JP2010015808A - 燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法及び燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気密漏れの有無を精度良く診断できる燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法及び燃料電池発電装置を提供する。
【解決手段】燃料改質装置の停止後、改質器２２、ＣＯ変成器２３ａおよびＣＯ除去器２３ｂの触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となるまでの間に、改質器２２及び第二反応器２３に水蒸気を流通させて残留する改質ガス及び原燃料ガスを流去し、双方の反応器の触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、いずれかの触媒層が水蒸気の凝縮温度以下となるまでの間に、原燃料ガスを流通させて残留する水蒸気を流去する。そして、原燃料ガスが所定圧力で封入された空間を形成し、該空間の温度の低下に伴う圧力の降下速度を求め、実測により求めた圧力降下速度と、該空間の容積から理論的に求められた圧力降下速度とを比較して気密漏れの有無を診断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法及びガス漏れ検出装置を備えた燃料電池発電装置に関する。

燃料電池発電装置は、酸素を主体とするガスと、水素を主体とするガスとの反応により、電力を得る発電装置である。この酸素を主体とするガスとしては、空気などが通常用いられている。また、水素を主体とするガスとしては、天然ガス等の炭化水素類の原燃料を水蒸気改質して得られる改質ガスなどが用いられている。このため、燃料電池発電装置には燃料改質装置等の水素精製装置が設けられており、天然ガス等の炭化水素類を、連設した脱硫器、改質器で、脱硫、水蒸気改質して水素を主成分とした改質ガスを得て、この改質ガスをＣＯ変成器によってＣＯ濃度を１％以下にまで低減した後、燃料電池本体に供給している。また、例えば、動作温度が更に低い６０〜８０℃の固体高分子形燃料電池では、ＣＯ変成器にてＣＯ濃度を１％以下に低減させ、更にＣＯ除去器にてＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下まで低減した後、燃料電池に供給している。

ところで、燃料電池発電装置は、電力の需要に応じて起動・停止する、いわゆるＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ ａｎｄ Ｓｔｏｐ）運転が行われており、これに対応して燃料改質装置も起動・停止が繰り返されている。

しかしながら、燃料改質装置内に水蒸気や改質ガス等が滞留した状態で燃料電池発電装置の作動を停止させると、水蒸気が凝縮して燃料改質装置内に水が滞留してしまい、これによって触媒が劣化して性能低下が生じたり、再起動時に目的の温度に速やかに昇温しにくくなるといった問題がある。

このため、燃料電池発電装置の作動を停止させる際には、燃料改質装置内に滞留している水蒸気や改質ガスを流去する必要がある。その際、触媒層の温度如何により、改質器に導入するパージガスの種類を変えて、触媒層の酸化及び結露雰囲気になることを防ぐとともに、その操作をより経済的に実施するといった試みが種々行われており、例えば、下記特許文献１には、改質器内の改質ガスを水蒸気でパージした後、改質触媒層の温度が原料ガスの熱分解が起こらない温度以下で、且つ、水蒸気の凝縮温度以上に低下した後、原料ガスを導入して改質器内の水蒸気をパージして、燃料改質装置の作動を停止することが開示されている。

一方、燃料電池発電装置において、燃料改質装置の各反応器を接続する配管溶接部や、燃料改質装置と燃料電池本体とを接続する配管溶接部などは、運転停止時の冷却、起動時の加温によるヒートサイクルによって損傷を受けやすく、特に燃料電池発電装置の停止操作中に配管溶接部に亀裂等の損傷が発生する場合が多かった。また、配管接続の緩みなどによって気密性が低下することもあった。

このような原因によりガス漏れが生じると、改質ガスや、燃料ガスが装置内に滞留し、発火などの危険が生じる可能性があるため、燃料電池発電装置においては、ガス漏れを検知するための非接触式ガスセンサー、あるいは水素センサー等の可燃性ガス検出手段を備えているものが一般的である。

