(57)【要約】【課題】この発明は、保全ガスを保全ガス貯蔵器に低圧状態で貯蔵できるようにして保全ガスの加圧製造又は加圧貯蔵を不要とし、かつ制御流体の供給、排出動作を適宜選択することで、反応ガスの置換機能、或いは反応器内部への空気の混入防止機能を、簡素な機構で安価に実現できる燃料電池発電システムを得る。【解決手段】保全ガス貯蔵器６は、可動性の隔壁７ｂが剛な外側容器７ａ内を第１サブ空間７ｃと第２サブ空間７ｄとに画成するように配設されて構成されている。隔壁７ｂは、気密性および柔軟性を有し、第１サブ空間７ｃと第２サブ空間７ｄとの間の圧力差により可動し、第１サブ空間７ｃと第２サブ空間７ｄとの容積を相互にやり取りする。第１サブ空間７ｃには、窒素生成器５から窒素が供給され、１．０気圧より大きく、１．１気圧以下の低圧状態に貯蔵される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料供給源から供給された原燃料を触媒により燃料ガスに改質する燃料処理装置と、
上記燃料処理装置で生成された上記燃料ガスを燃料ガス流路に流入するとともに、外部から供給された酸化剤ガスを酸化剤ガス流路に流入し、上記燃料ガスと上記酸化剤ガスとを反応させて電気を発生する燃料電池装置と、
隔壁を介して隣接する第１および第２サブ空間に区分され、上記第１サブ空間が上記燃料処理装置および上記燃料電池装置の起動、停止、或いは保管時に供給される保全ガスを受け入れ、貯蔵し、および排出するとともに、上記第２サブ空間が制御流体を受け入れ、貯蔵し、および排出する第１保全ガス貯蔵器と、
上記保全ガスを上記第１サブ空間に供給する保全ガス供給装置と、
上記制御流体を上記第２サブ空間に供給する制御流体供給装置と、を備え、
上記第１保全ガス貯蔵器は、上記隔壁が上記第１サブ空間と上記第２サブ空間との間の圧力差を駆動力として可動して上記第１サブ空間と上記第２サブ空間との容積を相互にやり取りし、上記保全ガスが上記第１サブ空間に１．０気圧より大きく、１．１気圧以下の低圧状態に貯蔵されるように構成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】
上記第１保全ガス貯蔵器は、外側容器と、該外側容器内に収納され上記隔壁を有する内側容器と、を有し、上記外側容器と上記内側容器との間の空間と、上記内側容器内の空間とが、上記第１サブ空間および上記第２サブ空間を構成していることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
上記隔壁は、気密性を有する高分子フィルム、金属シート、高分子フィルムと金属シートとを貼り合わせたラミネートフィルムのいずれか１つで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
上記保全ガス供給装置は、上記燃料ガスを生成する上記燃料処理装置および上記窒素ガスを供給する窒素供給装置の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
上記窒素供給装置は、脱酸素触媒を用いて空気から窒素ガスを取り出す窒素生成器であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
上記第１保全ガス貯蔵器と同じである第２保全ガス貯蔵器を備え、
上記第１保全ガス貯蔵器が上記窒素供給装置から供給される上記窒素ガスを貯蔵し、上記第２保全ガス貯蔵器が上記燃料処理装置で改質された上記燃料ガスを貯蔵することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
上記第１保全ガス貯蔵器が上記窒素供給装置から供給される上記窒素ガスを貯蔵し、上記燃料処理装置が該燃料処理装置で改質された上記燃料ガスを貯蔵する保全ガス貯蔵器として機能することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
上記第１保全ガス貯蔵器が上記窒素供給装置から供給される上記窒素ガスおよび上記燃料処理装置で改質された上記燃料ガスを貯蔵することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
上記制御流体供給装置は、上記燃料電池装置、上記燃焼処理装置および上記保全ガス供給装置の何れかに気体又は液体を供給する流体供給装置と機器を共有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項１０】
上記制御流体が空気であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池発電システムに関するものであり、詳しくは、燃料電池発電システムにおける起動、停止、或いは保管時の構成機器の性能維持や安全確保に必要な保全ガスの貯蔵および供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池発電システムは、燃料電池装置、燃料処理装置、それらの反応装置に対して運転に必要なガスや流体の供給、排出、調整に関わる装置、発電システムの生成物である電気、熱の供給、排出、調整に関わる装置、制御装置などから構成されている。そして、燃料処理装置に含まれる触媒や燃料電池装置の電極などの酸化や腐蝕などを防ぐ目的から、パージガスなどの保全ガスの供給機構を設け、発電システムの停止時などに保全ガスを流通させていた。
【０００３】
例えば、パージガスとして窒素ガスを選択し、窒素ガス発生装置を設けると共に、９気圧程度の加圧の貯蔵タンクを設け、必要なときに、燃料電池装置や燃料処理装置に窒素を供給していた（例えば、特許文献１参照）。この第１の従来技術は、既存の大型化学プラントで採用されるものと同等のもので、機能的には十分であったが、窒素ガスの発生装置および貯蔵装置が加圧式のものであり、装置の複雑化および高コスト化をもたらし、燃料電池の適用目標の一つである小規模、安価な家庭用或いは業務用の用途には適用できなかった。なお、対象とするパージ動作の主要な機能は、反応に関与した活性ガスを取り除く置換機能と、降温時や長期保管時における外部空気（環境ガス）の内部への吸引を防止する混入防止機能とである。この置換機能には、選択された保全ガスで対象とする特定材料の周囲環境を保ち、酸化、腐蝕などによる材料劣化を防ぐ劣化防止機能も含まれる。
【０００４】
また、保全ガスとして原料ガスである都市ガスを選択し、保全ガス発生装置や貯蔵器を不要とし、システムの簡素化を図ると共に、システムの停止後速やかに燃料電池装置を降温することで、温度低下による空気の吸引リスクを軽減していた（例えば、特許文献２参照）。この第２の従来技術は、メタノールや灯油などの液体燃料を用いるシステムには適用できなかった。また、都市ガス、つまり可燃ガスをパージガスとして用いることは、放出の際に安全面で問題があるという、新たな課題を生じる。さらに、空気の吸引を防止するために、燃料電池装置を速やかに冷却しているので、発電停止後の冷却運転の継続が必要となり、速やかな運転／停止のための運転柔軟性や運転経費の面で問題があった。
