(57)【要約】【課題】特別な加圧装置を追加することなく、運転停止中に改質装置の内部へ空気が流入することを抑制する。【解決手段】水素供給配管５５で接続された燃料電池本体４０および改質装置３０と、水素供給配管５５の途中に設けられた改質装置出口遮断弁５と、加圧された流体を流して燃料電池本体４０で発生した熱を回収する排熱回収水ライン２０と、を備えた燃料電池発電システムに、水素貯蔵手段と、加圧手段とを設ける。水素貯蔵手段は、改質装置３０と改質装置出口遮断弁５との間で水素供給配管５５に気相が接続されたパージガス滞留タンク１４を備えて、改質装置３０が生成した水素を貯える。加圧手段は、排熱回収水ライン２０を循環する流体の圧力でパージガス滞留タンク１４の液相を加圧して、パージガス滞留タンク１４の気相部分に貯えられた水素を加圧する。【選択図】図１
2010118204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体と、
改質反応で原燃料から水素を生じさせる改質装置と、
前記改質装置に前記原燃料を送る燃料供給配管と、
前記改質装置で生じた水素を前記燃料電池本体に送る水素供給配管と、
前記燃料供給配管の途中に設けられた改質装置入口遮断弁と、
前記水素供給配管の途中に設けられた改質装置出口遮断弁と、
加圧された流体を流して前記燃料電池本体で発生した熱を回収する排熱回収水ラインと、
前記改質装置と前記改質装置出口遮断弁との間で前記水素供給配管に接続されて前記改質装置が生成した水素を貯える水素貯蔵手段と、
前記排熱回収水ラインを循環する流体の圧力で前記水素貯蔵手段に貯えられた水素を加圧する加圧手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記加圧手段は、
前記水素貯蔵手段と前記排熱回収水ラインとの間に延びる加圧ラインと、
前記加圧ラインに設けられた加圧ライン遮断弁と、
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システム。
【請求項３】
前記水素貯蔵手段は、
前記水素供給配管に接続された気相と前記排熱回収水ラインに接続された液相とが形成されたパージガス滞留タンクと、
前記パージガス滞留タンクの液相に接続されたドレン排出ラインと、
前記ドレン排出ラインに設けられたパージガス滞留タンクドレン遮断弁と、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記パージガス滞留タンクの液面レベルを検知する液面レベルセンサを有し、前記パージガス滞留タンクドレン遮断弁は前記液面レベルセンサが所定の水位以上の前記液面レベルを検知したときに開くように構成さ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システム。
【請求項５】
前記改質装置の内部の圧力を検出する圧力検知器を有し、前記加圧ライン遮断弁は前記圧力検知器が前記改質装置の内部の圧力が所定の圧力以下となったときに開くように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記パージガス滞留タンクと前記水素供給配管との間に設けられた改質ガス熱交換器を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
燃料電池本体と、改質反応で原燃料から水素を生じさせる改質装置と、前記改質装置に前記原燃料を送る燃料供給配管と、前記改質装置で生じた水素を前記燃料電池本体に送る水素供給配管と、前記燃料供給配管の途中に設けられた改質装置入口遮断弁と、前記水素供給配管の途中に設けられた改質装置出口遮断弁と、加圧された流体を流して前記燃料電池本体で発生した熱を回収する排熱回収水ラインと、前記水素供給配管に接続された気相と前記排熱回収水ラインに接続された液相とが形成されたパージガス滞留タンクと、前記パージガス滞留タンクの液相に接続されたドレン排出ラインと、前記ドレン排出ラインに設けられたパージガス滞留タンクドレン遮断弁と、前記パージガス滞留タンクの液相と前記排熱回収水ラインとの間に延びる加圧ラインと、前記加圧ラインに設けられた加圧ライン遮断弁と、を備えた燃料電池発電システムの運転方法において、
前記改質装置が生成した水素を前記パージガス滞留タンクに貯える水素貯蔵工程と、
前記加圧ライン遮断弁を開いて前記排熱回収水ラインを循環する流体によって前記水素貯蔵工程で貯えられた水素を加圧して前記改質装置に送り出すパージ工程と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項８】
