JP4024543B2

JP4024543B2 - Fuel cell power generation system

Info

Publication number: JP4024543B2
Application number: JP2002012187A
Authority: JP
Inventors: 和史西田; 古佐小慎也; 哲也上田; 誠内田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2003217632A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池発電システムは、特開平３−２５７７６２に示すように、図５に示す構成をしていた。すなわち原料ガスから水素リッチガスを発生させる改質器１と、改質器１を加熱する加熱手段としてのバーナ２と、改質器１の上流に窒素供給管１４および遮断弁１５を介して接続された窒素設備１６と、改質器１の下流に改質ガス供給管１７を介して接続され空気中の酸素と発生した水素とを反応させて発電する燃料電池９とを備え、燃料電池９のアノード９ａ側の下流はアノード排出ガス接続管１２を介してバーナ２へ接続されていた。
【０００３】
一般の燃料電池発電システムにおいては、発電運転を停止させる時はまず原料ガスの供給を停止させるが、この時改質器１から、改質ガス供給管１７、燃料電池９のアノード９ａおよびアノード排出ガス接続管１２を介してバーナ２へ至る経路中に水素リッチガスが滞留することになる。このとき、大気開放されたバーナ２から自然対流によって水素リッチガスが滞留する経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。
【０００４】
そこで、この従来の燃料電池発電システムのように、発電運転停止時に遮断弁１５を開き、窒素設備１６から窒素供給管１４を介して不活性ガスとしての窒素を改質器１から、改質ガス供給管１７、燃料電池９のアノード９ａおよびアノード排出ガス接続管１２を介してバーナ２へ至る経路に供給することにより、この経路内に残留する水素リッチガスを全てパージしバーナ２で燃焼させていた。
【０００５】
このように、従来の燃料電池発電システムでは、窒素によるパージ動作によって、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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃料電池発電システムでは、窒素によるパージ動作のため窒素ボンベなどの窒素設備１６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、大きなスペースが必要で機器のイニシャルコストがかかるという課題がある。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課題がある。
【０００７】
また、燃料電池が高分子電解質型の場合、窒素によるパージ動作の後に電池の運転を停止したときは、電解質膜が乾いて収縮するため、電極と電解質膜の接合性が悪くなり、電池性能が低下するという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を考慮し、省スペースでイニシャルコストおよびランニングコストが安く、または性能が低下しない燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決するための第１の本発明は、
改質手段と、
前記改質手段を加熱するための加熱手段と、
前記改質手段に接続された水供給手段と、
前記改質手段に接続された空気供給手段と、
前記改質手段の下流に接続された燃料電池と、
前記燃料電池のアノード排出口に設けられた閉止弁と、
前記改質手段と前記燃料電池との間に配置された切替手段と、
前記切替手段を介して分岐された排出経路と、を備えた燃料電池発電システムであって、
（１）前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させ、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に導入する制御と、
（２）前記水蒸気が前記燃料電池に導入された後、前記閉止弁を閉鎖する際に、前記切替手段から前記燃料電池に至る経路を遮断して、前記改質手段から前記切替手段を経由して前記排出経路に至る経路を通じさせる様に前記切替手段を作動させる制御と、
（３）前記切替手段を前記作動させた後、原料ガスの供給を開始して前記改質手段において水素リッチガスを発生させる制御と、
（４）前記改質手段の温度が所定の温度に達した後、前記排出経路を遮断して、前記改質手段から前記切替手段を経由して前記燃料電池に至る経路を通じさせる様に前記切替手段を作動させて前記水素リッチガスを前記燃料電池に導入する際に、前記閉止弁を開く制御とを行う制御手段を備えた、燃料電池発電システムである。
【００１０】
第２の本発明は、
改質手段と、
前記改質手段を加熱するための加熱手段と、
前記改質手段に接続された水供給手段と、
前記改質手段に接続された空気供給手段と、
前記改質手段の下流に接続された燃料電池と、
前記燃料電池のアノード排出口に設けられた閉止弁と、
前記改質手段と前記燃料電池との間に配置された一酸化炭素除去手段と、
前記一酸化炭素除去手段と前記燃料電池との間に配置された切替手段と、
前記切替手段を介して分岐される排出経路と、を備えた燃料電池発電システムであって、
（１）前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させ、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に導入する制御と、
（２）前記水蒸気が前記燃料電池に導入された後、前記閉止弁を閉鎖する際に、前記切替手段から前記燃料電池に至る経路を遮断して、前記改質手段から前記切替手段を経由して前記排出経路に至る経路を通じさせる様に前記切替手段を作動させる制御と、
（３）前記切替手段を前記作動させた後、原料ガスの供給を開始して前記改質手段において水素リッチガスを発生させる制御と、
（４）前記一酸化炭素除去手段の温度が、前記水素リッチガスから一酸化炭素を除去するために必要な温度まで上昇した後、前記排出経路を遮断して、前記改質手段から前記切替手段を経由して前記燃料電池に至る経路を通じさせる様に前記切替手段を作動させて前記水素リッチガスを前記燃料電池に導入する際に、前記閉止弁を開く制御とを行う制御手段を備えた、燃料電池発電システムである。
【００１１】
第３の本発明は、前記排出経路が前記加熱手段に接続される、第１又は２の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２１】
本発明に関連する発明は、改質手段と、前記改質手段を加熱するための加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手段と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続された切替手段と、前記切替手段の下流に接続された燃料電池と、前記切替手段を介して分岐された排出経路とを備えた燃料電池発電システムの停止方法であって、前記燃料電池システムの運転開始前、または前記改質手段への原料ガスの供給を停止した後、前記水供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる工程と、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池までの燃料経路に導入することにより、前記燃料経路に残留しているガスを置換する工程と、前記燃料経路を前記水蒸気で置換した後、前記切替手段を作動させることにより、前記燃料経路のうち前記切替手段から前記燃料電池に至る経路を遮断し、前記改質手段から前記切替手段を経由して前記排出経路に至る経路を通じさせる工程と、前記切替手段を作動させた後、前記空気供給手段によって、前記改質手段に空気を導入し、前記燃料経路のうち前記改質手段から前記切替手段までの経路に残留する水蒸気を置換する工程とを備える、燃料電池発電システムの停止方法である。
【００２２】
本発明に関連する発明は、改質手段と、前記改質手段を加熱するための加熱手段と、前記改質手段に接続された水供給手段と、前記改質手段に接続された空気供給手段と、前記改質手段の下流に接続された一酸化炭素除去手段と、前記一酸化炭素除去手段の下流に接続された切替手段と、前記切替手段の下流に接続された、燃料電池と、前記切替手段を介して分岐される排出経路と、を備える燃料電池発電システムの運転開始方法であって、前記燃料電池発電システムの運転開始前に、前記水供給手段によって水を前記改質手段に供給し、前記水を前記加熱手段で加熱して水蒸気を発生させる工程と、前記水蒸気を前記改質手段から前記燃料電池に導入し、その後前記切替手段を作動させることにより、前記燃料経路のうち前記切替手段から前記燃料電池に至る経路を遮断し、前記改質手段から前記切替手段を経由して前記排出経路に至る経路を通じさせる工程と、前記切替手段を作動させた後、原料ガスの供給を開始して前記改質手段において水素リッチガスを発生させる工程と、前記一酸化炭素除去手段の温度が、前記水素リッチガスから一酸化炭素を除去するために必要な温度まで上昇した後、前記切替手段を作動させることにより、前記排出経路を遮断し、前記燃料経路に一酸化炭素を除去した水素リッチガスを導入する工程と、を備える燃料電池発電システムの運転開始方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。なお、本実施の形態１においては高分子電解質型の燃料電池を使用するものとして説明する。
【００２５】
本発明の改質手段である改質器１の内部には、改質反応を進行させるための改質触媒１ａが充填されている。改質器１には本発明の加熱手段としてのバーナ２が備えつけられ、改質器１の上流部１ｂの入口には脱硫器６を介して原料ガス供給弁３が接続され、原料ガス供給弁３には原料ガス配管が接続されている。
【００２６】
上流部１ｂには、原料ガスに合流するように接続された本発明の水供給手段としての水ポンプ４が接続されている。また、本発明の空気供給手段としての空気ポンプ５の出口が、三方弁１９の出口の一端を介して上流部１ｂに接続されている。ここで、三方弁１９の出口の他端は、一酸化炭素除去器７に接続されている。また、原料ガス供給弁３の上流側からは、配管が一部分岐されて遮断弁２０を経由して改質器１のバーナ２に接続されている。
【００２７】
改質器１の下流には一酸化炭素除去器７が接続され、その内部には一酸化炭素除去反応を進行させるための一酸化炭素除去触媒７ａが充填されている。また、改質器１と一酸化炭素除去器７との間には、変成反応によって一酸化炭素濃度をある程度低下させるための変成器８が設けられている。