【０００５】
また、発電停止後或いはパージ後、空気の混入を望まない部位を密閉化すると共に、密閉部分の圧力変動を吸収する保全ガス貯蔵装置を当該密閉部分に連通して設けていた（例えば、特許文献３参照）。この第３の従来技術では、簡素な構造で密閉部分の減圧化を防ぎ、触媒の酸化防止と速やかな停止操作を実現している。しかし、この第３の従来技術における保全ガス貯蔵装置は、貯蔵された保全ガスで反応ガスを取り除く置換機能を有しておらず、必要なときに積極的にパージを行うことができなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２０３８６４号公報
【特許文献２】特開２００５−３１０６４４号公報
【特許文献３】特開２００３−２４３００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、第１の従来技術では、パージ機構が複雑、かつ高コストなものとなり、小規模かつ安価な家庭用或いは業務用の用途には適用できないという課題があった。
また、第２の従来技術では、保全ガスとして原料ガスである都市ガスを選択しているので、適用が原燃料として気体の炭化水素燃料を用いるシステムに限定されると共に、発電停止後にも燃料電池装置の冷却のための連続運転が必要となり、時間と経費のかかる事後操作が必要となるという課題があった。
さらに、第３の従来技術では、貯蔵された保全ガスで反応ガスをパージできず、必要なときに積極的にパージができないという課題があった。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、保全ガスを保全ガス貯蔵器に低圧状態で貯蔵できるようにして保全ガスの加圧製造又は加圧貯蔵を不要とし、かつ制御流体の供給、排出動作を適宜選択することで、反応ガスの置換機能、或いは反応器内部への空気の混入防止機能を、簡素な機構で安価に実現できる燃料電池発電システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による燃料電池発電システムは、原燃料供給源から供給された原燃料を触媒により燃料ガスに改質する燃料処理装置と、上記燃料処理装置で生成された上記燃料ガスを燃料ガス流路に流入するとともに、外部から供給された酸化剤ガスを酸化剤ガス流路に流入し、上記燃料ガスと上記酸化剤ガスとを反応させて電気を発生する燃料電池装置と、隔壁を介して隣接する第１および第２サブ空間に区分され、上記第１サブ空間が上記燃料処理装置および上記燃料電池装置の起動、停止、或いは保管時に供給される保全ガスを受け入れ、貯蔵し、および排出するとともに、上記第２サブ空間が制御流体を受け入れ、貯蔵し、および排出する第１保全ガス貯蔵器と、上記保全ガスを上記第１サブ空間に供給する保全ガス供給装置と、上記制御流体を上記第２サブ空間に供給する制御流体供給装置と、を備えている。そして、上記第１保全ガス貯蔵器は、上記隔壁が上記第１サブ空間と上記第２サブ空間との間の圧力差を駆動力として可動して上記第１サブ空間と上記第２サブ空間との容積を相互にやり取りし、上記保全ガスが上記第１サブ空間に１．０気圧より大きく、１．１気圧以下の低圧状態に貯蔵されるように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、保全ガスが第１サブ空間に１．０気圧より大きく、１．１気圧以下の低圧状態に貯蔵されるように構成されているので、第１保全ガス貯蔵器や配管系に特別なシール構造を採る必要が無く、保全ガス供給装置にも大掛かりな加圧機構が不要となり、簡易な機構で安価に作製できる。
また、隔壁が第１サブ空間と第２サブ空間との間の圧力差を駆動力として可動するように構成されているので、保全ガスの貯蔵圧力より僅かに大きな圧力の制御流体を第２サブ空間に供給することで、保全ガスを反応器に供給できる。そこで、制御流体供給装置にも、大掛かりな加圧機構が不要となり、機構の簡素化が図られる。
さらに、保全ガスによるパージが必要なケース、或いは保全ガスによる環境ガスの混入防止が必要なケースなどの運転状況に応じ、制御流体の供給、排出動作を適宜選択することで、反応ガスの置換、或いは反応器内部への空気の混入防止を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
燃料電池発電システムは、通常、発電動作時の安全性や機能を第一に設計されるため、システムの不具合は、寿命本来的な要因を除き、その発電動作の前後にある起動や停止、保管時の非定常動作に起因するものが多い。本発明は、そのような非定常動作における安全や性能の維持を目的とし、特に、簡素、安価で汎用的な技術を提供する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの主要構成を示すブロック図、図２はこの発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの運転動作を説明するフロー図である。
【００１３】
図１において、燃料電池発電システムは、原燃料を改質して燃料ガスを生成する燃料処理装置１、燃料処理装置１で生成された燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池装置３、システム構成機器の機能を保全するための保全ガスの一つである窒素ガスを生成する窒素生成器５、窒素生成器５で生成された窒素ガスを貯蔵する保全ガス貯蔵器６、空気を燃料処理装置１に供給する第１空気供給装置８ａ、空気を酸化剤ガスとして燃料電池装置３に供給する第２空気供給装置８ｂ、システムの構成機器の動作に必要な流体の供給／停止などを制御する弁１０ａ〜１０ｎなどを備えている。
【００１４】
燃料処理装置１は、スチームと共に導入された原燃料を改質し、水素を主成分とする燃料ガスに変換する触媒反応部２ａと、空気を第１空気供給装置８ａから供給され、触媒反応部２ａを反応に適した温度に加熱する加熱部２ｂと、を有する。
【００１５】
触媒反応部２ａは、図示していないが、改質触媒、シフト触媒、一酸化炭素選択除去触媒などの触媒をそれぞれ保持する改質反応部、シフト反応部、一酸化炭素選択除去反応部などの反応部を有しており、スチームとともに供給された原燃料、例えば都市ガスなどの炭化水素よりなる気体系原料（代表成分としてメタン）、メタノール、ジメチルエーテルのようなアルコール類や灯油などの液体系原料を、水素を主成分とする燃料ガスに変換する。原燃料が最も一般的なメタンの場合、メタンとスチームとを７００℃前後の高温で触媒反応部２ａ内の改質触媒と接触せしめ、水蒸気改質反応で水素を主成分とする改質ガスに変換する。原原料がイオウなどの不純物を含む場合には、脱硫器などの不純物除去装置（図示せず）を配置し、不純物を事前に除去する。生成された燃料ガスは、温度調節器や湿度調節器（図示せず）により温度、湿度を適宜調節されて、燃料電池装置３に供給される。
【００１６】
