JPH11191426A

JPH11191426A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JPH11191426A
Application number: JP9359944A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kaneko; 実金子; Katsuya Oda; 勝也小田; Mitsuo Karakane; 光雄唐金; Tomotoshi Ikenaga; 友俊池永; Takamasa Matsubayashi; 孝昌松林; Shigeru Sakamoto; 滋坂本; Masatoshi Ueda; 雅敏上田; Yasuo Miyake; 泰夫三宅; Koji Nishio; 晃治西尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】システムを大型化することなく、システムの
停止モード時の負圧防止と、燃料改質装置又は燃料電池
の性能の劣化を防止できる燃料電池発電システムを提供
する。【解決手段】本発明の燃料電池発電システムは、原料
ガスを水素リッチの燃料ガスに改質する燃料改質装置
と、燃料ガスと空気の電気化学反応によって発電を行な
う燃料電池を具え、ガス流路を通じて、原料ガスを燃料
改質装置へ供給し、改質された燃料ガスを燃料電池へ供
給する燃料電池発電システムにおいて、外部の空気をガ
ス流路へ導入する空気導入通路を具え、空気導入通路、
又は空気導入通路とガス流路の合流位置には、空気中の
酸素ガスを除去するための脱酸素器が配備され、脱酸素
器より上流側の空気導入通路には、システムの停止モー
ド時に外部の空気を導入する空気導入手段が配備されて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テムに関するものである。本発明は、特に、燃料電池発
電システムにおいて、炭化水素またはアルコール原料な
どの原料ガスから水素リッチの燃料ガスに改質する燃料
改質装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電システムは、燃料電池に燃
料と酸化剤を供給し、燃料の化学エネルギーを電気エネ
ルギーに直接変換するシステムである。主な燃料電池発
電システムでは、燃料として、水素ガスや水素リッチの
燃料ガスが使用され、酸化剤として、酸素ガスや空気が
使用されている。燃料電池発電システムは、図１に示す
ように、炭化水素、アルコール原料などの原料ガスを水
素リッチの燃料ガスに改質する燃料改質装置(１)と、燃
料改質装置(１)から送られる燃料ガスと空気との電気化
学反応によって発電を行なう燃料電池(２)とを具える。
なお、本明細書中では、原料ガスを燃料改質装置へ供給
し、該改質装置内で改質された燃料ガスを燃料電池へ供
給し、発電に利用された後の燃料排ガスを排気するまで
の経路をガス流路と称することにする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記燃料電池発電シス
テムにおいて、システムの停止モード時にガス流路の一
部又は全部を密閉すると、運転温度から常温に降下する
につれて、密閉したガス流路内の気体の圧力は低下し、
ついには大気圧よりも低い圧力（以下、負圧という）と
なる。このため、何らかの原因で外部から空気が混入
し、混入した空気中の酸素ガスにより、燃料改質装置に
おける触媒の活性低下および劣化を招く虞れがある。ま
た、ガス流路の内部と外部の圧力差により、ガス流路の
強度の弱い部分が破損する虞れがある。従って、ガス流
路内が負圧となることを防止するため、ガスを追加する
必要があり、この負圧防止用ガスとして、従来は、窒素
ガス、希ガスなどの不活性ガスを使用している。しかし
ながら、前記不活性ガスを使用する場合は、ボンベ等の
ように不活性ガスを貯蔵する装置が必要であり、システ
ムが大型化すると共に、ボンベ交換等のようにメンテナ
ンスに手間がかかる不都合があった。また、希ガスは一
般に高価であるため、希ガスを使用する場合では、発電
コストの上昇を招く。

