(57)【要約】【課題】触媒還元後の燃料改質装置内に残留する窒素を取り除き、燃料電池の性能劣化の原因となりうるアンモニア発生を抑制する。【解決手段】改質器１１と一酸化炭素変成器１２を具備する燃料改質装置２の前処理方法であって、燃料改質装置２に還元ガスを供給する還元工程と、還元工程の後に窒素と酸素のいずれをも含まないパージガスを燃料改質装置２に供給して燃料改質装置２内に残留するガスをパージするパージ工程とを有する。さらに、還元工程後でパージ工程前に、窒素ガスによる洗浄工程を行うことも可能である。【選択図】図１
2008308351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原燃料と水蒸気を改質触媒により水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を酸化物系触媒により二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器とを具備する燃料改質装置の前処理方法であって、
前記燃料改質装置に還元ガスを供給する還元工程と、
前記還元工程の後に窒素と酸素のいずれをも含まないパージガスを前記燃料改質装置に供給して前記燃料改質装置内に残留するガスをパージするパージ工程と、
を有すること、を特徴とする燃料改質装置の前処理方法。
【請求項２】
前記パージガスは、アルゴン、ヘリウム、またはアルゴンとヘリウムの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置の前処理方法。
【請求項３】
前記還元工程の後でパージ工程の前に、窒素を含む洗浄ガスを前記燃料改質装置に供給して前記燃料改質装置内に残留するガスをパージする洗浄工程をさらに有し、
前記パージ工程で前記洗浄ガスをパージすること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料改質装置の前処理方法。
【請求項４】
前記改質触媒はニッケル系触媒およびルテニウム系触媒の少なくとも一方を含み、前記酸化物系触媒は銅−亜鉛系触媒および鉄−クロム系触媒の少なくとも一方を含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料改質装置の前処理方法。
【請求項５】
炭化水素系の原燃料と水蒸気を改質触媒により水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を酸化物系触媒により二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器とを具備する燃料電池発電システムの運転前処理方法であって、
前記燃料改質装置に還元ガスを供給する還元工程と、
前記還元工程の後に窒素と酸素のいずれをも含まないパージガスを前記燃料改質装置に供給して前記改質器および一酸化炭素変成器の内部に残留するガスをパージするパージ工程と、
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前処理方法。
【請求項６】
炭化水素系の原燃料と水蒸気を改質触媒により水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を酸化物系触媒により二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器とを具備する燃料改質装置の気密試験方法であって、
前記燃料改質装置内を加圧ガスで加圧する、加圧工程と、
加圧工程後に、窒素と酸素のいずれをも含まないパージガスを前記燃料改質装置に供給して前記燃料改質装置内に残留する前記加圧ガスをパージするパージ工程と、
を有することを特徴とする燃料改質装置の気密試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質装置の前処理方法および気密試験方法、並びに燃料改質装置を利用する燃料電池発電システムの運転前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料改質装置は触媒を用いて都市ガスやＬＰガスや灯油などの炭化水素系の原燃料から水蒸気改質、部分改質またはオートサーマル等の化学反応により水素リッチガスを生成する装置であって、固体高分子型燃料電池発電システムの水素供給等に用いられている。
