JP2007311359A - Fuel cell power generation system and its operation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell generation system in which a purge process of an atmosphere in a fuel gas passage can be realized without using nitrogen after power generation is over. <P>SOLUTION: The fuel cell power generation system is provided with a fuel cell, a fuel gas supplying means which includes a fuel gas generation means by which a hydrogen-rich fuel gas is generated from a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen and supplies the fuel gas for the fuel cell to a fuel gas passage, an oxidant gas supplying means to supply oxidant gas to an oxidant gas passage of the fuel cell, a substitute gas supplying means to supply the raw material as a substitute gas to the fuel gas passage and a steam supplying means to supply steam to the fuel gas generating means. After power generation in the fuel cell is over, an atmosphere in the fuel gas passage is substituted with the raw material by pouring the raw material through the substitute gas supplying means, and when fuel gas generation of the fuel gas generating means is stopped, steam is poured into the fuel gas generating means through the steam supplying means and the atmosphere in the fuel gas generating means is substituted by steam. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池発電システムおよびその運転方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell power generation system that generates power using a fuel cell and an operation method thereof.

従来の燃料電池発電システムあるいは発電方法は、特開平3−257762号公報に示されるように、図20のような構成を用いていた。すなわち、燃料電池1と、天然ガスのような原料ガスから硫黄成分を除去する脱硫器3と、脱硫された原料ガスから水素リッチガスを発生させる燃料ガス生成部2の反応部2aと、反応部2aを加熱する加熱手段としてのバーナ2bと、燃料ガス生成部2の上流に、遮断弁6を有する窒素供給管7により接続された窒素設備5とを備え、燃料ガス生成部2で生成した燃料は改質ガス供給管8を介して燃料電池1の燃料極1aに供給し、残余の燃料は排水素接続管9を介してバーナ2bへ供給するようにしていた。燃料電池1の酸化剤極にはブロア4により空気が供給される。   A conventional fuel cell power generation system or power generation method has a configuration as shown in FIG. 20 as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-257762. That is, a fuel cell 1, a desulfurizer 3 that removes a sulfur component from a source gas such as natural gas, a reaction unit 2a of a fuel gas generation unit 2 that generates a hydrogen-rich gas from the desulfurized source gas, and a reaction unit 2a Burner 2b as a heating means for heating the fuel, and a nitrogen facility 5 connected by a nitrogen supply pipe 7 having a shut-off valve 6 upstream of the fuel gas generator 2, and the fuel generated in the fuel gas generator 2 is The fuel is supplied to the fuel electrode 1a of the fuel cell 1 through the reformed gas supply pipe 8, and the remaining fuel is supplied to the burner 2b through the exhaust hydrogen connection pipe 9. Air is supplied to the oxidant electrode of the fuel cell 1 by the blower 4.

一般の燃料電池発電システムあるいは発電方法においては、発電運転を停止させる時は、まず原料ガスの供給を停止する。この時に生ずる現象を図20を用いて説明すると、燃料ガス生成部2から改質ガス供給管8および燃料電池1を経て排水素接続管9までの流路の中で、特に燃料極1aから排水素接続管9にかけての流路中に水素リッチガスが停留することになる。そのため、大気解放されたバーナ2bから自然対流によって水素リッチガス流路内に空気が流入した場合、水素が爆発する恐れがあった。   In a general fuel cell power generation system or power generation method, when the power generation operation is stopped, the supply of the raw material gas is first stopped. The phenomenon that occurs at this time will be described with reference to FIG. 20. In the flow path from the fuel gas generator 2 to the reformed gas supply pipe 8 and the fuel cell 1 to the exhaust hydrogen connection pipe 9, in particular, drainage from the fuel electrode 1a. The hydrogen rich gas stops in the flow path extending to the elementary connection pipe 9. Therefore, when air flows into the hydrogen rich gas flow path from the burner 2b released to the atmosphere by natural convection, there is a risk that hydrogen will explode.

そこで、上記特開平3−257762号公報に記載され図20に示される燃料電池発電システムあるいは発電方法においては、発電運転停止時に遮断弁6を開き、窒素設備5から窒素供給管7を介して不活性ガスとしての窒素ガスを、燃料ガス生成部2から改質ガス供給管8および燃料電池1を経て排水素接続管9までの流路の中で、特に燃料極1aから排水素接続管9にかけての燃料ガス流路に注入し、窒素ガスにより当該燃料ガス流路から水素リッチガスを排出させ、すなわちパージし、パージされた水素リッチガスをバーナ2bで燃焼させるようにしていた。このように、従来の燃料電池発電システムでは、窒素ガスによる水素リッチガスの燃料ガス流路からのパージ工程によって水素が爆発することを未然に防止し、安全性を確保していた。
特開平3−257762号公報
Therefore, in the fuel cell power generation system or power generation method described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-257762 and shown in FIG. 20, the shutoff valve 6 is opened when the power generation operation is stopped, and the nitrogen facility 5 is not connected via the nitrogen supply pipe 7. Nitrogen gas as an active gas passes from the fuel gas generating section 2 to the exhaust hydrogen connection pipe 9 through the reformed gas supply pipe 8 and the fuel cell 1, particularly from the fuel electrode 1 a to the exhaust hydrogen connection pipe 9. The hydrogen rich gas was discharged from the fuel gas flow channel with nitrogen gas, that is, purged, and the purged hydrogen rich gas was burned by the burner 2b. As described above, in the conventional fuel cell power generation system, hydrogen is prevented from exploding by the purge process from the fuel gas flow path of the hydrogen rich gas by the nitrogen gas, and safety is ensured.
JP-A-3-257762

従来の燃料電池発電システムあるいは発電方法では、上記の窒素ガスによるパージ工程のため窒素ボンベなどの窒素設備を具備する必要があり、例えば家庭用定置型分散発電や電気自動車用電源などに用いた場合、大きなスペースを必要とし、さらにイニシャルコストがかかるという問題がある。また、窒素ボンベを定期的に交換・補充する必要もあり、ランニングコストもかかるという問題がある。   In the conventional fuel cell power generation system or power generation method, it is necessary to provide nitrogen equipment such as a nitrogen cylinder for the above-described purging process with nitrogen gas. For example, when used for a home-use stationary distributed power generation or a power source for an electric vehicle There is a problem that a large space is required and the initial cost is high. In addition, it is necessary to periodically replace and replenish the nitrogen cylinder, and there is a problem that the running cost is high.

また、燃料ガス生成部の起動時には、生成される燃料ガスには高濃度の一酸化炭素を含む。燃料電池が固体高分子電解質型燃料電池である場合、これは燃料電池の燃料極の触媒を被毒させる。しかし、従来の燃料電池発電システムあるいは発電方法では、起動時の高濃度の一酸化炭素を含む燃料ガスを燃料電池に供給しているため、燃料電池の燃料極の触媒被毒による性能劣化を引き起こす。   Further, when the fuel gas generator is started, the generated fuel gas contains a high concentration of carbon monoxide. If the fuel cell is a solid polymer electrolyte fuel cell, this poisons the fuel electrode catalyst of the fuel cell. However, in the conventional fuel cell power generation system or power generation method, fuel gas containing a high concentration of carbon monoxide at the time of start-up is supplied to the fuel cell, causing performance deterioration due to catalyst poisoning of the fuel electrode of the fuel cell. .

本発明は、上述のような従来の燃料電池発電システムあるいは発電方法が有する課題を考慮して、発電開始前および発電終了後に、窒素を用いないで燃料ガス流路から水素リッチガスをパージすることを可能とする燃料電池発電システムおよび発電方法を提供することを目的とする。また、システム運転の起動時において高濃度の一酸化炭素の燃料電池への流入防止を実現できる燃料電池発電システムおよび発電方法を提供することをも目的とする。   In consideration of the problems of the conventional fuel cell power generation system or power generation method as described above, the present invention purges the hydrogen rich gas from the fuel gas flow path without using nitrogen before the start of power generation and after the end of power generation. An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system and a power generation method that can be performed. It is another object of the present invention to provide a fuel cell power generation system and a power generation method capable of preventing inflow of high concentration carbon monoxide into the fuel cell at the start of system operation.

本発明の燃料電池発電システムは、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成手段を含み、前記燃料極を含む前記燃料電池の燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記酸化剤極を含む前記燃料電池の酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガス流路に前記原料を置換ガスとして供給する置換ガス供給手段と、前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを具備し、
前記燃料電池の発電終了後において、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換し、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させ、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換するように構成したことを特徴とする。
The fuel cell power generation system of the present invention includes a fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode, and a fuel gas generation means for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen, A fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the fuel gas flow path of the fuel cell including the fuel electrode; and an oxidant gas for supplying an oxidant gas to the oxidant gas flow path of the fuel cell including the oxidant electrode. A supply means, a replacement gas supply means for supplying the raw material as a replacement gas to the fuel gas flow path, and a water vapor supply means for supplying water vapor to the fuel gas generation means,
After the power generation of the fuel cell, the replacement gas supply means injects the raw material into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and the fuel gas generation means generates fuel gas. And the steam is injected into the fuel gas generation means by the water vapor supply means to replace the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor.

前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に前記空気を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換するように構成することが好ましい。
前記置換ガス供給手段による前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで、前記燃料ガス生成手段は燃料ガス生成を行なうのが好ましい。
発電終了後に、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換するのが好ましい。
発電終了後に、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換し、かつ、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するのが好ましい。
Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with air, and after completion of power generation, the replacement gas supply means supplies the raw material to the fuel gas flow path. After injecting and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, the air is injected into the fuel gas flow path by the air supply means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the air. It is preferable to configure.
It is preferable that the fuel gas generation unit performs fuel gas generation until the injection of the raw material into the fuel gas flow path by the replacement gas supply unit is completed.
After completion of power generation, the replacement gas supply means injects the raw material into the fuel gas flow path, replaces the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and then stops the fuel gas generation of the fuel gas generation means. Preferably, the steam is injected into the fuel gas generating means by the steam supply means, and the atmosphere inside the fuel gas generating means is replaced with the steam.
After the power generation is completed, the fuel gas generation unit stops the fuel gas generation, and the water vapor supply unit injects the water vapor into the fuel gas generation unit to replace the atmosphere inside the fuel gas generation unit with the water vapor. In addition, it is preferable that the raw material is injected into the fuel gas flow path by the replacement gas supply means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material.

前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段とに空気を供給して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気で置換する空気供給手段をさらに具備し、前記燃料ガス流路に前記原料を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するとともに、前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換した後に、前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段内部との両方に前記空気供給手段により前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気で置換するのが好ましい。
前記空気供給手段による前記空気注入は、前記燃料ガス生成手段から前記燃料ガス流路へと直列に行なうのが好ましい。
前記空気供給手段による前記空気注入は、前記燃料ガス生成手段と前記燃料ガス流路とに並列に行なうのが好ましい。
前記燃料ガス生成手段が、少なくとも貴金属と金属酸化物を構成材料とする変成触媒体を設けた変成部と、前記変成部に少なくとも一酸化炭素と水蒸気を副成分として含む水素ガスを供給する水素ガス供給部とを具備するのが好ましい。
Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and the fuel gas generation means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means with the air; Injecting the raw material into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and injecting the water vapor into the fuel gas generation means to change the atmosphere inside the fuel gas generation means to the After substituting with water vapor, the air is injected into both the fuel gas flow path and the fuel gas generation means by the air supply means, and the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means Are preferably replaced with the air.
The air injection by the air supply means is preferably performed in series from the fuel gas generation means to the fuel gas flow path.
The air injection by the air supply means is preferably performed in parallel with the fuel gas generation means and the fuel gas flow path.
Hydrogen gas for supplying a hydrogen gas containing at least carbon monoxide and water vapor as subcomponents to the shift portion, wherein the fuel gas generating means is provided with a shift catalyst body having at least a noble metal and a metal oxide as constituent materials. It is preferable to comprise a supply part.

前記置換ガス供給手段は、前記燃料ガス生成手段をバイパスして前記原料を前記燃料ガス流路に注入するバイパス手段を具備し、前記燃料電池の発電終了後において、前記バイパス手段を経由して前記燃料ガス流路に前記原料を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するように構成するのが好ましい。
前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に、前記バイパス手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換するのが好ましい。
前記バイパス手段による前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで、前記燃料ガス生成手段は燃料ガス生成を行なうのが好ましい。
The replacement gas supply means comprises bypass means for bypassing the fuel gas generation means and injecting the raw material into the fuel gas flow path, and after completion of power generation of the fuel cell, the bypass gas supply means passes through the bypass means. It is preferable that the raw material is injected into the fuel gas channel and the atmosphere of the fuel gas channel is replaced with the raw material.
Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the air is further provided, and after the power generation is completed, the raw material is injected into the fuel gas flow path by the bypass means. Then, after replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, the air is injected into the fuel gas flow path by the air supply means, and the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the air. preferable.
It is preferable that the fuel gas generation unit performs fuel gas generation until the injection of the raw material into the fuel gas channel by the bypass unit is completed.

前記燃料電池の発電終了後に、前記バイパス手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段の内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換するのが好ましい。
前記燃料電池の発電終了後に、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換し、かつ、前記バイパス手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するのが好ましい。
After the power generation of the fuel cell is completed, the raw material is injected into the fuel gas flow path by the bypass means, and the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the raw material, and then the fuel gas generation of the fuel gas generation means is stopped. Preferably, the water vapor is injected into the fuel gas generation means by the water vapor supply means to replace the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor.
After the power generation of the fuel cell is completed, the fuel gas generation unit stops the fuel gas generation, and the water vapor supply unit injects the water vapor into the fuel gas generation unit, thereby changing the atmosphere inside the fuel gas generation unit. It is preferable to substitute with water vapor, and to inject the raw material into the fuel gas flow path by the bypass means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material.

前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段とに空気を供給して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、前記燃料ガス流路に前記原料を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するとともに、前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換した後に、前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段内部との両方に前記空気供給手段により前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気で置換するのが好ましい。
前記原料から硫黄成分を除去する脱硫器を備え、前記脱硫器を通過した原料が前記置換ガス供給手段により前記置換ガスとして供給されるのが好ましい。
Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and the fuel gas generation means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means with the air; Injecting the raw material into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and injecting the water vapor into the fuel gas generation means to change the atmosphere inside the fuel gas generation means to the After substituting with water vapor, the air is injected into both the fuel gas flow path and the fuel gas generation means by the air supply means, and the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means Are preferably replaced with the air.
It is preferable that a desulfurizer for removing sulfur components from the raw material is provided, and the raw material that has passed through the desulfurizer is supplied as the replacement gas by the replacement gas supply means.

また、本発明の燃料電池発電システムの運転方法は、燃料極をおよび酸化剤極を有する燃料電池と、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成手段を含み、前記燃料電池の燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備える燃料電池発電システムの運転方法であって、前記燃料電池の発電終了後において、前記燃料ガス生成手段による前記燃料ガス生成工程を停止させるとともに、前記燃料ガス流路に前記原料を置換ガスとして注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換する第1置換工程と、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換する第3置換工程とを実施する。
前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に前記第1置換工程を実施した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に空気を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換する第2置換工程を具備するのが好ましい。
Further, the operation method of the fuel cell power generation system of the present invention is a fuel gas that generates a hydrogen-rich fuel gas from a fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode and a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen. An operation method of a fuel cell power generation system, comprising: a generation means, and a fuel gas supply means for supplying the fuel gas to a fuel gas flow path of the fuel cell; and a water vapor supply means for supplying water vapor to the fuel gas generation means And after stopping the power generation of the fuel cell, the fuel gas generation step by the fuel gas generation means is stopped, and the raw material is injected into the fuel gas flow path as a replacement gas, and the atmosphere of the fuel gas flow path A first replacement step of substituting the raw material with the raw material, and supplying water vapor to the fuel gas generation means by the water vapor supply means, thereby providing an atmosphere inside the fuel gas generation means. Implementing the third replacement step of replacing the air in the water vapor.
An air supply means for supplying air to the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with air; and after performing the first replacement step after power generation, the air supply means It is preferable to include a second replacement step of injecting air into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the air.

前記第1置換工程における前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで前記燃料ガス生成手段において前記燃料ガスが生成されるのが好ましい。
前記第1置換工程が、前記燃料ガス生成手段をバイパスして前記原料を前記燃料ガス流路に供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換する工程であるのが好ましい。
前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に前記第1置換工程を実施した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に空気を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換する第2置換工程を具備するのが好ましい。
前記第1置換工程における前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで前記燃料ガス生成手段において前記燃料ガスが生成されるのが好ましい。
It is preferable that the fuel gas is generated in the fuel gas generation unit until the injection of the raw material into the fuel gas flow path in the first replacement step is completed.
It is preferable that the first replacement step is a step of bypassing the fuel gas generation means and supplying the raw material to the fuel gas flow channel to replace the atmosphere of the fuel gas flow channel with the raw material.
An air supply means for supplying air to the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with air; and after performing the first replacement step after power generation, the air supply means It is preferable to include a second replacement step of injecting air into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the air.
It is preferable that the fuel gas is generated in the fuel gas generation unit until the injection of the raw material into the fuel gas flow path in the first replacement step is completed.