【００２８】
本発明の燃料電池９は、アノード９ａとカソード９ｂとを備えている。アノード９ａおよびカソード９ｂは、それぞれ入口および出口を有している。そして、燃料電池９のカソード９ｂの入口には送風機１０が接続されている。一方、燃料電池９のアノード９ａの入口は、例えばテフロン（登録商標）などの腐食耐性のある材質で作製された配管を介して、三方弁１３の出口の一端が接続されている。また、燃料電池９の内部には発電反応を進行させるための触媒（図示せず）が設けられている。三方弁１３の入口は、一酸化炭素除去器７の下流に配管を介して接続され、三方弁１３の出口の他端は、排出経路１８の一端が接続され、排出経路１８の他端は、バーナ２に接続されている。ここで、三方弁１３は、燃料電池９に対してできるだけ近接して配置され、三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａへ至る配管は短い。またアノード９ａの出口には、配管の一端が接続され、その配管の他端は本発明の燃料電池発電システムの外部に開放され、その配管の途中には、閉止弁２２が設けられている。
【００２９】
なお、改質器１の容器、一酸化炭素除去器７の容器、三方弁１３および改質器１から三方弁１３に至る配管は、ＳＵＳ製である。
【００３０】
本発明の制御装置１１は、運転、停止時における原料ガス供給弁３、遮断弁２０、バーナ２、水ポンプ４、空気ポンプ５、送風機１０、三方弁１３、三方弁１９、閉止弁２２等を制御するために、メモリ部（図示せず）、演算処理部（図示せず）、インターフェース部（図示せず）などのハードウェアを備えたコンピュータを有し、メモリ部は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＡＭカード、半導体メモリ等の記録媒体に格納されたプログラムを読み取るための記録媒体読み取り装置（図示せず）を有している。そして、制御装置１１には、原料ガス供給弁３、遮断弁２０、バーナ２、水ポンプ４、空気ポンプ５、送風機１０、三方弁１３、三方弁１９、閉止弁２２が電気的に接続されている。
【００３１】
次に、本実施の形態１における燃料電池発電システムの運転時の動作を説明する。まず、運転を開始する場合、制御装置１１は、遮断弁２０を開放する指令を出し、バーナ２に原料ガスを導入する。バーナ２は、原料ガスが導入されると同時に着火され、改質器１を加熱する。
【００３２】
次いで、制御装置１１は水ポンプ４が作動するよう指令を出し、上流部１ｂを介して改質器１に水が導入される。また制御装置１１は、閉止弁２２を開放する指令を出し、改質器１から変成器８、一酸化炭素除去器７および三方弁１３を介して燃料電池９のアノード９ａの出口までの配管を介した経路（以下燃料経路という）は、外部に開放される。なお、このとき三方弁１３は、排出経路１８を閉鎖し、三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａに至る経路を開放している。そして、改質器１に導入された水は、バーナ２により加熱されて、水蒸気となり、その水蒸気が燃料経路へ導入される。燃料電池９のアノード９ａに導入された水蒸気は、アノード９ａの高分子電解質膜が電極と接合するために十分な湿度を高分子電解質膜に与える。そして水蒸気は、燃料電池９のアノード９ａから外部に排出される。このとき、燃料経路内に万一水素リッチガスや原料ガスが残留していたとしても、水蒸気の量が燃料経路内をパージするために充分な量が供給されていれば、水蒸気とともに外部に排出させることができる。
【００３３】
その後、制御装置１１は、閉止弁２２を閉鎖する指令を出し、閉止弁２２が閉鎖されることにより、滞留する水蒸気は燃料経路内に封鎖される。
【００３４】
次に制御装置１１は、原料ガス供給弁３を開く指令を出し、炭化水素などの原料ガスが、脱硫器６に導入される。脱硫器６に導入された原料ガスは、その付臭成分に含まれる硫黄分が除去され上流部１ｂを介して改質器１に供給される。改質器１に供給された原料ガスと、水ポンプ４により供給されバーナ２に加熱されて発生している水蒸気とが、改質触媒１ａを通過することにより、改質反応によって水素リッチガスが生成される。
【００３５】
生成された水素リッチガスは、変成器８に導入されてある程度一酸化炭素が低減され、その後、一酸化炭素除去器７に送られる。そして、制御装置１１が空気ポンプ５を始動させ、空気を三方弁１９を介して一酸化炭素除去器７へ送る。そして、水素リッチガスに含まれる一酸化炭素は、一酸化炭素除去器７の内部で一酸化炭素除去触媒７ａ上で選択酸化されることにより除去される。
【００３６】
このとき三方弁１９は、三方弁１９から改質器１の上流部１ｂへ至る経路を遮断し、三方弁１９から一酸化炭素除去触媒７へ至る経路を開放しているため、空気が改質触媒１に送られることはない。
【００３７】
このとき、改質反応の初期においては、改質器１内の温度が十分に昇温していないために、改質反応が十分に進行しておらず、燃料電池９での発電反応に必要な水素が充分に生成されていない。また、改質器１の温度が十分に昇温していないために、一酸化炭素除去器７内における温度も充分に上昇しておらず、一酸化炭素除去触媒７ａが充分に機能していない。従って、改質器１内で生成された初期の水素リッチガスは、変成器８を経由してきても、一酸化炭素除去器７の出口において高濃度（５％前後）の一酸化炭素を含む。このような改質反応の初期に生成される水素リッチガスでは、燃料電池９から十分な発電出力が得られないのみならず、燃料電池９の触媒を被毒させてしまう。特に高分子電解質型の場合、反応温度が低いためこの傾向が顕著に現れる。
【００３８】
そこで、制御装置１１は、水素リッチガスが生成される前に（すなわち原料ガス供給弁３を開放する前に）三方弁１３を作動させて、三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａに至る経路を閉鎖し、排出経路１８を開放する。このとき、燃料電池９のアノード９ａ内には水蒸気が滞留したままである。
【００３９】
そして、生成された直後の水素リッチガスは、改質器１内および一酸化炭素除去器７内の温度が充分に昇温するまで（例えば、改質器１内の温度が７００℃に達するまで、および一酸化炭素除去器７内の温度が１５０℃に達するまで）、排出経路１８を経てバーナ２に供給され、原料ガスとともにバーナ２において燃焼される。
【００４０】
その後、改質器１内の温度センサ（図示せず）が、改質器１内の温度が改質に必要な温度に達したことを検出し、かつ一酸化炭素除去器７内の温度センサ（図示せず）が、一酸化炭素除去器７内の一酸化炭素除去触媒７ａが一酸化炭素除去に必要な温度に達したことを検出した後、制御装置１１は、三方弁１３を作動させて、排出経路１８を閉鎖して三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａに至る経路を開通させる。それと同時に制御装置１１は、閉止弁２２を開放して、一酸化炭素除去触媒７ａにて充分に一酸化炭素が除去された水素リッチガスが、燃料電池９のアノード９ａに供給される。
【００４１】
次に本発明の燃料電池発電システムの運転中の動作について説明する。燃料電池９のアノード９ａに水素リッチガスが供給される一方で、燃料電池９のカソード９ｂには制御装置１１からの指令により、送風機１０から空気が供給される。燃料電池９内では、アノード９ａに供給された水素リッチガス中の水素とカソード９ｂに供給された空気中の酸素とが反応し、発電を行う。そして、反応することなく残った水素リッチガスは、アノード排出ガスとして燃料電池９のアノード９ａの出口から排出される。また反応することなく残った空気は、燃料電池９のカソード９ｂから排出される。
【００４２】
次に、本発明の燃料電池発電システムの運転を停止させる時の動作について説明する。まず、制御装置１１から指令が出て、原料ガス供給弁３が閉じられ原料ガスの供給を停止させる。原料ガスの一部は、原料ガス供給弁３の上流で分岐されて遮断弁２０を介してバーナ２に供給され続ける。
【００４３】
このとき、水ポンプ４は停止されず、この水ポンプ４から供給されている水は改質器１内部に入る。改質器１内部に導入された水は、バーナ２で加熱され水蒸気となって、燃料経路へ送られ、残留したガスである水素リッチガスとともに燃料電池９のアノード９ａの出口から外部に放出される。この動作は、燃料経路に残留する水素リッチガスを水蒸気でパージするものである。
【００４４】
なお、このとき空気ポンプ５は停止されるよう制御装置１１から指令を受け、空気が燃料経路に導入されないようにする。
【００４５】
その後、制御装置１１は、遮断弁２０を閉鎖してバーナ２による加熱を停止させ、同時に水ポンプ４による水の供給を停止させて燃料経路への水蒸気の供給を停止させる。次に制御装置１１は、三方弁１３を作動させて、三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａの入口に至る経路を閉鎖し、三方弁１３から排出経路１８に至る経路を開通させる。また、制御装置１１は、閉止弁２２を閉鎖させ、水蒸気を三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａを介して閉止弁２２に至る経路内に滞留させる。このようにすることにより、アノード９ａ側の高分子電解質膜が乾燥して収縮することがなく、電極（図示せず）と高分子電解質膜との接合性が悪化することがない。
【００４６】
次に制御装置１１は、三方弁１９を作動させて、三方弁１９から一酸化炭素除去器７へ至る経路を遮断し、三方弁１９から改質器１の上流部１ｂへ至る経路を開通させる。そして、空気ポンプ５を再び作動させて空気ポンプ５から空気を改質器１の上流部１ｂに供給する。そして、改質器１の上流部１ｂに導入された空気は、燃料経路のうち、改質器１、変成器８、一酸化炭素除去器７および三方弁１３に至るまでの配管に残留する水蒸気を置換（パージ）して排出経路１８およびバーナ２を介して外部に放出される。
【００４７】
このように、本実施の形態の燃料電池発電システムの運転停止時において、三方弁１３から燃料電池９のアノード９ａへ至る経路には、水蒸気が滞留したままである。しかし、三方弁１３から燃料電池９へ至る配管は、テフロン（登録商標）などの非金属製腐食耐性材料で作製されているため、水蒸気が凝結しても金属イオンが溶出して高分子電解質膜に悪影響を与える心配は無い。なお、この配管の長さは短くされており、配管材料にテフロン（登録商標）を使用してもコストアップの要因にはならないようにされている。ここで、三方弁１３を使用する代わりに、燃料経路を全てテフロン（登録商標）を用いて構成することもできるが、この場合コストが大幅に上昇してしまうため、現実的ではない。
【００４８】
