JP4098258B2 - 燃料電池用ガス改質システム - Google Patents

Description

本発明は原料を改質して改質ガスとする改質系を有する燃料電池用ガス改質システムに関する。

従来、燃料電池用ガス改質システムは、天然ガス等の原料ガスを改質して改質ガスを生成する改質系と、改質系で改質された改質ガスを燃料電池の燃料極に供給する供給通路と、供給通路を開閉するバルブとをもつ。天然ガス等の原料ガスを改質系で改質させて改質ガスとする。そして、供給通路のバルブを開放することにより、その改質ガスを燃料電池の燃料極に供給し、燃料電池の燃料極における発電に供する。燃料電池の運転を停止するときには、改質系に残留している残留ガスを改質系から追い出すことが好ましい。改質系に担持されている触媒が残留ガスの影響で劣化してしまう等のためである。そこで従来では、窒素ガス等のパージガスを改質系に供給し、パージガスを改質系に封入することにしている。

特許文献１には、燃料電池から排出された排ガスを燃焼処理してバーナ排ガスを生成する排ガス用バーナと、燃焼処理されたバーナ排ガスから酸素を除去して不活性ガスを生成する酸素ガス除去装置と、この不活性ガスを蓄えるタンクと、タンク内の不活性ガスを供給して可燃性ガスを燃料電池システムから追い出すと共に、燃料電池システムの可燃性ガスを不活性ガスで置換するバルブとを有する燃料電池システムが開示されている。

また特許文献２には、燃料電池の燃料極（アノード）から吐出されたガスを触媒燃焼器で酸素含有ガスと混合燃焼させて、酸化雰囲気ガスを生成し、酸化雰囲気ガスを燃料電池の酸化剤極に供給して酸化剤極をパージする燃料電池のパージガス方法が開示されている。

また特許文献３には、水蒸気を生成する水蒸発器と、原料を蒸発させ水蒸気と混合することにより原料ガスを生成する原料蒸発器と、原料ガスから改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、燃料電池のシステム停止時に、水蒸発器からの高温の水蒸気を改質器に供給して水蒸気により改質器をパージし、その後、空気を改質器に供給する原料改質システムが開示されている。また特許文献３によれば、水蒸気により改質器をパージした後、空気を改質器に供給して空気で改質器をパージすることにしている。これにより改質ガスを改質器から追い出すことにしている。
特開平６−２０３８６５号公報 特開２０００−２４３４２３号公報 特開２００３−１１２９０５号公報

上記したように燃料電池の運転を停止するとき、改質系に残留している残留ガスを改質系から追い出すことが好ましい。このため窒素ガス等のパージガスを改質系に供給し、パージガスを改質系に封入することにしている。この場合、パージガスを貯留する大きなパージガスタンクが別途必要とされ、設備が複雑化及び大型化する。

特許文献１も同様に、パージガスである不活性ガスを蓄える大きなパージガスタンクが別途必要とされ、設備が複雑化及び大型化する。特許文献２は燃料電池のパージを対象とするものの、改質系のパージを対象とするものではない。

また特許文献３によれば、燃料電池発電システム停止時に、水蒸気により改質器をパージし、その後、空気を改質器にパージするものである。

本発明は上記した従来の方式とは異なる方式を採用し、改質系の運転を停止するとき、改質系に残留する残留ガスを効果的に追い出すことができ、改質系の耐久性を向上させるのに有利な燃料電池用ガス改質システムを提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムは、原料水を蒸発させた水蒸気により原料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質系と、改質系に原料を供給する原料供給通路と、改質系で水蒸気改質された改質ガスを燃料電池に供給する供給通路とを具備する燃料電池用ガス改質システムにおいて、

改質系の運転を停止するとき、改質系に残留している水が改質系の余熱により水蒸気化することに基づいて改質系の内圧を増加させる改質系増圧手段と、
改質系増圧手段で改質系の内圧を増圧させた後に、改質系内に残留している残留ガスを噴出させる改質系噴出手段とを具備することを特徴とするものである。
改質系の運転を停止するとき（一般的には燃料電池の発電運転を停止するとき）には、改質系増圧手段は、改質系に残留している水が改質系の余熱により水蒸気化することに基づいて、改質系の内圧を増加させる。その後、改質系噴出手段は、改質系増圧手段で増圧された改質系内の残留ガスを急激に噴出させる。この結果、改質系内に残留している残留ガス、異物等を改質系から効果的に放出させることができる。従って、改質系に残留している残留ガスの濃度が低減され、改質系の触媒などが残留ガスで劣化することが抑制される。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、改質系に残留している残留ガスの濃度が効果的に低減され、改質系の触媒などが残留ガスで劣化することが抑制され、改質系の耐久性を向上させるのに有利である。

