JP5874041B2 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

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Description

本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。
燃料電池システムでは、酸化ガスと酸化反応をする触媒が用いられている。そこで、燃料電池システムの製造過程において、上記の触媒を装置内に密閉する前に、触媒の一部を酸化させ、空気中における触媒の安定性を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−１６９１００号公報
しかし、特許文献１には、酸化反応が起こる触媒に関して、燃料電池システム又は水素生成装置の廃棄、メンテ等で触媒を収納する容器から触媒を外部に取りだす際に行うべき処理については記載されていない。
本発明の一態様は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得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。
本発明の一態様の燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、酸化ガスと酸化反応をする触媒と、前記触媒に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、前記触媒を外部に取り出す前に、前記酸化ガス供給器を制御して前記触媒を酸化処理する制御器と、を備える。
また、本発明の一態様の燃料電池システムの運転方法は、運転中に燃料電池が水素含有ガスを用いて発電し、酸化ガスと酸化反応をする触媒を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器を制御して前記触媒を酸化処理する。
本発明の一態様の燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、従来に比べ、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図２は、第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図３は、第１実施形態の第３実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図４は、第１実施形態の第７実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図５は、第１実施形態の第８実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図６は、第１実施形態の第９実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図７は、第１実施形態の第１０実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図８は、第１実施形態の第１変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図９は、第１実施形態の第２変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図１０は、第１実施形態の燃料電池システムの制御方法の一例を示すタイミングチャートである。 図１１は、第１実施形態の燃料電池システムの制御方法の一例を示すタイミングチャートである。 図１２は、第１実施形態の燃料電池システムの制御方法の一例を示すタイミングチャートである。 図１３は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図１４は、第２実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図１５は、第３実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図１６は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図１７は、第５実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図１８は、第６実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図１９は、第６実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図２０は、第７実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図２１は、第７実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図２２は、第８実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図２３は、第８実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図２４は、第９実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
（第１実施形態）
発明者らは、廃棄処理、メンテ等で、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出したときの触媒の発熱量を低下させるために行うべき処理について鋭意検討し、以下の知見を得た。
燃料電池システム又は水素生成装置の廃棄において、触媒を収納する容器が解体され、酸化ガスと酸化反応する触媒が外部（大気）に開放されると、触媒の酸化反応が急激に進み、触媒が大量の熱を発生する。これは、廃棄処理を行う作業者にとって望ましくない。
そこで、発明者らは、例えば、触媒をその容器から外部に取り出す前に予め触媒を酸化処理してしまうことで、廃棄処理において、触媒をその容器から外部に取り出したときの触媒の発熱量を低下し得ることに想到した。
よって、第１実施形態の燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、酸化ガスと酸化反応をする触媒と、触媒に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、触媒を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器を制御して触媒を酸化処理する制御器とを備える。
また、第１実施形態の燃料電池システムの運転方法は、運転中に燃料電池が水素含有ガスを用いて発電し、酸化ガスと酸化反応をする触媒を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器を制御して触媒を酸化処理する。
以上により、従来に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
ここで、「触媒を外部に取り出す前」とは、燃料電池システムの発電停止から、触媒を外部に取り出すまでの期間を意味する。なお、上記燃料電池の発電停止は、その発電停止後に廃棄を控えている場合の燃料電池の発電停止となる。
従って、上記期間であれば、酸化処理はいずれのタイミングで実行しても構わない。例えば、酸化処理は、発電停止後の停止処理として実行されてもよいし、停止処理完了後に燃料電池システムに対して操作者から酸化処理を指令する入力がなされると実行してもよい。
［装置構成］
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図１に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、触媒４と、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。
燃料電池３は、水素含有ガスを用いて発電する。具体的には、燃料電池３では、空気中の酸素と上記水素含有ガス中の水素とが化学反応し、発電及び発熱が行われる。燃料電池３は、いずれの種類であっても良く、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。
触媒４は、酸化ガスと酸化反応をする。よって、燃料電池システム１００又は水素生成装置の廃棄処理等で、装置内が開放されると、触媒４の酸化反応が起こる。すると、触媒４は発熱する。酸化ガスとは、酸素を含有するガスである。酸化ガスとして、例えば、空気等が例示される。触媒４の具体例は、以下の実施例において述べる。
酸化ガス供給器６は、触媒４に酸化ガスを供給する。酸化ガス供給器６は、触媒４に酸化ガスを供給できれば、どのような構成あっても構わない。酸化ガス供給器６として、例えば、空気ブロア等が例示される。制御器７は、触媒４を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、触媒４をその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする触媒４上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理してもよい。
制御器７は、制御機能を備えるものであれば、どのような構成であっても構わない。制御器７は、例えば、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備えてもよい。演算処理部としては、例えば、ＭＰＵ、ＣＰＵ等が例示される。記憶部としては、例えば、メモリー等が例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもいい。
［動作］
以下、本実施形態の燃料電池システム１００の動作について図１を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、制御器７は、触媒４を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理する。
例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、触媒４をその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする触媒４上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理してもよい。
以上により、触媒４を外部に取り出す前に、触媒４の酸化処理が実行されるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出すときに、触媒４の酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第１実施例）
第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、制御器は、触媒を外部に取り出す前に、通常の発電停止時よりも多量の酸化ガスが触媒へ供給されるよう酸化ガス供給器を制御して触媒を酸化処理する。
また、第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の燃料電池システムの運転方法において、触媒を外部に取り出す前に、通常の発電停止時よりも多量の酸化ガスが触媒へ供給されるよう酸化ガス供給器を制御して触媒を酸化処理する。
以上により、触媒を外部に取り出す前に、通常の発電停止時よりも多量の酸化ガスを用いて、触媒の酸化処理が行われるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本実施例の燃料電池システムの装置構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図１を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、制御器７は、触媒４を外部に取り出す前に、通常の発電停止時よりも多量の酸化ガスが触媒４へ供給されるよう酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理する。具体的には、廃棄を控えた燃料電池システム１００の発電停止から触媒を容器から外部に取り出すまでの間に通常の発電停止時よりも累積供給量が多量の酸化ガスが触媒４へ供給される。
以上により、触媒４を外部に取り出す前に、通常の発電停止時よりも多量の酸化ガスを用いて、触媒４の酸化処理が行われるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出すときに、触媒４の酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第２実施例）
第１実施形態の第１実施例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、触媒が、卑金属を含む。
かかる構成により、従来に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、卑金属を含む触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図２は、第１実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図２に示す例において、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、触媒４Ｃと、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、酸化ガス供給器６及び制御器７については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
触媒４Ｃは、卑金属を含む。つまり、酸化ガスと酸化反応をする触媒４Ｃの触媒金属として、卑金属を例示できる。
触媒４Ｃは、燃料電池システム１００の運転において、還元状態を保つ必要があるので、廃棄処理において、触媒４Ｃを収納する容器から触媒４Ｃを外部に取り出すと、触媒４Ｃの酸化反応が急激に起こる。すると、触媒４Ｃは大量の熱を発生する。
なお、このような卑金属として、Ｎｉ、Ｃｕ又はＺｎ等が例示される。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図２を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、制御器７は、卑金属を含む触媒４Ｃを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して触媒４Ｃを酸化処理する。
以上により、卑金属を含む触媒４Ｃを外部に取り出す前に、この触媒４Ｃの酸化処理が行われるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒４Ｃを収納する容器から触媒４Ｃを外部に取り出すときに、触媒４Ｃの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第３実施例）
第１実施形態の第３実施例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、触媒を備える反応器を備え、制御器は、酸化処理において、反応器に少なくとも反応器の容積以上の酸化ガスが供給されるよう酸化ガス供給器を制御する。
また、第１実施形態の第３実施例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の燃料電池システムの運転方法において、酸化処理において、酸化ガス供給器は、触媒を備える反応器に少なくとも反応器の容積以上の酸化ガスを供給する。
