JP5271522B2

JP5271522B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法

Info

Publication number: JP5271522B2
Application number: JP2007246200A
Authority: JP
Inventors: 明彦福永; 淳秋本; 哲夫大川; 学樋渡; 丈井深; 修平咲間; 義宏堀; 茂浅井; 安美山口; 勝巳津田; 洋一緑川; 琢也増山
Original assignee: JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: JP2009076398A

Description

この発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。

燃料電池システムとして、例えば特許文献１に開示されてものがある。このような燃料電池システムは、水素製造装置と燃料電池とを備えている。水素製造装置は、灯油等の水素製造用原料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する改質部と、改質部からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択酸化する選択酸化部とを有する。

燃料電池は、電池セルが積層されてなり、アノード側に水素製造装置で生成された水素リッチな改質ガスが供給され、カソード側に空気が供給されることで、酸素と水素との電気化学的な反応により発電を行う。
特開２００５−６０１７２号公報

このような燃料電池システムにおいては、燃料電池に供給される改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）が増えたり、燃料電池において水詰まりが生じたりすることで、電池出力が大きく低下することがあるが、従来のシステムでは、このような大きな出力低下が生じた場合、システム全体を停止させていたため、再起動に時間を要してダウンタイムが長くなり、システムの利用効率が悪くなるという問題があった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、ダウンタイムを少なくしてシステムの利用効率を高めることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、水素製造用原料を改質して水素リッチな改質ガスを製造する水素製造装置と、生成した改質ガスを利用して発電を行う燃料電池と、前記水素製造装置から前記燃料電池に前記改質ガスを送る供給ラインと、前記水素製造装置から所定の退避場所に前記改質ガスを送る退避ラインと、発電中における前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記出力電圧が閾値を下回った場合に、前記供給ラインから前記燃料電池への前記改質ガスの供給を停止すると共に、前記退避ラインに前記改質ガスが流れるように流路を切替制御する制御手段と、を備え、前記水素製造装置は、前記改質ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素除去触媒により除去する一酸化炭素除去部を有し、前記制御手段は、前記出力電圧が閾値を下回った場合に、前記一酸化炭素除去部の温度を還元に適した温度範囲まで上昇させることを特徴とする。

このシステムでは、燃料電池の出力電圧を検出することで、燃料電池の出力低下を検知した場合に、供給ラインから燃料電池への改質ガスの供給を停止することで、燃料電池による発電を中止すると共に、退避ラインに改質ガスを流して水素製造装置の運転を継続することができる。このように、水素製造装置を稼動した状態で燃料電池の運転を停止することができるため、燃料電池にダメージが生じる前に燃料電池の運転を停止し、水詰まりなど燃料電池の側に問題がある場合においては燃料電池を所定時間だけ休ませた後、また水素製造装置側に問題がある場合においては水素製造装置の運転を継続させた状態で様子見したり必要に応じてメンテナンスしたりした後、すぐにシステムを立ち上がらせることができ、システム全体を停止させる場合と比べて、ダウンタイムが少なくなってシステムの利用効率を高めることができる。さらに、改質ガス中の一酸化炭素濃度の増加が燃料電池の出力低下の要因である場合に、一酸化炭素除去部を還元に適した温度に上昇させて改質ガスにより還元することで、一酸化炭素除去触媒を復元させることができる。

制御手段は、出力電圧の低下速度が閾値を上回った場合に、供給ラインから燃料電池への改質ガスの供給を停止すると共に、退避ラインに改質ガスが流れるように流路を切替制御することを特徴としてもよい。

一酸化炭素除去部は、改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化して低減させる選択酸化部を有し、制御手段は、出力電圧が閾値を下回った場合に、選択酸化部への空気の供給量を低減させることを特徴としてもよい。このようにすれば、酸素源を減らすことで、選択酸化部における選択酸化触媒の還元を促進することができる。
また、制御手段は、出力電圧が閾値を下回った場合に、選択酸化部への空気の供給量をゼロより大きい所定量に低減させることを特徴としてもよい。

水素製造装置は、改質のための熱源としてのバーナを有しており、所定の退避場所はバーナを含み、退避ラインはバーナと接続されていることを特徴としてもよい。このようにすれば、改質ガスをバーナの燃料として利用することができ、改質ガスを無駄にすることなく有効利用が図られる。