【０００３】
燃料改質装置は、脱硫器、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器の反応器から構成されており、各反応器にはそれぞれ脱硫触媒、改質触媒、一酸化炭素変成触媒、一酸化炭素選択酸化触媒が充填されている。
【０００４】
一酸化炭素変成触媒に銅−亜鉛系や鉄−クロム系等の酸化物系触媒を用いている場合がある。この触媒は、そのままの状態では触媒活性を有しないため、使用する前に、還元処理を行う必要がある。
【０００５】
還元処理方法には、特許文献１に開示されているように、燃料改質装置単体で行われる方法や、特許文献２に開示されているように、燃料電池発電システムに適用された状態で行われる場合などがある。
【特許文献１】特開２００２−３５６３１１号公報
【特許文献２】特開２００５−２８１００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固体高分子型燃料電池発電システムに用いる燃料改質装置は脱硫器、改質器、一酸化炭素変成器、一酸化炭素選択酸化器の各反応器が一体化されているため、還元用ガスを燃料改質装置に導入し一酸化炭素変成触媒の触媒還元操作を行っている。
【０００７】
脱硫触媒に銅−亜鉛系、改質触媒にルテニウム系、一酸化炭素変成触媒に銅−亜鉛系、一酸化炭素選択酸化触媒にはルテニウム系の触媒をそれぞれ使用して、窒素と水素の混合ガスを還元ガスとして使用した場合は、還元ガスが改質触媒を流通するときの触媒反応により、窒素と水素とから微量のアンモニアが生成される。燃料改質装置内に残留したアンモニアが、燃料電池発電システムの運転時に燃料電池本体の性能を低下させる問題があった。
【０００８】
また、触媒還元工程後に、空気中の酸素による触媒酸化を防止するために、燃料改質装置内に窒素封入を行っている。この燃料改質装置を燃料電池システムに適用した後の初期の発電運転において、封入した窒素からアンモニアが生成され、燃料電池の性能を低下させてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、還元後の燃料改質装置内に残留する窒素を取り除き、燃料電池の性能劣化の原因となりうるアンモニア発生を抑制する燃料改質装置の前処理方法および気密試験方法を提供する。
【００１０】
また、上記前処理方法により、初期の発電運転時においても、燃料電池の性能劣化を抑え、常に安定した運転ができる燃料電池発電システムの運転前処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料改質装置の前処理方法は、炭化水素系の原燃料と水蒸気を改質触媒により水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を酸化物系触媒により二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器とを具備する燃料改質装置の前処理方法であって、前記燃料改質装置に還元ガスを供給する還元工程と、前記還元工程の後に窒素と酸素のいずれをも含まないパージガスを前記燃料改質装置に供給して前記燃料改質装置内に残留するガスをパージするパージ工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池発電システムの運転前処理方法は、炭化水素系の原燃料と水蒸気を改質触媒により水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を酸化物系触媒により二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器とを具備する燃料電池発電システムの運転前処理方法であって、前記燃料改質装置に還元ガスを供給する還元工程と、前記還元工程の後に窒素と酸素のいずれをも含まないパージガスを前記燃料改質装置に供給して前記改質器および一酸化炭素変成器の内部に残留するガスをパージするパージ工