【０００４】上記問題点を解決するには、負圧防止用ガ
スとして、システムの周囲に存在する空気を使用する
か、或いは、発電に使用される原料ガスまたは燃料ガス
を使用することが考えられる。しかしながら、空気を使
用する場合は、上述のように、空気中の酸素ガスにより
燃料改質装置における触媒の活性低下および劣化を招く
ことになる。また、原料ガスまたは燃料ガスを使用する
場合は、原料ガスまたは燃料ガス中の炭化水素や一酸化
炭素により燃料改質装置内にカーボンが析出して触媒の
活性低下および劣化を招いたり、燃料ガス中の水素ガス
により燃料電池が高電圧に維持されて電池性能の早期劣
化を招くことになる。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、システムを大型化することな
く、システムの停止モード時の負圧防止と、燃料改質装
置または燃料電池の性能の劣化を防止できる燃料電池発
電システムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載された燃料電池発電システ
ムは、原料ガスを水素リッチの燃料ガスに改質する燃料
改質装置と、燃料ガスと空気の電気化学反応によって発
電を行なう燃料電池を具え、ガス流路を通じて、原料ガ
スを燃料改質装置へ供給し、改質された燃料ガスを燃料
電池へ供給する燃料電池発電システムにおいて、外部の
空気をガス流路へ導入する空気導入通路を具え、空気導
入通路、又は空気導入通路とガス流路の合流位置には、
空気中の酸素ガスを除去するための脱酸素器が配備さ
れ、脱酸素器より上流側の空気導入通路には、システム
の停止モード時に外部の空気を導入する空気導入手段が
配備されていることを特徴とする。

【０００７】また、請求項５に記載された発明では、原
料ガスと空気との部分酸化反応によって水素リッチの燃
料ガスに改質する燃料改質装置を具えた燃料電池発電シ
ステムにおいて、システムの停止モード時に、供給され
る原料ガスを燃料改質装置の中で完全酸化反応させるこ
とを特徴とする。

【０００８】さらに、請求項６に記載された発明では、
原料ガスを水素リッチの燃料ガスに改質する燃料改質装
置と、燃料ガスと空気の電気化学反応によって発電を行
なう燃料電池を具え、ガス流路を通じて、原料ガスを燃
料改質装置へ供給し、改質された燃料ガスを燃料電池へ
供給する燃料電池発電システムにおいて、システムの停
止モード時に水又は水蒸気をガス流路へ導入する水分導
入手段が配備されていることを特徴とする。

【０００９】

【作用及び効果】請求項１に記載された発明では、シス
テムの停止モード時に、外部の空気が空気導入手段によ
り空気導入通路を通って脱酸素器に導入され、脱酸素器
により酸素ガスが除去され、脱酸素化された空気がガス
流路に導入されて、ガス流路が負圧となることを防止す
る。従って、本発明の負圧防止用ガスは、空気を使用で
きるから、負圧防止用ガスを貯蔵する設備は不要であ
り、システムが大型化することはない。また、本発明の
負圧防止用ガスは、脱酸素化された空気であるから、酸
素ガスにより燃料改質装置における触媒の活性低下およ
び劣化を招くことはない。

【００１０】請求項５に記載された発明では、システム
の停止モード時に、原料ガスが燃料改質装置において完
全酸化されて水蒸気及び二酸化炭素になり、ガス流路に
導入されて、ガス流路が負圧となることを防止する。従
って、本発明の負圧防止用ガスは、原料ガスを利用する
から、負圧防止用ガスを貯蔵する設備を別途設ける必要
はなく、システムが大型化することはない。また、本発
明の負圧防止用ガスは、水蒸気と二酸化炭素であるか
ら、水素ガス、炭化水素または一酸化炭素により燃料改
質装置または燃料電池における触媒の活性低下および劣
化を招くことはない。

【００１１】請求項６に記載された発明では、システム
の停止モード時に、水または水蒸気がガス流路へ導入さ
れる。このとき、ガス流路は高温であるから、水は水蒸
気となって導入され、水蒸気の充填により、ガス流路が
負圧となることを防止する。本発明の負圧防止用ガス
は、水を利用しており、システムの停止モード時に気化
して使用されるから、使用量は少なく、水を貯蔵する設
備は小さくて済む。また、水は外部から容易に供給でき
るので、水を貯蔵する設備は不要である。さらに、燃料
電池では、燃料ガスと空気の反応により水が生成される
から、この生成水を利用すれば、水を貯蔵する設備を別
途設ける必要はなく、システムが大型化することはな
い。また、本発明の負圧防止用ガスは、水蒸気であるか
ら、燃料改質装置または燃料電池における触媒の活性低
下および劣化を招くことはない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に沿って説明する。

【００１３】実施形態１図２は、本発明の燃料電池発電システムの第１実施形態
におけるガス流路を示すブロック図である。第１実施形
態の燃料電池発電システムでは、システムの停止モード
時にガス流路が負圧となることを防止するために供給さ
れる負圧防止用ガスとして、酸素除去された空気を使用
している。ガス流路(30)には、原料ガスを供給または停
止する原料供給バルブ(40)と、原料ガスから、水素リッ
チの燃料ガスを生成する燃料改質装置(１)と、燃料改質
装置(１)から送られる燃料ガスを燃料電池(２)に供給ま
たは停止する燃料供給バルブ(41)とが配備されている。