このため、窒素ガス等の不活性のパージガスで改質系をパージする操作を廃止または軽減させることができる。故に、パージガスを貯留しておくパージガス用タンクを廃止することができる。またパージガス用タンクを設けるとしても、パージガス用タンクの容量を低減させることができる。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムは、原料を改質して改質ガスを生成する改質系と、改質系に原料を供給する原料供給通路と、改質系で改質された改質ガスを燃料電池に供給する供給通路とを具備しており、更に、改質系の内圧を増加させる改質系増圧手段と、改質系増圧手段で増圧された改質系内に残留している残留ガスを噴出させる改質系噴出手段とを具備する。

原料としてはガス状原料を採用することができ、場合によっては、液状原料を採用することができる。ガス状原料としては例えば天然ガスまたは都市ガスなどを採用することができ、メタン、プロパン、ブタンなどを例示できる。液状原料としてはガソリン、メタノールを採用することができる。

改質系の運転を停止させるときには、改質系増圧手段が改質系の内圧を増加させる。その後、改質系噴出手段は、増圧された改質系内の残留ガスを急激に噴出させて改質系の内圧を減少させる。即ち、改質系内に残留している高圧化された残留ガスを改質系から急激に噴出させる。これにより改質系に残留している残留ガスの濃度が効果的に低減される。よって、改質系に担持されている触媒などが残留ガスで劣化することが抑制され、改質系の耐久性を向上させることができる。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、改質系噴出手段は、改質系内に残留している残留ガスを単位時間当たり間欠的に複数回噴出させる形態を採用することができる。このように改質系増圧手段で増圧された改質系内の残留ガスを間欠的に複数回噴出させれば、改質系の残留ガスを改質系から良好に追い出すことができる。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、改質系は、原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、原料水から水蒸気を生成する蒸発部と、改質器及び／または蒸発部を加熱する燃焼器と、燃焼器に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガスバルブとを有する形態を採用することができる。この場合、改質系増圧手段は、改質系の内圧を増加させるため、改質器及び／または蒸発部の高温状態、保温状態を長く維持するように、燃焼用ガスバルブの閉鎖を遅延させる形態を採用することができる。この場合、改質系の運転を停止するときにおいて燃焼用ガスバルブの閉鎖が遅延するため、燃焼器の燃焼状態、ひいては改質器の高温状態をできるだけ長く維持することができ、改質器の増圧回数を増加させるのに有利である。従って、改質系の残留ガスの噴出回数を増加させるのに有利となる。上記した遅延の程度としては、改質系の容量等にもよるが、改質ガスとなる原料を改質系に供給することを停止した時刻から、例えば０．１〜６０分間程度、０．１〜３０分間程度、０．３〜１０分間程度とすることができる。但しこれらに限定されるものではない。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、改質系と燃料電池との間に入口バルブが設けられている形態を採用できる。この場合、改質系増圧手段は少なくとも入口バルブを閉鎖することにより、改質系の内圧を増加させる形態を採用することができる。

また、本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、改質系の運転を停止させるとき、原料バルブを閉鎖すれば、原料が改質系に流入することが抑止される。これにより改質系に含まれている触媒が原料によって改質系の運転停止中に劣化することが抑制される。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、改質系は、改質器を加熱する燃焼器と、改質器で生成された改質ガスを燃焼器に供給して燃焼器で燃焼させるバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを有しており、且つ、改質系増圧手段は入口バルブと共にバイパスバルブを閉鎖することにより、改質系の内圧を増加させる形態を採用できる。このように入口バルブ及びバイパスバルブの双方を閉鎖すれば、改質系の内圧を効果的に増加させるのに有利である。なおバイパス通路は、例えば改質器の運転開始当初等において、改質器で生成された改質ガスを燃焼器に供給して燃焼器で燃焼させる通路とすることができる。