以上により、反応器の容積以上の酸化ガスを用いて、触媒の酸化処理が行われるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
図３は、第１実施形態の第３実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図３に示す例において、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、触媒４と、反応器５と、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、触媒４、酸化ガス供給器６及び制御器７については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
反応器５は触媒４を備える。つまり、反応器５の内部に、触媒４が充填されている。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図３を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、制御器７は、酸化処理において、反応器５に少なくとも反応器５の容積以上の酸化ガスが供給されるよう酸化ガス供給器６を制御する。
なお、酸化処理において、反応器５に供給する酸化ガス量は、反応器５の容積以上であれば、どのような量でも構わない。例えば、触媒４で完全酸化を行い得る量（具体的には、反応器５の容積の３倍程度）の酸素を含む酸化ガスを触媒４に供給してもよい。
以上により、反応器５の容積以上の酸化ガスを用いて、触媒４の酸化処理が行われるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒４を収納する反応器５から触媒４を外部に取り出すときに、触媒４の酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第４実施例）
第１実施形態の第４実施例の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムにおいて、制御器は、酸化処理において、少なくとも触媒の酸化反応に必要なモル当量の酸素が供給されるよう酸化ガス供給器を制御する。
かかる構成により、触媒の酸化反応に必要なモル当量の酸素を用いて、触媒の酸化処理が行われるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
本実施例の燃料電池システムの装置構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図１を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、制御器７は、酸化処理において、少なくとも触媒４の酸化反応に必要なモル当量の酸素が供給されるよう酸化ガス供給器６を制御する。
以上により、触媒４の酸化反応に必要なモル当量の酸素を用いて、触媒４の酸化処理が行われるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出すときに、触媒４の酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第５実施例）
第１実施形態の第５実施例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第４実施例のいずれかの燃料電池システムにおいて、酸化処理において、触媒上に原料が流れていない期間を備える。
また、第１実施形態の第５実施例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、第１実施形態の第１及び第３実施例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、酸化処理において、触媒上に原料が流れていない期間を備える。
触媒の酸化処理において、触媒上に原料を流すと、原料の触媒燃焼により、原料と酸素とが反応し、触媒の酸化処理で利用される酸素の量が低減する可能性がある。しかし、上記のとおり、触媒の酸化処理において、触媒上に原料が流れていない期間を備えることで、このような可能性を低減できる。よって、触媒の酸化処理において触媒に原料が流れていない期間を備えていない場合に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第４実施例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１及び第３実施例のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本実施例の燃料電池システムの装置構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図１を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、制御器７は、触媒４を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理する。このとき、触媒４の酸化処理において、触媒４上に原料が流れていない期間を備える。なお、原料は、例えば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む。
触媒４の酸化処理において、触媒４上に原料を流すと、原料の触媒燃焼により、原料と酸素とが反応し、触媒４の酸化処理で利用される酸素の量が低減する可能性がある。しかし、上記のとおり、触媒４の酸化処理において、触媒４上に原料が流れていない期間を備えることで、このような可能性を低減できる。よって、触媒４の酸化処理において触媒４に原料が流れていない期間を備えていない場合に比べ、廃棄処理において、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出すときに、触媒４の酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第６実施例）
第１実施形態の第６実施例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第４実施例のいずれかの燃料電池システムにおいて、酸化処理において、触媒上に酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備える。
また、第１実施形態の第５実施例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、第１実施形態の第１及び第３実施例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、酸化処理において、触媒上に酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備える。
触媒の酸化処理において、触媒上に酸化ガス以外のガスを流すと、ガスの触媒燃焼により、ガスと酸素とが反応し、触媒の酸化処理で利用される酸素の量が低減する可能性がある。しかし、上記のとおり、触媒の酸化処理において、触媒上に酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備えることで、このような可能性を低減できる。よって、触媒の酸化処理において触媒に酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備えていない場合に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第４実施例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１及び第３実施例のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本実施例の燃料電池システムの装置構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図１を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、制御器７は、触媒４を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理する。このとき、触媒４の酸化処理において、触媒４上に酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備える。
触媒４の酸化処理において、触媒４上に酸化ガス以外のガスを流すと、ガスの触媒燃焼により、ガスと酸素とが反応し、触媒４の酸化処理で利用される酸素の量が低減する可能性がある。しかし、上記のとおり、触媒４の酸化処理において、触媒４上に酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備えることで、このような可能性を低減できる。よって、触媒４の酸化処理において触媒４に酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備えていない場合に比べ、廃棄処理において、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出すときに、触媒４の酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第７実施例）
第１実施形態の第７実施例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムにおいて、上記の触媒が、変成触媒である。
かかる構成により、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒を収納する容器から変成触媒を外部に取り出すときに、変成触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図４は、第１実施形態の第７実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図４に示す例において、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、変成触媒４Ａと、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、酸化ガス供給器６及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
燃料電池３が、例えば、高分子電解質形燃料電池である場合、酸化ガスと酸化反応をする触媒４として、変成触媒４Ａを例示できる。つまり、変成触媒４Ａは、燃料電池システム１００の運転において、還元状態を保つ必要があるので、廃棄処理において、変成触媒４Ａを収納する容器から変成触媒４Ａを外部に取り出すと、変成触媒４Ａの酸化反応が急激に起こる。すると、変成触媒４Ａは大量の熱を発生する。
なお、変成触媒４Ａの触媒金属としては、例えば、Ｃｕ又はＺｎ等が例示される。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図４を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。このとき、変成触媒４Ａ上で進行するシフト反応により水素含有ガス中の一酸化炭素が低減される。
一方、制御器７は、変成触媒４Ａを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して変成触媒４Ａを酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、変成触媒４Ａをその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする変成触媒４Ａ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して変成触媒４Ａを酸化処理してもよい。
以上により、変成触媒４Ａを外部に取り出す前に、変成触媒４Ａの酸化処理が実行されるので、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒４Ａを収納する容器から変成触媒４Ａを外部に取り出すときに、変成触媒４Ａの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第８実施例）
第１実施形態の第８実施例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムにおいて、上記の触媒が、水添脱硫触媒である。
かかる構成により、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒を収納する容器から水添脱硫触媒を外部に取り出すときに、水添脱硫触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図５は、第１実施形態の第８実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図５に示す例において、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、酸化ガス供給器６及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
酸化ガスと酸化反応をする触媒４として、水添脱硫触媒４Ｂを例示できる。つまり、水添脱硫触媒４Ｂは、燃料電池システム１００の運転において、還元状態を保つ必要があるので、廃棄処理において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すと、水添脱硫触媒４Ｂの酸化反応が急激に起こる。すると、水添脱硫触媒４Ｂは大量の熱を発生する。
なお、水添脱硫触媒４Ｂとしては、例えば、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能を共に備えるＣｕＺｎ系触媒等が例示される。但し、水添脱硫触媒４Ｂの種類はこれに限定されない。水添脱硫触媒４Ｂとして、酸化亜鉛触媒、Ｍｏ系触媒をそれぞれ単独、あるいは、複数の触媒の組合せで用いてもよい。
また、図示を省略しているが、水添脱硫触媒４Ｂと燃料電池３との間の流体流路上に、上記の変成触媒４Ａを設けても構わない。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図５を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。このとき、水添脱硫触媒４Ｂには水素含有ガスが添加される。すると、水添脱硫触媒４Ｂにより、図示しない改質器に供給される原料中の硫黄化合物が除去される。なお、この改質器での原料の改質反応により、上記の水素含有ガスが生成される。
一方、制御器７は、水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、水添脱硫触媒４Ｂをその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする水添脱硫触媒４Ｂ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理してもよい。
以上により、水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理が実行されるので、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すときに、水添脱硫触媒４Ｂの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第９実施例）
第１実施形態の第９実施例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムにおいて、上記の触媒が、メタン化触媒である。
