JPH09180744A - りん酸型燃料電池発電装置 - Google Patents

りん酸型燃料電池発電装置

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JPH09180744A
JPH09180744A JP7340164A JP34016495A JPH09180744A JP H09180744 A JPH09180744 A JP H09180744A JP 7340164 A JP7340164 A JP 7340164A JP 34016495 A JP34016495 A JP 34016495A JP H09180744 A JPH09180744 A JP H09180744A
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phosphoric acid
fuel
concentration
fuel cell
air
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JP7340164A
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Heishiro Goto
平四郎 後藤
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】外的要因または内的要因による白金触媒の被毒
を未然に防ぐことにより、寿命特性を安定して保持でき
るりん酸型燃料電池発電装置を提供する。 【解決手段】りん酸型燃料電池１と、外部から吸入した
空気をりん酸型燃料電池の空気極に供給する空気供給系
２と、水素リッチな燃料ガスを生成してりん酸型燃料電
池の燃料極に供給する燃料改質系１１とを備えたりん酸
型燃料電池発電装置において、空気供給系がブロワ４の
吐出空気を燃料改質器１６のバーナ側などに戻すバイパ
ス弁２２，２３を有するバイパス経路２１と、ブロワの
吐出空気中の酸素濃度および大気汚染ガス濃度を監視
し、濃度異常を検知したとき発電装置を改質昇温モード
に導く空気極触媒の被毒防止手段２０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、大気汚染を生じ
やすい地域に設置され、大気汚染ガス成分を含む空気を
反応空気として使用するりん酸型燃料電池発電装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来のりん酸型燃料電池発電装置
の要部を示すシステム構成図である。図において、りん
酸型燃料電池１は電解質としてのりん酸を保持するマト
リックスと、これを挟持する燃料極および空気極とから
なる単位セルと冷却板の積層体からなり、空気供給系２
が外部から吸入した空気を反応空気として空気極に供給
し、燃料改質系１１で生成した水素リッチな燃料ガスを
燃料極に供給し、かつ冷却板に所定温度の冷却水を通流
して発電生成熱の排熱を行うことにより、例えば１９０
°Ｃ程度の運転温度を保持した状態で電気化学反応に基
づく発電運転が行われる。
【０００３】空気供給系２は、ブロワ４で空気（外気）
を吸入し、フィルタ３で粉塵などを除去した後、図示し
ない熱交換器で所定温度に加熱した状態で空気制御弁５
で流量を制御し、りん酸型燃料電池１の空気極に供給す
る。また、燃料改質系１１は天然ガス等の原燃料の流量
を制御弁１２で制御した状態で脱硫器１３で硫黄成分を
除去し、エジェクタポンプ１５で所定の水添比になるよ
う水蒸気と混合し、燃料改質器１６で水蒸気改質反応に
より水素リッチな燃料ガスに改質し、さらに高温変成器
１７および低温変成器１８で一酸化炭素を二酸化炭素に
変成することにより、一酸化炭素濃度が０．２％程度以
下に低減された燃料ガスとなり、ガス遮断弁１９を介し
てりん酸型燃料電池１の燃料極に断続供給されるととも
に、その一部はバイパス弁９を介して燃料改質器１６の
バーナ１６Ｂに供給される。さらに、空気極から排出さ
れるオフ空気、および燃料極から排出されるオフガスは
