JP2007103035A

JP2007103035A - Fuel cell system and method of stopping it

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Publication number: JP2007103035A
Application number: JP2005287661A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Tono; 和志東野; Koichi Sato; 光一佐藤; Shigeru Iiyama; 繁飯山
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Corona Corp
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Corona Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of lowering maintenance charges without lowering performance of a fuel cell body, and a method of stopping it. <P>SOLUTION: The method of stopping the fuel cell system 1 comprises a step of shutting down a flow channel of reformed gas flowing from a reformer 2 to the fuel cell body 4, and supplying carbon dioxide to the fuel cell body 4 (step S1), a step of cooling a reformer 2 by stopping supply of fuel for a burner and supplying steam in stead of reformed fuel gas (step S1'), and a step of supplying carbon dioxide to the reformer 2 (step S2) to stop the fuel cell system 1 (step S3). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システム及びその停止方法に関し、特に、燃料電池システムを停止する際、まず、改質器に水蒸気を供給し冷却してから、改質器に滞留している水蒸気を追い出すために、改質器へ二酸化炭素を供給し、また、燃料電池本体に滞留している改質ガスを追い出すために、燃料電池本体へ二酸化炭素を供給し、次に、燃料電池システムを停止する燃料電池システム及びその停止方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a method for stopping the fuel cell system. In particular, when the fuel cell system is stopped, first, steam is supplied to the reformer and cooled, and then steam remaining in the reformer is driven out. In addition, carbon dioxide is supplied to the reformer, and carbon dioxide is supplied to the fuel cell main body in order to drive out the reformed gas remaining in the fuel cell main body, and then the fuel cell system is stopped. The present invention relates to a battery system and a method for stopping the battery system.

一般的に、燃料電池システムは、定常運転状態から停止させるとき、まず、改質器への改質ガス燃料の供給を停止する。この際、燃料電池システムは、改質器，燃料電池本体及びこれらと接続された配管内に、水素リッチな改質ガスが停留する。
停留した改質ガスは、可燃性ガスであることから、改質ガスが停留する改質ガス流路に不活性ガスなどを供給し、停留した改質ガスを安全に排除する様々な技術が開示されている。 Generally, when a fuel cell system is stopped from a steady operation state, first, supply of reformed gas fuel to a reformer is stopped. At this time, in the fuel cell system, the hydrogen-rich reformed gas stops in the reformer, the fuel cell main body, and the pipes connected thereto.
Since the stopped reformed gas is a flammable gas, various technologies for supplying the inert gas etc. to the reformed gas flow path where the reformed gas stops and safely removing the stopped reformed gas are disclosed. Has been.

たとえば、特許文献１には、燃料電池システムを停止させる際、まず、改質ガス燃料の供給を停止し、次に、不活性ガスである窒素ガスを、改質ガス流路内に供給し、窒素ガスにより改質ガス流路内から水素リッチな改質ガスを排出させる技術が開示されている。
この技術によれば、窒素ガスを供給することにより排出された改質ガスをバーナーで燃焼させることができ、安全性を確保することができる。 For example, in Patent Document 1, when stopping the fuel cell system, first, the supply of the reformed gas fuel is stopped, and then nitrogen gas, which is an inert gas, is supplied into the reformed gas flow path. A technique for discharging hydrogen-rich reformed gas from the reformed gas flow path using nitrogen gas is disclosed.
According to this technique, the reformed gas discharged by supplying nitrogen gas can be burned by the burner, and safety can be ensured.

また、窒素ガスの代わりに、バーナーから排出される排ガスを供給する技術（特許文献２参照）や、燃料電池システムが都市ガス改質型システムの場合、窒素ガスの代わりに、原料である都市ガスを供給する技術（特許文献３参照）が開示されている。
特開平３−２５７７６２号公報特開平２−２２６６６４号公報特開２００３−２２９１４９号公報 In addition, in the case of a technology for supplying exhaust gas discharged from a burner instead of nitrogen gas (see Patent Document 2), or when the fuel cell system is a city gas reforming system, the city gas that is a raw material instead of nitrogen gas Is disclosed (see Patent Document 3).
JP-A-3-257762 JP-A-2-226664 JP 2003-229149 A

しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池システムは、窒素ガスの供給源として、通常、窒素ガスボンベが用いられる。この窒素ガスボンベは、窒素ガス容量が少ないために、たとえば、ＤＳＳ（ＤａｉｌｙＳｔａｒｔＳｔｏｐ）運転する場合には、頻繁に窒素ガスボンベを交換する必要があり、メンテナンス費用が高額になるといった問題があった。 However, the fuel cell system described in Patent Document 1 normally uses a nitrogen gas cylinder as a supply source of nitrogen gas. Since this nitrogen gas cylinder has a small nitrogen gas capacity, for example, when the DSS (Daily Start Stop) operation is performed, it is necessary to frequently replace the nitrogen gas cylinder, and there is a problem that the maintenance cost becomes high.

また、特許文献２に記載された燃料電池システムの停止方法は、バーナーの燃料が灯油の場合、排ガスに、灯油の未燃焼成分が混入する危険性があり、未燃焼成分が燃料電池本体に付着して、燃料電池本体の性能低下を引き起こす心配もあった。
さらに、特許文献３に記載された燃料電池システムの停止方法は、都市ガスを供給するため、都市ガスを無駄に消費することになるといった問題があった。 In addition, in the fuel cell system stopping method described in Patent Document 2, when the burner fuel is kerosene, there is a risk that unburned components of kerosene are mixed into the exhaust gas, and the unburned components adhere to the fuel cell body. As a result, there is a concern that the performance of the fuel cell main body may be degraded.
Furthermore, the method for stopping the fuel cell system described in Patent Document 3 has a problem that the city gas is wasted because the city gas is supplied.

本発明は、上記問題を解決すべく、燃料電池本体の性能を低下させることなく、かつ、メンテナンス費用を低減させることの可能な燃料電池システム及びその停止方法の提供を目的とする。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of reducing the maintenance cost without degrading the performance of the fuel cell main body and a method for stopping the fuel cell system.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質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改質器と、前記改質ガス中の水素を酸素と反応させて発電する燃料電池本体とを有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムを停止する際、前記燃料電池本体及び改質器へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源と、前記改質器への炭化水素原料供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有する改質器用二酸化炭素供給経路と、前記改質器と燃料電池本体とを連通させる改質ガス供給経路に設けられた改質ガス用開閉手段と、前記改質ガス用開閉手段の下流側の前記改質ガス供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有する燃料電池本体用二酸化炭素供給経路と、前記改質ガス用開閉手段の上流側の前記改質ガス供給経路と前記改質器に設けられたバーナーとを連通させる、開閉手段を有するリターン経路と、前記改質器に二酸化炭素を供給する前に、前記改質ガス燃料の代わりに水蒸気を前記改質器へ供給する水蒸気供給手段とを備えた構成としてある。
このようにすると、二酸化炭素が高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池本体や改質器に滞留している改質ガスを追い出し、二酸化炭素を充満させることにより、燃料電池システムの安全性を向上させることができる。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by reforming a reformed gas fuel containing a hydrocarbon raw material, and the modified gas. A fuel cell system having a fuel cell main body that generates electricity by reacting hydrogen in the gas with oxygen to supply carbon dioxide to the fuel cell main body and the reformer when the fuel cell system is stopped The reformer and the fuel cell main body are communicated with each other, a reformer carbon dioxide supply path having an opening / closing means, and a hydrocarbon feedstock supply path to the reformer and the carbon dioxide supply source. Fuel having open / close means for connecting the open / close means for reformed gas provided in the reformed gas supply path, the reformed gas supply path downstream of the open / close means for reformed gas, and the carbon dioxide supply source A return path having open / close means for communicating the carbon dioxide supply path for the pond body, the reformed gas supply path upstream of the open / close means for reformed gas, and the burner provided in the reformer; Before supplying carbon dioxide to the reformer, a configuration is provided that includes steam supply means for supplying steam to the reformer instead of the reformed gas fuel.
If it does in this way, it can prevent that carbon dioxide contacts with a high temperature reforming catalyst etc. and carbonize, and it can control that the performance as a catalyst falls. Further, the safety of the fuel cell system can be improved by expelling the reformed gas remaining in the fuel cell main body or the reformer and filling it with carbon dioxide.