以上のように本発明の燃料電池発電システムあるいは燃料電池発電方法によれば、発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、置換ガス、殊に燃料ガス生成手段を備える燃料電池においては、燃料ガス生成手段に供給するガスと同じく、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料を置換ガスとして燃料極を含む燃料ガス流路に注入することにより、その燃料ガス流路に残留するガスを除去し、その燃料ガス流路の雰囲気を置換ガスで置換することができる。   As described above, according to the fuel cell power generation system or fuel cell power generation method of the present invention, in at least one of before the start of power generation and after the end of power generation, in the fuel cell provided with the replacement gas, in particular, the fuel gas generation means, the fuel gas Similar to the gas supplied to the generating means, the residual gas in the fuel gas channel is removed by injecting the raw material mainly composed of carbon and hydrogen as a replacement gas into the fuel gas channel including the fuel electrode. In addition, the atmosphere of the fuel gas passage can be replaced with a replacement gas.

また、空気供給手段を備える燃料電池発電システムあるいは燃料電池発電方法においては、置換ガスで燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路の雰囲気を置換した後に、空気供給手段により空気をその燃料ガス流路に注入することにより、そのガス流路の雰囲気を空気で置換することができる。
さらに、燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路への置換ガス注入が終了するまで燃料ガス生成手段で燃料ガス生成を行なうことにより、置換終了までバーナでの安定燃焼を実現できる燃料電池発電システムあるいは燃料電池発電方法を提供することができる。
Further, in the fuel cell power generation system or fuel cell power generation method including the air supply means, after replacing the atmosphere of the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell with the replacement gas, the air is supplied to the fuel gas flow by the air supply means. By injecting into the channel, the atmosphere of the gas channel can be replaced with air.
Further, a fuel cell power generation system capable of realizing stable combustion in the burner until the end of the replacement by generating the fuel gas with the fuel gas generating means until the replacement gas injection into the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell is completed. Alternatively, a fuel cell power generation method can be provided.

また、水蒸気供給手段を備えることにより、燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路への置換ガス注入が終了した後に燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、水蒸気供給手段により水蒸気を燃料ガス生成手段内部に注入することにより、燃料ガス生成手段に残留する燃料ガスを除去し、燃料ガス生成手段内部の雰囲気を水蒸気で置換することができる。   Further, by providing the water vapor supply means, the fuel gas generation means stops the fuel gas generation after the replacement gas injection into the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell is completed, and the water vapor supply means supplies the water vapor. By injecting the gas generation means, the fuel gas remaining in the fuel gas generation means can be removed, and the atmosphere inside the fuel gas generation means can be replaced with water vapor.

また、燃料電池発電システムないし発電方法の発電終了後に、燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに水蒸気供給手段により水蒸気を燃料ガス生成手段内部に注入し、かつ、置換ガスを燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路に注入することにより、燃料ガス生成手段に残留する燃料ガスを除去し、燃料ガス生成手段内部の雰囲気を水蒸気で置換し、かつ、その燃料ガス流路に残留する燃料ガスを除去し、その燃料ガス流路の雰囲気を置換ガスで置換することができる。しかも、同時に独立して置換するため置換時間の短縮を実現することができる。   In addition, after the power generation of the fuel cell power generation system or the power generation method, the fuel gas generation unit stops the fuel gas generation, the water vapor supply unit injects the water vapor into the fuel gas generation unit, and the replacement gas is supplied to the fuel cell fuel. The fuel gas remaining in the fuel gas generation means is removed by injecting the fuel gas flow path including the electrode, the atmosphere inside the fuel gas generation means is replaced with water vapor, and the fuel remaining in the fuel gas flow path The gas can be removed and the atmosphere of the fuel gas flow path can be replaced with a replacement gas. In addition, the replacement time can be shortened because the replacement is performed independently at the same time.

また、燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路に置換ガスを注入するとともに燃料ガス生成手段内部に水蒸気を注入してそれぞれの雰囲気を置換した後に、燃料電池の燃料ガス流路と燃料ガス生成手段との両方に空気供給手段により空気を注入することにより、システム内部の原料および燃料の流路全体の雰囲気を空気で置換することができる。
さらに、燃料ガス生成手段が、貴金属と金属酸化物を構成材料とする変成触媒体を設けた変成部を備えることにより、空気置換により空気が燃料ガス生成手段の内部に入っても、変成触媒体の性能劣化を防ぐことができる。
Also, after injecting a replacement gas into the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell and injecting water vapor into the fuel gas generation means to replace each atmosphere, the fuel gas flow path of the fuel cell and the fuel gas generation By injecting air into both of the means by the air supply means, the atmosphere of the entire raw material and fuel flow paths inside the system can be replaced with air.
Further, the fuel gas generation means includes a shift portion provided with a shift catalyst body made of noble metal and metal oxide, so that even if air enters the fuel gas generation means by air replacement, the shift catalyst body It is possible to prevent the deterioration of performance.

さらに、一酸化炭素濃度検知手段により検知される検知値が所定値を下回るまで燃料極を含む燃料ガス流路に置換ガスまたは原料を注入し続けることにより、燃料ガスが拡散的に燃料ガス流路へ流入することを防止し、しかも燃料ガス流路に注入する置換ガスまたは原料の量を適切に管理することができる。
なお、置換ガスは、硫黄成分を含まずかつ炭化水素などの少なくとも炭素と水素を含む化合物を主成分とする置換ガスとすることにより、置換ガスを原料と同じものを使用することができる燃料電池発電システムないし発電方法を提供することができる。
Further, the fuel gas is diffusely diffused by continuously injecting the replacement gas or the raw material into the fuel gas flow path including the fuel electrode until the detection value detected by the carbon monoxide concentration detection means falls below a predetermined value. The amount of replacement gas or raw material injected into the fuel gas flow path can be appropriately controlled.
The replacement gas is a fuel cell that does not contain a sulfur component and can be the same as the raw material by using a replacement gas mainly composed of a compound containing at least carbon and hydrogen such as hydrocarbons. A power generation system or a power generation method can be provided.

また、原料あるいは置換ガスに含まれる硫黄成分を除去する硫黄成分除去手段を用い、原料と置換ガスのいずれか一方または両方を社会的基盤として整備されている都市ガスとすることにより、ボンベを必要とせず、より簡潔な構成の燃料電池発電システムないし発電方法を提供することができる。   In addition, cylinders are required by using sulfur component removal means to remove sulfur components contained in the raw material or the replacement gas, and using either or both of the raw material and the replacement gas as city gas that is maintained as a social infrastructure. However, it is possible to provide a fuel cell power generation system or power generation method with a simpler configuration.

本発明の第1の方式に基づく燃料電池発電システムは、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、前記燃料極を含む前記燃料電池の燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記酸化剤極を含む前記燃料電池の酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガス流路に炭素および水素を含む化合物を主成分とする置換ガスを供給する置換ガス供給手段とを具備し、前記燃料電池の発電終了後において、前記置換ガス供給手段により前記置換ガスを前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記置換ガスで置換するように構成する。   A fuel cell power generation system based on a first system of the present invention includes a fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode, and fuel gas supply means for supplying fuel gas to a fuel gas flow path of the fuel cell including the fuel electrode. An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant gas flow path of the fuel cell including the oxidant electrode, and a replacement gas mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen in the fuel gas flow path And after the power generation of the fuel cell is completed, the replacement gas supply means injects the replacement gas into the fuel gas flow path, thereby replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the replacement gas. Configure to replace with gas.

同様に、本発明の第1の方式に基づく燃料電池発電方法は、燃料極を含む燃料ガス流路および酸化剤極を含む酸化剤ガス流路を有する燃料電池の前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、前記燃料電池の発電終了後において、前記燃料ガス流路に炭素と水素を含む化合物を主成分とする置換ガスを注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記置換ガスで置換する第1置換工程とを具備する。
これらの発電システムおよび発電方法においては、燃料電池の発電終了後に置換ガスで燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路の雰囲気をパージすることにより、燃料電池の内部に残留する燃料ガスが空気と触れる危険は無く、燃料ガスが燃料電池の内部で爆発する恐れもない。
Similarly, in the fuel cell power generation method based on the first method of the present invention, a fuel gas is provided in the fuel gas channel of the fuel cell having a fuel gas channel including a fuel electrode and an oxidant gas channel including an oxidant electrode. And after the completion of power generation of the fuel cell, a replacement gas mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen is injected into the fuel gas flow path to change the atmosphere of the fuel gas flow path. A first replacement step of replacing with a replacement gas.
In these power generation systems and power generation methods, after the power generation of the fuel cell is completed, the atmosphere of the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell is purged with a replacement gas, so that the fuel gas remaining inside the fuel cell There is no danger of touching and there is no danger of fuel gas exploding inside the fuel cell.

この本発明第1の方式の発電システムの好ましい態様においては、前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、前記発電終了後に、前記置換ガス供給手段により前記置換ガスを前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記置換ガスで置換した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に前記空気を注入して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記空気で置換する。   In a preferred aspect of the power generation system according to the first system of the present invention, the power generation system further includes air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with air. After completion, the replacement gas supply means injects the replacement gas into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the replacement gas, and then the air supply means supplies the fuel gas flow path to the fuel gas flow path. The air is injected to replace the atmosphere of the fuel gas passage with the air.

同様に、この本発明の第1の方式の発電方法の好ましい態様においては、前記発電終了後に前記第1置換工程を実施した後、前記燃料ガス流路に空気を注入して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記空気で置換する第2置換工程を具備する。
これらの発電システムおよび発電方法の態様においては、燃料極を含む燃料ガス流路の雰囲気を置換ガスでパージした後、さらにその置換ガスを空気でパージするため、運転終了時には、燃料電池は非常に安全な状態で保持できる。また、燃料ガスと空気が接することもないので、燃料電池の内部で爆発する恐れもない。
Similarly, in a preferred mode of the power generation method according to the first system of the present invention, after the power generation is completed, the first replacement step is performed, and then air is injected into the fuel gas flow channel to thereby form the fuel gas flow channel. A second replacement step of replacing the atmosphere with the air.
In these power generation system and power generation method aspects, after purging the atmosphere of the fuel gas flow path including the fuel electrode with the replacement gas and further purging the replacement gas with air, the fuel cell is very Can be held in a safe state. Further, since fuel gas and air do not come into contact with each other, there is no risk of explosion inside the fuel cell.

本発明の第1の方式の発電システムの他の好ましい態様においては、前記燃料ガス供給手段が、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成手段と、前記燃料ガス生成手段に前記原料を供給する原料供給源とを含み、前記置換ガス供給手段による前記燃料ガス流路への前記置換ガスの注入が終了するまで、前記燃料ガス生成手段は前記燃料ガス生成を行なう。   In another preferable aspect of the power generation system of the first system of the present invention, the fuel gas supply means generates a fuel gas rich in hydrogen from a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen. And a raw material supply source for supplying the raw material to the fuel gas generating means, and until the replacement gas supply means finishes injecting the replacement gas into the fuel gas flow path, the fuel gas generating means Fuel gas generation is performed.

同様に、本発明の第1の方式の発電方法の他の好ましい態様においては、前記燃料ガス供給工程が炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを前記燃料ガスとして生成する燃料ガス生成工程とを具備し、前記第1置換工程における前記燃料ガス流路への前記置換ガスの注入が終了するまで前記燃料ガス生成工程において前記燃料ガスが生成される。
これらの発電システムおよび発電方法の態様によれば、燃料極を含む燃料ガス流路の雰囲気の置換ガスによる置換が終了するまで、燃料ガス生成手段における反応部を加熱するバーナでの安定燃焼、すなわち安定した燃料ガス生成工程が実現できる。
Similarly, in another preferred embodiment of the power generation method of the first system of the present invention, the fuel gas supply step uses, as a fuel gas, a hydrogen-rich fuel gas from a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen. The fuel gas is generated in the fuel gas generation step until injection of the replacement gas into the fuel gas flow path in the first replacement step is completed.
According to these power generation systems and power generation method aspects, stable combustion in the burner that heats the reaction portion in the fuel gas generation means until the replacement of the atmosphere of the fuel gas flow path including the fuel electrode with the replacement gas is completed, that is, A stable fuel gas generation process can be realized.

本発明の第1の方式の発電システムあるいは発電方法のさらに他の好ましい態様においては、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料生成手段を水蒸気で置換する水蒸気供給手段あるいは水蒸気による置換工程(第3置換工程)を具備する。そして、燃料電池の発電終了後に、置換ガス供給手段により置換ガスを燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路に注入してその燃料ガス流路を置換ガスで置換した後、燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに水蒸気供給手段により燃料ガス生成手段に水蒸気を注入する。または、燃料電池の発電終了後に、燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに水蒸気供給手段により燃料ガス生成手段内部に水蒸気を注入し、かつ、置換ガス供給手段により置換ガスを燃料電池の前記燃料ガス流路に注入する。すなわち、燃料ガス生成を停止させるとともに、前記第3置換工程と前記第1置換工程を実施する。   In still another preferred embodiment of the power generation system or power generation method of the first method of the present invention, the fuel generating means for generating hydrogen-rich fuel gas from the raw material mainly containing a compound containing carbon and hydrogen is replaced with water vapor. A water vapor supplying means or a water vapor replacing step (third water replacing step). After the power generation of the fuel cell is completed, the replacement gas supply means injects the replacement gas into the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell and replaces the fuel gas flow path with the replacement gas. The fuel gas generation is stopped and water vapor is injected into the fuel gas generation means by the water vapor supply means. Alternatively, after the power generation of the fuel cell is completed, the fuel gas generation unit stops the fuel gas generation, and the water vapor supply unit injects water vapor into the fuel gas generation unit, and the replacement gas supply unit supplies the replacement gas to the fuel cell. Inject into the fuel gas flow path. That is, the fuel gas generation is stopped, and the third replacement process and the first replacement process are performed.

これらの発電システムあるいは発電方法の態様によれば、燃料ガス生成手段内部の雰囲気を水蒸気でパージすることにより、燃料ガス流路には可燃ガスがほぼ残存することがない。水蒸気を燃料ガス生成手段に注入することにより、燃料ガス生成手段の冷却が促進され、運転終了までの時間を短縮することができる。燃料ガス生成手段への水蒸気注入と、燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路への置換ガス注入を独立して行うことにより、置換のための時間を短縮できる。   According to these aspects of the power generation system or power generation method, the atmosphere inside the fuel gas generation means is purged with water vapor so that almost no combustible gas remains in the fuel gas flow path. By injecting water vapor into the fuel gas generating means, cooling of the fuel gas generating means is promoted, and the time until the end of operation can be shortened. By independently performing the water vapor injection into the fuel gas generating means and the replacement gas injection into the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell, the time for replacement can be shortened.

本発明の第1の方式の他の好ましい態様においては、燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路および燃料ガス生成手段に空気を供給して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を空気に置換する空気供給手段を具備し、その燃料ガス流路に前記置換ガスを供給するとともに前記燃料ガス生成手段に水蒸気を注入した後に、燃料ガス流路と燃料ガス生成手段内部の両方に空気供給手段により空気を注入する。これにより、燃料ガス流路と燃料ガス生成手段内部の両方の雰囲気を空気で置換することができる。   In another preferable aspect of the first method of the present invention, air is supplied to a fuel gas flow path including a fuel electrode of a fuel cell and fuel gas generation means, and the atmosphere of the fuel gas flow path and the fuel gas generation An air supply means for substituting the atmosphere inside the means with air, and after supplying the replacement gas to the fuel gas flow path and injecting water vapor into the fuel gas generation means, the fuel gas flow path and the fuel gas generation means Air is injected into the inside by air supply means. As a result, the atmosphere in both the fuel gas flow path and the fuel gas generation means can be replaced with air.

ここで、前記空気供給手段による空気注入は、燃料ガス生成手段から燃料電池の燃料ガス流路へと直列に行なう。または、前記空気供給手段による空気注入は、燃料ガス生成手段と燃料電池の燃料ガス流路とに並列に行なう。前者によれば、燃料ガス流路の上流から順次流路に沿って下流へと空気で置換することができる。また、後者によれば、燃料ガス流路全体を短時間で空気に置換することができる。   Here, the air injection by the air supply means is performed in series from the fuel gas generating means to the fuel gas flow path of the fuel cell. Alternatively, air injection by the air supply means is performed in parallel with the fuel gas generation means and the fuel gas flow path of the fuel cell. According to the former, it is possible to replace with air from the upstream side of the fuel gas channel to the downstream side along the channel. Moreover, according to the latter, the whole fuel gas flow path can be substituted with air in a short time.