バーナ１６に送られて燃焼し、燃料改質器１６が例えば
天然ガスの水蒸気改質反応に必要８００°Ｃ程度の高温
に保持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】オンサイト用の燃料電
池発電装置は、幹線道路の交差点近傍やビル街，工事現
場など大気汚染を生じやすい場所に設置しても支障なく
長期安定運転できることが求められる。このような設置
場所では、例えば自動車や機械装置から発生した高い濃
度の窒素酸化物ガス（ＮＯ，ＮＯX ）、硫黄酸化物（Ｓ
Ｏ）、一酸化炭素ガス（ＣＯ）、有機溶剤蒸気などの炭
化水素ガス（ＨＣ）などの大気汚染ガスを含んだ空気が
気象条件や地理的条件によって滞留するとともに、最悪
条件では空気中の酸素濃度が低下することも考えられ
る。これらの大気汚染ガス成分はりん酸型燃料電池の白
金触媒に対しても有害で、従来のりん酸型燃料電池発電
装置の空気供給系で吸入した汚染空気または酸欠空気を
空気極に直接供給すると、白金触媒が被毒して白金触媒
粒子が粗大化し、その活性が徐々に低下して発電電圧の
低下を招き、遂には汚染空気という外的要因によりりん
酸型燃料電池の可使用寿命が短くなるという被害を被る
ことが予想される。
【０００５】一方、従来例における燃料改質系は、りん
酸型燃料電池の燃料極に供給する燃料ガスに含まれる水
素濃度を一定レベルに保持するとともに、燃料極の白金
触媒に有害な一酸化炭素ガス（ＣＯ）、硫黄酸化物（Ｓ
Ｏ）、およびメタンなどの炭化水素ガス（ＨＣ）などを
低減するために、燃料改質器の他に脱硫器、高温（一酸
化炭素）変成器，低温（一酸化炭素）変成器などを備え
ているが、これらの内のいずれか１つに不具合が生じた
場合には、有害ガス成分が燃料極に供給され、空気極に
おけると同様に白金触媒が被毒して白金触媒粒子が粗大
化し、その活性が徐々に低下して発電電圧の低下を招
き、遂には内的要因によってりん酸型燃料電池の可使用
寿命が短くなるという被害を被ることが予想される。
【０００６】この発明の課題は、外的要因または内的要
因による白金触媒の被毒を未然に防ぐことにより、寿命
特性を安定して保持できるりん酸型燃料電池発電装置を
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、複数の単位セルの積層体
からなるりん酸型燃料電池と、フィルタ，ブロワおよび
空気制御弁を介して外部から吸入した空気を前記りん酸
型燃料電池の空気極に供給する空気供給系と、脱硫器で
脱硫済の原燃料を燃料改質器で水蒸気改質し，得られた
燃料ガスを高温変成器，低温変成器，およびガス遮断弁
を介して前記りん酸型燃料電池の燃料極に供給する燃料
改質系とを備えたりん酸型燃料電池発電装置において、
前記空気供給系が前記ブロワの吐出空気をその吸入側，
前記燃料改質器のバーナ側，または外部に戻すバイパス
弁を有するバイパス経路と、前記ブロワの吐出空気中の
酸素濃度および大気汚染ガス濃度を監視し、濃度異常を
検知したとき負荷の遮断を指令するとともに、前記空気
制御弁，ガス遮断弁の閉鎖、および前記バイパス弁の開
放を指令して発電装置を改質昇温モードに導く空気極触
媒の被毒防止手段とを備えることとする。
【０００８】ここで、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載のりん酸型燃料電池発電装置において、空気極
触媒の被毒防止手段が、ブロワーの吐出空気中の酸素濃
度検出部の他に硫黄酸化物検出部，炭化水素検出部，お
よび窒素酸化物検出部と、前記各検出部の検出濃度をそ
れぞれの基準値と比較して濃度異常を判定する判断部と
を備え、この判断部が検出濃度の少なくとも１つを濃度
異常と判断したとき発電装置を改質昇温モードに導く指
令を発するよう構成すると良い。
【０００９】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載のりん酸型燃料電池発電装置において、空気極触
媒の被毒防止手段が、異常濃度の変化を一定時間監視
し、異常濃度が一定時間継続したとき発電装置全体を停
