JP4028787B2 - Fuel cell power generation system and operation method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２５７７６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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を具備し、前記燃料電池の発電開始前において、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するように構成される。
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。
前記燃料電池発電システムの起動開始後から発電開始前までの間の任意の時間区間、前 記置換ガス供給手段により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前記雰囲気を前記原料で置換するのが好ましい。
前記置換ガス供給手段が、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前記置換ガスとして注入するバイパス手段を備えるのが好ましい。
前記原料が、都市ガスであるのが好ましい。
【００１０】
本発明の燃料電池発電システムの運転方法は、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開始前において、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置換工程を備える。
前記置換工程が、前記燃料ガス生成手段をバイパスして前記燃料ガス流路に前記原料を注入し、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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。
【００１２】
《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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
《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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
《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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
《参考形態１》
図１１は、本発明の参考形態１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。本参考形態では、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。
【００５４】
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、本参考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、本参考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。
【００５５】
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。
【００５６】
本参考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、本参考形態に示す燃料電池発電システムの構成と本参考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。
【００５７】
《参考形態２》
図１３は、本発明の参考の形態２における燃料電池発電システムを示す構成図である。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。本参考形態では、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。
【００５８】
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、本参考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。
【００５９】
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。本参考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。
【００６０】
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、本参考形態に示す燃料電池発電システムの構成と本参考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。
【００６１】
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、本参考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。
【００６２】
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。
【００６３】
本参考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。
【００６４】
すなわち、本参考形態に示す燃料電池発電システムの構成と本参考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。
【００６５】
《参考形態３》
図１６は、本発明の参考形態３における燃料電池発電システムを示す構成図である。参考形態２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。本参考形態では、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。
【００６６】
図１６に示す燃料電池発電システムを参照し、本参考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、本参考形態における動作の特徴は、参考形態２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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、本参考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。
【００６９】
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、本参考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、参考形態３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。
【００７０】
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、本参考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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、本参考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、本参考形態３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。
【００７３】
ところで、上記参考形態１および参考形態３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。
【００７４】
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。
【００７５】
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３、及び参考形態１から３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。
【００７６】
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。
【００７７】
【発明の効果】
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。
【００７８】
燃料電池発電システムないし発電方法の運転開始後から発電開始前までの間の任意の時間区間、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続けることにより、その燃料ガス流路に残留するガスを除去し置換ガスで置換するとともに、燃料ガスが拡散的にその燃料ガス流路へ流入することを防止することができる。
また、燃料電池発電システムないし発電方法の運転開始後から発電開始前までの間の任意の時間区間、原料を、燃料ガス生成手段をバイパスするバイパス手段を経由して燃料電池の燃料極を含む燃料ガス流路に注入し続けることにより、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としての原料で置換するとともに、燃料ガスが拡散的にその燃料ガス流路へ流入することを防止することができる。
【００７９】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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。
【図２】 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。
【図３】 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。
【図４】 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。
【図５】 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。
【図６】 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。
【図７】 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。
【図８】 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。
【図９】 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。
【図１０】 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。
【図１１】 参考形態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。
【図１２】 参考形態１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。
【図１３】 参考形態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。
【図１４】 参考形態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。
【図１５】 参考形態２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。
【図１６】 参考形態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。
【図１７】 参考形態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。
【図１８】 参考形態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。
【図１９】 本発明の各実施形態または参考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。
【図２０】 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。
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a fuel cell power generation system that generates power using a fuel cell, andThe drivingIt is about the method.
[0002]
[Prior art]
  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.
[0003]
  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.
[0004]
  Therefore, in the fuel cell power generation system or the power generation method described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-257762 and shown in FIG. 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.
[0005]
[Patent Document 1]
          JP-A-3-257762
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  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.
[0007]
  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. .
[0008]
  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.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionBurningThe fuel cell power generation system includes a fuel cell having a fuel electrode and an oxidant electrode;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;In the fuel gas flow path of the fuel cell including the fuel electrodeSaidA fuel gas supply means for supplying a fuel gas; 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.The raw materialReplacement gasAsA replacement gas supply means for supplying the fuel cell;beforeAnd the replacement gas supply meansmaterialThe fuel gas flowRoadThe atmosphere of the fuel gas flow pathmaterialIs configured to replace with
  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.