さらに本発明の第1の方式の他の態様においては、前記燃料ガス生成手段が、少なくとも貴金属と金属酸化物を構成材料とする変成触媒体を設けた変成部と、前記変成部に少なくとも一酸化炭素と水蒸気を副成分として含む水素ガスを供給する水素ガス供給部を具備する。これにより、前記燃料ガス生成手段内部の耐酸化性が高まるため、当該内部に空気を注入しても、その酸化の問題が生じにくい。   Furthermore, in another aspect of the first mode of the present invention, the fuel gas generating means includes a shift section provided with a shift catalyst body comprising at least a noble metal and a metal oxide as a constituent material, and at least the monoxide is formed in the shift section. A hydrogen gas supply unit that supplies hydrogen gas containing carbon and water vapor as subcomponents is provided. As a result, the oxidation resistance inside the fuel gas generating means is increased, so that even if air is injected into the inside, the problem of oxidation hardly occurs.

本発明の第2の方式に基づく燃料電池発電システムは、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成手段と、前記燃料ガス生成手段に前記原料を供給する原料供給源と、前記燃料ガス生成手段から前記燃料ガスを前記燃料極を含む前記燃料電池の燃料ガス流路に供給する燃料ガス供給手段と、前記原料供給源より前記燃料ガス生成手段をバイパスして前記原料を前記燃料ガス流路に原料ガスとして注入するバイパス手段とを具備し、 前記燃料電池の発電終了後において、前記バイパス手段を経由して前記燃料ガス流路に前記原料ガスを注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料ガスで置換するように構成される。   A fuel cell power generation system based on the second system of the present invention is a fuel cell that generates a hydrogen-rich fuel gas from a fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode, and a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen. Generating means, raw material supply source for supplying the raw material to the fuel gas generating means, and fuel gas supplying means for supplying the fuel gas from the fuel gas generating means to a fuel gas flow path of the fuel cell including the fuel electrode And bypass means for bypassing the fuel gas generating means from the raw material supply source and injecting the raw material into the fuel gas flow path as raw material gas, and after the power generation of the fuel cell is completed, the bypass means The raw material gas is injected into the fuel gas flow path, and the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the raw material gas.

同様に、本発明の第2の方式に基づく燃料電池発電方法は、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成工程と、燃料極を含む燃料ガス流路および酸化剤極を含む酸化剤ガス流路を有する燃料電池の前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給工程と、前記原料を原料ガスとして直接前記燃料ガス流路に供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料ガスで置換する第1置換工程とを具備し、前記燃料電池の発電終了後において前記第1置換工程が実施される。   Similarly, a fuel cell power generation method based on the second method of the present invention includes a fuel gas generation step for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen, and a fuel including a fuel electrode. A fuel gas supply step of supplying the fuel gas to the fuel gas channel of a fuel cell having an oxidant gas channel including a gas channel and an oxidant electrode; and the raw material as a raw material gas directly into the fuel gas channel. A first replacement step of supplying and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the source gas, and the first replacement step is performed after completion of power generation of the fuel cell.

これらの発電システムおよび発電方法においては、燃料電池の発電終了後に、原料ガスで燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路の雰囲気をパージすることにより、燃料電池の内部に残留する燃料ガスが空気と触れる危険は無く、燃料ガスが燃料電池の内部で爆発する恐れもない。また、パージを要する雰囲気をパージするためのガスを原料と同じ供給源から供給するので、簡潔で効率的なシステムとすることができる。   In these power generation systems and power generation methods, after the power generation of the fuel cell is completed, the atmosphere of the fuel gas passage including the fuel electrode of the fuel cell is purged with the raw material gas, so that the fuel gas remaining inside the fuel cell is air. There is no danger of touching and there is no risk of the fuel gas exploding inside the fuel cell. In addition, since the gas for purging the atmosphere that requires purging is supplied from the same supply source as the raw material, a simple and efficient system can be obtained.

本発明の第2の方式の発電システムの好ましい態様においては、前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記空気で置換する空気供給手段をさらに具備し、前記発電終了後に、前記バイパス手段により前記原料ガスを前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記原料ガスで置換した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記空気で置換する。   In a preferred aspect of the power generation system of the second system of the present invention, the power generation system further comprises air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the air, After the end of power generation, the raw material gas is injected into the fuel gas flow path by the bypass means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material gas, and then the air supply means adds the raw material gas to the fuel gas flow path. Air is injected to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the air.

同様に、本発明の第2の方式の燃料電池発電方法の好ましい態様においては、前記発電終了後に前記第1置換工程を実施した後、前記燃料ガス流路に空気を注入して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記空気で置換する第2置換工程を具備する。
これらの発電システムあるいは発電方法の態様によれば、燃料極を含む燃料ガス流路の雰囲気を原料ガスでパージした後、さらにその原料ガスを空気でパージするため、運転終了時には、燃料電池は非常に安全な状態で保持できる。また、燃料ガスと空気が接することもないので、燃料電池の内部で爆発する恐れもない。
Similarly, in a preferred aspect of the fuel cell power generation method according to the second method of the present invention, after the first replacement step is performed after the power generation is completed, air is injected into the fuel gas flow path, and the fuel gas flow A second replacement step of replacing the atmosphere of the road with the air;
According to these power generation systems or power generation method aspects, after purging the atmosphere of the fuel gas flow path including the fuel electrode with the raw material gas, the raw material gas is further purged with air. Can be kept in a safe state. Further, since fuel gas and air do not come into contact with each other, there is no risk of explosion inside the fuel cell.

本発明の第2の方式の発電システムの好ましい他の態様においては、前記バイパス手段による前記燃料ガス流路への前記原料ガスの注入が終了するまで、前記燃料ガス生成手段は前記燃料ガス生成を行なう。
同様に、本発明の第2の方式の発電方法の好ましい他の態様においては、前記第1置換工程における前記燃料ガス流路への前記原料ガスの注入が終了するまで前記燃料ガス生成工程において前記燃料ガスが生成される。
これらの発電システムあるいは発電方法の態様によれば、燃料極を含む燃料ガス流路の置換ガスによる置換が終了するまで、燃料ガス生成手段における反応部を加熱するバーナでの安定燃焼、すなわち安定した燃料ガス生成工程を実現できる。
In another preferable aspect of the power generation system of the second system of the present invention, the fuel gas generation means performs the fuel gas generation until the injection of the raw material gas into the fuel gas flow path by the bypass means is completed. Do.
Similarly, in another preferred aspect of the power generation method of the second system of the present invention, in the fuel gas generation step until the injection of the raw material gas into the fuel gas flow path in the first replacement step is completed. Fuel gas is generated.
According to these power generation systems or power generation method aspects, stable combustion in the burner that heats the reaction portion in the fuel gas generation means, that is, stable, is achieved until the replacement of the fuel gas flow path including the fuel electrode with the replacement gas is completed. A fuel gas generation process can be realized.

本発明の第2の方式の発電システムの好ましいさらに他の態様においては、前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換する水蒸気供給手段をさらに具備し、前記発電終了後に、前記バイパス手段により前記原料ガスを前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記原料ガスで置換した後、前記燃料ガス生成手段の前記燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の前記雰囲気を前記水蒸気で置換する。   In a further preferred aspect of the power generation system of the second system of the present invention, the apparatus further comprises a water vapor supplying means for supplying water vapor to the fuel gas generating means and substituting the atmosphere inside the fuel gas generating means with the water vapor. Then, after the power generation is completed, the raw material gas is injected into the fuel gas flow path by the bypass means, and the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the raw material gas, and then the fuel gas of the fuel gas generation means The generation is stopped and the water vapor is injected into the fuel gas generation means by the water vapor supply means to replace the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor.

または、燃料ガス生成手段内部の雰囲気を水蒸気で置換する水蒸気供給手段をさらに具備し、前記発電終了後に、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に水蒸気を注入し、かつ、前記バイパス手段により前記原料ガスを前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記原料ガスで置換する。   Alternatively, the apparatus further includes water vapor supply means for replacing the atmosphere inside the fuel gas generation means with water vapor, and after the power generation is completed, the fuel gas generation means stops the fuel gas generation, and the water vapor supply means generates the fuel gas. Water vapor is injected into the means, and the raw material gas is injected into the fuel gas flow path by the bypass means to replace the atmosphere in the fuel gas flow path with the raw material gas.

同様に、本発明の第2の方式の発電方法の好ましいさらに他の態様においては、前記燃料ガス生成工程における前記燃料ガス生成は燃料ガス生成手段を用いて実施され、前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換する第3置換工程をさらに具備し、前記発電終了後に、前記燃料ガス生成手段による前記燃料ガス生成工程を停止させるとともに、前記第3置換工程と前記第1置換工程とが実施される。   Similarly, in still another preferable aspect of the power generation method according to the second system of the present invention, the fuel gas generation in the fuel gas generation step is performed using a fuel gas generation unit, and the fuel gas generation unit includes water vapor. And a third substitution step of substituting the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor to stop the fuel gas generation step by the fuel gas generation means after completion of the power generation, and Three substitution steps and the first substitution step are performed.

これらの発電システムあるいは発電方法の態様によれば、燃料ガス生成手段の内部雰囲気を水蒸気でパージすることにより、燃料ガス流路には可燃ガスがほぼ残存することがない。水蒸気を燃料ガス生成手段内部に注入することにより、燃料ガス生成手段の冷却が促進され、運転終了までの時間を短縮することができる。燃料ガス生成手段内部への水蒸気注入と、燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路への置換ガス注入を独立して行うことにより、置換のための時間を短縮できる。   According to these power generation systems or power generation method aspects, the combustible gas hardly remains in the fuel gas flow path by purging the internal atmosphere of the fuel gas generating means with water vapor. By injecting water vapor into the fuel gas generating means, cooling of the fuel gas generating means is promoted, and the time until the end of the operation can be shortened. The time for replacement can be shortened by independently performing the steam injection into the fuel gas generating means and the replacement gas injection into the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell.

本発明の第2の方式のさらに他の好ましい態様においては、前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段とに空気を供給して、前記燃料ガス流路の前記雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の前記雰囲気とを前記空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、前記燃料ガス流路に前記原料ガスを供給して前記燃料ガス流路の前記雰囲気を前記原料ガスで置換するとともに、前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の前記雰囲気を前記水蒸気で置換した後に、前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段内部との両方に前記空気供給手段により前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の前記雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の前記雰囲気とを前記空気で置換する。   In still another preferred aspect of the second system of the present invention, air is supplied to the fuel gas flow path and the fuel gas generation means, and the atmosphere of the fuel gas flow path and the inside of the fuel gas generation means Air supply means for substituting the atmosphere with the air, supplying the source gas to the fuel gas flow path to replace the atmosphere in the fuel gas flow path with the source gas, and the fuel After injecting the water vapor into the gas generation means and replacing the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor, the air supply means both the fuel gas flow path and the fuel gas generation means by the air supply means. Air is injected to replace the atmosphere in the fuel gas flow path and the atmosphere in the fuel gas generation means with the air.

これにより、システム内部の原料および燃料ガスの流路全体を空気で置換することができる。
ここで、前記空気供給手段による空気注入の好ましい態様においては、燃料ガス生成手段から前記燃料ガス流路へと直列に行なう。または、前記空気供給手段による空気注入の他の好ましい態様においては、燃料ガス生成手段と前記燃料ガス流路とに並列に行なう。
前者によれば、燃料ガス流路の上流から順次流路に沿って下流へと空気で置換することができる。また、後者によれば、燃料ガス流路全体を短時間で空気に置換することができる。
Thereby, the whole flow path of the raw material and fuel gas inside the system can be replaced with air.
Here, in a preferred aspect of air injection by the air supply means, the fuel gas generation means is connected in series to the fuel gas flow path. Alternatively, in another preferable aspect of air injection by the air supply means, the fuel gas generation means and the fuel gas flow path are performed in parallel.
According to the former, it is possible to replace with air from the upstream side of the fuel gas channel to the downstream side along the channel. Moreover, according to the latter, the whole fuel gas flow path can be substituted with air in a short time.

本発明の第2の方式の他の態様においては、前記燃料ガス生成手段が、少なくとも貴金属と金属酸化物を構成材料とする変成触媒体を設けた変成部と、前記変成部に少なくとも一酸化炭素と水蒸気を副成分として含む水素ガスを供給する水素ガス供給部を具備する。これにより、前記燃料ガス生成手段内部の耐酸化性が高まるため、当該内部に空気を注入しても、その酸化の問題が生じにくい。   In another aspect of the second mode of the present invention, the fuel gas generating means includes a shift portion provided with a shift catalyst body having at least a noble metal and a metal oxide as constituent materials, and at least the carbon monoxide in the shift portion. And a hydrogen gas supply unit for supplying hydrogen gas containing water vapor as subcomponents. As a result, the oxidation resistance inside the fuel gas generating means is increased, so that even if air is injected into the inside, the problem of oxidation hardly occurs.

上記の本発明の各方式および各態様におけるさらなる態様によれば、前記燃料ガス生成手段において生成される燃料ガスに含まれる一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度検知手段をさらに具備し、前記一酸化炭素濃度検知手段により検知される検知値が所定値を下回るまで、前記燃料極を含む燃料ガス流路に置換ガスまたは置換ガスとしての原料ガスを注入する。これにより、燃料ガス生成手段の運転初期において高濃度の一酸化炭素を含む燃料ガスが拡散により燃料ガス流路に流入して燃料極が被毒する問題を防止することができる。   According to each aspect and each aspect of the present invention described above, the method further comprises a carbon monoxide concentration detecting means for detecting a carbon monoxide concentration contained in the fuel gas generated in the fuel gas generating means, Until the detection value detected by the carbon monoxide concentration detection means falls below a predetermined value, the replacement gas or the raw material gas as the replacement gas is injected into the fuel gas flow path including the fuel electrode. As a result, it is possible to prevent the problem that the fuel gas containing high-concentration carbon monoxide flows into the fuel gas flow path due to diffusion and poisons the fuel electrode in the initial operation of the fuel gas generating means.

また、本発明の各方式および各態様において、好ましい置換ガスは、硫黄成分を含まない。これにより、燃料極の触媒の被毒を防止することができる。
さらに本発明の各方式および各態様において、原料供給源から供給される好ましい原料は、都市ガスをそれに含まれる硫黄成分を除去してなるガスである。これにより、原料を簡便に利用することができるとともに、燃料極の触媒の被毒を防止することができる。
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
Moreover, in each system and each aspect of the present invention, a preferred replacement gas does not contain a sulfur component. As a result, poisoning of the fuel electrode catalyst can be prevented.
Furthermore, in each system and each aspect of the present invention, a preferable raw material supplied from a raw material supply source is a gas obtained by removing a sulfur component contained in a city gas. Thereby, while being able to use a raw material simply, poisoning of the catalyst of a fuel electrode can be prevented.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

《実施形態1》
図1は、本発明の実施形態1における燃料電池発電システムの構成を示す。本実施形態における燃料電池発電システムは、燃料電池11、燃料電池の燃料極11aに燃料ガスを供給する燃料供給部、燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部、および都市ガスから硫黄成分を除去した脱硫ガスを、置換ガスとして、燃料ガス供給管10に供給するための脱硫ガス供給管12を備える。この置換ガスは、炭化水素などの炭素と水素を含む化合物を主成分とする。
Embodiment 1
FIG. 1 shows a configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. The fuel cell power generation system in the present embodiment includes a fuel cell 11, a fuel supply unit that supplies fuel gas to the fuel electrode 11a of the fuel cell, an oxidant gas supply unit that supplies oxidant gas to the oxidant electrode of the fuel cell, and A desulfurization gas supply pipe 12 for supplying a desulfurization gas from which the sulfur component has been removed from the city gas to the fuel gas supply pipe 10 as a replacement gas is provided. This replacement gas contains a compound containing carbon and hydrogen such as hydrocarbon as a main component.

さらに、脱硫ガス供給管12には、都市ガスなど硫黄成分を含む置換ガスの原料から硫黄成分を除去する脱硫器13と、脱硫ガスの供給・遮断を行なうための開閉弁14を備える。本実施形態では、原料として炭素と水素を含む化合物を主成分とする都市ガスを用いる。代表的な都市ガスは、大部分がメタンであり、一部ブタンを含む。   Further, the desulfurization gas supply pipe 12 is provided with a desulfurizer 13 that removes sulfur components from the raw material of the replacement gas containing sulfur components such as city gas, and an opening / closing valve 14 for supplying / blocking the desulfurization gas. In this embodiment, city gas which has as a main component a compound containing carbon and hydrogen is used as a raw material. The typical city gas is mostly methane and partly contains butane.