そして、ガス漏洩の検知方法としては、例えば、下記特許文献２，３などに開示されているように、ガス検知センサーを装置内に取付けてガス漏洩を検知する方法や、下記特許文献４、５などに開示されているように、燃料電池に接続するガス通路に複数の閉空間を形成して、閉空間毎の圧力降下速度や、ガスの変化量を判定して気密洩れの有無を検知する方法などが知られている。
特開２００２−１５１１２４号公報 特開平８−３４１３６号公報 特開２００３−２２９１４８号公報 特開２００３−３０８８６６号公報 特開２００６−９２７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された燃料改質装置の作動停止方法では、構造的に途中からガスを抜きだす構造がとられてない限り、改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器の順番、もしくは、ＣＯ除去器、ＣＯ変成器、改質器の順番でパージされることとなるが、これら個々の反応器は、それぞれ運転温度が異なるため、燃料改質装置の停止後における温度降下速度においても違いがある。このため、燃料電池発電装置の運転を停止する際には、各反応器の触媒層温度を監視しながら燃料改質装置へのパージ条件を判定する必要があるものの、これまでは改質器内の温度変化に基づき改質器に導入するパージガスの種類を適宜変化させていたので、運転温度等の条件や、各反応器の触媒層の種類等によっては、後段のＣＯ変成器やＣＯ除去器に水が滞留したり、揮発性で有毒なニッケルカルボニルが生成する虞れがあった。

また、燃料電池におけるガス漏れを検知するにあたり、ガス検知センサーを用いて検出する方法ではある程度のガス量がないと検出できないため、燃料電池発電装置の運転時におけるガス漏れは検出できるが、ガスの漏出量が少ない運転停止時においてガス漏れを正確に検出することは困難であった。

また、上記特許文献２〜５に開示されたガス漏洩の検知方法は、運転途中、つまり燃料電池発電装置が発電している条件下で検出する方法であって、燃料電池発電装置の停止時にガス漏洩の有無を検知することを対象とした発明ではない。

したがって、本発明の目的は、燃料電池発電装置の運転を停止するに際し、気密漏れの有無を精度良く診断できる燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法及び燃料電池発電装置を提供することである。

上記目的を達成するため、燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法は、原燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器を少なくとも反応器として備えた燃料改質装置と、前記燃料改質装置に接続する燃料電池本体とを備えた燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法であって、前記燃料電池発電装置の停止時に、前記反応器の触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、前記燃料改質装置に原燃料ガスを封入して封止し、その状態で前記封止空間の温度と圧力とを経時的に検出して、圧力検出値に基づいて求めた圧力降下速度と、前記封止空間の容積及び温度検出値の変化に基づいて算出した圧力降下速度との比較により、気密漏れの有無を診断することを特徴とする。

また、本発明の燃料電池発電装置は、原燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器を少なくとも反応器として備えた燃料改質装置と、前記燃料改質装置に接続する燃料電池本体と、を備えた燃料電池発電装置において、前記燃料改質装置に原燃料を供給する配管上および前記燃料改質装置の改質ガス出口に接続する配管上に設けられ、前記燃料電池発電装置の停止時に、前記反応器に原燃料ガスを流通させた後に閉じて原燃料ガスが封入された空間を形成する弁と、前記空間の温度計測手段及び圧力計測手段と、前記圧力計測手段により求められる圧力変化に基づいて演算した圧力降下速度と、前記空間の容積および前記温度計測手段から求められる温度変化に基づいて演算される圧力降下速度とを比較することによりガス漏れの有無を判断する制御装置と、を有していることを特徴とする。

本発明によれば、原燃料ガスが所定圧力で封入された空間の温度と圧力とを経時的に測定して、空間の温度の低下に伴う圧力の降下速度を求め、この実測により求めた圧力降下速度と、空間の容積から理論的に求められた圧力降下速度とを比較することにより、気密漏れの有無を診断することができる。このように、燃料電池発電装置の運転停止時の急激に温度低下する状態で、温度と圧力とを経時的に測定することにより、短時間の間に、大きな温度差と、それに伴う大きな圧力差とが生じるので、停止状態では僅かなガス漏れしか起こさない程度の損傷も、短時間で精度よく検出することができる。