このようにして、発電運転停止直後に改質器１から燃料電池９のアノード９ａへ至る燃料経路を直接空気によるパージを行わず、水蒸気でパージを行うことにより、燃焼限界内の水素と酸素の混合ガスが生じる可能性がある水素リッチガスと空気との界面が形成されず、改質器１内の高温雰囲気内において爆発が生じる危険を避けることができる。
【００４９】
しかし、もし、燃料経路を直接空気でパージすると、水素リッチガスと空気との界面で燃焼限界内の水素と酸素との混合ガスが生じ、そのガスが改質器１内を通過する際に高温雰囲気に晒されて爆発する可能性がある。
【００５０】
また、もし、改質器１、一酸化炭素除去器７、および三方弁１３に至るまでの経路内が、水蒸気パージされた後空気パージされなければ、経路内の水蒸気が凝縮されて水となり、この経路内における機器、配管が上述のようにＳＵＳで作製されていても、長時間に渡り水が経路内に滞留することにより、滞留した水が、配管、機器の金属イオン（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒなど）を微量ではあるが溶出させる。そして溶出された金属イオンは、その後の運転または停止時に、水素リッチガスまたは水蒸気とともに、アノード９ａの高分子電解質膜に吸着される。高分子電解質膜に陽イオンである金属イオンが吸着すると、高分子電解質膜は、本来、陽イオンであるプロトンをカソード側に伝達する性能が低下されてしまう。
【００５１】
また、燃料電池９内に滞留した水蒸気を空気で置換しないことによって、高分子電解質膜（図示せず）が乾燥するという悪影響を避けることができる。従って高分子電解質型の燃料電池発電システムを停止した後も、燃料電池９のアノード９ａ内に水蒸気が滞留するため、高分子電解質膜が乾燥して収縮することがなく、電極（図示せず）と高分子電解質膜との接合性が悪化することがない。
【００５２】
以上のような構成、動作を有する燃料電池発電システムによれば、パージのための窒素設備が不要であるため、省スペースでイニシャルコストおよびランニングコストが安い燃料電池発電システムを提供することができる。また、燃料電池の触媒におけるＣＯ被毒が少なく、高分子電解質膜が乾燥する問題が無いため、性能劣化が少なく信頼性が高い燃料電池発電システムを提供することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。実施の形態１と同一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。この実施の形態２の燃料電池発電システムは、燃料電池９のアノード９ａの出口にその一端が接続されたアノード排出ガス接続管１２を有する。このアノード排出ガス接続管１２の他端は、バーナ２に接続されている。また、バーナ２の上流には水素センサ２１が設置され、制御手段１１に電気的に接続されている。そして水素濃度が燃焼限界かそれ以下になると信号を制御装置に送信する構成を有している。
【００５４】
つぎに、本発明の実施の形態２における動作を説明する。まず、運転開始時の動作においては、水蒸気が燃料電池９内に導入された後、閉止弁２２を閉鎖する点が実施の形態１における動作と異なる。そして三方弁１３が作動して水素リッチガスが燃料電池９のアノード９ａに導入されるときに、制御装置１１は、閉止弁２２を開放する。このようにすることにより、初期の水素リッチガスが排出経路１８およびバーナ２を経由して、燃料電池９のアノード９ａに逆流することを防ぐことができる。他の運転開始時の動作は実施の形態１と同様である。
【００５５】
次に運転中は、燃料電池９のアノード９ａに導入された水素リッチガスに含まれる水素の大半が発電反応により消費され、若干量が残留してアノード排出ガスとしてアノード９ａから排出される。このアノード排出ガスがアノード排出ガス接続管１２を介してバーナ２に導入され、原料ガスとともに燃焼される。
【００５６】
次に、運転停止時の動作について説明する。実施の形態１と同様に、まず水蒸気により燃料経路、およびアノード排出ガス接続管１２に残留する水素リッチガスが置換されるが、置換された残留水素リッチガスは、アノード排出ガス接続管１２を介してバーナ２に供給され、原料ガスとともにバーナ２において燃焼される。そして、バーナ２により改質器１が加熱されることによって水蒸気が発生する。
【００５７】
その後、制御装置１１は遮断弁２０を閉鎖する指令を出す。この遮断弁２０が閉鎖されることにより原料ガスのバーナ２への供給は停止し、バーナ２においてはアノード排出ガスに含まれる残留水素のみが燃料として燃焼される。
【００５８】
従って、水蒸気によるパージが進んでアノード排出ガスに含まれる残留水素が無くなるか、燃焼限界を下回る濃度に達するとバーナ２は失火する。このとき、水素センサ２１が信号を制御装置１１に送信し、その後制御装置１１は、水ポンプ４を停止させ、三方弁１３を作動させて、改質器１から変成器８および一酸化炭素除去器７を経由して排出経路１８からバーナ２に至る経路を開通する。また、制御装置１１は、閉止弁２２を閉鎖させる。そして、制御装置１１は、空気ポンプ５を起動して、空気を改質器１に導入し、導入された空気は、改質器１、変成器８、一酸化炭素除去器７、および一酸化炭素除去器７から三方弁１３に至る経路に残留する水蒸気を置換し、バーナ２から外部に放出される。
【００５９】
このとき閉止弁２２が閉鎖されているため、改質器１に導入された空気は、アノード排出ガス接続管１８を通って燃料電池９のアノード９ａに流れ込むことがなく、高分子電解質膜が乾燥することはない。
【００６０】
このようにすれば、燃料経路に残留する水素を外部に放出せず全て燃やし尽くすことができるために、燃料電池発電システムの外部に不用意に水素が滞留する心配が無く、安全性を高めることができる。また、残留水素ガスをパージ用水蒸気生成のために有効利用することができるので、燃料電池発電システムの効率を上げることができる。
【００６１】
上記の実施の形態２の説明では、水素センサ２１が水素が充分少ないことを検知して、制御手段に送信するとしたが、水素センサ２１が無く、火炎検知器（図示せず）がバーナ２の付近に設置され、失火を検出して制御装置に信号を送信する構成としても同様の効果が得られる。または、水素センサ２１も火炎検知器もなく、人手により失火を目視確認し、その後ボタン（図示せず）を押すなどして次の動作に移る指令を制御装置に送信しても、確実に水素が存在しないことを確認できるので同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、運転停止時に残留水素ガスは、運転停止動作の最初は原料ガスとともにバーナ２で燃焼されるとしたが、運転停止動作の最初から残留水素ガスのみがバーナ２で燃焼されても、パージをするために充分な水蒸気を発生することができれば、同様の効果を得ることができる。
【００６３】
なお、以上までの説明では、本発明の切替手段として三方弁１３を使用する例を示したが、三方弁１３に限定されることはなく、例えば、二方弁を複数組み合わせて、経路を切り替えるようにしてもよく、制御装置１１からの指令を受けて経路を２通りに切り替えることができるのであれば、どのような切替手段を使用しても同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、水供給手段として水ポンプ４を使用する例で説明したが、水供給手段としては、例えば給水タンクや外部の給水弁などであってもよく、改質器１内でパージと改質のための水蒸気を供給できる手段であれば、どのような手段であってもよい。
【００６５】
また、空気供給手段として空気ポンプ５を使用する例で説明したが、空気供給手段としては、例えば送風機などであってもよく、水蒸気をパージし、または一酸化炭素除去手段に必要とされる空気を供給するとができれば、どのような手段であってもよい。
【００６６】
また、燃料電池９は、三方弁１３の下流にテフロン（登録商標）配管を介して接続されるととして説明したが、この配管材は、テフロン（登録商標）に限定されることがなく、三方弁１３の上流側と同じ材質でもよく、その場合、三方弁１３と燃料電池９のアノード９ａとの配管距離を充分に短くすれば上記と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
以上の説明では、燃料電池発電システムの運転開始時に、初期の水素リッチガスは三方弁１３、排出経路１８を介してバーナ２に供給されるとして説明したが、これに限定されることなく、排出経路１８が外部に開放されていて、初期の水素リッチガスは、三方弁１３から排出経路１８を介して外部に排出されてもよい。その場合も、改質器１および一酸化炭素除去器７の内部温度が充分に上昇した後に、三方弁１３を動作させて、水素リッチガスを燃料電池９に供給すればよい。
【００６８】
なお、上記の説明では、燃料電池発電システムの運転の停止時に、水蒸気で燃料経路を置換した後、閉止弁２２を閉鎖するとして説明したが、燃料電池発電システムを停止させてから次の起動までの時間間隔が短く、アノード９ａ側の高分子電解質膜の乾燥が問題にならない場合、または、アノード９ａ側の電解質膜が乾燥しても、次の運転開始時に時間を要してもよい場合は、閉止弁２２を閉鎖しなくてもよいし、または閉止弁２２自体がなくてもよい。
【００６９】
さらに、アノード９ａ側の電解質膜が乾燥しても、次の運転開始時に時間を要してもよい場合は、三方弁１３を省略することもできる。その場合の運転開始前の動作としては、実施の形態１の場合と同様に水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を改質手段から燃料電池９に導入させる。次に、遮断弁２０を開放して原料ガスをバーナ２に供給するが、改質反応が十分進行し、一酸化炭素除去触媒７ａが十分機能する程度まで、バーナ２により改質器１を加熱する。改質器１および一酸化炭素除去器７が所定の温度に達した後、原料ガス供給弁３を開放して、改質器１において水素リッチガスを生成させる。そして充分に一酸化炭素が除去された水素リッチガスを燃料電池９に導入すればよい。
【００７０】
次に運転停止時においては、実施の形態１の場合と同様に、水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を燃料経路に導入し、燃料経路に残留するガスを置換する。その後、空気ポンプ５を作動させて、空気を燃料経路に導入して燃料経路内に残留する水蒸気を空気で置換すればよい。
【００７１】
また、以上の説明では、原料ガスの改質方式として、水蒸気改質方式が採用されるとして説明してきたが、部分改質方式が採用されてもよい。その場合の構成例を実施の形態１の変形例として図３に示す。この場合は、空気ポンプ５からの配管が一酸化炭素除去器７へ至る配管と、改質器１へ至る配管とに分岐される。そして、燃料電池発電システムの運転中においても、改質器１へ空気が供給される。しかし、燃料電池発電システムを停止させる動作においては、空気ポンプ５は一旦停止され、水蒸気によって燃料経路が置換された後に、空気ポンプ５が再び作動されて空気によって燃料経路内の水蒸気が置換される。