【００１４】燃料改質装置(１)は、原料供給バルブ(40)
から送られる原料ガス中の硫黄分を除去する脱硫器(10)
と、脱硫器(10)から送られる硫黄分の除去された原料ガ
スを、水素リッチのガスに改質する燃料改質部(11)を具
える。原料ガスの改質方法には、高温下で原料ガスに水
蒸気を加えることにより水素ガスを発生させる水蒸気改
質法と、原料ガスに空気または酸素ガスを混合し、燃焼
反応（酸化反応）により水素ガスを発生させる部分酸化
法とがあり、選択した改質方法に応じて、原料ガスその
他必要なガスが導入される。

【００１５】燃料改質部(11)にて生成されたガスには、
水素ガスの他に、二酸化炭素および一酸化炭素が含まれ
る。一酸化炭素が燃料電池の白金触媒に吸着すると、触
媒の性能が低下する。従って、電極上に白金触媒が配備
されている高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池の場合
は、燃料ガスを燃料電池(２)に導入する前に、燃料ガス
中の一酸化炭素を二酸化炭素に変換するため、燃料改質
装置(１)にはＣＯ変成部(12)が配備される。

【００１６】燃料改質装置(１)と燃料電池(２)の間のガ
ス流路(30)には、気体中の酸素ガスを除去する脱酸素器
(42)が配備され、脱酸素器(42)には、外部の空気を脱酸
素器(42)へ導入する空気導入通路(31)が接続される。空
気導入通路(31)には、ガス流路(30)が負圧のときに開状
態になる圧力調整弁(43)が配備される。なお、燃料改質
装置(１)と脱酸素器(42)の間のガス流路(30)には、燃料
改質装置(１)から送られる高温の燃料ガスを冷却して脱
酸素器(42)に送る冷却器（図示せず）を配備してもよ
い。

【００１７】＜実施例＞以下、具体例に沿ってガス流路
(30)における動作について説明する。本実施例では、原
料ガスとして、メタンを主成分とする天然ガスを使用す
る。また、燃料改質装置(１)の脱硫器(10)では、脱硫触
媒としてモリブデン−亜鉛触媒を使用しており、燃料改
質部(11)では、改質触媒としてニッケル触媒を使用し、
水蒸気改質法により改質が行なわれており、ＣＯ変成部
(12)では、ＣＯ変成触媒として銅−亜鉛触媒を使用して
いる。また、脱酸素器(42)では、脱酸素剤としてアルミ
ナに銅を１０重量％担持したものを使用している。

【００１８】燃料電池(２)の発電中では、原料供給バル
ブ(40)および燃料供給バルブ(41)は開いている。天然ガ
スは、燃料改質装置(１)に送られ、脱硫器(10)の中で硫
黄分が除去され、燃料改質部(11)において、 CH₄＋H₂O→3H₂＋CO で示される反応が行われ、ＣＯ変成部(12)において、 CO＋H₂O→H₂＋CO₂ で示される反応が行われることにより、水素ガスと二酸
化炭素を含む燃料ガスに改質される。燃料ガスは、燃料
改質装置(１)から脱酸素器(42)に送られる。このとき、
脱酸素剤（銅）が酸化されている場合には、燃料ガス中
の水素ガスの一部を用いて、 CuO＋H₂→Cu＋H₂O で示される反応が行われることにより、脱酸素剤が還元
される。なお、圧力調整弁(43)により、燃料ガスが空気
導入通路(31)を通って排出されることを防止している。
脱酸素器(42)から送られる燃料ガスは、燃料供給バルブ
(41)を通って燃料電池(２)に送られ、発電に利用された
後に排気される。

【００１９】発電を停止する際には、まず、原料供給バ
ルブ(40)を閉じて、天然ガスの燃料改質装置(１)への供
給を停止すると共に、燃料供給バルブ(41)を閉じて、燃
料ガスの燃料電池(２)への供給を停止する。しばらくす
ると、ガス流路(30)内は、温度の低下により気体の圧力
が低下し、ついには負圧となる。このとき、圧力調整弁
(43)が開いて、外部の空気が空気導入通路(31)を通って
脱酸素器(42)内に導入される。脱酸素器(42)では、脱酸
素剤の銅が 2Cu＋O₂→CuO で示される反応が行われることにより、導入された空気
から酸素ガスが除去される。従って、脱酸素化された空
気は、ほぼ全てが窒素ガスとなり、脱酸素器(42)からガ
ス流路(30)に送られて、ガス流路(30)内の圧力が大気圧
となり、負圧を防止できる。