本実施形態における燃料電池発電システムの動作を説明する。発電を行なう場合、まず開閉弁14を開とし、都市ガスの硫黄成分を脱硫器13で除去した脱硫ガスを脱硫ガス供給管12から燃料ガス供給管10を通じて燃料電池11の燃料極11aに注入する。これによって、燃料電池の燃料極およびその近傍に残存するガスを燃料電池11の外部に排出し、燃料極11aを含む燃料電池内部の燃料ガス流路の雰囲気を脱硫ガスでパージする。なお、本明細書においてパージとは、排出させることを意味し、さらに別の表現をすれば、ある空間に存在するガスなどの既存物質をパージ用のガスなどの物質により置換することを意味する。   The operation of the fuel cell power generation system in this embodiment will be described. When power generation is performed, first, the on-off valve 14 is opened, and the desulfurized gas from which the sulfur component of the city gas is removed by the desulfurizer 13 is injected from the desulfurized gas supply pipe 12 into the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 through the fuel gas supply pipe 10. . Thereby, the gas remaining in the fuel electrode of the fuel cell and the vicinity thereof is discharged to the outside of the fuel cell 11, and the atmosphere of the fuel gas flow path inside the fuel cell including the fuel electrode 11a is purged with the desulfurization gas. In addition, in this specification, purge means discharging, and in other words, means replacing an existing substance such as a gas existing in a certain space with a substance such as a purge gas. .

燃料極11aを含む燃料ガス流路内部雰囲気の脱硫ガスによるパージが完了すると、開閉弁14を閉として脱硫ガスの供給を止め、燃料電池11に燃料ガスと酸化剤ガスを供給し、発電を行なう。発電を停止するときは、まず燃料電池11への燃料ガスと酸化剤ガスの供給を止める。次いで、開閉弁14を開とし、発電を行なう前と同様に、燃料電池11の燃料極11aに脱硫ガスを注入することで、未反応の燃料ガスを燃料電池11の外部に排出し、燃料極11aを含む燃料電池の燃料ガス流路の内部雰囲気を脱硫ガスでパージする。   When purging of the atmosphere inside the fuel gas flow path including the fuel electrode 11a with the desulfurization gas is completed, the on-off valve 14 is closed to stop the supply of the desulfurization gas, and the fuel cell 11 is supplied with the fuel gas and the oxidant gas to generate power. . When stopping power generation, the supply of fuel gas and oxidant gas to the fuel cell 11 is first stopped. Next, the on-off valve 14 is opened, and the desulfurized gas is injected into the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 to discharge the unreacted fuel gas to the outside of the fuel cell 11 as before the power generation. The internal atmosphere of the fuel gas flow path of the fuel cell containing 11a is purged with desulfurized gas.

燃料電池11の燃料極11aに供給する燃料ガスは水素リッチなガスであり、空気と直接触れると爆発する恐れがある。燃料電池11の発電をしばらく停止している場合、燃料電池11の燃料極11aには管等から外部の空気が流入してくる。しかし、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成をとると、発電開始前には燃料電池11の燃料極11aを含む燃料ガス流路の雰囲気をまず脱硫ガスでパージし、その後に燃料ガスを燃料電池11の燃料極11aに供給し、発電終了時には燃料ガスを燃料電池11の燃料極11aに供給するのを止めた後に、脱硫ガスで燃料電池11の燃料極11aを含む燃料ガス流路の雰囲気をパージする。   The fuel gas supplied to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is a hydrogen-rich gas and may explode if it comes into direct contact with air. When the power generation of the fuel cell 11 has been stopped for a while, external air flows into the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 from a tube or the like. However, if the configuration of the fuel cell power generation system shown in the present embodiment is taken, the atmosphere of the fuel gas flow path including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is first purged with desulfurization gas before the start of power generation, and then the fuel gas is removed. After the fuel cell 11 is supplied to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 and the supply of the fuel gas to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is stopped at the end of power generation, the fuel gas flow path including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 with desulfurized gas is used. Purge the atmosphere.

このため、燃料電池11の内部に残留する燃料ガスが空気と触れる危険は無く、燃料ガスが燃料電池11の内部で爆発する恐れもない。すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成によると、燃料電池の発電において、安全な起動・停止を窒素供給なしで実現することができる。
なお、一般的に、水素ガスと空気との混合ガスにおいて、水素ガスが4〜75容量%の範囲が可燃範囲であることが知られている。場合により、当該可燃範囲にある場合でも燃焼あるいは爆発しない場合もあるが、当該可燃範囲の状態が発生することを避けるべきである。したがって、上記のパージ工程の途中、あるいは以下の実施形態のパージ工程の途中においても、そのような水素ガスが可燃範囲に入ることのないように留意する必要がある。
Therefore, there is no danger that the fuel gas remaining inside the fuel cell 11 will come into contact with air, and there is no possibility that the fuel gas will explode inside the fuel cell 11. That is, according to the configuration of the fuel cell power generation system shown in the present embodiment, safe start / stop can be realized without nitrogen supply in power generation of the fuel cell.
In general, it is known that in a mixed gas of hydrogen gas and air, a range of 4 to 75% by volume of hydrogen gas is a combustible range. In some cases, even if in the combustible range, it may not burn or explode, but the occurrence of the combustible state should be avoided. Therefore, it is necessary to pay attention so that such hydrogen gas does not enter the combustible range even during the above-described purge process or during the purge process of the following embodiment.

ここでは、発電開始前と発電終了後の両方に燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路の雰囲気を脱硫ガスでパージするパージ工程を説明した。しかし、発電開始前のみのパージについては上記動作説明に示した発電開始前の同パージ効果が、また、発電終了後のみのパージについては上記動作説明に示した発電終了後の同パージ効果が、それぞれ独立して得られる。   Here, the purge process has been described in which the atmosphere of the fuel gas passage including the fuel electrode of the fuel cell is purged with desulfurized gas both before the start of power generation and after the end of power generation. However, for the purge only before the start of power generation, the purge effect before the start of power generation shown in the above description of the operation, and for the purge only after the end of power generation, the purge effect after the end of the power generation shown in the description of the operation, Each is obtained independently.

《実施形態2》
図2は、本発明の実施形態2における燃料電池発電システムを示す構成図である。本実施形態における燃料電池発電システムは、まず燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池11と、都市ガスを代表とする炭化水素などの炭素と水素を含む化合物を主成分とし、硫黄成分を含む原料としてのガスから、硫黄成分を除去する脱硫器16とを具備する。
<< Embodiment 2 >>
FIG. 2 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to Embodiment 2 of the present invention. The fuel cell power generation system according to this embodiment includes a fuel cell 11 that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, a compound containing carbon and hydrogen such as hydrocarbons represented by city gas as main components, and sulfur. And a desulfurizer 16 for removing sulfur components from the gas as a raw material containing the components.

本実施形態では原料ガスとして都市ガスを用いる。本実施形態における燃料電池発電システムはさらに、脱硫された都市ガスを水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する反応部15aと改質反応を行なうための加熱手段としてのバーナ15bとで構成される燃料ガス生成部15と、燃料電池11に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管19と、残余燃料ガスをバーナ15bに供給するための残余燃料ガス管20と、燃料電池11に酸化剤ガスとしての空気を供給するブロア17と、都市ガスから硫黄成分を除去した脱硫ガスを燃料ガス供給管19に供給するための脱硫ガス供給管12を備える。さらに脱硫ガス供給管12には、都市ガスから硫黄成分を除去する脱硫器13と、脱硫ガスの供給・遮断を行なうための開閉弁14を備える。   In this embodiment, city gas is used as the source gas. The fuel cell power generation system according to the present embodiment further includes a reaction unit 15a that generates hydrogen-rich fuel gas by steam reforming the desulfurized city gas and a burner 15b as a heating unit for performing the reforming reaction. The fuel gas generator 15 to be supplied, the fuel gas supply pipe 19 for supplying the fuel gas to the fuel cell 11, the residual fuel gas pipe 20 for supplying the residual fuel gas to the burner 15b, and the oxidant gas to the fuel cell 11 As a blower 17 for supplying air, and a desulfurization gas supply pipe 12 for supplying a desulfurization gas from which sulfur components have been removed from the city gas to a fuel gas supply pipe 19. Further, the desulfurization gas supply pipe 12 is provided with a desulfurizer 13 for removing sulfur components from the city gas, and an opening / closing valve 14 for supplying / blocking the desulfurization gas.

また、燃料ガス供給管19から、残余燃料ガス管20への燃料電池バイパス管21を備え、流路切換弁18により燃料ガス生成部15からの燃料ガスを燃料電池11に供給し、または燃料電池バイパス管21より排気を行なう。更に残余燃料ガス管20の燃料電池バイパス管21との合流部より上流には開閉弁22を備える。さらに必要に応じて、燃料ガス生成部15で生成される燃料ガス内の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度検知手段32と、その一酸化炭素濃度検知手段32により検知される検知値に基づいて開閉弁14の開閉を制御するための制御部33とが備えられている。   Further, a fuel cell bypass pipe 21 from the fuel gas supply pipe 19 to the remaining fuel gas pipe 20 is provided, and the fuel gas from the fuel gas generation unit 15 is supplied to the fuel cell 11 by the flow path switching valve 18, or the fuel cell. Exhaust is performed from the bypass pipe 21. Further, an on-off valve 22 is provided upstream from the junction of the residual fuel gas pipe 20 with the fuel cell bypass pipe 21. Further, if necessary, the carbon monoxide concentration detection means 32 for detecting the carbon monoxide concentration in the fuel gas generated by the fuel gas generation unit 15, and the detection value detected by the carbon monoxide concentration detection means 32. And a control unit 33 for controlling the opening and closing of the on-off valve 14 based on the control unit 33.

図2に示す本実施形態における燃料電池発電システムと図3に示す本実施形態の具体的な脱硫ガスによるパージ工程を含む起動方法の第1の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの起動動作の一例を説明する。燃料電池発電システムの発電開始前に、まず流路切換弁18により燃料ガスが燃料電池バイパス管21を流れるように流路を切り換える。ついで、開閉弁14および22を開とし、脱硫器13により都市ガスから硫黄成分を除去された脱硫ガスを脱硫ガス供給管12から燃料ガス供給管19に注入することより、燃料電池11の燃料極11aおよび流路切換弁18より下流の燃料ガス供給管19の内部雰囲気と、開閉弁22より上流の残余燃料ガス管20の内部雰囲気とを脱硫ガス
でパージする。
The fuel cell power generation system in the present embodiment shown in FIG. 2 and the flow chart of the first example of the start-up method including the purge step with the specific desulfurization gas of the present embodiment shown in FIG. An example of the startup operation of the battery power generation system will be described. Before starting the power generation of the fuel cell power generation system, the flow path switching valve 18 first switches the flow path so that the fuel gas flows through the fuel cell bypass pipe 21. Next, the on-off valves 14 and 22 are opened, and the desulfurization gas from which the sulfur component has been removed from the city gas by the desulfurizer 13 is injected from the desulfurization gas supply pipe 12 into the fuel gas supply pipe 19. 11a and the internal atmosphere of the fuel gas supply pipe 19 downstream of the flow path switching valve 18 and the internal atmosphere of the residual fuel gas pipe 20 upstream of the on-off valve 22 are purged with desulfurization gas.

この脱硫ガスでのパージが完了すると、開閉弁14および22を閉とする。その後、脱硫器16で硫黄成分を除去された脱硫ガスを燃料ガス生成部15に供給し、燃料ガスの成分が燃料電池11の発電可能な状態になった後、開閉弁22を開とし、流路切換弁18により燃料ガス流路を燃料電池11に接続し、燃料電池11の燃料極11aに燃料ガスを供給する。同時にブロア17により空気を燃料電池11の空気極に供給することにより、発電を行なう。   When the purge with the desulfurization gas is completed, the on-off valves 14 and 22 are closed. Thereafter, the desulfurized gas from which the sulfur component has been removed by the desulfurizer 16 is supplied to the fuel gas generation unit 15, and after the fuel gas component becomes ready for power generation by the fuel cell 11, the on-off valve 22 is opened, The fuel gas flow path is connected to the fuel cell 11 by the path switching valve 18, and the fuel gas is supplied to the fuel electrode 11 a of the fuel cell 11. At the same time, air is generated by supplying air to the air electrode of the fuel cell 11 by the blower 17.

燃料電池11の燃料極11aに供給する燃料ガスは水素リッチなガスであり、空気と直接触れると爆発する恐れがある。しかし、本実施形態におけるパージ工程を行なうと、発電開始前には流路切換弁18から開閉弁22までの間の燃料ガス流路の雰囲気を脱硫ガスでパージした後、発電時に燃料ガスを燃料電池11の燃料極11aに供給して発電を行なう。   The fuel gas supplied to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is a hydrogen-rich gas and may explode if it comes into direct contact with air. However, if the purge process in the present embodiment is performed, the fuel gas flow path between the flow path switching valve 18 and the on-off valve 22 is purged with desulfurization gas before the start of power generation, and then the fuel gas is fueled during power generation. Power is generated by supplying the fuel electrode 11a of the battery 11.

従って、運転開始前、すなわちパージ工程前の燃料電池11の燃料極11aに残留するガスに空気が含まれていても、その空気と燃料ガスが触れる危険は無く、それによって燃料ガスが燃料電池11の内部で爆発する恐れもない。すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成と本実施形態の具体的な脱硫ガスによる燃料ガス流路の雰囲気のパージ工程によると、燃料電池発電システムの運転において、安全な起動を窒素供給なしで実現することができる。   Therefore, even if air is contained in the gas remaining in the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 before the start of operation, that is, before the purge process, there is no danger of contact with the air and the fuel gas. There is no danger of explosion inside. That is, according to the configuration of the fuel cell power generation system shown in the present embodiment and the purge process of the atmosphere of the fuel gas flow path by the specific desulfurization gas of the present embodiment, a safe start-up in the operation of the fuel cell power generation system Can be realized without.

次に、図2に示す構成の燃料電池発電システムと図4に示す本実施形態の脱硫ガスによるパージ工程を含む運転停止方法のフロー図を参照し、本実施形態2における燃料電池発電システムの運転停止動作の一例を説明する。燃料電池発電システムの発電終了時には、まず流路切換弁18により、燃料ガス流路を燃料電池バイパス管21に接続し、原料ガスである都市ガスの供給を停止する。ついで、開閉弁14を開き、脱硫ガスを燃料ガス供給管19に注入し、流路切換弁18から開閉弁22までの間の流路の雰囲気を脱硫ガスでパージする。   Next, referring to the fuel cell power generation system having the configuration shown in FIG. 2 and the flowchart of the operation stop method including the purging step by the desulfurization gas of the present embodiment shown in FIG. 4, the operation of the fuel cell power generation system in the second embodiment will be described. An example of the stop operation will be described. At the end of power generation in the fuel cell power generation system, the fuel gas flow path is first connected to the fuel cell bypass pipe 21 by the flow path switching valve 18, and the supply of the city gas as the raw material gas is stopped. Next, the on-off valve 14 is opened, desulfurized gas is injected into the fuel gas supply pipe 19, and the atmosphere of the flow path from the flow path switching valve 18 to the on-off valve 22 is purged with desulfurized gas.

このパージ工程が完了すると、開閉弁14と開閉弁22を閉じ、運転を終了する。燃料電池11の燃料極11aに供給する燃料ガスは水素リッチなガスであり、空気と直接触れると爆発する恐れがある。しかし、本実施形態におけるパージ工程を行なうと、発電終了後には燃料ガスを燃料電池11の燃料極11aに供給するのを止めた後に、脱硫ガスで流路切換弁18から開閉弁22までの間の流路雰囲気をパージするため、燃料電池11の燃料極11aに燃料ガスがほぼ残留することがない。   When this purge process is completed, the on-off valve 14 and the on-off valve 22 are closed, and the operation is terminated. The fuel gas supplied to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is a hydrogen-rich gas and may explode if it comes into direct contact with air. However, when the purge process in the present embodiment is performed, after the power generation is completed, the supply of the fuel gas to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is stopped, and then the flow from the flow path switching valve 18 to the on-off valve 22 with desulfurized gas. Therefore, the fuel gas hardly remains in the fuel electrode 11a of the fuel cell 11.

そのため燃料電池11の燃料極11a内部に空気が流入してきたとしても、燃料ガスが残存しないため燃料電池11の内部で爆発する恐れもない。すなわち、本実施形態に示す燃料電池の構成と本実施形態の具体的なパージ工程によると、燃料電池発電システムの運転において、安全な運転停止を窒素供給なしで実現することができる。
本パージ工程では、パージ完了時に開閉弁22を閉じるとしたが、特に開閉弁22を開けた状態で運転を終了してもよい。
Therefore, even if air flows into the fuel electrode 11 a of the fuel cell 11, there is no risk of explosion inside the fuel cell 11 because no fuel gas remains. That is, according to the configuration of the fuel cell shown in the present embodiment and the specific purging process of the present embodiment, a safe shutdown can be realized without supplying nitrogen in the operation of the fuel cell power generation system.
In this purge process, the on-off valve 22 is closed when the purge is completed. However, the operation may be terminated with the on-off valve 22 opened.