かかる構成により、従来に比べ、廃棄処理において、メタン化触媒を収納する容器からメタン化触媒を外部に取り出すときに、メタン化触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図６は、第１実施形態の第９実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図６に示す例において、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、メタン化触媒４Ｄと、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、酸化ガス供給器６及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
燃料電池３が、例えば、高分子電解質形燃料電池である場合、酸化ガスと酸化反応をする触媒４として、メタン化触媒４Ｄを例示できる。つまり、メタン化触媒４Ｄの触媒金属として、Ｎｉを用いる場合がある。この場合、メタン化触媒４Ｄは、燃料電池システム１００の運転において、還元状態を保つ必要があるので、廃棄処理において、メタン化触媒４Ｄを収納する容器からメタン化触媒４Ｄを外部に取り出すと、メタン化触媒４Ｄの酸化反応が急激に起こる。すると、メタン化触媒４Ｄは大量の熱を発生する。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図６を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。このとき、メタン化触媒４Ｄ上で進行するＣＯのメタン化反応により水素含有ガス中の一酸化炭素が低減される。
一方、制御器７は、メタン化触媒４Ｄを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御してメタン化触媒４Ｄを酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、メタン化触媒４Ｄをその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をするメタン化触媒４Ｄ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御してメタン化触媒４Ｄを酸化処理してもよい。
以上により、メタン化触媒４Ｄを外部に取り出す前に、メタン化触媒４Ｄの酸化処理が実行されるので、従来に比べ、廃棄処理において、メタン化触媒４Ｄを収納する容器からメタン化触媒４Ｄを外部に取り出すときに、メタン化触媒４Ｄの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第１０実施例）
第１実施形態の第１０実施例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムにおいて、上記の触媒が、改質触媒である。
かかる構成により、従来に比べ、廃棄処理において、改質触媒を収納する容器から改質触媒を外部に取り出すときに、改質触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第６のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図７は、第１実施形態の第１０実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図７に示す例において、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、改質触媒４Ｅと、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、酸化ガス供給器６及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
酸化ガスと酸化反応をする触媒４として、改質触媒４Ｅを例示できる。つまり、改質触媒４Ｅの触媒金属として、卑金属であるＮｉを用いる場合がある。この場合、改質触媒４Ｅは、燃料電池システム１００の運転において、還元状態を保つ必要があるので、廃棄処理において、改質触媒４Ｅを収納する容器から改質触媒４Ｅを外部に取り出すと、改質触媒４Ｅの酸化反応が急激に起こる。すると、改質触媒４Ｅは大量の熱を発生する。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図７を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。このとき、改質触媒４Ｅにより、原料が改質反応して、水素含有ガスが生成される。
一方、制御器７は、改質触媒４Ｅを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、改質触媒４Ｅをその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする改質触媒４Ｅ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して改質触媒４Ｅを酸化処理してもよい。
以上により、改質触媒４Ｅを外部に取り出す前に、改質触媒４Ｅの酸化処理が実行されるので、従来に比べ、廃棄処理において、改質触媒４Ｅを収納する容器から改質触媒４Ｅを外部に取り出すときに、改質触媒４Ｅの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第１変形例）
第１実施形態の第１変形例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第１０実施例のいずれかの燃料電池システムにおいて、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器を備え、酸化ガス供給器は、ＣＯ除去器に酸化ガスを供給する。
かかる構成により、ＣＯ除去器に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器を用いて、触媒の酸化処理を実行できるので、酸化処理用の酸化ガス供給器を別途設ける必要がなく、システム構成が簡素化される。
本変形例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第１０実施例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図８は、第１実施形態の第１変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図８に示す例において、本変形例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、水添触媒４Ｂと、変成触媒４Ａと、酸化ガス供給器６と、ＣＯ除去器９と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、水添脱硫触媒４Ｂ、変成触媒４Ａ、酸化ガス供給器６及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
ＣＯ除去器９は、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減する。そして、本実施形態では、上記の酸化ガス供給器６は、ＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する。
［動作］
以下、本変形例の燃料電池システム１００の動作について図８を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に、水素含有ガスを用いて発電する。
このとき、水添脱硫触媒４Ｂには水素含有ガスが添加される。すると、水添脱硫触媒４Ｂにより、図示しない改質器に供給される原料中の硫黄化合物が除去される。なお、この改質器での原料の改質反応により、上記の水素含有ガスが生成される。そして、水素含有ガス中の一酸化炭素が、変成触媒４Ａ及びＣＯ除去器９で低減された後、水素含有ガスが燃料電池３に送られる。
一方、制御器７は、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを、それぞれを収納する容器から外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを、それぞれを収納する容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理してもよい。
以上により、ＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器６を用いて、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理を実行できるので、酸化処理用の酸化ガス供給器を別途設ける必要がなく、システム構成が簡素化される。
（第２変形例）
第１実施形態の第２変形例の燃料電池システムは、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第１０実施例のいずれかの燃料電池システムにおいて、酸化ガス供給器が、燃料電池に酸化ガスを供給する。
かかる構成により、燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器を用いて、触媒の酸化処理を実行できるので、酸化処理用の酸化ガス供給器を別途設ける必要がなく、システム構成が簡素化される。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第１０実施例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図９は、第１実施形態の第２変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図９に示す例において、本変形例の燃料電池システム１００は、図１と同様に、燃料電池３と、触媒４と、酸化ガス供給器６と、制御器７と、を備える。本変形例の燃料電池システム１００の装置構成については、酸化ガス供給器６が、燃料電池３に酸化ガスを供給する以外は、第１実施形態の構成と同様である。
［動作］
以下、本変形例の燃料電池システム１００の動作について図９を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に、水素含有ガス中の水素及び酸化ガス供給器６からの酸化ガス中の酸素を用いて発電する。なお、図示しない改質器での原料の改質反応により、上記の水素含有ガスが生成される。
一方、制御器７は、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする触媒４上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理してもよい。
以上により、料電池３に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器６を用いて、触媒４の酸化処理を実行できるので、酸化処理用の酸化ガス供給器を別途設ける必要がなく、システム構成が簡素化される。
（第１制御例）
第１実施形態の第１制御例の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、及び第１実施形態の第１−第２変形例のいずれかの燃料電池システムにおいて、制御器は、触媒の温度が第１の閾値以上になると、酸化ガス供給器を停止する。
第１実施形態の第１制御例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、触媒の温度が第１の閾値以上になると、酸化ガス供給器を停止する。
以上により、触媒の酸化処理において、第１の閾値以上になると酸化処理を停止しない場合に比べ、安全性が向上する。
本制御例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、及び第１実施形態の第１−第２変形例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本制御例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本制御例の燃料電池システム１００の装置構成は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、及び第１実施形態の第１−第２変形例のいずれかの燃料電池システムのいずれかと同様であるので説明を省略する。
［動作］
制御器７は、触媒４の温度が第１の閾値１０１以上になると、酸化ガス供給器６を停止する。以下、燃料電池システム１００の制御の具体例について図１０を用いて説明する。
まず、燃料電池システム１００の酸化処理のモードに移行すると、触媒４上を水素含有ガスが流れなくなり、燃料電池３の発電が停止する。
次に、制御器７は、触媒４を酸化処理する。具体的には、酸化ガス供給器６に対して、酸化ガス供給器６を動作するための指示信号１０３を出す。これにより、触媒４に酸化ガスが供給される。すると、触媒４で酸化反応が起こり、触媒温度１０２が上昇する。
このとき、制御器７は、触媒温度１０２を検知するための温度検知器（図示せず）からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得する。
そこで、制御器７は、触媒温度１０２が第１の閾値１０１以上になると、酸化ガス供給器６を停止するための指示信号１０４を出す。第１の閾値１０１として、例えば、３００℃に設定してもよい。これにより、触媒４への酸化ガス供給が停止する。すると、触媒４の酸化反応が停止し、触媒温度１０２は、適時において下降する。
ここで、第１の閾値１０１は、適宜設定されるが、例えば、触媒４を収納する容器の耐熱温度よりも低い温度が設定される。
以上により、触媒４の酸化処理において、第１の閾値１０１以上になると酸化処理を停止しない場合に比べ、安全性が向上する。
なお、上記で第１の閾値１０１を３００℃としているが、これは例示であって、本例に限定されない。
（第２制御例）
第１実施形態の第２制御例の燃料電池システムは、第１実施形態の第１制御例のいずれかの燃料電池システムにおいて、制御器は、触媒の温度が、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上になると酸化ガス供給器の動作を再開する。
第１実施形態の第２制御例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の第１制御例の燃料電池システムの運転方法において、触媒の温度が、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上になると酸化ガス供給器の動作を再開する。
以上により、酸化処理における触媒の発熱量を抑制しつつ、触媒の酸化処理を適切に継続できる。
本制御例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態の第１制御例の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本制御例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態の第１制御例の燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本制御例の燃料電池システム１００の装置構成は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、及び第１実施形態の第１−第２変形例のいずれかと同様であるので説明を省略する。
［動作］
制御器７は、触媒４の温度が、第１の閾値１０１よりも小さい第２の閾値１０６以下になると酸化ガス供給器６の動作を再開する。以下、燃料電池システム１００の制御の具体例について図１１を用いて説明する。