前記パージ工程は、前記加圧ラインの内部の流体の圧力を調節する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項９】
前記パージ工程の後に、前記パージガス滞留タンクドレン遮断弁を開いて前記パージガス滞留タンクの液面を降下させる工程を有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を取り出す。この燃料電池発電システムは、高い効率で電気エネルギーを取り出すことができると同時に、静かで排ガス中の有害成分が非常に少ないという環境性に優れた特徴を有する。最近では、小型のＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）の開発が活発化し、家庭用燃料電池発電システムの普及も間近な状況となっている。
【０００３】
家庭用あるいは小規模事業用向けの比較的小型の燃料電池発電システムは、一般に、電力と発電に伴う排熱を供給する熱電併給、いわゆるコージェネレーションシステムとして使用される。このような燃料電池発電システム、特に家庭でのコージェネレーション発電を目指した燃料電池発電システムを運転するにあたっては、省エネ性を考慮し、家庭の電気需要、熱需要に応じて、燃料電池発電システムを起動、停止させる必要がある。燃料電池発電システムの起動、停止の際には、安全性の確保と改質装置および燃料電池本体の劣化を防止するために、系統内に残っている可燃性ガスや凝縮水を確実に除去する必要がある。
【０００４】
改質装置のパージ方法としては、蒸気を用いてパージする方法がある。蒸気パージ後は、改質装置を構成する触媒が水凝縮によって劣化することを防止するために、燃料電池発電システムの燃料として使用している都市ガスやＬＰガスによって蒸気を追い出し、その後、改質装置を締め切りにする。また、改質装置を締め切りにした場合、改質装置内が温度低下によって負圧になり、空気が混入する可能性があるため、都市ガスやＬＰガスを保圧ガスとして使用する方法が多く適用されている。
【０００５】
しかし、最近では、燃料電池発電システムの燃料として、運搬や貯蔵に適した灯油などの液体燃料の適用が検討されている。液体燃料を燃料とした燃料電池発電システムにおいて、都市ガスやＬＰガスを用いたパージ方法を適用するためには、液体燃料配管以外に都市ガス配管やＬＰガスボンベを設置する必要がある。
【０００６】
たとえば特許文献１には、改質ガスをタンクに滞留させ、滞留させた改質ガスによって改質装置をパージする方法が開示されている。この方法では、タンクに滞留させる改質ガスと大気との間を液封とし、改質装置を大気圧でバランスさせる。
【特許文献１】特開２００５−１７９０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された改質装置をパージする方法は、改質装置運転中にタンク内に改質ガスを滞留させ、タンクに滞留させる改質ガスと大気との間を液封とし、改質装置を大気圧でバランスさせるものである。このため、最大でも改質ガスと大気との間を封じる液体の水頭圧分しか改質装置の内部の圧力を大気圧より高めることができない。また、燃料改質装置が封じられた後に温度が低下すると、燃料改質装置の内部が大気圧よりも低くなることさえありうる。しかし、改質装置の内部が負圧になって空気が混入することを確実に防止するためには、常に改質装置内部圧力を大気圧より数ｋＰａ程度高い圧力で維持することが望ましい。
【０００８】
改質装置の内部の圧力を大気圧よりも高い圧力で維持するために、特別な加圧装置を設けると、燃料電池発電システムの全体のコストアップにつながる。とくに、燃料電池発電システムの原燃料として液体燃料を用いた場合には、加圧装置とともに燃料改質装置内部の保圧ガスを別途導入する必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は、燃料電池発電システムに特別な加圧装置を追加することなく、運転停止中に改質装置の内部へ空気が流入することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、燃料電池発電システムにおいて、燃料電池本体と、改質反応で原燃料から水素を生じさせる改質装置と、前記改質装置に前記原燃料を送る燃料供給配管と、前記改質装置で生じた水素を前記燃料電池本体に送る水素供給配管と、前記燃料供給配管の途中に設けられた改質装置入口遮断弁と、前記水素供給配管の途中に設けられた改質装置出口遮断弁と、加圧された流体を循環させて前記燃料電池本体で発生した熱を回収する排熱回収水ラインと、前記改質装