JP4703936B2

JP4703936B2 - 燃料電池発電設備とその運転停止方法

Info

Publication number: JP4703936B2
Application number: JP2002297255A
Authority: JP
Inventors: 宏明大原; 康朗山中; 実水澤; 和典小林
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: JP2004134227A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電設備とその運転停止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池（ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＰＥＦＣ）は、図３の原理図に示すように、電解質にプロトン（Ｈ⁺）導電性を有する高分子膜１を用い、この膜の両側に薄い多孔質Ｐｔ触媒電極２（アノードとカソード）を付けた構造を有する。それぞれの電極にＨ₂およびＯ₂を供給し、室温〜１００℃前後で動作させると、Ｈ₂はＨ₂極（アノード）でＨ⁺ に酸化され、Ｈ⁺は膜内を移動してＯ₂極（カソード）に到達する。一方ｅ^- は外部回路を通って電気的な仕事をしたのち、Ｏ₂極に到達する。Ｏ₂極ではＯ₂が到達したＨ⁺およびｅ^-と反応してＨ₂Ｏに還元される。従って、全体反応は、水素が酸化して水が形成される反応である。
【０００３】
上述した固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電設備は、例えば、［特許文献１］に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３５４１４５号公報
【０００５】
図４は、特許文献１に開示された燃料電池発電設備の全体構成図である。この図において、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは熱交換器（ガスガス熱交換器）、８ａ，８ｂは冷却器、９は加湿器、１１は燃料ブロア、１２は脱硫器、１３は水噴射器、１４はシフトコンバータ、１５はＣＯ除去器、１６は水噴射クーラ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃは水セパレータ、１８は補助燃焼器、１９はターボチャージャ、２０は固体高分子型燃料電池（燃料電池）、２２は改質器、２２ａは燃焼器、２４は排ガスリサイクルライン、２５はアノード排ガスブロア、２６は排ガス循環ブロア、２８は蒸気発生器、２９は冷却水循環系、３０は排ガス蒸気発生器である。
【０００６】
上述した固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、ＣＯに被毒されやすく、そのため、電池が許容できる１０〜１００ｐｐｍ程度までＣＯ含有量を低減する必要がある。そのため、特許文献１の発電設備では、改質器２２の下流にシフトコンバータ１４およびＣＯ除去器１５を設けてＣＯ含有量を低減している。また、ＰＥＦＣは、電解質膜（膜／電解質接合体）が適度に湿っている必要がある。そのため、特許文献１の発電設備では、ＣＯ除去器１５を出たアノードガスを水噴射クーラ１６で電池入口温度（例えば約８０℃前後）まで下げる過程で水分を除去すると共にカソードガスにも加湿するようになっている。
【０００７】
上述した固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電設備の運転を停止する場合、改質反応器２２、シフト反応器１４およびＣＯ除去反応器１５からなる燃料改質装置（以下、これらの反応器をそれぞれ「触媒反応器」と呼ぶ）や燃料電池２０の触媒を内蔵する反応器の性能劣化を防止する必要がある。また、触媒反応器の前後を遮断して内部を単に閉じ込めると、高温ガス（最大運転温度、約７００℃）が常温まで冷却されたときにガス容量が減少して内部が負圧となり、触媒反応器の容器が変形し触媒反応器に損傷を与えるおそれがある。
【０００８】
そこで従来は、図５に模式的に示すように、燃料改質装置にガスボンベ４とガス供給ライン５を設け、運転を停止後に水素パージ、窒素パージ又は水蒸気パージを行っていた。
【０００９】
水素パージは、反応停止後に各触媒反応器内を水素ガスでパージし、ガスライン出入口（原料供給弁１０、アノード入口弁２０ａ、アノードバイパス弁２０ｂ）を閉切って燃料改質装置の各触媒反応器内を閉切りにする。温度低下に伴って反応器内の圧力が下がると共に水素ガスをガスボンベ４とガス供給ライン５から補充することで、反応器の圧力が負圧になることを避ける手段である。そのために改質反応器２２の上流側に水素ガス供給ライン及び水素ボンベを設けるものである。