また、本発明の燃料電池システムは、前記二酸化炭素供給源を、二酸化炭素ボンベとした構成としてある。
このようにすると、燃料電池システムをＤＳＳ（ＤａｉｌｙＳｔａｒｔＳｔｏｐ）運転する場合でも、二酸化炭素ボンベの交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。 In the fuel cell system of the present invention, the carbon dioxide supply source is a carbon dioxide cylinder.
In this way, even when the fuel cell system is operated by DSS (Daily Start Stop), the carbon dioxide cylinder replacement cycle becomes longer, and the maintenance cost can be reduced.

また、本発明の燃料電池システムは、前記水蒸気供給手段が、前記改質ガス燃料に含まれる水を供給する、純水タンク，蒸発器及び気化器を備えた構成としてある。
このようにすると、構造を単純化でき、燃料電池システムの小型化及び製造原価のコストダウンを図ることができる。 In the fuel cell system of the present invention, the water vapor supply means includes a pure water tank, an evaporator, and a vaporizer for supplying water contained in the reformed gas fuel.
In this way, the structure can be simplified, and the fuel cell system can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明の燃料電池システムは、前記バーナーの燃料供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有するバーナー用二酸化炭素供給経路を備え、前記燃料電池システムを停止する際、前記バーナーの燃料供給経路へ前記二酸化炭素供給源から二酸化炭素を供給する構成としてある。
このようにすると、バーナー及びバーナーの燃料供給経路におけるコーキングを効果的に防止することができる。 Further, the fuel cell system of the present invention includes a burner carbon dioxide supply path having an opening / closing means for communicating the fuel supply path of the burner and the carbon dioxide supply source, and when the fuel cell system is stopped, Carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide supply source to the fuel supply path of the burner.
If it does in this way, coking in the fuel supply path of a burner and a burner can be prevented effectively.

また、本発明の燃料電池システムは、前記炭化水素原料を、灯油とした構成としてある。
このように、販売経路が発達しており、容易に入手することができる灯油を炭化水素原料とすることにより、燃料電池システムの使い勝手を向上させることができる。 Further, the fuel cell system of the present invention is configured such that the hydrocarbon raw material is kerosene.
In this way, the usability of the fuel cell system can be improved by using kerosene, which has developed sales channels and can be easily obtained, as a hydrocarbon raw material.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムの停止方法は、炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質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改質器と、前記改質ガス中の水素を酸素と反応させて発電する燃料電池本体とを有する燃料電池システムを停止する際、前記改質器から燃料電池本体への改質ガスの流路を遮断し、前記燃料電池本体へ二酸化炭素を供給して、前記燃料電池本体に滞留している前記改質ガスをパージし、また、前記改質器に設けられたバーナーへバーナー用燃料の供給を停止するとともに、前記改質ガス燃料の代わりに水蒸気を前記改質器へ供給して、前記改質器を冷却し、次に、前記改質器へ二酸化炭素を供給して、前記改質器に滞留している前記水蒸気をパージし、続いて、前記燃料電池システムを停止させる方法としてある。
このように、本発明は、燃料電池システムの停止方法としても有効であり、二酸化炭素が高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池本体に改質ガスがコーキングするのを効果的に防止することができる。 In order to achieve the above object, a method for stopping a fuel cell system according to the present invention includes a reformer that generates a reformed gas rich in hydrogen by reforming a reformed gas fuel containing a hydrocarbon raw material. , When stopping a fuel cell system having a fuel cell body that generates electricity by reacting hydrogen in the reformed gas with oxygen, shuts off the reformed gas flow path from the reformer to the fuel cell body, Carbon dioxide is supplied to the fuel cell main body, the reformed gas staying in the fuel cell main body is purged, and supply of burner fuel to the burner provided in the reformer is stopped. , Supplying steam to the reformer instead of the reformed gas fuel, cooling the reformer, and then supplying carbon dioxide to the reformer and staying in the reformer Purging the water vapor, followed by the fuel There a method for stopping the pond system.
As described above, the present invention is also effective as a method for stopping the fuel cell system, and can prevent carbon dioxide from carbonizing in contact with a high-temperature reforming catalyst and the like, and suppress the deterioration of the performance as a catalyst. can do. Further, coking of the reformed gas on the fuel cell main body can be effectively prevented.

また、本発明の燃料電池システムの停止方法は、前記二酸化炭素が、二酸化炭素ボンベから供給される方法としてある。
このようにすると、二酸化炭素ボンベの交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。 The fuel cell system stopping method of the present invention is a method in which the carbon dioxide is supplied from a carbon dioxide cylinder.
If it does in this way, the exchange cycle of a carbon dioxide cylinder will become long and maintenance cost can be reduced.

本発明における燃料電池システム及びその停止方法によれば、燃料電池本体の性能を低下させることなく、かつ、メンテナンス費用を低減させることができる。 According to the fuel cell system and the stopping method thereof in the present invention, it is possible to reduce the maintenance cost without deteriorating the performance of the fuel cell main body.

［燃料電池システム］
図１は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの要部の概略ブロック図を示している。
同図において、燃料電池システム１は、改質器２，二酸化炭素ボンベ３及び燃料電池本体４を備えている。 [Fuel cell system]
FIG. 1: has shown the schematic block diagram of the principal part of the fuel cell system concerning one Embodiment of this invention.
In the figure, the fuel cell system 1 includes a reformer 2, a carbon dioxide cylinder 3 and a fuel cell main body 4.

