停止を行う必要がある。なお、
本明細書中、改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む
水素製造装置を適宜「改質系」と指称している。従来、
改質系を備えたＰＥＦＣでは、その停止時に、改質系内
に可燃性ガスを残存させず、またＰＥＦＣの燃料極側、
空気極側のガス圧バランスを維持して保護するために、
改質系内を窒素などの不活性ガス（図２参照）や水蒸気
（スチーム）を用いてパージしている。
起動させ、停止させることが必要である。これに対応し
て改質器の起動、停止を行い、これに連なるＣＯ変成器
及びＣＯ酸化器の起動、停止を行う必要がある。なお、
本明細書中、改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む
水素製造装置を適宜「改質系」と指称している。従来、
改質系を備えたＰＥＦＣでは、その停止時に、改質系内
に可燃性ガスを残存させず、またＰＥＦＣの燃料極側、
空気極側のガス圧バランスを維持して保護するために、
改質系内を窒素などの不活性ガス（図２参照）や水蒸気
（スチーム）を用いてパージしている。
【００１１】図３は改質器の停止時に水蒸気を用いる場
合の態様を説明する図である。改質器の停止時には、改
質部に水蒸気を通すことにより原料ガス及び改質ガスを
パージし、水蒸気の凝縮温度以上で水蒸気の流通を停止
する。しかし、この方法では、改質部に水蒸気が凝縮し
て残り、再起動時に、触媒表面あるいは触媒内部で凝縮
した水分の気化、蒸発が起こり、改質触媒に割れ等のダ
メージが現れる。
合の態様を説明する図である。改質器の停止時には、改
質部に水蒸気を通すことにより原料ガス及び改質ガスを
パージし、水蒸気の凝縮温度以上で水蒸気の流通を停止
する。しかし、この方法では、改質部に水蒸気が凝縮し
て残り、再起動時に、触媒表面あるいは触媒内部で凝縮
した水分の気化、蒸発が起こり、改質触媒に割れ等のダ
メージが現れる。
【００１２】また、水蒸気の凝縮により、改質系内が減
圧状態となり、外部から空気が漏れ込む可能性もある。
このとき、ＣＯ変成器内の変成触媒（主としてＣｕ−Ｚ
ｎ系触媒）は空気と接触すると常温で容易に酸化してし
まう。また、改質触媒は、常温で酸化することはない
が、再起動時に昇温することにより酸化し、水素などに
よる還元操作が必要となるばかりでなく、触媒の劣化が
促進されることになってしまう。
圧状態となり、外部から空気が漏れ込む可能性もある。
このとき、ＣＯ変成器内の変成触媒（主としてＣｕ−Ｚ
ｎ系触媒）は空気と接触すると常温で容易に酸化してし
まう。また、改質触媒は、常温で酸化することはない
が、再起動時に昇温することにより酸化し、水素などに
よる還元操作が必要となるばかりでなく、触媒の劣化が
促進されることになってしまう。
【００１３】このような事実からすると、改質器の起
動、停止には窒素などの不活性ガスを用いるほかはない
が、一般家庭向けなどに用いられるＰＥＦＣにおいて
は、不活性ガスを用いることができない。すなわち、不
活性ガスを用いるには、別途そのための設備が必要とな
り、不活性ガスの残量管理も必要となる。
動、停止には窒素などの不活性ガスを用いるほかはない
が、一般家庭向けなどに用いられるＰＥＦＣにおいて
は、不活性ガスを用いることができない。すなわち、不
活性ガスを用いるには、別途そのための設備が必要とな
り、不活性ガスの残量管理も必要となる。
【００１４】この点、特開２０００−９５５０４では、
改質系の停止時に、改質器に原料ガスと水蒸気を供給し
続け、改質触媒温度が原料ガスの熱分解温度以下に低下
した後、水蒸気のみを停止するとしている。その間、原
料ガスは改質器に供給し続ける。これにより、窒素など
の不活性ガスを用いなくとも改質触媒の酸化及び結露雰
囲気になることを防いでいる。
改質系の停止時に、改質器に原料ガスと水蒸気を供給し
続け、改質触媒温度が原料ガスの熱分解温度以下に低下
した後、水蒸気のみを停止するとしている。その間、原
料ガスは改質器に供給し続ける。これにより、窒素など
の不活性ガスを用いなくとも改質触媒の酸化及び結露雰
囲気になることを防いでいる。
【００１５】しかし、上記技術では、窒素などの不活性
ガスを用いなくとも改質触媒の酸化及び結露雰囲気にな
ることを有効に防ぐことができるが、改質系の停止後、
改質触媒層が原料ガスの熱分解温度以下になるまで改質
器に原料ガスと水蒸気を供給し続けているため、停止操
作に余分の原料ガスを要し、その分エネルギーロスとな
り、コスト高になる。また停止操作時に改質器で生成さ
れる改質ガスは放散するか、または別途その処理装置が
必要となり、放散する場合には、安全性や環境汚染の問
題が生じる。図４はこの内容を模式的に示した図であ
る。
ガスを用いなくとも改質触媒の酸化及び結露雰囲気にな
ることを有効に防ぐことができるが、改質系の停止後、
改質触媒層が原料ガスの熱分解温度以下になるまで改質
器に原料ガスと水蒸気を供給し続けているため、停止操
作に余分の原料ガスを要し、その分エネルギーロスとな
り、コスト高になる。また停止操作時に改質器で生成さ
れる改質ガスは放散するか、または別途その処理装置が