【００１０】
窒素パージは、同様に、反応停止後に触媒を含む反応器内を窒素ガスでパージし、ガスライン入口出口を閉切って燃料改質装置を閉切りにする。温度低下に伴って反応器内の圧力が下がると共に窒素ガスを補充することで、反応器の圧力が負圧になることを避ける手段である。そのために改質反応器２２の上流側に窒素ガス供給ライン及び窒素ボンベを設けるものである。
【００１１】
水蒸気パージは、反応停止後に触媒を含む反応器内を水蒸気ガスでパージし、ガスライン入口出口を閉切って燃料改質装置を閉切りにする。温度低下に伴って反応器内の圧力が下がると共に空気を補充することで、反応器の圧力が負圧になることを避ける手段である。
【００１２】
また、他の運転停止手段として、［特許文献２］が開示されている。
【００１３】
【特許文献２】
特開２００２−１００３８７号公報
【００１４】
特許文献２の「改質システム」は、図６に示すように、改質空気、メタノール及び水を用いて改質部１１１、ＣＯ選択酸化部１１２により改質をして改質ガスを生成して燃料電池部１１３に供給する改質システムにおいて、システム停止時に、第１温度計測部１４１で計測された改質部１１１の温度値及び第２温度計測部１４３で計測されたＣＯ選択酸化部１１２の温度値、及び圧力計測部１４２で計測された第２流路１２２の圧力値を用いて、改質部１１１及びＣＯ選択酸化部１１２内に残存する改質ガスの圧力値が常温時に常圧となる圧力値を演算し、演算して得た圧力値とするようにシャットオフ弁１３１及び第１流量調整弁１３２を制御する制御部１４４を備えるものである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した水素パージは、水素パージは、水素ガスを用いるため、各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる利点があるが、ボンベ交換が必要であり、メンテナンス性および経済メリットが低い。また、水素ガスは高価である問題点がある。
【００１６】
また、窒素パージは、窒素ガスを用いるため、安価である利点があるが、水素パージと同様にボンベ交換が必要であり、メンテナンス性および経済メリットが低い問題点がある。
【００１７】
水蒸気パージは、窒素パージよりも更に安価であるが、空気及び水蒸気により触媒の酸化反応を引き起こして触媒を劣化させ、或いは酸化により反応器部が高温化し、その劣化を促進するおそれがある。
また、特許文献２の「改質システム」は、改質部１１１及びＣＯ選択酸化部１１２内に残存する改質ガスの圧力値が常温時に常圧となる圧力値を演算し、演算して得た圧力値とするようにシャットオフ弁１３１及び第１流量調整弁１３２を制御するため、パージガスを必要としないが、運転制御が複雑である、運転停止後内圧が常圧となるまで長時間制御を継続する必要がある、シャットオフ弁１３１を通して空気が流入し触媒の酸化反応を引き起こして触媒を劣化させ、或いは酸化により反応器部が高温化し、その劣化を促進するおそれがある等の問題点があった。
【００１８】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制でき、かつ制御が容易である燃料電池発電設備とその運転停止方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、互いに連通された複数の触媒反応器と、該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、該排気ラインの途中に設けられた貯留バッファ（３６）とを備え、該貯留バッファと排気ラインの全排気ライン内容積Ｖが、運転停止後に排気ライン内のアノード排ガスが逆流して前記触媒反応器に導入されるときに排気ラインの外部から導入される空気が前記排気調節弁まで到達しない程度の大きさに設定されていることを特徴とする燃料電池発電設備が提供される。
【００２０】
本発明の構成によれば、貯留バッファ（３６）と排気ライン（３４）の全排気ライン内容積Ｖが、運転停止後に排気ライン内のアノード排ガスが逆流して前記触媒反応器に導入されるときに排気ラインの外部から導入される空気が前記排気調節弁まで到達しない程度の大きさに設定されているので、停止時に原料遮断弁（３２ａ）を全閉し、触媒反応器内の負圧化を防止するために排気調節弁（３３）を開いても、排気ライン（３４）内のガスは停止まえに排気されたアノード排ガス（水素を含み還元性ガス）であり、各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる。
