JP2004134226A

JP2004134226A - 燃料電池発電設備とその運転停止方法

Info

Publication number: JP2004134226A
Application number: JP2002297251A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ohara; 大原　宏明; Yasuaki Yamanaka; 山中　康朗; Minoru Mizusawa; 水澤　実; Kazunori Kobayashi; 小林　和典
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: JP4427707B2

Abstract

【課題】パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制でき、かつ制御が容易である燃料電池発電設備とその運転停止方法を提供する。
【解決手段】互いに連通された複数の触媒反応器と、複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁３２ａを有する原料ライン３２と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁３３と、排気調節弁から外部に連通する排気ライン３４と、排気ラインの途中に設けられ運転中に排気ラインのガスを貯留する貯留装置３６と、ガス補給弁３８ａを有し貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給するガス補給ライン３８とを備える。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電設備とその運転停止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＰＥＦＣ）は、図５の原理図に示すように、電解質にプロトン（Ｈ^＋）導電性を有する高分子膜１を用い、この膜の両側に薄い多孔質Ｐｔ触媒電極２（アノードとカソード）を付けた構造を有する。それぞれの電極にＨ_２およびＯ_２を供給し、室温〜１００℃前後で動作させると、Ｈ_２はＨ_２極（アノード）でＨ^＋　　に酸化され、Ｈ^＋は膜内を移動してＯ_２極（カソード）に到達する。一方ｅ⁻は外部回路を通って電気的な仕事をしたのち、Ｏ_２極に到達する。Ｏ_２極ではＯ_２が到達したＨ^＋およびｅ⁻と反応してＨ_２Ｏに還元される。従って、全体反応は、水素が酸化して水が形成される反応である。
【０００３】
上述した固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電設備は、例えば、［特許文献１］に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３５４１４５号公報
【０００５】
図６は、特許文献１に開示された燃料電池発電設備の全体構成図である。この図において、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは熱交換器（ガスガス熱交換器）、８ａ，８ｂは冷却器、９は加湿器、１１は燃料ブロア、１２は脱硫器、１３は水噴射器、１４はシフトコンバータ、１５はＣＯ除去器、１６は水噴射クーラ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃは水セパレータ、１８は補助燃焼器、１９はターボチャージャ、２０は固体高分子型燃料電池（燃料電池）、２２は改質器、２２ａは燃焼器、２４は排ガスリサイクルライン、２５はアノード排ガスブロア、２６は排ガス循環ブロア、２８は蒸気発生器、２９は冷却水循環系、３０は排ガス蒸気発生器である。
【０００６】
上述した固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、ＣＯに被毒されやすく、そのため、電池が許容できる１０〜１００ｐｐｍ程度までＣＯ含有量を低減する必要がある。そのため、特許文献１の発電設備では、改質器２２の下流にシフトコンバータ１４およびＣＯ除去器１５を設けてＣＯ含有量を低減している。また、ＰＥＦＣは、電解質膜（膜／電解質接合体）が適度に湿っている必要がある。そのため、特許文献１の発電設備では、ＣＯ除去器１５を出たアノードガスを水噴射クーラ１６で電池入口温度（例えば約８０℃前後）まで下げる過程で水分を除去すると共にカソードガスにも加湿するようになっている。
【０００７】
上述した固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電設備の運転を停止する場合、燃料処理装置部（改質反応器２２、シフト反応器１４、ＣＯ除去反応器１５等）や燃料電池２０の触媒を内蔵する反応器（以下、単に「触媒反応器」と呼ぶ）の性能劣化を防止する必要がある。また、触媒反応器の前後を遮断して内部を単に閉じ込めると、高温ガス（最大運転温度、約７００℃）が常温まで冷却されたときにガス容量が減少して内部が負圧となり、触媒反応器の容器が変形し触媒反応器に損傷を与えるおそれがある。