【００７２】
また、以上の説明では、燃料電池発電システムの運転開始前に燃料電池のアノードに水蒸気を導入するとして説明したが、燃料電池発電システムの停止時に燃料電池のアノードに水蒸気を導入して、燃料電池の運転開始時に電解質膜の湿度が燃料電池の運転に支障が無い程度に保たれていれば、燃料電池の運転開始時に燃料電池のアノードに水蒸気が導入されなくてもよい。さらに、燃料電池９が固体酸化物型、溶融炭酸塩型、燐酸型などの高分子電解質膜型以外の場合は、電解質膜が乾燥する問題が無いので、パージの目的以外では、運転開始時に水蒸気が燃料経路に導入されなくてもよい。
【００７３】
また、以上の説明では、改質器１１に水を供給することにより水蒸気を発生させ、高分子電解質型の燃料電池９に水蒸気を導入するとして説明してきたが、本発明の燃料電池９は、アノード９ａにおける高分子電解質膜を加湿することができるのであれば、運転開始前に水蒸気または水を直接、燃料電池９に導入するための高分子電解質膜加湿手段を有する燃料電池９であってもよい。
【００７４】
例えば、改質手段として部分酸化方式を使用すれば、改質手段に水を供給する必要がないため、水ポンプ５は燃料経路をパージするために必要とされる水が供給される能力があればよい。一方電解質加湿手段としては、燃料電池９のアノード９ａの電解質膜に、その乾燥を防ぐために必要な水の量が供給されればよい。また、原料ガスとして水素を使用すれば、改質触媒１、変成器８、一酸化炭素除去器７も不要となり、燃料経路の内部容積が小さくなるため、水蒸気パージするための水ポンプ５はさらに小さな能力のものでよい。また、運手停止後、閉止弁２２を閉鎖して、外部から燃料経路に空気が導入される可能性が排除できれば、水ポンプが不要となることも考えられる。
【００７５】
また、以上の説明では、燃料電池９として高分子電解型燃料電池を使用する場合として説明したが、燐酸型燃料電池を用いることも考えられる。その場合の起動時の動作としては、実施の形態１と同様であるが、停止時の動作において、電解質膜が乾燥する問題がないため、水蒸気パージの後、三方弁１３を作動させないで空気パージを行ってもよい。
【００７６】
また、固体酸化物型、溶融炭酸塩型などの作動温度が高い燃料電池を用いる場合は、燃料電池９に触媒が必要とされないため、三方弁１３はなくてもよい。図４に実施の形態１の変形例として、そのような場合の構成例を示す。その場合、変成器８、一酸化炭素除去器７は省略される。
【００７７】
そして、その場合の運転開始時の動作としては、実施の形態１の場合と同様にまず水蒸気を燃料経路に導入して、燃料経路に残留するガスを水蒸気で置換し、その後、実施の形態１の場合と同様に原料ガスを改質器１に供給することにより、水素リッチガスを発生させ、水素リッチガスを燃料電池９のアノード９ａに導入させる。この場合、発生した水素リッチガスには一酸化炭素が含まれるが、固体酸化物型または溶融炭酸塩型の燃料電池の作動温度は、高分子電解質型の燃料電池の作動温度よりも高いため、一酸化炭素も発電反応に寄与する。
【００７８】
次に、運転停止時には、実施の形態１の場合と同様に、水蒸気を燃料経路に導入して、燃料経路内に残留するガスを水蒸気で置換し、その後空気ポンプ５を作動させて燃料経路内に滞留する水蒸気を空気で置換する、という動作となる。
【００７９】
このような動作により燃料電池発電システムの運転開始前、および運転停止後のパージを行うことができる。なお、この場合、必要が無ければ運手開始前のパージを省略することができる。
【００８０】
また、以上の説明では、制御装置１１がハードウェアで構成されたコンピュータを有するとして説明したが、制御装置１１はリレーで構成されていてもよく、本発明の燃料電池発電システムの運転、停止時に、原料ガス供給弁３、遮断弁２０、バーナ２、水ポンプ４、空気ポンプ５、送風機１０、三方弁１３、三方弁１９等をシーケンス的に制御できるものであれば、他のタイプの制御装置であっても同様の効果が得られる。
【００８１】
なお、以上の説明において、制御装置１１は、複数の制御手段で構成されていてもよいし、一体化して構成化されていてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、イニシャルコストおよびランニングコストを低減させた燃料電池発電システムを提供することができる。
【００８３】
また、改質手段の下流に切替手段を有する場合は、高分子電解質型燃料電池発電システムの性能劣化を防ぐことができる。
【００８４】
また、改質反応が水蒸気改質方式である場合は、イニシャルコストをさらに低減させることができる。
【００８５】
また、燃料電池が切替手段の下流に腐食耐性配管で接続された場合は、燃料電池発電システムの性能劣化をさらに防ぐことができる。
【００８６】
また、燃料電池のアノードから排出されるアノード排出ガスを加熱手段に導入する場合は、安全性を高めることができる。
【００８７】
また、排出経路が加熱手段に接続される場合は、さらに安全性を高めることができる。
【００８８】
また、アノード排出口に閉止弁が設けられた場合は、燃料電池発電システムの性能劣化をさらに防ぐことができる。
【００８９】
本発明の電解質膜加湿手段を有する燃料電池によれば、高分子電解質型燃料電池の性能劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における、燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２における、燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１の変形例である、燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１の変形例である、燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。
【図５】図５は、従来の燃料電池発電システムのシステム構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１改質器
１ａ改質触媒
１ｂ上流部
２バーナ
３原料ガス供給弁
４水ポンプ
５空気ポンプ
６脱硫器
７一酸化炭素除去器
７ａ一酸化炭素除去触媒
８変成器
９燃料電池
９ａアノード
９ｂカソード
１０送風機
１１制御装置
１２アノード排出ガス接続管
１３三方弁
１４窒素供給管
１５遮断弁
１６窒素設備
１７改質ガス供給管
１８排出経路
１９三方弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell power generation system.
[0002]
[Prior art]
A conventional fuel cell power generation system has a configuration shown in FIG. 5 as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-257762. That is, a reformer 1 that generates a hydrogen-rich gas from a raw material gas, a burner 2 as a heating means for heating the reformer 1, and a nitrogen supply pipe 14 and a shut-off valve 15 are connected upstream of the reformer 1. A fuel cell 9 that is connected to the downstream of the reformer 1 via a reformed gas supply pipe 17 to generate oxygen by reacting oxygen in the air with the generated hydrogen. The downstream side on the anode 9a side was connected to the burner 2 via the anode exhaust gas connection pipe 12.
[0003]
In the general fuel cell power generation system, when the power generation operation is stopped, the supply of the raw material gas is first stopped. At this time, the reformer 1 supplies the reformed gas supply pipe 17, the anode 9a of the fuel cell 9, and the anode discharge. The hydrogen-rich gas stays in the path leading to the burner 2 through the gas connection pipe 12. At this time, when air flows from the burner 2 opened to the atmosphere into the path where the hydrogen-rich gas stays by natural convection, there is a risk that hydrogen will explode.
[0004]
Therefore, as in the conventional fuel cell power generation system, the shutoff valve 15 is opened when the power generation operation is stopped, and nitrogen as an inert gas is supplied from the reformer 1 through the nitrogen supply pipe 14 from the nitrogen equipment 16 to the reformed gas. By supplying to the path to the burner 2 via the supply pipe 17, the anode 9 a of the fuel cell 9 and the anode exhaust gas connection pipe 12, all the hydrogen-rich gas remaining in this path was purged and burned by the burner 2. .