必要となり、放散する場合には、安全性や環境汚染の問
題が生じる。図４はこの内容を模式的に示した図であ
る。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、Ｐ
ＥＦＣの停止に伴う改質器の停止時における上記のよう
な問題点を解決することを目的とする。すなわち、本発
明は、ＰＥＦＣ用改質器の停止時において改質触媒の温
度如何により改質器パージ用のガスの種類を選ぶことに
より、改質触媒の酸化及び結露雰囲気になることを防ぐ
とともに、その操作をより経済的に実施できるＰＥＦＣ
用改質器の停止方法を提供することを目的とする。
ＥＦＣの停止に伴う改質器の停止時における上記のよう
な問題点を解決することを目的とする。すなわち、本発
明は、ＰＥＦＣ用改質器の停止時において改質触媒の温
度如何により改質器パージ用のガスの種類を選ぶことに
より、改質触媒の酸化及び結露雰囲気になることを防ぐ
とともに、その操作をより経済的に実施できるＰＥＦＣ
用改質器の停止方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は（１）固体高分
子形燃料電池に付設した改質器の停止方法であって、そ
の停止時に改質器改質部の改質触媒層を降温させるに際
し、改質器内の改質ガスを水蒸気でパージした後、改質
触媒層の温度が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下
で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上に低下した後、原料ガ
スを導入して改質器内の水蒸気をパージすることを特徴
とする固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供
する。
子形燃料電池に付設した改質器の停止方法であって、そ
の停止時に改質器改質部の改質触媒層を降温させるに際
し、改質器内の改質ガスを水蒸気でパージした後、改質
触媒層の温度が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下
で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上に低下した後、原料ガ
スを導入して改質器内の水蒸気をパージすることを特徴
とする固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供
する。
【００１８】本発明は（２）固体高分子形燃料電池に連
結した、改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質
系における改質器の停止方法であって、その停止時に改
質器改質部の改質触媒層を降温させるに際し、改質系内
の改質ガスを水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度
が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水
蒸気の凝縮温度以上に低下した後、原料ガスを導入して
改質系内の水蒸気をパージすることを特徴とする固体高
分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供する。
結した、改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質
系における改質器の停止方法であって、その停止時に改
質器改質部の改質触媒層を降温させるに際し、改質系内
の改質ガスを水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度
が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水
蒸気の凝縮温度以上に低下した後、原料ガスを導入して
改質系内の水蒸気をパージすることを特徴とする固体高
分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供する。
【００１９】本発明は（３）固体高分子形燃料電池に付
設した改質器の停止方法であって、その停止時に改質器
改質部の改質触媒層を降温させるに際し、改質器内の改
質ガスを水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度が原
料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気
の凝縮温度以上に低下した後、原料ガスを導入して改質
器内の水蒸気をパージするとともに、その排出原料ガス
を改質器燃焼部で一時的に燃焼させることを特徴とする
固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供する。
設した改質器の停止方法であって、その停止時に改質器
改質部の改質触媒層を降温させるに際し、改質器内の改
質ガスを水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度が原