【０００８】
そこで従来は、図７に模式的に示すように、燃料処理装置部にガスボンベ４とガス供給ライン５を設け、運転を停止後に水素パージ、窒素パージ又は水蒸気パージを行っていた。
【０００９】
水素パージは、反応停止後に各触媒反応器内を水素ガスでパージし、ガスライン出入口（原料供給弁１０、アノード入口弁２０ａ、アノードバイパス弁２０ｂ）を閉切って燃料処理装置部の各触媒反応器内を閉切りにする。温度低下に伴って反応器内の圧力が下がると共に水素ガスをガスボンベ４とガス供給ライン５から補充することで、反応器の圧力が負圧になることを避ける手段である。そのために改質反応器２２の上流側に水素ガス供給ライン及び水素ボンベを設けるものである。
【００１０】
窒素パージは、同様に、反応停止後に触媒を含む反応器内を窒素ガスでパージし、ガスライン入口出口を閉切って燃料処理装置部を閉切りにする。温度低下に伴って反応器内の圧力が下がると共に窒素ガスを補充することで、反応器の圧力が負圧になることを避ける手段である。そのために改質反応器２２の上流側に窒素ガス供給ライン及び窒素ボンベを設けるものである。
【００１１】
水蒸気パージは、反応停止後に触媒を含む反応器内を水蒸気ガスでパージし、ガスライン入口出口を閉切って燃料処理装置部を閉切りにする。温度低下に伴って反応器内の圧力が下がると共に空気を補充することで、反応器の圧力が負圧になることを避ける手段である。
【００１２】
また、他の運転停止手段として、［特許文献２］が開示されている。
【００１３】
【特許文献２】
特開２００２−１００３８７号公報
【００１４】
特許文献２の「改質システム」は、図８に示すように、改質空気、メタノール及び水を用いて改質部１１１、ＣＯ選択酸化部１１２により改質をして改質ガスを生成して燃料電池部１１３に供給する改質システムにおいて、システム停止時に、第１温度計測部１４１で計測された改質部１１１の温度値及び第２温度計測部１４３で計測されたＣＯ選択酸化部１１２の温度値、及び圧力計測部１４２で計測された第２流路１２２の圧力値を用いて、改質部１１１及びＣＯ選択酸化部１１２内に残存する改質ガスの圧力値が常温時に常圧となる圧力値を演算し、演算して得た圧力値とするようにシャットオフ弁１３１及び第１流量調整弁１３２を制御する制御部１４４を備えるものである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した水素パージは、水素パージは、水素ガスを用いるため、各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる利点があるが、ボンベ交換が必要であり、メンテナンス性および経済メリットが低い。また、水素ガスは高価である問題点がある。
【００１６】
また、窒素パージは、窒素ガスを用いるため、安価である利点があるが、水素パージと同様にボンベ交換が必要であり、メンテナンス性および経済メリットが低い問題点がある。
【００１７】
水蒸気パージは、窒素パージよりも更に安価であるが、空気及び水蒸気により触媒の酸化反応を引き起こして触媒を劣化させ、或いは酸化により反応器部が高温化し、その劣化を促進するおそれがある。
また、特許文献２の「改質システム」は、改質部１１１及びＣＯ選択酸化部１１２内に残存する改質ガスの圧力値が常温時に常圧となる圧力値を演算し、演算して得た圧力値とするようにシャットオフ弁１３１及び第１流量調整弁１３２を制御するため、パージガスを必要としないが、運転制御が複雑である、運転停止後内圧が常圧となるまで長時間制御を継続する必要がある、シャットオフ弁１３１を通して空気が流入し触媒の酸化反応を引き起こして触媒を劣化させ、或いは酸化により反応器部が高温化し、その劣化を促進するおそれがある等の問題点があった。
【００１８】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制でき、かつ制御が容易である燃料電池発電設備とその運転停止方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、互いに連通された複数の触媒反応器と、該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、該排気ラインの途中に設けられ運転中に排気ラインのガスを貯留する貯留装置（３６）と、ガス補給弁（３８ａ）を有し貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給するガス補給ライン（３８）とを備える、ことを特徴とする燃料電池発電設備が提供される。
【００２０】
