JP2003163024A

JP2003163024A - 改質型燃料電池システム

Info

Publication number: JP2003163024A
Application number: JP2001359619A
Authority: JP
Inventors: Emi Kawasumi; えみ川澄
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】パージ用の窒素補給を不要とするとともに、
システムを小型化し、移動体用に好適な改質型燃料電池
システムを提供する。【解決手段】ガス分離装置１は、空気５８から窒素５
５を分離し、システム停止時に改質器４へパージ用の窒
素５５を供給する一方、起動時に酸素リッチガス５６を
改質器４へ供給して暖機を早める。制御装置９は、ガス
分離装置１へ空気５８を供給する経路を開閉する空気充
填バルブ１０、ガス分離装置１から改質器４へ窒素を供
給する経路を開閉する窒素供給バルブ１１、ガス分離装
置１から改質器４へ酸素リッチガスを供給する経路を開
閉する酸素リッチガス供給バルブ１２、ガス分離装置１
から図外の燃焼器や外部へ酸素リッチガスを供給する経
路を開閉する酸素リッチガス供給バルブ１３の開閉を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原燃料を改質して
燃料ガスを得る改質型燃料電池システムに係り、特に、
システム停止時に改質反応器内部を窒素パージする改質
型燃料電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に燃料電池システムは、電解質を挟
んで燃料極および空気極を配置した単位セルを複数個積
層して構成される燃料電池本体（スタック）を備え、燃
料極側に反応用の水素を含むガスを、空気極側に反応用
の空気を供給し、燃料極と空気極の間の電解質部で電気
化学反応させることにより、化学エネルギーを直接電力
に変換する発電を行う。現在最も実用化されている燃料
電池システムは、電解質部としてリン酸を用いたリン酸
型燃料電池システムであるが、固体高分子を電解質とし
て用いた高分子電解質型燃料電池システムが車両用の電
源として開発されている。

【０００３】また、燃料電池システムは、燃料極への水
素供給方法によって、圧縮気体水素、液体水素、水素吸
蔵合金に吸蔵させた水素等の水素を直接利用する直接水
素供給型と、水素以外の原燃料から燃料改質により水素
を取り出す改質型に分類される。

【０００４】改質型燃料電池システムにおいては、天然
ガス等の炭化水素やメタノールといった原燃料を、水蒸
気や酸素を含むガスと混合し、燃料改質部で反応させる
ことにより、水素リッチな改質ガスを生成し、その改質
ガスを燃料電池本体の燃料極に供給する。

【０００５】次に、従来の改質型燃料電池システムを図
４を参照して説明する。従来の改質型燃料電池システム
は、原燃料供給装置２から供給される原燃料ガス５１、
水蒸気供給装置３から供給される水蒸気５２及び空気５
３を混合し、水素リッチな改質ガス５７に改質する改質
器４と、改質器４で生成された改質ガス５７を燃料極６
に供給し、空気極８に供給される空気５４と反応させる
ことにより発電を行う燃料電池本体５により構成され
る。さらに、改質器４の上流においては、システム運転
停止時にシステム内をパージする窒素を供給するために
窒素供給装置１０１を有している。

【０００６】燃料電池本体５は、電解質部７を挟んで、
燃料極６及び空気極８を配置した単位セルにより構成さ
れており、空気極８には空気５４が供給される。また、
図１で図示するのは省略しているが、実際の燃料電池に
おいては、燃料極６、電解質部７、空気極８からなる単
位セルをガス分離板を介して複数積層することにより燃
料電池本体５を構成している。

【０００７】また、改質器４は内部に図示しない触媒を
担持しており、原燃料ガス５１、水蒸気５２及び空気５
３を改質器４で混合して供給し、改質器４内部の触媒が
化学反応を促進することにより、燃料極６に供給する改
質ガス５７を生成する。

【０００８】上記燃料電池システムの停止及び起動方法
について説明する。

【０００９】システム停止時、改質器４への原燃料ガス
５１、水蒸気５２、空気５３の供給を停止させたのち、
窒素供給装置１０１より窒素５５を供給し、改質器４及
び燃料電池本体５により構成される改質型燃料電池シス
テム内部をパージする。このパージの目的は、改質器４
の内部の触媒の酸化及び加湿防止と、燃料電池本体５の
燃料極側で生成される水分を排出し、結露等による再起
動時の水詰まりを防止することである。