置と前記改質装置出口遮断弁との間で前記水素供給配管に接続されて前記改質装置が生成した水素を貯える水素貯蔵手段と、前記排熱回収水ラインを循環する流体の圧力で前記水素貯蔵手段に貯えられた水素を加圧する加圧手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、燃料電池本体と、改質反応で原燃料から水素を生じさせる改質装置と、前記改質装置に前記原燃料を送る燃料供給配管と、前記改質装置で生じた水素を前記燃料電池本体に送る水素供給配管と、前記燃料供給配管の途中に設けられた改質装置入口遮断弁と、前記水素供給配管の途中に設けられた改質装置出口遮断弁と、加圧された流体を循環させて前記燃料電池本体で発生した熱を回収する排熱回収水ラインと、前記水素供給配管に接続された気相と前記排熱回収水ラインに接続された液相とが形成されたパージガス滞留タンクと、前記パージガス滞留タンクの液相に接続されたドレン排出ラインと、前記ドレン排出ラインに設けられたパージガス滞留タンクドレン遮断弁と、前記パージガス滞留タンクの液相と前記排熱回収水ラインとの間に延びる加圧ラインと、前記加圧ラインに設けられた加圧ライン遮断弁と、を備えた燃料電池発電システムの運転方法において、前記改質装置が生成した水素を前記パージガス滞留タンクに貯える水素貯蔵工程と、前記加圧ライン遮断弁を開いて前記排熱回収水ラインを循環する流体によって前記水素貯蔵工程で貯えられた水素を加圧して前記改質装置に送り出すパージ工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池発電システムに特別な加圧装置を追加することなく、運転停止中に改質装置の内部へ空気が流入することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る燃料電池発電システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施の形態におけるブロック図である。
【００１５】
本実施の形態の燃料電池発電システムは、燃料電池本体４０と、改質装置３０と、燃料供給配管５１と、水素供給配管５５と、改質装置入口遮断弁１と、改質装置出口遮断弁５と、排熱回収水ライン２０と、水素貯蔵手段と、加圧手段とを有している。
【００１６】
燃料電池本体４０は、電解質膜を挟んで設けられた燃料極４１および酸化剤極４２を備えている。酸化剤極４２には、空気ブロワ９の送出側が接続されている。空気ブロワ９の流入側には、空気フィルタ８を介して空気供給配管５２が接続されている。燃料電池本体４０は、燃料極４１に水素、酸化剤極４２に酸素を供給されて発電する。燃料電池本体４０の内部には、冷却流路４３が形成されている。
【００１７】
改質装置３０は、改質反応で原燃料から水素を生じさせる装置である。改質装置３０は、改質器３１、一酸化炭素変成器３２、一酸化炭素除去器３３およびバーナ燃焼器３４を備えている。バーナ燃焼器３４には、空気を供給する空気供給配管５３がバーナ空気遮断弁７を介して接続されている。
【００１８】
燃料供給配管５１は、改質装置３０に原燃料を送る配管であり、たとえば外部の原燃料貯蔵タンクから改質装置３０に延びている。改質装置入口遮断弁１は、燃料供給配管５１の途中に設けられている。燃料供給配管５１の改質装置入口遮断弁１と改質器３１との間には、圧力検知器２５が設けられている。また、燃料供給配管５１は、改質装置入口遮断弁１の上流側で分岐してバーナ燃焼器入口遮断弁２を介してバーナ燃焼器３４にも接続されている。
【００１９】
水素供給配管５５は、改質装置３０で生じた水素を燃料電池本体４０に送る配管であって、改質装置３０から燃料電池本体４０の燃料極４１に延びている。燃料改質装置出口遮断弁５は、水素供給配管５５の途中に設けられている。燃料極４１の排気は、燃料電池本体出口遮断弁６を介してバーナ燃焼器３４に送られるようになっている。また、水素供給配管５５の燃料改質装置出口遮断弁５の上流側と、燃料極４１の排気をバーナ燃焼器３４に送る配管の燃料電池本体出口遮断弁６の下流側とをバイパスして接続する配管が設けられていて、この配管にはバイパス弁７１が設けられている。
【００２０】
排熱回収水ライン２０は、加圧された流体を流して燃料電池本体４０で発生した熱を回収する。排熱回収水ライン２０を流れる流体はたとえば水であって、排熱回収水ポンプ１２で加圧されて流れる。
【００２１】