[0005]
As described above, in the conventional fuel cell power generation system, hydrogen is prevented from exploding by a purge operation with nitrogen, and safety is ensured.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fuel cell power generation system, it is necessary to provide a nitrogen facility 16 such as a nitrogen cylinder for a purge operation with nitrogen. For example, a large space is required when used for a home-use stationary distributed power generation or a power source for an electric vehicle. There is a problem that the initial cost of the equipment is required. In addition, there is a problem that it is necessary to periodically replace and replenish the nitrogen cylinder, which also requires running costs.
[0007]
In addition, when the fuel cell is a polymer electrolyte type, when the operation of the battery is stopped after the purge operation with nitrogen, the electrolyte membrane dries and shrinks, so that the bondability between the electrode and the electrolyte membrane is deteriorated, and the battery performance is reduced. There is a problem of lowering.
[0008]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system that saves space, has a low initial cost and a low running cost, or does not deteriorate in performance.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The first aspect of the present invention for solving the above problems is as follows.
  Reforming means,
  Heating means for heating the reforming means;
  Water supply means connected to the reforming means;
  An air supply means connected to the reforming means;
  A fuel cell connected downstream of the reforming means;
  A shut-off valve provided at an anode outlet of the fuel cell;,
A switching means disposed between the reforming means and the fuel cell;
A discharge path branched through the switching means;WithA fuel cell power generation system,
  (1) Before starting the operation of the fuel cell power generation system, water is supplied to the reforming unit by the water supply unit, the water is heated by the heating unit to generate water vapor, and the water vapor is reformed. Control introduced from the means into the fuel cell;
  (2) After the water vapor is introduced into the fuel cell, the stop valve is closed.When the switching means is cut off the path from the switching means to the fuel cell, and the switching means is operated to pass through the path from the reforming means to the discharge path via the switching means;
(3) After operating the switching means,Control for starting supply of source gas and generating hydrogen-rich gas in the reforming means;
(4) After the temperature of the reforming means reaches a predetermined temperature, the discharge path is shut off, and the switching is performed so as to pass through the path from the reforming means to the fuel cell via the switching means. Actuating meansThe fuel cell power generation system includes control means for performing control for opening the shut-off valve when the hydrogen-rich gas is introduced into the fuel cell.
[0010]
  The second aspect of the present invention
Reforming means,
Heating means for heating the reforming means;
Water supply means connected to the reforming means;
An air supply means connected to the reforming means;
A fuel cell connected downstream of the reforming means;
A stop valve provided at an anode outlet of the fuel cell;
Carbon monoxide removal means disposed between the reforming means and the fuel cell;
Switching means disposed between the carbon monoxide removing means and the fuel cell;
A fuel cell power generation system comprising a discharge path branched via the switching means,
(1) Before starting the operation of the fuel cell power generation system, water is supplied to the reforming unit by the water supply unit, the water is heated by the heating unit to generate water vapor, and the water vapor is reformed. Control introduced from the means into the fuel cell;
(2) When the water vapor is introduced into the fuel cell, when closing the shutoff valve, a path from the switching unit to the fuel cell is blocked, and the reforming unit passes through the switching unit. Control for operating the switching means so as to pass through the path leading to the discharge path;
(3) Control that starts supplying the source gas after generating the hydrogen gas in the reforming unit after the switching unit is operated.
(4) After the temperature of the carbon monoxide removal means rises to a temperature necessary for removing carbon monoxide from the hydrogen-rich gas, the discharge path is shut off, and the switching means is switched from the reforming means. A fuel cell comprising control means for controlling the opening of the shut-off valve when the switching means is operated so as to pass through the path to the fuel cell via the hydrogen rich gas introduced into the fuel cell; It is a power generation system.
[0011]
  The third aspect of the present invention providesIn the fuel cell power generation system according to the first or second aspect of the present invention, the discharge path is connected to the heating means.
[0021]
The invention related to the present invention includes a reforming means, a heating means for heating the reforming means, a water supply means connected to the reforming means, and an air supply means connected to the reforming means. A fuel cell power generation system comprising: a switching means connected downstream of the reforming means; a fuel cell connected downstream of the switching means; and a discharge path branched via the switching means. In the method, before starting the operation of the fuel cell system or after stopping the supply of the raw material gas to the reforming unit, water is supplied to the reforming unit by the water supply unit, and the water is heated. A step of generating water vapor by heating means, a step of replacing the gas remaining in the fuel path by introducing the water vapor into the fuel path from the reforming means to the fuel cell, and the fuel Place the path with the water vapor After that, by operating the switching means, the path from the switching means to the fuel cell in the fuel path is cut off, and through the path from the reforming means to the discharge path via the switching means. And after the switching means is operated, air is introduced into the reforming means by the air supply means, and water vapor remaining in the path from the reforming means to the switching means in the fuel path is removed. A method for stopping the fuel cell power generation system.
[0022]
The invention related to the present invention includes a reforming means, a heating means for heating the reforming means, a water supply means connected to the reforming means, and an air supply means connected to the reforming means. Carbon monoxide removal means connected downstream of the reforming means, switching means connected downstream of the carbon monoxide removal means, fuel cell connected downstream of the switching means, and An operation start method of a fuel cell power generation system comprising a discharge path branched via a switching means, wherein water is supplied to the reforming means by the water supply means before the operation of the fuel cell power generation system is started. And heating the water with the heating means to generate water vapor; introducing the water vapor from the reforming means into the fuel cell; From switching means Shutting off the path leading to the fuel cell, passing the path from the reforming means to the discharge path via the switching means, and after starting the switching means, Generating the hydrogen-rich gas in the reforming means, and operating the switching means after the temperature of the carbon monoxide removing means rises to a temperature necessary for removing carbon monoxide from the hydrogen-rich gas. The method of starting operation of a fuel cell power generation system comprising: cutting off the discharge path and introducing a hydrogen rich gas from which carbon monoxide has been removed to the fuel path.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0024]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. The first embodiment will be described on the assumption that a polymer electrolyte fuel cell is used.
[0025]
The reformer 1 which is the reforming means of the present invention is filled with a reforming catalyst 1a for advancing the reforming reaction. The reformer 1 is provided with a burner 2 as a heating means of the present invention, and a raw material gas supply valve 3 is connected to an inlet of the upstream portion 1b of the reformer 1 via a desulfurizer 6, and a raw material gas supply valve is provided. A raw material gas pipe is connected to 3.
[0026]
Connected to the upstream portion 1b is a water pump 4 as water supply means of the present invention connected so as to merge with the raw material gas. Further, the outlet of the air pump 5 as the air supply means of the present invention is connected to the upstream portion 1 b through one end of the outlet of the three-way valve 19. Here, the other end of the outlet of the three-way valve 19 is connected to the carbon monoxide remover 7. Further, a part of the piping is branched from the upstream side of the raw material gas supply valve 3 and connected to the burner 2 of the reformer 1 via the shut-off valve 20.
[0027]
A carbon monoxide remover 7 is connected downstream of the reformer 1, and a carbon monoxide removal catalyst 7a for advancing the carbon monoxide removal reaction is filled therein. Further, a reformer 8 is provided between the reformer 1 and the carbon monoxide remover 7 for reducing the carbon monoxide concentration to some extent by a shift reaction.
[0028]
The fuel cell 9 of the present invention includes an anode 9a and a cathode 9b. The anode 9a and the cathode 9b have an inlet and an outlet, respectively. A blower 10 is connected to the inlet of the cathode 9 b of the fuel cell 9. On the other hand, the inlet of the anode 9a of the fuel cell 9 is connected to one end of the outlet of the three-way valve 13 via a pipe made of a corrosion-resistant material such as Teflon (registered trademark). In addition, a catalyst (not shown) for advancing the power generation reaction is provided inside the fuel cell 9. The inlet of the three-way valve 13 is connected to the downstream of the carbon monoxide remover 7 via a pipe, the other end of the outlet of the three-way valve 13 is connected to one end of the discharge path 18, and the other end of the discharge path 18 is Connected to burner 2. Here, the three-way valve 13 is arranged as close as possible to the fuel cell 9, and the piping from the three-way valve 13 to the anode 9 a of the fuel cell 9 is short. One end of a pipe is connected to the outlet of the anode 9a, the other end of the pipe is opened to the outside of the fuel cell power generation system of the present invention, and a shut-off valve 22 is provided in the middle of the pipe.
[0029]
In addition, the container of the reformer 1, the container of the carbon monoxide remover 7, the three-way valve 13 and the piping from the reformer 1 to the three-way valve 13 are made of SUS.
[0030]
The control device 11 of the present invention includes a source gas supply valve 3, a shutoff valve 20, a burner 2, a water pump 4, an air pump 5, a blower 10, a three-way valve 13, a three-way valve 19, a closing valve 22, etc. In order to control, a computer having hardware such as a memory unit (not shown), an arithmetic processing unit (not shown), and an interface unit (not shown) is provided. The memory unit is a floppy (registered trademark). A recording medium reading device (not shown) for reading a program stored in a recording medium such as a disk, CD-ROM, DVD-ROM, RAM card, or semiconductor memory is included. The control device 11 is electrically connected to the source gas supply valve 3, the shutoff valve 20, the burner 2, the water pump 4, the air pump 5, the blower 10, the three-way valve 13, the three-way valve 19, and the shut-off valve 22. Yes.