止状態に導く非常停止指令を発する非常停止判断部を備
えるよう構成すると良い。さらに、請求項４に記載の発
明は、請求項１または請求項２に記載のりん酸型燃料電
池発電装置において、ブロワーの吐出空気に含まれる大
気汚染ガスとしての硫黄酸化物ガス，炭化水素ガス，お
よび窒素酸化物ガスを吸着ろ過する三元触媒槽を空気極
触媒の被毒防止手段の分岐点より下流側に設けるよう構
成すると良い。
【００１０】一方、請求項５に記載の発明は、複数の単
位セルの積層体からなるりん酸型燃料電池と、フィル
タ，ブロワおよび空気制御弁を介して外部から吸入した
空気を前記りん酸型燃料電池の空気極に供給する空気供
給系と、脱硫器で脱硫済の原燃料を燃料改質器で水蒸気
改質し，得られた燃料ガスを高温変成器，低温変成器，
およびガス遮断弁を介して前記りん酸型燃料電池の燃料
極に供給する燃料改質系とを備えたりん酸型燃料電池発
電装置において、前記燃料改質系が前記低温変成器の吐
出燃料ガスを前記燃料改質器のバーナー側に戻すバイパ
ス弁を有するバイパス経路と、前記低温変成器の吐出燃
料ガス中の水素濃度，硫黄酸化物濃度，炭化水素濃度，
および一酸化炭素濃度を監視し、濃度異常を検知したと
き負荷の遮断を指令するとともに、前記空気制御弁，ガ
ス遮断弁の閉鎖、前記バイパス弁の開放を指令して発電
装置を改質昇温モードに導く燃料極触媒の被毒防止手段
とを備える。
【００１１】ここで、請求項６に記載の発明は、請求項
５に記載のりん酸型燃料電池発電装置において、燃料改
質系が前記低温変成器の吐出燃料ガスを脱硫器側に戻す
循環ブロワおよびバイパス弁を有するバイパス経路を備
え、燃料極触媒の被毒防止手段が濃度異常を検知して発
する指令により前記循環ブロワおよびバイパス弁が動作
して前記低温変成器の吐出燃料ガスを脱硫器側に戻すと
ともに、燃料極触媒の被毒防止手段が異常濃度の変化を
一定時間監視し、異常濃度が一定時間継続したとき発電
装置全体を停止状態に導く非常停止指令を発する非常停
止判断部を備えるよう構成すると良い。
【００１２】請求項１に記載の発明では、空気極触媒の
被毒防止手段がブロワの吐出空気中の酸素濃度および大
気汚染ガス濃度の異常を検知して負荷の遮断を指令する
とともに、空気制御弁，ガス遮断弁の閉鎖、およびバイ
パス弁の開放を指令するので、りん酸型燃料電池は発電
の停止状態となり、空気極の白金触媒が反応空気中に含
まれる大気汚染ガスにより被毒して白金触媒粒子が粗大
化し、その活性が徐々に低下して発電電圧の低下を招く
という事態が回避される。また、改質昇温モードではバ
イパス弁が開いてブロワーの吐出空気をその吸入側に戻
すのでブロワは運転を継続しており、かつ燃料改質器の
バーナ側に戻された空気および燃料ガスの燃焼熱によ
り、りん酸型燃料電池はその運転温度を保持するととも
に、燃料改質系は改質作用を持続しているので、空気極
触媒の被毒防止手段が酸素濃度および大気汚染ガス濃度
が正常な状態に戻ったことを検知して改質昇温モードの
指令を解除することにより、発電装置は遅滞なく発電状
態を回復する。
【００１３】請求項２に記載の発明では、空気極触媒の
被毒防止手段の４つの検出部が、ブロワの吐出空気中の
酸素濃度，硫黄酸化物の濃度，炭化水素の濃度，および
窒素酸化物の濃度を常時監視して電気信号に変換し、判
断部が検出濃度（信号）をそれぞれの基準値と比較して
濃度異常を判定することにより、例えば市販の大気汚染
ガス分析装置を利用して白金触媒を被毒する有害ガス成
分を精度よく検出することが可能になる。
【００１４】また、請求項３に記載の発明では、異常濃
度の変化を一定時間監視し、異常濃度が一定時間継続し
たとき発電装置全体を停止状態に導く非常停止指令を発
する非常停止判断部を空気極触媒の被毒防止手段が備え
ることにより、被毒ガス濃度とその継続時間との積で決
まる被毒作用が著しいと認められる時にのみ発電装置全
体を停止させることが可能になる。
【００１５】さらに、請求項４に記載の発明では、判断
部が改質昇温モードを指令する基準レベルより低い濃度
の大気汚染ガスとしての硫黄酸化物ガス，炭化水素ガ
ス，および窒素酸化物ガスを三元触媒槽が吸着ろ過して