本発明の構成によれば、排気ラインの途中に設けられた貯留装置（３６）に運転中に排気ラインのガスを貯留し、ガス補給ライン（３８）からガス補給弁（３８ａ）を介して貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給することができる。
従って停止時に原料遮断弁（３２ａ）および排気調節弁（３３）を全閉し、触媒反応器内の温度低下に伴いガス補給弁（３８ａ）を開くことにより、運転中に貯留したガスを供給し負圧化を防止することができる。また運転中に貯留したガスは、アノード排ガス、すなわち水素を含む還元性ガスであるので各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる。
従って、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制できる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、運転中に貯留装置（３６）に排気ラインのガスを貯留し、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、ガス補給弁（３８ａ）を開き貯留装置（３６）からガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する負圧防止装置（４０）を備える。
この構成により、排気ラインのガスを運転中に貯留装置（３６）に貯留するので、別途にパージガスを必要としない。また触媒反応器内の圧力が正圧のときには、内部のアノード排ガスを正圧のまま保持できるので貯留装置（３６）の必要ガス貯留量を小さくできる。
【００２２】
前記負圧防止装置（４０）は、複数の触媒反応器内の圧力を検出する圧力検出器（３７ａ）と、触媒反応器内の圧力によりガス補給弁（３８ａ）を開く圧力制御器（３７ｂ）とからなる。
この構成で、圧力検出器（３７ａ）と簡単な圧力制御器（３７ｂ）の組み合せで、触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、貯留装置（３６）内のガスを触媒反応器内に導入することができる。
【００２３】
本発明の第１実施形態によれば、前記貯留装置（３６）は、排気ライン（３４）と並列に設けられた中空加圧タンク（４１）と、ガス供給弁（４２ａ）と加圧ポンプ（４２ｂ）を有し排気ラインのガスを加圧して加圧タンクに供給する加圧供給ライン（４２）と、ガス戻し弁（４３ａ）を有し加圧タンクから排気ラインにガスを戻す戻しライン（４３）とを有する。
この構成により、ガス供給弁（４２ａ）とガス戻し弁（４３ａ）を開き、加圧ポンプ（４２ｂ）を駆動することで中空加圧タンク（４１）内を排気ラインのガス（アノード排ガス）でパージできる。次いでガス戻し弁（４３ａ）を閉じることで中空加圧タンク（４１）内にガスを加圧充填できる。次に、所定の圧力でガス供給弁（４２ａ）を閉じ加圧ポンプ（４２ｂ）を停止することで、小型の中空加圧タンク（４１）で大量のガスを加圧状態で貯留することができる。
【００２４】
本発明の第２実施形態によれば、前記貯留装置（３６）は、排気ライン（３４）内に設けられた中空タンク（４４）と、中空タンクの排気ライン上流側に設けられたガス流入弁（４４ａ）と、中空タンクの排気ライン下流側に設けられたガス排出弁（４４ｂ）とを有する。
この構成により、ガス流入弁（４４ａ）とガス排出弁（４４ｂ）を開くだけで、加圧ポンプなしに中空タンク（４４）内を排気ラインのガス（アノード排ガス）でパージできる。次いでガス排出弁（４４ｂ）を閉じるだけで中空タンク（４４）内にガスを充填できる。次に、ガス流入弁（４４ａ）を閉じるだけで、中空タンク（４４）内に大量のガスを貯留することができる。
【００２５】
本発明の第３実施形態によれば、前記貯留装置（３６）は、排気ライン（３４）と並列に設けられた水封タンク（４５）と、水封タンクと底部が連通し大気開放された水タンク（４６）と、ガス流入弁（４７ａ）を有し水封タンクの上部と排気ラインを連通する連通ライン（４７）とを有する。
この構成により、ガス流入弁（４７ａ）を開くだけで、加圧ポンプなしに水封タンク（４５）内にガスを加圧充填でき、次に、ガス流入弁（４７ａ）を閉じるだけで、水封タンク（４５）内に大量のガスを貯留することができる。また、水封タンクと底部が連通し大気開放された水タンク（４６）を有するので、水封タンク（４５）内のガス圧を常にほぼ大気圧に保持でき、ガス補給弁（３８ａ）を単に開くだけで、内部の負圧化を防止できる。
【００２６】
本発明の第４実施形態によれば、前記貯留装置（３６）は、一端が大気開放され他端が排気ライン（３４）に連通した中空シリンダ（４８）と、該中空シリンダの排気ライン上流側に設けられたガス流入弁（４４ａ）と、中空シリンダの排気ライン下流側に設けられたガス排出弁（４４ｂ）とを有し、前記中空シリンダ（４４）は内部を気密に仕切りかつ圧力差で移動するフリーピストン（４８ａ）を有する。
