(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料及び水を用いて改質ガスを生成する改質部、前記改質部の下流に設けられたＣＯ変成部、前記ＣＯ変成部の下流に設けられたＣＯ除去部、及び、前記改質部を加熱する加熱手段を有する水素生成器と、
原料を前記改質部に供給する原料供給手段と、
水を前記改質部に供給する水供給手段と、
前記原料供給手段及び前記改質部を連通する原料供給経路と、
前記原料供給経路上に設けられ、前記原料を脱硫する脱硫部と、
前記水供給手段及び改質部を連通する水供給経路と、
前記ＣＯ除去部から供給される改質ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記ＣＯ除去部及び前記燃料電池を連通する燃料電池接続経路と、
前記ＣＯ除去部及び前記改質部を連通するバイパス経路と、
前記バイパス経路上に設けられた開閉弁、ポンプ及び熱交換器と、
を備え、
前記開閉弁は、前記燃料電池の定常運転時に閉となり、前記燃料電池の運転停止時に開となるよう制御され、
前記ポンプは、前記燃料電池の定常運転時に停止し、前記燃料電池の運転停止時に運転するよう制御される、
燃料電池システム。
【請求項２】
原料及び水を用いて改質ガスを生成する改質部、前記改質部の下流に設けられたＣＯ変成部、前記ＣＯ変成部の下流に設けられたＣＯ除去部、及び、前記改質部を加熱する加熱手段を有する水素生成器と、
原料を前記改質部に供給する原料供給手段と、
水を前記改質部に供給する水供給手段と、
前記原料供給手段及び前記改質部を連通する原料供給経路と、
前記原料供給経路上に設けられ、前記原料を脱硫する脱硫部と、
前記水供給手段及び改質部を連通する水供給経路と、
前記ＣＯ除去部から供給される改質ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記ＣＯ除去部及び前記燃料電池を連通する燃料電池接続経路と、
前記ＣＯ除去部及び前記改質部を連通するバイパス経路と、
前記バイパス経路上に設けられた逆止弁、ポンプ及び熱交換器と、
を備え、
前記ポンプは、前記燃料電池の定常運転時に停止し、前記燃料電池の運転停止時に運転するよう制御される、
燃料電池システム。
【請求項３】
原料及び水を用いて改質ガスを生成する改質部、前記改質部の下流に設けられたＣＯ変成部、前記ＣＯ変成部の下流に設けられたＣＯ除去部、及び、前記改質部を加熱する加熱手段を有する水素生成器と、
原料を前記改質部に供給する原料供給手段と、
水を前記改質部に供給する水供給手段と、
前記原料供給手段及び前記改質部を連通する原料供給経路と、
前記原料供給経路上に設けられ、前記原料を脱硫する脱硫部と、
前記水供給手段及び改質部を連通する水供給経路と、
前記ＣＯ除去部から供給される改質ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記ＣＯ除去部及び前記燃料電池を連通する燃料電池接続経路と、
前記ＣＯ除去部及び前記改質部を連通するバイパス経路と、
前記バイパス経路上に設けられたポンプ及び熱交換器と、
前記燃料電池接続経路及び前記パイパス経路を切り替える二方切り替え弁と、
を備え、
前記二方切り替え弁は、前記燃料電池の定常運転時に前記燃料電池接続経路側に切り替わり、前記燃料電池の運転停止時に前記燃料電池接続経路側に切り替わるよう制御され、
前記ポンプは、前記燃料電池の定常運転時に停止し、前記燃料電池の運転停止時に運転するよう制御される、
燃料電池システム。
【請求項４】
前記バイパス経路の前記ポンプ及び熱交換器より下流で分岐し、前記ＣＯ変成部に接続する分岐バイパス管をさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
熱交換器は、冷却水循環ポンプ、放熱用熱交換器を有する冷却水循環経路を有する冷却手段を有し、
前記冷却水循環ポンプは、前記改質部の温度が所定の温度以下になると前記冷却水循環ポンプを停止するよう制御される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池の燃料として用いる水素を得る為に、所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素生成器を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素生成器は、最近開発が進められている固体高分子型燃料電池の燃料として水素が用いられ、この水素の製造法としては炭化水素の水蒸気改質法が多く使用している。水蒸気改質法は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、その他の炭化水素ガスを水蒸気により改質して水素リッチな改質ガスを生成させる方法である。
水蒸気改質法では改質部中での接触反応によりそれら炭化水素が水素リッチな改質ガスへ変えられる。そして、得られた水素リッチな改質ガスはＣＯ除去部でＣＯを低減して利用している。
【０００３】
従来、この種の水素生成器は、停止時改質触媒の酸化による性能低下を防止するために窒素によるパージや水蒸気、燃料によるパージを用いている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、水蒸気改質器を用いた原料、水蒸気の供給から水素ガスの出口に至るまでを示すブロック図である。燃焼部を配した加熱部と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。高温となった改質部では炭化水素が水蒸気と反応して水素リッチな改質ガスが生成される。改質部は、炭化水素を原料とする場合には５００〜７００℃の温度に加温することが必要であり、改質触媒としては例えばＮｉ系、Ｒｕ系等の触媒が用いられる。改質触媒は、原料ガス中の硫黄化合物により被毒し性能劣化を来たすので、それらの硫黄化合物を除去するために脱硫部へ導入される。次いで、別途設けられた水蒸気発生部からの水蒸気を添加、混合して水蒸気改質器の改質部へ導入される。原料ガスがメタンである場合の改質反応は  ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２  で示される。生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の水蒸気、生成炭酸ガスのほか、一酸化炭素（ＣＯ）が発生して８〜１５％程度含まれている。このため改質ガスは、この一酸化炭素を二酸化炭素と水素へ変えて除去するためにＣＯ変成部にかけられる。