本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、水素製造装置において水素製造用原料を改質して水素リッチな改質ガスを製造し、水素製造装置の一酸化炭素除去部において改質ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素除去触媒により除去し、生成した改質ガスを利用して燃料電池において電気化学反応によって発電を行う燃料電池システムの運転方法であって、発電中における燃料電池の出力電圧が閾値を下回った場合に、燃料電池への改質ガスの供給を停止して発電を中止すると共に、水素製造装置からの改質ガスを所定の退避場所に送り、一酸化炭素除去部の温度を還元に適した温度範囲まで上昇させることを特徴とする。

この運転方法では、燃料電池の出力電圧が閾値を下回り、燃料電池の出力低下を検知した場合に、供給ラインから燃料電池への改質ガスの供給を停止することで、燃料電池による発電を中止すると共に、退避ラインに改質ガスを流して水素製造装置の運転を継続することができる。このように、水素製造装置を稼動した状態で燃料電池の運転を停止することができるため、燃料電池にダメージが生じる前に燃料電池の運転を停止し、水詰まりなど燃料電池の側に問題がある場合においては燃料電池を所定時間だけ休ませた後、また水素製造装置側に問題がある場合においては水素製造装置の運転を継続させた状態で様子見したり必要に応じてメンテナンスしたりした後、すぐにシステムを立ち上がらせることができ、システム全体を停止させる場合と比べて、ダウンタイムが少なくなってシステムの利用効率を高めることができる。さらに、改質ガス中の一酸化炭素濃度の増加が燃料電池の出力低下の要因である場合に、一酸化炭素除去部を還元に適した温度に上昇させて改質ガスにより還元することで、一酸化炭素除去触媒を復元させることができる。

本発明によれば、ダウンタイムを少なくしてシステムの利用効率を高めることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示すように、燃料電池システム１は、水素製造装置（ＦＰＳ）１０、燃料電池２０、電圧検出装置３０、制御装置４０、バーナ燃料供給装置５０、水素製造用原料供給装置６０、冷却水供給装置７０、及び空気供給装置８０を備えている。

ＦＰＳ１０は、水素製造用原料供給装置６０からの水素製造用原料を利用して、水素リッチな改質ガスを生成する。水素製造用原料としては、水蒸気改質により水素を含む改質ガスを得られる物質であれば使用できる。例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることができる。工業用あるいは民生用に安価に入手できる原料として、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、メタン、都市ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）を挙げることができ、また石油から得られるガソリン、ナフサ、灯油、軽油など炭化水素油を挙げることができる。これらの中でも、液体原料が好ましく、特に灯油は入手容易でありその取扱が容易であるため好ましい。

このＦＰＳ１０は、改質部１１、バーナ１２、シフト部１３、及び選択酸化部１４を有している。改質部１１は、改質用水を用いて水素製造用原料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを生成する。水蒸気改質のための改質触媒としては、例えば、ニッケル系、ルテニウム系、ロジウム系等の金属をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものが挙げられる。バーナ１２は、吸熱反応である水蒸気改質に必要な熱を供給する。このバーナ１２は、システム１の起動時には、バーナ燃料供給装置５０からの燃料を燃焼させる。また、システム１の通常運転時には、燃料電池２０で使用されずに排出された改質ガスの余剰分であるオフガスを燃焼させる。また、システム１の異常時には、ＦＰＳ１０で製造した改質ガスを燃焼させる。これについては後述する。

シフト部１３は、シフト触媒を用いて水性シフト反応により改質ガス中のＣＯを数千ｐｐｍ程度まで除去する。シフト触媒としては、例えば、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｒ等をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものが挙げられる。シフト触媒による水性シフト反応が活性化される温度範囲は、触媒の種類により異なるものの、凡そ２００〜５００℃の範囲である。

選択酸化部１４は、選択酸化触媒を用いて選択酸化により改質ガス中のＣＯを数十ｐｐｍ程度まで除去する。選択酸化触媒としては、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ等をアルミナやジルコニア等からなる担体に担持させたものが挙げられる。選択酸化触媒による選択酸化反応が活性化される温度範囲は、触媒の種類により異なるものの、凡そ１２０〜１８０℃の範囲である。また、選択酸化触媒の還元が促進される温度範囲は、触媒の種類により異なるものの、凡そ２００〜２５０℃の範囲である。