水素貯蔵手段は、改質装置３０と燃料改質装置出口遮断弁５との間で水素供給配管５５に接続されて改質装置３０が生成した水素を貯える手段である。水素貯蔵手段は、パージガス滞留タンク１４と、ドレン排出ライン７０と、パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７とを備えている。パージガス滞留タンク１４は、水素供給配管５５に接続された気相と排熱回収水ライン２０に接続された液相とが形成されたタンクである。ドレン排出ライン７０は、パージガス滞留タンクの液相に接続された管である。パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７は、ドレン排出ライン７０に設けられている。
【００２２】
加圧手段は、排熱回収水ライン２０を循環する流体の圧力で水素貯蔵手段に貯えられた水素を加圧する手段である。加圧手段は、加圧ライン配管２１と、加圧ライン遮断弁１５とを備えている。加圧ライン配管２１は、パージガス滞留タンク１４の液相と排熱回収水ライン２０との間に延びている。加圧ライン遮断弁１５は、加圧ライン配管２１に設けられている。また、加圧ライン配管２１に加圧ライン圧力調整器１６を設けてもよい。加圧ライン圧力調整器１６は、たとえば圧力調整弁である。
【００２３】
また、燃料電池発電システムは、凝縮器１０を有している。燃料電池本体４０の冷却流路４３には、凝縮器１０の内部の冷却水が送られて温められる。この冷却水は、排熱回収水ライン２０を流れる水と電池冷却水熱交換器１３で熱交換して冷却された後、再び凝縮器１０に戻るようになっている。排熱回収水ライン２０を流れる水は、燃料電池本体４０の冷却流路４３で温められた水と電池冷却水熱交換器１３で熱交換して温められ、貯湯槽１１に貯えられる。
【００２４】
酸化剤極４２の排気およびバーナ燃焼器３４の排気は、凝縮器１０に送られ、それらの排気に含まれる水分は凝縮される。これらの排気のうち、凝縮されない気体は、排気排出配管５４から排出される。凝縮器１０の液相から改質器には配管が延びていて、この配管の途中には改質水給水ポンプ３５が設けられている。
【００２５】
燃料供給配管５１の改質装置入口遮断弁１と改質装置３０との間には、蒸気排出配管７３が接続されている。蒸気排出配管７３は、パージガス滞留タンク１４まで延びている。蒸気排出配管７３の途中には、蒸気排出弁７２および凝縮器７４が設けられている。
【００２６】
燃料電池発電システムを構成する機器は、たとえば貯湯槽１１を除き、筐体６０に収められてパッケージ化されている。また、弁の開閉や、ポンプの始動・停止などの操作は、制御装置６１が行う。なお、これらの操作の一部または全部を手動で行ってもよい。
【００２７】
次に、この燃料電池発電システムの運転方法について説明する。
【００２８】
燃料供給配管５１から供給される原燃料は改質装置３０に導入され、改質器３１は原燃料を改質して水素リッチガスを生成する。改質反応には、凝縮器１０から改質水給水ポンプ３５で送られた水が改質器３１の内部で蒸発して生じた水蒸気が用いられる。代表的な改質方式である水蒸気改質では、原燃料に水蒸気を混合して５００〜７００℃にまで加熱された触媒層を通過することにより、水素を主成分として水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素を含む水素リッチガスを生成する。水蒸気改質反応は吸熱反応なので、温度と反応を維持するために外部から加熱する必要がある。そのため、バーナ燃焼器３４で空気と原燃料および燃料極出口ガスを混合して燃焼させ、その燃焼熱を改質器３１に伝えて改質反応を維持する。
【００２９】
改質器３１出口の水素リッチガスには、多量の一酸化炭素が含まれている。一酸化炭素は、下流の燃料極４１において発電電圧を低下させる要因となるので、一酸化炭素変成器３２におけるシフト反応および一酸化炭素除去器３３における一酸化炭素選択酸化反応によって、１０ｐｐｍ以下にまで低減させる。改質装置３０から導出された水素リッチガスは、燃料電池本体４０の燃料極４１に導入される。
【００３０】
燃料電池本体４０では、燃料極４１に導入された水素リッチガス中の水素と、酸化剤極４２に導入された空気中の酸素との間で電気化学反応が発生して直流起電力が発生する。燃料極４１では、水素リッチガス中の水素を、通常、５割から８割消費する。つまり、燃料極から排出されるガス中には、水素などの可燃ガスが含まれている。燃料極４１から排出された燃料極出口ガスは、バーナ燃焼器３４に送られ、空気や補助の燃料と混合されて改質器３１の加熱に使用される。
【００３１】