本発明において、燃料電池発電装置の停止時における前記空間の圧力の測定を、前記空間の温度が３００〜２５０℃のときに開始し、１５０〜１００℃になったら終了させることが好ましい。前記空間の圧力の測定を、上記温度範囲で行うことにより、大きな温度差による大きな圧力変化をもたせて、ガス漏れの検出精度を向上させることができる。

本発明において、前記燃料改質装置の反応器として前記改質器に加え、前記改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素変成器および／または一酸化炭素除去器を更に備えていることが好ましい。

本発明において、前記封止は、前記燃料電池発電装置の停止時に、前記燃料電池改質装置の前記各反応器の触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となるまでの間、前記各反応器に水蒸気を流通させて残留する改質ガス及び原燃料ガスを流去させ、前記各反応器の触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、前記各反応器に原燃料ガスを流通させて残留する水蒸気を流去し、その後、前記封止を行うことが好ましい。この態様によれば、凝縮水による反応器の触媒の劣化を防止すると共に、再起動時に速やかに目的の温度まで昇温することができる。

本発明によれば、燃料電池発電装置の運転停止時の急激に温度低下する状態で、温度と圧力とを経時的に測定することにより、短時間の間に、大きな温度差と、それに伴う大きな圧力差とが生じるので、停止状態では僅かなガス漏れしか起こさない程度の損傷も、短時間で精度よく検出することができる。

以下、本発明の実施形態について、図１に基づいて説明する。図１は、燃料電池発電装置の概略構成図である。

燃料電池本体１０は、電解質１１と、この両側に配置されたアノード電極１２及びカソード電極１３とで主に構成されている。

アノード電極１２の改質ガス供給側は、改質ガス切り替えバルブ３１の開口３１ａから伸びた配管Ｌ１が接続している。

アノード電極１２のオフガス排出側からは、配管Ｌ２が伸びて、燃料改質装置２０の燃焼装置２１の燃焼原料投入口２１ａに接続している。この配管Ｌ２には、オフガス遮断弁３２が途中に配置されている。また、配管Ｌ２のオフガス遮断弁３２と燃焼装置２１との間の管路は一部が分岐しており、改質ガス切り替えバルブ３１の開口３１ｃから伸び、途中に改質ガス遮断弁３３の配置された配管Ｌ３が接続している。改質ガス切り替えバルブ３１、オフガス遮断弁３２及び改質ガス遮断弁３３は、制御装置５０からの出力によって開閉できるように構成されている。

カソード電極１３の酸化剤ガス供給側は、酸化剤ガス供給源から伸びた配管Ｌ４が接続している。この配管Ｌ４には、制御装置５０からの出力によって作動・停止できるように構成されている第１酸化剤ガス供給ポンプ４１が途中に配置されている。

カソード電極１３のオフガス排出側からは、配管Ｌ５が伸び、電極反応で使用された酸化剤ガスを外気へ放出、あるいは図示しない次工程で利用できるように構成されている。

燃料改質装置２０は、反応器２３として、改質器２２と、ＣＯ変成器２３ａと、ＣＯ除去器２３ｂとで主に構成されている。

改質器２２は、ナフサ、天然ガス、石炭ガス、アルコール類等の炭化水素類の原燃料から、水蒸気改質反応により、水素を主体とした改質ガスを生成させる反応器である。

改質器２２には、改質触媒の充填された改質触媒層を加熱して、改質反応を行うための反応熱を供給する燃焼装置２１が連設されている。

燃焼装置２１の燃焼原料投入口２１ａには、燃焼空気を取り込むための配管Ｌ６が接続しており、制御装置５０からの出力によって作動・停止できるように構成されている燃焼空気ブロア４２が途中に配置されている。