【００２０】従って、本実施形態の負圧防止用ガスは、
外部の空気を用いるので、ボンベなどの貯蔵設備は不要
でありシステムが大型化することはない。また、本実施
形態の負圧防止用ガスは、酸素除去された空気であるか
ら、酸素ガスによる触媒の活性低下および劣化を招くこ
とはない。また、脱酸素器(42)は、燃料改質装置(１)と
燃料電池(２)の間に配備されており、脱酸素器(42)の脱
酸素剤は、発電中には燃料ガス中の水素ガスにより銅に
還元され、発電停止時には空気中の酸素ガスにより酸化
銅に酸化される。従って、脱酸素器(42)は、繰り返し使
用でき、交換、メンテナンス等の煩わしさが無い。ま
た、空気導入通路(31)を通って脱酸素器(42)に送られる
空気は、圧力調整弁(43)により、大気圧とガス流路(30)
内の圧力の差によって供給される。従って、エアポンプ
のように、空気をガス流路(30)に強制的に供給する手段
が不要であり、燃料電池発電システムを大型化すること
は無い。

【００２１】上記実施形態では、脱酸素器(42)は、燃料
改質装置(１)と燃料電池(２)の間に脱酸素器(42)を配備
しているが、燃料改質装置(１)の燃料改質部(11)とＣＯ
変成部(12)の間に配備することもできる。なお、燃料改
質部(11)にて部分酸化法を利用する場合、燃料改質部(1
1)から送られるガスには、数％程度の酸素ガスが含まれ
るが、脱酸素器(42)をＣＯ変成部(12)の上流側に設ける
ことにより、酸素ガスを除去してＣＯ変成部(12)に供給
でき、ＣＯ変成部(12)の変成触媒が酸素ガスにより劣化
することを防止できる。このように、脱酸素器(42)は、
ガス流路(30)上の任意の位置に配備することができる。
また、図３に示すように、エアポンプ(44)を脱酸素器(4
2)に接続し、脱酸素器(42)を原料供給バルブ(40)と燃料
改質装置(１)の間のガス流路(30)に接続して、エアポン
プ(44)から脱酸素器(42)に空気を強制的に供給するなら
ば、発電停止時において、脱酸素化された空気により、
水素ガスをガス流路(30)内から追い出すことができ、残
留水素ガスによる触媒の劣化を防止できる。

【００２２】実施形態２図４は、本発明の燃料電池発電システムの第２実施形態
におけるガス流路(30)を示すブロック図である。第２実
施形態の燃料電池発電システムでは、システムの停止モ
ード時にガス流路(30)が負圧となることを防止し、且
つ、ガス流路(30)内に残留する水素ガスを追い出すガス
として、原料ガスを完全燃焼させたガスを使用してい
る。本実施形態では、原料ガスの他に、空気および水を
燃料改質装置(１)に供給して燃料ガスを生成し、生成さ
れた燃料ガスを燃料電池(２)に供給している。原料ガス
は、脱硫器(50)にて硫黄分が除去された後に燃料改質装
置(１)に供給される。空気および水は、それぞれポンプ
(51)(52)により強制的に燃料改質装置(１)に供給され
る。脱硫器(50)から送られる脱硫化された原料ガスと、
各ポンプ(51)(52)から送られる空気および水は、それぞ
れ流量計(53)(54)(55)およびバルブ(56)(57)(58)を通っ
て混合され、混合ガス供給バルブ(59)を通って燃料改質
装置(１)に供給される。燃料改質装置(１)は、前記混合
ガスから水素リッチの燃料ガスを生成する燃料改質部(1
1)と、燃料改質部(11)にて生成された燃料ガスに含まれ
る一酸化炭素を二酸化炭素に変成するＣＯ変成部(12)
と、ＣＯ変成部(12)を経ても残存している微量の一酸化
炭素を二酸化炭素に酸化するＣＯ酸化部(13)とを具え
る。