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る燃料改質装置の気密試験方法は、炭化水素系の原燃料と水蒸気を改質触媒により水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器で得られた水素リッチガス中の一酸化炭素を酸化物系触媒により二酸化炭素に変成する一酸化炭素変成器とを具備する燃料改質装置の気密試験方法であって、前記燃料改質装置内を加圧ガスで加圧する加圧工程と、加圧工程後に、窒素と酸素のいずれをも含まないパージガスを前記燃料改質装置に供給して前記燃料改質装置内に残留する前記加圧ガスをパージするパージ工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料改質装置内の窒素の残留を防ぎ、燃料電池の性能低下の原因となりうるアンモニア生成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】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明について実施形態を説明する。なお、同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００１６】
本発明の一つの実施形態として、燃料電池発電システムの燃料改質などのための燃料改質装置２を単体で触媒還元を行う場合について説明する。図１は本発明に係る燃料改質装置２とそれに付帯する装置の一実施形態を示す系統図である。
【００１７】
本実施形態は、触媒還元ガス供給装置１と燃料改質装置２とアンモニア分析手段２２から構成されている。触媒還元ガス供給装置１は水素ガス供給源３、窒素ガス供給源４、さらにパージガス供給源５が備えられており、各々のガス供給源には、水素ガス供給弁６、窒素ガス供給弁７、パージガス供給弁８と、これらのガスが合流した還元ガス供給経路９と、から構成されている。各ガスの供給源はガスボンベや、コールドエバポレータ装置や、ガス発生装置またはガス混合装置などが用いられる。
【００１８】
燃料改質装置２は少なくとも、脱硫器１０、改質器１１、一酸化炭素変成器１２、一酸化炭素選択酸化器１３の各反応器を具備している。脱硫器１０には脱硫触媒１４が充填され、脱硫触媒１４を加熱する脱硫器ヒータ１８が設置されている。改質器１１には改質触媒１５が充填され、改質触媒１５を加熱する改質器バーナ１９が設置されている。一酸化炭素変成器１２には一酸化炭素変成触媒１６が充填され、一酸化炭素変成触媒１６を加熱する一酸化炭素変成器ヒータ２０が設置され、一酸化炭素選択酸化器１３には一酸化炭素選択酸化触媒１７が充填されている。
【００１９】
燃料改質装置２の下流にはガス中のアンモニア分析ができるアンモニア分析手段２２と還元ガス出口２１が設置されている。アンモニア分析手段２２として、ガスグロマトグラフなどのアンモニア分析装置の直接接続や、ガスサンプリング手段を接続して別置のガス分析装置でのアンモニア分析や、ガスの水洗浄手段を接続してその洗浄水中のアンモニア分析などを用いてもよい。
【００２０】
燃料改質装置２の各反応器に充填される触媒としては一般に、脱硫触媒１４としては、還元が不要なゼオライト系または還元が必要な銅−亜鉛系やニッケル系の触媒が用いられる。改質触媒１５としては、還元が不要なルテニウム系または還元が必要なニッケル系の触媒が用いられる。一酸化炭素変成触媒１６としては、還元が必要な銅−亜鉛系や鉄−クロム系または還元が不要な白金系の触媒が用いられる。一酸化炭素選択酸化触媒１７としては、還元が不要なルテニウム系や白金系の触媒が用いられる。
【００２１】
本実施形態では、一例として、脱硫触媒１４に銅−亜鉛系触媒を使用し、改質触媒１５にルテニウム系触媒を使用し、一酸化炭素変成触媒１６に銅−亜鉛系触媒を使用し、一酸化炭素選択酸化触媒１７にルテニウム系触媒を使用する。還元ガスとして、触媒還元ガス供給装置１から供給する窒素と水素の混合ガスを使用する。
【００２２】
本実施形態の触媒還元の還元工程、洗浄工程およびパージ工程における、還元ガスの流れや反応について説明する。
【００２３】
触媒還元は、還元工程、洗浄工程、パージ工程の順で行われる。
【００２４】