すなわち、外部から新たに排気ライン（３４）に導入された空気は、排気調節弁（３３）から最も遠い部分に導入されるので、空気が各触媒反応器内に供給されるのを間に残存するアノード排ガスで防止できる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する負圧防止装置（４０）を備える。
この構成により、負圧防止装置（４０）により触媒反応器内の圧力が正圧のときには、内部のアノード排ガスを正圧のまま保持できるので貯留バッファ（３６）の必要容積を小さくできる。
【００２２】
前記負圧防止装置（４０）は、複数の触媒反応器内の圧力を検出する圧力検出器（３７ａ）と、触媒反応器内の圧力により排気調節弁（３３）を開く圧力制御器（３７ｂ）とからなる。
この構成で、圧力検出器（３７ａ）と簡単な圧力制御器（３７ｂ）の組み合せで、触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入することができる。
【００２３】
前記負圧防止装置（４０）は、触媒反応器内の圧力が負圧のときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入する逆止弁（３８）である。
この構成により、逆止弁（３８）のみで、触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入することができ、制御を更に容易にでき、かつ制御電源を不要にできる。
【００２４】
前記複数の触媒反応器は、原料を改質する改質反応器と、改質した改質ガス中のＣＯをシフト反応させるシフト反応器と、改質ガス中のＣＯを除去するＣＯ除去反応器とである。また、前記排気ライン（３４）は、アノード排ガス用の気液分離器と、燃料電池を出たアノード排ガスを気液分離器まで導く上流側排ガスライン（３４ａ）と、気液分離器を出たアノード排ガスを燃焼器まで導く下流側排ガスライン（３４ｂ）とからなり、前記燃焼器は、運転停止後、大気開放され、前記貯留バッファ（３６）は、下流側排ガスライン（３４ｂ）に設けられている。
この構成により、外部から新たに下流側排ガスライン（３４ｂ）に導入された空気を、貯留バッファ（３６）内に貯留し、上流側排ガスライン（３４ａ）の存在により空気が排気調節弁（３３）まで導入されるのを効果的に防止できる。
【００２５】
また本発明によれば、互いに連通された複数の触媒反応器と、該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、該排気ラインの途中に設けられた貯留バッファ（３６）とを備えた燃料電池発電設備の運転停止方法であって、貯留バッファと排気ラインの全排気ライン内容積Ｖを、運転停止後に排気ライン内のアノード排ガスが逆流して前記触媒反応器に導入されるときに排気ラインの外部から導入される空気が前記排気調節弁まで到達しない程度の大きさに設定し、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する、ことを特徴とする燃料電池発電設備の運転停止方法が提供される。
【００２６】
上記本発明の方法によれば、貯留バッファ（３６）と排気ライン（３４）の全排気ライン内容積Ｖを、運転停止後に排気ライン内のアノード排ガスが逆流して前記触媒反応器に導入されるときに排気ラインの外部から導入される空気が前記排気調節弁まで到達しない程度の大きさに設定するので、停止時に原料遮断弁（３２ａ）を全閉し、触媒反応器内の負圧化を防止するために排気調節弁（３３）を開いても、排気ライン（３４）内のガスは停止まえに排気されたアノード排ガス（水素を含み還元性ガス）であり、各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる。
すなわち、外部から新たに排気ライン（３４）に導入された空気は、排気調節弁（３３）から最も遠い部分に導入されるので、空気が各触媒反応器内に供給されるのを間に残存するアノード排ガスで防止できる。
従って、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制できる。
また、触媒反応器内の圧力が正圧のときには、内部のアノード排ガスを正圧のまま保持できるので貯留バッファ（３６）の必要容積を小さくできる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【００２８】