改質器２は、改質触媒が充填された改質容器（図示せず），シフト触媒が充填されたＣＯ変成器（図示せず），プロックス触媒が充填された選択酸化器（図示せず）及びバーナー２１が設けられている。この改質器２は、炭化水素原料（本実施形態では、灯油としてある。）及び水（純水）を含む改質ガス燃料を、改質触媒中で加熱することにより、水素リッチな改質ガスを生成する。
また、燃料電池システム１は、灯油を炭化水素原料としている。灯油は、販売経路が発達しており、容易に入手することができることから、燃料電池システム１の使い勝手を向上させることができる。
なお、本実施形態の改質器２は、改質触媒に加え、シフト触媒及びプロックス触媒を用いることにより、より水素リッチな改質ガスを生成し、燃料電池本体４に供給する。また、本実施形態の改質ガスは、炭化水素原料及び水を含む改質ガス燃料から水蒸気改質法によって生成された改質ガスとしてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、部分酸化法や自己熱改質法などによって生成された改質ガスに対しても、本発明は有効である。 The reformer 2 includes a reforming vessel (not shown) filled with a reforming catalyst, a CO converter (not shown) filled with a shift catalyst, and a selective oxidizer (not shown) filled with a Prox catalyst. ) And a burner 21 are provided. This reformer 2 is a hydrogen-rich reformer by heating a reformed gas fuel containing a hydrocarbon raw material (in the present embodiment, kerosene) and water (pure water) in a reforming catalyst. Generate gas.
The fuel cell system 1 uses kerosene as a hydrocarbon raw material. Since kerosene has a well-developed sales channel and can be easily obtained, the usability of the fuel cell system 1 can be improved.
Note that the reformer 2 of the present embodiment generates a hydrogen-rich reformed gas by using a shift catalyst and a prox catalyst in addition to the reforming catalyst, and supplies the reformed gas to the fuel cell body 4. Further, the reformed gas of the present embodiment is a reformed gas generated by a steam reforming method from a reformed gas fuel containing a hydrocarbon raw material and water, but is not limited thereto. The present invention is also effective for a reformed gas generated by an oxidation method, an autothermal reforming method, or the like.

また、改質器２は、燃料ポンプ２２ａ，２２ｂ，脱硫器２３，気化器２４，蒸発器２５及び空気ブロワ２６を備えている。
燃料ポンプ２２ａは、吸込み口が灯油タンク（図示せず）と接続されており、吐出口が、硫黄成分を除去する脱硫器２３，及び，灯油を気化させ水蒸気と混合する気化器２４を介して、改質器２内の改質容器と接続されており、炭化水素原料である灯油を改質器２の改質容器に供給する。
また、燃料ポンプ２２ｂは、吸込み口が灯油タンク（図示せず）と接続されており、吐出口が、バーナー２１と接続されており、バーナー用燃料である灯油をバーナー２１に供給する。 The reformer 2 includes fuel pumps 22a and 22b, a desulfurizer 23, a vaporizer 24, an evaporator 25, and an air blower 26.
The fuel pump 22a has a suction port connected to a kerosene tank (not shown), and a discharge port via a desulfurizer 23 that removes sulfur components, and a vaporizer 24 that vaporizes kerosene and mixes it with water vapor. The kerosene, which is a hydrocarbon raw material, is connected to the reforming vessel in the reformer 2 and supplied to the reforming vessel of the reformer 2.
Further, the fuel pump 22b has a suction port connected to a kerosene tank (not shown) and a discharge port connected to the burner 21 to supply kerosene as burner fuel to the burner 21.

蒸発器２５は、純水タンク４４から供給される原料水（純水）とバーナー２１の排ガスとの間で熱交換を行なう熱交換器であり、加熱される原料水が流れる被加熱部（図示せず）と、加熱する排ガスが流れる加熱部（図示せず）を備えている。被加熱部は、出口が気化器２４と接続され、入口が、流量を調整するバルブ４８と原料水ポンプ４７を介して、純水タンク４４と接続されている。また、加熱部は、入口が、バーナー２１の排気ガスを排出する改質器２の排気口（図示せず）と接続され、出口が、排ガス管２５１と接続されている。これにより、蒸発器２５は、純水タンク４４から供給される原料水を蒸発させ、水蒸気を気化器２４に供給する。すなわち、燃料電池システム１を停止する際、純水タンク４４，原料水ポンプ４７，バルブ４８，蒸発器２５及び気化器２４は、改質ガス燃料の代わりに水蒸気を改質器２へ供給する水蒸気供給手段として機能し、改質器２に二酸化炭素を供給する前に、改質器２を所定の温度まで冷却する。このようにすると、構造を単純化でき、燃料電池システム１の小型化及び製造原価のコストダウンを図ることができる。 The evaporator 25 is a heat exchanger that performs heat exchange between the raw water (pure water) supplied from the pure water tank 44 and the exhaust gas of the burner 21, and a heated portion through which heated raw water flows (see FIG. And a heating section (not shown) through which exhaust gas to be heated flows. The heated portion has an outlet connected to the vaporizer 24 and an inlet connected to the pure water tank 44 via a valve 48 for adjusting the flow rate and a raw water pump 47. The heating unit has an inlet connected to an exhaust port (not shown) of the reformer 2 that discharges the exhaust gas from the burner 21, and an outlet connected to the exhaust gas pipe 251. Thereby, the evaporator 25 evaporates the raw water supplied from the pure water tank 44 and supplies the water vapor to the vaporizer 24. That is, when the fuel cell system 1 is stopped, the pure water tank 44, the raw material water pump 47, the valve 48, the evaporator 25 and the vaporizer 24 supply steam to the reformer 2 instead of the reformed gas fuel. The reformer 2 functions as a supply unit, and cools the reformer 2 to a predetermined temperature before supplying carbon dioxide to the reformer 2. In this way, the structure can be simplified, and the fuel cell system 1 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.

空気ブロワ２６は、吐出口がバーナー２１と接続されており、空気をバーナー２１に供給する。また、吐出口からバーナー２１への配管は、途中で分岐しており、分岐された配管が、改質器２の選択酸化器と接続されている。これにより、空気ブロワ２６は、空気を選択酸化器に供給する。 The air blower 26 has a discharge port connected to the burner 21 and supplies air to the burner 21. Further, the piping from the discharge port to the burner 21 is branched halfway, and the branched piping is connected to the selective oxidizer of the reformer 2. Thereby, the air blower 26 supplies air to the selective oxidizer.

本実施形態の燃料電池本体４は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）としてあり、改質ガス（水素）が供給されるアノード４１と、空気（酸素）が供給されるカソード４２と、発電する際に発熱するアノード４１及びカソード４２を冷却する冷却水流路４３とを有している。また、冷却水流路４３には、純水タンク４４の純水が、冷却水として流され、定常運転時における燃料電池本体４を冷却する。 The fuel cell body 4 of the present embodiment is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and generates electricity with an anode 41 to which a reformed gas (hydrogen) is supplied and a cathode 42 to which air (oxygen) is supplied. The anode 41 and the cooling water flow path 43 for cooling the cathode 42 generate heat. In addition, the pure water from the pure water tank 44 is allowed to flow as cooling water through the cooling water passage 43 to cool the fuel cell main body 4 during steady operation.