【００１０】しかし、燃料電池発電中は改質器４では２
００℃以上の高温状態となる部分があるため、システム
停止時にパージを行っても、温度低下に伴い改質器４及
び配管、燃料電池本体５の内部のガス圧が低下し、燃料
電池本体下流より、空気が逆流し、改質器の触媒を酸化
させる。そこで停止中の外気の流入による触媒の酸化反
応を防止する為に、定期的に窒素５５を一定量供給する
ようにしていた。

【００１１】また、システム起動時、改質器４に原燃料
ガス５１、水蒸気５２、空気５３を供給する際に、通常
運転時より空気５３の流量を増加させて導入することに
より、原燃料ガス５１の酸化反応を促進させ、酸化反応
に伴う発熱により改質器４を暖機する。暖機が完了した
ところで、空気５３の流量を、通常のシステム運転時の
酸素必要量に適合するように調整し、通常運転に切替え
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の改質型燃料電池システムにおいては、運転を停止す
る際のパージ、あるいは長期間停止状態が継続する際の
定期的パージのために窒素が消費されるので、窒素供給
装置の貯蔵容量と一回のパージに使用する窒素量とで定
まるパージ回数毎に、窒素供給装置に窒素を補給する必
要があるという問題点があった。

【００１３】また、改質型燃料電池システムを移動体に
適用するためには、システムの小型化が必須であるが、
窒素供給装置を小型化すると貯蔵容量が減少するので窒
素補給の頻度が高まることによる整備工数が増加し、逆
に、窒素供給装置の貯蔵容量を大きくするとシステム小
型化ができないという問題点があった。

【００１４】さらに、起動時にも改質触媒に空気を供給
するため、暖機のための酸化反応に寄与しない空気中の
窒素が熱量を奪うので、起動時に改質触媒の自己発熱に
よる暖機が遅れるという問題点があった。

【００１５】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、パ
ージのみを目的とした窒素補給装置を不要とすることが
できる改質型燃料電池システムを提供することである。

【００１６】また、本発明の目的は、システムを小型化
し、移動体用に好適な改質型燃料電池システムを提供す
ることである。

【００１７】さらに本発明の目的は、暖機時間を短縮す
ることができる改質型燃料電池システムを供給すること
である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、改質触媒を担持し、原燃
料、水蒸気、空気を混合・反応させることにより水素リ
ッチな改質ガスを生成する燃料改質部、燃料改質部で生
成された改質ガスを燃料極に、空気を空気極に供給し、
燃料極と空気極の間の電解質層で発電を行う燃料電池本
体を有する改質型燃料電池システムにおいて、空気から
窒素を分離するガス分離装置を備え、システム停止時
に、前記ガス分離装置で分離した窒素を前記燃料改質部
に充填する窒素パージを行うことを要旨とする。

【００１９】上記目的を達成するため、請求項２記載の
発明は、請求項１記載の改質型燃料電池システムにおい
て、前記ガス分離装置は、空気中の酸素を吸着脱離する
ことにより窒素を分離する吸着式装置であり、その吸着
剤担持部が１基であることを要旨とする。

【００２０】上記目的を達成するため、請求項３記載の
発明は、請求項１記載の改質型燃料電池システムにおい
て、前記ガス分離装置は、空気中の窒素を吸着脱離する
ことにより窒素を分離する吸着式装置であり、その吸着
剤担持部が１基であることを要旨とする。

【００２１】上記目的を達成するため、請求項４記載の
発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の
改質型燃料電池システムにおいて、前記ガス分離装置の
副産物である酸素あるいは酸素リッチなガスをシステム
起動時に用いることを要旨とする。

【００２２】上記目的を達成するため、請求項５記載の
発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の
改質型燃料電池システムにおいて、前記ガス分離装置の
容量は、窒素パージを行う前記燃料改質部の容量に従っ
て定めたことを要旨とする。

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、改質触媒
を担持し、原燃料、水蒸気、空気を混合・反応させるこ
とにより水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質部、
燃料改質部で生成された改質ガスを燃料極に、空気を空
気極に供給し、燃料極と空気極の間の電解質層で発電を
行う燃料電池本体を有する改質型燃料電池システムにお
いて、空気から窒素を分離するガス分離装置を備え、シ
ステム停止時に、前記ガス分離装置で分離した窒素を前
記燃料改質部に充填する窒素パージを行うようにしたの
で、空気中より分離精製した窒素を用いて窒素パージで
きるようになり、システム内に窒素貯蔵タンクを設ける
必要が無くなりシステムを小型軽量化することができる
とともに、外部より窒素貯蔵タンクに窒素を補充する必
要がないため、燃料電池システムの保守工数を削減する
ことができるという効果がある。