本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、改質系噴出手段は、バイパスバルブを開放することにより改質系の内圧を減圧させる形態を採用することができる。また、改質系の内圧を検知する内圧検知手段が設けられており、改質系噴出手段は、内圧検知手段が検知した内圧が上限設定値に到達したとき、改質系内の残留ガスを急激に噴出させるように設定されている形態を採用することができる。また、改質系増圧手段は、残留ガスを急激に噴出させた時刻から設定時間経過したとき、あるいは、内圧検知手段が検知した内圧が下限設定値に到達したとき、改質系内の残留ガスを増加させるように設定されている形態を採用することができる。このようにすれば、改質系内の残留ガスを間欠的に噴出させることができる。

また、本発明に係る燃料電池用ガス改質システムによれば、バイパス通路は独立して複数並設されており、バイパスバルブは複数のバイパス通路に個別に設けられている形態を採用することができる。この場合、改質系内の残留ガスを噴出させるとき、複数のバイパス通路のうち一方から噴出させる操作と、複数のバイパス通路のうち他方から噴出させる操作とを時間的に個別に行えば、改質器における清浄化の度合を場所的に平均化させるのに有利となる。

以下、本発明の実施例１について図１及び図２を参照しつつ具体的に説明する。本実施例に係る燃料電池用のガス改質システムは、定置用または車両搭載用であり、原料としての原料ガス（例えば天然ガスまたは都市ガス）を改質して水素がリッチな改質ガスを生成する改質系１と、改質系１で原料ガスを改質して形成された改質ガスを燃料電池５の燃料極５０に供給する供給通路３と、制御装置４とを有する。

燃料電池５は、改質ガスが供給される燃料極５０と,酸化剤供給通路５９を経て酸化剤としての酸素を含む空気が供給される酸化剤極５１,これらに挟持された電解質膜５２を有する。

制御装置４は、改質系１の運転を停止するとき改質系１の内圧を増加させる改質系増圧手段と、改質系増圧手段で増圧された後に、改質系１内に残留している残留ガスを急激に噴出させて改質系１の内圧を減少させる改質系噴出手段とを実現する。

図１に示すように、改質系１は、原料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器１０と、改質ガスの原料となる原料ガスを改質器１０に供給する原料供給通路としての原料ガス供給通路１１と、原料ガス供給通路１１を開閉する原料バルブとしての原料ガスバルブ１２とを有する。

更に図１に示すように、改質系１は、改質器１０を加熱するバーナ式の燃焼器１３と、燃焼用ガスを燃焼器１３に供給する燃焼用ガス通路２０と、燃焼用ガス通路２０を開閉する燃焼用ガスバルブ２１と、改質系１の運転開始当初において改質器１０で生成された改質ガスを燃焼器１３に供給して燃焼器１３で燃焼させるバイパス通路１４と、バイパス通路１４を開閉するバイパスバルブ１５と、改質反応で使用する水蒸気の原料となる原料水を蒸発させて水蒸気とする蒸発部１６と、水蒸気となる原料水を蒸発部１６に供給する原料水供給通路１７と、原料水供給通路１７を開閉する蒸発バルブ１８とを備えている。

制御装置は信号線１２ｗ,２１ｗ,１５ｗ，１８ｗ,１９ｗにより原料ガスバルブ１２、燃焼用ガスバルブ２１、バイパスバルブ１５と、蒸発バルブ１８、入口バルブ１９を制御する。

供給通路３は改質器１０の出口１０ｅと燃料電池５の燃料極５０とを繋ぐ。供給通路３において、燃料電池５の燃料極５０の上流に入口バルブ１９が設けられている。改質器１０の内圧を検知する内圧検知手段としての圧力計３３が供給通路３のうち改質器１０寄りの部位に設けられている。

燃料電池５の発電運転を開始するとき、燃焼用ガスバルブ２１が開放して燃焼用ガス通路２０から燃焼用ガスが燃焼器１３に供給され、燃焼器１３は加熱される。燃焼器１３は改質器１０を改質反応に適するように、約５００〜約１１００℃、殊に約６００〜約９００℃に加熱する。燃焼器１３の熱は蒸発部１６にも伝達されるため、蒸発部１６も原料水から水蒸気を生成できるように加熱される。

このように改質器１０が改質反応に適するように加熱されている状態で、制御装置４により蒸発バルブ１８及び原料ガスバルブ１２が開放される。蒸発バルブ１８の開放により、原料水供給通路１７から原料水が蒸発部１６に供給され、水蒸気が蒸発部１６で生成される。生成された水蒸気は改質器１０の水蒸気入口１０ａに供給される。原料ガスバルブ１２の開放により、原料ガス供給通路１１の原料ガスは、改質器１０の原料ガス入口１０ｂから改質器１０内に供給される。この結果、高温状態の改質器１０において水蒸気と原料ガスとが混合され、改質反応が生じる。この結果、燃料電池５での発電反応に適する改質ガスが改質器１０において生成される。