燃料電池装置３は、多数の単電池を直列に接続して構成される電池部４ａと、電池部４ａに燃料ガスを供給する燃料ガス流路４ｂと、電池部４ａに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路４ｃと、を有する。
例えば、燃料電池装置３が電解質膜としてプロトン伝導性の固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池である場合、６０〜８５℃の温度条件において、燃料ガス流路４ｂを流通する燃料ガス（水素）と酸化剤ガス流路４ｃを流通する空気（酸素）とを、各流路４ｂ，４ｃに隣接して配設された燃料ガス電極（図示せず）と酸化剤ガス電極（図示せず）とで電気化学的に反応させ、水を生成すると同時に、電気と熱を発生する。発生された電気や熱は、図示していないが、昇圧器やインバータなどの電力調整・出力系、電池の冷却系統、熱交換器、貯湯槽などの熱回収系を介して外部に取り出し利用する。
【００１７】
窒素生成器５は、例えば銅やニッケルを主成分とする脱酸素触媒を用いている。この窒素生成器５では、窒素生成時には、適切な動作温度（例えば１００〜４００℃）で空気が第１空気供給装置８ａから脱酸素触媒に供給され、酸化反応である脱酸素反応により窒素を生成する。一方、触媒再生時には、触媒反応部２ａから燃料ガスが供給され、燃料ガス中の水素が酸化された脱酸素触媒に対して還元剤として作用し、脱酸素触媒が適切な動作温度で還元再生される。これにより、脱酸素触媒の繰り返し利用が可能となっている。
【００１８】
この脱酸素触媒を用いる方式では、適切な動作温度の維持、さらには酸化ガス／還元ガスの切り換え用のパージガスを必要とするという課題がある。ここで、燃料処理装置１の触媒反応部２ａにおける改質反応部、シフト反応部および一酸化炭素選択除去反応部は、それぞれ１００〜８００℃の温度範囲の中の適切な温度で動作する。そこで、触媒反応部２ａの適切な温度部位と窒素生成器５とを熱的に組み合わせることにより、新たな設備を付加することなく、窒素生成器５の適切な動作温度の維持という課題を克服している。
【００１９】
なお、従来、一般的に、吸着材を用いる方式や選択的透過膜を用いる方式の窒素生成器が利用されている。しかし、これらの方式は高価であると共に、圧力差（分圧差）を用いて酸素と窒素とを分離するため、多くの動力と加圧系の操作を必要とし、小規模かつ安価な家庭用或いは業務用の用途には適用しがたい。
【００２０】
保全ガス貯蔵器６は、可動性の隔壁７ｂが剛な外側容器７ａ内を第１サブ空間７ｃと第２サブ空間７ｄとに画成するように配設されて構成されている。隔壁７ｂは、例えば高分子樹脂シート、金属シート、高分子樹脂シートと金属シートとを貼り合わせたラミネートフィルム、ベローズからなり、気密性および柔軟性を有し、第１サブ空間７ｃと第２サブ空間７ｄとを気密に分離している。そして、隔壁７ｂが、第１サブ空間７ｃと第２サブ空間７ｄとの間の圧力差（例えば、０．１気圧以下の低圧）により可動し、第１サブ空間７ｃと第２サブ空間７ｄとの容積を相互にやり取りする。
【００２１】
第１空気供給装置８ａの吐出口が配管９ａを介して保全ガス貯蔵器６の第２サブ空間７ｄに接続され、弁１０ａが配管９ａの経路中に配設されている。また、第２サブ空間７ｄが配管９ｂを介して大気に開放され、弁１０ｂが配管９ｂの経路中に配設されている。また、第１空気供給装置８ａの吐出口が配管９ａから分岐する配管９ｃを介して窒素生成器５の吸気口に接続され、弁１０ｃが配管９ｃの経路中に配設されている。そして、配管９ｄが配管９ｃの弁１０ｃの窒素生成器５側から分岐し加熱部２ｂに接続され、弁１０ｄが配管９ｄの経路中に配設されている。
【００２２】
窒素生成器５の排気口が配管９ｅを介して保全ガス貯蔵器６の第１サブ空間７ｃに接続され、弁１０ｅ１，１０ｅ２が配管９ｅの経路中に配設されている。
配管９ｆが配管９ｅの弁１０ｅ１と弁１０ｅ２との間から分岐され、燃料電池装置３の燃料ガス流路４ｂの吸気口に接続され、弁１０ｆ１，１０ｆ２が配管９ｆの経路中に配設されている。また、燃料処理装置１の触媒反応部２ａの排気口が配管９ｇを介して配管９ｆの弁１０ｆ１と弁１０ｆ２との間に接続されている。さらに、燃料電池装置３の燃料ガス流路４ｂの排気口が配管９ｈを介して加熱部２ｂに接続され、弁１０ｈが配管９ｈの経路中に配設されている。
【００２３】
第２空気供給装置８ｂの吐出口が配管９ｉを介して燃料電池装置３の酸化剤ガス流路４ｃの吸気口に接続され、弁１０ｉが配管９ｉの経路中に配設されている。また、酸化剤ガス流路４ｃの排気口が配管９ｊを介して大気に開放され、弁１０ｊが配管９ｊの経路中に配設されている。
原燃料配管９ｋが燃料処理装置１の触媒反応部２ａの吸気口に接続され、弁１０ｋが原燃料配管９ｋの経路中に配設されている。また、スチーム配管９ｌが原燃料配管９ｋの弁１０ｋの触媒反応部２ａ側に接続され、弁１０ｌがスチーム配管９ｌの経路中に配設されている。さらに、配管９ｍが配管９ｅの弁１０ｅ１，１０ｅ２との間から分岐され、原燃料配管９ｋの弁１０ｋの触媒反応部２ａ側に接続され、弁１０ｍが配管９ｍの経路中に配設されている。
【００２４】
保全ガス貯蔵器６の第１サブ空間７ｃが配管９ｎを介して燃料電池装置３の酸化剤ガス流路４ｃに接続され、弁９ｎが配管９ｎの経路中に配設されている。
このように、本システムでは、窒素ガスを状況に応じて保全ガスとして保全ガス貯蔵器６に供給可能となっており、窒素生成器５が保全ガス供給装置としても機能する。また、酸素を状況に応じて制御流体として保全ガス貯蔵器６に供給可能となっており、第１空気供給装置８ａが制御流体供給装置としても機能する。さらに、燃料電池装置３の冷却系や各種流量制御、原燃料の脱硫黄処理系、その他多くの周辺機器を必要とするが、図１では本発明の内容説明に必要な範囲で図示されている。
【００２５】
つぎに、このように構成された燃料電池発電システムの運転動作について図２を参照しつつ説明する。図２中、ステップ１００〜１２０をＳ１００〜１２０としている。
システムの停止状態では、弁１０ａ〜１０ｎが閉弁状態となっているものとする。
発電システムが起動される（ステップ１００）と、ステップ１０１に移行し、燃料処理装置１の昇温が開始される。ステップ１０１では、燃料処理装置１の触媒反応部２ａが加熱部２ｂにより昇温され、その熱を用いて同時に窒素生成器５が昇温される。
【００２６】
窒素生成器５が動作温度まで昇温されると、窒素生成器５が起動される（ステップ１０２）。ステップ１０２では、弁１０ｂ〜１０ｈ、１０ｊ，１０ｍ，１０ｎが開けられ、第１空気供給装置８ａが駆動される。これにより、空気が配管９ｃを介して窒素生成器５に供給され、窒素の生成が開始される。生成された窒素が、パージガスとして、配管９ｅ、９ｆ，９ｇ，９ｋ，９ｍ，９ｎを介して触媒反応部２ａ、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃに供給される。これにより、触媒反応部２ａ、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃ、それらに接続される配管系が窒素ガスによりパージされる（ステップ１０３）。また、空気が第１空気供給装置８ａから配管９ｄを介して加熱部２ｂに供給される。