燃料電池発電システムの運転開始時には、改質器３１の触媒の温度が低いため、まず、バーナ燃焼器３４を用いて加熱する。これには、まず、バーナ燃焼器入口遮断弁２およびバーナ空気遮断弁７を開く。この操作によって、燃料供給配管５１から原燃料、空気供給配管５３から空気が、バーナ燃焼器３４に導入され、バーナ燃焼器３４の内部で原燃料が燃焼して、その際の発熱が改質器３１に伝達される。これにより、改質器３１の内部の改質触媒層が、水蒸気改質反応に適した５００〜７００℃程度まで加熱される。
【００３２】
改質器３１の改質触媒層の温度が十分に上昇したら、改質装置入口遮断弁１を開いて改質器３１に原燃料を導入するとともに、改質水給水ポンプ３５を起動して凝縮器１０から改質水を改質器３１に導入する。液体の改質水は改質器３１に導入されると蒸発して水蒸気となり、水蒸気改質反応に用いられる。この際、水蒸気改質反応が安定して生じ、安定して水素リッチガスが生成されるようになるまで燃料改質装置出口遮断弁５を閉じ、バイパス弁７１を開いておくと、燃料電池本体４０に好ましくない組成のガスが送られることがない。
【００３３】
図２は、本実施の形態において燃料改質ガスをパージガス滞留タンクに蓄える場合の弁の開閉状況を示すブロック図である。図２において、白抜きの弁は開いた状態、黒で塗りつぶされた弁は閉じた状態を示す。
【００３４】
本実施の形態の燃料電池発電システムにおいて、燃料改質ガスをパージガス滞留タンク１４に蓄える場合、加圧ライン遮断弁１５を閉じ、パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７を開ける。この操作によりパージガス滞留タンク１４が減圧されるため、燃料改質ガスがパージガス滞留タンク１４内に導入される。燃料改質ガスのパージガス滞留タンク１４への貯蔵は、改質装置３０の改質運転後および燃料電池本体４０の発電前に行うことが望ましい。
【００３５】
燃料電池発電システムでの発電は、燃料改質装置出口遮断弁５を開いて水素リッチガスを燃料極４１に供給し、空気ブロワ９を起動して空気を酸化剤極４２に供給することにより開始される。水素リッチガスの供給あるいは空気の供給を止めることにより発電は停止する。燃料電池発電システムの発電を停止した直後は、改質装置３０内は高温となっている。このため、可燃性ガスが滞留していると改質装置３０を構成する触媒がコーキングする可能性がある。そこで、蒸気を用いて改質装置３０の内部の可燃性ガスをパージする。
【００３６】
蒸気による改質装置３０内のパージの際は、改質水給水ポンプ３５を起動したまま改質装置入口遮断弁１を閉じる。これにより、原燃料の供給は止まり、改質器３１の内部での水の蒸発は続くため、改質器３１およびこれと連通する一酸化炭素変成器３２および一酸化炭素除去器３３の内部空間は水蒸気で満たされていく。この際、蒸気排出弁７２を開けておくことにより、可燃性ガスは改質器３１の内部空間から排出される。
【００３７】
蒸気により改質装置３０内をパージし、改質装置３０内の温度が低下した後は、改質装置３０を構成する触媒が水凝縮によって劣化する可能性がある。そこで、このような触媒の劣化を抑制するため、改質装置３０の下流に設置されるパージガス滞留タンク１４に蓄えられた燃料改質ガスによって、改質装置３０内をパージし、その後、外部からの空気混入を防止するために改質装置入口遮断弁１と燃料改質装置出口遮断弁５を閉じる。
【００３８】
図３は、本実施の形態において燃料改質ガスをパージガス滞留タンクから改質装置に送る場合の弁の開閉状況を示すブロック図である。図３において、白抜きの弁は開いた状態、黒で塗りつぶされた弁は閉じた状態を示す。
【００３９】
燃料改質ガスをパージガス滞留タンク１４から改質装置３０に送る場合は、加圧ライン遮断弁１５を開け、パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７を閉じる。この操作によりパージガス滞留タンク１４が加圧され、燃料改質ガスが水素供給配管５５を通って改質装置３０に送られる。その際、燃料改質ガスが改質装置３０のみに送られるよう、燃料改質装置出口遮断弁５を閉じておく。また、蒸気排出弁７２を開けておいて、パージガス滞留タンク１４に貯えられた燃料改質ガスが、水素供給配管５５および蒸気排出配管７３の双方を通って改質装置３０に送られてもよい。
【００４０】
一般的に、パージガス滞留タンク１４の加圧に用いる排熱回収水ライン２０の圧力は、２００から３００ｋＰａ程度である。このため、加圧ライン圧力調整器１６によって、加圧ライン配管２１の内部の流体の圧力を数ｋＰａから数１０ｋＰａに圧力調整した後に、燃料改質ガスを加圧することが望ましい。
【００４１】