料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気
の凝縮温度以上に低下した後、原料ガスを導入して改質
器内の水蒸気をパージするとともに、その排出原料ガス
を改質器燃焼部で一時的に燃焼させることを特徴とする
固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供する。
【００２０】本発明は（４）固体高分子形燃料電池に連
結した、改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質
系における改質器の停止方法であって、その停止時に改
質器改質部の改質触媒層を降温させるに際し、改質系内
の改質ガスを水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度
が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水
蒸気の凝縮温度以上に低下した後、原料ガスを導入して
改質系内の水蒸気をパージするとともに、その排出原料
ガスを改質器燃焼部で一時的に燃焼させることを特徴と
する固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供す
る。
結した、改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質
系における改質器の停止方法であって、その停止時に改
質器改質部の改質触媒層を降温させるに際し、改質系内
の改質ガスを水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度
が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水
蒸気の凝縮温度以上に低下した後、原料ガスを導入して
改質系内の水蒸気をパージするとともに、その排出原料
ガスを改質器燃焼部で一時的に燃焼させることを特徴と
する固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法を提供す
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明は、ＰＥＦＣに付設した改
質器の停止時に、改質器改質部の改質触媒層を降温（冷
却）させるに際し、改質器改質部内を水蒸気でパージし
た後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解が起こらな
い温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上に低下した
後、改質器改質部に原料ガスを導入して改質器改質部内
をパージすることを特徴とする。
質器の停止時に、改質器改質部の改質触媒層を降温（冷
却）させるに際し、改質器改質部内を水蒸気でパージし
た後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解が起こらな
い温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上に低下した
後、改質器改質部に原料ガスを導入して改質器改質部内
をパージすることを特徴とする。
【００２２】また、本発明は、ＰＥＦＣに連結した、改
質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質系における
改質器の停止時に、改質器改質部の改質触媒層を降温
（冷却）させるに際し、改質系内を水蒸気でパージした
後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解が起こらない
温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上に低下した
後、改質器改質部に原料ガスを導入して改質系内をパー
ジすることを特徴とする。改質触媒としては、特に限定
はないが、好ましくはＮｉ系やＲｕ系等の改質触媒が用
いられ、これらはアルミナ等の担体に担持して構成され
る。
質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質系における
改質器の停止時に、改質器改質部の改質触媒層を降温
（冷却）させるに際し、改質系内を水蒸気でパージした
後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解が起こらない
温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上に低下した
後、改質器改質部に原料ガスを導入して改質系内をパー
ジすることを特徴とする。改質触媒としては、特に限定
はないが、好ましくはＮｉ系やＲｕ系等の改質触媒が用
いられ、これらはアルミナ等の担体に担持して構成され
る。
【００２３】ここで、上記改質器改質部に導入する原料
ガスとしては、好ましくは脱硫器を通った脱硫済みの原
料ガスが用いられる。脱硫器としては常温吸着式脱硫剤
を充填した脱硫器であるのが好ましい。これに加えて、
その排出ガス（すなわちパージに用いた原料ガス）を改
