JP2009110917A

JP2009110917A - 燃料電池システムおよびその運転方法

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Publication number: JP2009110917A
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Inventors: Inkaku Son; 寅赫孫
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Abstract

【課題】システムの停止時にスタック内に未改質燃料を充填するように改善することにより、システムの再起動時にシステム性能が早急に回復して電気エネルギーを生成できる燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。
【解決手段】前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置と、前記改質装置から供給される水素ガスと外部酸化剤ガスを電気化学反応させて、電気エネルギーを発生させる燃料電池本体と、前記燃料供給部と前記改質装置の間に設置されて、前記燃料を選択的に供給（開放）または遮断する第１バルブと、前記第１バルブに連係して、前記改質装置の燃料改質反応と前記燃料電池本体の電気化学反応が停止した時に設定された時間だけ前記第１バルブが開放されるように制御する制御器と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムに関し、特に、システムの起動時に性能低下が発生しないように改善された燃料電池システムおよびその運転方法に関する。

燃料電池は燃料の酸化反応、およびこの燃料と別途の酸化剤ガスの還元反応によって、電気エネルギーを発生させる発電装置である。燃料電池は燃料の種類によって高分子電解質型燃料電池、直接酸化型燃料電池などに区分される。

高分子電解質型燃料電池は、他の燃料電池に比べて出力特性が良好で、作動温度が低く、
早い始動および応答特性を有する。従って、高分子電解質型燃料電池は、自動車のような移動体用の電源、建物各部での非常用分散型電源、および瞬断を嫌う電子機器用の小型電源などとして幅広く使用されている。

このような高分子電解質型燃料電池は、基本的なシステムを構成するためにスタック、改質装置、燃料供給部、および酸化剤供給部を備える。つまり、燃料供給部は、燃料タンクおよび燃料ポンプを備えて改質装置内に燃料を供給する。改質装置は、燃料を改質して水素ガスを発生させ、その水素ガスをスタックに供給する。そうすれば、スタックは改質装置に供給された水素ガスと酸化剤ガスを電気化学反応させて、電気エネルギーを生成する。

しかしながら、従来技術の高分子電解質型燃料電池ではシステム停止時にスタック内に残留する水素ガス（Ｈ_２）が過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）に変成されるため、膜−電極接合体（ＭＥＡ）の電解質膜で薄膜劣化現象が誘発される。また、このような高分子電解質型燃料電池ではシステム停止時に電解質膜が脱水されて、電解質膜のイオン伝導度が低下する。これによって、従来技術の高分子電解質型燃料電池は、システムを停止した後、再び起動する過程でシステム性能が早急に回復されず性能低下する問題点がある。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたものであって、その課題は、システムの停止時にスタック内に未改質燃料を充填するように改善することにより、システムの再起動時にシステム性能が早急に回復して電気エネルギーを生成できる燃料電池システムおよびその運転方法を提供することにある。

本発明の実施形態による燃料電池システムは燃料供給部と、前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置と、前記改質装置から供給される水素ガスと外部酸化剤ガスを電気化学反応させて、電気エネルギーを発生させる燃料電池本体と、前記燃料供給部と前記改質装置の間に設置されて、前記燃料を選択的に供給（開放）または遮断する第１バルブと、前記第１バルブに連係して、前記改質装置の燃料改質反応と前記燃料電池本体の電気化学反応が停止した時に設定された時間だけ前記第１バルブが開放されるように制御する制御器と、を含む。

燃料電池システムは前記燃料電池本体に連結して、前記燃料電池本体の電気化学反応停止時外部信号によって、負荷電力を引き出す負荷電力引出部をさらに含む。

前記改質装置は水蒸気を発生させる気化器を備える。そして、燃料電池システムは前記燃料電池本体と前記気化器との間に設置されて、システムの再起動時に前記燃料電池本体に充填される燃料を前記気化器に供給する燃料回収配管をさらに含む。

前記改質装置は空気と燃料の酸化によって、熱エネルギーを発生させる熱源部を備える。

本実施形態による燃料電池システムの運転方法は、燃料供給部と、前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置と、前記水素ガスと外部酸化剤ガスを電気化学反応させる燃料電池本体と、を備えた燃料電池システムを用いる。そして、燃料電池システムの運転方法は、システム停止信号時に前記改質装置の燃料改質反応および前記燃料電池本体の電気化学反応を停止する反応停止段階、前記改質装置および前記燃料電池本体に未改質状態の前記燃料を供給する未改質燃料充填段階、前記燃料電池本体から負荷電力を引き出す負荷電力引出段階、およびシステム構成要素の作動を停止するシステム停止段階を含む。