りん酸型燃料電池に供給する反応空気を浄化するので、
外的要因による白金触媒の被毒がより確実に防止され
る。
【００１６】一方、請求項５に記載の発明では、燃料極
触媒の被毒防止手段が燃料改質系が低温変成器の吐出燃
料ガス中の水素濃度，硫黄酸化物濃度，炭化水素濃度，
および一酸化炭素濃度を検出して電気信号に変換し、判
断部が電気信号を基準値（信号）と比較し、濃度異常を
検知したとき負荷の遮断を指令すると同時に、空気制御
弁，ガス遮断弁を閉鎖してりん酸型燃料電池の発電を停
止するとともに、バイパス弁を開放して発電装置を改質
昇温モードに導くので、燃料改質系に不具合が生じた場
合にも燃料極の白金触媒が燃料ガス中に含まれる被毒ガ
ス成分により被毒して白金触媒粒子が粗大化し、その活
性が徐々に低下して発電電圧の低下を招くという事態が
回避される。また、改質昇温モードではバイパス弁が開
いて燃料ガスおよび反応空気を燃料改質器のバーナー側
に戻すので、空気および燃料ガスの燃焼熱により、りん
酸型燃料電池はその運転温度を保持するとともに、燃料
改質系は改質作用を持続することになり、空気極触媒の
被毒防止手段が水素濃度および被毒ガス成分の濃度が正
常な状態に戻ったことを検知して改質昇温モードの指令
を解除することにより、発電装置は遅滞なく発電状態を
回復する。
【００１７】ここで、請求項６に記載の発明では、燃料
改質系に低温変成器の吐出燃料ガスを脱硫器側に戻す循
環ブロワーおよびバイパス弁を有するバイパス経路を設
けたことにより、燃料極触媒の被毒防止手段が濃度異常
を検知して発する指令により改質昇温モードに移行し、
燃料ガス中の有害ガス成分の被毒作用から燃料極触媒が
保護されるとともに、循環ブロワーおよびバイパス弁が
動作して低温変成器の吐出燃料ガスが脱硫器側に戻され
て再改質処理が行われる。したがって、燃料極触媒の被
毒防止手段に設けた非常停止判断部が再改質処理された
燃料ガス中の異常濃度の変化を一定時間監視することに
より、再改質処理後も異常濃度が一定時間継続したとき
には燃料改質系に持続的な異常が生じたものと判断して
発電装置全体を停止状態に導く保護動作が行われるとと
もに、再改質処理することによって異常濃度が解消した
場合には燃料改質系の異常が一時的な変動によるものと
判断し、判断部により改質昇温モードが解除される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。なお、従来例と同じ参照符号を付けた部材は
従来例のそれと同じ機能をもつので、その説明を省略す
る。図１はこの発明の一実施例を示すりん酸型燃料電池
発電装置の要部のシステム構成図である。図において、
りん酸型燃料電池１の空気極に反応空気を供給する空気
供給系２には、ブロワー４の吐出空気をその吸入側およ
び燃料改質器１６のバーナ１６Ｂ側とに戻すバイパス弁
２２および２３を含むバイパス経路２１と、ブロワ４の
吐出空気を吸入してその酸素濃度および大気汚染ガス濃
度を監視し、濃度異常を検知したとき発電装置を改質昇
温モードに導く改質昇温指令２８Ｓを発する空気極触媒
の被毒防止手段２０とが設けられている。
【００１９】空気極触媒の被毒防止手段２０は実施例の
場合、ブロワ４の吐出空気中の酸素濃度検出部２４の他
に、大気汚染ガス検出用として硫黄酸化物検出部２５，
炭化水素検出部２６，および窒素酸化物検出部２７と、
各検出部の検出濃度をそれぞれの基準値と比較して濃度
異常を判定する判断部２８とを備え、この判断部２８が
いずれか１つの検出部の検出濃度が基準値を越えると判
断したとき発電装置を改質昇温モードに導く指令２８Ｓ
を発して図示しない負荷の遮断を指令するとともに、弁
駆動部１０を介して空気制御弁５，ガス遮断弁１９を閉
鎖してりん酸型燃料電池１の発電を停止する。これと同
時に、バイパス弁２２，２３を開放してバイパス経路２
１を介してブロワ４の吐出空気をその吸入側および燃料
改質器１６のバーナ１６Ｂ戻し、かつ燃料改質系１１側
のバイパス弁９を開放して燃料ガスをバーナ１６Ｂに供
給する操作を行うことにより発電装置は改質昇温モード