[0031]
Next, the operation at the time of operation of the fuel cell power generation system in the first embodiment will be described. First, when the operation is started, the control device 11 issues a command to open the shutoff valve 20 and introduces the raw material gas into the burner 2. The burner 2 is ignited simultaneously with the introduction of the raw material gas to heat the reformer 1.
[0032]
Next, the control device 11 issues a command for the water pump 4 to operate, and water is introduced into the reformer 1 via the upstream portion 1b. Further, the control device 11 issues a command to open the closing valve 22, and connects the piping from the reformer 1 to the outlet of the anode 9 a of the fuel cell 9 through the transformer 8, the carbon monoxide remover 7, and the three-way valve 13. The route (hereinafter referred to as fuel route) is opened to the outside. At this time, the three-way valve 13 closes the discharge path 18 and opens a path from the three-way valve 13 to the anode 9 a of the fuel cell 9. The water introduced into the reformer 1 is heated by the burner 2 to become water vapor, and the water vapor is introduced into the fuel path. The water vapor introduced into the anode 9a of the fuel cell 9 gives the polymer electrolyte membrane sufficient humidity for the polymer electrolyte membrane of the anode 9a to join the electrode. Then, the water vapor is discharged from the anode 9a of the fuel cell 9 to the outside. At this time, even if hydrogen-rich gas or raw material gas remains in the fuel path, if the amount of water vapor is sufficient to purge the fuel path, it is discharged together with water vapor. be able to.
[0033]
Thereafter, the control device 11 issues a command to close the shutoff valve 22, and the water vapor staying in the fuel path is blocked by closing the shutoff valve 22.
[0034]
Next, the control device 11 issues a command to open the source gas supply valve 3, and a source gas such as hydrocarbon is introduced into the desulfurizer 6. The raw material gas introduced into the desulfurizer 6 is supplied to the reformer 1 through the upstream portion 1b after the sulfur content contained in the odorous component is removed. The raw material gas supplied to the reformer 1 and the water vapor supplied by the water pump 4 and heated by the burner 2 pass through the reforming catalyst 1a, thereby generating a hydrogen rich gas by the reforming reaction. Is done.
[0035]
The produced hydrogen-rich gas is introduced into the transformer 8 to reduce carbon monoxide to some extent, and then sent to the carbon monoxide remover 7. Then, the control device 11 starts the air pump 5 and sends air to the carbon monoxide remover 7 via the three-way valve 19. The carbon monoxide contained in the hydrogen rich gas is removed by being selectively oxidized on the carbon monoxide removal catalyst 7 a inside the carbon monoxide remover 7.
[0036]
At this time, the three-way valve 19 blocks the path from the three-way valve 19 to the upstream portion 1b of the reformer 1, and opens the path from the three-way valve 19 to the carbon monoxide removal catalyst 7, so that the air is reformed. It is not sent to the catalyst 1.
[0037]
At this time, in the initial stage of the reforming reaction, the temperature in the reformer 1 is not sufficiently raised, so that the reforming reaction does not proceed sufficiently and is necessary for the power generation reaction in the fuel cell 9. There is not enough hydrogen produced. Further, since the temperature of the reformer 1 is not sufficiently raised, the temperature in the carbon monoxide remover 7 is not sufficiently increased, and the carbon monoxide removal catalyst 7a is not functioning sufficiently. . Therefore, the initial hydrogen-rich gas produced in the reformer 1 contains high concentration (around 5%) of carbon monoxide at the outlet of the carbon monoxide remover 7 even though it passes through the converter 8. Such a hydrogen-rich gas generated at the early stage of the reforming reaction not only provides a sufficient power generation output from the fuel cell 9, but also poisons the catalyst of the fuel cell 9. In particular, in the case of the polymer electrolyte type, this tendency appears remarkably because the reaction temperature is low.
[0038]
Therefore, the control device 11 operates the three-way valve 13 before the hydrogen-rich gas is generated (that is, before opening the raw material gas supply valve 3), so that a path from the three-way valve 13 to the anode 9a of the fuel cell 9 is established. Close and open drain path 18. At this time, water vapor remains in the anode 9a of the fuel cell 9.
[0039]
Then, the hydrogen-rich gas immediately after the generation is performed until the temperatures in the reformer 1 and the carbon monoxide remover 7 are sufficiently increased (for example, until the temperature in the reformer 1 reaches 700 ° C., And until the temperature in the carbon monoxide remover 7 reaches 150 ° C.), it is supplied to the burner 2 via the discharge path 18 and combusted in the burner 2 together with the raw material gas.
[0040]
Thereafter, a temperature sensor (not shown) in the reformer 1 detects that the temperature in the reformer 1 has reached a temperature required for reforming, and a temperature sensor in the carbon monoxide remover 7. (Not shown), after detecting that the carbon monoxide removal catalyst 7a in the carbon monoxide remover 7 has reached the temperature required for carbon monoxide removal, the control device 11 operates the three-way valve 13 Thus, the discharge path 18 is closed and the path from the three-way valve 13 to the anode 9a of the fuel cell 9 is opened. At the same time, the control device 11 opens the shut-off valve 22 and the hydrogen rich gas from which the carbon monoxide has been sufficiently removed by the carbon monoxide removal catalyst 7 a is supplied to the anode 9 a of the fuel cell 9.
[0041]
Next, the operation during operation of the fuel cell power generation system of the present invention will be described. While the hydrogen rich gas is supplied to the anode 9 a of the fuel cell 9, air is supplied from the blower 10 to the cathode 9 b of the fuel cell 9 according to a command from the control device 11. In the fuel cell 9, hydrogen in the hydrogen rich gas supplied to the anode 9a reacts with oxygen in the air supplied to the cathode 9b to generate power. The hydrogen-rich gas remaining without reacting is discharged from the outlet of the anode 9a of the fuel cell 9 as the anode exhaust gas. The air remaining without reacting is discharged from the cathode 9b of the fuel cell 9.
[0042]
Next, the operation when the operation of the fuel cell power generation system of the present invention is stopped will be described. First, a command is issued from the control device 11, the raw material gas supply valve 3 is closed, and the supply of the raw material gas is stopped. A part of the raw material gas is branched upstream of the raw material gas supply valve 3 and is continuously supplied to the burner 2 through the shutoff valve 20.
[0043]
At this time, the water pump 4 is not stopped, and the water supplied from the water pump 4 enters the reformer 1. The water introduced into the reformer 1 is heated by the burner 2 to become water vapor, sent to the fuel path, and discharged to the outside from the outlet of the anode 9a of the fuel cell 9 together with the hydrogen rich gas that is the remaining gas. . In this operation, the hydrogen-rich gas remaining in the fuel path is purged with water vapor.
[0044]
At this time, the air pump 5 receives a command from the control device 11 so as to be stopped so that air is not introduced into the fuel path.
[0045]
Thereafter, the control device 11 closes the shut-off valve 20 to stop the heating by the burner 2 and simultaneously stops the supply of water by the water pump 4 to stop the supply of water vapor to the fuel path. Next, the control device 11 operates the three-way valve 13 to close the path from the three-way valve 13 to the inlet of the anode 9 a of the fuel cell 9 and to open the path from the three-way valve 13 to the discharge path 18. Further, the control device 11 closes the shut-off valve 22 and causes water vapor to stay in the path from the three-way valve 13 to the shut-off valve 22 through the anode 9a of the fuel cell 9. By doing so, the polymer electrolyte membrane on the anode 9a side does not dry and shrink, and the bonding property between the electrode (not shown) and the polymer electrolyte membrane does not deteriorate.
[0046]
Next, the control device 11 operates the three-way valve 19 to block the path from the three-way valve 19 to the carbon monoxide remover 7 and to open the path from the three-way valve 19 to the upstream portion 1b of the reformer 1. . Then, the air pump 5 is operated again to supply air from the air pump 5 to the upstream portion 1 b of the reformer 1. The air introduced into the upstream portion 1b of the reformer 1 is water vapor remaining in the piping from the fuel path to the reformer 1, the transformer 8, the carbon monoxide remover 7, and the three-way valve 13. Is replaced (purged) and discharged to the outside through the discharge path 18 and the burner 2.
[0047]
Thus, when the operation of the fuel cell power generation system of the present embodiment is stopped, water vapor remains in the path from the three-way valve 13 to the anode 9a of the fuel cell 9. However, since the pipe from the three-way valve 13 to the fuel cell 9 is made of a non-metallic corrosion resistant material such as Teflon (registered trademark), metal ions are eluted even if water vapor condenses, and the polymer electrolyte membrane There are no worries about adversely affecting In addition, the length of this piping is shortened, and even if it uses Teflon (trademark) for piping material, it will not become a factor of a cost increase. Here, instead of using the three-way valve 13, the fuel path can be entirely configured using Teflon (registered trademark). However, in this case, the cost is significantly increased, which is not realistic.
[0048]
In this way, immediately after the power generation operation is stopped, the fuel path from the reformer 1 to the anode 9a of the fuel cell 9 is not directly purged with air, but is purged with water vapor, so that the hydrogen and oxygen within the combustion limit are reduced. The interface between the hydrogen-rich gas and the air that may generate a mixed gas is not formed, and the risk of explosion in the high temperature atmosphere in the reformer 1 can be avoided.