前記反応停止段階は、前記改質装置の燃料改質反応に必要な熱エネルギー生成を停止する。つまり、前記反応停止段階は前記改質装置の熱源部で消費される前記燃料と空気を遮断して、熱エネルギーの生成を停止する。

前記未改質燃料充填段階は、前記熱エネルギーの部材によって前記改質装置が設定された温度以下に冷却された時点で未改質状態の前記燃料を供給する。

前記改質装置の触媒は、ルテニウムまたはアルミナのうちのいずれか一つである。そして、前記未改質燃料充填段階は前記改質装置が２００℃以下に冷却された時点で未改質状態の前記燃料を供給する。

前記燃料はメタン、プロパン、ブタンのうちのいずれか一つの燃料である。

前記負荷電力引出段階は、前記燃料が８０℃の条件で０．２Ｖの負荷電力に引き出す。

燃料電池システムの運転方法は、前記システム停止段階以後にシステム再起動信号時に前記燃料電池本体に充填された前記燃料を排出する未改質燃料排出段階をさらに含む。

前記未改質燃料排出段階は、前記燃料電池本体から排出される前記燃料を前記改質装置で水蒸気を発生させる気化器に供給して消費させる。

本発明の他の実施形態による燃料電池システムは、燃料供給部と、前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置と、前記改質装置から供給される水素ガスと外部酸化剤ガスを電気化学反応させて、電気エネルギーを発生させる燃料電池本体と、前記燃料供給部と前記改質装置との間に設置されて、前記燃料を選択的に供給したり遮断する第１バルブと、前記燃料供給部と前記燃料電池本体の間を連結する未改質燃料供給管に設置されて、前記燃料を選択的に供給したり遮断する第２バルブと、前記第１バルブと前記第２バルブに連係されて、前記改質装置の燃料改質反応と前記燃料電池本体の電気化学反応の中断時に設定された時間だけ前記第２バルブが開放されるように制御する制御器と、を含む。

本発明の他の実施形態による燃料電池システムの運転方法は、燃料供給部、前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置、前記水素ガスと外部酸化剤ガスを電気化学反応させる燃料電池本体を備えた燃料電池システムを用いる。燃料電池システムの運転方法は、システム停止信号時に前記改質装置の燃料改質反応および前記燃料電池本体の電気化学反応を停止する反応停止段階と、前記燃料供給部から供給される燃料を前記改質装置に流入しないように遮断した後に前記燃料電池本体に供給する未改質燃料充填段階と、前記燃料電池本体から設定された負荷電力を引き出す負荷電力引出段階と、システム構成要素の作動を停止させるシステム停止段階と、を含む。

本発明によれば、システムの停止時にスタック内に未改質燃料を充填するように改善することによって、従来技術のように電解質膜の薄膜劣化現象または脱水現象が発生しない。これによって、本発明は、システムの再起動時にシステム性能が従来技術に比べて低下されずに早急に回復して、電気エネルギーを安定的に生産できる長所がある。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について当業者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は多様に異なる形態で実現できるので、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明の第１実施形態による燃料電池システムの概略図である。

図１に示すように、第１実施形態の燃料電池システムは、システム停止時にスタック１０内に未改質燃料を充填させるように次のように構成される。これによって、第１実施形態は従来技術で誘発された電解質膜の薄膜劣化現象および脱水現象を防止できるので、システム再起動時に迅速に電気エネルギーを生成することができる。

燃料電池本体は、電気エネルギーを生成する最小単位の単位セルが連続的に積層された構造であって、一般にスタック１０と称される。スタック１０は、複数個の単位セルが連続的に配列された集合体であり、このような集合体の最外側にエンドプレートがそれぞれ結合する。

単位セルは電気化学反応が誘発される膜−電極接合体と、膜−電極接合体の両面に配置されるプレート形状のセパレータを備える。第１セパレータは膜−電極接合体の第一面に密着しながら、その密着する面に第１チャンネルを形成している。このような第１セパレータは膜−電極接合体のアノード電極側（第１面）に向かい、アノード分離板と称される。第２セパレータは膜−電極接合体の第２面に密着しながら、その密着する面に第２チャンネルを形成している。このような第２セパレータは膜−電極接合体のカソード電極側に向かい、カソード分離板と称される。そうすれば、第１セパレータの第１チャンネルには水素ガスを流入させ、第２セパレータの第２チャンネルには酸化剤ガスを流入させることによって、単位セルは電気化学反応によって、電気エネルギーを発生させることができる。