での運転状態に移行する。
【００２０】この実施例では、りん酸型燃料電池１が発
電の停止状態となり、高濃度の汚染ガスを含む反応空気
の供給、あるいは低酸素濃度の反応空気の供給が停止さ
れるので、従来技術で問題となった外的要因による空気
極白金触媒の被毒が回避され、白金触媒の活性低下によ
る発電電圧の低下や、これに起因する寿命特性の低下の
ない長期安定性に優れたりん酸型燃料電池発電装置が得
られる。また、改質昇温モードではブロワ４は運転を継
続しており、かつ燃料改質器のバーナ１６Ｂ側に戻され
た空気および燃料ガスの燃焼熱により、燃料改質系１１
がその改質作用を持続するとともに、その燃焼排熱を利
用してりん酸型燃料電池１の温度をその運転温度に維持
できるので、空気極触媒の被毒防止手段２０が酸素濃度
および大気汚染ガス濃度が正常な状態に戻ったことを検
知して改質昇温モードの指令２８Ｓを解除することによ
り、発電装置を遅滞なく発電状態に復帰できる利点が得
られる。
【００２１】また、図１において、判断部２８の出力側
に非常停止判断部２９を設けるよう空気極触媒の被毒防
止手段２０を構成し、非常停止判断部２９が判断部２８
から送られる異常濃度信号の変化を一定時間監視し、異
常濃度が一定時間継続したとき発電装置全体を停止状態
に導く非常停止指令２９Ｓを出力するようにすれば、例
えば自動車や機械装置から発生した高い濃度の窒素酸化
物ガス（ＮＯ，ＮＯX）、硫黄酸化物（ＳＯ）、一酸化
炭素ガス（ＣＯ）、有機溶剤蒸気などの炭化水素ガス
（ＨＣ）等の大気汚染ガスを含んだ空気が気象条件や地
理的条件によって発電装置の設置場所近傍に高濃度で滞
留したような場合にも、外的要因による被毒作用から空
気極の白金触媒をより確実に保護し、りん酸型燃料電池
１の発電性能の低下を防止できるできる利点が得られ
る。
【００２２】さらに、図１において、大気汚染ガスとし
ての硫黄酸化物ガス，炭化水素ガス，および窒素酸化物
ガスを吸着ろ過する三元触媒槽３０を、空気供給系２の
空気極触媒の被毒防止手段２０の分岐点より下流側に設
けるよう構成したことにより、判断部２８が改質昇温モ
ードを指令する基準レベルより低い濃度の大気汚染ガス
成分を三元触媒槽３０が吸着ろ過し、清浄な反応空気を
りん酸型燃料電池１の空気極に供給するので、外的要因
による白金触媒の被毒がより確実に防止され、りん酸型
燃料電池の発電性能を高度に維持できる利点が得られ
る。
【００２３】図２はこの発明の異なる実施例になるりん
酸型燃料電池発電装置の要部のシステム構成図である。
この実施例が図１に示す実施例と異なるところは、燃料
改質系１１の不具合など内的要因によって発生した被毒
ガス成分から燃料極の白金触媒を保護する燃料極触媒の
被毒防止手段４０を燃料改質系１１に設けた点にある。
即ち、燃料改質系１１は低温変成器１８の吐出燃料ガス
を燃料改質器のバーナ１６Ｂ側に戻すバイパス弁９を有
するバイパス経路を備えるとともに、低温変成器１８の
吐出燃料ガス中の水素濃度，硫黄酸化物濃度，炭化水素
濃度，および一酸化炭素濃度を監視する水素濃度検出部
３４，硫黄酸化物検出部３５，炭化水素検出部３６，お
よび一酸化炭素（ＣＯ）検出部３７と、各検出部の検出
濃度をそれぞれの基準値と比較して濃度異常を判定する
判断部３８とからなる燃料極触媒の被毒防止手段４０を
備え、判断部３８が濃度異常を検知したとき改質昇温指
令３８Ｓにより図示しない負荷の遮断を指令するととも
に、空気制御弁５，ガス遮断弁１９の閉鎖、各バイパス
弁２２，２３，および９，の開放を指令して発電装置を
改質昇温モードに導くよう構成される。
【００２４】この実施例では、りん酸型燃料電池１が発
電の停止状態となり、高濃度の被毒ガス成分を含む燃料
ガスの供給、あるいは低水素濃度の燃料ガスの供給が停
止されるので、従来技術で問題となった内定要因による
空気極白金触媒の被毒が回避され、白金触媒の活性低下
による発電電圧の低下や、これに起因する寿命特性の低
下のない長期安定性に優れたりん酸型燃料電池発電装置
が得られる。また、改質昇温モードでは燃料改質器１６
を含む燃料改質系１１は運転を継続してバーナ１６Ｂに