この構成により、ガス流入弁（４４ａ）とガス排出弁（４４ｂ）を開くだけで、加圧ポンプなしに中空シリンダ（４８）内を排気ラインのガス（アノード排ガス）でパージできる。次いでガス排出弁（４４ｂ）を閉じるだけで中空タンク（４４）内にガスを充填できる。次に、ガス流入弁（４４ａ）を閉じるだけで、中空タンク（４４）内に大量のガスを貯留することができる。また、中空シリンダ（４４）の内部を気密に仕切りかつ圧力差で移動するフリーピストン（４８ａ）を有するので、中空シリンダ（４８）内のガス圧を常にほぼ大気圧に保持でき、ガス補給弁（３８ａ）を単に開くだけで、内部の負圧化を防止できる。
【００２７】
また本発明によれば、互いに連通された複数の触媒反応器と、該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、該排気ラインの途中に設けられ運転中に排気ラインのガスを貯留する貯留装置（３６）と、ガス補給弁（３８ａ）を有し貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給するガス補給ライン（３８）とを備えた燃料電池発電設備の運転停止方法であって、
運転中に貯留装置（３６）に排気ラインのガスを貯留し、
運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、
次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、ガス補給弁（３８ａ）を開き貯留装置（３６）からガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する、ことを特徴とする燃料電池発電設備の運転停止方法が提供される。
【００２８】
上記本発明の方法によれば、排気ラインの途中に設けられた貯留装置（３６）に運転中に排気ラインのガスを貯留し、ガス補給ライン（３８）からガス補給弁（３８ａ）を介して貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給するので、別のパージガスを不要にすることができる。
従って停止時に原料遮断弁（３２ａ）および排気調節弁（３３）を全閉し、触媒反応器内の温度低下に伴いガス補給弁（３８ａ）を開くことにより、運転中に貯留したガスを供給し負圧化を防止することができる。また運転中に貯留したガスは、アノード排ガス、すなわち水素を含む還元性ガスであるので各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる。
従って、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制できる。
また、触媒反応器内の圧力が正圧のときには、内部のアノード排ガスを正圧のまま保持できるので貯留装置（３６）の必要ガス貯留量を小さくできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【００３０】
図１は、本発明の燃料電池発電設備の第１実施形態を示す全体構成図である。この図に示すように、本発明の電池発電設備は、互いに連通された複数の触媒反応器２２、１４、１５、２０と、複数の触媒反応器の最上流端に原料及び水を供給する原料遮断弁３２ａを有する原料ライン３２と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁３３と、排気調節弁３３から外部に連通する排気ライン３４と、排気ライン３４の途中に設けられ運転中に排気ラインのガスを貯留する貯留装置３６と、ガス補給弁３８ａを有し貯留装置３６から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給するガス補給ライン３８と、負圧防止装置４０とを備える。
【００３１】
この例において、複数の触媒反応器２２、１４、１５、２０は、原料及び水を改質する改質反応器２２と、改質した改質ガス中のＣＯをシフト反応させるシフト反応器１４と、改質ガス中のＣＯを除去するＣＯ除去反応器１５と、改質ガスをアノードガスとする燃料電池２０とである。また燃料電池２０は、固体高分子型燃料電池である。
燃料電池２０には図示しないカソードガス（空気を含む）が別途供給され、アノードガスとカソードガスにより図５に示した原理で発電する。燃料電池２０から出たアノード排ガスは、気液分離器１７ｂで水分を除去した後、燃焼器２２ａに供給され、ここで燃焼した高温ガスを発生する。発生した高温ガスはこの例では改質反応器２２、シフト反応器１４、及びＣＯ除去反応器１５を外部から間接加熱した後、外部に排気される。
なお本発明は上述した構成に限定されず、その他の構成の燃料電池発電設備であってもよい。
【００３２】