改質系１の運転開始当初では改質器１０の能力が充分発揮できないため、改質ガスを燃料電池５への供給しないようにする。このため入口バルブ１９は閉鎖されているが、制御装置４はバイパスバルブ１５を開放する。これにより改質系１の運転開始当初では、改質器１０で生成された改質ガスは、バイパス通路１４及びバイパスバルブ１５を経て改質系１の燃焼器１３に供給され、燃焼器１３で燃焼され、改質器１０の加熱に再利用される。

改質系１の作動が安定し、良好な改質ガスが得られるようになったときには、制御装置４は、バイパスバルブ１５を閉鎖すると共に入口バルブ１９を開放する。これにより改質器１０で生成された改質ガスは、供給通路３及び入口バルブ１９を経て燃料電池５の燃料極５０に供給される。この結果、燃料電池５の酸化剤極５１に供給された酸化剤ガスと共に、発電反応に使用される。

燃料電池５の通常の発電運転中ではバイパスバルブ１５は閉じている。このため、改質器１０で生成された改質ガスは、供給通路３及び入口バルブ１９を介して燃料電池５の燃料極５０に供給されるものの、バイパス通路１４を経て燃焼器１３には供給されない。燃料電池５の通常の発電運転中では、燃焼用ガスバルブ２１が開放して燃焼用ガス通路２０から燃焼用ガスが燃焼器１３に供給され、これにより改質器１０の高温状態が維持される。

また、燃料電池５の発電運転を停止するときには、改質ガスの生成を停止すべく、改質系１の運転も停止する。このように改質系１の運転を停止するとき、改質系増圧手段を構成する制御装置４は、バイバスバルブ１５の閉鎖を維持しつつ、入口バルブ１９を閉鎖する。これにより改質器１０で生成された改質ガスが燃料電池５の燃料極５０に流入することが抑止され、燃料電池５における発電運転が停止される。このとき改質器１０は余熱を有しており、改質器１０及び／または蒸発部１６に残留している水が加熱されて水蒸気となるため、改質器１０の内圧が次第に増加する。改質器１０の内圧を高めるため、蒸発バルブ１８及び原料ガスバルブ１２を閉鎖することが好ましい。

上記したように燃料電池５の発電運転を停止するときには、制御装置４は原料ガスバルブ１２を閉鎖する。これにより改質用の原料ガスが改質器１０に流入することが抑止される。この結果、燃料電池５の発電運転停止中において、改質系１に含まれている触媒が原料ガスにより劣化することが抑制される。

なお、水蒸気が不足しており改質器１０の内圧の増加が充分でないときには、蒸発バルブ１８を適宜開放することにより、水蒸気となる原料水を蒸発部１６に適宜供給し、蒸発部１６で水蒸気を追加的に生成することが好ましい。

図２は改質器１０の内圧の変化過程を示す。図２に示すように、改質器１０の内圧は次第に増加していく。上記したように改質器１０の内圧は次第に増加したとき、圧力計３３が検知した内圧が上限設定値Ｐ１に到達すると（図２に示す時刻Ｔ１）、改質系噴出手段を構成する制御装置４は、バイパスバルブ１５を短時間開放（開放時間：ΔＴ）する。これにより改質器１０内に残留している残留ガスを、バイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て急激に噴出させる。このとき、改質器１０内に残留している残留ガス、改質器１０内に残留している異物等も噴出される。改質器１０から噴出された残留ガスは燃焼器１３に至り、燃焼器１３で燃焼され、改質器１０の保温に使用される。

上記したように改質器１０内に残留している残留ガスをバイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て噴出させると、改質器１０の内圧は急激に低下する。バイパスバルブ１５が設定時間（ΔＴ）開放すると、制御装置４はバイパスバルブ１５を閉鎖する。なお、バイパスバルブ１５を開放させる設定時間（ΔＴ）としては、改質器１０のサイズ、改質器１０の余熱の程度、改質器１０のガスの噴出の程度などによっても相違するが、例えば１０〜５０００ミリ秒、殊に１０〜２０００ミリ秒とすることができる。但し設定時間（ΔＴ）はこれらに限定されるものではない。