燃料ガスを供給しており、かつその燃焼排熱を利用して
冷却水を加熱することにより、りん酸型燃料電池１の温
度をその運転温度に維持できるので、燃料極触媒の被毒
防止手段４０が水素濃度または被毒ガス成分濃度が正常
な状態に戻ったことを検知して改質昇温モードの指令３
８Ｓを解除することにより、発電装置を遅滞なく発電状
態に復帰できる利点が得られる。
【００２５】ここで、図２において、燃料改質系１１に
低温変成器１８の吐出燃料ガスを脱硫器１３の入口側に
戻す循環ブロワー３３およびバイパス弁３２を有するバ
イパス経路３１を設けるよう構成すれば、燃料極触媒の
被毒防止手段４０が濃度異常を検知して発する改質昇温
指令３８Ｓにより発電装置が改質昇温モードに移行する
とともに、バイパス系３１を介して低温変成器１８の吐
出燃料ガスが脱硫器１３側に戻されて再改質処理が行わ
れる。したがって、燃料極触媒の被毒防止手段４０の判
断部３８の出力側に非常停止判断部３９を設け、再改質
処理された燃料ガス中の異常濃度の変化を一定時間監視
するよう構成し、再改質処理後も異常濃度が一定時間継
続したときには燃料改質系に異常が生じたものと判断
し、非常停止指令３９Ｓにより発電装置全体を停止状態
に導く保護動作を行い、再改質処理することによって異
常濃度が解消した場合には燃料改質系の異常が解消した
ものと判断して判断部３８が改質昇温モードを解除す
る。
【００２６】このように構成されたりん酸型燃料電池発
電装置では、燃料改質系１１で生じた不具合が一時的な
ものか，持続性のものかの判定機能が得られるととも
に、水素濃度，硫黄酸化物濃度，炭化水素濃度，および
一酸化炭素濃度のいずれが異常濃度を示したかを弁別で
きるので、内的要因が脱硫器，燃料改質器，一酸化炭素
変成器のいずれで生じたかの診断機能も得られることに
なり、燃料改質器１６の水添比制御不良，温度制御不
良，および改質触媒の活性低下、脱硫器１３あるいは一
酸化炭素変成器１７，１８の温度制御不良や触媒の活性
低下などが原因で比較的高い頻度で発生する燃料改質系
の不具合の復旧を早期に発見し、その復旧作業を容易化
できる利点が得られる。
【００２７】
【発明の効果】この発明のりん酸型燃料電池発電装置は
前述のように、りん酸型燃料電池の空気供給系に空気極
触媒の被毒防止手段を設けて反応空気中の大気汚染ガス
成分，言い換えれば白金触媒の被毒ガス成分の濃度を監
視し、いずれか１つの被毒ガス成分の濃度が基準値を越
えたとき発電装置を改質昇温モードに導くよう構成し
た。その結果、りん酸型燃料電池は発電を停止した状態
となり、従来、りん酸型燃料電池発電装置の空気供給系
が外的要因により発生した高濃度の汚染空気または酸欠
空気を空気極に直接供給するすることにより白金触媒が
被毒して白金触媒粒子が粗大化し、その活性が徐々に低
下して発電電圧の低下を招くという問題点が排除され、
例えば自動車や機械装置から発生した高い濃度の窒素酸
化物ガス（ＮＯ，ＮＯX ）、硫黄酸化物（ＳＯ）、一酸
化炭素ガス（ＣＯ）、有機溶剤蒸気などの炭化水素ガス
（ＨＣ）などの大気汚染ガスが滞留し易い幹線道路の交
差点近傍やビル街，工事現場などに設置しても、寿命特
性が低下することのない長期安定性に優れたりん酸型燃
料電池発電装置を提供できる。また、発電装置を改質昇
温モードとすることにより、発電運転の再開を迅速に行
えるという利点が得られる。
【００２８】ここで、空気極触媒の被毒防止手段に例え
ば市販の大気汚染ガス分析装置を利用すれば、白金触媒
に被毒を及ぼす硫黄酸化物の濃度，炭化水素の濃度，窒
素酸化物濃度，および酸素濃度を精度よく監視して外的
要因による空気極触媒の活性低下を防止できるりん酸型
燃料電池発電装置を経済的にも有利に提供できる利点が
得られる。
【００２９】また、異常濃度が一定時間継続したとき発
電装置全体を停止状態に導く非常停止判断部を空気極触
媒の被毒防止手段側に設けるよう構成したことにより、
被毒ガス濃度とその継続時間との積で決まる被毒作用が
著しいと認められる時にのみ発電装置全体を停止させる
ことが可能になり、電装置全体の停止回数が低減される