また、燃焼装置２１の燃焼排ガス排出口２１ｂからは、燃焼排ガスを排気するための配管Ｌ７が伸び、図示しない次工程で処理、あるいは、大気へ放出できるように構成されている。

改質器２２の改質原料の投入側は、原燃料源から伸びた配管Ｌ８が接続している。この配管Ｌ８には、途中に原燃料供給弁３４、脱硫器２４、原燃料供給ポンプ４３が配置されており、原燃料源から供給される原燃料ガスを脱硫器２４で脱硫処理できるように構成されている。また、この配管Ｌ８は、一部が分岐しており、改質水源から伸び、途中に改質水供給ポンプ４４が配置された配管Ｌ９が接続している。原燃料供給弁３４は、制御装置５０からの出力によって開閉できるように構成されており、また、原燃料供給ポンプ４３は制御装置５０からの出力によって作動・停止できるように構成されている。

また、改質器２２の内部には、触媒層の温度を計測する温度センサー５１と、内部の圧力を計測する圧力センサー５２が配置されている。そして、温度センサー５１及び圧力センサー５２の検出結果は、制御装置５０に送信できるように構成されている。

ＣＯ変成器２３ａは、改質ガス中の不純物濃度を低減して精製処理する反応器であって、改質ガスに含まれるＣＯを、水蒸気と反応させて、水素とＣＯ_２に変成（水性ガスシフト反応；発熱反応）させる。ＣＯ除去器２３ｂは、改質ガスに含まれるＣＯを選択的に酸化（選択酸化反応；発熱反応）させてＣＯ_２とする。

ＣＯ変成器２３ａ、ＣＯ除去器２３ｂのそれぞれには、各触媒層の温度を計測する温度センサー５３、５４が配置されており、検出結果を、制御装置５０に送信できるように構成されている。

また、ＣＯ除去器２３ｂには、ＣＯ除去器２３ｂにおける酸化反応に必要な空気等の酸化剤ガスを取り込むための配管Ｌ１０が接続されており、途中に第２酸化剤ガス供給ポンプ４５が配置されている。そして、ＣＯ除去器２３ｂの上端には、ＣＯ等の不純物の低減された精製改質ガスを送出させる配管Ｌ１１が設けられており、フィルター２５を介して改質ガス切り替えバルブ３１の開口３１ｂと接続している。

なお、反応器２３としては、少なくとも改質器２２を備えていれば良く、適用される燃料電池の種類や、改質器２２に供給される原燃料の種類や、改質器２２に充填された触媒の種類や、要求される精製改質ガスの純度等に応じて改質器２２以外の反応器は適宜選択できる。ＣＯ変成器２３ａのみであってもよい場合がある。また、ＣＯ変成器２３ａ及びＣＯ除去器２３ｂ以外の反応器を用いてもよく、ＣＯ変成器２３ａ及び／又はＣＯ除去器２３ｂと、それ以外の反応器とを組み合わせて用いてもよい。また、ＣＯ除去器は、ＣＯと空気中の酸素を選択的に反応させてＣＯ濃度を低減する選択酸化反応を用いる反応器以外に、ＣＯと水素を反応させてメタン化させることでＣＯ濃度を低減するメタネーション反応を用いる反応器であってもよい。

次に、この燃料電池発電装置の動作について説明する。

この燃料電池発電装置は、電力需要量に応じて起動・停止が繰り返される。

起動中は、オフガス遮断弁３２及び原燃料供給弁３４を開とし、改質ガス遮断弁３３を閉とする。また、改質ガス切り替えバルブ３１は、開口３１ｃの弁を閉とし、開口３１ａの弁及び開口３１ｂの弁をそれぞれ開とする。すなわち、配管Ｌ１と配管Ｌ１１とを連結させる。また、第１酸化剤ガス供給ポンプ４１と、燃焼空気ブロア４２と、原燃料供給ポンプ４３と、改質水供給ポンプ４４と、第２酸化剤ガス供給ポンプ４５とをそれぞれ作動させる。また、燃焼装置２１を点火状態とする。