上記したように改質器１０内に残留している残留ガスをバイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て噴出させたとき、まだ改質器１０は余熱を有しており、改質器１０に残留している水の水蒸気化が進行するため、改質器１０の内圧が再び増加する。

上記したように改質器１０の内圧が再び上限設定値Ｐ１に到達すると（時刻Ｔ２）、改質系噴出手段を構成する制御装置４は、バイパスバルブ１５を短時間（ΔＴ）開放させる。これにより改質器１０内に残留している残留ガスをバイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て急激に改質器１０外に噴出させる。従って、バイパスバルブ１５は、改質器１０内に残留している残留ガスを改質器１０外に噴出させる噴出要素として機能することができる。このとき前述同様に、改質器１０内に残留している残留ガスや異物等も改質器１０外に噴出される。そして、改質器１０からバイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て噴出された残留ガスは、燃焼器１３で燃焼され、改質器１０の保温に使用される。以下、改質器１０の熱が保持されている間は、上記したバイバスバルブ１５の開放及び閉鎖が間欠的に繰り返される。

本実施例によれば、改質器１０から噴出された残留ガスは、燃焼器１３で燃焼されるため、改質器１０の保温時間を長くするのに有利となる。

燃焼用ガスバルブ２１の開放を継続しているときには、燃焼用ガス通路２０から燃焼用ガスが燃焼器１３に供給されるので、燃焼器１３の燃焼が維持され、ひいては改質器１０の高温状態が維持され、従って改質器１０は水蒸気を生成可能である。

残留ガスの噴出回数を増加させたいときには、バイパスバルブ１５の開放回数を増加させる必要がある。このため改質系１の運転が停止したとしても、燃焼用ガスバルブ２１の閉鎖を遅延させ、燃焼用ガスバルブ２１の開放を継続させることにより、燃焼用ガス通路２０から燃焼用ガスを燃焼器１３に供給して燃焼器１３の燃焼状態を維持させ、改質器１０の高温状態を維持させることが好ましい。即ち、改質器１０の改質運転を停止したとしても、改質器１０の高温状態を維持しておくことが好ましい。改質器１０のサイズらもよるが、第１回目の噴出を行った時刻から、１〜３０分間程度、殊に１〜１０分間程度、燃焼用ガスバルブ２１の開放を継続させて燃焼器１３の燃焼状態を維持させておくことが好ましい。他の実施例についても同様である。

そして改質器１０の内圧増加のための水蒸気が不足するときには、蒸発バルブ１８の開放により原料水を蒸発部１６に適宜供給し、水蒸気を蒸発部１６で適宜追加的に生成することが好ましい。他の実施例についても同様である。

なお、改質系１の運転を停止した状態では、最終的には、改質器１０に繋がるバルブは全て閉鎖されている。具体的には、入口バルブ１９，原料ガスバルブ１２，バイパスバルブ１５，燃焼用ガスバルブ２１，蒸発バルブ１８は閉鎖されている。このとき改質器１０はまだ熱を有するため、改質器１０の温度が時間経過により次第に低下すると、改質器１０内に残留している水蒸気が降温に伴い凝縮水として凝縮し、改質器１０内は減圧される。このように改質器１０内が減圧されていれば、改質器１０内の酸素が低減されているため、改質器１０の触媒の劣化抑制に有利である。改質器１０の減圧状態は、一般的な運転モードにおいて次の運転再開時まで維持される。また不使用時には改質器１０内が密閉されており、改質器１０内への空気の混入が抑制されており、この意味においても改質器１０の触媒の劣化抑制に有利である。

以上説明したように本実施例によれば、改質系１の運転を停止させるとき、まず改質器１０の内圧を増加させ、その後、バイパスバルブ１５の開放により改質器１０内に残留している残留ガスを急激に改質器１０外に噴出させる。このため、改質器１０の運転を停止するとき、改質器１０内に残留する残留ガスや異物を効果的に改質器１０外に放出させ、ひいては改質器１０内を清浄化させることができる。故に、改質器１０内の触媒などが残留ガス等で劣化することが抑制される。従って改質器１０の耐久性の向上に有利である。