【００２４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の改質型燃料電池システムにおいて、前記ガス分離装
置は、空気中の酸素を吸着脱離することにより窒素を分
離する吸着式装置であり、その吸着剤担持部が１基であ
るようにしたので、システム停止にのみ使用する窒素を
小型の装置から供給することができるとともに、吸着剤
が酸素を吸着できる能力を有する間は、窒素ガスを燃料
改質部に供給することができるので、窒素を蓄える必要
がなくなるという効果がある。

【００２５】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の改質型燃料電池システムにおいて、前記ガス分離装
置は、空気中の窒素を吸着脱離することにより窒素を分
離する吸着式装置であり、その吸着剤担持部が１基であ
るようにしたので、吸着効果の高い窒素吸着剤を利用し
て窒素を分離することができるという効果がある。

【００２６】請求項４記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項３のいずれか１項記載の改質型燃料電池シス
テムにおいて、前記ガス分離装置の酸素あるいは酸素リ
ッチなガスをシステム起動時に用いるようにしたので、
システム起動時の酸化反応が促進され、発熱量を増やす
とともに、窒素の熱容量による熱損失を削減できるた
め、システムの暖機時間を短縮することができるという
効果がある。

【００２７】また、起動時に燃焼温度の高い起動燃焼器
を用いる場合に、窒素が存在しないために窒素酸化物の
発生を抑えることができる。

【００２８】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項３のいずれか１項記載の改質型燃料電池シス
テムにおいて、前記ガス分離装置の容量は、窒素パージ
を行う前記燃料改質部の容量に従って定めたことによ
り、ガス分離装置の最適なサイズ決定及び効率的な燃料
電池システムの運転ができるという効果がある。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る改質
型燃料電池システムの実施形態の構成を説明するシステ
ム構成図である。ここでは、吸着部を１基有する吸着型
窒素分離装置をガス分離装置として用いている。なお、
図１において、図４に示した従来のブロック図と同一の
構成要素には、同一の符号を付与している。

【００３０】図１において、改質型燃料電池システム
は、空気５８から窒素５５を分離し、システム停止時に
改質器４へ窒素５５を供給するガス分離装置１と、改質
器４へ炭化水素やアルコール等の原燃料５１を供給する
原燃料供給装置２と、改質器４へ改質用の水蒸気５２を
供給する水蒸気供給装置３と、原燃料５１を、水蒸気５
２及び空気５３を用いて改質し水素リッチな改質ガス５
７を生成する燃料改質部としての改質器４と、改質ガス
５７が供給される燃料極６と電解質部７と空気極８を有
する燃料電池本体５と、ガス分離装置１へ空気５８を供
給する経路を開閉する空気充填バルブ１０と、ガス分離
装置１から改質器４へ窒素を供給する経路を開閉する窒
素供給バルブ１１と、ガス分離装置１から改質器４へ酸
素リッチガスを供給する経路を開閉する酸素リッチガス
供給バルブ１２と、ガス分離装置１から図外の燃焼器や
外部へ酸素リッチガスを供給する経路を開閉する酸素リ
ッチガス供給バルブ１３と、これらのバルブ１０，１
１，１２，１３の開閉を制御する制御装置９と、を備え
ている。

【００３１】また、図示してはいないが、改質型燃料電
池システムの起動及び停止の要求信号を外部より入力
し、原燃料ガス５１、水蒸気５２及び空気５３，５４，
５８の供給を制御するコントローラおよび、起動時に改
質器４の温度を推定する温度推定手段も有している。

【００３２】さらに、ガス分離装置１は、以下のような
構成を取っている。装置内には、ガス吸着部があり、吸
着剤が充填されている。吸着剤としては一般的にはカー
ボンモレキュラーシーブス（ＣＭＳ、炭素分子篩）など
用いられる。吸着剤には、微細孔が多数有り、この微細
孔でガスを吸着する。

【００３３】ＣＭＳ等の吸着剤における窒素と酸素の吸
着量はほぼ同一であるが、吸着速度が異なり、分子径の
小さい酸素の方が、微細孔における吸着速度が速く、先
に吸着される性質を有する。この吸着速度の差を利用し
て、窒素と酸素を分離する。このとき、同時に空気中の
水分や、炭酸ガスも吸着剤に吸着されて除去され、原料
空気中より窒素ガスが分離精製される。