先ず、還元工程について説明する。
【００２５】
還元ガスとして、水素と窒素の混合ガスを、触媒還元ガス供給装置１から供給する。水素ガスは、水素ガス供給源３から、水素ガス供給弁６を介して、還元ガス供給経路９に供給され、窒素ガスは、窒素ガス供給源４から、窒素ガス供給弁７を介して、還元ガス供給経路９に供給される。還元ガス供給経路９の前で、還元ガスの調整を行う。この還元ガスは、銅−亜鉛系の脱硫触媒１４や一酸化炭素変成触媒１６の還元に最適なものであって、窒素ガスに水素ガスを０．５％以上で４％以下の体積比になるように混合し調整する。調整した還元ガスは、還元ガス供給経路９を通って燃料改質装置２の脱硫器１０に供給される。
【００２６】
脱硫触媒１４は予め脱硫器ヒータ１８で還元に適した１８０℃以上２５０℃以下に加熱されおり、反応式（１）に示すように、脱硫器１０に供給された還元ガス中の水素と脱硫触媒１４の酸化銅の還元反応により脱硫触媒１４が活性化される。
【００２７】
ＣｕＯ  ＋  Ｈ２  →  Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ  …  （１）
脱硫触媒１４の還元反応中は、水素が消費されるため、脱硫器出口より窒素と水蒸気の還元済みガスが、改質器１１に供給される。還元完了後は水素を含んだ還元ガスが、１８０℃以上２５０℃以下となって改質器１１に供給される。
【００２８】
改質器１１に供給された還元ガスは改質触媒１５を流通する時に、改質触媒１５のルテニウムの触媒作用により、反応式（２）に示す窒素と水素のアンモニア合成反応が生じる。これにより、燃料電池発電システムの燃料電池本体の性能を低下させるアンモニアが生成される。
【００２９】
Ｎ２  ＋  ３Ｈ２  →  ２ＮＨ３  …  （２）
生成したアンモニアの一部は改質触媒１５に吸着される。それ以外の生成したアンモニアは、還元ガスとともに改質器１１を出て、一酸化炭素変成器１２に供給される。
【００３０】
本実施形態では、一酸化炭素変成触媒１６の還元反応は、脱硫触媒１４の還元反応と同様の反応である。一酸化炭素変成触媒１６は、予め一酸化炭素変成器ヒータ２０で還元に適した１８０℃以上で２５０℃以下に加熱されおり、一酸化炭素変成器１２に供給された還元ガス中の水素と一酸化炭素変成触媒１６の酸化銅の還元反応（式（１））により一酸化炭素変成触媒１６が活性化される。
【００３１】
一酸化炭素変成触媒１６の還元反応中は水素が消費されるため一酸化炭素変成器出口より、窒素と水蒸気の還元済みガスが、一酸化炭素選択酸化器１３に供給される。還元完了後は水素を含んだ還元ガスが１８０℃以上で２５０℃以下となって一酸化炭素選択酸化器１３に供給される。また、還元ガスに微量に含まれるアンモニアの一部が一酸化炭素変成触媒１６を流通する間に一酸化炭素変成触媒１６に吸着される。
【００３２】
本実施形態では、一酸化炭素選択酸化触媒１７で生じるアンモニア合成反応は、改質触媒１５の還元反応と同様の反応である。一酸化炭素選択酸化器１３に供給された還元ガスが一酸化炭素選択酸化触媒１７を流通する時に、一酸化炭素選択酸化触媒１７のルテニウムの触媒作用により窒素と水素のアンモニア合成反応（式（２））が生じ、燃料電池発電システムの燃料電池本体の性能を低下させるアンモニアが生成される。
【００３３】
生成したアンモニアの一部は一酸化炭素選択酸化触媒１７に吸着される。それ以外の生成したアンモニアは、還元ガスとともに一酸化炭素選択酸化器１７を出て、還元ガス出口２１を通って燃料改質装置２から排出される。
【００３４】
次に燃料改質装置２に残留しているアンモニアの洗浄工程について説明する。
【００３５】
洗浄ガスとして、触媒還元ガス供給装置１より安価な窒素ガスを、燃料改質装置２に供給する。洗浄ガスが各反応器を流通する間に各触媒や各反応容器内面などに吸着或いは付着していたアンモニアが洗浄ガスとともに燃料改質装置２より排出される。燃料改質装置２から排出された洗浄ガスはアンモニア分析手段２２にてアンモニア濃度を測定し、例えば燃料電池発電システムの燃料電池本体の性能を低下させないアンモニア濃度以下になったところで、洗浄ガスの供給を停止して洗浄工程を終了させる。
【００３６】
