(57)【要約】【課題】一日一回の駆動停止毎に改質触媒の再生モード運転を行う家庭用燃料電池システムの改質触媒再生方法を提供する。【解決手段】炭化水素燃料に水蒸気を添加して、改質触媒３を用いて複数のガスに分解する水蒸気改質反応を行う改質反応器２を有する家庭用燃料電池システムで、前記燃料電池システムは、駆動停止信号を受けてから全停止するまでの間に、改質触媒３を再生する再生モード運転１９を行うことにより、改質触媒３の寿命が大幅に延びると共に、効率の良い改質反応が行えるものであり、しかも常にリフレッシュした状態で運転が開始され良好な運転が行われるものである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素燃料に水蒸気を添加して、改質触媒を用いて複数のガスに分解する水蒸気改質反応を行う改質反応器を有する燃料電池システムに於いて、前記燃料電池システムは、駆動停止信号を受けてから全停止するまでの間に、改質触媒を再生する再生モード運転を行う事を特徴とする燃料電池システムの改質触媒再生方法。
【請求項２】
前記再生モード運転は、システムの駆動停止信号を受けて、改質反応器温度を改質触媒の耐熱温度以下の所定温度に設定し、改質反応器に入る水の流量を所定流量に保持したまま、炭化水素燃料の流量を徐々に低下させて高Ｓ／Ｃ比とさせ、燃料流量がゼロになってからも、更に水だけを流入させ一定時間運転した後、改質反応器温度を低下させて全停止させる事を特徴とする請求項１記載の燃料電池システムの改質触媒再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭化水素燃料から水蒸気改質反応によって水素を得て、この水素を利用して電力を得る燃料電池システムの改質触媒再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のものでは、改質反応器内の改質触媒上に炭素（カーボン）が析出すると水素製造の効率が極端に低下するため、炭素の析出に応じて適宜触媒再生モード或いは、数ヶ月か数年に一回等のサイクルで前記の触媒再生モード運転を行うものであった。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１６１８３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来のものでは、プラント用の大型の燃料電池システムであり、通常駆動停止後及び駆動開始時の温度降下及び温度上昇に時間がかかり、効率が低下する為に、よほどのことがない限り連続運転するものであり、触媒の再生モードもそれ専用の特別のモードであって、このモードの為にわざわざ停止して行われるものであり、大がかりで複雑な制御が必要で、高価でコストアップにつながると言う問題点を有するものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明はこの点に着目し上記課題を解決するため、特にその構成を、炭化水素燃料に水蒸気を添加して、改質触媒を用いて複数のガスに分解する水蒸気改質反応を行う改質反応器を有する燃料電池システムに於いて、前記燃料電池システムは、駆動停止信号を受けてから全停止するまでの間に、改質触媒を再生する再生モード運転を行うようにしたものである。
【０００６】
これにより、家庭用等の燃料電池システムでは、その使用形態から駆動停止する頻度が高いものであるから、この駆動停止を利用して駆動停止前に改質触媒を再生する再生モード運転を行うので、改質触媒の寿命が大幅に延びると共に、効率の良い改質反応が行えるものであり、しかも常にリフレッシュした状態で運転が開始され良好な運転が行われるものである。
【０００７】
又請求項２によれば、前記再生モード運転は、システムの駆動停止信号を受けて、改質反応器温度を改質触媒の耐熱温度以下の所定温度に設定し、改質反応器に入る水の流量を所定流量に保持したまま、炭化水素燃料の流量を徐々に低下させて高Ｓ／Ｃ比とさせ、燃料流量がゼロになってからも、更に水だけを流入させ一定時間運転した後、改質反応器温度を低下させて全停止させるものである。
【０００８】
この請求項２により、改質触媒に析出する炭素を確実に分解して除去することが出来、即ち、改質触媒に析出した炭素質を分解するのに適した温度に保持して水蒸気によって分解することで、容易に取り除くことが出来るものであり、又これは特別な装置を付加することなく、本来の水蒸気改質で使用されるものを利用して行われるので、極めて自然であり安価で済むものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次にこの発明に係る燃料電池システムを図面に示された一実施形態で説明する。
１は小型で各家庭に容易に設置可能な家庭用等の燃料電池システム本体で、以下の各部を内方に具備するものである。
【００１０】
２は水蒸気改質反応を行う改質反応器で、内部にはニッケル系又は貴金属系等の改質触媒３が充填されており、燃焼部４からの熱供給を受けて６５０℃〜８５０℃に加熱され、ここに脱硫した炭化水素燃料ここでは灯油が第１流量調節手段５で供給量を調節されて燃料供給路６より供給されると共に、高温の水蒸気が第２流量調節手段７で供給量を調節されて水供給路８より供給されて、水蒸気改質して主にＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の各生成ガスを得る。
【００１１】