燃料供給部２０は、燃料を保管する燃料タンク、およびこの燃料を外部に供給するための燃料ポンプを備える。第１実施形態の燃料供給部２０は、後で説明する改質装置３０に燃料を供給するように構成されるが、燃料電池の種類によってスタック１０に直接供給する構成も可能である。

改質装置３０は、燃料供給部２０から供給される燃料を水素ガスに改質して、水素ガスをスタック１０内に供給する。改質装置３０は、このような燃料改質方式によりＰＯＸ改質装置、ＡＴＲ改質装置、ＳＲ改質装置に区分される。ただし、第１実施形態は最も望ましくスチーム改質反応を用いたＳＲ（ｓｔｅａｍｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）改質装置を適用して説明する。改質装置３０は、燃料改質反応のために気化器３１、熱源部３３、改質反応部３４を備える。気化器３１は、水ポンプ３２に連結されて、燃料改質反応に必要な水蒸気を発生させる。熱源部３３は、空気ポンプ３５に連結されて、空気と燃料の酸化によって、熱エネルギーを発生させる。つまり、熱源部３３は、熱エネルギーを改質反応部３４に提供して、燃料改質反応を促進させる。そうすれば、改質反応部３４はスチーム改質反応で燃料に含まれている水素ガスを発生させ、この時、熱源部３３から提供される熱エネルギーで改質触媒反応を促進させる。

酸化剤供給部４０は、酸化剤ガスをスタック１０に供給する構成要素である。この時、酸化剤供給部４０は一般に空気ポンプを用い、酸化剤ガスとして大気中の空気をスタック１０に供給する。

第１バルブ５１は、燃料供給部２０と改質装置３０の間を連結する配管に設置されて、バルブ開放時には燃料供給部２０から流入される燃料を供給し、遮断時には燃料供給を停止する。つまり、状況に応じて選択的に燃料を供給したり、停止する。また、スタック入口バルブ５２は、改質装置３０とスタック１０の間を連結する配管に設置されて、改質装置３０からスタック１０に流入される液体（気体でもよい）を状況に応じて選択的に遮断することができる。ただし、第１実施形態は第１バルブ５１によって燃料の供給の有無が決定されるので、スタック入口バルブ５２を備えなくてもよいが、装着されていればスタックの異常を検出して、燃料を緊急停止させることもできる。

負荷電力引出部６０は、スタック１０に連結されて、スタック１０の電気化学反応の停止時に外部信号によって負荷電力を引き出す。

燃料回収配管７０は、スタック１０と気化器３１の間を連結し、システムの再起動時にスタック１０内に充填される燃料を気化器３１に供給する。

制御器８０は、第１バルブ５１に連係され、第１バルブ５１の作動を制御する。つまり、制御器８０はシステムが発電停止した時に第１バルブ５１を開放状態に維持させて、システム停止信号によって改質装置３０の燃料改質反応とスタック１０の電気化学反応が停止しても設定された時間だけ第１バルブが開放されて、燃料が継続供給されるように制御する。

そして、このように構成された燃料電池システムは、システム停止および再起動の時に下記のような運転方法によって作動する。

図２は図１に示す燃料電池システムの再起動時性能を向上させるための運転方法を８ステップに分解したフローチャートである。

図１および図２に示すように、第１実施形態による燃料電池システムの運転方法はシャットダウンボタンを押す操作のように、第１ステップとして、外部からシステム停止信号が伝えられると、スタック１０の電気化学反応と改質装置３０の燃料改質反応を停止する反応停止段階に移行する（Ｓ１）。つまり、反応停止段階は熱源部３３で消費される燃料と空気供給を遮断して、熱源部３３で熱エネルギーがそれ以上発生しないようにする。この時、反応停止段階は燃料の供給を遮断した後に一定時間が経過して、熱源部３３に流入する空気を遮断することが望ましい。なぜなら、燃料を遮断した後に一定時間カソード電極に空気を供給することで、燃料電池の反応によりアノード電極付近に残留された水素を除去することができるからである。そして、反応停止段階はシステム停止信号が伝えられると、第１バルブ５１によって燃料供給部２０から改質装置３０に供給される未改質状態の燃料を遮断することによって改質反応部３４内で追加的な改質反応が発生しないようにする。