空気供給装置８０は、選択酸化部１４における選択酸化反応に必要な酸素源としての空気を、選択酸化部１４に供給する。

冷却水供給装置７０は、発熱反応である水性シフト反応を行うシフト部１３、及び発熱反応である選択酸化反応を行う選択酸化部１４を冷却するための冷却水を供給する。

燃料電池２０は、固体高分子形（ＰＥＦＣ）の電池スタックであり、複数の電池セルが積み重ねられて構成され、ＦＰＳ１０で生成された改質ガスを用いて発電する。電池セルは、アノードと、カソードと、アノード及びカソード間に配置された電解質である高分子のイオン交換膜とを有しており、アノード側に改質ガスを導入させると共に、カソード側に空気を導入させることで、各電池セルにおいて電気化学的な発電反応が行われる。

改質ガス供給ラインＬ１は、ＦＰＳ１０の選択酸化部１４と燃料電池２０とを接続し、ＦＰＳ１０で生成された改質ガスを燃料電池２０に供給する。この改質ガス供給ラインＬ１上には、改質ガスの流量を調整するための第１調整弁９１が設けられている。

退避ラインＬ２は、ＦＰＳ１０の選択酸化部１４とバーナ（所定の退避場所）１２とを接続し、ＦＰＳ１０で生成された改質ガスをバーナ１２に供給する。この退避ラインＬ２上には、改質ガスの流量を調整するための第２調整弁９２が設けられている。

オフガスラインＬ３は、燃料電池２０とバーナ１２とを接続し、燃料電池２０で使用されずに余った改質ガスをバーナ１２に供給する。このオフガスラインＬ３上には、改質ガスの流量を調整するための第３調整弁９３が設けられている。

電圧検出装置３０は、燃料電池２０における発電により生じた出力電圧Ｖを検出する。制御装置４０は、この燃料電池システム１の全体を制御する。特に、制御装置４０は、電圧検出装置３０で検出された出力電圧Ｖに基づいて、第１〜第３調整弁９１〜９３を開閉制御し、改質ガス及びオフガスの流路を切替制御する。これについては後述する。また、制御装置４０は、バーナ燃料供給装置５０からのバーナ燃料の供給量や、水素製造用原料供給装置６０からの水素製造用原料の供給量Ｆを制御する。更に、制御装置４０は、冷却水供給装置７０からの冷却水の供給量Ｌや、空気供給装置８０からの空気の供給量Ｄを制御する。

次に、上記した燃料電池システム１の運転方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。

通常運転時においては、図１に示すように、水素製造用原料供給装置６０から改質部１１に灯油などの水素製造用原料が供給され、改質用水を用いて水蒸気改質により、水素リッチな改質ガスが生成される。改質部１１で生成された改質ガスは、シフト部１３に送られて水性シフト反応により改質ガス中の一酸化炭素が数千ｐｐｍ程度まで除去される。更に、シフト部１３から改質ガスが選択酸化部１４に送られ、選択酸化反応により改質ガス中の一酸化炭素が数十ｐｐｍ程度まで除去される。このとき、選択酸化部１４には空気供給装置８０から選択酸化反応に必要な空気が供給される。また、これらシフト部１３や選択酸化部１４における水性シフト反応や選択酸化反応は発熱反応であるため、シフト触媒や選択酸化触媒の活性化に好適な温度範囲に温度調整するために、冷却水供給装置７０から所定流量の冷却水が供給される。

選択酸化部１４において数十ｐｐｍ程度まで一酸化炭素が除去された改質ガスは、改質ガス供給ラインＬ１を通して燃料電池２０に送られる。このとき、改質ガス供給ラインＬ１上の第１調整弁９１は開けられている一方、第２調整弁９２は閉じられている。また、オフガスラインＬ３上の第３調整弁９３は開けられている。

燃料電池２０では、アノード側に改質ガスが導入されると共に、カソード側に空気が導入されることで、各電池セルにおいて電気化学的な発電反応が行われる。そして、燃料電池２０において使用されずに余った改質ガスが、オフガスとしてオフガスラインＬ３を通してバーナ１２に送られる。これにより、バーナ１２でオフガスが燃焼され、改質部１１における吸熱反応に必要な熱が供給される。

このような通常運転時において、図１及び図２に示すように、まず、電圧検出装置３０により燃料電池２０の出力電圧Ｖを検出する（ステップＳ２０１）。次に、制御装置４０において、検出した出力電圧Ｖが閾値Ｖ_th1以上であると判定されると、異常は発生していないとして通常の運転を続ける（ステップＳ２０２）。