負圧防止装置４０は、運転中に貯留装置３６に排気ラインのガスを貯留し、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに原料遮断弁３２ａと排気調節弁３３を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、ガス補給弁３８ａを開き貯留装置３６からガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する機能を有する。
【００３３】
負圧防止装置４０は、複数の触媒反応器内の圧力を検出する圧力検出器３７ａと、触媒反応器内の圧力によりガス補給弁３８ａを開く圧力制御器３７ｂとからなる。
この構成で、圧力検出器３７ａと簡単な圧力制御器３７ｂの組み合せで、触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、貯留装置３６内のガスを触媒反応器内に導入することができる。
【００３４】
図１の第１実施形態において、貯留装置３６は、排気ライン３４と並列に設けられた中空加圧タンク４１と、ガス供給弁４２ａと加圧ポンプ４２ｂを有し排気ラインのガスを加圧して加圧タンクに供給する加圧供給ライン４２と、ガス戻し弁４３ａを有し加圧タンクから排気ラインにガスを戻す戻しライン４３とを有する。
この構成により、ガス供給弁４２ａとガス戻し弁４３ａを開き、加圧ポンプ４２ｂを駆動することで中空加圧タンク４１内を排気ラインのガス（アノード排ガス）でパージできる。次いでガス戻し弁４３ａを閉じることで中空加圧タンク４１内にガスを加圧充填できる。次に、所定の圧力でガス供給弁４２ａを閉じ加圧ポンプ４２ｂを停止することで、小型の中空加圧タンク４１で大量のガスを加圧状態で貯留することができる。
【００３５】
すなわち、図１の第１実施形態において、以下の操作で、排気ラインのガス（アノード排ガス）を中空加圧タンク４１に保存する。
（１）ガス補給弁３８ａは閉じたままで、改質ガス（アノード排ガス）が発生し始めた後、ガス供給弁４２ａとガス戻し弁４３ａを開き、加圧ポンプ４２ｂを駆動する。
（２）燃料処理装置（改質反応器２２、シフト反応器１４、ＣＯ除去反応器１５）に追い焚き用の改質ガスが戻ったら、ガス戻し弁４３ａを閉切り、所定圧になるまでタンクを加圧する。
（３）タンク内の圧力が所定値まで達した後、ガス供給弁４２ａを閉鎖してポンプを停止する。
【００３６】
また、図１の第１実施形態では以下の操作方法で窒素パージレス操作を行う。
（４）運転停止時後、原料ラインを閉鎖し、燃料処理装置からアノード出口気液分離器までを閉鎖弁（原料遮断弁３２ａと排気調節弁３３）を閉めて閉切る。
（５）燃料処理装置の改質ラインの圧力が負圧にならないように、間欠的にもしくは一気にガス補給弁３８ａを開き、タンク内の改質ガスを供給する。
【００３７】
図２は、本発明の燃料電池発電設備の第２実施形態を示す全体構成図である。この例はタンクへの改質ガス押し込みポンプを使用しない例である。
図２において、貯留装置３６は、排気ライン３４内に設けられた中空タンク４４と、中空タンク４４の排気ライン上流側に設けられたガス流入弁４４ａと、中空タンク４４の排気ライン下流側に設けられたガス排出弁４４ｂとを有する。その他の構成は、図１と同様である。
この構成により、ガス流入弁４４ａとガス排出弁４４ｂを開くだけで、加圧ポンプなしに中空タンク４４内を排気ラインのガス（アノード排ガス）でパージできる。次いでガス排出弁４４ｂを閉じるだけで中空タンク４４内にガスを充填できる。次に、ガス流入弁４４ａを閉じるだけで、中空タンク４４内に大量のガスを貯留することができる。
【００３８】
図３は、本発明の燃料電池発電設備の第３実施形態を示す全体構成図である。この例はタンクの代わりに水封のレベルタンクを用いる例である。
図３において、貯留装置３６は、排気ライン３４と並列に設けられた水封タンク４５と、水封タンクと底部が連通し大気開放された水タンク４６と、ガス流入弁４７ａを有し水封タンクの上部と排気ラインを連通する連通ライン４７とを有する。その他の構成は、図１と同様である。
この構成により、ガス流入弁４７ａを開くだけで、加圧ポンプなしに水封タンク４５内にガスを加圧充填でき、次に、ガス流入弁４７ａを閉じるだけで、水封タンク４５内に大量のガスを貯留することができる。また、水封タンクと底部が連通し大気開放された水タンク４６を有するので、水封タンク４５内のガス圧を常にほぼ大気圧に保持でき、ガス補給弁３８ａを単に開くだけで、内部の負圧化を防止できる。
【００３９】
図４は、本発明の燃料電池発電設備の第４実施形態を示す全体構成図である。この例はタンクの代わりに中空シリンダを用いる例である。
図４において、貯留装置３６は、一端が大気開放され他端が排気ライン３４に連通した中空シリンダ４８と、中空シリンダ４８の排気ライン上流側に設けられたガス流入弁４４ａと、中空シリンダ４８の排気ライン下流側に設けられたガス排出弁４４ｂとを有する。また、中空シリンダ４４の内部を気密に仕切りかつ圧力差で移動するフリーピストン４８ａを有する。その他の構成は、図１と同様である。