  Arbitrary time interval between the start of start of the fuel cell power generation system and before the start of power generation, before 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 in the fuel gas flow path with the raw material.
  The replacement gas supply means preferably includes bypass means for bypassing the fuel gas generation means and injecting the raw material into the fuel gas flow path as the replacement gas.
  The raw material is preferably city gas.
[0010]
  The present inventionBurningBatteryPower generation system operation methodIsA 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 An operation method of a fuel cell power generation system comprising fuel gas supply means for supplying the fuel gas to a gas flow path, wherein the raw material is injected into the fuel gas flow path before starting the power generation of the fuel cell, and A replacement step of replacing the atmosphere of the fuel gas channel with the raw material;
  It is preferable that the replacement step is a step of bypassing the fuel gas generation means and injecting the raw material into the fuel gas flow channel and replacing the atmosphere of the fuel gas flow channel with the raw material.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Less thanEmbodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0012]
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.
[0013]
  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.
[0014]
  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. .
[0015]
  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.
[0016]
  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.
[0017]
  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.
[0018]
  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.
[0019]
<< 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.
[0020]
  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.
[0021]
  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.
[0022]
  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.
[0023]
  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.
[0024]
  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.
[0025]
  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.
[0026]
  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.
[0027]
  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.
[0028]
  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.
[0029]
  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.
[0030]
  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.
[0031]
  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.
[0032]
  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.
[0033]
  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.
[0034]
  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.
[0035]
<< 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 in FIG. 2 showing the second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. 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.
[0036]
  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.
[0037]
  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.
[0038]
  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.
[0039]
  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.
[0040]
  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.
[0041]
  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.
[0042]
  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.
[0043]
  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.
[0044]
  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.
[0045]
  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.
[0046]
  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.
[0047]
  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.
[0048]
  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.
[0049]
  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.
[0050]
  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.
[0051]
  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.
[0052]
  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.
[0053]
《referenceForm1>>
  FIG. 11 shows the present invention.referenceForm11 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system in FIG. Constituent elements similar to those in FIG. 2 showing the second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. BookreferenceIn the embodiment, a blower 26 for supplying air to the desulfurization 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.
[0054]
  Referring to the flowchart of the fuel cell power generation system shown in FIG. 11 and the specific operation stop method shown in FIG.referenceThe operation stop operation of the fuel cell power generation system in the embodiment will be described. However, the bookreferenceSince the operation in the 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 desulfurization gas in the atmosphere of the fuel gas passage including the fuel electrode 11a of the fuel cell 11 is used. An explanation will be given after purging.
[0055]
  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.
[0056]
  BookreferenceWhen the purge step in the embodiment is performed, first, the atmosphere of the fuel gas flow path from the flow path switching valve 18 to the on-off valve 22 is purged with desulfurization gas, and then the desulfurization gas atmosphere in the same section is purged with air. At the end of operation, the fuel cell 11 can be held in a very safe state. 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. Ie bookreferenceConfiguration and book of fuel cell power generation systemreferenceThe specific purge step of the embodiment can realize a safe operation stop without supplying nitrogen in the operation of the fuel cell power generation system, and can also hold the safe fuel cell 11 when the operation is stopped.
[0057]
《referenceForm2>>
  FIG. 13 illustrates the present invention.referenceForm of21 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system in FIG. Constituent elements similar to those in FIG. 6 showing the third embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. BookreferenceIn the embodiment, a water vapor generator 28 is further provided as means for purging the internal atmosphere of the fuel gas generation unit 15 with water vapor.
[0058]
  Referring to the flowchart of the first example of the fuel cell power generation system shown in FIG. 13 and the specific operation stop method shown in FIG.referenceAn example of the operation stop operation of the fuel cell power generation system in the 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.
[0059]
  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. BookreferenceWhen the purge process in the 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.
[0060]
  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. Ie bookreferenceConfiguration and book of fuel cell power generation systemreferenceThe specific purge process of the embodiment realizes a safe shutdown without supplying nitrogen in the operation of the fuel cell power generation system, realizes stable burner combustion at the end, and removes the combustible gas in the fuel gas flow path. Removal can be realized. 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.