原燃料源から供給される原燃料ガスは、まず脱硫器２４へ導入されて原燃料ガスに含まれる硫黄成分が除去される。そして、硫黄成分が除去された原燃料ガスは、配管Ｌ９から供給される改質水と混合して改質器２２へと供給し、改質反応により水素に富む改質ガスを生成させる。なお、上記改質反応は、吸熱反応であることから、点火状態の燃焼装置２１に、配管Ｌ６から燃焼用空気と、配管Ｌ２からオフガスとを供給し、これらを燃焼して改質器２２の触媒層を加熱する。

そして、改質器２２で生成された改質ガスは、ＣＯ変成器２３ａ、ＣＯ除去器２３ｂにて一酸化炭素濃度を低減した後、フィルター２５を通過させて、配管Ｌ１から、燃料電池本体１０のアノード電極１２へと供給される。

燃料電池本体１０では、アノード電極１２に供給された改質ガスと、カソード電極１３に供給された酸化剤ガスとを、電気化学反応させて発電し、この発電出力をインバータユニット（図示せず）等にて所定電圧の交流電力に変換し電力系統に連係される。

アノード電極１２から排出されるオフガスは、配管Ｌ２を通して燃焼装置２１へと供せられ、燃焼源として用いられる。

一方、電力の需要量が低下し、燃料電池発電装置を停止させる必要が生じた場合には、オフガス遮断弁３２と、改質ガス遮断弁３３と、原燃料供給弁３４とを閉とする。また、改質ガス切り替えバルブ３１は、開口３１ａの弁を閉とし、開口３１ｂの弁及び開口３１ｃの弁をそれぞれ開とする。すなわち、配管Ｌ３とＬ１１とを連結させる。また、第１酸化剤ガス供給ポンプ４１と、燃焼空気ブロア４２と、原燃料供給ポンプ４３と、第２酸化剤ガス供給ポンプ４５とをそれぞれ停止させる。また、燃焼装置２１を非点火状態とする。

なお、改質ガス切り換えバルブ３１が切り替わる前に第２酸化剤ガス供給ポンプ４５を停止させると、高濃度のＣＯがアノード電極１２に供給され、アノード電極１２がＣＯによって被毒する虞れがあることから、第２酸化剤ガス供給ポンプ４５は、改質ガス切り換えバルブ３１の経路が切り替わるタイミングを見計らっては停止させることが好ましい。すなわち、改質ガス切り換えバルブ３１の経路が切り替わると同時、もしくは、改質ガス切り換えバルブ３１の経路が切り替わった後に停止させることが好ましい。

このように、停止直後においては、燃料改質装置２０には、各管路が封止された状態で改質水のみが供給される。そして、燃料改質装置２０内にて水蒸気化される。

改質器２２の触媒層の温度が十分高い状態であれば、供給された改質水はそのほぼ全量が蒸発して水蒸気化するので、燃料改質装置２０内の圧力は低下しにくい。しかし、時間の経過に伴ない、改質器の触媒層の温度が降下するので、徐々に水蒸気化されにくくなり、また、燃料改質装置２０内の圧力は徐々に降下する傾向にある。

このため、燃料改質装置２０への改質水の供給は、改質器２２の触媒層の温度が５００℃以下となるまでは連続供給としてもよく、また、間欠的に供給してもよいが、改質器２２の触媒層の温度が５００℃以下となった後は、改質器２２の温度が４００℃以下となるまで、好ましくは３５０℃以下となるまで、改質水を改質器２２に間欠的に供給して、水蒸気を発生させて燃料改質装置２０内の体積を膨張させることが好ましい。