この構成により、ガス流入弁４４ａとガス排出弁４４ｂを開くだけで、加圧ポンプなしに中空シリンダ４８内を排気ラインのガス（アノード排ガス）でパージできる。次いでガス排出弁４４ｂを閉じるだけで中空タンク４４内にガスを充填できる。次に、ガス流入弁４４ａを閉じるだけで、中空タンク４４内に大量のガスを貯留することができる。また、中空シリンダ４４の内部を気密に仕切りかつ圧力差で移動するフリーピストン４８ａを有するので、中空シリンダ４８内のガス圧を常にほぼ大気圧に保持でき、ガス補給弁３８ａを単に開くだけで、内部の負圧化を防止できる。
【００４０】
また本発明の燃料電池発電設備の運転停止方法では、運転中に貯留装置３６に排気ラインのガスを貯留し、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁３２ａと排気調節弁３３を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、ガス補給弁３８ａを開き貯留装置３６からガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する。
【００４１】
上述した本発明の方法及び装置によれば、排気ラインの途中に設けられた貯留装置３６に運転中に排気ラインのガスを貯留し、ガス補給ライン３８からガス補給弁３８ａを介して貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給することができる。
従って停止時に原料遮断弁３２ａおよび排気調節弁３３を全閉し、触媒反応器内の温度低下に伴いガス補給弁３８ａを開くことにより、運転中に貯留したガスを供給し負圧化を防止することができる。また運転中に貯留したガスは、アノード排ガス、すなわち水素を含む還元性ガスであるので各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる。
従って、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制できる。
また、触媒反応器内の圧力が正圧のときには、内部のアノード排ガスを正圧のまま保持できるので貯留装置３６の必要ガス貯留量を小さくできる。
【００４２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、以下の特徴を有する。
（１）水素ガスや窒素ガスを用いないことで、交換用のガスボンベもしくはガス供給が不要となる。
（２）停止後に触媒反応器への空気の侵入を避けることができ、触媒の酸化に伴う性能劣化を防止することができる。
（３）停止後に触媒反応器への空気の侵入を避けることができ、燃料処理装置内の高温化を避けることができる。
【００４４】
従って、本発明の燃料電池発電設備とその運転停止方法は、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制でき、かつ制御が容易である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電設備の第１実施形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明の燃料電池発電設備の第２実施形態を示す全体構成図である。
【図３】本発明の燃料電池発電設備の第３実施形態を示す全体構成図である。
【図４】本発明の燃料電池発電設備の第４実施形態を示す全体構成図である。
【図５】固体高分子型燃料電池の原理図である。
【図６】従来の固体高分子型燃料電池発電設備の全体構成図である。
【図７】従来の燃料電池発電設備の運転停止方法の模式図である。
【図８】従来の別の運転停止方法の模式図である。
【符号の説明】
１　イオン交換膜（高分子膜）、２　電極、
４　ガスボンベ、５　ガス供給ライン、
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ　熱交換器（ガスガス熱交換器）、
８ａ，８ｂ　冷却器、９　加湿器、１０　原料供給弁、
１１　燃料ブロア、１２　脱硫器、１３　水噴射器、
１４ａ，１４ｂ　シフトコンバータ、１５　ＣＯ除去器、
１６　水噴射クーラ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ　水セパレータ、
１８　補助燃焼器、１９　ターボチャージャ、
２０　固体高分子型燃料電池（燃料電池）、
２２　プレート型改質器、２２ａ　燃焼器、
２４　排ガスリサイクルライン、２５　アノード排ガスブロア、
２６　排ガス循環ブロア、２８　蒸気発生器、
２９　冷却水循環系、３０　排ガス蒸気発生器、
３２　原料ライン、３２ａ　原料遮断弁、