【００３４】この時、吸着部には、空気を２〜３×１０
⁵Ｐａ（ゲージ圧）に加圧して供給し、加圧押し出しに
よって、酸素を吸着剤に吸着させ、窒素ガス５５を取り
出す。また、吸着剤に吸着された酸素リッチガス５６
は、真空ポンプ等で脱離する。この吸着と脱離を繰り返
すことにより、吸着剤は何度でも利用できる。

【００３５】さらに、ガス分離装置１から脱離して発生
した酸素あるいは酸素リッチガス（以下、酸素リッチガ
スに酸素も含める）を起動に利用する。システム起動
時、前記酸素リッチガスを、原燃料５１及び水蒸気５２
と共に改質器４に導入する。この時、空気５３も同時に
供給するものであってもよい。酸素と原燃料による酸化
反応の自己発熱を利用して、改質器４及びその内部の改
質触媒を暖機する。また、自己発熱による熱を利用し
て、原燃料と水蒸気が反応（水蒸気改質反応：吸熱反
応）する。

【００３６】この酸素リッチガスを用いる代わりに全量
空気５３でまかなうことも可能であるが、自己発熱に無
関係な空気中に含まれる窒素の割合及びその熱容量によ
り、暖機に必要な熱量が増大する。このため、全量空気
でまかなう場合は、酸素リッチガスを利用する場合に比
べて、暖機に要する時間が長引くと共に、暖機に要する
原燃料の量が増加することになる。

【００３７】これより、ガス分離装置１で空気から分離
した酸素リッチガスを起動に使用することにより、起動
時間の短縮と、燃費の改善という効果がある。

【００３８】また、一般的に、吸着式のガス分離装置
は、ガスの安定供給のために複数の吸着部を有するもの
であるが、本システムにおいては、停止・起動のみに使
用することとしたため、１基の吸着部を有するガス分離
装置であれば良い。そして、吸着剤が酸素を吸着できる
能力を有する間は、窒素ガスを改質器に供給することが
できるので、窒素を蓄える窒素貯蔵器が不要となり、シ
ステムを小型化することができる。

【００３９】次に、図２及び図３のフローチャートを参
照して、本実施形態の運転手順を説明する。まず図２に
より、通常システム停止時の運転手順を説明する。通常
のシステム運転中は、ステップＳ１０のシステムを停止
するか否かの判定がＮｏであり、ステップＳ１４におい
て、運転条件に応じて改質器４へ、原燃料ガス５１、水
蒸気５２および空気５３を供給する。燃料電池本体５
は、改質器４で生成した改質ガス５７と、別途空気供給
装置から供給される空気５４を用いて発電を行う。この
とき、ステップＳ３０に示すように、ガス分離装置１に
おいては、加圧した空気を取り込む空気充填バルブ１０
を開とし、下流の窒素ガス供給配管に設けられた窒素供
給バルブ１１、及び酸素リッチガス供給バルブ１２，１
３は共に閉とする。空気充填バルブ１０を介してガス分
離装置１に加圧した空気５８を取り込み、装置内を加圧
することにより、ガス分離装置１内では、窒素ガスを分
離する準備が完了する。

【００４０】システム運転停止の信号が出ると、ステッ
プＳ１０におけるシステムを停止するか否かの判定がＹ
ｅｓとなり、ステップＳ１２で、改質器４への原燃料ガ
ス５１、水蒸気５２および空気５３の供給を停止する。
ステップＳ１６の判定で改質器４へこれらのガス供給が
停止したことが確認されると、ステップＳ１８でパージ
用窒素供給の指示をガス分離装置１に行う。ガス分離装
置１は、この指示を受けるとステップＳ３２で、窒素供
給バルブ１１を開放する。これにより、ガス分離装置１
下流が開放されるため、加圧された空気５８が空気充填
バルブ１０を介してガス分離装置１内に流入する。

【００４１】そして、ステップＳ２０で、空気中の酸
素、水分及び炭酸ガスが吸着剤に吸着されたのちに、ガ
ス分離装置１下流より窒素ガス５５が流出し、窒素供給
バルブ１１を介して窒素５５が改質器４に供給され、窒
素パージする。次いでステップＳ２２において、改質器
４が確実にパージされたことを確認した後に、システム
を停止する。

【００４２】次に図３を参照して、システム起動時の運
転手順を説明する。システムが停止している状態では、
燃料改質器側は、ステップＳ４０でセルフループしてシ
ステム起動信号を待っている。一方、ガス分離装置側の
停止状態では、空気充填バルブ１０、及び窒素供給バル
ブ１１を開き、酸素リッチガス供給バルブ１２，１３を
閉じた状態である。