図１は、本発明の燃料電池発電設備の第１実施形態を示す全体構成図である。この図に示すように、本発明の電池発電設備は、互いに連通された複数の触媒反応器２２、１４、１５、２０と、複数の触媒反応器の最上流端に原料及び水を供給する原料遮断弁３２ａを有する原料ライン３２と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁３３と、排気調節弁３３から外部に連通する排気ライン３４と、排気ライン３４の途中に設けられた貯留バッファ３６とを備える。
【００２９】
この例において、複数の触媒反応器２２、１４、１５は、原料及び水を改質する改質反応器２２と、改質した改質ガス中のＣＯをシフト反応させるシフト反応器１４と、改質ガス中のＣＯを除去するＣＯ除去反応器１５とである。また燃料電池２０は、改質ガスをアノードガスとする固体高分子型燃料電池である。
燃料電池２０には図示しないカソードガス（空気を含む）が別途供給され、アノードガスとカソードガスにより図３に示した原理で発電する。燃料電池２０から出たアノード排ガスは、気液分離器１７ｂで水分を除去した後、燃焼器２２ａに供給され、ここで燃焼した高温ガスを発生する。発生した高温ガスはこの例では改質反応器２２、シフト反応器１４、及びＣＯ除去反応器１５を外部から間接加熱した後、外部に排気される。
なお本発明は上述した構成に限定されず、その他の構成の燃料電池発電設備であってもよい。
【００３０】
本発明によれば、貯留バッファ３６と排気ライン３４の全排気ライン内容積Ｖが、原料遮断弁３２ａから排気調節弁３３までに封入される全ガス量の停止時と常温常圧時の容積差ΔＶよりも十分大きく設定されている。
原料遮断弁３２ａから排気調節弁３３までに封入される全ガス量Ｖ１の常温常圧時（２７℃、１ａｔｍ）の容積Ｖ２は、原料遮断弁３２ａと排気調節弁３３を閉じたときの内部圧力をＰ１（ａｔｍ）、平均温度をＴ１（℃）とすると、Ｖ２＝Ｖ１×（Ｐ１／１）×（２７３＋２７）／（２７３＋Ｔ１）で表すことができる。
従って、停止時と常温常圧時の容積差ΔＶ＝Ｖ１-Ｖ２は、停止時（遮断時）の内部圧力が大きいほど小さく、平均温度が高いほど大きくなる。すなわち、例えば、停止時（遮断時）の内部圧力が常圧（１ａｔｍ）であり、平均温度が３２７℃の場合には、容積差ΔＶはＶ１のほぼ半分であり、貯留バッファ３６を十分大きく設定する必要がある。また逆に、停止時（遮断時）の内部圧力が正圧であれば、容積差ΔＶは小さくなり、貯留バッファ３６も小型化できる。
なお厳密には、全排気ライン内容積Ｖも温度低下の影響を受けるので、これを加味した容量に貯留バッファ３６を設定するのがよい。
【００３１】
図１において、排気ライン３４は、アノード排ガス用の気液分離器１７ｂと、燃料電池２０を出たアノード排ガスを気液分離器１７ｂまで導く上流側排ガスライン３４ａと、気液分離器１７ｂを出たアノード排ガスを燃焼器２２ａまで導く下流側排ガスライン３４ｂとからなる。貯留バッファ３６は、下流側排ガスライン３４ｂに設けられている。
貯留バッファ３６は、運転停止後、大気開放される燃焼器２２ａから、流入する空気（大気）が、下流側から上流側に順に移動するように構成されている。すなわち。貯留バッファ３６に流入した空気が下流側からほぼプラグフローのように流れるように構成する。このような流れは、貯留バッファ３６を細長い１本の管路として構成することにより実現できる。
また、このような流れを実現できる限りで、排気ライン３４（気液分離器１７ｂ、上流側排ガスライン３４ａ、及び下流側排ガスライン３４ｂ）の容積を大きく設定し、その分、貯留バッファ３６を小型にしてもよい。
【００３２】
図１において、本発明の好ましい実施形態によれば、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに原料遮断弁３２ａと排気調節弁３３を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン３４内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する負圧防止装置４０を備える。
この負圧防止装置４０は、図１の例では、複数の触媒反応器内の圧力を検出する圧力検出器３７ａと、触媒反応器内の圧力により排気調節弁３３を開く圧力制御器３７ｂとからなる。
この構成で、圧力検出器３７ａと簡単な圧力制御器３７ｂの組み合せで、触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン３４内のガスを触媒反応器内に導入することができる。