【００２７】
そして、窒素ガスによるパージが終了すると、弁１０ｆ１，１０ｍ，１０ｎが閉じられ、生成された窒素ガスが、配管９ｅを介して１．０気圧より大きく、かつ１．１気圧以下の供給圧力で保全ガス貯蔵器６の第１サブ空間７ｃに供給される（ステップ１０４）。保全ガス貯蔵器６では、隔壁７ｂが第１サブ空間７ｃ内に供給された窒素ガスの圧力により押圧され、第２サブ空間７ｄの容積を縮小するように可動する。この時、弁１０ｂが開状態となっており、第２サブ空間７ｄ内の空気が大気に放出される。これにより、窒素ガスが、制御流体である大気とつり合う、１．０気圧より大きく、かつ１．１気圧以下の低圧状態で第１サブ空間７ｃ内に貯蔵される。
【００２８】
ついで、弁１０ｉ，１０ｋ，１０ｌが開けられる（ステップ１０５）。そして、原燃料とスチームとが触媒反応部２ａに供給され、燃料ガスが生成される。触媒反応部２ａで生成された燃料ガスが配管９ｇ，９ｆを介して燃料ガス流路４ｂに供給され、空気が第２空気供給装置８ｂから配管９ｉを介して酸化剤ガス流路４ｃに供給される。このようにして、燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とからなる反応ガスが燃料電池装置３に供給され、発電運転が開始される（ステップ１０６）。燃料ガス流路４ｂに供給された燃料ガスは、発電反応に寄与した後、配管９ｈを介して加熱部２ｂに供給される。また、酸化剤ガス流路４ｃに供給された空気は、発電反応に寄与した後、配管９ｊを介して大気に放出される。
【００２９】
この発電運転の適当なタイミングで、弁１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ２が閉じられ、かつ弁１０ｆ１が開けられて、触媒反応部２ａで生成された燃料ガスが窒素生成器５に供給される（ステップ１０７）。これにより、燃料ガス中の水素が還元剤となって窒素生成のために酸化された脱酸素触媒が還元再生される。
ついで、弁１０ｆ１が閉じられ、かつ弁１０ｄ，１０ｅ２が開けられて、第１サブ空間７ｃ内に貯蔵されている窒素ガスが配管９ｅを介して窒素生成器５内に供給される（ステップ１０８）。これにより、窒素生成器５内に残存する水素が、次回の窒素生成の際の空気導入に備え、窒素ガスによりパージされる（ステップ１０９）。このパージ動作は、弁１０ａが開けられ、かつ弁１０ｂが閉じられ、制御流体としての空気を第１空気供給装置８ａから第２サブ空間７ｄ内に供給することで行われる。つまり、第２サブ空間７ｄ内に供給された空気が隔壁７ｂを押圧し、第１サブ空間７ｃ内の窒素ガスが配管９ｅを介して窒素生成器５に送り出される。ついで、弁１０ｄ，１０ｅ１が閉じられ、窒素生成器５がパージ状態に保管される（ステップ１１０）。この時、弁１０ａも閉じられる。
【００３０】
ついで、ステップ１１１において、発電システムが停止されると、弁１０ｆ２，１０ｇ，１０ｉ，１０ｋ，１０ｌが閉じられ、燃料電池装置３への反応ガスの供給、さらには触媒反応部２ａへの原燃料およびスチームの供給が停止される（ステップ１１２）。
【００３１】
ついで、弁１０ｂ，１０ｃ，１０ｅ１，１０ｎが開けられ、第１空気供給装置８ａが駆動される。これにより、空気が配管９ｃを介して窒素生成器５に供給され、窒素が生成される（ステップ１１３）。生成された窒素が、配管９ｅ、９ｎを介して酸化剤ガス流路４ｃに供給される。これにより、酸化剤ガス流路４ｃ、それに接続される配管系が窒素ガスによりパージされる。ついで、窒素ガスによる酸化剤ガス流路４ｃのパージが終了すると、弁１０ｎが閉じられ、弁１０ｆ２，１０ｇ，１０ｍが開けられる。そこで、窒素ガスが配管９ｍ，９ｋを介して触媒反応部２ａに供給され、触媒反応部２ａ内をパージした後、配管９ｇ，９ｆを介して燃料ガス流路４ｂに供給される。これにより、触媒反応部２ａおよび燃料ガス流路４ｂ、それらに接続される配管系が窒素ガスによりパージされる（ステップ１１４）。
【００３２】
そして、窒素ガスによるパージが終了すると、弁１０ｆ２，１０ｈ，１０ｊ，１０ｍが閉じられ、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃが密閉され、触媒反応部２ａが密閉される（ステップ１１５）。また、窒素生成器５で生成された窒素ガスが、配管９ｅを介して１．０気圧より大きく、かつ１．１気圧以下程度の供給圧力で保全ガス貯蔵器６の第１サブ空間７ｃに供給される（ステップ１１６）。これにより、窒素ガスが１．０気圧より大きく、かつ１．１気圧以下の低圧状態で第１サブ空間７ｃ内に貯蔵される。
ついで、弁１０ｃ，１０ｅ１が閉じられ、窒素生成器５が窒素ガスで充満された状態に保管、停止される（ステップ１１７）。
【００３３】
ついで、弁１０ｆ１，１０ｆ２，１０ｎを開けて、触媒反応部２ａを配管９ｅ，９ｆ，９ｇを介して第１サブ空間７ｃと連通させ、燃料ガス流路４ｂを配管９ｅ，９ｆを介して第１サブ空間７ｃと連通させ、酸化剤ガス流路４ｃを配管９ｎを介して連通させ、窒素ガスを補填しつつ触媒反応部２ａおよび燃料電池装置３を降温させる（ステップ１１８、１１９）。触媒反応部２ａの温度が十分低下すると、弁１０ｇを閉じ、触媒反応部２ａを密閉する。また、燃料電池装置３の温度が十分低下すると、弁１０ｆ１，１０ｆ２，１０ｎを閉じ、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃを密閉する。これにより、触媒反応部２ａ、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃが窒素ガスにパージされた状態に密閉され、保管される（ステップ１２０）。
【００３４】
このように、この実施の形態１によれば、窒素ガスが、大気圧との差圧が０．１気圧以下の低圧状態に保全ガス貯蔵器６に貯蔵され、空気を第１空気供給装置８ａから保全ガス貯蔵器６に供給して貯蔵されている窒素ガスをパージガスとして供給しているので、保全ガス貯蔵器６の保全ガスの貯蔵構造、さらには保全ガス貯蔵器６から保全ガスを供給する配管系に、特別なシール構造が不要となり、それらを通常の構造力学の手法により簡易に実現でき、安価で、高信頼性のシステムを提供できる。
保全ガス貯蔵器６は、窒素ガスを、大気圧との差圧が０．１気圧以下の低圧状態に貯蔵できればよいので、隔壁７ｂを高分子樹脂シート、金属シート、高分子樹脂シートと金属シートとを貼り合わせたラミネートフィルムやベローズで安価に作製できる。
【００３５】
第１空気供給装置８ａから低圧の空気を保全ガス貯蔵器６に供給するだけで、保全ガス貯蔵器６から窒素ガスをパージガスとして簡易に供給できる。これにより、酸化ガスと還元ガスとの切換時に、パージガスの供給が不可欠な脱酸素触媒を用いた窒素生成器５に対しても特殊な機構を必要とせずに簡易に適用でき、システムの低コスト化、効率向上を実現できる。