【００４３】システム停止状態でシステム起動開始の信
号が入力されると、ステップＳ４０のシステムを起動す
るか否かの判定がＹｅｓとなり、ステップＳ４２で燃料
改質システム側からガス分離装置側へ、窒素供給停止を
指示して、ステップＳ４４へ移行する。

【００４４】窒素供給停止の指示を受けたガス分離装置
側は、ステップＳ５２で空気充填バルブ１０、及び窒素
供給バルブ１１を閉じて、酸素リッチガス供給バルブ１
２，１３は閉じた状態が継続し、ガス分離装置１内を真
空ポンプなどで減圧して、吸着剤から酸素リッチガス５
６を脱離する。

【００４５】次いで、ステップＳ５４で、改質器４の温
度を推定し、推定した温度から通常起動か再起動（ホッ
トリスタート）かを判定する。通常起動（常温起動）で
あるならば、ステップＳ５６で酸素リッチガス供給バル
ブ１２を開いて、酸素リッチガス５６を改質器４に供給
する。改質器４において、原燃料ガス５１は、空気５３
だけでなく、酸素リッチガス５６とも酸化反応を行い発
熱するため、発熱量が増大し、改質器４の暖機を早める
ことになる。

【００４６】また、ステップＳ５４の判定で、暖機が完
了した状態での再起動（ホットリスタート）と判断され
た場合は、改質器４の暖機の必要はない。このため、ス
テップＳ５８で、酸素リッチガス供給バルブ１３を開放
（酸素リッチガス供給バルブ１２は閉）し、酸素リッチ
ガス５６をシステムの外部に放出する。

【００４７】ステップＳ６０では、酸素リッチガスが全
て吐出されたかどうかを判定し、全て吐出されていなけ
れば、ステップＳ６２で吐出を継続して、ステップＳ６
０へ戻る。酸素リッチガス５６がすべて吸着剤から脱離
されると、ガス分離装置１からの酸素リッチガス５６の
吐出は終了し、ステップＳ６４で、空気充填バルブ１０
を開放して、酸素リッチガス供給バルブ１２あるいは酸
素リッチガス供給バルブ１３を閉として、空気５８によ
り再びガス分離装置１内を昇圧して、次回の停止の窒素
供給の準備を行う。

【００４８】システム側では、ステップＳ４２で窒素供
給停止を指示した後、ステップＳ４４で、改質器４への
原燃料ガス５１、水蒸気５２及び空気５３の供給を開始
する。次いで、通常起動の場合には、ステップＳ４６で
改質器４を暖機し、ステップＳ４８で暖機が完了したか
否かを改質器４の温度推定手段の推定結果を用いて判定
する。暖機が完了すれば、定常運転へ移行する。ホット
リスタートの際には、既に暖機は完了している状態であ
るので、直ちに、定常運転に移行する。

【００４９】ここで、ガス分離装置１の容量について記
載する。実施形態のガス分離装置１は吸着速度の差を利
用して、吸着速度の遅い窒素を分離している。また、空
気中に含まれるガス成分の約７９％が窒素であり、ガス
分離装置の吸着剤に吸着されるガス量は、供給空気流量
の約２５％程度である。これにより、ガス分離装置から
は、供給空気量の７５％程度の窒素ガスが得られる。ま
た、窒素は、吸着剤が酸素を吸着できる能力を有する間
はガス分離装置内を加圧して空気を供給することによ
り、常に分離精製することができる。

【００５０】一方、改質型燃料電池システムにおいて、
停止時に窒素にてパージを行わなければならないのは、
燃料改質部である。これらのことより、ガス分離装置１
では、改質器４をパージするために必要な量の窒素をま
かなう空気量に含まれる酸素や炭酸ガス及び水蒸気を吸
着できるだけの吸着剤量を少なくとも保有していなけれ
ばならない。すなわち、ガス分離装置１の容量は、吸着
剤量によって決定でき、その吸着剤量（吸着部容量）は
システム、特に改質器４の容量によって決定することが
できる。