このように改質水を供給することで、燃料改質装置２０内の圧力を外気に対して正圧に維持し続けることができ、燃料改質装置２０内への大気の流入を防止しつつ、改質器２２、ＣＯ変成器２３ａ及びＣＯ除去器２３ｂの触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下まで温度を低下させることができる。

なお、燃料改質装置２０への改質水の供給は、改質器内に設置した圧力センサー５２の指標に基づき、圧力の低下が生じた時点で改質水を供給するように制御してもよい。また、温度と圧力との相関関係を事前にデータとして取得し、改質器２２の温度が所定温度に降下すると改質水を一定間隔で供給するように制御してもよい。

そして、改質器２２、ＣＯ変成器２３ａ及びＣＯ除去器２３ｂの触媒層の温度が、原燃料ガスの分解温度以下となった後、具体的には、触媒層の温度が４００℃以下となった後、好ましくは３５０℃以下となった後、原燃料供給弁３４を開とし、原燃料供給ポンプ４３を作動させ、改質水供給ポンプ４４を停止させる。なお、原燃料供給ポンプ４３は連続的に作動させてもよく、また、間欠的に作動させてもよい。すなわち、燃料改質装置２０への原燃料ガスの供給は、連続供給としてもよく、間欠的に供給してもよい。

次いで、改質ガス遮断弁３３を開とし、燃焼空気ブロア４２を作動させて、燃料改質装置２０内に滞留している水蒸気を原燃料ガスで流去して燃焼装置２１へと導入し、配管Ｌ６から供給される燃焼用空気で希釈して配管Ｌ７から系外へと排気させる。

本発明においては、改質器２２及び第二反応器２３のいずれかの触媒層の温度が水蒸気の凝縮温度以下となるまでの間、好ましくは、改質器２２の触媒層の温度が２００℃以下となる前に、改質器２２、ＣＯ変成器２３ａ及びＣＯ除去器２３ｂに原燃料ガスを流通させて燃料改質装置２０に残留する水蒸気を流去させることが好ましい。

改質器２２、ＣＯ変成器２３ａ及びＣＯ除去器２３ｂのいずれかの触媒層の温度が水蒸気の凝縮温度以下となるまでの間に、改質器２２、ＣＯ変成器２３ａ及びＣＯ除去器２３ｂに原燃料ガスを流通させて残留する水蒸気を流去させることにより、燃料改質装置２０内に凝縮水が発生することを防止でき、凝縮水による触媒の性能劣化を防止するとともに、再起動時に速やかに目的の温度にまで昇温することができる。また、Ｎｉ系触媒は、改質触媒として比較的安価で高性能、高耐久性を備えたものであるものの、２００℃以下の状態でＣＯを含むガスが滞留していると、ＮｉとＣＯとが反応して揮発性のある有害なニッケルカルボニルが生成する虞れがある。一方で、原燃料ガスは、水蒸気の存在下にて分解されてＣＯを生成することから、燃料改質装置２０内に滞留している水蒸気中には、改質反応によって生成されたＣＯも僅かながら含まれている虞れがある。したがって、２００℃以下となるまでの間に、燃料改質装置２０に残留する水蒸気を流去させることで、ニッケルカルボニルの生成を抑制できる。

燃料改質装置２０に残留する水蒸気を流去させた後、改質ガス遮断弁３３及び原燃料供給弁３４を閉とし、圧力センサー５２が所定の値に上昇した後、原燃料供給ポンプ４３を停止させる。すなわち、燃料改質装置２０から改質ガス遮断弁３３までの空間には、原燃料ガスが封止された状態で、気密系として保持される。

そして、本発明においては、温度センサー５１及び圧力センサー５２により、該閉空間内の温度と圧力を経時的に測定し、実測により算出した圧力降下速度と、該空間の容積から算出して得られる理論的圧力降下速度とを比較して、気密洩れの有無を確認する。圧力降下速度は、上記閉空間の温度が３００〜２５０℃の時に該閉空間内の圧力の測定を開始し、該閉空間の温度が１５０〜１００℃になったら測定を終了して求めることが好ましい。圧力の測定を蒸気温度範囲で行うことで、大きな温度差による圧力変化が生じ、ガス漏れの検出精度が向上する。