【００２３】燃料改質部(11)における改質方法には、上
述のように、部分酸化法と水蒸気改質法とがあり、本実
施形態では両方を使用する。燃料改質部(11)は、改質反
応を進行させる反応部(14)と、反応部(14)に熱を供給す
る加熱部(15)とを具える。反応部(14)は、前記混合ガス
と加熱部(15)からの熱を受け取り、高温下で混合ガスを
反応させて水素ガスを生成する。加熱部(15)は、バルブ
(60)を通った原料ガスを受け取り、原料ガスを空気燃焼
することにより熱を発生させ、この熱を反応部(14)に供
給する。ＣＯ変成部(12)は、上述のように、燃料改質部
(11)から送られる燃料ガス中の一酸化炭素を、燃料ガス
中の水蒸気により二酸化炭素に変成する。ＣＯ酸化部(1
3)は、ＣＯ変成部(12)から送られた燃料ガスと、空気用
ポンプ(51)から流量計(54)、バルブ(61)を経て供給され
た空気によって、燃料ガス中に残存する微量の一酸化炭
素を二酸化炭素に酸化する。従って、燃料改質装置(１)
から燃料電池(２)に送られる燃料ガスは、主に、水素ガ
ス、水蒸気および二酸化炭素を含んでおり、燃料電池
(２)において発電に利用された後に、排ガスバルブ(62)
を通って排気される。

【００２４】次に、発電の実行および停止時のガス流路
(30)における動作について説明する。発電時には、各バ
ルブが開いている。発電を停止する際には、まず、燃料
電池(２)からの電気出力を遮断する。次に、原料用バル
ブ(56)を調節し、燃料改質装置(１)への原料ガスの供給
量を減らして、燃料改質部(11)における部分酸化反応を
完全燃焼反応に移行させる。なお、この供給量は、原料
用流量計(53)により検出できる。次に、水用バルブ(58)
を閉じ、燃料改質装置(１)への水の供給を停止して、燃
料改質部(11)における水蒸気改質反応を停止させる。次
に、空気用第２バルブ(61)を閉じ、ＣＯ酸化部(13)への
空気の供給を停止して、ＣＯ酸化部(13)における酸化反
応を停止させる。

【００２５】燃料改質部(11)にて完全燃焼反応により生
成される燃焼排ガスが所定量（実施例では、ガス流路(3
0)内の容積の約２〜３倍の量）生成されると、残留して
いる燃料ガスがガス流路(30)から完全に追い出されたと
判断して、排ガスバルブ(62)、空気供給バルブおよび原
料供給バルブ(40)を閉じて、停止動作が完了する。

【００２６】従って、システムの停止モード時に、完全
燃焼された燃焼排ガスがガス流路(30)に供給されるか
ら、ガス流路(30)内が負圧となることを防止できる。本
実施形態の負圧防止用ガスは、原料ガスを利用している
から、負圧防止用ガスを貯蔵する設備を別途設ける必要
はなく、システムが大型化することもない。また、本実
施形態の負圧防止用ガスは、水蒸気及び二酸化炭素であ
るから、燃料改質装置または燃料電池における触媒の活
性低下および劣化を招くことはない。さらに、本実施形
態では、完全燃焼された燃焼排ガスによりガス流路(30)
に残留している燃料ガスを追い出すことができるから、
残留ガスによる燃料改質装置(１)および燃料電池(２)に
おける触媒の活性低下および劣化を防止できる。

【００２７】なお、上記実施形態において、システムの
停止モード時に空気用第２バルブ(61)を閉じているが、
残留している燃料ガスが追い出されるまで開けておくよ
うにしてもよい。この場合、ガス流路(30)に残留してい
る燃料ガスは、その中の一酸化炭素が、ＣＯ酸化部(13)
にて二酸化炭素に酸化されてから、燃料電池(２)を通過
して排出される。従って、残留燃料ガスを追い出す際
に、燃料電池(２)の電極が一酸化炭素によって被毒され
ることを防止できる。また、ガス流路(30)に残留してい
る燃料ガスは、その中の水素ガスなどの可燃性ガスが、
ＣＯ酸化部(13)にて酸化（燃焼）されてから排出され
る。従って、大気に可燃性ガスを排出することがなく、
安全性に優れる。