改質装置３０を締め切りにすると、改質装置３０内が温度低下によって負圧になり、空気が混入する可能性がある。そこで、改質装置３０の内部の圧力を計測する圧力検知器２５が所定の圧力以下となったことを検知した場合に、排熱回収水ライン２０とパージガス滞留タンク１４を繋ぐ加圧ライン配管２１に設置される加圧ライン遮断弁１５を開ける。これにより、排熱回収水ライン２０の圧力によって燃料改質ガスを加圧し、改質装置３０内に燃料改質ガスを流入させる。
【００４２】
図４は、本実施の形態においてパージガス滞留タンクから水を排出する場合の弁の開閉状況を示すブロック図である。図４において、白抜きの弁は開いた状態、黒で塗りつぶされた弁は閉じた状態を示す。
【００４３】
パージガス滞留タンク１４が排熱回収水ライン２０からの加圧水で水没し、改質装置３０の内部に水分が流入することを防止するために、パージガス滞留タンク１４に液面レベルセンサ１８を設置する。液面レベルセンサ１８が所定の水位を検知した場合には、加圧ライン遮断弁１５を閉じ、パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７を開ける。これにより、パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７から加圧水が排出されるため、パージガス滞留タンク１４の水没を防止することができる。
【００４４】
燃料電池システムを電気と熱とが利用可能なコージェネレーションシステムとして用いるためには、一般に流体を循環させる排熱回収ラインが設けられる。そこで、本実施の形態のように水素貯蔵手段の加圧に排熱回収水ライン２０を流れる流体の圧力を用いることにより、特別な加圧装置を用いることなく、水素貯蔵手段に貯えた水素を改質装置３０内に導入することができる。また、加圧手段に加圧ライン遮断弁１５が設けられた加圧ライン配管２１を用いることにより、発電中などに排熱回収水ライン２０を流体が流れている間であっても、水素貯蔵手段の圧力が上昇しないように、つまり、水素貯蔵手段に水素を貯えたままの状態を維持することができる。
【００４５】
水素貯蔵手段としては、気相と液相とが形成されたパージガス滞留タンク１４を用いているため、単に液面を上昇させることによって気相中に貯えられた水素を加圧することができる。また、パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７が取り付けられたドレン排出ライン７０を設けておくことにより、必要に応じてパージガス滞留タンク１４の気相の圧力を適宜減少させることができる。つまり、一度パージガス滞留タンク１４の液面を上昇させて水素を加圧し改質装置３０に水素を導入した後、再び、燃料電池発電システムの運転を再開したときには、パージガス滞留タンクの液面を下降させてパージガス滞留タンク１４の内部に水素を貯蔵しておくことができる。
【００４６】
改質装置入口遮断弁１と改質装置３０との間には、蒸気排出弁７２が設けられた蒸気排出配管７３を接続している。このため、改質装置３０の内部を水素で満たす前に水蒸気で一旦パージした場合であっても、パージに用いた水蒸気を排出することができる。また、蒸気排出配管７３の途中には、凝縮器７４を設けている。このため、改質装置３０の内部のパージに用いた水蒸気とパージ用の水素とが混ざった場合であっても、水分は凝縮されて液体となり、水素は気体のままパージガス滞留タンク１４に戻る。したがって、改質装置３０の内部の水蒸気を排出する水素がシステムの外部に放出されることがなく、再び改質装置３０の内部のパージに用いることができる。
【００４７】
また、圧力検知器２５が改質装置３０の内部の圧力を検知するため、改質装置３０の内部の圧力が低下したことを検知してガス貯蔵手段の圧力を高めることができる。したがって、改質装置３０の内部と連通する空間を封じる配管や弁などに微小な空隙が生じて圧力が次第に低下した場合であっても、必要に応じて加圧ライン遮断弁１５を開いて水素貯蔵手段の圧力を高めることにより、改質装置３０の内部の圧力を大気圧未満とならないようにすることができる。この際、排熱回収水ライン２０を流れる流体の圧力が低い場合には、必要に応じて排熱回収水ポンプ１２を起動すればよい。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、燃料電池発電システム停止時の改質装置３０のパージや保圧に都市ガスやＬＰガスを使用する必要がない。このため、灯油などの液体燃料を燃料とした燃料電池発電システムにおいても、系統内に残っている可燃ガスや凝縮水を容易に除去することができる。また、改質装置を封じ切りにした場合でも、温度低下によって改質装置３０が負圧となり、空気混入することをほぼ確実に防止することができる。このため、改質装置３０を構成する触媒が酸化劣化することがなくなり、改質装置３０の長寿命化、燃料電池発電システムの長寿命化と信頼性向上を達成できる。