このようにすることで、燃料電池発電装置の停止時に、改質器の触媒層が、炭素被毒や酸化等による性能劣化が生じたり、残留する改質ガス中のＣＯが温度低下したときにＮｉと反応して揮発性の高い有害物質であるニッケルカルボニルが生成したりすることを防止できる。また、改質装置内に凝縮水が発生することを防止できるので、凝縮水による触媒の性能劣化を防止するとともに、再起動時に速やかに目的の温度にまで昇温することができる。そして、燃料電池発電装置の運転停止時の急激に温度低下する状態で、温度と圧力とを経時的に測定することにより、短時間の間に、大きな温度差と、それに伴う大きな圧力差とが生じるので、停止状態では僅かなガス漏れしか起こさない程度の損傷も、短時間で精度よく検出することができ、万一、停止時などに改質装置が欠陥を起こして、ガス漏れ箇所が出来たとしても、再起動時に発電までさせることなく安全に故障診断を実施して停止させることが出来る。

なお、再起動時においては、燃料改質装置２０に原燃料ガスが滞留していることから、そのまま加熱しつづけると原燃料ガスが分解して炭素が析出する虞れがあることから、炭素析出し易い温度に上昇する前に、水蒸気を流通させて原燃料ガスを流去させることが好ましい。

以下実施例によって具体的に説明する。図１に示す燃料電池発電装置を用いて発電を行った。

燃料電池発電装置の停止動作に入ると、オフガス遮断弁３２と、改質ガス遮断弁３３と、原燃料供給弁３４とを閉とした。また、改質ガス切り替えバルブ３１は、開口３１ａの弁を閉とし、開口３１ｂの弁及び開口３１ｃの弁をそれぞれ開とした。そして、改質水供給ポンプ４４から、改質水を５〜１５ｇ／ｍｉｎの供給量で５分間、燃料改質装置２０に供給した後、改質水供給ポンプ４４を停止させ、改質器２２の触媒層の温度（温度センサー５１の値）が４００℃以下となった時点で、再度改質水供給ポンプを作動させて、改質水を５〜１５ｇ/ｍｉｎの供給量で５分間改質水を改質装置に供給し、その後改質水供給ポンプ４４を停止させた。

そして、改質器２２の触媒層の温度が３００℃以下となった時点で、原燃料供給弁３４を開とし、原燃料供給ポンプ４３を作動させて、原燃料を３００ｃｃ/ｍｉｎの供給量で３分間供給した。この間、改質ガス遮断弁３３を開とし、燃焼空気ブロア４２を作動させて、燃料改質装置２０内に滞留している水蒸気を原燃料ガスで流去して燃焼装置２１へと導入し、配管Ｌ６から供給される燃焼用空気で希釈して配管Ｌ７から系外へと排気した。原燃料供給ポンプ４３を停止させた後、改質ガス遮断弁３３を閉とし、燃焼空気ブロア４２を停止させた。

そして、改質器２２の触媒層の温度が１００℃以下となった時点で、原燃料供給ポンプ４３を作動させて、原燃料を供給して、圧力センサー５２の値が３ｋＰａとなるまで原燃料を供給した後、原燃料供給ポンプ４３を停止した。

そして、圧力センサー５２で圧力を検出し、実測による圧力降下速度と、理論値による圧力降下速度を比較して実測による圧力降下速度ガス漏洩の有無を診断した。

温度センサー５１と圧力センサー５２の値の経時変化を図２に示す。図２に示されるように、実測による圧力降下速度が理論値による圧力降下速度より大きくなった時にガス漏洩有りと診断できた。