次に、図2に示す本実施形態の燃料電池発電システムと図5に示す本実施形態の具体的な脱硫ガスによるパージ工程を含む起動方法の第2の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの起動動作の別例を説明する。この燃料電池発電システムには、開閉弁22は必ずしも必要ではない。しかし、動作の説明では、常に開閉弁22を開として設置した構成で説明する。   Next, referring to the fuel cell power generation system of this embodiment shown in FIG. 2 and the flowchart of the second example of the start-up method including the specific desulfurization gas purging step of this embodiment shown in FIG. Another example of the starting operation of the fuel cell power generation system in the embodiment will be described. In this fuel cell power generation system, the on-off valve 22 is not always necessary. However, in the description of the operation, a description will be given of a configuration in which the on-off valve 22 is always opened.

燃料電池発電システムの発電開始前に、まず流路切換弁18により燃料ガスが燃料電池バイパス管21を流れるように流路を切り換える。ついで、開閉弁14を開とし、脱硫器13により都市ガスから硫黄成分を除去された脱硫ガスを脱硫ガス供給管12から燃料ガス供給管19に注入することより、燃料電池11の燃料極11aと流路切換弁18より下流の燃料ガス供給管19の内部雰囲気と開閉弁22より上流の残余燃料ガス管20の内部雰囲気を脱硫ガスでパージする。   Before starting the power generation of the fuel cell power generation system, the flow path switching valve 18 first switches the flow path so that the fuel gas flows through the fuel cell bypass pipe 21. Next, the on-off valve 14 is opened, and the desulfurization gas from which the sulfur component has been removed from the city gas by the desulfurizer 13 is injected from the desulfurization gas supply pipe 12 into the fuel gas supply pipe 19. The internal atmosphere of the fuel gas supply pipe 19 downstream of the flow path switching valve 18 and the internal atmosphere of the residual fuel gas pipe 20 upstream of the on-off valve 22 are purged with desulfurized gas.

脱硫ガスでのパージ工程が完了すると、脱硫器16で硫黄成分を除去された脱硫ガスを燃料ガス生成部15に供給し、燃料ガスの成分が燃料電池11の発電可能な状態になった後、開閉弁14を閉とすることにより脱硫ガスの供給を停止する。次いで、流路切換弁18により燃料ガスを燃料電池11に供給し、同時にブロア17により空気を燃料電池11に供給することにより、発電を行なう。   When the purging step with the desulfurization gas is completed, the desulfurization gas from which the sulfur component has been removed by the desulfurizer 16 is supplied to the fuel gas generation unit 15, and after the fuel gas component is in a state where the fuel cell 11 can generate power, By closing the on-off valve 14, the supply of desulfurized gas is stopped. Next, power is generated by supplying fuel gas to the fuel cell 11 through the flow path switching valve 18 and simultaneously supplying air to the fuel cell 11 through the blower 17.

上記の第2の例のフロー図に基づき説明した起動方法を行なうと、図3の第1の例のフロー図に示した起電方法で説明した効果とともに、以下の効果も得られる。すなわち、燃料電池発電システムの起動時には、燃料ガス生成部15で生成される燃料ガスには高濃度の一酸化炭素を含んでいるから、もしこれが燃料極に流入すると、燃料極を被毒することになる。しかし、上記のように、起動時は脱硫ガスを燃料ガス供給管19に注入するので、高濃度の一酸化炭素を含む燃料ガスが燃料電池バイパス管21から解放中の開閉弁22を経て燃料極へ拡散的に流入することを防ぐことが実現できる。   When the starting method described based on the flowchart of the second example is performed, the following effects are obtained in addition to the effects described in the electromotive method shown in the flowchart of the first example of FIG. That is, when the fuel cell power generation system is started, the fuel gas generated by the fuel gas generation unit 15 contains high-concentration carbon monoxide, and if it flows into the fuel electrode, it poisons the fuel electrode. become. However, as described above, since desulfurization gas is injected into the fuel gas supply pipe 19 at the time of start-up, the fuel electrode containing high-concentration carbon monoxide passes through the on-off valve 22 being released from the fuel cell bypass pipe 21 and then the fuel electrode. It is possible to prevent diffusive inflow into the water.

ゆえに、本実施形態の具体例の起動方法によると、燃料電池発電システムの運転において、安全な起動を窒素供給なしで実現することができるとともに、起動時における燃料電池11の燃料極11aの一酸化炭素被毒を防ぐことを実現することができる。
前記の燃料電池発電システムにおいては、必要に応じてさらに、燃料ガス生成部15で生成される燃料ガス内の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度検知手段32と、当該一酸化炭素濃度検知手段32により検知される検知値に基づいて開閉弁14の開閉を制御するための制御部33とが、さらに備えられる。
Therefore, according to the starting method of the specific example of the present embodiment, in the operation of the fuel cell power generation system, safe starting can be realized without supplying nitrogen, and the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 at the time of starting is oxidized. Preventing carbon poisoning can be realized.
In the fuel cell power generation system, the carbon monoxide concentration detection means 32 for detecting the carbon monoxide concentration in the fuel gas generated by the fuel gas generation unit 15 and the carbon monoxide concentration detection are further provided as necessary. A control unit 33 is further provided for controlling the opening / closing of the on-off valve 14 based on the detection value detected by the means 32.

その一酸化炭素濃度検知手段32により検知される検知値が所定値を下回るまで開閉弁14を開として燃料極11aに脱硫ガスを注入し、検知量が所定値を下回った後は開閉弁14を閉として脱硫ガスの注入を停止するように制御部33を設定することにより、燃料電池11に一酸化炭素が拡散的に流入することを防ぎ、脱硫ガスの使用量を適切に管理することができる。
なお、上記の動作の説明では、開閉弁22は常に開としたが、開閉弁22を除去した構成においても同様の効果が得られるとともに、部品を減らすことによりコストダウンが実現される。
The on-off valve 14 is opened until the detection value detected by the carbon monoxide concentration detection means 32 falls below a predetermined value, and desulfurized gas is injected into the fuel electrode 11a. After the detected amount falls below the predetermined value, the on-off valve 14 is turned off. By setting the control unit 33 to stop the injection of the desulfurization gas as closed, it is possible to prevent carbon monoxide from flowing into the fuel cell 11 in a diffusive manner, and to appropriately manage the use amount of the desulfurization gas. .
In the above description of the operation, the on-off valve 22 is always open. However, the same effect can be obtained with the configuration in which the on-off valve 22 is removed, and the cost can be reduced by reducing the number of parts.

《実施形態3》
図6は、本発明の実施形態3における燃料電池発電システムを示す構成図である。実施形態2を示す図2と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。23は、都市ガスを代表とする炭化水素などの炭素と水素の化合物を主成分とし硫黄成分を含む原料としてのガスから硫黄成分を脱硫器16により除去した脱硫ガスを、燃料ガス生成部15をバイパスして直接燃料電池11に供給するための燃料ガス生成部バイパス管である。本実施形態では、原料ガスとして都市ガスを用いる。
<< Embodiment 3 >>
FIG. 6 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to Embodiment 3 of the present invention. Constituent elements similar to those shown in FIG. 23, a desulfurization gas obtained by removing the sulfur component from the gas as a raw material containing a sulfur component and a main component of a carbon and hydrogen compound such as a hydrocarbon represented by city gas is supplied to the fuel gas generation unit 15. It is a fuel gas generation unit bypass pipe for bypassing and supplying directly to the fuel cell 11. In this embodiment, city gas is used as source gas.

燃料ガス生成部バイパス管23には、開閉弁24を備える。さらに、原料ガスとしての脱硫ガスを燃料ガス生成部15へ供給する管には、原料ガスの供給・停止を行なう原料ガス供給弁25を有する。さらに必要に応じて、燃料ガス生成部15で生成される燃料ガス内の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度検知手段32と、その一酸化炭素濃度検知手段32により検知される検知値に基づいて開閉弁24の開閉を制御するための制御部34とが備えられている。   The fuel gas generation unit bypass pipe 23 includes an on-off valve 24. Further, the pipe for supplying the desulfurized gas as the raw material gas to the fuel gas generating unit 15 has a raw material gas supply valve 25 for supplying and stopping the raw material gas. Further, if necessary, the carbon monoxide concentration detection means 32 for detecting the carbon monoxide concentration in the fuel gas generated by the fuel gas generation unit 15, and the detection value detected by the carbon monoxide concentration detection means 32. And a control unit 34 for controlling the opening and closing of the on-off valve 24 based on the control unit 34.

図6に示す燃料電池発電システムと図7に示す具体的な起電方法の第1の例のフロー図を参照し、本実施形態3における燃料電池発電システムの起電動作の一例を説明する。燃料電池発電システムの発電開始前に、まず流路切換弁18により燃料ガスが燃料電池バイパス管21を流れるように流路を切り換える。ついで、開閉弁24と開閉弁22を開き、原料ガス供給弁25を閉とし、脱硫器16により都市ガスなどの原料としてのガスから硫黄成分を除去された脱硫ガスを燃料ガス生成部バイパス管23から燃料ガス供給管19に注入することより、燃料電池11の燃料極11aと、流路切換弁18より下流の燃料ガス供給管19の内部雰囲気と、開閉弁22より上流の残余燃料ガス管20の内部雰囲気を脱硫ガスでパージする。   An example of the electromotive operation of the fuel cell power generation system according to the third embodiment will be described with reference to the flowchart of the first example of the specific power generation method shown in FIG. 7 and the fuel cell power generation system shown in FIG. Before starting the power generation of the fuel cell power generation system, the flow path switching valve 18 first switches the flow path so that the fuel gas flows through the fuel cell bypass pipe 21. Subsequently, the on-off valve 24 and the on-off valve 22 are opened, the raw material gas supply valve 25 is closed, and the desulfurized gas from which the sulfur component has been removed from the raw gas such as city gas by the desulfurizer 16 is supplied to the fuel gas generator bypass pipe 23. Are injected into the fuel gas supply pipe 19 from the fuel electrode 11a, the internal atmosphere of the fuel gas supply pipe 19 downstream of the flow path switching valve 18, and the residual fuel gas pipe 20 upstream of the on-off valve 22. Purge the internal atmosphere with desulfurization gas.

脱硫ガスでのパージ工程が完了すると、開閉弁24と開閉弁22を閉とし、その後、原料ガス供給弁25を開き原料ガスを燃料ガス生成部15に供給する。そして、燃料ガスの成分が燃料電池11の発電可能な状態になった後、開閉弁22を開とし、流路切換弁18により燃料ガスを燃料電池11に供給し、同時にブロア17により空気を燃料電池11に供給することにより、発電を行なう。   When the purge process with the desulfurized gas is completed, the on-off valve 24 and the on-off valve 22 are closed, and then the raw material gas supply valve 25 is opened to supply the raw material gas to the fuel gas generating unit 15. After the fuel gas component becomes ready for power generation by the fuel cell 11, the on-off valve 22 is opened, the fuel gas is supplied to the fuel cell 11 by the flow path switching valve 18, and at the same time the air is fueled by the blower 17. Power is generated by supplying the battery 11.

前記の脱硫ガスによるパージ工程を行なうと、発電開始前には流路切換弁18から開閉弁22までの間の燃料ガス流路の雰囲気を脱硫ガスでパージした後、発電時に燃料ガスを燃料電池11の燃料極11aに供給して発電を行なうので、運転開始前、すなわちパージ工程前の燃料電池11の燃料極11aを含む燃料ガス流路に残留するガスに空気が含まれていても、その空気と燃料ガスが触れる危険は無く、それによって燃料ガスが燃料電池11の内部で爆発する恐れもない。   When the purge step using the desulfurization gas is performed, the atmosphere of the fuel gas flow path from the flow path switching valve 18 to the on-off valve 22 is purged with the desulfurization gas before the start of power generation, and then the fuel gas is supplied to the fuel cell during power generation. 11 is supplied to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 to generate electric power. Even if air is contained in the gas remaining in the fuel gas flow path including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 before the start of operation, that is, before the purge process, There is no danger of contact between the air and the fuel gas, thereby preventing the fuel gas from exploding inside the fuel cell 11.

さらに、パージを要する雰囲気をパージするための脱硫ガスを原料ガスと同じ供給源より使用することで、より簡潔で効果的なシステムを実現できる。すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成と本実施形態の具体的なパージ工程によると、燃料電池発電システムの運転において、より効果的なシステムで安全な起動を窒素供給なしで実現することができる。   Furthermore, a simpler and more effective system can be realized by using desulfurization gas for purging the atmosphere that requires purging from the same supply source as the raw material gas. That is, according to the configuration of the fuel cell power generation system shown in the present embodiment and the specific purge process of the present embodiment, in the operation of the fuel cell power generation system, a more effective system and safe startup can be realized without supplying nitrogen. be able to.

次に、図6に示す本実施形態の燃料電池発電システムと図8に示す本実施形態の具体的な運転停止方法の第1の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの運転停止動作の一例を説明する。燃料電池発電システムの発電終了時には、まず流路切換弁18により、燃料ガス流路を燃料電池バイパス管21に接続し、原料ガス供給弁25を閉じることにより原料ガスの供給を停止する。ついで、開閉弁24を開き、脱硫器16により脱硫された脱硫ガスを燃料ガス生成部バイパス管23から燃料ガス供給管19に注入し、流路切換弁18から開閉弁22までの間の燃料ガス流路の雰囲気を脱硫ガスでパージする。   Next, referring to the fuel cell power generation system of this embodiment shown in FIG. 6 and the flowchart of the first example of the specific operation stop method of this embodiment shown in FIG. 8, the fuel cell power generation system in this embodiment will be described. An example of the operation stop operation will be described. At the end of power generation in the fuel cell power generation system, first, the flow path switching valve 18 connects the fuel gas flow path to the fuel cell bypass pipe 21 and closes the raw material gas supply valve 25 to stop the supply of the raw material gas. Next, the on-off valve 24 is opened, and the desulfurized gas desulfurized by the desulfurizer 16 is injected into the fuel gas supply pipe 19 from the fuel gas generation unit bypass pipe 23, and the fuel gas between the flow path switching valve 18 and the on-off valve 22. Purge the flow path atmosphere with desulfurization gas.

このパージ工程が完了すると、開閉弁24と開閉弁22を閉じ、運転を終了する。燃料電池11の燃料極11aに供給する燃料ガスは水素リッチなガスであり、空気と直接触れると爆発する恐れがある。しかし、前記のパージ工程を行なうと、発電終了後には、燃料ガスを燃料電池11の燃料極11aに供給するのを止めた後に、脱硫ガスで流路切換弁18から開閉弁22までの間の燃料ガス流路の雰囲気をパージするため、燃料電池11の燃料極11aに燃料ガスがほぼ残留することがない。そのため燃料電池11の燃料極11a内部に空気が流入してきたとしても、燃料ガスが残存しないため、燃料電池11の内部で爆発する恐れもない。   When this purge process is completed, the on-off valve 24 and the on-off valve 22 are closed, and the operation is finished. The fuel gas supplied to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is a hydrogen-rich gas and may explode if it comes into direct contact with air. However, when the purge step is performed, after the power generation is completed, the supply of the fuel gas to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is stopped, and then the desulfurization gas is used between the flow path switching valve 18 and the on-off valve 22. Since the atmosphere in the fuel gas passage is purged, the fuel gas hardly remains in the fuel electrode 11a of the fuel cell 11. For this reason, even if air flows into the fuel electrode 11 a of the fuel cell 11, there is no risk of explosion inside the fuel cell 11 because no fuel gas remains.

すなわち、上記の、本実施形態に示す燃料電池の構成と具体的なパージ工程によると、燃料電池発電システムの運転において、安全な運転停止を窒素供給なしで実現することができる。
本パージ工程では、パージ完了時に開閉弁22を閉じるとしたが、特に開閉弁22を開けた状態で運転を終了してもよい。
That is, according to the configuration of the fuel cell and the specific purging process shown in the present embodiment, a safe shutdown can be realized without supplying nitrogen in the operation of the fuel cell power generation system.
In this purge process, the on-off valve 22 is closed when the purge is completed. However, the operation may be terminated with the on-off valve 22 opened.