【００２８】また、図５に示すように、燃料改質装置
(１)と燃料電池(２)の間に、燃料改質装置(１)からの気
体を、燃料電池(２)へ供給するか或いは排気するかを切
り替える切替バルブ(63)を配備してもよい。この場合、
切替バルブ(63)は、発電実行時には、燃料電池(２)側に
切り替え、システムの運転停止モード時には、最初、排
気側へ切り替えて、燃料改質装置(１)に残留している残
留燃料ガスの排気が完了した時点で、燃料電池(２)側に
切り替えるように動作させる。これにより、燃料改質装
置(１)に残留している燃料ガスが燃料電池(２)に供給さ
れることはなく、この燃料ガスによる燃料電池(２)の触
媒劣化および性能低下を防止できる。

【００２９】実施形態３図６は、本発明の燃料電池発電システムの第３実施形態
におけるガス流路(30)を示すブロック図である。第３実
施形態の燃料電池発電システムでは、システムの停止モ
ード時にガス流路(30)が負圧となることを防止し、且
つ、ガス流路（３０）内に残留する燃料ガスを追い出す
ために供給されるガスとして、水を水蒸気にして使用し
ている。また、第３実施形態の燃料電池発電システムで
は、燃料改質装置（１)における燃料ガスの改質方法と
して、部分酸化法を使用している。

【００３０】原料ガスは、原料供給バルブ(70)を通り、
空気と混合されて、燃料改質装置(１)に供給される。燃
料改質装置(１)は、前記混合ガスから水素リッチの燃料
ガスを生成する燃料改質部(11)と、燃料改質部(11)にて
生成された燃料ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素
に変成するＣＯ変成部(12)と、ＣＯ変成部(12)を経ても
なお残存している微量の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化
するＣＯ酸化部(13)とを具える。燃料改質部(11)は、改
質反応を進行させる反応部(14)と、反応部(14)に熱を供
給する加熱部(15)とを具える。反応部(14)は、前記混合
ガスと加熱部(15)からの熱とを受け取り、高温下で混合
ガスを部分酸化反応させて水素ガスを生成する。加熱部
(15)は、後記する燃料電池(２)で消費された排ガスを空
気燃焼して排気する。この燃焼による熱が反応部(14)に
供給される。ＣＯ変成部(12)は、上述のように、燃料改
質部(11)から送られる燃料ガス中の一酸化炭素を、燃料
ガス中の水蒸気により二酸化炭素に変換する。ＣＯ酸化
部(13)は、ＣＯ変成部(12)から送られた燃料ガスと、空
気供給バルブ(71)を通過する空気とを受け取り、燃料ガ
ス中に残存する微量の一酸化炭素を空気により二酸化炭
素に酸化する。従って、燃料改質装置(１)から燃料電池
(２)に送られる燃料ガスには、主に、水素ガス、水蒸気
および二酸化炭素が含まれている。

【００３１】燃料電池(２)は、燃料改質装置(１)から送
られる燃料ガスが燃料極を通り、加湿器(72)を経て加湿
された空気が空気極を通ることにより、発電が行なわれ
る。燃料極から送られる燃料排ガスは、加熱部用バルブ
(73)を通って加熱部(15)に供給され、加熱部(15)の燃料
に使用される。

【００３２】また、原料供給バルブ(70)と燃料改質装置
(１)の間のガス流路(30)には、ガス流路(30)内に残留す
る燃料ガスを追い出すための水を導入する水導入通路(3
2)が接続され、水導入通路(32)は、水を貯蔵する水タン
ク(74)に接続される。水タンク(74)とガス流路(30)の間
の水導入通路(32)には、水タンク(74)からの水を吸い上
げるポンプ(75)と、水をガス流路(30)へ供給または停止
する水供給バルブ(76)が配備される。また、燃料電池
(２)から下流側のガス流路(30)と水タンク(74)の間に
は、ガス流路(30)を通る水蒸気を回収して水タンク(74)
に供給する水回収通路(33)が配備され、水回収通路(33)
には、水を水タンク(74)へ回収または停止する水回収バ
ルブ(77)が配備される。