一般的に、燃料電池本体４は、図示してないが、複数の単セルが積層されたセルスタックとしてある。上記単セルは、矩形平板状のセパレータ，アノード４１を構成する矩形シート状のガス拡散層と触媒層，電解質膜，カソード４２を構成する矩形シート状のガス拡散層と触媒層，及び，矩形平板状のセパレータが積層された構成としてある。対向するセパレータの内面には、空気や改質ガスがそれぞれ流れる複数の溝（流路）が形成され、各セパレータの外面には、冷却水が流れる複数の溝からなる冷却水流路４３が形成されている。
なお、燃料電池本体４は、上記構成に限定されるものではない。すなわち、燃料電池の種類や、単セルの形状，単セルの集合構造などによって、特に、限定されるものではない。また、燃料電池本体とは、単セル及び単セルの集合体をいう。 In general, the fuel cell body 4 is a cell stack in which a plurality of single cells are stacked, although not shown. The single cell includes a rectangular flat plate separator, a rectangular sheet-shaped gas diffusion layer and catalyst layer constituting the anode 41, an electrolyte membrane, a rectangular sheet-shaped gas diffusion layer and catalyst layer constituting the cathode 42, and a rectangular flat plate. In this configuration, the separators are stacked. A plurality of grooves (channels) through which air and reformed gas flow are formed on the inner surfaces of the opposing separators, and a cooling water channel 43 including a plurality of grooves through which cooling water flows is formed on the outer surface of each separator. ing.
The fuel cell body 4 is not limited to the above configuration. That is, it is not particularly limited by the type of the fuel cell, the shape of the single cell, the aggregate structure of the single cells, and the like. The fuel cell main body refers to a single cell and an assembly of single cells.

燃料電池本体４は、純水タンク４４，冷却水ポンプ４３１，気水分離器４５及び空気ブロワ４６を備えている。
純水タンク４４は、純水タンク４４内の純水を吸い込み、冷却水流路４３に送り出す冷却水ポンプ４３１を介して、冷却水流路４３の入口と接続されている。また、純水タンク４４は、冷却水流路４３の出口と接続されている。すなわち、冷却水ポンプ４３１が、純水タンク４４内の純水を、冷却水流路４３を経由して循環させることにより、燃料電池本体４を冷却する。 The fuel cell body 4 includes a pure water tank 44, a cooling water pump 431, a steam separator 45, and an air blower 46.
The pure water tank 44 is connected to the inlet of the cooling water passage 43 via a cooling water pump 431 that sucks the pure water in the pure water tank 44 and sends it to the cooling water passage 43. The pure water tank 44 is connected to the outlet of the cooling water passage 43. That is, the cooling water pump 431 cools the fuel cell body 4 by circulating the pure water in the pure water tank 44 via the cooling water passage 43.

燃料電池本体４のカソード４２は、入口が、空気ブロワ４６と接続されており、出口が、気水分離器４５と接続されている。このカソード４２は、空気ブロワ４６から供給される酸素とアノード４１から供給される水素から水（通常、水蒸気の形態で生成される。）を生成し、生成された水蒸気及び余剰の空気を気水分離器４５に排出する。気水分離器４５は、水蒸気を分離し、水として純水タンク４４に回収し、空気及び微量の水蒸気を、気相配管４５１を介して排ガスとして大気に排出する。
また、燃料電池本体４のアノード４１は、入口が改質器２と接続され、出口がバーナー２１と接続されている。このアノード４１は、改質器２から供給された改質ガスをカソード４２に放出し、余剰の改質ガス（水素）をバーナー２１に排出し、余剰の改質ガスをバーナー２１で燃焼させる。 The cathode 42 of the fuel cell main body 4 has an inlet connected to an air blower 46 and an outlet connected to a steam separator 45. The cathode 42 generates water (usually generated in the form of water vapor) from oxygen supplied from the air blower 46 and hydrogen supplied from the anode 41, and the generated water vapor and excess air are used as air-water. Discharge to separator 45. The steam separator 45 separates the water vapor and collects it in the pure water tank 44 as water, and discharges air and a small amount of water vapor as exhaust gas to the atmosphere via the gas phase piping 451.
The anode 41 of the fuel cell main body 4 has an inlet connected to the reformer 2 and an outlet connected to the burner 21. The anode 41 discharges the reformed gas supplied from the reformer 2 to the cathode 42, discharges the surplus reformed gas (hydrogen) to the burner 21, and burns the surplus reformed gas in the burner 21.

二酸化炭素ボンベ３は、燃料電池システム１を停止する際、燃料電池本体４に滞留している改質ガスを追い出したり、改質器２に滞留している水蒸気を追い出したりするために、燃料電池本体４及び改質器２へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源として設けられている。本実施形態では、二酸化炭素供給源として、二酸化炭素ボンベ３を設けることにより、ボンベの大きさに対して、大容量の二酸化炭素ガスを蓄えることができる。すなわち、二酸化炭素ボンベ３は、二酸化炭素を液化した状態で蓄えるので、圧縮ガスの状態で蓄える窒素ボンベに比べると、ボンベの大きさに対して、大容量の二酸化炭素ガスを蓄えることができる。これにより、燃料電池システム１をＤＳＳ運転する場合でも、二酸化炭素ボンベの交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。 When the fuel cell system 1 is stopped, the carbon dioxide cylinder 3 drives out the reformed gas staying in the fuel cell main body 4 and drives out the water vapor staying in the reformer 2. It is provided as a carbon dioxide supply source for supplying carbon dioxide to the main body 4 and the reformer 2. In this embodiment, by providing the carbon dioxide cylinder 3 as a carbon dioxide supply source, a large volume of carbon dioxide gas can be stored with respect to the size of the cylinder. That is, since the carbon dioxide cylinder 3 stores carbon dioxide in a liquefied state, it can store a large volume of carbon dioxide gas with respect to the size of the cylinder as compared with a nitrogen cylinder stored in a compressed gas state. As a result, even when the fuel cell system 1 is DSS-operated, the carbon dioxide cylinder replacement cycle becomes longer, and the maintenance cost can be reduced.

二酸化炭素ボンベ３は、バルブ３１が設けられたバーナー用二酸化炭素供給配管３１０（適宜、配管３１０と略称する。）によって、燃料ポンプ２２ｂの吐出側の配管（バーナー２１の燃料供給経路）と（分岐ポイントＥにおいて）接続されている。
燃料電池システム１は、停止する際、燃料ポンプ２２ｂを停止させた後、バルブ３１を開き、バーナー２１の燃料供給経路に滞留している灯油を追い出すために、バーナー２１の燃料供給経路へ二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。 The carbon dioxide cylinder 3 is connected to a discharge pipe (fuel supply path of the burner 21) of the fuel pump 22b by a burner carbon dioxide supply pipe 310 (appropriately referred to as a pipe 310) provided with a valve 31 (branch). Connected at point E).
When the fuel cell system 1 stops, after stopping the fuel pump 22b, the valve 31 is opened, and carbon dioxide is discharged to the fuel supply path of the burner 21 in order to drive out the kerosene remaining in the fuel supply path of the burner 21. Carbon dioxide is supplied from the cylinder 3.