【００３６】
発電システムの停止後、窒素生成器５で生成した窒素ガスを触媒反応部２ａに供給して、触媒反応部２ａ内の水素、二酸化炭素、スチームなどの改質混合ガス（活性ガス）をパージした後、触媒反応部２ａを密閉状態で、かつ保全ガス貯蔵器６の第１サブ空間７ｃと連通した状態で降温させているので、第１サブ空間７ｃに貯蔵される窒素ガス（貯蔵ガス）の容積を大幅に低減できる。つまり、温度降下による触媒反応部２ａ内のガス収縮に対し、保全ガス貯蔵器６の第１サブ空間７ｃが充填すべきガス容積は、例えば１ｋＷ級の家庭用の燃料電池システムで１．５〜２Ｌ程度であり、保全ガス貯蔵器６の小型化ができ、システムのコンパクト化を促進できる。同時に、触媒反応部２ａの降温に伴う容積の変動が第１ガス空間７ｃの容積の変動で吸収されるので、触媒反応部２ａ内の減圧が抑制され、空気の混入が抑制され、触媒反応部２ａを安定した状態で保管できる。
【００３７】
なお、触媒反応部２ａ内を窒素ガスで置換せずに降温した場合、触媒反応部２ａ内部の改質混合ガスが逆反応でメタンに戻り、更に生成した水蒸気が触媒に吸着されるため、収縮容積が倍増する。その結果、触媒反応部２ａの殆どを置換する窒素ガスの補填量が３〜４Ｌ程度必要となる。つまり、本願に比べ、ほぼ２倍の貯蔵容積が必要となり、保全ガス貯蔵器が大型となってします。また、例えば、特許文献３に記載のもののように、水素、二酸化炭素、スチームなどによりなる改質ガス（活性ガス）を保持したまま密閉降温し、かつ改質ガスを保全ガスとして貯蔵する保全ガス貯蔵器と連結した場合、保全用改質ガスもメタン化し、生成した水蒸気も吸着されるため、例えば１ｋＷ級の家庭用の燃料電池システムで、１０〜１２Ｌ程度の多量の補填ガスを必要とし、保全ガス貯蔵器のさらなる大型化をもたらす。
【００３８】
窒素生成器５で生成した窒素ガスを燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃに供給してパージした後、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃを密閉状態で、かつ保全ガス貯蔵器６の第１サブ空間７ｃと連通した状態で降温させているので、降温中における燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃの容積の変動が第１サブ空間７ｃの容積の変動で吸収される。これにより、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃの減圧が抑制され、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃへの空気の吸引が防止される。そこで、燃料電池装置３では、カーボン基材上に白金などの貴金属微粒子を保持させた電極触媒が雰囲気ガスや保持電位に関し極めて敏感であるが、両電極が降温中に酸素暴露から保護されるので、電極触媒が安定保持される。
【００３９】
窒素生成器５で生成した窒素ガスを触媒反応部２ａに供給し、触媒反応部２ａ内をパージした後の窒素ガスを燃料ガス流路４ｂに供給しているので、触媒反応部２ａ内に僅かに残存する水素が窒素ガスとともに燃料ガス流路４ｂに供給される。この水素は、減圧吸引以外に拡散現象で燃料ガス流路４ｂ内に侵入する微量の酸素に対し、酸素との直接燃焼反応などで電極触媒の還元状態を維持するように機能するので、保全ガスの電池性能維持機能を更に強化することができる。
【００４０】
保全ガス供給装置として脱酸素触媒を用いる方式の窒素生成器５を用いているので、窒素生成器５に供給する原材料が空気で良く、かつ供給圧力も低圧で良く、保全ガスを生成するために必要なガス供給装置を安価に作製できる。また、燃料ガスを窒素生成器５に供給することで、脱酸素触媒を再生できるので、運転コストを低減できる。さらに、窒素生成器５の停止、保管に先立って、窒素生成器５と保全ガス貯蔵器７の第１サブ空間７ｃとを連通して、窒素生成器５の減圧を防止すれば、脱酸素触媒の無用な劣化を防止することができる。
【００４１】
制御流体として空気を用いているので、特別な生成・供給装置が不要となり、汎用性に優れたシステムを実現できるとともに、制御流体供給装置として、第１および第２空気供給装置８ａ，８ｂなどの他の機器を共用でき、その分低コスト化が図られる。
【００４２】
ここで、上記実施の形態１では、ステップ１０３において、保全ガスである窒素ガスが、燃料処理装置１の触媒反応部２ａ、燃料電池装置３の燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃ、それらに接続される配管系に供給されているが、窒素ガスは、触媒反応部２ａ、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃに限らず、燃料処理装置１、燃料電池装置３などの主要機器の必要な部分に供給される。この必要な部分とは、設計意図に従って、或いは設計意図に反して、システムの休止中に酸素、水素、結露水などの活性成分が存在し、或いは存在するリスクがある部分である。また、パージ範囲の選択や、具体的手順、保全ガスの選定は、システムの休止時の保管状態、対象材料、燃料処理装置１や燃料電池装置３の昇温状態等に応じて適宜決定される。
【００４３】
また、上記実施の形態１では、燃料電池装置３のポストパージ時、燃料ガス流路４ｂにのみ微量の水素を供給し、電極触媒の安定化を図るものとしているが、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃの両ガス流路に、窒素ガスと共に微量の水素ガスを供給するようにしても良い。この場合、ポストパージ時に、触媒反応部２ａをパージした窒素ガスを燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃに供給するようにしてもよいし、酸化剤ガス流路４ｃを窒素ガスと共に水素が供給された燃料ガス流路４ｂに短絡してもよいし、燃料極と空気極とを電気的に短絡させて空気電極に電気化学的に水素を発生させてもよい。
【００４４】
また、上記実施の形態１では、燃料電池装置３のポストパージ時、燃料ガス流路４ｂにのみ微量の水素を供給し、電極触媒の安定化を図るものとしているが、降温・保管中に、保全ガス貯蔵器６と燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃとを連通させ、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃの減圧を防止して、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃへの空気の吸引を防止しているので、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃへの水素の供給は必ずしも必要はない。この場合、酸化剤ガス流路４ｃと同様に、触媒反応部２ａのポストパージに先立って、燃料ガス流路４ｂを窒素ガスでパージすればよい。