次に、図6に示す本実施形態の燃料電池発電システムと図9に示す本実施形態の具体的な運転停止方法の第2の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの運転停止動作の別例を説明する。燃料電池発電システムの発電終了時には、まず流路切換弁18により、燃料ガス流路を燃料電池バイパス管21に接続し、原料ガス供給弁25は開のまま原料ガスの供給を続行して燃料ガス生成を行なう。ついで、開閉弁24を開き、脱硫器16により脱硫された脱硫ガスを燃料ガス生成部バイパス管23から燃料ガス供給管19に注入し、流路切換弁18から開閉弁22までの間の燃料ガス流路の雰囲気を脱硫ガスでパージする。   Next, referring to the fuel cell power generation system of this embodiment shown in FIG. 6 and the flowchart of the second example of the specific operation stop method of this embodiment shown in FIG. 9, the fuel cell power generation system in this embodiment will be described. Another example of the operation stop operation will be described. At the end of power generation of the fuel cell power generation system, the fuel gas flow path is first connected to the fuel cell bypass pipe 21 by the flow path switching valve 18, and the raw material gas supply valve 25 is kept open to continue the supply of the raw material gas. Generate. Next, the on-off valve 24 is opened, and the desulfurized gas desulfurized by the desulfurizer 16 is injected into the fuel gas supply pipe 19 from the fuel gas generation unit bypass pipe 23, and the fuel gas between the flow path switching valve 18 and the on-off valve 22. Purge the flow path atmosphere with desulfurization gas.

このパージ工程が完了すると、原料ガス供給弁25を閉じ、原料ガスの供給を停止し、開閉弁24と開閉弁22を閉じ、運転を終了する。燃料電池11の燃料極11aに供給する燃料ガスは水素リッチなガスであり、空気と直接触れると爆発する恐れがある。しかし、本実施形態におけるパージ工程を行なうと、発電終了後には燃料ガスを燃料電池11の燃料極11aに供給するのを止めた後に、脱硫ガスで流路切換弁18から開閉弁22までの間の流路雰囲気をパージするため、燃料電池11の燃料極11aに燃料ガスがほぼ残留することがない。   When this purge process is completed, the source gas supply valve 25 is closed, the supply of the source gas is stopped, the on-off valve 24 and the on-off valve 22 are closed, and the operation is finished. The fuel gas supplied to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is a hydrogen-rich gas and may explode if it comes into direct contact with air. However, when the purge process in the present embodiment is performed, after the power generation is completed, the supply of the fuel gas to the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is stopped, and then the flow from the flow path switching valve 18 to the on-off valve 22 with desulfurized gas. Therefore, the fuel gas hardly remains in the fuel electrode 11a of the fuel cell 11.

そのため燃料電池11の燃料極11a内部に空気が流入してきたとしても、燃料ガスが残存しないため、燃料電池11の内部で爆発する恐れもない。また、脱硫ガスと原料ガスは、双方ともバーナ15bに戻ってくるため、バーナ15bは失火することなく、安定した燃焼を実現できる。
すなわち、本実施形態に示す燃料電池の構成と本実施形態の具体的なパージ工程によると、燃料電池発電システムの運転において、安全な運転停止を窒素供給なしで実現し、終了時の安定したバーナ燃焼を実現することができる。
本パージ工程では、パージ完了時に開閉弁22を閉じるとしたが、特に開閉弁22を開けた状態で運転を終了してもよい。
For this reason, even if air flows into the fuel electrode 11 a of the fuel cell 11, there is no risk of explosion inside the fuel cell 11 because no fuel gas remains. Moreover, since both desulfurization gas and source gas return to the burner 15b, the burner 15b can implement | achieve stable combustion, without misfiring.
That is, according to the configuration of the fuel cell shown in the present embodiment and the specific purge process of the present embodiment, in the operation of the fuel cell power generation system, a safe shutdown is realized without supplying nitrogen, and a stable burner at the end Combustion can be realized.
In this purge process, the on-off valve 22 is closed when the purge is completed. However, the operation may be terminated with the on-off valve 22 opened.

次に、図6に示す本実施形態3の燃料電池発電システムと図10に示す本実施形態の具体的な起電方法の第2の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの起電動作の別例を説明する。この燃料電池発電システムには、開閉弁22は必要ではない。しかし、動作の説明では、常に開閉弁22を開として設置した構成で説明する。   Next, referring to the fuel cell power generation system of the third embodiment shown in FIG. 6 and the flowchart of the second example of the specific power generation method of the present embodiment shown in FIG. 10, the fuel cell power generation in the present embodiment will be described. Another example of the electromotive operation of the system will be described. The fuel cell power generation system does not require the on-off valve 22. However, in the description of the operation, a description will be given of a configuration in which the on-off valve 22 is always opened.

燃料電池発電システムの発電開始前に、まず流路切換弁18により燃料ガスが燃料電池バイパス管21を流れるように流路を切り換える。ついで、開閉弁24を開け、原料ガス供給弁25を閉じ、脱硫器16により都市ガスから硫黄成分を除去された脱硫ガスを燃料ガス生成部バイパス管23から燃料ガス供給管19に注入することより、燃料電池11および流路切換弁18より下流の燃料ガス供給管19の内部雰囲気と開閉弁22より上流の残余燃料ガス管20の内部雰囲気を脱硫ガスでパージする。   Before starting the power generation of the fuel cell power generation system, the flow path switching valve 18 first switches the flow path so that the fuel gas flows through the fuel cell bypass pipe 21. Next, the on-off valve 24 is opened, the raw material gas supply valve 25 is closed, and the desulfurized gas from which the sulfur component is removed from the city gas by the desulfurizer 16 is injected into the fuel gas supply pipe 19 from the fuel gas generation unit bypass pipe 23. The internal atmosphere of the fuel gas supply pipe 19 downstream of the fuel cell 11 and the flow path switching valve 18 and the internal atmosphere of the residual fuel gas pipe 20 upstream of the on-off valve 22 are purged with desulfurized gas.

脱硫ガスでのパージ工程が完了すると、その後、原料ガス供給弁25を開き、都市ガスなどの原料としてのガスから硫黄成分を脱硫器16で除去された脱硫ガスを燃料ガス生成部15に供給する。本実施形態では、原料ガスとして都市ガスを用いる。燃料ガス生成部15で生成する燃料ガスの成分が燃料電池11の発電可能な状態になった後、開閉弁24を閉とすることにより燃料ガス供給管19への脱硫ガスの供給を停止する。一方、流路切換弁18を切り換えて燃料ガス生成部15からの燃料ガスを燃料電池11に供給し、同時にブロア17により空気を燃料電池11に供給することにより、発電を行なう。   When the purge step with the desulfurization gas is completed, the raw material gas supply valve 25 is then opened, and the desulfurization gas from which the sulfur component is removed from the gas as the raw material such as city gas by the desulfurizer 16 is supplied to the fuel gas generation unit 15. . In this embodiment, city gas is used as source gas. After the fuel gas component generated by the fuel gas generation unit 15 is in a state in which the fuel cell 11 can generate power, the supply of the desulfurized gas to the fuel gas supply pipe 19 is stopped by closing the on-off valve 24. On the other hand, the flow path switching valve 18 is switched to supply the fuel gas from the fuel gas generator 15 to the fuel cell 11, and at the same time, air is supplied to the fuel cell 11 by the blower 17 to generate power.

本実施形態における上記第2の例のフロー図による別例の起動方法を行なうと、図7に第1の例のフロー図を示す起電方法で説明した効果とともに、以下の効果も得られる。すなわち、燃料電池システムの起動時には、燃料ガス生成部15で生成される燃料ガスには高濃度の一酸化炭素を含んでいるが、本発明の具体的な動作である脱硫ガスを燃料ガス供給管19に注入することにより、燃料電池11の燃料極11aに燃料ガスが拡散的に流入することを防ぐことが実現できる。   When another example of the starting method according to the flowchart of the second example in the present embodiment is performed, the following effects are obtained in addition to the effect described in the electromotive method shown in the flowchart of the first example in FIG. That is, when the fuel cell system is started, the fuel gas generated by the fuel gas generation unit 15 contains high concentration of carbon monoxide, but desulfurization gas, which is a specific operation of the present invention, is supplied to the fuel gas supply pipe. By injecting the fuel gas into the fuel cell 19, it is possible to prevent the fuel gas from diffusingly flowing into the fuel electrode 11 a of the fuel cell 11.

ゆえに、上記別例に基づく本実施形態の具体的な起電方法は、燃料電池発電システムの運転において、安全な起動を窒素供給なしで実現することができるとともに、起動時における燃料電池11の燃料極11aの一酸化炭素被毒を防ぐことを実現することができる。
前記の燃料電池発電システムにおいては、必要に応じてさらに、燃料ガス生成部15で生成される燃料ガス内の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度検知手段32と、当該一酸化炭素濃度検知手段32により検知される検知値に基づいて開閉弁24の開閉を制御するための制御部34とが、さらに備えられる。
Therefore, the specific power generation method of the present embodiment based on the above-described another example can realize safe startup without supplying nitrogen in the operation of the fuel cell power generation system, and the fuel of the fuel cell 11 at the time of startup. It is possible to prevent carbon monoxide poisoning of the electrode 11a.
In the fuel cell power generation system, the carbon monoxide concentration detection means 32 for detecting the carbon monoxide concentration in the fuel gas generated by the fuel gas generation unit 15 and the carbon monoxide concentration detection are further provided as necessary. A control unit 34 for controlling opening / closing of the on-off valve 24 based on a detection value detected by the means 32 is further provided.

その一酸化炭素濃度検知手段32により検知される検知値が所定値を下回るまで開閉弁24を開として燃料極11aに脱硫ガスを注入し、検知量が所定値を下回った後は開閉弁24を閉として脱硫ガスの注入を停止するように制御部34を設定することにより、燃料電池11に一酸化炭素が拡散的に流入することを防ぎ、脱硫ガスの使用量を適切に管理することができる。
なお、上記の動作の説明では、開閉弁22は常に開としたが、開閉弁22を除去した構成においても同様の効果が得られるとともに、部品を減らすことによりコストダウンが実現される。
The on-off valve 24 is opened until the detected value detected by the carbon monoxide concentration detecting means 32 falls below a predetermined value, and desulfurized gas is injected into the fuel electrode 11a. After the detected amount falls below the predetermined value, the on-off valve 24 is turned off. By setting the control unit 34 to stop the injection of the desulfurization gas as closed, it is possible to prevent carbon monoxide from flowing into the fuel cell 11 in a diffusive manner, and to appropriately manage the amount of use of the desulfurization gas. .
In the above description of the operation, the on-off valve 22 is always open. However, the same effect can be obtained with the configuration in which the on-off valve 22 is removed, and the cost can be reduced by reducing the number of parts.

《実施形態4》
図11は、本発明の実施形態4における燃料電池発電システムを示す構成図である。実施形態2を示す図2と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。本実施形態では、さらに、空気を開閉弁14の下流の脱硫ガス供給管12に供給するためのブロア26とその空気供給路を遮断する開閉弁27を備える。
<< Embodiment 4 >>
FIG. 11 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to Embodiment 4 of the present invention. Constituent elements similar to those shown in FIG. In the present embodiment, a blower 26 for supplying air to the desulfurized gas supply pipe 12 downstream of the on-off valve 14 and an on-off valve 27 for shutting off the air supply path are further provided.

図11に示す燃料電池発電システムと図12に示す具体的な運転停止方法のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの運転停止動作を説明する。ただし、本実施形態における動作は、実施形態2において、図4にフロー図で示す運転停止方法に基づくシステムの動作の後に行なう動作であるため、燃料電池11の燃料極11a含む燃料ガス流路の雰囲気の脱硫ガスによるパージの後からの説明を行なう。   With reference to the fuel cell power generation system shown in FIG. 11 and the flowchart of the specific operation stop method shown in FIG. 12, the operation stop operation of the fuel cell power generation system in this embodiment will be described. However, since the operation in the present embodiment is an operation performed after the operation of the system based on the operation stop method shown in the flowchart of FIG. 4 in the second embodiment, the operation of the fuel gas flow path including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is performed. An explanation will be given after purging with the desulfurization gas of the atmosphere.

脱硫ガスによるパージ工程が完了すると、開閉弁14を閉じ、開閉弁27を開きブロア26にて空気を脱硫ガス供給管12から燃料ガス供給管19に注入することにより、流路切換弁18から開閉弁22までの間の燃料ガス流路の雰囲気を空気でパージする。空気パージが完了すると、ブロア26を止め、開閉弁27を閉じて、システム運転を終了する。   When the purging step using the desulfurization gas is completed, the on-off valve 14 is closed, the on-off valve 27 is opened, and air is injected from the desulfurization gas supply pipe 12 into the fuel gas supply pipe 19 by the blower 26, thereby opening and closing from the flow path switching valve 18. The atmosphere of the fuel gas flow path up to the valve 22 is purged with air. When the air purge is completed, the blower 26 is stopped, the open / close valve 27 is closed, and the system operation is terminated.

本実施形態におけるパージ工程を行なうと、まず流路切換弁18から開閉弁22までの間の燃料ガス流路の雰囲気を脱硫ガスでパージし、その後、同区間の脱硫ガス雰囲気を空気でパージするため、運転終了時には、燃料電池11は非常に安全な状態で保持できる。また、燃料ガスと空気が接することもないので、燃料電池11の内部で爆発する恐れもない。すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成と本実施形態の具体的なパージ工程は、燃料電池発電システムの運転において、安全な運転停止を窒素供給なしで実現し、しかも運転停止時における安全な燃料電池11の保持を実現することができる。   When the purge process in this embodiment is performed, the atmosphere of the fuel gas flow path from the flow path switching valve 18 to the on-off valve 22 is first purged with desulfurization gas, and then the desulfurization gas atmosphere in the same section is purged with air. Therefore, the fuel cell 11 can be held in a very safe state at the end of the operation. Further, since the fuel gas and air do not come into contact with each other, there is no risk of explosion inside the fuel cell 11. That is, the configuration of the fuel cell power generation system and the specific purge process of the present embodiment shown in the present embodiment realize a safe shutdown without nitrogen supply in the operation of the fuel cell power generation system, and at the time of the shutdown Safe holding of the fuel cell 11 can be realized.

《実施形態5》
図13は、本発明の実施の形態5における燃料電池発電システムを示す構成図である。実施形態3を示す図6と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。本実施形態では、さらに、燃料ガス生成部15の内部雰囲気を水蒸気でパージする手段である水蒸気生成器28を備える。
<< Embodiment 5 >>
FIG. 13 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to Embodiment 5 of the present invention. Constituent elements similar to those shown in FIG. In the present embodiment, a water vapor generator 28 is further provided as means for purging the internal atmosphere of the fuel gas generator 15 with water vapor.

図13に示す燃料電池発電システムと図14に示す具体的な運転停止方法の第1の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの運転停止動作の一例を説明する。ただし、本具体例で説明する運転停止動作は、実施形態3において、図9にフロー図を示す運転停止方法で説明したパージ工程の後に行なう動作である。したがって、燃料電池11の燃料極11aを含む燃料ガス流路の雰囲気の脱硫ガスによるパージ工程の後からの説明を行なう。   With reference to the fuel cell power generation system shown in FIG. 13 and the flowchart of the first example of the specific operation stop method shown in FIG. 14, an example of the operation stop operation of the fuel cell power generation system in this embodiment will be described. However, the operation stop operation described in this specific example is an operation performed after the purge step described in the operation stop method shown in the flowchart of FIG. 9 in the third embodiment. Therefore, description will be made after the purging step with the desulfurization gas in the atmosphere of the fuel gas passage including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11.

脱硫ガスによる燃料ガス流路のパージ工程が完了すると、原料ガス供給弁25を閉じた後、開閉弁24と開閉弁22を閉じる。その後、水蒸気生成器28より水蒸気を燃料ガス生成部15に供給し、その内部雰囲気を水蒸気でパージする。水蒸気によるパージ工程が完了すると、水蒸気生成器28を停止し運転を終了する。本実施形態におけるパージ工程を行なうと、前記の図9にフロー図を示す実施形態3で説明した効果とともに、以下の効果をも得られる。   When the purge step of the fuel gas flow path with the desulfurized gas is completed, the source gas supply valve 25 is closed, and then the on-off valve 24 and the on-off valve 22 are closed. Thereafter, water vapor is supplied from the water vapor generator 28 to the fuel gas generator 15 and the internal atmosphere is purged with water vapor. When the purge process using steam is completed, the steam generator 28 is stopped and the operation is terminated. When the purging process in the present embodiment is performed, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the third embodiment whose flowchart is shown in FIG.