[0061]
  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.referenceAnother example of the operation of stopping the operation of the fuel cell power generation system in the embodiment 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, 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.
[0062]
  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.
[0063]
  BookreferenceWhen the purge process in the 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.
[0064]
  Ie bookreferenceConfiguration and book of fuel cell power generation systemreferenceThe specific purge process of the embodiment can realize a safe shutdown without supplying nitrogen in the operation of the fuel cell power generation system, and can remove the combustible gas in the fuel gas flow path. 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.
[0065]
《referenceForm3>>
  FIG. 16 illustrates the present invention.referenceForm31 is a configuration diagram showing a fuel cell power generation system in FIG.referenceForm2The same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 13 and the description thereof is omitted. BookreferenceIn the embodiment, a desulfurization gas supply valve 29 that supplies and stops desulfurization gas, a blower 30 that supplies air to the upstream side of the fuel gas generation unit 15, and an on-off valve 31 that shuts off the air supply path are further provided.
[0066]
  Referring to the fuel cell power generation system shown in FIG.referenceThe operation of the fuel cell power generation system in the embodiment will be described. However, the bookreferenceThe features of operation in the form arereferenceForm2In FIG. 14 or FIG. 15, the operation is performed after the purging step with the desulfurization gas and water vapor described based on the flow chart. 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.
[0067]
  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.
[0068]
  Next, as a more effective air purge step, referring to the flow chart of the first example of the fuel cell power generation system shown in FIG. 16 and the specific operation stop method shown in FIG.referenceOne example of the operation stop operation of the fuel cell power generation system in the embodiment 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.
[0069]
  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. Ie bookreferenceThe configuration of the fuel cell power generation system shown in the embodiment and the purge process of this specific example are as follows:referenceForm3In addition to the effects similar to those of the fuel cell power generation system described in the first section, it is possible to realize purging the atmosphere with air sequentially from the upstream of the fuel gas flow path to the downstream along the flow path.
[0070]
  Next, as another method of more effective air purging process, referring to the flow chart of the second example of the fuel cell power generation system shown in FIG. 16 and the specific operation stop method shown in FIG.referenceAnother example of the operation of stopping the operation of the fuel cell power generation system in the embodiment 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.
[0071]
  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.
[0072]
  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. Ie bookreferenceThe configuration of the fuel cell power generation system shown in FIG.referenceForm3In addition to the effects similar to those of the fuel cell power generation system described in the first, there is also an effect that the purge process with air can be completed in a short time.
[0073]
  By the way, abovereferenceForm1andreferenceForm3There is a possibility that air will flow into or flow into the reaction unit 15a in the process of purging with air inside the reaction unit 15a of the fuel gas generation unit 15 of the fuel cell power generation system in FIG. 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.
[0074]
  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.
[0075]
  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.
  From the first embodiment above3 and reference forms 1 to 3In the above example, the city gas is used as the purge gas or the raw material gas. 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.
[0076]
  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.
[0077]
【The invention's effect】
  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.
[0078]
  By continuing to inject the replacement gas into the fuel gas flow path including the fuel electrode of the fuel cell in an arbitrary time interval between the start of operation of the fuel cell power generation system or power generation method and before the start of power generation, the fuel gas flow path It is possible to remove the gas remaining in the gas and replace it with a replacement gas, and to prevent the fuel gas from diffusingly flowing into the fuel gas flow path.
  Further, a fuel including a fuel electrode fuel electrode via a bypass means for bypassing the fuel gas generating means, any time interval between the start of operation of the fuel cell power generation system or the power generation method and before the start of power generation. By continuing the injection into the gas flow path, the gas remaining in the fuel gas flow path is removed, the atmosphere of the fuel gas flow path is replaced with the raw material as the replacement gas, and the fuel gas is diffusely diffused. It can be prevented from flowing into the flow path.