その後には制御器８０によって第１バルブ５１を開放して、未改質状態の燃料を改質装置３０およびスタック１０内に充填させる未改質燃料充填段階に移行する（Ｓ２）。つまり、未改質燃料充填段階は熱源部３３で熱エネルギーが生成されないので、時間が経過するほど改質反応部３４が冷却される。この時、未改質燃料充填段階は改質反応部３４の温度低下による副反応生成を防止するために、改質反応部３４が設定された温度で冷却された時点で第１バルブ５１を開放する。例えば、改質反応部３４の触媒としてルテニウムまたはアルミナが用いられる場合、第１バルブ５１は改質反応部３４が２００℃に冷却された時点で開放される。

スタック１０は前記のように未改質燃料充填段階を行うことによって、第１チャンネルに未改質状態の燃料が充填されて、第２チャンネルに酸化剤ガスが充填される。

その後にはスタック１０から負荷電力を引き出す負荷電力段階に移行する（Ｓ３）。負荷電力段階は燃料によって引き出す負荷電力が少しずつ変わるが、大略的な条件で、燃料が８０℃の条件で０．２Ｖの負荷電力に引き出す。そうすれば、スタック１０内に残留した水素ガス（Ｈ_２）は電気化学反応によって除去されて、電解質膜の薄膜劣化現象および脱水現象が誘発されず、システム再起動時早急に電気エネルギーを生成することができる。

第１実施形態の燃料としては、例えば、メタン、プロパン、ブタンのようなガス状態の燃料を用いることができる。このようなガス状態の燃料は、スタック１０内に充填されても負荷電力を引き出すようになると、プロパンはヘキサンに変化し、ブタンはオクタンに変化するだけである。このように変化されたヘキサンまたはオクタンのような未改質燃料は、水素ガスが発生せず、むしろ電解質膜の薄膜劣化現象および脱水現象が発生しないように電解質膜を保護する役割を果たす。またプロパン、ブタンに比べて非活性（ｉｎｅｒｔ）であるメタンも電解質膜を損傷させることがない。

その後にはシステム構成要素の作動を全て停止させるシステム停止段階に移行する（Ｓ４）。

第１実施形態ではシステム停止段階以後に、システム再起動信号時にスタック１０内の第１チャンネルに充填された未改質状態の燃料を外部に排出する。このようにスタック１０から排出される燃料は改質装置３０またはシステムの他の構成要素でリサイクルされる。第１実施形態は最も望ましく燃料回収配管７０を通じて、スタック１０から排出される未改質燃料を気化器３１に供給して消費させる（Ｓ５）。

そうすれば、第１実施形態による燃料電池システムの運転方法は、システム再起動時に従来の技術に比べてシステムの性能低下なく迅速に電気エネルギーを発生させることができる。

図３は、本発明の第２実施形態による燃料電池システムの概略図である。

図３に示すように、第２実施形態の燃料電池システムは図１に示す第１実施形態と比較して、スタック１０と燃料供給部２０の間を連結する未改質燃料供給管９０をさらに備える。そして、第２実施形態は未改質燃料供給管９０に設けられる第２バルブ９１によって燃料供給部２０から流入される未改質状態の燃料を選択的に供給したり遮断する特徴がある。

そして、第２実施形態の制御器８０は第１バルブ５１と第２バルブ９１に連係される。制御器８０は第１実施形態のように第１バルブ５１の作動を制御するだけでなく、スタック１０の電気化学反応と改質装置３０の燃料改質反応の停止時に、設定された時間だけ第２バルブ９１が開放されるように制御する。つまり、制御器８０は、改質装置３０の構成要素を通過しなくても、未改質状態の燃料を燃料供給部２０からスタック１０に供給することができる。この時、制御器８０は第１バルブ５１を遮断状態で維持して、未改質状態の燃料が改質装置３０に流入しないようにする。

ただし、第２実施形態は、制御器８０が第１バルブ５１と第２バルブ９１に連係されると説明したが、第１バルブ５１と第２バルブ９１に対応するそれぞれの制御器を別途に備えてもよい。