まず、燃料ガス生成部15の内部雰囲気を水蒸気でパージするため、燃料ガス流路には可燃ガスがほぼ残存することがない。さらに、水蒸気を燃料ガス生成部15に注入することで燃料ガス生成部15の冷却が促進され、運転終了までの時間を短縮することができる。すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成と本実施形態の具体的なパージ工程は、燃料電池発電システムの運転において、安全な運転停止を窒素供給なしで実現し、終了時の安定したバーナ燃焼を実現するとともに、燃料ガス流路内の可燃ガスを除去することが実現できる。さらに運転終了までの時間も短縮できる。本パージ工程では、運転終了時は開閉弁22を閉じているが、特に開閉弁22を開けた状態で運転を終了してもよい。   First, since the internal atmosphere of the fuel gas generating unit 15 is purged with water vapor, almost no combustible gas remains in the fuel gas flow path. Further, by injecting water vapor into the fuel gas generation unit 15, the cooling of the fuel gas generation unit 15 is promoted, and the time until the end of the operation can be shortened. That is, the configuration of the fuel cell power generation system and the specific purge process of the present embodiment shown in the present embodiment realize a safe shutdown without nitrogen supply in the operation of the fuel cell power generation system, and stable at the end. It is possible to realize burner combustion and to remove combustible gas in the fuel gas flow path. Furthermore, the time until the end of operation can be shortened. In this purging step, the on-off valve 22 is closed at the end of the operation, but the operation may be terminated particularly with the on-off valve 22 opened.

次に、図13に示す燃料電池発電システムと図15に示す具体的な運転停止方法の第2の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの運転停止動作の別例を説明する。燃料電池発電システムの発電終了時には、まず流路切換弁18により、燃料ガス流路を燃料電池バイパス管21に接続し、原料ガス供給弁25を閉じ原料ガスの供給を停止する。ついで、水蒸気生成器28より水蒸気を燃料ガス生成部15に供給し、その内部雰囲気を水蒸気でパージする。   Next, referring to the fuel cell power generation system shown in FIG. 13 and the flowchart of the second example of the specific operation stop method shown in FIG. 15, another example of the operation stop operation of the fuel cell power generation system in this embodiment will be described. explain. At the end of power generation in the fuel cell power generation system, the fuel gas flow path is first connected to the fuel cell bypass pipe 21 by the flow path switching valve 18, the raw material gas supply valve 25 is closed, and the supply of the raw material gas is stopped. Next, water vapor is supplied from the water vapor generator 28 to the fuel gas generator 15 and the internal atmosphere is purged with water vapor.

一方、燃料電池11については、発電終了時に開閉弁24を開き、脱硫器16により脱硫された脱硫ガスを燃料ガス生成部バイパス管23から燃料ガス供給管19に注入し、流路切換弁18から開閉弁22までの間の流路雰囲気を脱硫ガスでパージする。燃料ガス生成部15から燃料電池バイパス管21にかけての流路の水蒸気によるパージが完了すると、水蒸気生成器28を停止し水蒸気によるパージを終了する。また、流路切換弁18から開閉弁22までの間の流路雰囲気の脱硫ガスでのパージが完了すると、原料ガス供給弁25を閉じ原料ガスである都市ガスの供給を停止し、開閉弁24と開閉弁22を閉じ脱硫ガスによるパージを終了する。   On the other hand, for the fuel cell 11, the open / close valve 24 is opened at the end of power generation, and the desulfurized gas desulfurized by the desulfurizer 16 is injected from the fuel gas generation unit bypass pipe 23 into the fuel gas supply pipe 19. The flow path atmosphere up to the on-off valve 22 is purged with desulfurization gas. When the purging with water vapor in the flow path from the fuel gas generation unit 15 to the fuel cell bypass pipe 21 is completed, the water vapor generator 28 is stopped and the purging with water vapor is ended. When purging with the desulfurization gas in the flow path atmosphere between the flow path switching valve 18 and the on-off valve 22 is completed, the source gas supply valve 25 is closed to stop the supply of city gas as the source gas, and the on-off valve 24 And the on-off valve 22 is closed and the purge with the desulfurization gas is completed.

本実施形態におけるパージ工程を行なうと、実施形態3で説明した効果とともに、以下の効果をも得られる。まず、燃料ガス生成部15の内部雰囲気を水蒸気でパージするため、燃料ガス流路には可燃ガスがほぼ残存することがない。さらに、水蒸気を燃料ガス生成部15に注入することで燃料ガス生成部15の冷却が促進され、運転終了までの時間を短縮することができる。その上、燃料ガス生成部15と燃料電池11という2つの反応部の内部雰囲気を同時に独立してパージすることができるため、さらに運転終了までの時間も短縮できる。   When the purge process in the present embodiment is performed, the following effects can be obtained in addition to the effects described in the third embodiment. First, since the internal atmosphere of the fuel gas generating unit 15 is purged with water vapor, almost no combustible gas remains in the fuel gas flow path. Further, by injecting water vapor into the fuel gas generation unit 15, the cooling of the fuel gas generation unit 15 is promoted, and the time until the end of the operation can be shortened. In addition, since the internal atmospheres of the two reaction units, the fuel gas generation unit 15 and the fuel cell 11, can be purged independently at the same time, the time until the end of the operation can be further shortened.

すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成と本実施形態の具体的なパージ工程は、燃料電池発電システムの運転において、安全な運転停止を窒素供給なしで実現するとともに、燃料ガス流路内の可燃ガスを除去することが実現できる。さらに2つの反応部の内部雰囲気を同時に独立してパージするために運転終了までの時間も短縮できる。本パージ工程では、脱硫ガスによるパージ工程完了時に開閉弁22を閉じるとしたが、特に開閉弁22を開けた状態で運転を終了してもよい。   That is, the configuration of the fuel cell power generation system and the specific purge process of the present embodiment shown in this embodiment realize a safe shutdown without nitrogen supply in the operation of the fuel cell power generation system, and the fuel gas flow path It is possible to remove the combustible gas inside. Furthermore, since the internal atmospheres of the two reaction sections are simultaneously and independently purged, the time until the end of the operation can be shortened. In this purge process, the on-off valve 22 is closed when the purge process using the desulfurization gas is completed. However, the operation may be terminated with the on-off valve 22 opened.

《実施形態6》
図16は、本発明の実施形態6における燃料電池発電システムを示す構成図である。実施形態5を示す図13と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。本実施形態では、さらに、脱硫ガスの供給・停止をおこなう脱硫ガス供給弁29と、空気を燃料ガス生成部15の上流に供給するブロア30とその空気供給路を遮断する開閉弁31を備える。
Embodiment 6
FIG. 16 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system according to Embodiment 6 of the present invention. Constituent elements similar to those shown in FIG. In the present embodiment, a desulfurization gas supply valve 29 that supplies and stops the desulfurization gas, a blower 30 that supplies air upstream of the fuel gas generation unit 15, and an on-off valve 31 that shuts off the air supply path are further provided.

図16に示す燃料電池発電システムを参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの動作を説明する。ただし、本実施形態における動作の特徴は、実施形態5において、図14または図15にフロー図に基づいて説明した脱硫ガスおよび水蒸気によるパージ工程の後に行なう動作にある。したがって、燃料ガス生成部15の内部雰囲気の水蒸気によるパージと、燃料電池11の燃料極11a含む燃料ガス流路雰囲気の脱硫ガスによるパージ工程との後からの説明を行なう。   The operation of the fuel cell power generation system according to this embodiment will be described with reference to the fuel cell power generation system shown in FIG. However, the feature of the operation in the present embodiment resides in the operation performed in the fifth embodiment after the purging step using the desulfurization gas and water vapor described with reference to the flowchart of FIG. 14 or FIG. Therefore, a description will be given later after the purging of the internal atmosphere of the fuel gas generation unit 15 with water vapor and the purging step with the desulfurization gas of the fuel gas passage atmosphere including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11.

水蒸気によるパージ工程が終了すると、脱硫ガス供給弁29を閉じる。その後、ブロア30を作動させるとともに開閉弁31を開き、燃料ガス生成部15に空気を供給することで、燃料ガス生成部15の内部に残留する水蒸気を燃料ガス供給管19へ除去する。また、燃料電池11の燃料極11aへの空気供給もブロア30を用いて行なう。これにより、脱硫ガス供給弁29より下流の燃料ガス流路の雰囲気を空気で安全にパージすることが実現でき、しかも運転停止時における安全な燃料電池11の保持を実現することができる。また、空気でパージするため、原料ガス供給弁29より下流の燃料ガス流路は大気に開放することが可能であり、燃料ガス生成部15が温度低下により圧力低下を起こしても、大気から空気を吸入することで緩和される。   When the purge step with water vapor is completed, the desulfurization gas supply valve 29 is closed. Thereafter, the blower 30 is operated and the on-off valve 31 is opened to supply air to the fuel gas generation unit 15, thereby removing water vapor remaining in the fuel gas generation unit 15 into the fuel gas supply pipe 19. Further, air is supplied to the fuel electrode 11 a of the fuel cell 11 using the blower 30. As a result, it is possible to safely purge the atmosphere of the fuel gas flow path downstream from the desulfurization gas supply valve 29 with air, and it is possible to realize the safe holding of the fuel cell 11 when the operation is stopped. Further, since the purge is performed with air, the fuel gas flow path downstream from the source gas supply valve 29 can be opened to the atmosphere, and even if the fuel gas generation unit 15 causes a pressure drop due to a temperature drop, the air is discharged from the atmosphere. It is relieved by inhaling.

次に、より効果的な空気によるパージ工程として、図16に示す燃料電池発電システムと図17に示す具体的な運転停止方法の第1の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの運転停止動作の一例を説明する。燃料ガス生成部15の内部雰囲気の水蒸気によるパージ、および燃料電池11の燃料極11aを含む燃料ガス流路雰囲気の脱硫ガスによるパージが終了すると、脱硫ガス供給弁29を閉じる。ついで、開閉弁31と22を開き、流路切換弁18により流路を燃料電池11に接続する。その後ブロア30を作動し、空気を燃料ガス生成部15から燃料電池11の燃料極11aを経てバーナ15bへと流すことにより燃料ガス流路全体の雰囲気を空気でパージする。   Next, as a more effective purge step with air, referring to the fuel cell power generation system shown in FIG. 16 and the flowchart of the first example of the specific operation stop method shown in FIG. An example of the operation stop operation of the power generation system will be described. When the purge of the internal atmosphere of the fuel gas generation unit 15 with water vapor and the purge of the fuel gas flow path atmosphere including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 with the desulfurization gas are completed, the desulfurization gas supply valve 29 is closed. Next, the on-off valves 31 and 22 are opened, and the flow path is connected to the fuel cell 11 by the flow path switching valve 18. Thereafter, the blower 30 is operated, and air is purged with air by flowing air from the fuel gas generator 15 through the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 to the burner 15b.

このパージ工程終了後、ブロア30を停止し、開閉弁31を閉じることにより運転を終了する。このパージ工程では、パージを要する雰囲気をパージするための空気は、燃料ガス生成部15の上流より供給し、流路分岐をしない。そのため、燃料ガス流路の上流から順次流路に沿って下流へとその雰囲気を空気によりパージを行なうことができる。すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成と本具体例のパージ工程は、実施形態6の最初に説明した燃料電池発電システムと同様の効果とともに、燃料ガス流路の上流から順次流路に沿って下流へとその雰囲気を空気によりパージすることを実現できるという効果も有する。   After the purge process is finished, the blower 30 is stopped and the on-off valve 31 is closed to finish the operation. In this purging step, air for purging the atmosphere that requires purging is supplied from the upstream side of the fuel gas generation unit 15 and does not branch the flow path. Therefore, the atmosphere can be purged with air sequentially from the upstream side of the fuel gas channel to the downstream side along the channel. That is, the configuration of the fuel cell power generation system shown in the present embodiment and the purging process of this specific example have the same effects as the fuel cell power generation system described in the beginning of the sixth embodiment, and the flow path from the upstream of the fuel gas flow path. And purging the atmosphere downstream with the air.

次に、より効果的な空気パージ工程の別法として、図16に示す燃料電池発電システムと図18に示す具体的な運転停止方法の第2の例のフロー図を参照し、本実施形態における燃料電池発電システムの運転停止動作の別例を説明する。燃料ガス生成部15の内部雰囲気の水蒸気によるパージ、および燃料電池11の燃料極11a含む燃料ガス流路雰囲気の脱硫ガスによるパージが終了すると、脱硫ガス供給弁29を閉じる。   Next, as another method of more effective air purging process, refer to the fuel cell power generation system shown in FIG. 16 and the flowchart of the second example of the specific operation stop method shown in FIG. Another example of the operation of stopping the operation of the fuel cell power generation system will be described. When the purging with water vapor in the internal atmosphere of the fuel gas generation unit 15 and the purging with the desulfurization gas in the fuel gas flow path atmosphere including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 are completed, the desulfurization gas supply valve 29 is closed.

ついで、開閉弁31、24、22と原料ガス供給弁25を開く。さらに、流路切換弁18により流路を燃料電池バイパス管21に接続する。その後ブロア30を作動し、空気を燃料ガス生成部15から燃料電池バイパス管21を経てバーナ15bへと、さらに燃料ガス生成部バイパス管23から燃料電池11の燃料極11aを経てバーナ15bへと流すことにより燃料ガス流路全体の雰囲気を空気でパージする。   Next, the on-off valves 31, 24 and 22 and the source gas supply valve 25 are opened. Further, the flow path switching valve 18 connects the flow path to the fuel cell bypass pipe 21. Thereafter, the blower 30 is operated, and air flows from the fuel gas generation unit 15 through the fuel cell bypass pipe 21 to the burner 15b, and further from the fuel gas generation unit bypass pipe 23 through the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 to the burner 15b. This purges the atmosphere of the entire fuel gas passage with air.

このパージ工程終了後、ブロア30を停止し、開閉弁31を閉じることにより運転を終了する。このパージ工程は、燃料ガス生成部15の内部雰囲気と燃料電池11の燃料極11a含む燃料ガス流路の雰囲気を同時にパージするため、短時間でのパージを行なうことができる。すなわち、本実施形態に示す燃料電池発電システムの構成と本具体例のパージ工程は、本実施形態6の最初に説明した燃料電池発電システムと同様の効果とともに、短時間で空気によるパージ工程終了を実現できるという効果も有する。   After the purge process is finished, the blower 30 is stopped and the on-off valve 31 is closed to finish the operation. In this purge step, the internal atmosphere of the fuel gas generation unit 15 and the atmosphere of the fuel gas flow path including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 are purged at the same time, so that the purge can be performed in a short time. That is, the configuration of the fuel cell power generation system shown in the present embodiment and the purge process of this specific example have the same effect as the fuel cell power generation system described in the beginning of the sixth embodiment, and the purge process using air can be completed in a short time. It also has the effect that it can be realized.

ところで、上記実施形態4および実施形態6における燃料電池発電システムの燃料ガス生成部15の反応部15aの内部には、空気によるパージを行なう過程で空気が反応部15aに流入するか、流入する可能性がある。そこで、燃料ガス生成部15の反応部15aは、図19に示すように、少なくとも貴金属と金属酸化物を構成材料とする変成触媒体を設けた変成部15dと、変成部に少なくとも一酸化炭素と水蒸気を副成分として含む水素ガスを供給する水素ガス供給部である改質器15cを備えるとより効果的である。   By the way, the air flows into the reaction unit 15a or can flow into the reaction unit 15a of the fuel gas generation unit 15 of the fuel cell power generation system in Embodiments 4 and 6 in the course of purging with air. There is sex. Therefore, as shown in FIG. 19, the reaction unit 15a of the fuel gas generation unit 15 includes a shift unit 15d provided with a shift catalyst body including at least a noble metal and a metal oxide, and at least carbon monoxide in the shift unit. It is more effective to include a reformer 15c that is a hydrogen gas supply unit that supplies hydrogen gas containing water vapor as a subcomponent.

すなわち、図19において、原料ガスあるいは脱硫ガスを改質器15cに供給し、その改質器15c内で水蒸気が存在する高温下で、原料ガスあるいは脱硫ガスの改質反応を起こさせる。その改質反応おける副生成物としての一酸化炭素を、次の変成部15dにおいて水蒸気と反応させ、水素と二酸化炭素を発生させる。バーナ15bは、改質器15cを高温にする役割を有する。   That is, in FIG. 19, a raw material gas or a desulfurized gas is supplied to the reformer 15c, and a reforming reaction of the raw material gas or the desulfurized gas is caused at a high temperature where water vapor exists in the reformer 15c. Carbon monoxide as a by-product in the reforming reaction is reacted with water vapor in the next shift section 15d to generate hydrogen and carbon dioxide. The burner 15b has a role of increasing the temperature of the reformer 15c.