ことにより、りん酸型燃料電池発電装置の安定運転性能
を確保できる利点が得られる。
【００３０】さらに、三元触媒槽を空気供給系に設けた
ことにより、改質昇温モードを指令する基準レベルより
低い濃度の大気汚染ガスとしての硫黄酸化物ガス，炭化
水素ガス，および窒素酸化物ガスを三元触媒槽が吸着ろ
過し、りん酸型燃料電池に供給する反応空気を浄化する
ので、外的要因による白金触媒の被毒がより確実に防止
され、大気汚染ガス成分が定常的に発生する幹線道路の
交差点近傍などに設置しても被毒による寿命低下を生じ
ない長期信頼性に優れたりん酸型燃料電池発電装置を提
供できる。
【００３１】一方、燃料改質系の不具合など内的要因に
よって発生した被毒ガス成分から燃料極の白金触媒を保
護する燃料極触媒の被毒防止手段を燃料改質系に設ける
よう構成した。その結果、従来技術で問題となった内定
要因による空気極白金触媒の被毒が回避され、白金触媒
の活性低下による発電電圧の低下や、これに起因する寿
命特性の低下のない長期安定性に優れたりん酸型燃料電
池発電装置提供することができる。また、改質昇温モー
ドとすることにより、発電装置を遅滞なく発電状態に復
帰できる利点が得られる。
【００３２】ここで、低温変成器の吐出燃料ガスを脱硫
器の入口側に戻すバイパス経路を設けて低温変成器の吐
出燃料ガスを再改質処理するとともに、燃料極触媒の被
毒防止手段に非常停止判断部を設けて再改質処理された
燃料ガス中の異常濃度の変化を一定時間監視するよう構
成したことにより、燃料改質系で生じた不具合が一時的
なものか，持続性のものかの判定機能と、水素濃度，硫
黄酸化物濃度，炭化水素濃度，および一酸化炭素濃度の
いずれが異常濃度を示したかの弁別機能とが得られるの
で、内的要因が脱硫器，燃料改質器，一酸化炭素変成器
のいずれで生じたかの診断機能も得られることになり、
燃料改質器の水添比制御不良，温度制御不良，および改
質触媒の活性低下、脱硫器あるいは一酸化炭素変成器の
温度制御不良や触媒の活性低下などが原因で比較的高い
頻度で発生する燃料改質系の不具合の復旧を早期に発見
し、その復旧作業を容易化できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すりん酸型燃料電池発
電装置の要部のシステム構成図
【図２】この発明の異なる実施例になるりん酸型燃料電
池発電装置の要部のシステム構成図
【図３】従来のりん酸型燃料電池発電装置の要部を示す
システム構成図
【符号の説明】
１ りん酸型燃料電池 ２ 空気供給系 ３ フィルタ ４ ブロワ ５ 空気制御弁 ９ バイパス弁 １０ 駆動部 １１ 燃料改質系 １２ 原燃料制御弁 １３ 脱硫器 １４ 水蒸気制御弁 １５ エジェクタポンプ １６ 燃料改質器 １６Ｂ バーナ １７ 高温変成器 １８ 低温変成器 １９ ガス遮断弁 ２０ 空気極触媒の被毒防止手段 ２１ バイパス経路 ２２ バイパス弁 ２３ バイパス弁 ２４ 酸素濃度検出部 ２５ 硫黄酸化物検出部 ２６ 炭化水素検出部 ２７ 窒素酸化物検出部 ２８ 判断部 ２８Ｓ 改質昇温指令 ２９ 非常停止判断部 ２９Ｓ 非常停止指令 ３０ 三元触媒槽 ３１ バイパス経路 ３２ バイパス弁 ３３ 循環ブロワ ３４ 水素濃度検出部 ３５ 硫黄酸化物検出部 ３６ 炭化水素検出部 ３７ 一酸化炭素検出部 ３８ 判断部 ３８Ｓ 改質昇温指令 ３９ 非常停止判断部 ３９Ｓ 非常停止指令 ４０ 燃料極触媒の被毒防止手段

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の単位セルの積層体からなるりん酸型
    燃料電池と、フィルタ，ブロワおよび空気制御弁を介し
    て外部から吸入した空気を前記りん酸型燃料電池の空気
    極に供給する空気供給系と、脱硫器で脱硫済の原燃料を
    燃料改質器で水蒸気改質し，得られた燃料ガスを高温変
    成器，低温変成器，およびガス遮断弁を介して前記りん
    酸型燃料電池の燃料極に供給する燃料改質系とを備えた
    りん酸型燃料電池発電装置において、前記空気供給系が