二酸化炭素ボンベ３は、バルブ３２が設けられた改質器用二酸化炭素供給配管３２０（適宜、配管３２０と略称する。）によって、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管（改質器２への灯油供給経路）と（分岐ポイントＤにおいて）接続されている。
燃料電池システム１は、停止する際、原料水ポンプ４７を停止させた後、バルブ３２を開き、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管，気化器２４，改質器２及び改質器２とバーナー２１とを連通させる配管内に滞留している水蒸気を追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。 The carbon dioxide cylinder 3 is a pipe (to the reformer 2) connecting the desulfurizer 23 and the vaporizer 24 by a reformer carbon dioxide supply pipe 320 (appropriately abbreviated as a pipe 320) provided with a valve 32. (At the branch point D).
When the fuel cell system 1 is stopped, after the raw water pump 47 is stopped, the valve 32 is opened to connect the desulfurizer 23 and the vaporizer 24, the vaporizer 24, the reformer 2, and the reformer. Carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide cylinder 3 in order to expel the water vapor remaining in the pipe that communicates with the burner 21.

二酸化炭素ボンベ３は、バルブ３３が設けられた燃料電池本体用二酸化炭素供給配管３３０（適宜、配管３３０と略称する。）によって、改質器２とアノード４１とを接続する配管（改質ガス供給経路）と（分岐ポイントＡにおいて）接続されている。また、改質器２とアノード４１とを接続する配管は、分岐ポイントＡの改質器２側に、改質ガス用開閉手段としてのバルブ３４が設けられており、さらに、バルブ３４の改質器２側が（分岐ポイントＢにおいて）分岐されている。この分岐ポイントＢは、バルブ３５を有するリターン配管３５０を介して、アノード４１とバーナー２１とを接続する配管に（分岐ポイントＣにおいて）接続されている。すなわち、バルブ３４の上流側の改質ガス供給経路と改質器２に設けられたバーナー２１は、リターン配管３５０によって連通されている。 The carbon dioxide cylinder 3 is a pipe (reformed gas supply) for connecting the reformer 2 and the anode 41 by a carbon dioxide supply pipe 330 for a fuel cell body provided with a valve 33 (appropriately abbreviated as a pipe 330). Route) and (at branch point A). The piping connecting the reformer 2 and the anode 41 is provided with a valve 34 as a reformed gas opening / closing means on the reformer 2 side at the branch point A. Further, the reforming of the valve 34 is performed. The vessel 2 side is branched (at branch point B). This branch point B is connected to a pipe connecting the anode 41 and the burner 21 (at the branch point C) via a return pipe 350 having a valve 35. That is, the reformer gas supply path on the upstream side of the valve 34 and the burner 21 provided in the reformer 2 are communicated by the return pipe 350.

燃料電池システム１は、停止する際、バルブ３４，３５を閉めて、バルブ３３を開くことにより、分岐ポイントＡとアノード４１とを接続する配管，アノード４１及びアノード４１とバーナー２１とを接続する配管内に滞留している改質ガスを追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。また、バルブ３４，３３を閉めて、バルブ３５を開くことにより、改質器２の出口からバーナー２１への流路が形成され、改質器２などに滞留している改質ガスを追い出すために水蒸気を供給し、その後、改質器２などに滞留している水蒸気を追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。 When the fuel cell system 1 is stopped, the valves 34 and 35 are closed, and the valve 33 is opened to connect the branch point A and the anode 41, the anode 41 and the anode 41 and the burner 21. Carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide cylinder 3 in order to drive out the reformed gas staying inside. Further, by closing the valves 34 and 33 and opening the valve 35, a flow path from the outlet of the reformer 2 to the burner 21 is formed, so that the reformed gas staying in the reformer 2 and the like is expelled. Then, in order to drive off the water vapor retained in the reformer 2 and the like, carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide cylinder 3.

また、燃料電池システム１は、図示してないが、各種操作スイッチを有する操作部，温度センサや圧力センサなどの各種センサ，及び，情報処理部や記憶部などを有する制御部を備えており、制御部が、操作部や各種センサからの情報にもとづいて、各ポンプ２２ａ，２２ｂ，４７，４３１，空気ブロワ２６，４６，バルブ３１，３２，３３，３４，３５などを制御する。 Although not shown, the fuel cell system 1 includes an operation unit having various operation switches, various sensors such as a temperature sensor and a pressure sensor, and a control unit having an information processing unit and a storage unit. The control unit controls the pumps 22a, 22b, 47, 431, the air blowers 26, 46, the valves 31, 32, 33, 34, 35, and the like based on information from the operation unit and various sensors.

次に、上記構成の燃料電池システム１の定常運転動作及び停止動作について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、定常運転動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
また、図３は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第一段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
さらに、図４は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第二段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
なお、図２，３，４は、各流体の流れを理解しやすいように、使用しない流路を省略してある。 Next, steady operation and stop operation of the fuel cell system 1 having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a schematic block diagram of the main part for explaining the steady operation of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic block diagram of the main part for explaining the stop operation in the first stage of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
Further, FIG. 4 shows a schematic block diagram of the main part for explaining the stop operation in the second stage of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
In FIGS. 2, 3 and 4, unused flow paths are omitted so that the flow of each fluid can be easily understood.

図２において、定常運転中における燃料電池システム１は、バルブ３１，３２，３３，３５が閉じられ、バルブ３４が開かれている。
定常運転中の燃料電池システム１は、燃料ポンプ２２ａが、脱硫器２３を経由して、灯油を気化器２４に供給する。また、バーナー２１は、燃料ポンプ２２ｂから灯油が供給され、空気ブロワ２６から空気が供給されており、燃焼することによって改質容器などを加熱するとともに、排ガスが蒸発器２５に排出される。原料水ポンプ４７が、純水タンク４４からの純水を、蒸発器２５を経由して、水蒸気として気化器２４に供給する。気化器２４は、水蒸気の熱で灯油を気化させるとともに、気化した灯油と水蒸気を混合させ、改質ガス燃料を改質器２に供給する。改質器２は、生成した改質ガスを燃料電池本体４のアノード４１に供給する。燃料電池本体４は、空気ブロワ４６から空気がカソード４２に供給され、発電するとともに、生成した水をカソード４２から気水分離器４５へ供給し、余剰の改質ガスをアノード４１からバーナー２１へ供給する。また、冷却水ポンプ４３１は、純水を冷却水流路４３へ供給し、燃料電池本体４を冷却する。 In FIG. 2, in the fuel cell system 1 during steady operation, the valves 31, 32, 33, and 35 are closed and the valve 34 is opened.
In the fuel cell system 1 in steady operation, the fuel pump 22 a supplies kerosene to the vaporizer 24 via the desulfurizer 23. The burner 21 is supplied with kerosene from the fuel pump 22 b and air from the air blower 26, and heats the reforming container and the like by combustion, and exhaust gas is discharged to the evaporator 25. The raw water pump 47 supplies the pure water from the pure water tank 44 to the vaporizer 24 through the evaporator 25 as water vapor. The vaporizer 24 vaporizes kerosene with the heat of water vapor, mixes the vaporized kerosene and water vapor, and supplies the reformed gas fuel to the reformer 2. The reformer 2 supplies the generated reformed gas to the anode 41 of the fuel cell body 4. In the fuel cell body 4, air is supplied from the air blower 46 to the cathode 42 to generate power, and the generated water is supplied from the cathode 42 to the steam separator 45, and surplus reformed gas is supplied from the anode 41 to the burner 21. Supply. Further, the cooling water pump 431 supplies pure water to the cooling water channel 43 and cools the fuel cell main body 4.