この構成によれば、上記変成触媒体が、耐酸素被毒性を有するため、パージ工程のために空気を反応部15aに流入させても、空気による性能劣化を防止できるという効果が得られる。
なお、上記実施形態1から6では、都市ガスをパージ用ガスあるいは原料用ガスとして用いた例を示した。都市ガスは社会的基盤として整備されているため、窒素のようなボンベをも必要としない。そのため、より簡潔な構成を実現できるとの観点から、より効果的なパージ用ガスとして都市ガスから硫黄成分を除去した脱硫ガスを用いて説明をおこなった。
According to this configuration, since the shift catalyst body has oxygen poisoning resistance, even if air is allowed to flow into the reaction part 15a for the purge process, an effect of preventing performance deterioration due to air can be obtained.
In the first to sixth embodiments, examples in which city gas is used as purge gas or raw material gas have been described. Since city gas is maintained as a social infrastructure, it does not require cylinders like nitrogen. Therefore, from the viewpoint that a simpler configuration can be realized, the desulfurization gas from which the sulfur component is removed from the city gas has been described as a more effective purge gas.

しかしながら、パージ用ガスとしては、硫黄成分を含まない炭化水素などの少なくとも炭素と水素を含む化合物を主成分とするガス、たとえばメタンガスなど、を用いても同様の効果が得られる。このときは、脱硫器は不要であり、またパージ用ガスに水素を生成させるための原料と同じものを使用することができる。これら都市ガスあるいはメタンガス以外でも、天然ガス、プロパンガス、ジメチルエーテルガスなども原料としてのガスあるいはパージ用ガスとして用いることができる。   However, the same effect can be obtained by using a gas mainly composed of a compound containing at least carbon and hydrogen, such as a hydrocarbon containing no sulfur component, such as methane gas, as the purge gas. In this case, a desulfurizer is not required, and the same raw material for generating hydrogen in the purge gas can be used. Besides these city gas or methane gas, natural gas, propane gas, dimethyl ether gas, etc. can also be used as raw material gas or purge gas.

本発明の燃料電池発電システムは、家庭用定置型分散発電や電気自動車用電源などに好適に用いられる。   The fuel cell power generation system of the present invention is suitably used for stationary stationary power generation for home use, power source for electric vehicles, and the like.

本発明の実施形態1における燃料電池発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell power generation system in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2における燃料電池発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell power generation system in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2の燃料電池発電システムの起電方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the electromotive method of the fuel cell power generation system of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2の燃料電池発電システムの運転停止方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2の燃料電池発電システムの起電方法の別例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another example of the electromotive method of the fuel cell power generation system of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3における燃料電池発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell power generation system in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3の燃料電池発電システムの起電方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the electromotive method of the fuel cell power generation system of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3の燃料電池発電システムの運転停止方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3の燃料電池発電システムの運転停止方法の別例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3の燃料電池発電システムの起電方法の別例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another example of the electromotive method of the fuel cell power generation system of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4における燃料電池発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell power generation system in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態4の燃料電池発電システムの運転停止方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5における燃料電池発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell power generation system in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態5の燃料電池発電システムの運転停止方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態5の燃料電池発電システムの運転停止方法の別例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態6における燃料電池発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the fuel cell power generation system in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態6の燃料電池発電システムの運転停止方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態6の燃料電池発電システムの運転停止方法の別例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of Embodiment 6 of this invention. 本発明の各実施形態に用いることができる燃料ガス生成部の一例の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of an example of the fuel gas production | generation part which can be used for each embodiment of this invention. 従来の燃料電池発電システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the conventional fuel cell power generation system.

符号の説明Explanation of symbols

11 燃料電池
11a 燃料極
15 燃料ガス生成部
15a 反応部
15b バーナ
13、16 脱硫器
17、26、30 ブロア
12 脱硫ガス供給管
14、22、24、27、31 開閉弁
18 流路切換弁
19 燃料ガス供給管
20 残余燃料ガス管
21 燃料電池バイパス管
23 燃料ガス生成部バイパス管
25 原料ガス供給弁
28 水蒸気生成器
29 脱硫ガス供給弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell 11a Fuel electrode 15 Fuel gas production | generation part 15a Reaction part 15b Burner 13, 16 Desulfurizer 17, 26, 30 Blower 12 Desulfurization gas supply pipe 14, 22, 24, 27, 31 Open / close valve 18 Flow path switching valve 19 Fuel Gas supply pipe 20 Residual fuel gas pipe 21 Fuel cell bypass pipe 23 Fuel gas generator bypass pipe 25 Raw material gas supply valve 28 Steam generator 29 Desulfurization gas supply valve

Claims (25)

燃料極および酸化剤極を有する燃料電池と、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成手段を含み、前記燃料極を含む前記燃料電池の燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記酸化剤極を含む前記燃料電池の酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料ガス流路に前記原料を置換ガスとして供給する置換ガス供給手段と、前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを具備し、
前記燃料電池の発電終了後において、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換し、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させ、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換するように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
A fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode, and a fuel gas generating means for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material mainly comprising a compound containing carbon and hydrogen, and the fuel of the fuel cell including the fuel electrode A fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the gas flow path; an oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the oxidant gas flow path of the fuel cell including the oxidant electrode; and the fuel gas flow path. A replacement gas supply means for supplying the raw material as a replacement gas, and a water vapor supply means for supplying water vapor to the fuel gas generation means,
After the power generation of the fuel cell, the replacement gas supply means injects the raw material into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and the fuel gas generation means generates fuel gas. The fuel cell power generation system is configured such that the water vapor is injected into the fuel gas generation means by the water vapor supply means, and the atmosphere inside the fuel gas generation means is replaced with the water vapor.
前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に前記空気を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換することを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システム。   Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with air, and after completion of power generation, the replacement gas supply means supplies the raw material to the fuel gas flow path. Injecting and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and then injecting the air into the fuel gas flow path by the air supply means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the air. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein: 前記置換ガス供給手段による前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで、前記燃料ガス生成手段は燃料ガス生成を行なうことを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システム。   2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the fuel gas generation unit performs fuel gas generation until injection of the raw material into the fuel gas flow path by the replacement gas supply unit is completed. 発電終了後に、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換することを特徴とする請求項3記載の燃料電池発電システム。   After completion of power generation, the replacement gas supply means injects the raw material into the fuel gas flow path, replaces the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and then stops the fuel gas generation of the fuel gas generation means. 4. The fuel cell power generation system according to claim 3, wherein the water vapor is injected into the fuel gas generation means by the water vapor supply means to replace the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor. 発電終了後に、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換し、かつ、前記置換ガス供給手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換することを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システム。   After the power generation is completed, the fuel gas generation unit stops the fuel gas generation, and the water vapor supply unit injects the water vapor into the fuel gas generation unit to replace the atmosphere inside the fuel gas generation unit with the water vapor. 2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the raw material is injected into the fuel gas flow path by the replacement gas supply means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material. 前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段とに空気を供給して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気で置換する空気供給手段をさらに具備し、前記燃料ガス流路に前記原料を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するとともに、前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換した後に、前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段内部との両方に前記空気供給手段により前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気で置換することを特徴とする請求項4または5記載の燃料電池発電システム。   Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and the fuel gas generation means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means with the air; Injecting the raw material into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and injecting the water vapor into the fuel gas generation means to change the atmosphere inside the fuel gas generation means to the After substituting with water vapor, the air is injected into both the fuel gas flow path and the fuel gas generation means by the air supply means, and the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means The fuel cell power generation system according to claim 4, wherein the air is replaced with the air. 前記空気供給手段による前記空気注入は、前記燃料ガス生成手段から前記燃料ガス流路へと直列に行なうことを特徴とする請求項6記載の燃料電池発電システム。   The fuel cell power generation system according to claim 6, wherein the air injection by the air supply means is performed in series from the fuel gas generation means to the fuel gas flow path. 前記空気供給手段による前記空気注入は、前記燃料ガス生成手段と前記燃料ガス流路とに並列に行なうことを特徴とする請求項6記載の燃料電池発電システム。   The fuel cell power generation system according to claim 6, wherein the air injection by the air supply means is performed in parallel with the fuel gas generation means and the fuel gas flow path. 前記燃料ガス生成手段が、少なくとも貴金属と金属酸化物を構成材料とする変成触媒体を設けた変成部と、前記変成部に少なくとも一酸化炭素と水蒸気を副成分として含む水素ガスを供給する水素ガス供給部とを具備する請求項6〜8のいずれかに記載の燃料電池発電システム。   Hydrogen gas for supplying a hydrogen gas containing at least carbon monoxide and water vapor as subcomponents to the shift portion, wherein the fuel gas generating means is provided with a shift catalyst body having at least a noble metal and a metal oxide as constituent materials. The fuel cell power generation system according to claim 6, further comprising a supply unit. 前記置換ガス供給手段は、前記燃料ガス生成手段をバイパスして前記原料を前記燃料ガス流路に注入するバイパス手段を具備し、前記燃料電池の発電終了後において、前記バイパス手段を経由して前記燃料ガス流路に前記原料を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するように構成した請求項1記載の燃料電池発電システム。   The replacement gas supply means comprises bypass means for bypassing the fuel gas generation means and injecting the raw material into the fuel gas flow path, and after completion of power generation of the fuel cell, the bypass gas supply means passes through the bypass means. 2. The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the raw material is injected into a fuel gas flow path, and the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the raw material. 前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に、前記バイパス手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換することを特徴とする請求項10記載の燃料電池発電システム。   Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the air is further provided, and after the power generation is completed, the raw material is injected into the fuel gas flow path by the bypass means. Then, after replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, the air is injected into the fuel gas flow path by the air supply means, and the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the air. The fuel cell power generation system according to claim 10, characterized in that: 前記バイパス手段による前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで、前記燃料ガス生成手段は燃料ガス生成を行なうことを特徴とする請求項10記載の燃料電池発電システム。   11. The fuel cell power generation system according to claim 10, wherein the fuel gas generation means performs fuel gas generation until the injection of the raw material into the fuel gas flow path by the bypass means is completed. 前記燃料電池の発電終了後に、前記バイパス手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換した後、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段の内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換することを特徴とする請求項12記載の燃料電池発電システム。   After the power generation of the fuel cell is completed, the raw material is injected into the fuel gas flow path by the bypass means, and the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the raw material, and then the fuel gas generation of the fuel gas generation means is stopped. 13. The fuel cell power generation system according to claim 12, wherein the water vapor is injected into the fuel gas generation means by the water vapor supply means to replace the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor. . 前記燃料電池の発電終了後に、前記燃料ガス生成手段の燃料ガス生成を停止させるとともに、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換し、かつ、前記バイパス手段により前記原料を前記燃料ガス流路に注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換することを特徴とする請求項10記載の燃料電池発電システム。   After the power generation of the fuel cell is completed, the fuel gas generation unit stops the fuel gas generation, and the water vapor supply unit injects the water vapor into the fuel gas generation unit, thereby changing the atmosphere inside the fuel gas generation unit. 11. The fuel cell power generation system according to claim 10, wherein the fuel gas power generation system is replaced with water vapor and the raw material is injected into the fuel gas flow path by the bypass means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material. . 前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段とに空気を供給して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、前記燃料ガス流路に前記原料を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換するとともに、前記燃料ガス生成手段内部に前記水蒸気を注入して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換した後に、前記燃料ガス流路と前記燃料ガス生成手段内部との両方に前記空気供給手段により前記空気を注入して、前記燃料ガス流路の雰囲気と前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気とを前記空気で置換することを特徴とする請求項13または14記載の燃料電池発電システム。   Air supply means for supplying air to the fuel gas flow path and the fuel gas generation means to replace the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means with the air; Injecting the raw material into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material, and injecting the water vapor into the fuel gas generation means to change the atmosphere inside the fuel gas generation means to the After substituting with water vapor, the air is injected into both the fuel gas flow path and the fuel gas generation means by the air supply means, and the atmosphere of the fuel gas flow path and the atmosphere inside the fuel gas generation means The fuel cell power generation system according to claim 13 or 14, wherein the air is replaced with the air. 前記空気供給手段による前記空気注入は、前記燃料ガス生成手段から前記燃料ガス流路へと直列に行なうことを特徴とする請求項15記載の燃料電池発電システム。   16. The fuel cell power generation system according to claim 15, wherein the air injection by the air supply means is performed in series from the fuel gas generation means to the fuel gas flow path. 前記空気供給手段による前記空気注入は、前記燃料ガス生成手段と前記燃料ガス流路とに並列に行なうことを特徴とする請求項15記載の燃料電池発電システム。   16. The fuel cell power generation system according to claim 15, wherein the air injection by the air supply means is performed in parallel with the fuel gas generation means and the fuel gas flow path. 前記燃料ガス生成手段が、少なくとも貴金属と金属酸化物を構成材料とする変成触媒体を設けた変成部と、前記変成部に少なくとも一酸化炭素と水蒸気を副成分として含む水素ガスを供給する水素ガス供給部とを具備する請求項15〜17のいずれかに記載の燃料電池発電システム。   Hydrogen gas for supplying a hydrogen gas containing at least carbon monoxide and water vapor as subcomponents to the shift portion, wherein the fuel gas generating means is provided with a shift catalyst body having at least a noble metal and a metal oxide as constituent materials. The fuel cell power generation system according to claim 15, further comprising a supply unit. 前記原料から硫黄成分を除去する脱硫器を備え、前記脱硫器を通過した原料が前記置換ガス供給手段により前記置換ガスとして供給される請求項1〜18のいずれかに記載の燃料電池発電システム。   19. The fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising a desulfurizer that removes a sulfur component from the raw material, wherein the raw material that has passed through the desulfurizer is supplied as the replacement gas by the replacement gas supply unit. 燃料極をおよび酸化剤極を有する燃料電池と、炭素および水素を含む化合物を主成分とする原料から水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成手段を含み、前記燃料電池の燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを備える燃料電池発電システムの運転方法であって、前記燃料電池の発電終了後において、前記燃料ガス生成手段による前記燃料ガス生成工程を停止させるとともに、前記燃料ガス流路に前記原料を置換ガスとして注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換する第1置換工程と、前記水蒸気供給手段により前記燃料ガス生成手段に水蒸気を供給して前記燃料ガス生成手段内部の雰囲気を前記水蒸気で置換する第3置換工程とを実施する燃料電池発電システムの運転方法。   A fuel cell having a fuel electrode and an oxidizer electrode; and a fuel gas generating means for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material mainly composed of a compound containing carbon and hydrogen. An operation method of a fuel cell power generation system, comprising: a fuel gas supply means for supplying the fuel gas; and a water vapor supply means for supplying water vapor to the fuel gas generation means, wherein the fuel cell A first replacement step of stopping the fuel gas generation step by the gas generation means, injecting the raw material into the fuel gas flow channel as a replacement gas, and replacing the atmosphere of the fuel gas flow channel with the raw material; and the water vapor A third replacement step of supplying water vapor to the fuel gas generation means by a supply means and substituting the atmosphere inside the fuel gas generation means with the water vapor; Method of operating a fuel cell power generation system. 前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に前記第1置換工程を実施した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に空気を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換する第2置換工程を具備する請求項20記載の燃料電池発電システムの運転方法。   An air supply means for supplying air to the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with air; and after performing the first replacement step after power generation, the air supply means 21. The operating method of a fuel cell power generation system according to claim 20, further comprising a second replacement step of injecting air into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the air. 前記第1置換工程における前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで前記燃料ガス生成手段において前記燃料ガスが生成される請求項20記載の燃料電池発電システムの運転方法。   21. The operating method of a fuel cell power generation system according to claim 20, wherein the fuel gas is generated in the fuel gas generation means until the injection of the raw material into the fuel gas flow path in the first replacement step is completed. 前記第1置換工程が、前記燃料ガス生成手段をバイパスして前記原料を前記燃料ガス流路に供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記原料で置換する工程である請求項20記載の燃料電池発電システムの運転方法。   21. The fuel according to claim 20, wherein the first replacement step is a step of bypassing the fuel gas generation means and supplying the raw material to the fuel gas flow channel to replace the atmosphere of the fuel gas flow channel with the raw material. Operation method of battery power generation system. 前記燃料ガス流路に空気を供給して前記燃料ガス流路の雰囲気を空気に置換する空気供給手段をさらに具備し、発電終了後に前記第1置換工程を実施した後、前記空気供給手段により前記燃料ガス流路に空気を注入して前記燃料ガス流路の雰囲気を前記空気で置換する第2置換工程を具備する請求項23記載の燃料電池発電システムの運転方法。   An air supply means for supplying air to the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with air; and after performing the first replacement step after power generation, the air supply means 24. The method of operating a fuel cell power generation system according to claim 23, further comprising a second replacement step of injecting air into the fuel gas flow path to replace the atmosphere of the fuel gas flow path with the air. 前記第1置換工程における前記燃料ガス流路への前記原料の注入が終了するまで前記燃料ガス生成手段において前記燃料ガスが生成される請求項23記載の燃料電池発電システムの運転方法。   24. The operation method of a fuel cell power generation system according to claim 23, wherein the fuel gas is generated in the fuel gas generation means until the injection of the raw material into the fuel gas flow path in the first replacement step is completed.
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