【０００５】
ＣＯ変成部では例えばＦｅ−Ｃｒ系触媒、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒、あるいはＰｔ触媒が用いられる。ＣＯ変成部中での反応は  ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２  で必要な水蒸気は改質部の残留水蒸気を利用する。そして、ＣＯ変成部から出る改質ガスは、未反応のメタンと余剰水蒸気と、水素と、二酸化炭素とからなる。しかし、この改質ガスには、ＣＯは完全には除去されず、１％程度以下ではあるがＣＯが含まれている。燃料電池に供給する燃料水素中のＣＯの許容濃度は１０ｐｐｍ程度であり、これを越えると電池性能が著しく劣化するので、ＣＯ成分は燃料電池へ導入する前にできる限り除去する必要がある。このため、改質ガスはＣＯ変成部によりＣＯ濃度を１％前後まで低下させた後、ＣＯ除去部にかけられる。ＣＯ除去部では空気などの酸化剤が添加され、２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２  とＣＯ２に変えることでＣＯを除去し、改質ガスのＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減させる。
【０００６】
ところで、改質によって水素ガスを生成する水素生成器は、燃料電池の運転を停止する時など、改質ガスの必要に応じて運転停止させることが必要である。これに伴い、水蒸気改質器に連なるＣＯ変成部とＣＯ除去部の起動、停止を行う必要がある。水素生成器から可燃性ガスおよび毒性を有するガスを排出して、漏洩した場合の弊害や、燃料電池の電極の被毒などの弊害を防止するため、従来、水素生成器と燃料電池のシステムの運転停止時には、不活性ガスを供給することによって、システム内の残留可燃物がパージしていた。
【０００７】
しかし、一般家庭向けなどに用いる燃料電池においては、不活性ガスを用いることは、不活性ガスを用いるための設備が必要となり、不活性ガスの残量管理も必要となる。
【０００８】
そこで、起動時及び停止時に、水蒸気改質器の燃焼部で燃料ガスを不完全燃焼させて生成した部分燃焼ガスを水蒸気改質器の改質部に供給して改質触媒の酸化を防止するようにしてなる改質装置であって、ＣＯ除去部下流側に続く導管から分岐して空気による部分燃焼ガスの酸化処理部を備え、且つ、燃焼部から酸化処理部にいたる燃焼ガスバイパスラインから構成されている。
【特許文献１】特開２００３−１６０３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、停止時に、部分燃焼ガスを水蒸気改質器の改質部に供給することにより、改質器系内の可燃性ガスと水蒸気をパージできる。
【００１０】
そして、停止時のＣＯ除去部からのパージガスは、ＣＯ除去部下流側に連結された酸化処理部で空気酸化して排出される。そのため、改質部中の改質触媒の酸化を回避してその劣化を防止し、部分燃焼ガスの外部排出をも防止できる。
【００１１】
一方、運転中は、改質部は吸熱反応であり、その温度は前述の通り５００〜７００℃と高温に保つため加熱しており、ＣＯ変成部とＣＯ除去部は発熱反応であり、ＣＯ変成部は３００℃程度、ＣＯ除去部は１００℃程度と低く設定する為放熱して動作している。
【００１２】
停止時に、パージガスを流すと改質部の熱容量の為に加熱され高温ガスとなって、ＣＯ変成部からＣＯ除去部をとおり排出され、変成部とＣＯ除去部が高温となる。しかし、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の触媒は高温になるとシンタリング等触媒性能が劣化する。このため、停止時は、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の触媒が著しい高温（例えば３５０℃）にならない様に、パージガスを少しずつ流して改質部の温度を低下させていた。そのため、パージガスの量が多く必要であり、かつ停止に要する時間が長くなり、負荷に対して動作応答が悪く運転コスト上の無駄が大きかった。また、ＣＯ変成部とＣＯ除去部は停止時に運転時よりも高温となるため、触媒の劣化は避けられず長期信頼性を確保できなくシステム効率が低下するという課題を有していた。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、運転停止時にＣＯ変成部とＣＯ除去部の温度上昇を防止して触媒の劣化を防止し、かつ、バージガス量を少なく短時間に改質部温度を低下させることにより、負荷に対する動作応答良くし効率的な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、原料と水を供給し加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部と、燃料電池を順次接続し、前記ＣＯ除去部と前記改質部を接続するバイパス管に搬送手段と熱交換器を介して構成し、運転停止時は前記搬送手段を運転する構成としている。
【００１５】