９はシフト反応工程を行うシフト反応部で、第１冷却部１０で２００℃〜３００℃まで温度低下された生成ガスを高圧のまま流入させ、内部にはＣｕ−Ｚｕ系、又はＦｅ−Ｃｒ系等のシフト反応触媒１１が充填され、一酸化炭素と水を二酸化炭素と水素に転換させるシフト反応するものである。
【００１２】
１２は第２冷却部１３で生成ガスを１００℃〜１５０℃にした後、ＣＯを酸化させるＣＯ除去工程を構成するＣＯ除去部で、内方には貴金属系のパラジュウム合金触媒１４を有し、ここを通すことでＣＯを酸化させてＣＯ２に変換させるものである。
【００１３】
１５は燃料電池スタックで、前記ＣＯ除去部１２を通過したＨ２を含む生成ガスの供給を受けて、電力を発生するものである。
【００１４】
１６はマイコンから成る制御部で、前記各部の駆動を制御するものであり、運転スイッチ１７の押圧で運転を開始し、停止スイッチ１８の押圧では、予めプログラムされている改質触媒３を再生させる再生モード運転１９を行ってから全停止させるものであり、又モード解除スイッチ２０の押圧後の停止スイッチ１８の押圧では、再生モード運転１９をキャンセルして即全停止させ、異常時の緊急停止が可能なようにしている。
【００１５】
次にこの発明一実施形態の作動を図２に示すフローチャートで説明する。
今燃料電池システムは運転中で、ステップ２１でシステム駆動状態あり、ステップ２２で停止スイッチ１８の押圧による停止信号入力の有無を判断し、ＮＯではステップ２１に戻り、ＹＥＳで次のステップ２３に進み燃焼部４の燃焼量を調節し改質反応器２に供給する熱量を制御する。
【００１６】
そしてステップ２４では改質反応器２の温度を、改質触媒３の耐熱温度より低い所定温度に保持するように温度制御し、所定温度検知のＹＥＳでステップ２５に進み第２流量調節手段７を制御して、水供給路８から改質反応器２に供給される水量を一定量に保持し、更にステップ２６に進んで第１流量調節手段５を制御して、燃料供給路６を介して改質反応器２に供給される灯油量を減らし高Ｓ／Ｃ比とし、反応量を徐々に減少させてゼロとして、急停止による急激な温度上昇を防止するものである。
【００１７】
前記ステップ２６で燃焼が停止されることでＹＥＳとなり、次のステップ２７では水のみの供給が一定時間経過したかを判断し、即ち、最終的に水蒸気により改質触媒３に析出した炭素質を分解して排出するものであり、そしてＹＥＳでステップ２８に進み改質反応器２が所定温度以下に温度低下したかを確認し、ステップ２９で全停止させるものである。
【００１８】
以上のように、ステップ２３〜ステップ２８までが再生モード運転１９であり、この再生モード運転１９は一日一回家庭用燃料電池システムが駆動停止される毎に行われ、改質触媒の寿命が大幅に延びると共に、効率の良い改質反応が行えるものであり、しかも常にリフレッシュした状態で運転が開始され良好な運転が行われるものである。
尚、触媒活性の劣化が少ない場合は、運転停止毎に再生をする必要はなく、所定の改質反応条件下で残メタンが増加して触媒活性低下が明かになった時点で、停止時、または運転再開時に再生操作を組み込んでも良い。
【００１９】
又前記再生モード運転１９は、システムの駆動停止信号を受けて、改質反応器２温度を改質触媒３の耐熱温度以下の所定温度に設定し、改質反応器２に入る水の流量を所定流量に保持したまま、炭化水素燃料の流量を徐々に低下させて高Ｓ／Ｃ比とさせ、燃料流量がゼロになってからも、更に水だけを流入させ一定時間運転した後、改質反応器２温度を低下させて全停止させるものであるから、改質触媒に析出する炭素を確実に分解して除去することが出来、即ち、改質触媒に析出した炭素質を分解するのに適した温度に保持して水蒸気によって分解することで、容易に取り除くことが出来るものであり、又これは特別な装置を付加することなく、本来の水蒸気改質で使用されるものを利用して行われるので、極めて自然であり安価で済むものである。
【００２０】
尚、再生モード運転１９は、この他に燃料電池スタック１５に空気を供給する空気ブロアーを利用して、システムの駆動停止時に改質ガスを循環させて再生することも考えられるものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、家庭用等の燃料電池システムでは、その使用形態から少なくとも必ず一日一回は駆動停止するものであるから、この駆動停止を利用して駆動停止前に常に改質触媒を再生する再生モード運転を行うので、改質触媒の寿命が大幅に延びると共に、効率の良い改質反応が行えるものであり、しかも常にリフレッシュした状態で運転が開始され良好な運転が行われるものである。
【００２２】
又請求項２によれば、改質触媒に析出する炭素を確実に分解して除去することが出来、即ち、改質触媒に析出した炭素質を分解するのに適した温度に保持して水蒸気によって分解することで、容易に取り除くことが出来るものであり、又これは特別な装置を付加することなく、本来の水蒸気改質で使用されるものを利用して行われるので、極めて自然であり安価で済むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を付した家庭用等の燃料電池システムの概略構成図。
【図２】同要部のフローチャート。
【符号の説明】
１  燃料電池システム本体
２  改質反応器
３  改質触媒
１９  再生モード運転
【図１】
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【図２】
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