【００４９】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明に係る燃料電池発電システムの第２の実施の形態における一部のブロック図である。
【００５０】
本実施の形態の燃料電池発電システムでは、パージガス滞留タンク１４を水素供給配管５５の改質装置３０と燃料改質装置出口遮断弁５との間に繋ぐラインに燃料改質ガス熱交換器１９およびドレンタンク２２を設けている。燃料改質ガス熱交換器１９では、パージガス滞留タンク１４から改質装置３０に導入される燃料改質ガスと排熱回収水ライン２０を流れる流体とが熱交換する。燃料改質ガスが排熱回収水ライン２０によって冷却される際に生じる凝縮水は、ドレンタンク２２から排出される。
【００５１】
図５は、また、本実施の形態において燃料改質ガスをパージガス滞留タンクから改質装置に送る場合の弁の開閉状況を示している。図５において、白抜きの弁は開いた状態、黒で塗りつぶされた弁は閉じた状態を示す。
【００５２】
燃料改質ガスをパージガス滞留タンク１４から改質装置３０に送る場合は、加圧ライン遮断弁１５を開け、パージガス滞留タンクドレン遮断弁１７を閉じる。これにより、パージガス滞留タンク１４が加圧され、燃料改質ガスが改質装置３０に送られる。この際、燃料改質ガスは常温の排熱回収水ライン２０によって冷却される。また、冷却によって生じる凝縮水はドレンタンク２２から排出される。
【００５３】
燃料改質ガスは、改質装置３０の出口温度相当の水蒸気飽和ガスとしてパージガス滞留タンク１４に蓄えられる。このため、パージガス滞留タンク１４に蓄えられた燃料改質ガスが改質装置３０に送られた後に改質装置３０内の温度が低下した場合には、燃料改質ガス中に含まれる水分が改質装置３０内で凝縮し、改質装置３０の触媒が水凝縮により劣化するおそれがある。
【００５４】
しかし、本実施の形態によれば、燃料改質ガスは、燃料改質ガス熱交換器１９で冷やされ、含まれる水分はドレンタンク２２で除去された後に改質装置３０内に導入される。このため、水凝縮による触媒劣化を防止することが可能となり、改質装置３０の長寿命化、燃料電池発電システムの長寿命化と信頼性向上を達成できる。
【００５５】
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施の形態におけるブロック図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施の形態において燃料改質ガスをパージガス滞留タンクに蓄える場合の弁の開閉状況を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施の形態において燃料改質ガスをパージガス滞留タンクから改質装置に送る場合の弁の開閉状況を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施の形態においてパージガス滞留タンクから水を排出する場合の弁の開閉状況を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る燃料電池発電システムの第２の実施の形態における一部のブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…改質装置入口遮断弁、２…バーナ燃焼器入口遮断弁、５…燃料改質装置出口遮断弁、６…燃料電池本体出口遮断弁、７…バーナ空気遮断弁、８…空気フィルタ、９…空気ブロワ、１０…凝縮器、１１…貯湯槽、１２…排熱回収水ポンプ、１３…電池冷却水熱交換器、１４…パージガス滞留タンク、１５…加圧ライン遮断弁、１６…加圧ライン圧力調整器、１７…パージガス滞留タンクドレン遮断弁、１８…液面レベルセンサ、１９…燃料改質ガス熱交換器、２０…排熱回収水ライン、２１…加圧ライン配管、２２…ドレンタンク、２５…圧力検知器、３０…改質装置、３１…改質器、３２…一酸化炭素変成器、３３…一酸化炭素除去器、３４…バーナ燃焼器、３５…改質水給水ポンプ、４０…燃料電池本体、４１…燃料極、４２…酸化剤極、４３…冷却流路、５１…燃料供給配管、５２…空気供給配管、５３…空気供給配管、５４…排気排出配管、５５…水素供給配管、６０…筐体、６１…制御装置、７０…ドレン排出ライン、７１…バイパス弁、７２…蒸気排出弁、７３…蒸気排出配管、７４…凝縮器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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