まず、燃料電池システム１００の酸化処理のモードに移行すると、触媒４上を水素含有ガスが流れなくなり、燃料電池３の発電が停止する。
次に、制御器７は、触媒４を酸化処理する。具体的には、酸化ガス供給器６に対して、酸化ガス供給器６を動作するための指示信号１０３を出す。これにより、触媒４に酸化ガスが供給される。すると、触媒４で酸化反応が起こり、触媒温度１０２が上昇する。
このとき、制御器７は、触媒温度１０２を検知するための温度検知器（図示せず）からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得する。
そこで、制御器７は、触媒温度１０２が第１の閾値１０１以上になると、酸化ガス供給器６を停止するための指示信号１０４を出す。第１の閾値１０１として、例えば、３００℃に設定してもよい。これにより、触媒４への酸化ガス供給が停止する。すると、触媒４の酸化反応が停止し、触媒温度１０２は、適時において下降する。
また、制御器７は、触媒温度１０２が、第１の閾値１０１よりも小さい第２の閾値１０６以下になると、酸化ガス供給器６の動作を再開するための指示信号１０５を出す。第２の閾値１０６として、例えば、２００℃に設定してもよい。これにより、触媒４への酸化ガス供給が再開し、触媒４で酸化反応が再び起こり、触媒温度１０２は、適時において上昇する。
ここで、第１の閾値１０１及び第２の閾値１０６は、適宜設定される。例えば、第１の閾値１０１として、触媒４を収納する容器の耐熱温度よりも低い温度が設定される。
以上により、酸化処理における触媒４の発熱量を抑制しつつ、触媒４の酸化処理を適切に継続できる。
なお、上記で第１の閾値１０１及び第２の閾値１０６をそれぞれ、３００℃及び２００℃としているが、これらは例示であって、本例に限定されない。
（第３制御例）
第１実施形態の第３制御例の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例及び第１実施形態の第１−第２制御例のいずれかの燃料電池システムにおいて、制御器は、酸化ガス供給器の動作しているときの触媒の温度が、上昇傾向でなくなると、酸化ガス供給器を停止する。
第１実施形態の第３制御例の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例及び第１実施形態の第１−第２制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、酸化ガス供給器の動作しているときの触媒の温度が、上昇傾向でなくなると、酸化ガス供給器を停止する。
以上により、触媒の温度が上昇傾向でなくなるまで触媒の酸化を進行するので、触媒をその容器から外部に取り出すときの発熱が抑制される。
本制御例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例及び第１実施形態の第１−第２制御例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本制御例の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例及び第１実施形態の第１−第２制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本制御例の燃料電池システム１００の装置構成は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、及び第１実施形態の第１−第２変形例のいずれかと同様であるので説明を省略する。
［動作］
制御器７は、酸化ガス供給器６の動作しているときの触媒４の温度が、上昇傾向でなくなると、酸化ガス供給器６を停止する。以下、燃料電池システム１００の制御の具体例について図１２を用いて説明する。
まず、燃料電池システム１００の酸化処理のモードに移行すると、触媒４上を水素含有ガスが流れなくなり、燃料電池３の発電が停止する。
次に、制御器７は、触媒４を酸化処理する。具体的には、酸化ガス供給器６に対して、酸化ガス供給器６を動作するための指示信号１０３を出す。これにより、触媒４に酸化ガスが供給される。すると、触媒４で酸化反応が起こり、触媒温度１０２が上昇する。
このとき、制御器７は、触媒温度１０２を検知するための温度検知器（図示せず）からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得する。
そこで、制御器７は、触媒温度１０２が第１の閾値１０１以上になると、酸化ガス供給器６を停止するための指示信号１０４を出す。第１の閾値１０１として、例えば、３００℃に設定してもよい。これにより、触媒４への酸化ガス供給が停止する。すると、触媒４の酸化反応が停止し、触媒温度１０２は、適時において下降する。
また、制御器７は、触媒温度１０２が、第１の閾値１０１よりも小さい第２の閾値１０６以下になると、酸化ガス供給器６の動作を再開するための指示信号１０５を出す。第１の閾値１０１として、例えば、２００℃に設定してもよい。これにより、触媒４への酸化ガス供給が再開し、触媒４で酸化反応が再び起こり、触媒温度１０２は、適時において上昇する。
更に、制御器７は、酸化ガス供給器６の動作しているときの触媒温度１０２が、上昇傾向でなくなると、酸化ガス供給器６を停止するための指示信号１０７を出す。例えば、制御器７は、触媒温度１０２のプロファイルが、図１２に示す如く、平坦になったとき、触媒温度１０２が、上昇傾向でなくなったと判断する。これにより、触媒４の酸化処理が終了可能であると判断される。
ここで、第１の閾値１０１及び第２の閾値１０６は、適宜設定される。例えば、第１の閾値１０１として、触媒４を収納する容器の耐熱温度よりも低い温度が設定される。
以上により、触媒４の温度が上昇傾向でなくなるまで触媒４の酸化を進行するので、触媒４をその容器から外部に取り出すときの発熱が抑制される。
なお、上記で第１の閾値１０１及び第２の閾値１０６をそれぞれ、３００℃及び２００℃としているが、これらは例示であって、本例に限定されない。
また、本例では、燃料電池システム１００は、第１の閾値１０１及び第２の閾値１０６を設定して繰り返し酸化処理を実行するよう構成されているが、このような繰り返し処理を実行しない形態を採用しても構わない。つまり、最初の酸化処理で触媒４の触媒温度１０２が上昇傾向でなくなると酸化処理を終了しても構わない。
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムにおいて、触媒よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路と、分岐路に設けられた第１の開閉器と、触媒よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器とを備え、酸化ガス供給器は、触媒から第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給するよう構成され、制御器は、上記の酸化処理において、第１の開閉器を開放し、第２の開閉器を閉止する。
第２実施形態の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、酸化処理において、触媒よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路に設けられた第１の開閉器を開放し、触媒よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器を閉止し、酸化ガス供給器は、触媒から第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給する。
以上により、触媒の酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
図１３は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図１３に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、触媒４と、酸化ガス供給器６と、分岐路１１と、第１の開閉器１２と、第２の開閉器１３と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、触媒４及び酸化ガス供給器６については上記と同様であるので説明を省略する。
分岐路１１は、触媒４よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される経路である。なお、分岐路１１の上流端は、触媒４よりも上流の流体流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。
第１の開閉器１２は、分岐路１１に設けられている。第１の開閉器１２を開くことにより、上記の分岐路１１が大気に開放される。第１の開閉器１２は、分岐路１１を開放及び閉止できるのであれば、いかなる構成でも構わない。第１の開閉器１２として、例えば、開閉弁等が例示される。
第２の開閉器１３は、触媒４よりも下流の流体流路に設けられている。第２の開閉器１３は、触媒４よりも下流であれば、いずれの箇所に設けても構わない。例えば、第２の開閉器１３は、図１３の如く、触媒４と燃料電池３との間の流体流路に設けても構わないし、燃料電池３の下流に設けても構わない。
第２の開閉器１３は、触媒４よりも下流の流体流路を開放及び閉止できるのであれば、いかなる構成でも構わない。第２の開閉器１３として、例えば、開閉弁等が例示される。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図１３を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
一方、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６は、触媒４から第２の開閉器１３までの間の流体流路に酸化ガスを供給する。よって、制御器７は、触媒４を、これを収納する容器から外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理できる。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、触媒４をその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする触媒４上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して触媒４を酸化処理してもよい。
本実施形態では、制御器７は、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６を動作させ、第１の開閉器１２を開放し、第２の開閉器１３を閉止する。すると、酸化ガスは、図１３の一点鎖線で示す如く、触媒４から第２の開閉器１３までの間の流体流路に供給された後、触媒４及び分岐路１１をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、触媒４に酸化ガスが供給され、触媒４が酸化処理される。つまり、本実施形態では、触媒４の酸化処理に、酸化ガス供給器６、分岐路１１及び第１の開閉器１２を利用する点に特徴がある。
このとき、制御器７は、触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。
また、触媒４の酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例のいずれかと同様であってもよい。
このようにして、本実施形態では、触媒４から分岐路１１に酸化ガスを導くことにより、触媒４の酸化処理を実行できる。よって、従来に比べ、廃棄処理において、触媒４を収納する容器から触媒４を外部に取り出すときに、触媒４の酸化反応による発熱量が低下し得る。
（実施例）
第２実施形態の実施例の燃料電池システムは、第２実施形態の燃料電池システムにおいて、触媒が少なくとも変成触媒であり、酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する。
かかる構成より、変成触媒の酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒を収納する容器から変成触媒を外部に取り出すときに、変成触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
また、ＣＯ除去器に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器を用いて、触媒の酸化処理を実行できるので、酸化処理用の酸化ガス供給器を別途設ける必要がなく、システム構成が簡素化される。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第２実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図１４は、第２実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図１４に示す例において、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、変成硫触媒４Ａと、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、ＣＯ除去器９と、改質器１０と、分岐路１１と、第１の開閉器１２と、第２の開閉器１３と、制御器７と、を備える。
本実施例の燃料電池システム１００の装置構成については、触媒４が少なくとも変成触媒４Ａである点、水添脱硫触媒４Ｂ、改質器１０及びＣＯ除去器９を備える点、及び酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する点以外は、第２実施形態と同様である。
改質器１０は、原料を用いて水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器１０において、原料が改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよく、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が例示される。図１４には示されていないが、改質反応のそれぞれにおいて必要となる機器は適宜、設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質器を加熱する燃焼器、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、さらに、改質器に空気を供給する空気供給器が設けられる。
なお、上記のとおり、原料は、例えば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む。
また、本例では、燃料電池システム１００が、変成触媒４Ａ、ＣＯ除去器９を備えているが、これを備えない形態であってもよい。この場合、改質器１０内の改質触媒が、酸化処理が必要な触媒となる。
本例の如く、分岐路１１は、改質器１０よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される経路であってもよい。この場合、分岐路１１の上流端は、改質器１０よりも上流の流体流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。例えば、分岐路１１の上流端は、本例の如く、水添脱硫触媒４Ｂと改質器１０との間の流体流路に接続されてもいいし、水添脱硫触媒４Ｂの上流の流体流路に接続されてもいい。
なお、本分岐路１１は、酸化処理において排ガスを大気に排出する目的以外にも利用される。例えば、改質器１０内が高圧になる場合、第１の開閉器１２を開いて改質器１０の圧力を大気に開放し、改質器１０内を圧抜きしてもよい。また、分岐路１１が蒸発器に通じる場合、蒸発器内の水を第１の開閉器１２を開放して燃料電池システム１００外に廃棄するのに利用してもよい。