洗浄工程時にアンモニアの脱離を促進させるために、脱硫器ヒータ１８および一酸化炭素変成器ヒータ２０により、それぞれ脱硫器１０および一酸化炭素変成器１２の温度を上げてもよい。
【００３７】
次にパージ工程について説明する。
【００３８】
洗浄ガスに窒素ガスを使用した場合、残留窒素からのアンモニア生成を防ぐために、洗浄工程後に燃料改質装置２内に残留した窒素をパージガスにより置換する。
【００３９】
パージガスは、触媒還元ガス供給装置１のパージガス供給源５からパージガス供給弁８を介して、還元ガス供給経路９より、燃料改質装置２に供給される。このパージガスは、窒素と酸素のいずれをも含まないガスで、例えばアルゴンガスやヘリウムガスの単体もしくはそれらの混合ガスを使用する。
【００４０】
洗浄工程で燃料改質装置２の内部に残留している窒素ガスを置換するのに十分な量のパージガスを流したところで、パージガスの供給を停止し、パージ工程は完了となる。パージガスの量は燃料改質装置２の容積の２倍以上であるのが望ましい。
【００４１】
なお、本実施形態では、洗浄工程に窒素ガスを使用しているが、洗浄ガスとして、上記パージガスを使用することもできる。洗浄工程で、上記パージガスを使用することにより、燃料改質装置２内に残留するアンモニアを排出する。この場合、燃料改質装置２内に窒素を残留させないため、パージ工程は不要となり、洗浄工程とパージ工程とを一つの工程に集約することが可能となる。ただし、一般に窒素に比べてアルゴンやヘリウムは高価であるから、洗浄工程とパージ工程とを分けた方がコスト低減のためには好ましい場合が多い。
【００４２】
上記パージ工程は、燃料改質装置２の構造健全性検査のために、燃料改質装置２の気密検査に適用することが可能である。以下に燃料改質装置２の気密試験において、上記パージ工程を利用する方法について説明する。
【００４３】
燃料改質装置２の気密試験は、加圧工程とパージ工程の順で行われる。
【００４４】
加圧工程では、加圧ガスとして、窒素ガスを使用する。加圧ガスとして、還元ガス供給装置１の還元ガスを使用してもよい。
【００４５】
パージ工程では、還元ガス供給装置１から供給されるパージガスでパージすることにより、加圧工程で燃料改質装置２内に残留した窒素を置換する。上記触媒還元と同様に、パージガスとして、窒素と酸素のいずれも含まないガスで、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスの単体もしくはそれらの混合ガスを使用する。
【００４６】
加圧工程で燃料改質装置２の内部に残留している窒素ガスを置換するのに十分な量のパージガスを流したところで、パージガスの供給を停止し、パージ工程は完了となる。パージガスの量は燃料改質装置２の容積の２倍以上であるのが望ましい。
【００４７】
なお、加圧工程で、上記パージガスを使用することにより、燃料改質装置２内に窒素を残留させることなく加圧工程を完了させることが可能である。この場合、パージ工程が不要となり、加圧工程とパージ工程とを一つの工程として集約することが可能となる。ただし、一般に窒素に比べてアルゴンやヘリウムは高価であるから、加圧工程とパージ工程とを分けた方がコスト低減のためには好ましい場合が多い。
【００４８】
また、この気密試験を上記触媒還元の後に続けて行うことにより、触媒還元の洗浄工程やパージ工程を省略することができる。
【００４９】
また、本実施形態は、気密試験に限らず、漏洩試験、耐圧試験などにも同様の方法で試験を行うことが可能である。
【００５０】
この燃料改質装置２は、燃料電池発電システムに適用して、触媒還元を行うことが可能である。図２は、図１の燃料改質装置２を適用した本発明に係る燃料電池発電システム５０とそれに付帯する装置の一例を示す系統図である。
【００５１】
以下に、燃料電池発電システム５０に上記燃料改質装置２を適用した例について説明する。この例における燃料電池発電システム５０は、燃料電池本体３１および燃料電池本体３１に改質ガスを供給する燃料改質装置２などを構成要素とする。
【００５２】
燃料電池発電システム５０の通常の発電運転方法について説明する。
【００５３】