    前記ブロワの吐出空気をその吸入側，前記燃料改質器の
    バーナ側，または外部に戻すバイパス弁を有するバイパ
    ス経路と、前記ブロワーの吐出空気中の酸素濃度および
    大気汚染ガス濃度を監視し、濃度異常を検知したとき負
    荷の遮断を指令するとともに、前記空気制御弁，ガス遮
    断弁の閉鎖、および前記バイパス弁の開放を指令して発
    電装置を改質昇温モードに導く空気極触媒の被毒防止手
    段とを備えたことを特徴とするりん酸型燃料電池発電装
    置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のりん酸型燃料電池発電装
    置において、空気極触媒の被毒防止手段が、ブロワの吐
    出空気中の酸素濃度検出部の他に、硫黄酸化物検出部，
    炭化水素検出部，および窒素酸化物検出部と、前記各検
    出部の検出濃度をそれぞれの基準値と比較して濃度異常
    を判定する判断部とを備え、この判断部が検出濃度の少
    なくとも１つを濃度異常と判断したとき発電装置を改質
    昇温モードに導く指令を発することを特徴とするりん酸
    型燃料電池発電装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載のりん酸型燃料電池発電装
    置において、空気極触媒の被毒防止手段が、異常濃度の
    変化を一定時間監視し、異常濃度が一定時間継続したと
    き発電装置全体を停止状態に導く非常停止指令を発する
    非常停止判断部を備えたことを特徴とするりん酸型燃料
    電池発電装置。
  4. 【請求項４】請求項１または請求項２に記載のりん酸型
    燃料電池発電装置において、ブロワの吐出空気に含まれ
    る大気汚染ガスとしての硫黄酸化物ガス，炭化水素ガ
    ス，および窒素酸化物ガスを吸着ろ過する三元触媒槽を
    空気極触媒の被毒防止手段の分岐点より下流側に設けた
    ことを特徴とするりん酸型燃料電池発電装置。
  5. 【請求項５】複数の単位セルの積層体からなるりん酸型
    燃料電池と、フィルタ，ブロワおよび空気制御弁を介し
    て外部から吸入した空気を前記りん酸型燃料電池の空気
    極に供給する空気供給系と、脱硫器で脱硫済の原燃料を
    燃料改質器で水蒸気改質し，得られた燃料ガスを高温変
    成器，低温変成器，およびガス遮断弁を介して前記りん
    酸型燃料電池の燃料極に供給する燃料改質系とを備えた
    りん酸型燃料電池発電装置において、前記燃料改質系が
    前記低温変成器の吐出燃料ガスを前記燃料改質器のバー
    ナ側に戻すバイパス弁を有するバイパス経路と、前記低
    温変成器の吐出燃料ガス中の水素濃度，硫黄酸化物濃
    度，炭化水素濃度，および一酸化炭素濃度を監視し、濃
    度異常を検知したとき負荷の遮断を指令するとともに、
    前記空気制御弁，ガス遮断弁の閉鎖、前記バイパス弁の
    開放を指令して発電装置を改質昇温モードに導く燃料極
    触媒の被毒防止手段とを備えたことを特徴とするりん酸
    型燃料電池発電装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載のりん酸型燃料電池発電装
    置において、燃料改質系が前記低温変成器の吐出燃料ガ
    スを脱硫器側に戻す循環ブロワおよびバイパス弁を有す
    るバイパス経路を備え、燃料極触媒の被毒防止手段が濃
    度異常を検知して発する指令により前記循環ブロワおよ
    びバイパス弁が動作して前記低温変成器の吐出燃料ガス
    を脱硫器側に戻すとともに、燃料極触媒の被毒防止手段
    が異常濃度の変化を一定時間監視し、異常濃度が一定時
    間継続したとき発電装置全体を停止状態に導く非常停止
    指令を発する非常停止判断部を備えたことを特徴とする
    りん酸型燃料電池発電装置。
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