３３　排気調節弁、３４　排気ライン、
３６　貯留装置、３７ａ　圧力検出器、
３７ｂ　圧力制御器、３８　ガス補給ライン、３８ａ　ガス補給弁、
４０　負圧防止装置４１　中空加圧タンク、
４２　加圧供給ライン、４２ａ　ガス供給弁、４２ｂ　加圧ポンプ、
４３　戻しライン、４３ａ　ガス戻し弁、
４４　中空タンク、４４ａ　ガス流入弁、４４ｂ　ガス排出弁、
４５　水封タンク、４６　水タンク、
４７　連通ライン、４７ａ　ガス流入弁、
４８　中空シリンダ、４８ａ　フリーピストン

Claims

互いに連通された複数の触媒反応器と、該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、該排気ラインの途中に設けられ運転中に排気ラインのガスを貯留する貯留装置（３６）と、ガス補給弁（３８ａ）を有し貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給するガス補給ライン（３８）とを備える、ことを特徴とする燃料電池発電設備。
運転中に貯留装置（３６）に排気ラインのガスを貯留し、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、ガス補給弁（３８ａ）を開き貯留装置（３６）からガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する負圧防止装置（４０）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
前記負圧防止装置（４０）は、複数の触媒反応器内の圧力を検出する圧力検出器（３７ａ）と、触媒反応器内の圧力によりガス補給弁（３８ａ）を開く圧力制御器（３７ｂ）とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電設備。
前記貯留装置（３６）は、排気ライン（３４）と並列に設けられた中空加圧タンク（４１）と、ガス供給弁（４２ａ）と加圧ポンプ（４２ｂ）を有し排気ラインのガスを加圧して加圧タンクに供給する加圧供給ライン（４２）と、ガス戻し弁（４３ａ）を有し加圧タンクから排気ラインにガスを戻す戻しライン（４３）とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
前記貯留装置（３６）は、排気ライン（３４）内に設けられた中空タンク（４４）と、中空タンクの排気ライン上流側に設けられたガス流入弁（４４ａ）と、中空タンクの排気ライン下流側に設けられたガス排出弁（４４ｂ）とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
前記貯留装置（３６）は、排気ライン（３４）と並列に設けられた水封タンク（４５）と、水封タンクと底部が連通し大気開放された水タンク（４６）と、ガス流入弁（４７ａ）を有し水封タンクの上部と排気ラインを連通する連通ライン（４７）とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
前記貯留装置（３６）は、一端が大気開放され他端が排気ライン（３４）に連通した中空シリンダ（４８）と、該中空シリンダの排気ライン上流側に設けられたガス流入弁（４４ａ）と、中空シリンダの排気ライン下流側に設けられたガス排出弁（４４ｂ）とを有し、前記中空シリンダ（４４）は内部を気密に仕切りかつ圧力差で移動するフリーピストン（４８ａ）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
前記複数の触媒反応器は、原料を改質する改質反応器と、改質した改質ガス中のＣＯをシフト反応させるシフト反応器と、改質ガス中のＣＯを除去するＣＯ除去反応器と、改質ガスをアノードガスとする燃料電池とである、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
互いに連通された複数の触媒反応器と、該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、該排気ラインの途中に設けられ運転中に排気ラインのガスを貯留する貯留装置（３６）と、ガス補給弁（３８ａ）を有し貯留装置から複数の触媒反応器内に貯留したガスを供給するガス補給ライン（３８）とを備えた燃料電池発電設備の運転停止方法であって、
運転中に貯留装置（３６）に排気ラインのガスを貯留し、
運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、
次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、ガス補給弁（３８ａ）を開き貯留装置（３６）からガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する、ことを特徴とする燃料電池発電設備の運転停止方法。