次に、図３に示すように、燃料電池システム１は、停止する際、第一段階として、まず、燃料ポンプ２２ａが停止し、脱硫器２３への灯油の供給を止める。ただし、原料水ポンプ４７は作動しており、蒸発器２５及び気化器２４を経由して、改質ガス燃料の代わりに、水蒸気が改質器２へ供給される。この水蒸気によって、改質器２内の改質触媒、シフト触媒、プロックス触媒を冷却する。 Next, as shown in FIG. 3, when the fuel cell system 1 is stopped, as a first stage, first, the fuel pump 22 a is stopped and the supply of kerosene to the desulfurizer 23 is stopped. However, the raw material water pump 47 is operating, and steam is supplied to the reformer 2 instead of the reformed gas fuel via the evaporator 25 and the vaporizer 24. The steam, the reforming catalyst, the shift catalyst, and the Prox catalyst in the reformer 2 are cooled.

また、燃料ポンプ２２ａが停止するとほぼ同時に、燃料ポンプ２２ｂが停止し、バーナー２１への灯油の供給が停止するとともに、バルブ３１が開けられ、一定時間二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスを供給する。これにより、燃料ポンプ２２ｂとバーナー２１とを接続する配管内から灯油が追い出され、灯油が配管やバーナー２１内でコーキングするといった不具合を防止することができる。なお、空気ブロワ２６は作動しており、改質器２や燃料電池本体４からの改質ガスをバーナー２１で燃焼させる。 Further, almost simultaneously with the stop of the fuel pump 22a, the fuel pump 22b is stopped, the supply of kerosene to the burner 21 is stopped, the valve 31 is opened, and the carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide cylinder 3 for a certain period of time. As a result, it is possible to prevent a problem that kerosene is expelled from the pipe connecting the fuel pump 22 b and the burner 21, and kerosene is caulked in the pipe or the burner 21. The air blower 26 is in operation, and the reformed gas from the reformer 2 and the fuel cell main body 4 is burned by the burner 21.

燃料電池システム１は、燃料ポンプ２２ａが停止するとほぼ同時に、バルブ３４が閉められ、バルブ３５が開かれる。バルブ３５が開かれると、改質器２に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる水蒸気によって追い出されるように、バルブ３５を経由して、バーナー２１から放出される。また、バルブ３３が開かれ、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスがアノード４１に供給される。これにより、燃料電池本体４のアノード４１やアノード４１の上流側及び下流側の配管内に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる二酸化炭素ガスによって追い出されるように、バーナー２１から放出される。この際、バーナー２１は、燃料ポンプ２２ｂから灯油が供給されていないものの、空気ブロワ２６によって空気が供給されており、かつ、十分高温な状態にあるので、改質器２や燃料電池本体４から供給される改質ガス（水素）を燃焼させ、滞留している水素を安全に除去する。また、燃料電池システム１は、バルブ３３を経由して、一定時間二酸化炭素ガスを供給することにより、安定な二酸化炭素ガスをアノード４１に供給するので、アノード４１の性能低下を抑制することができる。 In the fuel cell system 1, the valve 34 is closed and the valve 35 is opened almost simultaneously with the stop of the fuel pump 22a. When the valve 35 is opened, the reformed gas staying in the reformer 2 is discharged from the burner 21 via the valve 35 so as to be driven out by water vapor fed later. Further, the valve 33 is opened, and carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide cylinder 3 to the anode 41. As a result, the reformed gas staying in the anode 41 of the fuel cell body 4 and the upstream and downstream piping of the anode 41 is released from the burner 21 so as to be driven out by the carbon dioxide gas fed later. The At this time, the burner 21 is not supplied with kerosene from the fuel pump 22b, but is supplied with air by the air blower 26 and is in a sufficiently high temperature state. The supplied reformed gas (hydrogen) is combusted and the remaining hydrogen is removed safely. Further, since the fuel cell system 1 supplies the carbon dioxide gas to the anode 41 by supplying the carbon dioxide gas through the valve 33 for a certain period of time, the performance degradation of the anode 41 can be suppressed. .

また、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されるまで、原料水ポンプ４７が作動し続ける。この際、制御部が、改質器２に設けられた温度センサからの温度情報をモニタしており、所定の温度（たとえば、約５００℃）に冷却されるまで、原料水ポンプ４７を作動させる。なお、上記所定の温度とは、改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒に、二酸化炭素ガスを供給しても、各触媒の性能低下が起こらない温度をいう。
また、本実施形態では、原料水ポンプ４７が供給する純水（液体）は、蒸発器２５によって気化され、水蒸気が、改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒を経由して流れることにより各触媒を冷却し、さらに、バルブ３５を経由してバーナー２１から改質器２内に放出されることにより、改質器２を冷却する。その後、水蒸気は、蒸発器２５を経由して大気に放出される。 In the fuel cell system 1, the raw water pump 47 continues to operate until the reformer 2 is cooled to a predetermined temperature. At this time, the control unit monitors temperature information from a temperature sensor provided in the reformer 2 and operates the raw water pump 47 until it is cooled to a predetermined temperature (for example, about 500 ° C.). . The predetermined temperature refers to a temperature at which the performance of each catalyst does not deteriorate even when carbon dioxide gas is supplied to the reforming catalyst, shift catalyst, and prox catalyst.
In this embodiment, pure water (liquid) supplied by the raw water pump 47 is vaporized by the evaporator 25, and water vapor flows through the reforming catalyst, the shift catalyst, and the Prox catalyst so that each catalyst flows. Further, the reformer 2 is cooled by being discharged from the burner 21 into the reformer 2 via the valve 35. Thereafter, the water vapor is released to the atmosphere via the evaporator 25.

次に、図４に示すように、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されると、停止の第二段階として、原料水ポンプ４７が停止し、改質器２への水蒸気の供給を止める。続いて、バルブ３２が開いて、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管，気化器２４及び改質器２（改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒）に滞留している水蒸気を追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスを供給する。改質器２を経由した二酸化炭素ガスは、バルブ３５を経由してバーナー２１に供給され、改質器２（内の排ガス流路）及び蒸発器２５（の加熱部）を経由して、大気に放出される。この二酸化炭素ガスの供給は、改質器２の各触媒から水蒸気がほぼ追い出されるまで行なわれる。これにより、冷却された各触媒中に、二酸化炭素ガスが供給されるので、各触媒の性能が低下するといった心配を取り除くことができる。 Next, as shown in FIG. 4, in the fuel cell system 1, when the reformer 2 is cooled to a predetermined temperature, the raw material water pump 47 is stopped as a second stage of stop, and the reformer 2 Stop supplying water vapor. Subsequently, the valve 32 is opened to expel the water vapor remaining in the pipe connecting the desulfurizer 23 and the vaporizer 24, the vaporizer 24, and the reformer 2 (reforming catalyst, shift catalyst and prox catalyst). The carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide cylinder 3. The carbon dioxide gas that has passed through the reformer 2 is supplied to the burner 21 via the valve 35, and the atmosphere passes through the reformer 2 (internal exhaust gas flow path) and the evaporator 25 (heating unit thereof). To be released. This supply of carbon dioxide gas is performed until water vapor is almost expelled from each catalyst of the reformer 2. Thereby, since carbon dioxide gas is supplied into each cooled catalyst, the concern that the performance of each catalyst deteriorates can be eliminated.