一方、ステップＳ２０２において、検出した出力電圧Ｖが閾値Ｖ_th1を下回ると判定されると、図３（ａ）及び図３（ｆ）に示すように、ＦＰＳ１０からの改質ガス中の一酸化炭素濃度Ｎの増加や燃料電池２０の水詰まりなど不具合が発生したと判断する。そして、ステップＳ２０２における判定がＹＥＳである場合は、制御装置４０は、第１調整弁９１を閉じて改質ガス供給ラインＬ１から燃料電池２０への改質ガスの供給を停止する。これと同時に、退避ラインＬ２に改質ガスが流れるように、退避ラインＬ２上の第２調整弁９２を開けると共にオフガスラインＬ３上の第３調整弁９３を閉じる（ステップＳ２０３）。これにより、図３（ａ）に示すように、時刻Ｔ１において燃料電池２０の発電が中止され、出力電圧Ｖがゼロになる。

これと併せて、図３（ｂ）に示すように、制御装置４０は、ＦＰＳ１０の熱バランスを維持するために水素製造用原料の供給量Ｆを通常量Ｆ_ｎから所定量Ｆ_Ｒまで減らす（ステップＳ２０４）。また、制御装置４０は、冷却水供給装置７０からの冷却水の供給量Ｌを通常量Ｌ_ｎから所定量Ｌ_Ｒまで減らす（ステップＳ２０５）。これにより、選択酸化部１４の選択酸化触媒において還元が促進される温度範囲まで温度が上昇される。なお、図３（ｄ）には、選択酸化部１４の温度Ｔが通常温度Ｔ_ｎから所定温度Ｔ_Ｒまで上昇する様子が示されている。更に、選択酸化部１４での選択酸化触媒の還元を促進すべく、制御装置４０は、空気供給装置８０からの空気の供給量Ｄを通常量Ｄ_ｎから所定量Ｄ_Ｒまで減らす（ステップＳ２０６）。ここで、空気の供給量Ｄは、通常時の１／１０以下まで低減されると好ましく、更に１％以下まで低減されるとより好ましい。本実施形態では、所定量Ｄ_Ｒをゼロとしている。しかしながら、極微量の空気を供給すれば、燃焼熱により触媒層の温度を上昇させることが可能である。したがって、触媒層を還元に適した温度まで上昇させるために必要なバーナ若しくはヒーターなどのエネルギーを低減することが可能となるため、空気の供給量は必ずしもゼロとする必要はない。

この状態で、改質部１１で生成した改質ガスを選択酸化部１４に通すことで、選択酸化触媒が還元され、触媒が再活性化される。このとき、選択酸化部１４を出た改質ガスは、退避ラインＬ２を通してバーナ１２に送られ、そこで燃焼される。

次に、制御装置４０は、還元に必要な所定時間（Ｔ３−Ｔ２）が経過したか否かを判定し（ステップＳ２０７）、所定時間が経過していれば、還元が完了したとして、制御装置４０は、図３（ｃ）に示すように、冷却水供給装置７０からの冷却水の供給量Ｌを通常量Ｌ_ｎに戻す（ステップＳ２０８）。これにより、選択酸化部１４の選択酸化触媒が一酸化炭素除去のため活性化される温度範囲まで冷却される。なお、図３（ｄ）には、選択酸化部１４の温度Ｔが通常温度Ｔ_ｎまで温度低下する様子が示されている。また、制御装置４０は、図３（ｅ）に示すように、選択酸化部１４への空気供給量Ｄを通常量Ｄ_ｎに戻す（ステップＳ２０９）。また、制御装置４０は、図３（ｂ）に示すように、水素製造用原料供給装置６０からの水素製造用原料の供給量Ｆを通常量Ｆ_ｎに戻す（ステップＳ２１０）。

この状態においては、選択酸化触媒が還元により再活性化されているため、図３（ｆ）に示すように、閾値Ｎ_th1まで増加していた改質ガス中の一酸化炭素濃度Ｎが、通常量Ｎ_ｎまで低減されている。

そして、制御装置４０は、第２調整弁９２を閉じて退避ラインＬ２からバーナ１２への改質ガスの供給を停止する。これと同時に、改質ガス供給ラインＬ１に改質ガスが流れるように、改質ガス供給ラインＬ１上の第１調整弁９１を開けると共にオフガスラインＬ３上の第３調整弁９３を開ける（ステップＳ２１１）。これにより、図３（ａ）に示すように、時刻Ｔ４から燃料電池２０での発電が開始され、その後、水素製造用原料の供給量を規定の量まで増加させることにより、出力電圧Ｖが徐々に通常の出力電圧Ｖ_ｎまで戻る。