[0079]
  Also, using a sulfur component removing means for removing sulfur components contained in the raw material or the replacement gas, the raw material and the replacement gas are used.BothBy using the city gas as a social infrastructure, it is possible to provide a fuel cell power generation system or power generation method having a simpler configuration without requiring a cylinder.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a power generation method of the fuel cell power generation system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for stopping operation of the fuel cell power generation system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing another example of a method for generating electricity in the fuel cell power generation system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a fuel cell power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing an example of a power generation method of the fuel cell power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing an example of a method for stopping operation of a fuel cell power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing another example of the operation stopping method of the fuel cell power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing another example of the electromotive method of the fuel cell power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 11referenceForm1It is a figure showing typically composition of a fuel cell power generation system in.
FIG.referenceForm1It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of.
FIG. 13referenceForm2It is a figure showing typically composition of a fuel cell power generation system in.
FIG. 14referenceForm2It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of.
FIG. 15referenceForm2It is a flowchart which shows another example of the operation stop method of the fuel cell electric power generation system.
FIG. 16referenceForm3It is a figure showing typically composition of a fuel cell power generation system in.
FIG. 17referenceForm3It is a flowchart which shows an example of the operation stop method of the fuel cell power generation system of.
FIG. 18referenceForm3It is a flowchart which shows another example of the operation stop method of the fuel cell electric power generation system.
FIG. 19 shows each embodiment of the present invention orReference formIt is a figure which shows typically the structure of an example of the fuel gas production | generation part which can be used for.
FIG. 20 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional fuel cell power generation system.
[Explanation of symbols]
      11 Fuel cell
      11a Fuel electrode
      15 Fuel gas generator
      15a reaction part
      15b burner
      13, 16 Desulfurizer
      17, 26, 30 Blower
      12 Desulfurization gas supply pipe
      14, 22, 24, 27, 31 On-off valve
      18 Channel switching valve
      19 Fuel gas supply pipe
      20 Residual fuel gas pipe
      21 Fuel cell bypass pipe
      23 Bypass pipe for fuel gas generator
      25 Raw material gas supply valve
      28 Steam generator
      29 Desulfurization gas supply valve

Claims (7)

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を具備し、前記燃料電池の発電開始前において、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 passage, and the oxidizing gas supply means for supplying oxidant gas to the oxidant gas flow path of the fuel cell containing the oxidant electrode, the fuel gas flow field the raw material; and a replacement gas supply means for supplying a replacement gas, Oite before starting power generation of the fuel cell, the fuel gas by injecting the raw material to the fuel gas flow channel by the displacement gas supply means A fuel cell power generation system configured to replace an atmosphere of a flow path with the raw material . 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。The fuel cell power generation system according to claim 1, further comprising a desulfurizer that removes sulfur components from the raw material, and the raw material that has passed through the desulfurizer is supplied as the replacement gas by the replacement gas supply means. 前記燃料電池発電システムの起動開始後から発電開始前までの間の任意の時間区間、前記置換ガス供給手段により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前記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。Arbitrary time interval from the start of the start of the fuel cell power generation system to before the start of power generation, the raw material is injected into the fuel gas passage by the replacement gas supply means, and the atmosphere of the fuel gas passage is The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the fuel cell power generation system is replaced with a raw material. 前記置換ガス供給手段が、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前記置換ガスとして注入するバイパス手段を備える請求項１記載の燃料電池発電システム。The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the replacement gas supply unit includes a bypass unit that bypasses the fuel gas generation unit and injects the raw material into the fuel gas flow path as the replacement gas. 前記原料が、都市ガスである請求項１記載の燃料電池発電システム。The fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the raw material is city gas. 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開始前において、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置換工程を備え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 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 An operation method of a fuel cell power generation system comprising fuel gas supply means for supplying the fuel gas to a gas flow path, wherein the raw material is injected into the fuel gas flow path before starting the power generation of the fuel cell, and A method for operating a fuel cell power generation system comprising a replacement step of replacing an atmosphere of a fuel gas flow path with the raw material. 前記置換工程が、前記燃料ガス生成手段をバイパスして前記燃料ガス流路に前記原料を注入し、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６記載の燃料電池発電システムの運転方法。7. The fuel cell power generation according to claim 6, wherein the replacing step is a step of injecting the raw material into the fuel gas flow path by bypassing the fuel gas generating means, and replacing the atmosphere of the fuel gas flow path with the raw material. How to operate the system.
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