質器燃焼部で一時的に燃焼させる。これにより、改質部
における改質触媒の酸化及び結露雰囲気になることをよ
り確実に防ぐとともに、その操作をより経済的に実施す
ることができる。
ガスとしては、好ましくは脱硫器を通った脱硫済みの原
料ガスが用いられる。脱硫器としては常温吸着式脱硫剤
を充填した脱硫器であるのが好ましい。これに加えて、
その排出ガス（すなわちパージに用いた原料ガス）を改
質器燃焼部で一時的に燃焼させる。これにより、改質部
における改質触媒の酸化及び結露雰囲気になることをよ
り確実に防ぐとともに、その操作をより経済的に実施す
ることができる。
【００２４】上記のように、本発明においては、そのパ
ージ後の排出ガスを改質器燃焼部で一時的に燃焼させる
ので、改質系外に可燃性ガスを排出することがない。こ
れにより、従来技術では生じた可燃性ガスをそのまま排
出することによる安全性の問題や環境汚染の問題につい
ても同一の改質系内で一挙に解決することができる。
ージ後の排出ガスを改質器燃焼部で一時的に燃焼させる
ので、改質系外に可燃性ガスを排出することがない。こ
れにより、従来技術では生じた可燃性ガスをそのまま排
出することによる安全性の問題や環境汚染の問題につい
ても同一の改質系内で一挙に解決することができる。
【００２５】また、特に、一般家庭用の燃料電池では起
動、停止操作を頻繁に行うことが想定され、停止操作の
エネルギーロスをできるだけ抑えることが重要である
が、本発明においては、改質器内ないし改質系内を水蒸
気でパージした後、脱硫済み原料ガスを、改質触媒層の
温度が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、しか
も水蒸気の凝縮温度以上に低下した後に導入してパージ
するので、導入原料ガスは一時的なパージに必要な最小
限の量で済み、停止操作時に余分の原料ガスを必要とし
ない。
動、停止操作を頻繁に行うことが想定され、停止操作の
エネルギーロスをできるだけ抑えることが重要である
が、本発明においては、改質器内ないし改質系内を水蒸
気でパージした後、脱硫済み原料ガスを、改質触媒層の
温度が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、しか
も水蒸気の凝縮温度以上に低下した後に導入してパージ
するので、導入原料ガスは一時的なパージに必要な最小
限の量で済み、停止操作時に余分の原料ガスを必要とし
ない。
【００２６】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないこと
はもちろんである。
【００２７】図５は本実施例で使用した装置を模式的に
示した図である。改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を
含む改質系にＰＥＦＣを連結させている。改質器燃焼部
としてバーナ形式のものを用い、また改質触媒層の温度
の計測のため、常法に従い、改質部に温度センサーを配
置した。改質触媒としてはアルミナにＮｉを担持した触
媒を使用した。実施例１及び２において、運転中のＰＥ
ＦＣの停止時点で改質器燃焼部のバーナの燃焼を停止さ
せ、各流体の供給（流通、導入）及び停止は弁操作によ
り行った。
示した図である。改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を
含む改質系にＰＥＦＣを連結させている。改質器燃焼部
としてバーナ形式のものを用い、また改質触媒層の温度
の計測のため、常法に従い、改質部に温度センサーを配
置した。改質触媒としてはアルミナにＮｉを担持した触
媒を使用した。実施例１及び２において、運転中のＰＥ
ＦＣの停止時点で改質器燃焼部のバーナの燃焼を停止さ
せ、各流体の供給（流通、導入）及び停止は弁操作によ
り行った。
【００２８】〈実施例１〉１００％ロード運転後の停止
操作 １００％ロード運転時に停止操作を行った。改質器改質
部に供給していた原料ガスを停止し、水蒸気のみを継続
して１５ｇ／ｍｉｎ（１分当り水蒸気１５ｇ）流通させ
た。改質系内に残留した水素リッチな可燃性ガスをパー
ジして、３ｍｉｎ後に水蒸気の供給を停止した。その
後、改質系を自然冷却により降温させ、改質触媒層の温
度が水蒸気の凝縮が起こらない温度である１４０℃（改
質器燃焼部温度１３３℃）に低下した時点で、脱硫器を
経た脱硫済み原料ガス２．５Ｌ／ｍｉｎを導入して改質
系内の水蒸気をパージした。このパージ開始とほぼ同時
に改質器燃焼部に空気２８Ｌ／ｍｉｎを導入し、ＣＯ酸
化器出口から排出される原料ガスを改質器燃焼部のバー
ナに導入して一時的に燃焼した。燃焼開始から４ｍｉｎ
後に改質触媒層温度が３８０℃まで上昇し、原料ガスに
よるパージを停止した。
操作 １００％ロード運転時に停止操作を行った。改質器改質
部に供給していた原料ガスを停止し、水蒸気のみを継続
して１５ｇ／ｍｉｎ（１分当り水蒸気１５ｇ）流通させ
た。改質系内に残留した水素リッチな可燃性ガスをパー
ジして、３ｍｉｎ後に水蒸気の供給を停止した。その
後、改質系を自然冷却により降温させ、改質触媒層の温
度が水蒸気の凝縮が起こらない温度である１４０℃（改