なお、上記実施形態では、改質ガス供給ラインＬ１から燃料電池２０への改質ガスの供給を停止する工程において、流路を即時に切替える場合について説明したが、燃料電池２０の耐久性を考慮して、供給量を徐々に低減することが好ましい。そして、退避ラインＬ２への流路の切り替えは、ＦＰＳ１０の熱バランスを維持するため、発電量が十分に低減されてから切り替えることが好ましい。このように、燃料電池２０への改質ガスの供給を徐々に低減した後流路を切替える場合は、流路を即時に切替える図３の場合と異なり、図４（ａ）に示すように、電池電圧は一度上昇した後でゼロになる。一方で電池電流は、図４（ｇ）に示すように、漸次減少する。また、ガス量が減少することで、図４（ｄ）に示すように、ＰＲＯＸ温度は一度減少する。なお、冷却水流量は、図４（ｃ）に示すように、Ｔ１からＴ２の間は一定に維持しておく。

以上詳述したように、第１実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池２０の出力電圧Ｖを検出することで、燃料電池２０の出力低下を検知した場合に、改質ガス供給ラインＬ１から燃料電池２０への改質ガスの供給を停止することで、燃料電池２０による発電を中止すると共に、退避ラインＬ２に改質ガスを流してＦＰＳ１０の運転を継続することができる。このように、ＦＰＳ１０を稼動した状態で燃料電池２０の運転を停止することができるため、燃料電池２０にダメージが生じる前に燃料電池２０の運転を停止し、燃料電池２０の出力電圧Ｖが閾値Ｖ_th1を下回る場合のように、水詰まりなど燃料電池２０の側に問題がある場合においては、燃料電池２０を所定時間だけ休ませた後、またＣＯ濃度の増加などＦＰＳ１０側に問題がある場合においてはＦＰＳ１０の運転を継続させた状態で様子見したり必要に応じてメンテナンスしたりした後、すぐにシステム１を立ち上がらせることができ、システム１全体を停止させる場合と比べて、ダウンタイムが少なくなってシステム１の利用効率を高めることができる。

また、燃料電池２０の出力電圧Ｖが閾値Ｖ_th1を下回り、改質ガス中の一酸化炭素濃度Ｎの増加が燃料電池２０の出力低下の要因であってＦＰＳ１０側に問題がある場合においては、選択酸化部１４の温度を還元に適した温度範囲まで上昇させるため、選択酸化部１４の触媒を改質ガスにより還元することで触媒を復元させることができる。その後で、すぐにシステム１を立ち上がらせることができるため、システム１全体を停止させる場合と比べて、ダウンタイムが少なくなってシステム１の利用効率を高めることができる。

また、還元時において選択酸化部１４への空気の供給量Ｄを低減させるため、酸素源を減らすことで、選択酸化部１４における選択酸化触媒の還元を促進することができる。

また、異常時に改質ガスを退避させる退避ラインＬ２はバーナ１２と接続されているため、異常時に改質ガスの流路を切り替えて、改質ガスをバーナ１２の燃料として利用することができ、改質ガスを無駄にすることなく有効利用することができる。

なお、上記した第１実施形態では、電圧検出装置３０において燃料電池２０の出力電圧Ｖを検出し、これに基づいて制御装置４０における制御を行っていたが、電圧検出装置３０において燃料電池２０の出力電圧の低下速度Ｗを検出し、これに基づいて制御装置４０における制御を行ってもよい。すなわち、図６のフローチャートに示すように、ステップＳ５０１において燃料電池２０の出力電圧の低下速度Ｗを検出し、検出した低下速度Ｗが閾値Ｗ_th1を下回るか否か判定して、以降の制御を行ってもよい。ここで、出力電圧の低下速度Ｗは正の値で示され、出力電圧の減少度合いが小さいほど低下速度が大きくなる。