次に、図示してないが、燃料電池システム１は、バルブ３２を閉じて、二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、バルブ３５を閉じる。また、燃料電池システム１は、空気ブロワ２６，４６を停止し、燃料電池本体４が所定の温度まで冷却されると、冷却水ポンプ４３１を停止して、停止動作を完了する。なお、制御部は、燃料電池本体４に設けられた温度センサからの温度情報をモニタしており、所定の温度（たとえば、約５０℃）に冷却されると、冷却水ポンプ４３１を停止する。 Next, although not shown, the fuel cell system 1 closes the valve 32, stops the supply of carbon dioxide gas, and closes the valve 35. Further, the fuel cell system 1 stops the air blowers 26 and 46, and when the fuel cell main body 4 is cooled to a predetermined temperature, the cooling water pump 431 is stopped and the stopping operation is completed. The control unit monitors temperature information from a temperature sensor provided in the fuel cell main body 4 and stops the coolant pump 431 when cooled to a predetermined temperature (for example, about 50 ° C.).

このように、本実施形態の燃料電池システム１は、停止する際、水蒸気を利用して改質器２を冷却するので、二酸化炭素ガスが高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池システム１をＤＳＳ運転する場合でも、二酸化炭素ボンベ３の交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。さらに、燃料電池本体４や改質器２などに滞留している改質ガスを追い出し、燃料電池本体４や改質器２などに二酸化炭素を充満させることにより、燃料電池システム１の安全性を向上させることができる。 As described above, when the fuel cell system 1 of the present embodiment is stopped, the reformer 2 is cooled using water vapor, so that the carbon dioxide gas is carbonized in contact with a high-temperature reforming catalyst or the like. It can prevent, and it can suppress that the performance as a catalyst falls. Further, even when the fuel cell system 1 is DSS-operated, the replacement cycle of the carbon dioxide cylinder 3 becomes long, and the maintenance cost can be reduced. Further, the reformed gas staying in the fuel cell main body 4 and the reformer 2 is expelled, and the fuel cell main body 4 and the reformer 2 are filled with carbon dioxide, thereby improving the safety of the fuel cell system 1. Can be improved.

［燃料電池システムの停止方法］
図５は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの停止方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
同図において、燃料電池システムの停止方法は、上記燃料電池システム１を停止する方法であり、まず、バルブ３４を閉めて改質器２から燃料電池本体４への改質ガスの流路を遮断し、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給して（ステップＳ１）、燃料電池本体４などに滞留している改質ガスをパージする。すなわち、燃料電池システム１は、バルブ３４が閉められ、バルブ３３が開かれる。これにより、燃料電池本体４のアノード４１やアノード４１の上流側及び下流側の配管内に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる二酸化炭素ガスによって、追い出されるように、バーナー２１から放出され燃焼されるとともに、安定な二酸化炭素ガスをアノード４１へ供給することにより、アノード４１の性能低下を抑制することができる。 [How to stop the fuel cell system]
FIG. 5 is a schematic flowchart for explaining a method of stopping the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
In the figure, the method of stopping the fuel cell system is a method of stopping the fuel cell system 1. First, the valve 34 is closed to shut off the reformed gas flow path from the reformer 2 to the fuel cell body 4. Then, carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide cylinder 3 (step S1), and the reformed gas staying in the fuel cell main body 4 is purged. That is, in the fuel cell system 1, the valve 34 is closed and the valve 33 is opened. Thereby, the reformed gas staying in the anode 41 of the fuel cell main body 4 and the upstream and downstream piping of the anode 41 is released from the burner 21 so as to be driven out by the carbon dioxide gas fed later. In addition, by supplying a stable carbon dioxide gas to the anode 41 while being combusted, it is possible to suppress the performance degradation of the anode 41.

また、改質器２に設けられたバーナー２１へのバーナー用燃料（燃料ポンプ２２ｂから供給される灯油）の供給を停止するとともに、改質ガス燃料の代わりに水蒸気（純水タンク４４から原料水ポンプ４７によって供給される純水）を供給して、改質器２を冷却する（ステップＳ１´）。この際、燃料電池システム１は、バルブ３４が閉められバルブ３５が開かれ、改質器２に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる水蒸気によって追い出されるように、バルブ３５を経由して、バーナー２１から放出される。この放出された改質ガスは、バーナー２１によって燃焼され、滞留した水素が爆発するといった不具合を防止する。
なお、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されるまで、原料水ポンプ４７が作動し続ける。 Further, the supply of burner fuel (kerosene supplied from the fuel pump 22b) to the burner 21 provided in the reformer 2 is stopped, and water vapor (raw water from the pure water tank 44 is used instead of the reformed gas fuel). The pure water supplied by the pump 47 is supplied to cool the reformer 2 (step S1 ′). At this time, the fuel cell system 1 passes through the valve 35 so that the valve 34 is closed and the valve 35 is opened, and the reformed gas staying in the reformer 2 is expelled by steam fed later. And discharged from the burner 21. The released reformed gas is combusted by the burner 21 to prevent a problem that the staying hydrogen explodes.
In the fuel cell system 1, the raw water pump 47 continues to operate until the reformer 2 is cooled to a predetermined temperature.

次に、改質器２が所定の温度に冷却されると、原料水ポンプ４７を停止し、改質器２に二酸化炭素を供給し（ステップＳ２）、改質器２などに滞留している水蒸気をパージする。すなわち、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されると、停止の第二段階として、原料水ポンプ４７が停止し、改質器２への水蒸気の供給を止め、続いて、バルブ３２を開いて、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管，気化器２４及び改質器２（改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒）に滞留している水蒸気を追い出すように、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスを供給する。これにより、冷却された各触媒中に、二酸化炭素ガスが供給されるので、各触媒の性能が低下するといった不具合を防止することができる。
なお、二酸化炭素ガスが、二酸化炭素ボンベ３から供給されることにより、二酸化炭素ボンベ３の交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。 Next, when the reformer 2 is cooled to a predetermined temperature, the raw material water pump 47 is stopped, carbon dioxide is supplied to the reformer 2 (step S2), and it remains in the reformer 2 or the like. Purge water vapor. That is, in the fuel cell system 1, when the reformer 2 is cooled to a predetermined temperature, as a second stage of stopping, the raw material water pump 47 is stopped, the supply of water vapor to the reformer 2 is stopped, Then, the valve 32 is opened so that the water vapor staying in the pipe connecting the desulfurizer 23 and the vaporizer 24, the vaporizer 24, and the reformer 2 (reforming catalyst, shift catalyst and prox catalyst) is expelled. The carbon dioxide gas is supplied from the carbon dioxide cylinder 3. Thereby, since carbon dioxide gas is supplied into each cooled catalyst, it is possible to prevent a problem that the performance of each catalyst is deteriorated.
In addition, by supplying carbon dioxide gas from the carbon dioxide cylinder 3, the replacement cycle of the carbon dioxide cylinder 3 becomes longer, and the maintenance cost can be reduced.