[0049]
However, if the fuel path is directly purged with air, a mixed gas of hydrogen and oxygen within the combustion limit is generated at the interface between the hydrogen-rich gas and air, and the high-temperature atmosphere is generated when the gas passes through the reformer 1. May explode when exposed to.
[0050]
Further, if the inside of the path to the reformer 1, the carbon monoxide remover 7, and the three-way valve 13 is purged with steam and not purged with air, the steam in the path is condensed to become water, Even if the equipment and pipes in this path are made of SUS as described above, the water stays in the path for a long time, so that the water that remains is the metal ions (Fe, Ni, E.g. Cr). The eluted metal ions are adsorbed on the polymer electrolyte membrane of the anode 9a together with the hydrogen-rich gas or water vapor during the subsequent operation or stop. When metal ions, which are cations, are adsorbed on the polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane is inherently reduced in its ability to transmit protons that are cations to the cathode side.
[0051]
Further, by not replacing the water vapor retained in the fuel cell 9 with air, the adverse effect of drying the polymer electrolyte membrane (not shown) can be avoided. Therefore, even after the polymer electrolyte type fuel cell power generation system is stopped, water vapor remains in the anode 9a of the fuel cell 9, so that the polymer electrolyte membrane does not dry and shrink, and an electrode (not shown) Bondability between the polymer electrolyte membrane and the polymer electrolyte membrane does not deteriorate.
[0052]
According to the fuel cell power generation system having the above-described configuration and operation, a nitrogen facility for purging is not required, so that it is possible to provide a fuel cell power generation system that saves space and is low in initial cost and running cost. Moreover, since there is little CO poisoning in the catalyst of a fuel cell and there is no problem that a polymer electrolyte membrane dries, a fuel cell power generation system with little performance deterioration and high reliability can be provided.
[0053]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a system configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 2 of the present invention. Constituent elements that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The fuel cell power generation system of Embodiment 2 has an anode exhaust gas connection pipe 12 having one end connected to the outlet of the anode 9a of the fuel cell 9. The other end of the anode exhaust gas connection pipe 12 is connected to the burner 2. Further, a hydrogen sensor 21 is installed upstream of the burner 2 and is electrically connected to the control means 11. And it has the structure which transmits a signal to a control apparatus, if hydrogen concentration becomes a combustion limit or less.
[0054]
Next, the operation in Embodiment 2 of the present invention will be described. First, the operation at the start of operation is different from the operation in the first embodiment in that the shutoff valve 22 is closed after water vapor is introduced into the fuel cell 9. When the three-way valve 13 is activated and hydrogen rich gas is introduced into the anode 9 a of the fuel cell 9, the control device 11 opens the closing valve 22. By doing so, it is possible to prevent the initial hydrogen-rich gas from flowing back to the anode 9 a of the fuel cell 9 via the discharge path 18 and the burner 2. Other operations at the start of operation are the same as those in the first embodiment.
[0055]
Next, during operation, most of the hydrogen contained in the hydrogen rich gas introduced into the anode 9a of the fuel cell 9 is consumed by the power generation reaction, and a slight amount remains and is discharged from the anode 9a as the anode exhaust gas. This anode exhaust gas is introduced into the burner 2 through the anode exhaust gas connection pipe 12 and burned together with the raw material gas.
[0056]
Next, the operation when the operation is stopped will be described. As in the first embodiment, first, the hydrogen rich gas remaining in the fuel path and the anode exhaust gas connection pipe 12 is replaced by water vapor, and the replaced residual hydrogen rich gas is burned through the anode exhaust gas connection pipe 12. 2 and combusted in the burner 2 together with the raw material gas. Then, when the reformer 1 is heated by the burner 2, steam is generated.
[0057]
Thereafter, the control device 11 issues a command to close the shutoff valve 20. By closing the shut-off valve 20, the supply of the raw material gas to the burner 2 is stopped, and only the residual hydrogen contained in the anode exhaust gas is burned as fuel in the burner 2.
[0058]
Accordingly, the burner 2 misfires when purging with water vapor proceeds and the residual hydrogen contained in the anode exhaust gas disappears or reaches a concentration below the combustion limit. At this time, the hydrogen sensor 21 transmits a signal to the control device 11, and then the control device 11 stops the water pump 4 and operates the three-way valve 13 to remove the transformer 8 and carbon monoxide from the reformer 1. A path from the discharge path 18 to the burner 2 is opened via the vessel 7. Further, the control device 11 closes the stop valve 22. Then, the control device 11 activates the air pump 5 to introduce air into the reformer 1, and the introduced air is converted into the reformer 1, the transformer 8, the carbon monoxide remover 7, and the monoxide. Water vapor remaining in the path from the carbon remover 7 to the three-way valve 13 is replaced and discharged from the burner 2 to the outside.
[0059]
Since the shutoff valve 22 is closed at this time, the air introduced into the reformer 1 does not flow into the anode 9a of the fuel cell 9 through the anode exhaust gas connection pipe 18, and the polymer electrolyte membrane is dried. Never do.
[0060]
In this way, all the hydrogen remaining in the fuel path can be burned out without being released to the outside, so there is no risk of accidental stagnation of hydrogen outside the fuel cell power generation system, and safety is improved. Can do. Further, since the residual hydrogen gas can be effectively used for generating the steam for purging, the efficiency of the fuel cell power generation system can be increased.
[0061]
In the description of the second embodiment, the hydrogen sensor 21 detects that the amount of hydrogen is sufficiently low and transmits it to the control means. However, the hydrogen sensor 21 is not provided, and a flame detector (not shown) is provided for the burner 2. The same effect can be obtained when the apparatus is installed in the vicinity and detects a misfire and transmits a signal to the control device. Alternatively, even if there is no hydrogen sensor 21 and no flame detector, a misfire is visually confirmed by hand, and then a command to move to the next operation by pressing a button (not shown) is transmitted to the control device. Since it can be confirmed that no exists, the same effect can be obtained.
[0062]
In addition, when the operation is stopped, the residual hydrogen gas is combusted in the burner 2 together with the raw material gas at the beginning of the operation stop operation. However, even if only the residual hydrogen gas is combusted in the burner 2 from the beginning of the operation stop operation, the purge is performed. If sufficient water vapor can be generated to achieve this, the same effect can be obtained.
[0063]
In the above description, the example in which the three-way valve 13 is used as the switching means of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the three-way valve 13, and, for example, a plurality of two-way valves are combined to switch the route. As long as the path can be switched in two ways upon receiving a command from the control device 11, the same effect can be obtained regardless of the switching means.
[0064]
Further, although an example in which the water pump 4 is used as the water supply means has been described, the water supply means may be, for example, a water supply tank, an external water supply valve, or the like. Any means may be used as long as it can supply water vapor for the purpose.
[0065]
Moreover, although the example which uses the air pump 5 as an air supply means was demonstrated, as an air supply means, an air blower etc. may be sufficient, for example, purge water vapor | steam, or the air required for a carbon monoxide removal means Any means may be used as long as it can be supplied.
[0066]
In addition, the fuel cell 9 has been described as being connected to the downstream of the three-way valve 13 via a Teflon (registered trademark) pipe, but this piping material is not limited to Teflon (registered trademark), and the three-way The same material as the upstream side of the valve 13 may be used. In that case, if the piping distance between the three-way valve 13 and the anode 9a of the fuel cell 9 is made sufficiently short, the same effect as described above can be obtained.
[0067]
In the above description, it has been described that the initial hydrogen-rich gas is supplied to the burner 2 via the three-way valve 13 and the discharge path 18 at the start of operation of the fuel cell power generation system. 18 may be opened to the outside, and the initial hydrogen-rich gas may be discharged to the outside from the three-way valve 13 via the discharge path 18. In this case, the hydrogen rich gas may be supplied to the fuel cell 9 by operating the three-way valve 13 after the internal temperatures of the reformer 1 and the carbon monoxide remover 7 have sufficiently increased.
[0068]
In the above description, when the operation of the fuel cell power generation system is stopped, the fuel path is replaced with water vapor, and then the shutoff valve 22 is closed. However, from the stop of the fuel cell power generation system to the next start-up When the time interval is short and drying of the polymer electrolyte membrane on the anode 9a side is not a problem, or even if the electrolyte membrane on the anode 9a side is dried, it may take time to start the next operation. The closing valve 22 may not be closed, or the closing valve 22 itself may not be provided.
[0069]
Furthermore, even if the electrolyte membrane on the anode 9a side is dried, the three-way valve 13 can be omitted when it may take time to start the next operation. In this case, as the operation before the start of operation, water vapor is generated in the same manner as in the first embodiment, and the generated water vapor is introduced into the fuel cell 9 from the reforming means. Next, the shutoff valve 20 is opened and the raw material gas is supplied to the burner 2, but the reformer 1 is heated by the burner 2 until the reforming reaction proceeds sufficiently and the carbon monoxide removal catalyst 7a functions sufficiently. To do. After the reformer 1 and the carbon monoxide remover 7 reach a predetermined temperature, the raw material gas supply valve 3 is opened, and a hydrogen rich gas is generated in the reformer 1. Then, a hydrogen rich gas from which carbon monoxide has been sufficiently removed may be introduced into the fuel cell 9.
[0070]
Next, when the operation is stopped, similarly to the first embodiment, water vapor is generated, the generated water vapor is introduced into the fuel path, and the gas remaining in the fuel path is replaced. Thereafter, the air pump 5 is operated, air is introduced into the fuel path, and water vapor remaining in the fuel path is replaced with air.