【００４５】
また、上記実施の形態１では、保全ガスとして窒素ガスを用いるものとしているが、保全ガスは窒素ガスに限定されるものではなく、システムの動作状態や保全の対象機器に応じ、適宜選択すればよく、例えばアルゴンなどの不活性ガスを用いてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態１の説明では、保全ガスの供給と減圧の防止についてのみ言及しているが、燃料処理装置や燃料電池装置の劣化防止という視点で、反応ガスや負荷の停止手順を含め、全体的に最適化することが可能である。燃料処理装置や燃料電池装置の劣化防止する反応ガスや負荷の運転／停止の手順については、特許文献３などの既存の多くの文献で多くの方法が提案されている。これらの提案されている方法と、本発明による保全ガスの供給方法と、を組み合わせることで、一層安価で高信頼の燃料電池発電システムを実現できる。
【００４７】
また、設定する減圧の許容値は、保護すべき燃料処理装置や燃料電池装置などの反応器側の要求仕様と、それにより決定される保全ガス生成・供給機器やプラント機器の仕様（コスト）と、を勘案して決定される。燃料電池装置の耐差圧性／リーク性の視点からは、燃料電池電解質の種類や保持すべき期間にも依存するが、経験的に１．０気圧より大きく、かつ１．０５気圧以下程度での保持が望ましい。一方、燃料処理装置および関連する弁類の耐リーク性の視点からは、設計や許容するリーク量、また気密性が良好な部品類の採否によるが、コスト面を考慮すると、１．０気圧より大きく、かつ１．１気圧以下程度での保持が好ましい。可動性の隔壁７ｂを動かして第１および第２サブ空間７ｃ，７ｄの容積を変化させる駆動圧力差は、それを動作させる保全ガス供給装置である窒素生成器５や制御流体供給装置である第１空気供給装置８ａの供給圧力（供給能力）を規定する。安価で低動力の供給方式が適用可能なことが好ましく、供給圧力が、例えば１．０５気圧程度であれば、ファンやブロアを利用でき、１．１気圧程度であれば、ポンプを利用できる。
【００４８】
つぎに、このような要求仕様に対して適用可能な保全ガス貯蔵器６の具体的な実施例について説明する。
実施例１．
図３はこの発明の実施例１に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図、図４は図３の保全ガス貯蔵器における圧力差と容積との関係を示す図である。
【００４９】
図３において、保全ガス貯蔵器２０は、剛な構造体である外側容器２１ａと、外側容器２１ａ内に配設され、可動性の隔壁としての柔軟性に富む内側容器２１ｂと、を備えている。そして、外側容器２１ａと内側容器２１ｂとの間の空間が第１サブ空間２１ｃを構成し、内側容器２１ｂ内の空間が第２サブ空間２１ｄを構成している。外側容器２１ａは、例えば金属、硬質プラスチック、金属・プラスチック複合材料などで作製される。内側容器２１ｂは、アルミと高分子樹脂フィルム（例えば、ポリエチレンフィルム）との多層構造よりなるラミネートフィルム（厚み：０．１３ｍｍ）で袋状に作製される。保全ガスをやり取りする接続部２２ａが第１サブ空間２１ｃに設けられ、制御流体をやり取りする接続部２２ｂが第２サブ空間２１ｄに設けられている。さらに、ドレイン配管２３が第１サブ空間２１ｃの下面に設けられている。
【００５０】
このように構成された保全ガス貯蔵器２０では、図４に示されるように、大気より０．００５気圧（５０ｍｍＨ２Ｏ）程度大きい圧力差で内容積が柔軟に変化することがわかる。即ち、大気より０．００５気圧を若干超える程度の微小な圧力で制御流体である空気を、第１空気供給装置８ａから第２サブ空間２１ｄに送り込むことで、第１サブ空間２１ｃ内の保全ガスである窒素ガスをシステム機器側に供給することができる。或いは、システム停止時、第１サブ空間２１ｃとシステム機器側とを連通すれば、システム機器側が０．００５気圧を超える減圧となると、第１サブ空間２１ｃ内の窒素ガスが自動的にシステム機器側に供給される。
【００５１】
従来の保全ガス貯蔵器は、保全ガスを加圧状態で貯蔵するものであり、窒素生成器、空気供給装置、および窒素ガスおよび空気の供給系が圧力調整弁を含めて加圧対応のものとなり、安価なシステムが求められる家庭用への適用が困難であった。
この保全ガス貯蔵器２０は、第１サブ空間２１ｃと第２サブ空間２１ｄとの間の圧力差が自動的に０．００５気圧程度に調整されるので、高価な減圧弁や制御操作が不要となり、家庭用への適用が可能であり、さらに発電停止後システム全体の速やかな停止を可能とする。
【００５２】
また、ドレイン配管２３が第１サブ空間２１ｃの下面に設けられているので、例えば水素の酸化反応により脱酸素し製造した窒素ガス中の水分が凝縮し、結露しても、その結露水はドレイン配管２３から速やかに排水される。
また、内側容器２１ｂを外側容器に２１ａに着脱可能な構成とすることにより、内側容器２１ｂに損傷が発生しても、内側容器２１ｂを交換することで、燃料電池発電システムの運転を速やかに再開することができる。
【００５３】
実施例２．
図５はこの発明の実施例２に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図である。
【００５４】
図５において、保全ガス貯蔵器２４は、剛な構造体である外側容器２５ａと、外側容器２５ａ内に配設され、可動性の隔壁として内側容器２５ｂと、を備えている。そして、外側容器２５ａと内側容器２５ｂとの間の空間が第１サブ空間２５ｃを構成し、内側容器２５ｂ内の空間が第２サブ空間２５ｄを構成している。外側容器２５ａは、例えば金属で作製される。内側容器２５ｂは、例えば金属で作製される剛な隔壁部分２５ｅと、０．１〜０．３ｍｍ厚の金属板で作製され、隔壁部分２５ｅに溶接一体化されたベローズ２５ｆと、から構成されている。この内側容器２５ｂは、ベローズ２５ｆを外側容器２５ａの内壁面に溶接して取り付けられ、ベローズ２５ｆの可動方向が一方向（図５の上下方向）に限定されている。また、ベローズ２５ｆは、ひだ寸法、ひだ数を適宜選定し、第１サブ空間２５ｃと第２サブ空間２５ｄとの間の圧力差が０．００５気圧程度で可動するように構成されている。保全ガスをやり取りする接続部２６ａが第１サブ空間２５ｃに設けられ、制御流体をやり取りする接続部２６ｂが第２サブ空間２５ｄに設けられている。
【００５５】
この保全ガス貯蔵器２４においても、ベローズ２５ｆが第１サブ空間２５ｃと第２サブ空間２５ｄとの間の圧力差が０．００５気圧程度で可動するように構成されているので、上記実施例１と同様の効果が得られる。
また、この保全ガス貯蔵器２４では、ベローズ２５ｆが一方向に可動するようになっているので、内側容器２１ｂが三次元的に変形する上記実施例１に比べて、構造面で信頼性が高く、かつ差圧あたりの容積変化を大きく設計することができる。
また、ベローズ２５ｆに作用する力を剛な外側容器２５ａの壁面で支持することが可能となり、ベローズ２５ｆの破損リスクを抑えることができる。