【００３３】＜実施例＞以下、具体例に沿ってガス流路
(30)における動作について説明する。本実施例では、原
料として、メタンを主成分とする天然ガスを使用してい
る。燃料電池(２)の発電中では、水供給バルブ(76)およ
び水回収バルブ(77)のみ閉じており、その他のバルブは
開いており、所定の物質が通過している。天然ガスは、
燃料改質装置(１)に送られ、燃料改質部(11)において、
スチーム：カーボン＝２：１、酸素：メタン＝１：２の
割合で混合され、600℃の温度にて、 2CH₄＋O₂→4H₂＋2CO、で示される反応が行なわれる。このとき生成されるガス
の組成比を測定したところ、Ｈ₂＝43％、ＣＯ＝６％、
ＣＯ₂＝11％、ＣＨ₄＝２％、及びＮ₂＝38％であった。
ＣＯ変成部(12)では、燃料改質部(11)から送られるガス
を250〜300℃にして、 CO＋H₂O→H₂＋CO₂ で示される反応が行なわれる。このとき生成されるガス
の組成比を測定したところ、Ｈ₂＝46％、ＣＯ＝１％、
ＣＯ₂＝16％、ＣＨ₄＝１％、及びＮ₂＝36％であった。
ＣＯ酸化部(13)では、ＣＯ変成部(12)から送られるガス
と空気供給バルブ(71)を通って送られる空気とを混合
し、100〜250℃の温度にて 2CO＋O₂→2CO₂ で示される反応が行なわれる。このとき生成されるガス
の組成比を測定したところ、Ｈ₂＝45％、ＣＯ₂＝17％、
ＣＨ₄＝１％、及びＮ₂＝37％であり、一酸化炭素は完全
に除去されていた。燃料改質装置(１)にて生成された燃
料ガスは、燃料電池(２)に送られて、発電に利用され
る。

【００３４】発電を停止する際には、まず、原料供給バ
ルブ(70)を閉じて、天然ガスの燃料改質装置(１)への供
給を停止すると共に、空気供給バルブ(71)を閉じて、空
気のＣＯ酸化部(13)への供給を停止する。このとき、各
装置の温度は、上記の温度に維持している。次に、ガス
流路(30)に残留する燃料ガスを追い出すため、水用ポン
プ(75)を起動し、水供給バルブ(76)を開いて、燃料改質
装置(１)に水を供給する。このとき、燃料改質装置(１)
では、温度が100℃以上に維持されているから、水用ポ
ンプから送られた水は、燃料改質装置(１)において水蒸
気に気化されて、体積が著しく増大し、ガス流路(30)内
に残留している燃料ガスを追い出すことができる。この
とき追い出される燃料ガスは、加熱部(15)を通過する際
に空気燃焼するので、可燃性ガスが大気に排出されるこ
とは無い。それから数秒経過すると、残留燃料ガスが全
てガス流路(30)から追い出されるから、その後、加熱部
用バルブ(73)を閉じると共に、水回収バルブ(77)を開い
て水を循環させる。そして、各装置が所定の温度となっ
た時点で、水用ポンプ(75)を停止し、水供給バルブ(76)
および水回収バルブ(77)を閉じて、水の循環を停止し、
停止動作が完了する。

【００３５】従って、システムの停止モード時に、水ポ
ンプから燃料改質装置(１)に供給された水が、水蒸気と
なってガス流路(30)に供給されて、ガス流路(30)内が負
圧となることを防止する。すなわち、本実施形態の負圧
防止用ガスは、水から作られる。水は、常温で液体であ
り、本発明では、システムの停止モード時に気化して使
用されるから、使用量は少なく、水を貯蔵する設備は小
さくて済む。従って、システムが大型化することはな
い。また、本発明の負圧防止用ガスは、水蒸気であるか
ら、燃料改質装置または燃料電池における触媒の活性低
下および劣化を招くことはない。

【００３６】なお、上記実施形態では、燃料改質装置
(１)における燃料改質方法として、部分酸化法を使用し
たが、水蒸気改質法を使用することもできる。この場
合、燃料電池発電システムには、図７に示すように、水
を気化するスチーム発生器(78)が配備され、水は、水用
ポンプ(75)からスチーム発生器(78)に送られて気化さ
れ、スチーム発生器(78)から送られる水蒸気は、原料ガ
スと混合されて、燃料改質装置(１)に供給されることに
なる。燃料改質装置(１)における具体例を以下に示す。