【００３３】
図２は、本発明の燃料電池発電設備の第２実施形態を示す部分構成図である。この例において、負圧防止装置４０は、触媒反応器内の圧力が負圧のときに、排気ライン３４内のガスを触媒反応器内に導入する逆止弁３８である。
この構成により、逆止弁３８のみで、触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン３４内のガスを触媒反応器内に導入することができ、制御を更に容易にでき、かつ制御電源を不要にできる。
【００３４】
また本発明の方法では、貯留バッファ３６と排気ライン３４の全排気ライン内容積Ｖを、原料遮断弁３２ａから排気調節弁３３までに封入される全ガス量の停止時と常温常圧時の容積差ΔＶよりも十分大きく設定し、運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに原料遮断弁３２ａと排気調節弁３３を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン３４内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する。
【００３５】
すなわち、本発明の方法では、以下の操作手順で窒素パージレス操作を行う。
（１）運転停止時後、原料／水ラインを閉鎖し、燃料処理装置からアノード出口気液分離器までの閉鎖弁を開き、バーナまでのラインを空気ラインに接続して開放する。
（２）燃料処理装置内における原料ラインが停止に伴って温度低下し、各反応器内が負圧にならないようにバーナ以降空気が押し込まれる形で、ラインを逆流してくる。
アノード出口気液分離器の容積を増し、反応器側に引込まれる改質ガス量を十分にとり、反応器に空気が入り込まない設計とする。
また、アノード出口気液分離器以降のラインに、改質ガスを貯蔵するタンクもしくは十分な内容量（径および長さ）を持つ配管を設置する。
【００３６】
上述した本発明の方法及び装置によれば、貯留バッファ３６と排気ライン３４の全排気ライン内容積Ｖが、原料遮断弁３２ａから排気調節弁３３までに封入される全ガス量の停止時と常温常圧時の容積差ΔＶよりも十分大きく設定されているので、停止時に原料遮断弁３２ａを全閉し、触媒反応器内の負圧化を防止するために排気調節弁３３を開いても、排気ライン３４内のガスは停止まえに排気されたアノード排ガス（水素を含み還元性ガス）であり、各触媒反応器内を還元雰囲気に保持できる。
すなわち、外部から新たに排気ライン３４に導入された空気は、排気調節弁３３から最も遠い部分に導入されるので、空気が各触媒反応器内に供給されるのを間に残存するアノード排ガスで防止できる。
従って、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制できる。
【００３７】
また、外部から新たに下流側排ガスライン３４ｂに導入された空気を、貯留バッファ３６内に貯留し、上流側排ガスライン３４ａの存在により空気が排気調節弁３３まで導入されるのを効果的に防止できる。
更に、負圧防止装置４０により触媒反応器内の圧力が正圧のときには、内部のアノード排ガスを正圧のまま保持できるので貯留バッファ３６の必要容積を小さくできる。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、以下の特徴を有する。
（１）水素ガスや窒素ガスを用いないことで、交換用のガスボンベもしくはガス供給が不要となる。
（２）水素ガスや窒素ガスを使ったパージ手段に比べて、発電ユニット停止後の制御操作が容易になる。
（３）停止後に触媒反応器への空気の侵入を避けることができ、触媒の酸化に伴う性能劣化を防止することができる。
（４）停止後に触媒反応器への空気の侵入を避けることができ、燃料処理装置内の高温化を避けることができる。
【００４０】
従って、本発明の燃料電池発電設備とその運転停止方法は、パージガスを必要とせずに各触媒反応器内を還元雰囲気に保持でき、触媒の酸化反応を防止してその劣化と高温化を抑制でき、かつ制御が容易である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電設備の第１実施形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明の燃料電池発電設備の第２実施形態を示す部分構成図である。
【図３】固体高分子型燃料電池の原理図である。
【図４】従来の固体高分子型燃料電池発電設備の全体構成図である。
【図５】従来の燃料電池発電設備の運転停止方法の模式図である。