また、水添脱硫触媒４Ｂに代えて他の脱硫触媒を用いてもよい。具体的には、常温脱硫触媒、高温脱硫触媒等が例示される。常温脱硫触媒とは、常温で物理吸着により脱硫する触媒であり、高温脱硫触媒は、常温よりも高温（例えば、２００℃）で物理吸着により脱硫する触媒である。
なお、本例では、燃料電池システム１００が、水添脱硫触媒４Ｂを備えているが、水添脱硫触媒４Ｂ等の脱硫触媒を備えない形態であってもよい。
また、本例の如く、第２の開閉器１３は、触媒４の一例である変成触媒４Ａよりも下流のＣＯ除去器９と燃料電池３との間の流体流路に設けても構わないし、燃料電池３の下流に設けても構わない。第２の開閉器１３を開くと、改質器１０から燃料電池３に水素含有ガスが供給され、第２の開閉器１３を閉めると、この水素含有ガスの燃料電池３への供給が遮断される。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図１４を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
このとき、水添脱硫触媒４Ｂには水素含有ガスが添加される。すると、水添脱硫触媒４Ｂにより、改質器１０に供給される原料中の硫黄化合物が除去される。なお、この改質器１０での原料の改質反応により、上記の水素含有ガスが生成される。そして、酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する。これにより、水素含有ガス中の一酸化炭素が、変成触媒４Ａ及びＣＯ除去器９で低減された後、水素含有ガスが燃料電池３に送られる。
燃料電池システム１００の運転を停止するとき、第２開閉器１３が閉止され、改質器１０と大気との連通が遮断される。つまり、改質器１０が封止される。改質器１０が封止されると、残留した水の蒸発に伴い改質器１０内が高圧になる場合がある。この場合は、第１の開閉器１２を開いて、改質器１０の圧力を一時的に大気開放にして、本内部を圧抜きする。
一方、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６は、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に酸化ガスを供給する。よって、制御器７は、変成触媒４Ａを、これを収納する容器から外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して変成触媒４Ａを酸化処理できる。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、変成触媒４Ａをその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする変成触媒４Ａ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６を制御して変成触媒４Ａを酸化処理してもよい。
本実施例では、制御器７は、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６を動作させ、第１の開閉器１２を開放し、第２の開閉器１３を閉止する。すると、酸化ガスは、図１４の一点鎖線で示す如く、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に供給された後、変成触媒４Ａ、改質器１０及び分岐路１１をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、変成触媒４Ａに酸化ガスが供給され、変成触媒４Ａが酸化処理される。
なお、改質器１０内の改質触媒が、酸化ガスと酸化反応をする触媒であるとき、変成触媒４Ａだけでなく改質触媒も酸化処理される。つまり、本実施例では、変成触媒４の酸化処理に、酸化ガス供給器６、分岐路１１及び第１の開閉器１２を利用する点に特徴がある。
また、分岐路の上流端を、水添脱硫触媒４Ｂの上流の流体流路に接続する構成を取る場合、酸化ガスは、変成触媒４Ａ、改質器１０、水添脱硫触媒４Ｂ及び分岐路をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂに酸化ガスが供給され、それぞれの触媒が酸化処理される。つまり、本例では、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理に、酸化ガス供給器６、分岐路１１及び第１の開閉器１２を利用する点に特徴がある。
このとき、制御器７は、変成触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。また、制御器７は、水添脱硫触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。
また、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例のいずれかと同様であってもよい。
このようにして、本実施例では、改質器１０から分岐路１１に酸化ガスを導くことにより、少なくとも変成触媒４Ａの酸化処理を実行できる。よって、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒４Ａを収納する容器から変成触媒４Ａを外部に取り出すときに、変成触媒４Ａの酸化反応による発熱量が低下し得る。また、分岐路の上流端を、水添脱硫触媒４Ｂの上流の流体流路に接続する構成を取ると、水添脱硫触媒４Ｂから分岐路に酸化ガスを導くことにより、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理を実行できる。よって、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを、それぞれを収納する容器から外部に取り出すときに、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、第２実施形態、及び第２実施形態の実施例のいずれかの燃料電池システムにおいて、操作者が操作する操作器を備え、操作者がこの操作器に手動入力すると、制御器は、上記の酸化処理を実行する。
第３実施形態の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、第１実施形態の第１−第３制御例及び第２実施形態のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、操作者がこの操作器に手動入力すると、上記の酸化処理を実行する。
以上により、操作者による操作器の手動入力により、適時に、触媒の酸化処理の実行を開始できる。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、第２実施形態及び第２実施形態の実施例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、第１実施形態の第１−第３制御例及び第２実施形態のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本実施形態の燃料電池システム１００の装置構成は、燃料電池システム１００が操作器を備えること以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、第２実施形態及び第２実施形態の実施例のいずれかと同様であるので説明を省略する。
［動作］
図１５は、第３実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
本実施形態では、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、触媒４をその容器から外部に取り出すまでの間に、図１５に示す如く、操作者による操作器の手動入力が行われる（ステップＳ１）。すると、制御器７は、触媒４の酸化処理を実行する（ステップＳ２）。この触媒４の酸化処理の実行においては、ステップＳ１の操作者による操作器の手動入力に代えて、制御器７の制御プログラムを書き換える形態であっても構わない。例えば、触媒４の酸化処理のためのソフトを制御器７にインストールすることで、触媒４の酸化処理を開始する形態であっても構わない。本ソフトは、記憶媒体に記憶されていてもいいし、ネットワーク経由でインストールされてもいい。
なお、触媒４の酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例のいずれかと同様であってもよい。
以上により、操作者による操作器の手動入力で、適時に触媒４の酸化処理を実行できる。
（第４実施形態）
第４実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、第２実施形態、第２実施形態の実施例及び第３実施形態のいずれかの燃料電池システムにおいて、外部から酸化処理を実行する指令を受信する受信器を備え、制御器は、受信器で酸化処理を実行する指令を受信すると、上記の酸化処理を実行する。
第４実施形態の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、第１実施形態の第１−第３制御例及び第２−第３実施形態のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、外部から酸化処理を実行する指令を受信すると、酸化処理を実行する。
以上に構成により、受信器における酸化処理実行の指令により、適時に、触媒の酸化処理の実行を開始できる。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、、第２実施形態、第２実施形態の実施例及び第３実施形態のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、第１実施形態の第１−第３制御例及び第２−第３実施形態のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
図１６は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図１６に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、触媒４と、酸化ガス供給器６と、制御器７と、受信器２０と、を備える。
燃料電池３、酸化ガス供給器６及び制御器７については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
受信器２０は、外部から酸化処理を実行する指令を受信する。そして、制御器７は、受信器２０で酸化処理を実行する指令を受信すると、触媒４の酸化処理を実行する。
以上により、受信器２０における酸化処理実行の指令により、適時に、触媒４の酸化処理の実行を開始できる。
（第５実施形態）
第５実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、第２実施形態、第２実施形態の実施例及び第３−第４実施形態のいずれかの燃料電池システムにおいて、制御器は、燃料電池システムの寿命停止時に上記の酸化処理を実行する。
第５実施形態の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、第１実施形態の第１−第３制御例及び第２−第４実施形態のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、燃料電池システムの寿命停止時に上記の酸化処理を実行する。
以上により、燃料電池システムの寿命停止時に、自動的に触媒の酸化処理の実行を開始できる。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、第２実施形態、第２実施形態の実施例及び第３−第４実施形態のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、第１実施形態の第１−第３制御例及び第２−第４実施形態のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
本実施形態の燃料電池システム１００の装置構成は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、第１実施形態の第１−第３制御例、第２実施形態、第２実施形態の実施例及び第３−第４実施形態のいずれかと同様であるので説明を省略する。
［動作］
図１７は、第５実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。
本実施形態では、図１７に示す如く、燃料電池システム１００が寿命に到達したか否かが判定される（ステップＳ３）。燃料電池システム１００が寿命に到達した場合、制御器７は、自動的に触媒４の酸化処理を実行する（ステップＳ２）。例えば、制御器７に記憶されたタイマーが燃料電池システム１００の寿命到達を示すと、ステップＳ２の酸化処理が自動的に開始される。なお、本タイマーは、例えば、燃料電池システム１００の累積運転時間、燃料電池システム１００への通電時間等を元に設定することができる。
なお、触媒４の酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例のいずれかと同様であってもよい。
以上により、本実施形態では、燃料電池システム１００の寿命停止時に、自動的に触媒４の酸化処理を実行できる。また、本実施形態では、廃棄処理作業を待たずに、制御器７が、自動的に触媒４の酸化処理を実行するので、廃棄処理作業の負担を軽減できるとともに、廃棄処理作業時間を短縮できる。
（第６実施形態）
第６実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムにおいて、上記の触媒が水添脱硫触媒であり、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、改質器より送出された水素含有ガスの一部を水添脱硫触媒に供給するためのリサイクル流路と、改質器よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路と、分岐路に設けられた第１の開閉器と、改質器よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器と、を備え、酸化ガス供給器は、改質器から第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給するよう構成され、制御器は、上記の酸化処理において、第１の開閉器を開放し、第２の開閉器を閉止するとともに、酸化ガス供給器を動作させる。
第６実施形態の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、上記の酸化処理において、改質器よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路に設けられた第１の開閉器を開放し、上記の触媒である水添脱硫触媒よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器を閉止するとともに、酸化ガス供給器は、改質器から第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給する。
以上により、水添脱硫触媒の酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒を収納する容器から水添脱硫触媒を外部に取り出すときに、水添脱硫触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
図１８は、第６実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図１８に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、改質器１０と、分岐路１１と、第１の開閉器１２と、第２の開閉器１３と、リサイクル流路１４と、制御器７と、を備える。つまり、本実施形態では、上記の触媒４が水添脱硫触媒４Ｂである。