このように、この変形例では、出力電圧の低下速度Ｗに基づいて制御するのであるが、燃料電池２０の水詰まり、燃料不足などの不具合等による突発的な出力低下は、出力電圧の低下速度Ｗとして顕著に現れるため、出力電圧Ｖよりも早期に確実に検知することが可能となる。すなわち、図５に示すように、突発的な出力低下が生じる場合は、出力電圧が閾値Ｖ_th1を下回るまで待つ必要はなく、出力電圧の低下速度Ｗが閾値Ｗ_th1を下回った場合に、速やかに改質ガス供給ラインＬ１から燃料電池２０への改質ガスの供給を停止することで、燃料電池２０による発電を中止すると共に、退避ラインＬ２に改質ガスを流してＦＰＳ１０の運転を継続することができるため、システムの利用効率を高めるためには、より有効な制御となる。なお、図６におけるステップＳ５０３〜ステップＳ５１１までの処理は、それぞれ図２のフローチャートにおける、テップＳ２０３〜ステップＳ２１１までの処理と同様である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、退避ラインＬ２をバーナ１２に接続し、改質ガスをバーナ１２の燃料として利用していたが、燃料電池２０の停止中は改質ガスをバーナ１２以外の他の場所に送って貯蔵等してもよい。

また、上記した実施形態では、異常時における選択酸化部１４の温度調整を冷却水量Ｌを調整することで行っていたが、冷却水量Ｌの調整以外に、ヒータ等の加熱手段により温度調整してもよい。

第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図１の燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。流路を即時に切替える場合の、燃料電池の出力電圧、原料供給量、冷却水量、ＰＲＯＸ温度、空気供給量、及び改質ガス中のＣＯ濃度の関係を示すグラフである。改質ガスの供給を徐々に低減した後流路を切替える場合の、燃料電池の出力電圧、原料供給量、冷却水量、ＰＲＯＸ温度、空気供給量、改質ガス中のＣＯ濃度、及び電池電流の関係を示すグラフである。燃料電池の出力電圧の低下とその回復を示すグラフである。図１の燃料電池システムの運転方法の変形例を示すフローチャートである。

符号の説明

１，１０１…燃料電池システム、１０…水素製造装置（ＦＰＳ）、１１…改質部、１２…バーナ、１３…シフト部、１４…選択酸化部（一酸化炭素除去部）、２０…燃料電池、３０…電圧検出装置（電圧検出手段）、４０…制御装置(制御手段)、５０…バーナ燃料供給装置、６０…水素製造用原料供給装置、７０…冷却水供給装置、８０…空気供給装置、９１…第１調整弁、９２…第２調整弁、９３…第３調整弁、Ｌ１…改質ガス供給ライン（供給ライン）、Ｌ２…退避ライン、Ｌ３…オフガスライン。

Claims

水素製造用原料を改質して水素リッチな改質ガスを製造する水素製造装置と、
生成した改質ガスを利用して発電を行う燃料電池と、
前記水素製造装置から前記燃料電池に前記改質ガスを送る供給ラインと、
前記水素製造装置から所定の退避場所に前記改質ガスを送る退避ラインと、
発電中における前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記出力電圧が閾値を下回った場合に、前記供給ラインから前記燃料電池への前記改質ガスの供給を停止すると共に、前記退避ラインに前記改質ガスが流れるように流路を切替制御する制御手段と、を備え、
前記水素製造装置は、前記改質ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素除去触媒により除去する一酸化炭素除去部を有し、
前記制御手段は、前記出力電圧が閾値を下回った場合に、前記一酸化炭素除去部の温度を還元に適した温度範囲まで上昇させることを特徴とする燃料電池システム。
前記制御手段は、前記出力電圧の低下速度が閾値を上回った場合に、前記供給ラインから前記燃料電池への前記改質ガスの供給を停止すると共に、前記退避ラインに前記改質ガスが流れるように流路を切替制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記一酸化炭素除去部は、前記改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化して低減させる選択酸化部を有し、
前記制御手段は、前記出力電圧が閾値を下回った場合に、前記選択酸化部への空気の供給量を低減させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記制御手段は、前記出力電圧が閾値を下回った場合に、前記選択酸化部への空気の供給量をゼロより大きい所定量に低減させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
前記水素製造装置は、前記改質のための熱源としてのバーナを有しており、
前記所定の退避場所は前記バーナを含み、前記退避ラインは前記バーナと接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
水素製造装置において水素製造用原料を改質して水素リッチな改質ガスを製造し、前記水素製造装置の一酸化炭素除去部において前記改質ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素除去触媒により除去し、生成した改質ガスを利用して燃料電池において電気化学反応によって発電を行う燃料電池システムの運転方法であって、
発電中における前記燃料電池の出力電圧が閾値を下回った場合に、前記燃料電池への前記改質ガスの供給を停止して発電を中止すると共に、前記水素製造装置からの改質ガスを所定の退避場所に送り、前記一酸化炭素除去部の温度を還元に適した温度範囲まで上昇させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。