【図６】従来の別の運転停止方法の模式図である。
【符号の説明】
１イオン交換膜（高分子膜）、２電極、
４ガスボンベ、５ガス供給ライン、
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ熱交換器（ガスガス熱交換器）、
８ａ，８ｂ冷却器、９加湿器、１０原料供給弁、
１１燃料ブロア、１２脱硫器、１３水噴射器、
１４ａ，１４ｂシフトコンバータ、１５ＣＯ除去器、
１６水噴射クーラ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ水セパレータ、
１８補助燃焼器、１９ターボチャージャ、
２０固体高分子型燃料電池（燃料電池）、
２２プレート型改質器、２２ａ燃焼器、
２４排ガスリサイクルライン、２５アノード排ガスブロア、
２６排ガス循環ブロア、２８蒸気発生器、
２９冷却水循環系、３０排ガス蒸気発生器、
３２原料ライン、３２ａ原料遮断弁、
３３排気調節弁、３４排気ライン、
３６貯留バッファ、３７ａ圧力検出器、
３７ｂ圧力制御器、３８逆止弁、
４０負圧防止装置

Claims

互いに連通された複数の触媒反応器と、
該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、
複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、
該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、
該排気ラインの途中に設けられた貯留バッファ（３６）とを備え、
該貯留バッファと排気ラインの全排気ライン内容積Ｖが、運転停止後に排気ライン内のアノード排ガスが逆流して前記触媒反応器に導入されるときに排気ラインの外部から導入される空気が前記排気調節弁まで到達しない程度の大きさに設定されていることを特徴とする燃料電池発電設備。
運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する負圧防止装置（４０）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
前記負圧防止装置（４０）は、複数の触媒反応器内の圧力を検出する圧力検出器（３７ａ）と、触媒反応器内の圧力により排気調節弁（３２ａ）を開く圧力制御器（３７ｂ）とからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電設備。
前記負圧防止装置（４０）は、触媒反応器内の圧力が負圧のときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入する逆止弁（３８）である、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電設備。
前記複数の触媒反応器は、原料を改質する改質反応器と、改質した改質ガス中のＣＯをシフト反応させるシフト反応器と、改質ガス中のＣＯを除去するＣＯ除去反応器とである、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備。
前記排気ライン（３４）は、アノード排ガス用の気液分離器と、燃料電池を出たアノード排ガスを気液分離器まで導く上流側排ガスライン（３４ａ）と、気液分離器を出たアノード排ガスを燃焼器まで導く下流側排ガスライン（３４ｂ）とからなり、
前記燃焼器は、運転停止後、大気開放され、前記貯留バッファ（３６）は、下流側排ガスライン（３４ｂ）に設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電設備。
互いに連通された複数の触媒反応器と、該複数の触媒反応器の最上流端に原料を供給する原料遮断弁（３２ａ）を有する原料ライン（３２）と、複数の触媒反応器の最下流端に設けられた排気調節弁（３３）と、該排気調節弁から外部に連通する排気ライン（３４）と、該排気ラインの途中に設けられた貯留バッファ（３６）とを備えた燃料電池発電設備の運転停止方法であって、
貯留バッファと排気ラインの全排気ライン内容積Ｖを、運転停止後に排気ライン内のアノード排ガスが逆流して前記触媒反応器に導入されるときに排気ラインの外部から導入される空気が前記排気調節弁まで到達しない程度の大きさに設定し、
運転停止後、触媒反応器内の圧力が正圧のときに前記原料遮断弁（３２ａ）と排気調節弁（３３）を全閉し、
次いで触媒反応器内の圧力が負圧に切り替わったときに、排気ライン（３４）内のガスを触媒反応器内に導入して負圧の上昇を抑制する、ことを特徴とする燃料電池発電設備の運転停止方法。