以下、本発明の実施例２について図３を参照しつつ具体的に説明する。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１を準用することができる。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、実施例１の場合と同様に、改質器１０の運転を停止するとき、改質器１０や蒸発部１６に残留している水の水蒸気化が進行するため、上記したように改質器１０の内圧は次第に増加していく。この場合、圧力計３３が検知した内圧が上限設定値Ｐ１（図３参照）に到達すると、改質系噴出手段を構成する制御装置４は、バイパスバルブ１５を開放し、改質器１０内に残留している残留ガスをバイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て急激に噴出させる。このとき、改質器１０内に残留している残留ガスや異物等も改質器１０外に放出される。

上記したように改質器１０内の残留ガスをバイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て噴出させると、改質器１０の内圧は低下する。圧力計３３が検知した内圧が下限設定値Ｐ２（図３参照）に到達すると、制御装置４はバイパスバルブ１５を閉鎖する。このとき、まだ改質器１０は余熱を有しており、改質器１０に残留している水が水蒸気となるため、改質器１０の内圧が次第に増加する。

そして、上記したように改質器１０の内圧が上限設定値Ｐ１に再び到達すると、改質系噴出手段を構成する制御装置４は、バイパスバルブ１５を再び開放し、改質器１０内の残留ガスをバイパスバルブ１５及びバイパス通路１４を経て急激に噴出させる。このとき前述同様に、改質器１０内の残留ガス、改質器１０内に残留している異物等も改質器１０外に噴出される。

以下、改質器１０の熱が保持されている間は、圧力計３３が検知した内圧が上限設定値Ｐ１（図３参照）に到達すると、制御装置４はバイパスバルブ１５を開放し、圧力計３３が検知した内圧が下限設定値Ｐ２（図３参照）に到達すると、制御装置４はバイパスバルブ１５を閉鎖する。このように改質系１が保温されている間においては、上記のようなバイバスバルブ１５の開放及び閉鎖が間欠的に繰り返され、改質器１０の残留ガスの噴出操作が間欠的に繰り返される。

以上説明したように本実施例によれば、改質系１の運転を停止させるとき、まず改質器１０の内圧を増加させ、その後、バイパスバルブ１５の開放により改質器１０内の残留ガスを急激に（パルス的に）噴出させる。このため改質器１０内の残留ガスや異物を改質器１０外に効果的に噴出させることができ、改質器１０内の触媒などが劣化することが抑制され、改質器１０の耐久性の向上に有利である。

以下、本発明の実施例３について図４を参照しつつ具体的に説明する。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、改質器１０の出口１０ｅと燃焼器１３とを繋ぐバイパス通路１４とバイパス通路１４を開閉するバイパスバルブ１５が設けられている。その他に、バイパス通路１４と独立して改質器１０の出口１０ｋと燃焼器１３とを繋ぐ第２バイパス通路１４Ｂと、第２バイパス通路１４Ｂを開閉する第２バイパスバルブ１５Ｂが設けられている。改質器１０において出口１０ｅと出口１０ｋとは離れた場所に設定されている。

そして、改質器１０の残留ガスを噴出させるとき、制御装置４は、第２バイパスバルブ１５Ｂを閉鎖しつつバイパスバルブ１５を開放させ、バイパスバルブ１５を介して残留ガスを改質器１０外に噴出する。次回に改質器１０の残留ガスを噴出させるとき、あるいは、適宜のタイミングのとき、制御装置４は、バイパスバルブ１５を閉鎖しつつ第２バイパスバルブ１５Ｂを開放させ、第２バイパスバルブ１５Ｂを介して残留ガスを改質器１０外に噴出する。このようにバイパスバルブ１５の他に第２バイパスバルブ１５Ｂを時間をずらして開放させることにすれば、改質器１０内の清浄化について、改質器１０の場所によるバラツキを低減させることができる。殊に改質器１０のサイズが大きいときに有利である。

以下、本発明の実施例４について具体的に説明する。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する為、図１を準用することができる。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、噴出手段としてのバイパスバルブ１５の開口流路面積は可変とされている。前述した実施例１と同様に、改質系１の運転開始当初では改質器１０の能力が充分発揮できないため、改質ガスを燃料電池５への供給しないようにすべく、入口バルブ１９を閉鎖すると共にバイパスバルブ１５を開放する。これにより改質系１の運転開始当初では、改質器１０で生成された改質ガスは、バイパス通路１４及びバイパスバルブ１５を経て改質系１の燃焼器１３に供給され、燃焼器１３で燃焼され、改質器１０の加熱に再利用される。このときにおけるバイパスバルブ１５の開口流路面積をＳ１とする。