[0071]
In the above description, the steam reforming method is adopted as the raw material gas reforming method, but a partial reforming method may be adopted. A configuration example in that case is shown in FIG. 3 as a modification of the first embodiment. In this case, the pipe from the air pump 5 is branched into a pipe leading to the carbon monoxide remover 7 and a pipe leading to the reformer 1. In addition, air is supplied to the reformer 1 even during operation of the fuel cell power generation system. However, in the operation of stopping the fuel cell power generation system, the air pump 5 is temporarily stopped, the fuel path is replaced with water vapor, and then the air pump 5 is operated again to replace the water vapor in the fuel path with air. .
[0072]
In the above description, the steam was introduced into the anode of the fuel cell before starting the operation of the fuel cell power generation system. However, when the fuel cell power generation system was stopped, the steam was introduced into the anode of the fuel cell. As long as the humidity of the electrolyte membrane is maintained at a level that does not hinder the operation of the fuel cell at the start of the operation, water vapor does not have to be introduced into the anode of the fuel cell at the start of the operation of the fuel cell. Furthermore, when the fuel cell 9 is not a polymer electrolyte membrane type such as a solid oxide type, a molten carbonate type, or a phosphoric acid type, there is no problem of drying of the electrolyte membrane. May not be introduced into the fuel path.
[0073]
Further, in the above description, it has been described that water vapor is generated by supplying water to the reformer 11 and water vapor is introduced into the polymer electrolyte fuel cell 9, but the fuel cell 9 of the present invention is As long as the polymer electrolyte membrane in the anode 9a can be humidified, even the fuel cell 9 having polymer electrolyte membrane humidifying means for directly introducing water vapor or water into the fuel cell 9 before the start of operation. Good.
[0074]
For example, if a partial oxidation method is used as the reforming means, it is not necessary to supply water to the reforming means, so that the water pump 5 has the ability to supply water required for purging the fuel path. That's fine. On the other hand, as the electrolyte humidifying means, an amount of water necessary for preventing the drying of the electrolyte membrane of the anode 9a of the fuel cell 9 may be supplied. If hydrogen is used as the raw material gas, the reforming catalyst 1, the converter 8 and the carbon monoxide remover 7 are not required, and the internal volume of the fuel path is reduced. Small abilities are acceptable. Further, if the possibility of introducing air from the outside to the fuel path can be eliminated by closing the shut-off valve 22 after stopping the maneuver, it is possible that the water pump is not necessary.
[0075]
In the above description, the case where a polymer electrolytic fuel cell is used as the fuel cell 9 has been described. However, a phosphoric acid fuel cell may be used. In this case, the start-up operation is the same as that of the first embodiment. However, since there is no problem that the electrolyte membrane dries in the stop-time operation, the air purge is performed without operating the three-way valve 13 after the water vapor purge. May be performed.
[0076]
Further, when a fuel cell having a high operating temperature such as a solid oxide type or a molten carbonate type is used, the fuel cell 9 does not require a catalyst, and therefore the three-way valve 13 may not be provided. FIG. 4 shows a configuration example in such a case as a modification of the first embodiment. In that case, the transformer 8 and the carbon monoxide remover 7 are omitted.
[0077]
Then, as the operation at the start of operation in that case, as in the case of the first embodiment, first, water vapor is introduced into the fuel path, the gas remaining in the fuel path is replaced with water vapor, and then, the first embodiment. In the same manner as in the above, a raw material gas is supplied to the reformer 1 to generate a hydrogen rich gas, and the hydrogen rich gas is introduced into the anode 9 a of the fuel cell 9. In this case, the generated hydrogen-rich gas contains carbon monoxide, but the operating temperature of the solid oxide type or molten carbonate type fuel cell is higher than the operating temperature of the polymer electrolyte type fuel cell. Carbon oxide also contributes to the power generation reaction.
[0078]
Next, when the operation is stopped, as in the case of the first embodiment, water vapor is introduced into the fuel path, the gas remaining in the fuel path is replaced with water vapor, and then the air pump 5 is operated to operate in the fuel path. The operation is to replace the water vapor retained in the air with air.
[0079]
By such an operation, purging can be performed before starting the operation of the fuel cell power generation system and after stopping the operation. In this case, the purge before the start of handling can be omitted if unnecessary.
[0080]
In the above description, the control device 11 has been described as having a computer configured by hardware. However, the control device 11 may be configured by a relay, and when the fuel cell power generation system of the present invention is operated or stopped. As long as the source gas supply valve 3, the shutoff valve 20, the burner 2, the water pump 4, the air pump 5, the blower 10, the three-way valve 13, the three-way valve 19 and the like can be controlled in sequence, other types of control devices However, the same effect can be obtained.
[0081]
In the above description, the control device 11 isWith multiple control meansIt may be configured, or may be configured integrally.
[0082]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell power generation system which reduced initial cost and running cost can be provided.
[0083]
Further, when the switching means is provided downstream of the reforming means, it is possible to prevent the performance degradation of the polymer electrolyte fuel cell power generation system.
[0084]
Further, when the reforming reaction is a steam reforming method, the initial cost can be further reduced.
[0085]
Further, when the fuel cell is connected to the downstream of the switching means by the corrosion resistant pipe, it is possible to further prevent the performance deterioration of the fuel cell power generation system.
[0086]
In addition, safety can be improved when the anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell is introduced into the heating means.
[0087]
Further, when the discharge path is connected to the heating means, safety can be further improved.
[0088]
Moreover, when a stop valve is provided at the anode outlet, it is possible to further prevent performance deterioration of the fuel cell power generation system.
[0089]
According to the fuel cell having the electrolyte membrane humidifying means of the present invention, it is possible to prevent the performance deterioration of the polymer electrolyte fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a system configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a system configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a system configuration of a fuel cell power generation system, which is a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a system configuration of a fuel cell power generation system, which is a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a system configuration of a conventional fuel cell power generation system.
[Explanation of symbols]
1 Reformer
1a reforming catalyst
1b upstream
2 Burner
3 Raw material gas supply valve
4 Water pump
5 Air pump
6 Desulfurizer
7 Carbon monoxide remover
7a Carbon monoxide removal catalyst
8 Transformer
9 Fuel cell
9a Anode
9b Cathode
10 Blower
11 Control device
12 Anode exhaust gas connection pipe
13 Three-way valve
14 Nitrogen supply pipe
15 Shut-off valve
16 Nitrogen equipment
17 Reformed gas supply pipe
18 Discharge route
19 Three-way valve

Claims

Reforming means,
Heating means for heating the reforming means;
Water supply means connected to the reforming means;
An air supply means connected to the reforming means;
A fuel cell connected downstream of the reforming means;
A stop valve provided at an anode outlet of the fuel cell;
A switching means disposed between the reforming means and the fuel cell;
A discharge path branched via the switching means, and a fuel cell power generation system comprising:
(1) Before starting the operation of the fuel cell power generation system, water is supplied to the reforming unit by the water supply unit, the water is heated by the heating unit to generate water vapor, and the water vapor is reformed. Control introduced from the means into the fuel cell;
(2) When the water vapor is introduced into the fuel cell, when closing the shutoff valve, a path from the switching unit to the fuel cell is blocked, and the reforming unit passes through the switching unit. Control for operating the switching means so as to pass through the path leading to the discharge path ;
(3) Control that starts supplying the source gas after generating the hydrogen gas in the reforming unit after the switching unit is operated .
(4) After the temperature of the reforming means reaches a predetermined temperature, the discharge path is shut off, and the switching is performed so as to pass through the path from the reforming means to the fuel cell via the switching means. the hydrogen-rich gas by actuating the means when you introduced into the fuel cell, comprising a control means for performing a control for opening the closure valve, a fuel cell power generation system.

Reforming means,
Heating means for heating the reforming means;
Water supply means connected to the reforming means;
An air supply means connected to the reforming means;
A fuel cell connected downstream of the reforming means;
A stop valve provided at an anode outlet of the fuel cell;
Carbon monoxide removal means disposed between the reforming means and the fuel cell;
Switching means disposed between the carbon monoxide removing means and the fuel cell;
A fuel cell power generation system comprising a discharge path branched via the switching means ,
(1) Before starting the operation of the fuel cell power generation system, water is supplied to the reforming unit by the water supply unit, the water is heated by the heating unit to generate water vapor, and the water vapor is reformed. Control introduced from the means into the fuel cell;
(2) When the water vapor is introduced into the fuel cell, when closing the shutoff valve, a path from the switching unit to the fuel cell is blocked, and the reforming unit passes through the switching unit. Control for operating the switching means so as to pass through the path leading to the discharge path ;
(3) after the switching means was the operation, a control for generating hydrogen-rich gas in the reforming unit to start supply of the raw material gas,
(4) After the temperature of the carbon monoxide removal means rises to a temperature necessary for removing carbon monoxide from the hydrogen-rich gas, the discharge path is shut off, and the switching means is switched from the reforming means. when via actuates the switching means so as establishing communication paths leading to the fuel cell you introducing said hydrogen rich gas to the fuel cell, comprising a control means for performing a control for opening the closure valve, a fuel Battery power generation system.

The fuel cell power generation system according to claim 1 or 2 , wherein the discharge path is connected to the heating means.