炭化水素系の原燃料が、原燃料供給装置３２から原燃料供給用弁４０を介して燃料改質装置２の脱硫器１０に供給される。脱硫器１０内の脱硫触媒１４により脱硫された原燃料は、水蒸気と合流して、改質器１１に送られる。この水蒸気は、改質水供給装置３４から供給される改質水が、ポンプ４２により蒸発器３９に送られて、蒸発器３９で加熱されて水蒸気となり、脱硫器１０から出た原燃料と合流する。改質器１１内の改質触媒１５にて、原燃料と水蒸気との改質反応により水素リッチな改質ガスが生成される。
【００５４】
この改質ガスは一酸化炭素変成器１２の一酸化炭素変成触媒１６でのシフト反応により一酸化炭素濃度が０．５％以下に低減される。
【００５５】
一酸化炭素濃度が低減された改質ガスは、選択酸化用空気供給装置３５から選択酸化用空気供給用弁４３を介して供給される選択酸化用空気と合流し、一酸化炭素選択酸化器１３に送られる。さらに、一酸化炭素選択酸化器１３内の一酸化炭素選択酸化触媒１７での一酸化炭素選択酸化反応により、一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下に低減される。
【００５６】
燃料改質装置２で生成された一酸化炭素濃度が低減された水素リッチな改質ガスは、燃料電池本体３１のアノード極（図示せず）に供給され、カソード極（図示せず）に流した空気中の酸素と化学反応して電気が発生する。
【００５７】
アノード極で未反応となった水素を含有するアノードオフガスは電池出口弁４６を通り改質器バーナ１９に供給される。改質器バーナ１９では、バーナ空気供給装置３３からバーナ空気供給用弁４１を介して流通するバーナ空気とアノードオフガスが燃焼する。高温の燃焼排ガスは改質触媒１５を加熱して改質反応の熱源となった後に蒸発器３９に供給され、蒸発器３９を流通する改質水を蒸発させた後に、バーナ排気系統３８より燃料電池発電システム５０の外部へ排出される。
【００５８】
次に、燃料改質装置２を燃料電池発電システム５０に適用した場合における触媒還元の方法について説明する。
【００５９】
還元ガスは、触媒還元ガス供給装置１から供給し、燃料改質装置２単体で触媒還元を行ったときと同様に、還元工程、洗浄工程、パージ工程を行う。なお、この場合は、原燃料供給装置３２、改質水供給装置３４、バーナ空気供給装置３３、および選択酸化用空気供給装置３５を停止し、原燃料供給弁４０、バーナ空気供給弁４１、および選択酸化用空気供給弁４３を閉じておく。
【００６０】
還元工程で用いる還元ガス、洗浄工程で用いる洗浄ガス、およびパージ工程で用いるパージガスは、電池入口弁４５とバイパス弁４４を閉じることで、燃料電池本体３１に流通されずに、還元ガス排気用弁４７を通って還元ガス排出系統３７から燃料電池発電システム５０の外部へ排出される。
【００６１】
燃料電池本体３１に各工程のガスを流通させない流路として、バイパス系統３６を利用することも可能である。この場合は、電池入口弁４５、電池出口弁４６、および還元ガス排気用弁４７を閉じてバイパス弁４４を開いて、バイパス系統３６を流通させて、改質器バーナ１９を経て、バーナ排気系統３８より燃料電池発電システム５０から排出する。したがって、燃料電池本体３１を流通しない。
【００６２】
また、還元ガスとして改質器１４で生成する水素リッチな改質ガスを利用することも可能である。この場合は、還元工程において、原燃料供給装置３２、改質水供給装置３４、バーナ空気供給装置３３、選択酸化用空気供給装置３５、およびポンプ４２を運転し、原燃料供給弁４０、バーナ空気供給弁４１、および選択酸化用空気供給弁４３を開き、改質器１１により水素リッチな改質ガスを生成させる。改質ガスは水素濃度が高いので、触媒還元用ガス供給装置１から窒素ガスを供給し触媒還元に適した水素濃度である０．５％以上で４％以下（体積比）に調整し、還元工程を行う。
【００６３】
次に、原燃料供給装置３２、改質水供給装置３４、バーナ空気供給装置３３、および選択酸化用空気供給装置３５を停止し、原燃料供給弁４０、バーナ空気供給弁４１、および選択酸化用空気供給弁４３を閉じて、燃料改質装置２単体で行う場合と同様に洗浄工程とパージ工程を行う。
【００６４】