次に、燃料電池システム１を停止させる（ステップＳ３）。すなわち、燃料電池システム１は、バルブ３２を閉じて、二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、バルブ３５を閉じる。また、燃料電池システム１は、空気ブロワ２６，４６を停止し、燃料電池本体４が所定の温度まで冷却されると、冷却水ポンプ４３１を停止して、停止動作を完了する。 Next, the fuel cell system 1 is stopped (step S3). That is, the fuel cell system 1 closes the valve 32, stops the supply of carbon dioxide gas, and closes the valve 35. Further, the fuel cell system 1 stops the air blowers 26 and 46, and when the fuel cell main body 4 is cooled to a predetermined temperature, stops the cooling water pump 431 and completes the stopping operation.

このように、本発明は、燃料電池システム１の停止方法としても有効であり、燃料電池システム１を停止する際、二酸化炭素が高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池本体４に改質ガスがコーキングするのを効果的に防止することができる。 As described above, the present invention is also effective as a method for stopping the fuel cell system 1. When the fuel cell system 1 is stopped, carbon dioxide can be prevented from contacting and carbonizing with a high-temperature reforming catalyst, etc. It can suppress that the performance as a catalyst falls. In addition, the reformed gas can be effectively prevented from coking in the fuel cell body 4.

以上、本発明の燃料電池システム及びその停止方法について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る燃料電池システム及びその停止方法は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、燃料電池システム１は、改質器２を冷却する水蒸気の全てを、バルブ３５を介して、バーナー２１から放出する構成としてあるが、この構成に限定されるものではない。たとえば、改質器２内に滞留する改質ガスを水蒸気によって押し出した後の水蒸気については、図示してないが、バルブ３５を経由後、気水分離器４５を経由して純水タンク４４に戻る構成としてもよい。これにより、大気に放出される純水を削減することができる。 As described above, the fuel cell system and the stopping method thereof according to the present invention have been described with reference to the preferred embodiments. However, the fuel cell system and the stopping method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the present invention.
For example, the fuel cell system 1 is configured to release all of the water vapor that cools the reformer 2 from the burner 21 via the valve 35, but is not limited to this configuration. For example, the steam after the reformed gas staying in the reformer 2 is pushed out by steam is not shown, but after passing through the valve 35, the steam is separated into the pure water tank 44 via the steam separator 45. It is good also as a structure which returns. Thereby, the pure water discharge | released to air | atmosphere can be reduced.

本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの要部の概略ブロック図を示している。1 is a schematic block diagram of a main part of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、定常運転動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。1 is a schematic block diagram of a main part for explaining steady operation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第一段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。図２の要部の概略拡大断面図を示している。The schematic block diagram of the principal part for demonstrating the stop operation | movement in the 1st step of the fuel cell system concerning one Embodiment of this invention is shown. The schematic expanded sectional view of the principal part of FIG. 2 is shown. 本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第二段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。The schematic block diagram of the principal part for demonstrating the stop operation in the 2nd step of the fuel cell system concerning one Embodiment of this invention is shown. 本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの停止方法を説明するための概略フローチャート図を示している。The schematic flowchart figure for demonstrating the stop method of the fuel cell system concerning one Embodiment of this invention is shown.

Explanation of symbols

１燃料電池システム
２改質器
３二酸化炭素ボンベ
４燃料電池本体
２１バーナー
２２ａ，２２ｂ燃料ポンプ
２３脱硫器
２４気化器
２５蒸発器
２６空気ブロワ
３１，３２，３３，３４，３５バルブ
４１アノード
４２カソード
４３冷却水流路
４４純水タンク
４５気水分離器
４６空気ブロワ
４７原料水ポンプ
４８バルブ
２５１排ガス管
３１０バーナー用二酸化炭素供給配管（配管）
３２０改質器用二酸化炭素供給配管（配管）
３３０燃料電池本体用二酸化炭素供給配管（配管）
３５０リターン配管
４３１冷却水ポンプ
４５１気相配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Reformer 3 Carbon dioxide cylinder 4 Fuel cell main body 21 Burner 22a, 22b Fuel pump 23 Desulfurizer 24 Vaporizer 25 Evaporator 26 Air blower 31, 32, 33, 34, 35 Valve 41 Anode 42 Cathode 43 Cooling water passage 44 Pure water tank 45 Air / water separator 46 Air blower 47 Raw material water pump 48 Valve 251 Exhaust gas pipe 310 Carbon dioxide supply pipe for burner (pipe)
320 Carbon dioxide supply piping (piping) for reformer
330 Carbon dioxide supply piping for fuel cell body
350 Return piping 431 Cooling water pump 451 Gas phase piping

Claims

A reformer that generates a reformed gas rich in hydrogen by reforming a reformed gas fuel containing a hydrocarbon raw material, and a fuel cell body that generates electricity by reacting hydrogen in the reformed gas with oxygen In a fuel cell system having
A carbon dioxide supply source for supplying carbon dioxide to the fuel cell main body and the reformer when stopping the fuel cell system;
A carbon dioxide supply path for reformer having an opening and closing means for communicating the hydrocarbon raw material supply path to the reformer and the carbon dioxide supply source;
A reformed gas opening / closing means provided in a reformed gas supply path for communicating the reformer and the fuel cell main body;
A carbon dioxide supply path for a fuel cell main body having an opening and closing means for communicating the reformed gas supply path downstream of the reformed gas opening and closing means and the carbon dioxide supply source;
A return path having an opening / closing means for communicating the reformed gas supply path upstream of the reforming gas opening / closing means and a burner provided in the reformer;
A fuel cell system comprising: a water vapor supply means for supplying water vapor to the reformer instead of the reformed gas fuel before supplying carbon dioxide to the reformer.

The fuel cell system according to claim 1, wherein the carbon dioxide supply source is a carbon dioxide cylinder.

The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the water vapor supply means includes a pure water tank, an evaporator, and a vaporizer for supplying water contained in the reformed gas fuel.

A burner carbon dioxide supply path having an opening / closing means for communicating the fuel supply path of the burner and the carbon dioxide supply source, and supplying the carbon dioxide to the fuel supply path of the burner when the fuel cell system is stopped The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein carbon dioxide is supplied from a source.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrocarbon raw material is kerosene.

A reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by a reforming reaction of the reformed gas fuel containing the hydrocarbon feedstock, and a reformed gas fuel containing the hydrocarbon feedstock and water in the reforming catalyst. When stopping a fuel cell system having a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by heating, and a fuel cell body that generates power by reacting hydrogen in the reformed gas with oxygen,
Blocking the reformed gas flow path from the reformer to the fuel cell body, supplying carbon dioxide to the fuel cell body, purging the reformed gas staying in the fuel cell body, , While stopping the supply of the fuel for the burner to the burner provided in the reformer, supplying steam to the reformer instead of the reformed gas fuel, cooling the reformer,
Next, carbon dioxide is supplied to the reformer, and the steam staying in the reformer is purged,
Subsequently, the fuel cell system is stopped. A method for stopping the fuel cell system.

The method for stopping a fuel cell system according to claim 6, wherein the carbon dioxide is supplied from a carbon dioxide cylinder.