本発明のガス洩れ検出装置を備えた燃料電池発電装置の概略構成図である。 同燃料電池発電装置を用いて運転した時の、温度センサー５１と圧力センサー５２の値の経時変化及び理論値による圧力降下を示す図表である。

符号の説明

１０：燃料電池本体
１１：電解質
１２：アノード電極
１３：カソード電極
２０：改質装置
２１：燃焼装置
２２：改質器
２３：反応器
２４：脱硫器
２５：フィルター
３１：改質ガス切り替えバルブ
３２：オフガス遮断弁
３３：改質ガス遮断弁
３４：原燃料供給弁
４１：酸化剤ガス供給ポンプ
４２：燃焼空気ブロア
４３：原燃料供給ポンプ
４４：改質水供給ポンプ
４５：酸化剤ガス供給ポンプ
５０：制御装置
５１，５２，５３：温度センサー
５２：圧力センサー
Ｌ１〜Ｌ１１：配管

Claims (7)

1. 原燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器を少なくとも反応器として備えた燃料改質装置と、前記燃料改質装置に接続する燃料電池本体とを備えた燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法であって、
   前記燃料電池発電装置の停止時に、前記反応器の触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、前記燃料改質装置に原燃料ガスを封入して封止し、
   その状態で前記封止空間の温度と圧力とを経時的に検出して、圧力検出値に基づいて求めた圧力降下速度と、前記封止空間の容積及び温度検出値の変化に基づいて算出した圧力降下速度との比較により、気密漏れの有無を診断することを特徴とする燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法。
2. 燃料電池発電装置の停止時における前記空間の圧力の測定を、前記空間の温度が３００〜２５０℃のときに開始し、１５０〜１００℃になったら終了させる請求項１記載の燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法。
3. 前記燃料改質装置の反応器として前記改質器に加え、前記改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素変成器および／または一酸化炭素除去器を更に備え、
   前記封止は、前記燃料改質装置の上流側に接続した配管と下流側に接続した配管の各々に設けられた弁を遮断することにより行う、請求項１または２に記載の燃料電池発電装置のガス洩れ検出方法。
4. 前記燃料電池発電装置の停止時に、前記燃料電池改質装置の前記各反応器の触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となるまでの間、前記各反応器に水蒸気を流通させて残留する改質ガス及び原燃料ガスを流去させ、
   前記各反応器の触媒層の温度が原燃料ガスの分解温度以下となった後、前記各反応器に原燃料ガスを流通させて残留する水蒸気を流去し、
   その後、前記封止を行う、請求項１〜３の何れかに記載の燃料電池発電装置のガス漏れ検出方法。
5. 原燃料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質器を少なくとも反応器として備えた燃料改質装置と、前記燃料改質装置に接続する燃料電池本体と、を備えた燃料電池発電装置において、
   前記燃料改質装置に原燃料を供給する配管上および前記燃料改質装置の改質ガス出口に接続する配管上に設けられ、前記燃料電池発電装置の停止時に、前記反応器に原燃料ガスを流通させた後に閉じて原燃料ガスが封入された空間を形成する弁と、
   前記空間の温度計測手段及び圧力計測手段と、
   前記圧力計測手段により求められる圧力変化に基づいて演算した圧力降下速度と、前記空間の容積および前記温度計測手段から求められる温度変化に基づいて演算される圧力降下速度とを比較することによりガス漏れの有無を判断する制御装置と、
   を有していることを特徴とする燃料電池発電装置。
6. 前記制御装置は、前記燃料電池発電装置の停止時における前記空間の圧力の測定および前記ガス漏れの有無の判断を、前記空間の温度が３００〜２５０℃のときに開始し、１５０〜１００℃になったら終了させるように構成されている、請求項５記載の燃料電池発電装置のガス漏れ検出装置。
7. 前記燃料改質装置の反応器として、前記改質ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素変成器および／または一酸化炭素除去器を更に備えている、請求項５又は６に記載の燃料電池発電装置。

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