燃料電池３、水添脱硫触媒４Ｂ、酸化ガス供給器６、改質器１０、分岐路１１、第１の開閉器１２、第２の開閉器１３及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
リサイクル流路１４は、改質器１０より送出された水素含有ガスの一部を水添脱硫触媒４Ｂに供給するための流路である。これにより、水添脱硫触媒４Ｂに水素含有ガスを添加できる。リサイクル流路１４の上流端は、改質器１０より送出された水素含有ガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。なお、リサイクル流路１４が合流する合流箇所と分岐路１１との間の流体流路に、図示しない昇圧器を設けても構わない。これにより、改質器１０に供給する流体の圧力を上げることができ、流体流量が調整される。昇圧器は、上記の流体流路を流れる流体の圧力を上げることができるのであれば、いかなる構成でも構わない。昇圧器としては、例えば、定容積型ポンプ等が例示される。
［動作］
以下、本実施形態の燃料電池システム１００の動作について図１８を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
このとき、水添脱硫触媒４Ｂに、リサイクル流路１４を流れる水素含有ガスが添加される。すると、水添脱硫触媒４Ｂにより、改質器１０に供給される原料中の硫黄化合物が除去される。なお、この改質器１０での原料の改質反応により、上記の水素含有ガスが生成される。
一方、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６は、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に酸化ガスを供給する。よって、制御器７は、水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６が動作するよう制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理できる。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする水添脱硫触媒４Ｂ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６が動作するよう制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理してもよい。
本実施形態では、制御器７は、上記の酸化処理において、第１の開閉器１２を開放し、第２の開閉器１３を閉止するとともに、酸化ガス供給器６を動作させる。なお、本酸化処理において、図示しない上記の昇圧器を動作させてもよい。
すると、酸化ガスの一部が、リサイクル流路１４側に引き込まれる。この酸化ガスは、図１８の一点鎖線で示す如く、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に供給された後、リサイクル流路１４、水添脱硫触媒４Ｂ及び分岐路１１をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、水添脱硫触媒４Ｂに酸化ガスが供給され、水添脱硫触媒４Ｂが酸化処理される。つまり、本実施形態では、水添脱硫触媒４Ｂへの酸化ガス供給に、酸化ガス供給器６、リサイクル流路１４、分岐路１１及び第１の開閉器１２を利用する点に特徴がある。
また、酸化ガスは、図１８の一点鎖線で示す如く、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に供給された後、改質器１０及び分岐路１１をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、改質器１０内の改質触媒が、酸化ガスと酸化反応をする触媒であるとき、水添脱硫触媒４Ｂだけでなく改質触媒も酸化処理される。
このとき、制御器７は、水添脱硫触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。また、水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例のいずれかと同様であってもよい。
なお、分岐路１１は、酸化処理において排ガスを大気に排出する目的以外にも利用される。例えば、改質器１０内が高圧になる場合、第１の開閉器１２を開いて改質器１０の圧力を大気に開放し、改質器１０内を圧抜きしてもよい。また、分岐路１１が蒸発器に通じる場合、蒸発器内の水を第１の開閉器１２を開放して燃料電池システム１００外に廃棄するのに利用してもよい。
このようにして、本実施形態では、リサイクル流路１４から分岐路１１に酸化ガスを導くことにより、少なくとも水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すときに、水添脱硫触媒４Ｂの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（実施例）
第６実施形態の実施例の燃料電池システムは、第６実施形態の燃料電池システムにおいて、触媒として更に変成触媒を備え、酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する。
かかる構成より、変成触媒の酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、変成触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第６実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図１９は、第６実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図１９に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、変成硫触媒４Ａと、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、ＣＯ除去器９と、改質器１０と、分岐路１１と、第１の開閉器１２と、第２の開閉器１３と、リサイクル流路１４と、制御器７と、を備える。
本実施例の燃料電池システム１００の装置構成については、触媒４として更に変成触媒４Ａを備える点、ＣＯ除去器９を備える点、及び酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する点以外は、第６実施形態と同様である。
上記のとおり、リサイクル流路１４の上流端は、改質器１０より送出された水素含有ガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。
例えば、本例の如く、燃料電池システム１００が、変成触媒４Ａと、ＣＯ除去器９と、を備える場合、リサイクル流路１４の上流端を、ＣＯ除去器９と燃料電池３との間の流体流路に接続してもいい。また、リサイクル流路１４の上流端を、変成触媒４ＡとＣＯ除去器９との間の流体流路に接続してもいいし、改質器１０と変成触媒４Ａの間の流体流路に接続してもいい。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図１９を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
このとき、酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する。これにより、水素含有ガス中の一酸化炭素が、変成触媒４Ａ及びＣＯ除去器９で低減された後、水素含有ガスが燃料電池３に送られる。
燃料電池システム１００の運転を停止するとき、第２開閉器１３が閉止され、改質器１０と大気との連通が遮断される。つまり、改質器１０が封止される。改質器１０が封止されると、残留した水の蒸発に伴い改質器１０内が高圧になる場合がある。この場合は、第１の開閉器１２を開いて、改質器１０の圧力を一時的に大気開放にして、本内部を圧抜きする。
一方、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６は、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に酸化ガスを供給する。よって、制御器７は、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６が動作するよう制御して変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理できる。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを、それぞれを収納する容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６が動作するよう制御して変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理してもよい。
本実施形態では、制御器７は、上記の酸化処理において、第１の開閉器１２を開放し、第２の開閉器１３を閉止するとともに、酸化ガス供給器６を動作させる。なお、本酸化処理において、図示しない上記の昇圧器を動作させてもよい。
すると、酸化ガスは、図１９の一点鎖線で示す如く、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に供給された後、変成触媒４Ａ、改質器１０及び分岐路１１をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、変成触媒４Ａに酸化ガスが供給され、変成触媒４Ａが酸化処理される。
なお、改質器１０内の改質触媒が、酸化ガスと酸化反応をする触媒であるとき、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂだけでなく改質触媒も酸化処理される。
また、酸化ガスの一部が、リサイクル流路１４側に引き込まれる。この酸化ガスは、図１９の一点鎖線で示す如く、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に供給された後、リサイクル流路１４、水添脱硫触媒４Ｂ及び分岐路１１をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、水添脱硫触媒４Ｂに酸化ガスが供給され、水添脱硫触媒４Ｂが酸化処理される。つまり、本実施形態では、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂへの酸化ガス供給に、酸化ガス供給器６、リサイクル流路１４、分岐路１１及び第１の開閉器１２を利用する点に特徴がある。
このとき、制御器７は、変成触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。また、制御器７は、水添脱硫触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。
また、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例と同様であってもよい。
このようにして、本実施例では、リサイクル流路１４から分岐路１１に酸化ガスを導くことにより、少なくとも水添脱硫触媒４Ｂ及び変成触媒４Ａの酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すときに、水添脱硫触媒４Ｂの酸化反応による発熱量が低下し得る。また、改質器１０から分岐路１１に酸化ガスを導くことにより、変成触媒４Ａの酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒４Ａを収納する容器から変成触媒４Ａを外部に取り出すときに、変成触媒４Ａの酸化反応による発熱量が低下し得る。
（第７実施形態）
第７実施形態の燃料電池システムは、第６実施形態の燃料電池システムにおいて、リサイクル流路との合流箇所よりも上流の流体流路に設けられた第３の開閉器を備え、制御器は、上記の酸化処理において、第３の開閉器を閉止する。
かかる構成により、水添脱硫触媒の酸化処理において、第３の開閉器を閉止するので、原料供給源側に酸化ガスが逆流することを抑制できる。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第６実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図２０は、第７実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図２０に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、改質器１０と、分岐路１１と、第１の開閉器１２と、第２の開閉器１３と、リサイクル流路１４と、第３の開閉器１７と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、水添脱硫触媒４Ｂ、酸化ガス供給器６、改質器１０、分岐路１１、第１の開閉器１２、第２の開閉器１３、リサイクル流路１４及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
第３の開閉器１７は、リサイクル流路１４との合流箇所よりも上流の流体流路に設けられている。第３の開閉器１７を開くと、図示しない原料供給源から水添脱硫触媒４Ｂに原料が供給され、第３の開閉器１７を閉めると、この原料の水添脱硫触媒４Ｂへの供給が遮断される。第３の開閉器１７は、リサイクル流路１４との合流箇所よりも上流の流体流路を開放及び閉止できるのであれば、いかなる構成でも構わない。第３の開閉器１７として、例えば、開閉弁等が例示される。なお、原料供給源は、所定の供給圧を有し、例えば、原料ボンベ、原料インフラ等が例示される。
［動作］
以下、本実施形態の燃料電池システム１００の動作について図２０を用いて説明する。
制御器７は、水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６を制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すまでの間に、リサイクル流路１４から分岐路１１に酸化ガスを導くことにより、水添脱硫触媒４Ｂに酸化ガスを供給する。そして、水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理において、第３の開閉器１７を閉止することで、原料供給源側に酸化ガスが逆流することを抑制できる。
本実施形態の燃料電池システム１００の動作は、上記特徴以外は、第６実施形態の燃料電池システム１００の動作と同様であってもよい。
（実施例）
第７実施形態の実施例の燃料電池システムは、第７実施形態の燃料電池システムにおいて、触媒として更に変成触媒を備え、酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する。
かかる構成より、変成触媒の酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、変成触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第７実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図２１は、第７実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図２１に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、変成硫触媒４Ａと、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、ＣＯ除去器９と、改質器１０と、分岐路１１と、第１の開閉器１２と、第２の開閉器１３と、リサイクル流路１４と、第３の開閉器１７と、制御器７と、を備える。