還元工程用の還元ガス、洗浄工程用の洗浄ガス、パージ工程用のパージガスは、いずれも還元ガス排出系統３７またはバイパス系統３６を流通して燃料電池発電システム５０の外部へ排出されるため、燃料電池本体３１には流通しない。このバイパス系統３６や還元ガス排出系統３７により、アンモニアを含んだ還元ガスが燃料電池本体３１に流通しないため、燃料改質装置２を燃料電池発電システム５０に適用した状態で触媒還元を行うことが可能である。
【００６５】
還元工程、洗浄工程、パージ工程を行うタイミングは、燃料改質装置２単体や燃料電池発電システム５０に適用した時のいずれに行ってもよい。例えば、還元工程および洗浄工程は燃料改質装置２単体で行い、パージ工程は燃料電池発電システム５０に適用した時に行うことも可能である。
【００６６】
燃料改質装置２や燃料電池発電システム５０の構造健全性検査のために気密検査を行う場合がある。燃料改質装置２を燃料電池発電システム５０に適用した場合においても、燃料改質装置２単体で気密試験を行う場合と同様の方法で、窒素と酸素のいずれをも含まないガスで、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスの単体もしくはそれらの混合ガスによりパージすることが可能である。
【００６７】
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。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。
【００６８】
燃料改質装置２の各反応器において、脱硫触媒１４、改質触媒１５、一酸化炭素変成触媒１６、一酸化炭素選択酸化触媒１７のいずれかに、還元が必要な酸化物系触媒と、アンモニア生成が生じるルテニウムやニッケル系の触媒とを、使用することが可能である。例えば、脱硫触媒１４に銅−亜鉛系やニッケル系を使用し、改質触媒１５にニッケル系を使用し、一酸化炭素変成触媒１６に鉄−クロム系を使用し、一酸化炭素選択酸化触媒１７にはルテニウム系触媒を使用することも可能である。この場合には、触媒還元の還元工程において、燃料電池本体３１の性能低下の原因となりうるアンモニア生成が生じるので、洗浄工程とパージ工程を行う。
【００６９】
また、上記実施形態では、パージガスとして、アルゴンガスやヘリウムガスの単体もしくはそれらの混合ガスを使用しているが、これに限るものではない。パージガスとして、窒素と酸素を含まない単体もしくはそれらの混合ガスを使用できる。例えば、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系ガスを使用することが可能であり、または、水素、二酸化炭素、一酸化炭素などの改質ガスを使用することも可能である。
【００７０】
更に、上記燃料改質装置２は、燃料電池発電システム５０以外にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る燃料改質装置とそれに付帯する装置の一実施形態を示す系統図である。
【図２】図１の燃料改質装置を適用した本発明に係る燃料電池発電システムとそれに付帯する装置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…触媒還元ガス供給装置、２…燃料改質装置、３…水素ガス供給源、４…窒素ガス供給源、５…パージガス供給源、６…水素ガス供給弁、７…窒素ガス供給弁、８…パージガス供給源、９…還元ガス供給経路、１０…脱硫器、１１…改質器、１２…一酸化炭素変成器、１３…一酸化炭素選択酸化器、１４…脱硫触媒、１５…改質触媒、１６…一酸化炭素変成触媒、１７…一酸化炭素選択酸化触媒、１８…脱硫器ヒータ、１９…改質器バーナ、２０…一酸化炭素変成器ヒータ、２１…還元ガス出口、２２…アンモニア分析手段、３１…燃料電池本体、３２…原燃料供給装置、３３…バーナ空気供給装置、３４…改質水供給装置、３５…選択酸化用空気供給装置、３６…バイパス系統、３７…還元ガス排出系統、３８…バーナ排気系統、３９…蒸発器、４０…原燃料供給弁、４１…バーナ空気供給弁、４２…ポンプ、４３…選択酸化用空気供給弁、４４…バイパス弁、４５…電池入口弁、４６…電池出口弁、４７…還元ガス排気用弁、５０…燃料電池発電システム
【図１】
2008308351.tif 000003
【図２】
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