質器燃焼部温度１３３℃）に低下した時点で、脱硫器を
経た脱硫済み原料ガス２．５Ｌ／ｍｉｎを導入して改質
系内の水蒸気をパージした。このパージ開始とほぼ同時
に改質器燃焼部に空気２８Ｌ／ｍｉｎを導入し、ＣＯ酸
化器出口から排出される原料ガスを改質器燃焼部のバー
ナに導入して一時的に燃焼した。燃焼開始から４ｍｉｎ
後に改質触媒層温度が３８０℃まで上昇し、原料ガスに
よるパージを停止した。
【００２９】〈実施例２〉３０％ロード運転後の停止操
作 ３０％ロード運転時に停止操作を行った。改質器改質部
に供給していた原料ガスを停止し、水蒸気のみを継続し
て５ｇ／ｍｉｎ流通させた。改質系内に残留した水素リ
ッチな可燃性ガスをパージして、６ｍｉｎ後に水蒸気の
供給を停止した。その後、自然冷却により降温させ、改
質触媒層の温度が水蒸気の凝縮が起こらない温度である
１４０℃（改質器燃焼部温度１３３℃）に低下した時点
で、脱硫済み原料ガス２．５Ｌ／ｍｉｎを導入して改質
系内の水蒸気をパージした。このパージ開始とほぼ同時
に改質器燃焼部に空気２８Ｌ／ｍｉｎを導入し、ＣＯ酸
化器出口から排出される原料ガスを改質器燃焼部のバー
ナに導入して一時的に燃焼した。燃焼開始から４ｍｉｎ
後に改質触媒層温度が３８０℃まで上昇し、原料ガスに
よるパージを停止した。
作 ３０％ロード運転時に停止操作を行った。改質器改質部
に供給していた原料ガスを停止し、水蒸気のみを継続し
て５ｇ／ｍｉｎ流通させた。改質系内に残留した水素リ
ッチな可燃性ガスをパージして、６ｍｉｎ後に水蒸気の
供給を停止した。その後、自然冷却により降温させ、改
質触媒層の温度が水蒸気の凝縮が起こらない温度である
１４０℃（改質器燃焼部温度１３３℃）に低下した時点
で、脱硫済み原料ガス２．５Ｌ／ｍｉｎを導入して改質
系内の水蒸気をパージした。このパージ開始とほぼ同時
に改質器燃焼部に空気２８Ｌ／ｍｉｎを導入し、ＣＯ酸
化器出口から排出される原料ガスを改質器燃焼部のバー
ナに導入して一時的に燃焼した。燃焼開始から４ｍｉｎ
後に改質触媒層温度が３８０℃まで上昇し、原料ガスに
よるパージを停止した。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、ＰＥＦＣに付設した改
質器ないし改質系の停止時において、改質器改質部のパ
ージ用ガスの種類を選ぶことで、改質触媒の酸化及び結
露雰囲気になることを確実に防ぐとともに、その操作を
より経済的に実施できる。また、パージに用いた原料ガ
スを改質器燃焼部で一時的に燃焼させることにより、可
燃性ガスをそのまま排出することを回避し安全性や環境
汚染の問題を同一の改質系内で解決することができる。
質器ないし改質系の停止時において、改質器改質部のパ
ージ用ガスの種類を選ぶことで、改質触媒の酸化及び結
露雰囲気になることを確実に防ぐとともに、その操作を
より経済的に実施できる。また、パージに用いた原料ガ
スを改質器燃焼部で一時的に燃焼させることにより、可
燃性ガスをそのまま排出することを回避し安全性や環境
汚染の問題を同一の改質系内で解決することができる。
【図１】水蒸気改質器を模式的に示す図。
【図２】改質系を備えたＰＥＦＣで、その停止時に改質
系内を窒素でパージする例を示す図（従来例）。
系内を窒素でパージする例を示す図（従来例）。
【図３】水蒸気改質器の水蒸気による停止例を説明する
図（従来例）。
図（従来例）。
【図４】従来における水蒸気改質器の停止方法を示す
図。
図。
【図５】実施例で使用した装置を模式的に示した図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EB01 EB31 EB32 EB41 EB43 EB47 4G140 EA02 EA03 EA06 EB01 EB31 EB32 EB41 EB43 EB47 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 MM12 MM13
Claims (7)
- 【請求項１】固体高分子形燃料電池に付設した改質器の
停止方法であって、その停止時に改質器改質部の改質触
媒層を降温させるに際し、改質器内の改質ガスを水蒸気
でパージした後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解
が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上
に低下した後、原料ガスを導入して改質器内の水蒸気を
パージすることを特徴とする固体高分子形燃料電池用改
質器の停止方法。 - 【請求項２】固体高分子形燃料電池に連結した、改質
器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質系における改
質器の停止方法であって、その停止時に改質器改質部の
改質触媒層を降温させるに際し、改質系内の改質ガスを
水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度が原料ガスの
熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温
度以上に低下した後、原料ガスを導入して改質系内の水