本実施例の燃料電池システム１００の装置構成については、触媒４として更に変成触媒４Ａを備える点、ＣＯ除去器９を備える点、及び酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する点以外は、第７実施形態と同様である。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図２１を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
このとき、酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する。これにより、水素含有ガス中の一酸化炭素が、変成触媒４Ａ及びＣＯ除去器９で低減された後、水素含有ガスが燃料電池３に送られる。
一方、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６は、改質器１０から第２の開閉器１３までの間の流体流路に酸化ガスを供給する。よって、制御器７は、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６が動作するよう制御して変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理できる。そして、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理において、第３の開閉器１７を閉止することで、原料供給源側に酸化ガスが逆流することを抑制できる。
本実施形態の燃料電池システム１００の動作は、上記特徴以外は、第６実施形態の燃料電池システム１００の動作と同様であってもよい。
（第８実施形態）
第８実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムにおいて、上記の触媒が水添脱硫触媒であり、原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、改質器より送出された水素含有ガスの一部を水添脱硫触媒に供給するためのリサイクル流路と、リサイクル流路が合流する合流箇所と改質器との間の流体流路に設けられた昇圧器と、リサイクル流路との合流箇所よりも上流の流体流路に設けられた第３の開閉器と、を備え、酸化ガス供給器は、改質器とリサイクル流路の上流端との間の流体流路に酸化ガスを供給するよう構成され、制御器は、上記の酸化処理において、第３の開閉器を閉止するとともに、昇圧器及び酸化ガス供給器を動作させる。
第８実施形態の燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態、及び第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法において、上記の酸化処理において、改質器より送出された水素含有ガスの一部を水添脱硫触媒に供給するためのリサイクル流路との合流箇所よりも上流の流体流路に設けられた第３の開閉器を閉止するとともに、リサイクル流路が合流する合流箇所と改質器との間の流体流路に設けられた昇圧器を動作させ、酸化ガス供給器は、改質器とリサイクル流路の上流端との間の流体流路に酸化ガスを供給する。
以上により、水添脱硫触媒の酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒を収納する容器から水添脱硫触媒を外部に取り出すときに、水添脱硫触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。また、第７実施形態の燃料電池システムに比べ、上記の酸化処理において分岐路及び第１の開閉器を使用する必要がないので、燃料電池システムを簡易に構成できる。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、第１実施形態の第１−第２変形例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
本実施形態の燃料電池システムの運転方法は、上記特徴以外は、第１実施形態、第１実施形態の第１、第３、第５−第６実施例、第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムの運転方法と同様であってもよい。
［装置構成］
図２２は、第８実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図２２に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、改質器１０と、リサイクル流路１４と、昇圧器１６と、第３の開閉器１７と、制御器７と、を備える。本実施形態の燃料電池システム１００の装置構成については、昇圧器１６を備える点、及び分岐路１１、第１の開閉器１２及び第２の開閉器１３を備えない点以外は、第７実施形態と同様である。
昇圧器１６は、リサイクル流路１４が合流する合流箇所と改質器１０との間の流体流路に設けられている。これにより、改質器１０に供給する流体の圧力を上げることができ、流体流量が調整される。昇圧器１６は、上記の流体流路を流れる流体の圧力を上げることができるのであれば、いかなる構成でも構わない。昇圧器１６としては、例えば、定容積型ポンプ等が例示される。
［動作］
以下、本実施形態の燃料電池システム１００の動作について図２２を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
このとき、水添脱硫触媒４Ｂに、リサイクル流路１４を流れる水素含有ガスが添加される。すると、水添脱硫触媒４Ｂにより、改質器１０に供給される原料中の硫黄化合物が除去される。なお、この改質器１０での原料の改質反応により、上記の水素含有ガスが生成される。
一方、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６は、改質器１０とリサイクル流路１４の上流端との間の流体流路に酸化ガスを供給する。また、昇圧器１６は、リサイクル流路１４を経てリサイクル流路１４の上流端に至るまでの流体流路に酸化ガスを供給する。よって、制御器７は、水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６及び昇圧器１６が動作するよう制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理できる。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする水添脱硫触媒４Ｂ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６及び昇圧器１６が動作するよう制御して水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理してもよい。
本実施形態では、制御器７は、上記の酸化処理において、第３の開閉器１７を閉止するとともに、酸化ガス供給器６及び昇圧器１６を動作させる。
すると、昇圧器１６の動作により、酸化ガスの一部が、リサイクル流路１４側に引き込まれる。この酸化ガスは、図２２の一点鎖線で示す如く、リサイクル流路１４を経てリサイクル流路１４の上流端に至るまでの間の流体流路に供給されるように、リサイクル流路１４、昇圧器１６、水添脱硫触媒４Ｂ、改質器１０、燃料電池３をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、水添脱硫触媒４Ｂに酸化ガスが供給され、水添脱硫触媒４Ｂが酸化処理される。つまり、本実施形態では、水添脱硫触媒４Ｂへの酸化ガス供給に、リサイクル流路１４及び昇圧器１６を利用する点に特徴がある。なお、改質器１０内の改質触媒が、酸化ガスと酸化反応をする触媒であるとき、水添脱硫触媒４Ｂだけでなく改質触媒も酸化処理される。
このとき、制御器７は、水添脱硫触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。
なお、水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例のいずれかと同様であってもよい。
また、分岐路１１は、酸化処理において排ガスを大気に排出する目的以外にも利用される。例えば、改質器１０内が高圧になる場合、第１の開閉器１２を開いて改質器１０の圧力を大気に開放し、改質器１０内を圧抜きしてもよい。また、分岐路１１が蒸発器に通じる場合、蒸発器内の水を第１の開閉器１２を開放して燃料電池システム１００外に廃棄するのに利用してもよい。
このようにして、本実施形態では、リサイクル流路１４から水添脱硫触媒４Ｂ及び改質器１０の順に酸化ガスを導くことにより、少なくとも水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すときに、水添脱硫触媒４Ｂの酸化反応による発熱量が低下し得る。更に、第７実施形態の燃料電池システム１００に比べ、上記の酸化処理において分岐路１１及び第１の開閉器１２を使用する必要がないので、燃料電池システム１００を簡易に構成できる。
（実施例）
第８実施形態の実施例の燃料電池システムは、第８実施形態の燃料電池システムにおいて、触媒として更に変成触媒を備え、酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する。
かかる構成より、変成触媒の酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、変成触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。また、第７実施形態の燃料電池システムに比べ、上記の酸化処理において分岐路及び第１の開閉器を使用する必要がないので、燃料電池システムを簡易に構成できる。
本実施例の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第８実施形態の燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図２３は、第８実施形態の実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
図２３に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、変成硫触媒４Ａと、水添脱硫触媒４Ｂと、酸化ガス供給器６と、ＣＯ除去器９と、改質器１０と、リサイクル流路１４と、昇圧器１６と、第３の開閉器１７と、制御器７と、を備える。本実施例の燃料電池システム１００の装置構成については、触媒４として更に変成触媒４Ａを備える点、ＣＯ除去器９を備える点、及び酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する点以外は、第８実施形態と同様である。
［動作］
以下、本実施例の燃料電池システム１００の動作について図２３を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。
このとき、酸化ガス供給器６が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器９に酸化ガスを供給する。これにより、水素含有ガス中の一酸化炭素が、変成触媒４Ａ及びＣＯ除去器９で低減された後、水素含有ガスが燃料電池３に送られる。
一方、上記の酸化処理において、酸化ガス供給器６は、改質器１０とリサイクル流路１４の上流端との間の流体流路に酸化ガスを供給する。また、昇圧器１６は、リサイクル流路１４を経てリサイクル流路１４の上流端に至るまでの流体流路に酸化ガスを供給する。よって、制御器７は、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出す前に、酸化ガス供給器６及び昇圧器１６が動作するよう制御して変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理できる。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを、それぞれを収納する容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂ上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器６及び昇圧器１６が動作するよう制御して変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂを酸化処理してもよい。
本実施形態では、制御器７は、上記の酸化処理において、第３の開閉器１７を閉止するとともに、酸化ガス供給器６及び昇圧器１６を動作させる。
すると、昇圧器１６の動作により、酸化ガスの一部が、リサイクル流路１４側に引き込まれる。この酸化ガスは、図２３の一点鎖線で示す如く、リサイクル流路１４を経てリサイクル流路１４の上流端に至るまでの間の流体流路に供給されるように、リサイクル流路１４、昇圧器１６、水添脱硫触媒４Ｂ、改質器１０、変成触媒４Ａ、ＣＯ除去器９、燃料電池３をこの順に流れ、外部に放出される。これにより、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂに酸化ガスが供給され、それぞれの触媒が酸化処理される。つまり、本実施形態では、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂへの酸化ガス供給に、リサイクル流路１４及び昇圧器１６を利用する点に特徴がある。
なお、改質器１０内の改質触媒が、酸化ガスと酸化反応をする触媒であるとき、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂだけでなく改質触媒も酸化処理される。
このとき、制御器７は、変成触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。また、制御器７は、水添脱硫触媒温度を検知するための温度検知器からの検知データを所定のサンプリング期間毎に取得してもよい。
なお、変成触媒４Ａ及び水添脱硫触媒４Ｂの酸化処理における温度制御については、上記の第１−第３制御例と同様であるので説明を省略する。
このようにして、本実施例では、リサイクル流路１４から水添脱硫触媒４Ｂ及び改質器１０の順に酸化ガスを導くことにより、少なくとも水添脱硫触媒４Ｂ及び変成触媒４Ａの酸化処理を実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、水添脱硫触媒４Ｂを収納する容器から水添脱硫触媒４Ｂを外部に取り出すときに、水添脱硫触媒４Ｂの酸化反応による発熱量が低下し得る。また、変成触媒４Ａの酸化処理も実行できるので、従来に比べ、廃棄処理において、変成触媒４Ａを収納する容器から変成触媒４Ａを外部に取り出すときに、変成触媒４Ａの酸化反応による発熱量が低下し得る。更に、第７実施形態の燃料電池システム１００に比べ、上記の酸化処理において分岐路１１及び第１の開閉器１２を使用する必要がないので、燃料電池システム１００を簡易に構成できる。
（第９実施形態）
第９実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態、第１実施形態の第１−第１０実施例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムにおいて、上記の触媒よりも上流の原料供給路に配された原料供給器を備え、原料供給器は、酸化処理において、酸化ガス供給器として触媒に酸化ガスを供給する。
かかる構成により、原料供給器を酸化ガス供給器として用いて、触媒の酸化処理を実行できるので、酸化処理用の酸化ガス供給器を別途設ける必要がなく、システム構成が簡素化される。