【００５１】なお、本実施形態では、ガス分離装置１に
圧力制御装置を備えておらず、空気５８の圧力で通常運
転時にガス分離装置内を昇圧し、圧力を保持させる構成
としたが、ガス分離装置内の圧力を推定する手段を有
し、所定の圧力に達したところで空気充填バルブ１０を
閉として、圧力を保持し、窒素ガスを分離できる状態を
維持しても良い。また、ホットリスタートの際に、酸素
リッチガス５６を酸素リッチガス供給バルブ１３から外
部から外部に放出する例を用いたが、燃料電池本体１下
流に、燃焼器を有するようなシステムであれば、酸素リ
ッチガス供給バルブ１３の下流を燃焼器に接続し、酸素
リッチガス５６を燃焼器に供給して、助燃燃料としても
よいし、酸素を必要とする、他の構成要素に導入する構
成としてもよい。

【００５２】本実施形態においては窒素（または酸素）
を貯蔵するタンクは有していないシステムを用いたが、
通常運転中において、吸着・脱離を連続的に行い精製さ
れたガスを貯蔵するタンクを有していてもよい。

【００５３】また、本実施形態においては、窒素パージ
は燃料改質部のみを対象に行うような構成としたが、改
質型燃料電池システム全体を窒素パージするような構成
であってもよい。

【００５４】さらに、本実施形態におけるガス分離装置
は、酸素吸着剤を用いて酸素を吸着し、窒素を分離する
ものを用いて説明したが、この逆に窒素吸着剤を用い
て、窒素と酸素とを分離するタイプのガス分離装置を用
いてもよい。

【００５５】即ち、空気中の窒素を吸着剤に吸着して、
窒素と酸素を分離するようなガス分離装置であって、吸
着剤から脱離される窒素ガスで改質型燃料電池システム
内をパージするものであってもよい。

【００５６】この場合、ガス分離装置内に設置される吸
着剤は、ゼオライトや窒素分子のサイズに最適化したカ
ーボンモレキュラーシーブス等の分子篩を用いることが
できる。ゼオライトを吸着剤として使用する場合には、
特に窒素分子の極性（双極子、四重極子モーメント）が
大きいことに由来する、ゼオライトの結晶構造中のカチ
オンによる静電引力による吸着が大きく作用する。

【００５７】また本実施形態においては、加圧時の吸着
速度の違いによってガスを分離する方式を用いて説明し
たが、ガス分離の方法は、温度による吸着速度の違いを
用いるものであってもよいし、吸着平衡をもちいてガス
を分離するようなものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る改質型燃料電池システムの実施形
態の構成を示すシステム構成図である。

【図２】本実施形態におけるシステム停止時の運転手順
を説明するフローチャートである。

【図３】本実施形態におけるシステム起動時の運転手順
を説明するフローチャートである。

【図４】従来例の改質型燃料電池システムの構成を示す
システム構成図である。

【符号の説明】

１…ガス分離装置２…原燃料供給装置３…水蒸気供給装置４…改質器５…燃料電池本体６…燃料極７…電解質部８…空気極９…制御装置１０…空気充填バルブ１１…窒素供給バルブ１２，１３…酸素リッチガス供給バルブ５１…原燃料ガス５２…水蒸気５３，５４，５８…空気５５…窒素ガス５６…酸素リッチガス５７…改質ガス

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０１Ｂ 13/02 Ｃ０１Ｂ 13/02 Ａ 21/04 21/04 ＤＨ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 ＨＸＹ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】改質触媒を担持し、原燃料、水蒸気、空
気を混合・反応させることにより水素リッチな改質ガス
を生成する燃料改質部、燃料改質部で生成された改質ガ
スを燃料極に、空気を空気極に供給し、燃料極と空気極
の間の電解質層で発電を行う燃料電池本体を有する改質
型燃料電池システムにおいて、空気から窒素を分離するガス分離装置を備え、システム停止時に、前記ガス分離装置で分離した窒素を
前記燃料改質部に充填する窒素パージを行うことを特徴
とする改質型燃料電池システム。
【請求項２】前記ガス分離装置は、空気中の酸素を吸
着脱離することにより窒素を分離する吸着式装置であ
り、その吸着剤担持部が１基であることを特徴とする請
求項１記載の改質型燃料電池システム。
【請求項３】前記ガス分離装置は、空気中の窒素を吸
着脱離することにより窒素を分離する吸着式装置であ
り、その吸着剤担持部が１基であることを特徴とする請
求項１記載の改質型燃料電池システム。
【請求項４】前記ガス分離装置の副産物である酸素リ
ッチなガスをシステム起動時に用いることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の改質型燃
料電池システム。
【請求項５】前記ガス分離装置の容量は、窒素パージ
を行う前記燃料改質部の容量に従って定めたことを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の改
質型燃料電池システム。