そして、第２実施形態は図３に示す他の構成要素が第１実施形態の燃料電池システムと比較して、同一な機能を遂行するので、ここで詳しい説明を省略する。

図４は、図３に示す燃料電池システムの再起動時に性能を向上させるための運転方法を８ステップに分解したフローチャートである。

図３および図４に示すように、第２実施形態による燃料電池システムの運転方法は、シャットダウンボタンを押す操作のように外部からシステム停止信号が伝えられれば、スタック１０の電気化学反応と改質装置３０の燃料改質反応を停止させる反応停止段階に移行する（Ｔ１）。つまり、反応停止段階は、熱源部３３で消費される燃料と空気供給を遮断して、熱源部３３で熱エネルギーがそれ以上発生できないようにする。この時、反応停止段階は燃料の供給を遮断した後に一定時間が経過して、熱源部３３での空気を遮断することが望ましい。なぜなら、燃料を遮断した後に一定時間カソード電極に空気を供給することで、燃料電池の反応によりアノード電極付近に残留された水素を除去することができるからである。そして、反応停止段階はシステム定時信号が伝えられれば、第１バルブ５１によって燃料供給部２０から改質装置３０に供給される燃料を遮断することによって改質反応部３４内で追加的な改質反応が発生しないようにする。

その後には制御器８０によって第１バルブ５１を遮断状態で維持して、第２バルブ９１を開放して、未改質状態の燃料をスタック１０内に充填させる未改質燃料充填段階に移行する（Ｔ２）。つまり、第２実施形態の未改質燃料充填段階は、改質装置３０を通過せず、未改質燃料供給管９０を通じて未改質状態の燃料をスタック１０内に供給する。そうすれば、スタック１０は第１チャンネルに未改質状態の燃料が充填されて、第２チャンネルに酸化剤ガスが充填される。

その後にはスタック１０から負荷電力を引き出す負荷電力段階に移行する（Ｔ３）。そうすれば、スタック１０内に残留した水素ガス（Ｈ_２）は、電気化学反応によって除去されて、電解質膜の薄膜劣化現象および脱水現象が誘発されず、システム再起動時に早急に電気エネルギーを生成することができる。この時、第２実施形態の燃料としては第１実施形態と同一にメタン、プロパン、ブタンのようなガス状態の燃料が使用される。

その後にはシステム構成要素の作動を全て停止させるシステム停止段階に移行する（Ｔ４）。

そして、第２実施形態はシステム停止段階以後にシステム再起動信号の時に、スタック１０内の第１チャンネルに充填された未改質状態の燃料を気化器３１に供給して消費させ（Ｔ５段階）、システムの性能低下なく安定的に電気エネルギーを発生させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。

本発明の第１実施形態による燃料電池システムの概略図である。図１に示す燃料電池システムの再起動時性能を向上させるための運転方法のフローチャートである。本発明の第２実施形態による燃料電池システムの概略図である。図３に示す燃料電池システムの再起動時性能を向上させるための運転方法のフローチャートである。