本実施形態の燃料電池システムは、上記特徴以外は、第１実施形態及び第１実施形態の第１−第１０実施例、及び第１実施形態の第１−第３制御例のいずれかの燃料電池システムと同様に構成してもよい。
［装置構成］
図２４は、第９実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
図２４に示す例において、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池３と、触媒４と、原料供給器１８と、制御器７と、を備える。
燃料電池３、触媒４及び制御器７については上記と同様であるので説明を省略する。
原料供給器１８は、触媒４よりも上流の原料供給路に配されている。原料供給器１８は、原料の流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器と流量調整弁等により構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器は、例えば、定容積型ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。原料は、原料供給源より原料供給器１８に供給される。原料供給源は、所定の供給圧を有しており、例えば、原料ボンベ、原料インフラ等が挙げられる。なお、上記のとおり、原料は、例えば、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む。
本実施形態では、原料供給器１８は、触媒４の酸化処理において、酸化ガス供給器として触媒４に酸化ガスを供給する。具体的には、原料供給器１８の上流の原料供給源が取り外されると、原料供給器１８の上流は大気開放される。よって、原料供給器１８を酸化ガス供給器として用いて、触媒４に酸化ガスの一例である空気が供給される。
［動作］
以下、本実施形態の燃料電池システム１００の動作について図２０を用いて説明する。
燃料電池３は、燃料電池システム１００の運転中に水素含有ガスを用いて発電する。なお、このとき、図示しない改質器での原料の改質反応により、上記の水素含有ガスが生成される。
一方、原料供給器１８の上流の原料供給源が取り外されると、原料供給器１８の上流は大気開放される。その後、制御器７は、触媒４を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器としての原料供給器１８を制御して触媒４を酸化処理する。例えば、制御器７は、燃料電池システム１００の発電を停止してから、燃料電池システム１００又は水素生成装置等の廃棄において、触媒４をその容器から外部に取り出すまでの間であって、酸化ガスと酸化反応をする触媒４上を水素含有ガスが流れていないときに、酸化ガス供給器としての原料供給器１８を制御して触媒４を酸化処理してもよい。
以上により、原料供給器１８を酸化ガス供給器として用いて、触媒４の酸化処理を実行できるので、酸化処理用の酸化ガス供給器を別途設ける必要がなく、システム構成が簡素化される。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明の一態様は、従来に比べ、廃棄処理において、触媒を収納する容器から触媒を外部に取り出すときに、触媒の酸化反応による発熱量が低下し得る。よって、本発明の一態様は、例えば、燃料電池システム又は燃料電池システムの運転方法に利用できる。
３ 燃料電池
４ 触媒
４Ａ 変成触媒
４Ｂ 水添脱硫触媒
４Ｃ 卑金属を含む触媒
４Ｄ メタン化触媒
４Ｅ 改質触媒
５ 反応器
６ 酸化ガス供給器
７ 制御器
９ ＣＯ除去器
１０ 改質器
１１ 分岐路
１２ 第１の開閉器
１３ 第２の開閉器
１４ リサイクル流路
１６ 昇圧器
１７ 第３の開閉器
１８ 原料供給器
２０ 受信器
１００ 燃料電池システム

Claims (40)

  1. 水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、酸化ガスと酸化反応をする触媒と、前記触媒に酸化ガスを供給する酸化ガス供給器と、前記触媒を外部に取り出す前に、前記酸化ガス供給器を制御して前記触媒を酸化処理する制御器とを備え、前記制御器は、前記触媒の温度が第１の閾値以上になると、前記酸化ガス供給器を停止する燃料電池システム。
  2. 前記制御器は、前記触媒を外部に取り出す前に、通常の発電停止時よりも多量の酸化ガスが前記触媒へ供給されるよう前記酸化ガス供給器を制御して前記触媒を酸化処理する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記触媒が、卑金属を含む請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 前記触媒を備える反応器を備え、前記制御器は、前記酸化処理において、前記反応器に少なくとも前記反応器の容積以上の酸化ガスが供給されるよう前記酸化ガス供給器を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 前記制御器は、前記酸化処理において、少なくとも前記触媒の酸化反応に必要なモル当量の酸素が供給されるよう前記酸化ガス供給器を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  6. 前記酸化処理において、前記触媒上に原料が流れていない期間を備える、請求項１−５のいずれかに記載の燃料電池システム。
  7. 前記酸化処理において、前記触媒上に前記酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備える、請求項１−５のいずれかに記載の燃料電池システム。
  8. 前記触媒が、変成触媒である請求項１−７のいずれかに記載の燃料電池システム。
  9. 前記触媒が、水添脱硫触媒である請求項１−７のいずれかに記載の燃料電池システム。
  10. 前記触媒が、メタン化触媒である請求項１−７のいずれかに記載の燃料電池システム。
  11. 前記触媒が、改質触媒である請求項１−７のいずれかに記載の燃料電池システム。
  12. 水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器を備え、前記酸化ガス供給器は、ＣＯ除去器に酸化ガスを供給する、請求項１−１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
  13. 前記酸化ガス供給器が、前記燃料電池に酸化ガスを供給する、請求項１−１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
  14. 前記制御器は、前記触媒の温度が、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下になると前記酸化ガス供給器の動作を再開する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  15. 前記制御器は、前記酸化ガス供給器の動作しているときの前記触媒の温度が、上昇傾向でなくなると、前記酸化ガス供給器を停止する、請求項１−１４のいずれかに記載の燃料電池システム。
  16. 前記触媒よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路と、前記分岐路に設けられた第１の開閉器と、前記触媒よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器とを備え、前記酸化ガス供給器は、前記触媒から前記第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給するよう構成され、前記制御器は、前記酸化処理において、前記第１の開閉器を開放し、第２の開閉器を閉止する、請求項１−１５のいずれかに記載の燃料電池システム。
  17. 前記触媒が少なくとも変成触媒であり、前記酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する、請求項１６に記載の燃料電池システム。
  18. 操作者が操作する操作器を備え、操作者が前記操作器に手動入力すると、前記制御器は、前記酸化処理を実行する、請求項１−１７のいずれかに記載の燃料電池システム。
  19. 外部から前記酸化処理を実行する指令を受信する受信器を備え、前記制御器は、前記受信器で前記酸化処理を実行する指令を受信すると、前記酸化処理を実行する、請求項１−１８のいずれかに記載の燃料電池システム。
  20. 前記制御器は、前記燃料電池システムの寿命停止時に前記酸化処理を実行する、請求項１−１９のいずれかに記載の燃料電池システム。
  21. 前記触媒が水添脱硫触媒であり、前記原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器より送出された水素含有ガスの一部を前記水添脱硫触媒に供給するためのリサイクル流路と、前記改質器よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路と、前記分岐路に設けられた第１の開閉器と、前記触媒よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器とを備え、前記酸化ガス供給器は、前記改質器から第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給するよう構成され、前記制御器は、前記酸化処理において、前記第１の開閉器を開放し、第２の開閉器を閉止するとともに、前記酸化ガス供給器を動作させる、請求項６に記載の燃料電池システム。
  22. 触媒として更に変成触媒を備え、前記酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する、請求項２１に記載の燃料電池システム。
  23. 前記リサイクル流路との合流箇所よりも上流の前記流体流路に設けられた第３の開閉器を備え、前記制御器は、前記酸化処理において、前記第３の開閉器を閉止する、請求項２１に記載の燃料電池システム。
  24. 触媒として更に変成触媒を備え、前記酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する、請求項２３に記載の燃料電池システム。
  25. 前記触媒が水添脱硫触媒であり、前記原料を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器より送出された水素含有ガスの一部を前記水添脱硫触媒に供給するためのリサイクル流路と、前記リサイクル流路が合流する合流箇所と前記改質器との間の流体流路に設けられた昇圧器と、前記リサイクル流路との合流箇所よりも上流の前記流体流路に設けられた第３の開閉器と、を備え、前記酸化ガス供給器は、前記改質器と前記リサイクル流路の上流端との間の流体流路に酸化ガスを供給するよう構成され、前記制御器は、前記酸化処理において、前記第３の開閉器を閉止するとともに、前記昇圧器及び前記酸化ガス供給器を動作させる、請求項６に記載の燃料電池システム。
  26. 触媒として更に変成触媒を備え、前記酸化ガス供給器が、水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応により低減するＣＯ除去器に酸化ガスを供給する、請求項２５に記載の燃料電池システム。
  27. 前記触媒よりも上流の原料供給路に配された原料供給器を備え、
    前記原料供給器は、前記酸化処理において、前記酸化ガス供給器として前記触媒に酸化ガスを供給する、請求項１−１１、１４−１５のいずれかに記載の燃料電池システム。
  28. 運転中に燃料電池が水素含有ガスを用いて発電し、酸化ガスと酸化反応をする触媒を外部に取り出す前に、酸化ガス供給器を制御して前記触媒を酸化処理し、前記触媒の温度が第１の閾値以上になると、前記酸化ガス供給器を停止する、燃料電池システムの運転方法。
  29. 前記触媒を外部に取り出す前に、通常の発電停止時よりも多量の酸化ガスが前記触媒へ供給されるよう前記酸化ガス供給器を制御して前記触媒を酸化処理する、請求項２８に記載の燃料電池システムの運転方法。
  30. 前記酸化処理において、前記酸化ガス供給器は、前記触媒を備える反応器に少なくとも前記反応器の容積以上の酸化ガスを供給する、請求項２８に記載の燃料電池システムの運転方法。
  31. 前記酸化処理において、前記触媒上に原料が流れていない期間を備える、請求項２８−３０のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  32. 前記酸化処理において、前記触媒上に前記酸化ガス以外のガスが流れていない期間を備える、請求項２８−３０のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  33. 前記触媒の温度が、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下になると前記酸化ガス供給器の動作を再開する、請求項２８に記載の燃料電池システムの運転方法。
  34. 前記酸化ガス供給器の動作しているときの前記触媒の温度が、上昇傾向でなくなると、前記酸化ガス供給器を停止する、請求項２８−３３のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  35. 前記酸化処理において、
    前記触媒よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路に設けられた第１の開閉器を開放し、
    前記触媒よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器を閉止し、
    前記酸化ガス供給器は、前記触媒から前記第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給する、請求項２８−３４のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  36. 操作者が操作器に手動入力すると、前記酸化処理を実行する、請求項２８−３５のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  37. 外部から前記酸化処理を実行する指令を受信すると、前記酸化処理を実行する、請求項２８−３６のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  38. 前記燃料電池システムの寿命停止時に前記酸化処理を実行する、請求項２８−３７のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  39. 前記酸化処理において、
    改質器よりも上流の流体流路より分岐して大気開放される分岐路に設けられた第１の開閉器を開放し、
    前記触媒である水添脱硫触媒よりも下流の流体流路に設けられた第２の開閉器を閉止するとともに、
    前記酸化ガス供給器は、前記改質器から第２の開閉器までの間の流体流路に酸化ガスを供給する、請求項２８−３４のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
  40. 前記酸化処理において、
    改質器より送出された水素含有ガスの一部を水添脱硫触媒に供給するためのリサイクル流路との合流箇所よりも上流の流体流路に設けられた第３の開閉器を閉止するとともに、
    前記リサイクル流路が合流する合流箇所と前記改質器との間の流体流路に設けられた昇圧器を動作させ、
    前記酸化ガス供給器は、前記改質器と前記リサイクル流路の上流端との間の流体流路に酸化ガスを供給する、請求項２８−３４のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法。
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