【００５６】
実施例３．
図６はこの発明の実施例３に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図である。
【００５７】
図６において、保全ガス貯蔵器２７は、剛な構造体である外側容器２８ａと、外側容器２８ａ内に配設され、外側容器２８ａ内を第１サブ空間２８ｃと第２サブ空間２８ｄとに画成する隔壁２８ｂと、を備えている。外側容器２８ａは、例えば金属、硬質プラスチック、金属・プラスチック複合材料などで作製される。隔壁２８ｂは、外周縁部をガスケット２８ｅに支持されて、第１サブ空間２８ｃと第２サブ空間２８ｄとの間の圧力差が０．００５気圧程度で外側容器２８ａの内壁面にそって摺動するように構成されている。保全ガスをやり取りする接続部２９ａが第１サブ空間２８ｃに設けられ、制御流体をやり取りする接続部２９ｂが第２サブ空間２８ｄに設けられている。
【００５８】
この保全ガス貯蔵器２７においても、隔壁２８ｂが第１サブ空間２８ｃと第２サブ空間２８ｄとの間の圧力差が０．００５気圧程度で可動するように構成されているので、上記実施例１と同様の効果が得られる。
【００５９】
実施例４．
図７はこの発明の実施例４に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図である。
【００６０】
図７において、保全ガス貯蔵器２７Ａは、第１サブ空間２８ｃを下方に、第２サブ空間２８ｄを上方に位置するように配置し、シール性液体３０を第２サブ空間２８ｄ内に充満している。シール性液体３０には、水、油類、不凍液などを用いることができる。また、制御流体は第１空気供給装置８ａから供給される空気である。なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００６１】
この保全ガス貯蔵器２７Ａでは、シール性液体３０が第２サブ空間２８ｄ内に充満しているので、ガスケット２８ｅの潤滑性が高められ、隔壁２８ｂの可動動作がスムーズとなるとともに、第１サブ空間２８ｃと第２サブ空間２８ｄとの間の気密性を強化することができる。
【００６２】
実施の形態２．
この実施の形態２による燃料電池発電システムでは、窒素ガスを保全ガスとして貯蔵する第１保全ガス貯蔵器に加えて、燃料ガスを保全ガスとして貯蔵する第２保全ガス貯蔵器を備えている。また、第１保全ガス貯蔵器および第２保全ガス貯蔵器は、水素の酸化反応により脱酸素し製造した窒素ガス中の水分の凝縮、システム停止後の減圧補填用として用いる水蒸気を含む燃料ガスの一部凝縮を想定し、結露水排出用のドレイン配管２３を備えた図４に示される保全ガス貯蔵器２０を用いている。なお、他の構成は実施の形態１と同様に構成されている。
【００６３】
つぎに、実施の形態２による燃料電池発電システムの運転動作について図８を参照しつつ説明する。図８中、ステップ２００〜２２４をＳ２００〜２２４としている。
発電システムが起動される（ステップ２００）と、ステップ２０１に移行し、燃料処理装置の昇温が開始される。ステップ２０１では、燃料処理装置の触媒反応部が加熱部により昇温され、その熱を用いて同時に窒素生成器が昇温される。
【００６４】
窒素生成器が動作温度まで昇温されると、窒素生成器が起動される（ステップ２０２）。ステップ２０２では、空気が第１空気供給装置から窒素生成器に供給され、窒素の生成が開始される。生成された窒素が、触媒反応部、原料ガス流路および酸化剤ガス流路に供給され、触媒反応部、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路、それらに接続される配管系が窒素ガスによりパージされる（ステップ２０３）。
【００６５】
そして、窒素ガスによるパージが終了すると、生成された窒素ガスが、１．０気圧より大きく、かつ１．１気圧以下の供給圧力で第１保全ガス貯蔵器の第１サブ空間に供給され、貯蔵される（ステップ２０４）。
ついで、原燃料とスチームとが触媒反応部に供給され、燃料ガスが生成される。触媒反応部で生成された燃料ガスが燃料ガス流路に供給され、空気が第２空気供給装置から酸化剤ガス流路に供給される（ステップ２０５）。このようにして、燃料ガスと空気とからなる反応ガスが燃料電池装置に供給され、発電運転が開始される（ステップ２０６）。
【００６６】
第１空気供給装置から窒素生成器への空気の供給が停止され（ステップ２０７）、窒素ガスが第１保全ガス貯蔵器から窒素生成器に供給される（ステップ２０８）。これにより、窒素生成器内が窒素ガスでパージされる（ステップ２０９）。
また、発電運転の適当なタイミングで、触媒反応部で生成された燃料ガスが窒素生成器に供給される（ステップ２１０）。これにより、燃料ガス中の水素が還元剤となって窒素生成のために酸化された脱酸素触媒が還元再生される。ついで、窒素ガスが第１保全ガス貯蔵器から窒素生成器に供給される（ステップ２１１）。これにより、窒素生成器内に残存する水素が窒素ガスでパージされ（ステップ２１２）、窒素生成器がパージ状態に保管される（ステップ２１３）。
【００６７】
ついで、ステップ２１４において、発電システムが停止されると、触媒反応部で生成された燃料ガスが第２保全ガス貯蔵器に供給され、貯蔵される（ステップ２１５）。
ついで、燃料電池装置への反応ガスの供給、さらには触媒反応部への原燃料およびスチームの供給が停止される（ステップ２１６）。
【００６８】
ついで、空気が第１空気供給装置から窒素生成器に供給され、窒素が生成される（ステップ２１７）。生成された窒素が、酸化剤ガス流路に供給される。これにより、酸化剤ガス流路、それに接続される配管系が窒素ガスによりパージされる。ついで、窒素ガスが触媒反応部に供給され、触媒反応部内をパージした後、燃料ガス流路に供給される。これにより、触媒反応部および燃料ガス流路、それらに接続される配管系が窒素ガスによりパージされる（ステップ２１８）。そして、ステップ２１９に移行し、窒素生成器への空気の供給が停止され、窒素ガスが第１保全ガス貯蔵器から窒素生成器に供給され、窒素生成器が窒素ガスで充満された状態に停止・保管される。
【００６９】
ついで、窒素ガスによるパージが終了すると、触媒反応部、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路が密閉される（ステップ２２０）。
ついで、触媒反応部を第１保全ガス貯蔵器の第１サブ空間と連通させ（ステップ２２１）、さらに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を第２保全ガス貯蔵器の第１サブ空間と連通させる（ステップ２２２）。そして、窒素ガスを補填しつつ触媒反応部２ａを降温させ、燃料ガスを補填しつつ燃料電池装置３を降温させる（ステップ２２３）。そして、触媒反応部および燃料電池装置の温度が十分低下すると、触媒反応部、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を密閉する。これにより、触媒反応部が窒素ガスにパージされた状態に密閉され、燃料ガス流路４ｂおよび酸化剤ガス流路４ｃが燃料ガスにパージされた状態に密閉され、保管される（ステップ２２４）。
