JP2007042651A - 燃料電池システム及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一酸化炭素吸着装置をシフト反応器の後端に備えて、燃料電池システムの始動時にシフト反応器から十分に除去されない一酸化炭素を一酸化炭素吸着装置から除去し、燃料を供給することによって、始動にかかる時間を顕著に短縮させた燃料電池システム及びその運転方法である。これにより、一酸化炭素吸着装置を利用することによって、燃料電池の電極触媒の被毒なしに燃料電池システムの始動時間を顕著に短縮できるだけでなく、一酸化炭素吸着装置の始動時にのみ使用するので、吸着剤の量が多い必要がなくて体積を減少できることはいうまでもなく、経済的に製造及び運転できる。また、一酸化炭素吸着装置内の一酸化炭素吸着剤を再生して使用できるので、装置の経済性を倍加できる。
【選択図】図2
Description
<反応式1>CO+H2O→CO2+H2
<反応式2>CO+3H2→CH4+H2O
<反応式3>CO+1/2O2→CO2
燃料電池システムを最初に起動する始動モードで、前記一酸化炭素吸着装置は、低い温度により一酸化炭素を十分に除去し難い前記シフト反応器で一酸化炭素が十分に除去されない一酸化炭素富化ガスを供給されて、一酸化炭素の濃度を5000ppm以下に除去して燃料電池スタックに燃料を供給する。そのため、本発明の燃料電池システムは、改質開始後に待つ必要なしに直ちに電気を引き出して使用することが可能である。ただし、燃料電池システムの全体の体積、重量、経済性などを考慮して、一酸化炭素吸着装置に充填されうる一酸化炭素吸着剤の量に限界があるため、始動モードで運転し続けることは望ましくなく、前記シフト反応器が一酸化炭素を十分に除去できる程度に前記シフト反応器の温度が上昇すれば、次の正常運転モードに転換することが望ましい。
前記始動モードで燃料電池システムを運転するにつれて、前記シフト反応器の出口温度が150℃以上に十分に上昇して、シフト反応器の後端の一酸化炭素の濃度が5000ppm以下に低くなれば、前記一酸化炭素吸着装置を敢えて通過させる必要がなくなるので、前記一酸化炭素吸着装置をバイパスして直接燃料電池スタックに燃料を供給する。
運転中である燃料電池システムの運転を中断した後、再び前記燃料電池システムを始動しようとするときには、一酸化炭素吸着装置を再び利用せねばならない。しかし、それをそのまま再び利用すれば、既に先立った運転で一酸化炭素吸着剤に一酸化炭素が吸着されているため、一酸化炭素吸着装置の性能がそれほど不十分になる。したがって、前記一酸化炭素吸着剤を再生する必要がある。
一酸化炭素10%、水素90%からなる燃料をバイパスしていて、内部に一酸化炭素吸着剤が充填された一酸化炭素吸着装置に前記燃料を供給した。前記燃料の供給速度は、GHSV(Gas Hourly Space Velocity)で962hr−1であった。前記一酸化炭素吸着装置の後端で、水素と一酸化炭素の濃度を時間によって測定した。その結果を図5に示した。
20 シフト反応器
30 一酸化炭素吸着装置
40 燃料電池スタック
50 バーナー
60 制御装置
110 第1供給手段
120 第2供給手段
130 第3供給手段
140 第4供給手段
210 第1排出手段
Claims (14)
- 改質装置とシフト反応器とを備える燃料処理装置、及び燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、
一酸化炭素吸着剤を含む一酸化炭素吸着装置と、
前記シフト反応器の一酸化炭素富化ガスを前記一酸化炭素吸着装置に供給できる第1供給手段と、
前記一酸化炭素吸着装置から一酸化炭素が除去された一酸化炭素除去ガスを燃料電池スタックに供給できる第2供給手段と、
前記シフト反応器から一酸化炭素が除去された一酸化炭素除去ガスを燃料電池スタックに直接供給できる第3供給手段と、
を備えることを特徴とする、燃料電池システム。 - 前記一酸化炭素吸着装置の内部に吸着されていた一酸化炭素を脱着させた一酸化炭素富化ガスを排出できる第1排出手段をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 脱着ガスを前記一酸化炭素吸着装置に供給できる第4供給手段をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記第1排出手段は、前記改質装置のバーナーと連結されて前記バーナーに一酸化炭素富化ガスを供給可能にしたことを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記一酸化炭素吸着剤は、
白金、パラジウム、ルテニウム、レニウム、イリジウム、またはそれらの化合物;
モリブデン、タングステン、バナジウム、クロム、タンタルまたはそれらの炭化物;
モリブデン、タングステン、バナジウム、クロム、またはタンタルの窒化物;
分子体5A、分子体13X、Y−ゼオライトに担持または担持されていないハロゲン化銅;
または、Y−ゼオライトに担持または担持されていない銀;
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記燃料電池スタックは、燃料電池スタックで発生するガスを排出する第2排出手段をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記第2排出手段は、前記改質装置のバーナーと連結されて前記バーナーに燃料を供給可能にしたことを特徴とする、請求項6に記載の燃料電池システム。
- 前記第1供給手段、第2供給手段及び第3供給手段の作動を統制する制御装置をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
(a)第1供給手段を利用してシフト反応器の一酸化炭素富化ガスを一酸化炭素吸着装置に供給し、第2供給手段を利用して前記一酸化炭素吸着装置から一酸化炭素が除去された一酸化炭素除去ガスを燃料電池スタックに供給し、第3供給手段を遮断する始動ステップと、
(b)シフト反応器の出口温度が150℃以上となれば、第1供給手段及び第2供給手段を遮断し、第3供給手段を利用して前記シフト反応器から一酸化炭素が除去された一酸化炭素除去ガスを燃料電池スタックに供給する正常運転ステップと、
を含むことを特徴とする、燃料電池システムの運転方法。 - 前記燃料電池システムは、
脱着ガスを前記一酸化炭素吸着装置に供給できる第4供給手段と、
前記一酸化炭素吸着装置の内部に吸着されていた一酸化炭素を脱着させた一酸化炭素富化ガスを排出できる第1排出手段と、
をさらに備え、
(c)第4供給手段を利用して脱着ガスを前記一酸化炭素吸着装置に供給し、前記一酸化炭素吸着装置の内部に吸着されていた一酸化炭素を脱着させた一酸化炭素富化ガスを、第1排出手段を利用して排出する一酸化炭素吸着剤再生ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項9に記載の燃料電池システムの運転方法。 - 前記(c)ステップで一酸化炭素吸着装置内の吸着剤再生が完了した後に、第4供給手段または第1排出手段を遮断することを特徴とする、請求項10に記載の燃料電池システムの運転方法。
- 前記(c)ステップで排出される一酸化炭素富化ガスを改質装置のバーナーに供給することを特徴とする請求項10に記載の燃料電池システムの運転方法。
- 前記(b)ステップで前記シフト反応器の後端の一酸化炭素の濃度は、5000ppm以下であることを特徴とする、請求項9に記載の燃料電池システムの運転方法。
- 前記(b)ステップで、燃料電池スタックで発生するガスを改質装置のバーナーに供給することを特徴とする、請求項9に記載の燃料電池システムの運転方法。
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