【００３７】燃料改質部(11)では、スチーム：カーボン
＝2.5：１〜3.5：１の割合で混合され、700℃の温度に
て、 CH₄＋H₂O→3H₂＋CO、で示される反応が行なわれる。このとき生成されるガス
の組成比を測定したところ、Ｈ₂＝75％、ＣＯ＝15％、
ＣＯ₂＝９％、及びＣＨ₄＝１％であった。ＣＯ変成部(1
2)およびＣＯ酸化部(13)では、上記と同様の反応が行な
われる。ＣＯ変成部(12)にて生成されるガスの組成比を
測定したところ、Ｈ₂＝79％、ＣＯ＝１％、ＣＯ₂＝19
％、及びＣＨ₄＝１％であり、ＣＯ酸化部(13)にて生成
されるガスの組成比を測定したところ、Ｈ₂＝78％、Ｃ
Ｏ₂＝21％、及びＣＨ₄＝１％であった。なお、発電停止
時の動作は、上記と同様である。

【００３８】また、上記実施形態では、ガス流路(30)内
に残留する燃料ガスを追い出すための水を貯蔵する水タ
ンク(74)を配備している。一方、燃料電池(２)の空気極
からは、空気と共に生成水も排出される。従って、図８
に示すように、生成水を回収する生成水回収器(79)を水
タンクとすることもできる。この場合、新たに水タンク
(74)を配備する必要はないから、システムが大型化する
ことはない。また、図８に示すように、水回収バルブ(7
7)から回収される水は、水用ポンプ(75)から水供給バル
ブ(76)を通って送られる水に混合させて、循環させるこ
ともできる。

【００３９】上記実施形態の説明は、本発明を説明する
ためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限
定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請
求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であ
ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な燃料電池発電システムの概要を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明の第１実施形態における燃料電池発電シ
ステムの要部を示すブロック図である。

【図３】第１実施形態の別の実施例を示す燃料電池発電
システムの要部ブロック図である。

【図４】第２実施形態における燃料電池発電システムの
要部を示すブロック図である。

【図５】第２実施形態の別の実施例を示す燃料電池発電
システムの要部ブロック図である。

【図６】第３実施形態における燃料電池発電システムの
要部を示すブロック図である。

【図７】第３実施形態の別の実施例を示す燃料電池発電
システムの要部ブロック図である。

【図８】第３実施形態の別の実施例を示す燃料電池発電
システムの要部ブロック図である。

【符号の説明】

(１) 燃料改質装置 (２) 燃料電池 (11) 燃料改質部 (30) ガス流路 (31) 空気導入通路 (42) 脱酸素器 (43) 圧力調整弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池永友俊大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者松林孝昌大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者坂本滋大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者上田雅敏大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者三宅泰夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者西尾晃治大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスを水素リッチの燃料ガスに改質
する燃料改質装置と、燃料ガスと空気の電気化学反応に
よって発電を行なう燃料電池を具え、ガス流路を通じ
て、原料ガスを燃料改質装置へ供給し、改質された燃料
ガスを燃料電池へ供給する燃料電池発電システムにおい
て、外部の空気をガス流路へ導入する空気導入通路を具え、
空気導入通路、又は空気導入通路とガス流路の合流位置
には、空気中の酸素ガスを除去するための脱酸素器が配
備され、脱酸素器より上流側の空気導入通路には、シス
テムの停止モード時に外部の空気を導入する空気導入手
段が配備されていることを特徴とする燃料電池発電シス
テム。
【請求項２】空気導入手段は、ガス流路が負圧のとき
に開状態になる圧力調整弁である請求項１に記載の燃料
電池発電システム。
【請求項３】脱酸素器は、燃料改質装置と燃料電池間
のガス流路に配備されている請求項１又は２に記載の燃
料電池発電システム。
【請求項４】空気導入手段はエアポンプである請求項
１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】原料ガスと空気との部分酸化反応によっ
て水素リッチの燃料ガスに改質する燃料改質装置を具え
た燃料電池発電システムにおいて、システムの停止モード時に、供給される原料ガスを燃料
改質装置の中で完全酸化反応させることを特徴とする燃
料電池発電システム。
【請求項６】原料ガスを水素リッチの燃料ガスに改質
する燃料改質装置と、燃料ガスと空気の電気化学反応に
よって発電を行なう燃料電池を具え、ガス流路を通じ
て、原料ガスを燃料改質装置へ供給し、改質された燃料
ガスを燃料電池へ供給する燃料電池発電システムにおい
て、システムの停止モード時に水又は水蒸気をガス流路へ導
入する水分導入手段が配備されていることを特徴とする
燃料電池発電システム。
【請求項７】水分導入手段は、燃料改質装置の上流側
のガス流路に水又は水蒸気を導入するように配備されて
いることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池発電シ
ステム。