【００７０】
この実施の形態２によるシステムでは、窒素ガスおよび燃料ガスを状況に応じて保全ガスとして第１および第２保全ガス貯蔵器に供給可能となっており、燃料処理装置および窒素生成器が保全ガス供給装置としても機能する。
【００７１】
この実施の形態２によれば、燃料ガスを窒素生成器に供給して脱酸素触媒の水素還元を行う触媒再生ステップに先立って、窒素生成器内を窒素ガスでパージしているので、窒素生成器内に残存するリスクのある空気をパージできる。
また、運転停止後に、燃料ガスを燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に補填しつつ燃料電池装置を降温させている。そこで、カーボン基材上に白金などの貴金属微粒子を保持した燃料電池装置の電極触媒にとって最も安定な水素を含む燃料ガスを保全ガスとしているので、燃料電池装置の電極触媒を安定した状態で保管でき、より安定に動作する燃料電池システムを得ることができる。
【００７２】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、窒素ガスを保全ガスとして貯蔵する第１保全ガス貯蔵器に加え、燃料ガスを保全ガスとして貯蔵する第２保全ガス貯蔵器を設けているが、この実施の形態３では、燃料処理装置の触媒反応部を、燃料ガスを保全ガスとして貯蔵する第２保全ガス貯蔵器として共用している。
【００７３】
つぎに、この実施の形態３による燃料電池発電システムの運転動作の変更部分について図８を参照しつつ説明する。
この実施の形態３では、上述のステップ２１４において、発電システムが停止されると、触媒反応部が密閉され、燃料ガスが触媒反応部内に貯蔵される。つまり、ステップ２１８における窒素ガスによる触媒反応部のパージが省略される。
そして、ステップ２２３において、触媒反応部、第１保全ガス貯蔵器の第１サブ空間、燃料電池装置の燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を適宜連通し、触媒反応部を窒素ガスを補填しつつ降温させる。同時に、燃料電池装置を燃料ガスおよび窒素ガスを補填しつつ降温させる。
【００７４】
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
この実施の形態３では、第２保全ガス貯蔵器が不要となり、その分構成の簡素化が図られ、低コスト化を図ることができる。
【００７５】
ここで、この実施の形態３では、触媒反応部内を窒素ガスで置換せずに降温しているので、触媒反応部内部の改質混合ガスが逆反応でメタンに戻り、更に生成した水蒸気が触媒に吸着されるため、収縮容積が倍増する。そのため、この燃料ガス（改質ガス）の体積収縮分を補充できるように、第１保全ガス貯蔵器の第１サブ空間の容積を大きくする必要がある。
また、上記実施の形態３では、発電システムが停止されると、触媒反応部を密閉し、燃料ガスを触媒反応部内に貯蔵しているが、発電システムの停止後、置換する容積を調整して窒素ガスによるパージを行い、所定の水素量を触媒反応部に貯蔵するようにしてもよい。この場合、触媒反応部の降温時の収縮容積が少なくなり、第１サブ空間の容積の増大を抑制できる。
【００７６】
実施の形態４．
上記実施の形態２では、窒素ガスを保全ガスとして貯蔵する第１保全ガス貯蔵器に加え、燃料ガスを保全ガスとして貯蔵する第２保全ガス貯蔵器を設けているが、この実施の形態４では、第１保全ガス貯蔵器を、燃料ガスを保全ガスとして貯蔵する保全ガス貯蔵器として共用している。
【００７７】
つぎに、この実施の形態４による燃料電池発電システムの運転動作の変更部分について図８を参照しつつ説明する。
この実施の形態４では、上述のステップ２１８において、窒素ガスを窒素生成器から触媒反応部に供給された際に、触媒反応部内のパージされる燃料ガスを第１保全ガス貯蔵器の第１サブ空間に導入する。この時、第１サブ空間に導入される燃料ガスは、窒素ガスを含んでいてもよい。
そして、ステップ２２３において、第１サブ空間内の水素を含む窒素ガス（保全ガス）を触媒反応部、および燃料電池装置の燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に供給しつつ、触媒反応部および燃料電池装置を降温させる。
【００７８】
なお、第１保全ガス貯蔵器の第１サブ空間内に残存する水素は、発電システムの起動後、窒素生成器から窒素ガスを第１保全ガス貯蔵器の第１サブ空間内に貯蔵する際（ステップ２０４）に、パージされる。
また、この実施の形態４においても、安全上必要なところでは、窒素ガスによるパージが行われているので、安全性は確保されている。
【００７９】
従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
この実施の形態４では、第２保全ガス貯蔵器が不要となり、その分構成の簡素化が図られ、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの主要構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る燃料電池発電システムの運転動作を説明するフロー図である。
【図３】この発明の実施例１に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図３の保全ガス貯蔵器における圧力差と容積との関係を示す図である。
【図５】この発明の実施例２に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】この発明の実施例３に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】この発明の実施例４に係る保全ガス貯蔵器の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る燃料電池発電システムの運転動作を説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  燃料処理装置、３  燃料電池装置、４ｂ  燃料ガス流路、４ｃ  酸化剤ガス流路、５  窒素生成器（保全ガス供給装置）、６  保全ガス貯蔵器、７ａ  外側容器、７ｂ  隔壁、７ｃ  第１サブ空間、７ｄ  第２サブ空間、８ａ  第１空気供給装置（制御流体供給装置）、２０，２４，２７，２７Ａ  保全ガス貯蔵器、２１ａ，２５ａ，２８ａ  外側容器、２１ｂ，２５ｂ  内側容器、２１ｃ，２５ｃ，２８ｃ  第１サブ空間、２１ｄ，２５ｄ，２８ｄ  第２サブ空間、２８ｂ  隔壁。
【図１】
2008176983.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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