符号の説明

１０スタック
２０燃料供給部
３０改質装置
４０酸化剤供給部
６０負荷電力引出部
７０燃料回収配管
８０制御器
９０未改質燃料供給管

Claims

燃料供給部と、
前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置と、
前記改質装置から供給される水素ガスと酸化剤ガスを電気化学反応させて、電気エネルギーを発生させる燃料電池本体と、
前記燃料供給部と前記改質装置の間に設置されて、前記燃料を選択的に供給したり遮断する第１バルブと、
前記第１バルブに連係されて、前記改質装置の燃料改質反応と前記燃料電池本体の電気化学反応の停止時に設定された時間だけ前記第１バルブが開放されるように制御する制御器と、
を含むことを特徴とする、燃料電池システム。
前記燃料電池本体に連結されて、前記燃料電池本体の電気化学反応の停止時に外部信号によって、負荷電力を引き出す負荷電力引出部と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
前記改質装置は水蒸気を発生させる気化器を備え、
前記燃料電池本体と前記気化器の間に設置されて、システムの再起動時に前記燃料電池本体に充填された燃料を前記気化器に供給する燃料回収配管をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
前記改質装置は、空気と燃料の酸化によって熱エネルギーを発生させる熱源部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
燃料供給部と、前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置と、前記水素ガスと外部酸化剤ガスを電気化学反応時に電気エネルギーを発生させる燃料電池本体と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
システム停止信号時に前記改質装置の燃料改質反応および前記燃料電池本体の電気化学反応を停止させる反応停止段階と、
前記改質装置および前記燃料電池本体に未改質状態の前記燃料を供給する未改質燃料充填段階と、
前記燃料電池本体から負荷電力を引き出す負荷電力引出段階と、
燃料電池システムの作動を停止するシステム停止段階と、
を含むことを特徴とする、燃料電池システムの運転方法。
前記反応停止段階は、前記改質装置の燃料改質反応に必要な熱エネルギー生成を停止させることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記反応停止段階は、前記改質装置の熱源部で消費される前記燃料と空気を遮断して、熱エネルギーの生成を停止させることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記未改質燃料充填段階は、前記熱エネルギーの部材によって前記改質装置が設定された温度以下に冷却された時点で未改質状態の前記燃料を供給することを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記改質装置の触媒はルテニウムまたはアルミナのうちのいずれか一つであり、
前記改質装置が２００℃以下に冷却された時点で未改質状態の前記燃料を供給する前記未改質燃料充填段階を遂行することを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記燃料はガス状態の燃料であることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記燃料はメタン、プロパン、ブタンのうちのいずれか一つの燃料であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記負荷電力引出段階は０．２Ｖの負荷電力で引き出すことを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記負荷電力引出段階は前記燃料が８０℃の条件で０．２Ｖの負荷電力で引き出すことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記システム停止段階以後であって、前記燃料電池システム再起動信号時に、前記燃料電池本体に充填された前記燃料を排出する未改質燃料排出段階をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記未改質燃料排出段階は、前記燃料電池本体から排出される前記燃料を前記改質装置で水蒸気を発生させる気化器に供給して消費させることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池システムの運転方法。
燃料供給部と、
前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置と、
前記改質装置から供給される水素ガスと酸化剤ガスを電気化学反応させて、電気エネルギーを発生させる燃料電池本体と、
前記燃料供給部と前記改質装置の間に設置されて、前記燃料を選択的に供給したり遮断する第１バルブと、
前記燃料供給部と前記燃料電池本体の間を連結する未改質燃料供給管に設置されて、前記燃料を選択的に供給したり遮断する第２バルブと、
前記第１バルブと前記第２バルブに連係されて、前記改質装置の燃料改質反応と前記燃料電池本体の電気化学反応の停止時に設定された時間だけ前記第２バルブが開放されるように制御する制御器と、
を含むことを特徴とする、燃料電池システム。
前記燃料電池本体に連結されて、前記燃料電池本体の電気化学反応の停止時に外部信号によって、負荷電力を引き出す負荷電力引出部をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池システム。
前記改質装置は水蒸気を発生させる気化器を備え、
前記燃料電池本体と前記気化器の間に設置されて、システムの再起動時に前記燃料電池本体に充填された燃料を前記気化器に供給する燃料回収配管をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池システム。
前記改質装置は燃料と空気の酸化によって、熱エネルギーを発生させる熱源部を備えることを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池システム。
燃料供給部、前記燃料供給部から供給される燃料を水素ガスに改質する改質装置、前記水素ガスと外部酸化剤ガスを電気化学反応させる燃料電池本体を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
システム停止信号時に前記改質装置の燃料改質反応および前記燃料電池本体の電気化学反応を停止させる反応停止段階と、
前記燃料供給部から供給される燃料を前記改質装置に流入しないように遮断した状態で前記燃料電池本体に供給する未改質燃料充填段階と、
前記燃料電池本体から設定された負荷電力を引き出す負荷電力引出段階と、
燃料電池システムの作動を停止するシステム停止段階と、
を含むことを特徴とする、燃料電池システムの運転方法。
前記燃料はガス状態の燃料であることを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記燃料はメタン、プロパン、ブタンのうちのいずれか一つの燃料であることを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記負荷電力段階は０．２Ｖの負荷電力で引き出すことを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記負荷電力段階は前記燃料が８０℃の条件で０．２Ｖの負荷電力で引き出すことを特徴とする、請求項２３に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記システム停止段階以後にシステム再起動信号時であって、前記燃料電池本体に充填された前記燃料を排出する未改質燃料排出段階をさらに含むことを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池システムの運転方法。
前記未改質燃料排出段階は、前記燃料電池本体から排出された前記燃料を前記改質装置で水蒸気を発生させる気化器に供給することを特徴とする、請求項２５に記載の燃料電池システムの運転方法。