蒸気をパージすることを特徴とする固体高分子形燃料電
池用改質器の停止方法。 - 【請求項３】固体高分子形燃料電池に付設した改質器の
停止方法であって、その停止時に改質器改質部の改質触
媒層を降温させるに際し、改質器内の改質ガスを水蒸気
でパージした後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解
が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上
に低下した後、原料ガスを導入して改質器内の水蒸気を
パージするとともに、その排出原料ガスを改質器燃焼部
で一時的に燃焼させることを特徴とする固体高分子形燃
料電池用改質器の停止方法。 - 【請求項４】固体高分子形燃料電池に連結した、改質
器、ＣＯ変成器及びＣＯ酸化器を含む改質系における改
質器の停止方法であって、その停止時に改質器改質部の
改質触媒層を降温させるに際し、改質系内の改質ガスを
水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度が原料ガスの
熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温
度以上に低下した後、原料ガスを導入して改質系内の水
蒸気をパージするとともに、その排出原料ガスを改質器
燃焼部で一時的に燃焼させることを特徴とする固体高分
子形燃料電池用改質器の停止方法。 - 【請求項５】上記水蒸気をパージするために改質系内に
導入する原料ガスの供給を改質触媒層の温度が原料ガス
の熱分解が起こらない温度以下で停止することを特徴と
する請求項３〜４のいずれかに記載の固体高分子形燃料
電池用改質器の停止方法。 - 【請求項６】上記水蒸気をパージするために改質系内に
導入する原料ガスが脱硫器を通った脱硫済み原料ガスで
ある請求項１〜５のいずれかに記載の固体高分子形燃料
電池用改質器の停止方法。 - 【請求項７】上記脱硫器が常温吸着式脱硫剤を充填した
脱硫器である請求項６に記載の固体高分子形燃料電池用
改質器の停止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000347213A JP4024470B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000347213A JP4024470B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002151124A true JP2002151124A (ja) | 2002-05-24 |
| JP4024470B2 JP4024470B2 (ja) | 2007-12-19 |
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ID=18820981
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000347213A Expired - Lifetime JP4024470B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4024470B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005314180A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | T Rad Co Ltd | 自己酸化内部加熱型改質装置の停止方法 |
| JP2005340075A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Kyocera Corp | 燃料電池の稼動停止方法 |
| JP2006137668A (ja) * | 2004-01-22 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素製造装置及び燃料電池発電装置 |
| US7195657B2 (en) | 2002-03-26 | 2007-03-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generation system and fuel cell system having the same |
| US7419518B2 (en) | 2004-01-22 | 2008-09-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generator and fuel cell system |
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-
2000
- 2000-11-14 JP JP2000347213A patent/JP4024470B2/ja not_active Expired - Lifetime
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