また、改質系１の運転を停止させるとき、改質器１０の内圧を増加させ、その後、バイパスバルブ１５の開放により改質器１０内の残留ガスを急激に噴出させる。このときにおけるバイパスバルブ１５の開口流路面積をＳ２とする。本実施例によれば、開口流路面積Ｓ２は開口流路面積Ｓ１よりも小さく設定されている（Ｓ２＜Ｓ１）。このため改質器１０内の残留ガスを噴出させる噴出性を向上させるのに有利となる。

（他の例）
上記した実施例によれば、燃焼器１３により改質器１０及び蒸発部１６の双方を加熱するが、蒸発部専用の燃焼器を設けることにしても良い。上記した実施例によれば、改質器１０内の残留ガスを噴出させるためにバイパスバルブ１５を用いるが、これに限らず、改質系１の運転を終了するとき、改質器１０内の残留ガスを噴出させる噴出専用のバルブを設けても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

本発明は例えば定置用や車両用等の燃料電池発電システムに利用することができる。

実施例１に係り、燃料電池５発電システムの改質系を示す構成図である。 実施例１に係り、改質器の内圧の変化状態を示すグラフである。 実施例２に係り、改質器の内圧の変化状態を示すグラフである。 実施例３に係り、燃料電池発電システムの改質系を示す構成図である。

符号の説明

図中、１は改質系、１０は改質器、１１は原料ガス供給通路（原料供給通路）、１２は原料ガスバルブ、１３は燃焼器、１４はバイパス通路、１５はバイパスバルブ、１６は蒸発部、３は供給通路、４は制御装置、５は燃料電池、５０は燃料極を示す。

Claims (7)

1. 原料水を蒸発させた水蒸気により原料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質系と、前記改質系に原料を供給する原料供給通路と、前記改質系で水蒸気改質された改質ガスを燃料電池に供給する供給通路とを具備する燃料電池用ガス改質システムにおいて、
   前記改質系の運転を停止するとき、前記改質系に残留している水が前記改質系の余熱により水蒸気化することに基づいて前記改質系の内圧を増加させる改質系増圧手段と、
   前記改質系増圧手段で前記改質系の内圧を増圧させた後に、前記改質系内に残留している残留ガスを噴出させる改質系噴出手段とを具備することを特徴とする燃料電池用ガス改質システム。
2. 請求項１において、前記改質系の内圧を検知する内圧検知手段が設けられており、前記改質系噴出手段は、前記内圧検知手段が検知した増圧する内圧が上限設定値に到達したとき、前記改質系内の残留ガスを噴出させることにより前記改質系の内圧を低下させることを特徴とする燃料電池用ガス改質システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記改質系は、原料を改質して改質ガスを生成する改質器と、原料水から水蒸気を生成する蒸発部と、前記改質器及び／または蒸発部を加熱する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガスバルブとを有しており、
   前記改質系の改質運転を停止するとき、前記改質系増圧手段は、前記改質系の内圧を増加させるため前記改質器及び／または前記蒸発部の保温状態を長く維持するように、前記燃焼用ガスバルブの閉鎖を遅延させることを特徴とする燃料電池用ガス改質システム。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記改質系と前記燃料電池との間に入口バルブが設けられており、前記改質系増圧手段は少なくとも前記入口バルブを閉鎖することにより前記改質系の内圧を増加させることを特徴とする燃料電池用ガス改質システム。
5. 請求項４において、前記改質系は、前記改質器を加熱する燃焼器と、前記改質器で生成された改質ガスを前記燃焼器に供給して前記燃焼器で燃焼させるバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを有しており、且つ、
   前記改質系増圧手段は、前記入口バルブと共に前記バイパスバルブを閉鎖することにより前記改質系の内圧を増加させることを特徴とする燃料電池用ガス改質システム。
6. 請求項２〜５のうちのいずれか一項において、前記改質系増圧手段は、前記改質系の残留ガスを前回噴出させた時刻から設定時間経過したとき、あるいは、前記内圧検知手段が検知した低下する内圧が下限設定値に到達したとき、前記改質系内の残留ガスを増加させるように設定されていることを特徴とする燃料電池用ガス改質システム。
7. 請求項５または６において、前記改質系噴出手段は、前記改質系内に残留している残留ガスを噴出させるにあたり、前記バイパスバルブを設定時間（１０〜５０００ミリ秒の範囲内の任意値）開放させることを特徴とする燃料電池用ガス改質システム。

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