これによって、改質部、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の運転停止時のパージは、低温になった改質ガスをこのバイパス管により改質部からＣＯ変成部とＣＯ除去部へ流れ熱交換器で冷やされ再度循環するサイクルを行う。このため、改質部、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部は酸素レスのガスで冷却でき、改質部、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の触媒は劣化を防止し、かつ、燃料電池の低温で大熱容量により短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より効率的とできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池システムは、原料と水を供給し加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部と、燃料電池を順次接続し、前記ＣＯ除去部と前記改質部を接続するバイパス管に搬送手段と熱交換器を介して構成し、運転停止時はこの搬送手段を運転する構成とすることにより、低温に冷却した改質ガスをこのバイパス管により冷し循環サイクルを行ため、改質部、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部は酸素レスのガスで冷却でき、改質部、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の触媒は劣化を防止し、かつ、燃料電池の低温で大熱容量により短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より効率的とできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１及び第２発明は、原料と水を供給し加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部と、燃料電池を順次接続し、前記ＣＯ除去部と前記改質部を接続するバイパス管に搬送手段と熱交換器を介して構成し、運転停止時はこの搬送手段を運転することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１８】
これによって、改質部、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の運転停止時のパージは、低温になった改質ガスをこのバイパス管により改質部からＣＯ変成部とＣＯ除去部へ流し熱交換器で冷やされ再度循環するサイクルを行う。このため、改質部、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部は酸素レスのガスで冷却でき、改質部、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の触媒は劣化を防止し、かつ、燃料電池の低温で大熱容量により短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より効率的とできる。
【００１９】
さらに、燃料電池システムのバイパス管には開閉弁または逆止弁を介して接続した構成とし、前記開閉弁または逆止弁は、運転中は閉止し、かつ停止時は開としたことにより、バイパス管は、運転中閉止し、運転停止時のみ低温の改質ガスを流すことができる。そのために、運転中改質部で生成した水素ガスが燃料電池を通らず排出することが無く高効率を維持できる。また、運転停止時、バイパス管の閉塞を可能とし、ガスの移動による改質部、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部の触媒劣化も防止でき、耐久信頼性が向上する。
【００２０】
第３の発明は、燃料電池システムのＣＯ除去部の出口に二方切り替え弁を設け、この二方切り替え弁は燃料電池とバイパス管に接続し、運転中は燃料電池に連通し、停止時はバイパス管に連通してある。このことにより、運転中は燃料電池に連通し、原料ガスを改質して水素の多い改質ガスとした全てを燃料電池に供給でき原料ガスのエネルギーを十分に活用して高効率なシステムとなり、運転停止時はバイパス管に連通して熱交換器で冷やされ再度循環するサイクルを行う。このため、改質部、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部は酸素レスのガスで冷却でき、改質部、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の触媒は劣化を防止し、短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より効率化と操作性と信頼性の優れた装置となる。
【００２１】
第４の発明は、特に第１〜３の発明の燃料電池システムのＣＯ除去部は、改質部とＣＯ変成部の複数を接続するバイパス管を構成したことにより、より短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より操作性と信頼性の優れた装置となる。すなわち、運転中、改質部の触媒は７００℃近くの高温であるのに対して、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部の触媒の耐熱温度は３００℃程度であり、これより高温にするとシンタリンク等により触媒性能が劣化する。そこで、運転停止時、バイパス管から改質部を冷却して出る高温ガスに、他のバイパス管からのガスにより低温としてからをＣＯ変成部、ＣＯ除去部に流すことにより、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部の触媒の温度を低く保ちながら、バイパス管のガスの大流量化が可能となり、さらに短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、操作性と信頼性の向上が図れる。
【００２２】
第５の発明は、特に第１〜４の発明の燃料電池システムの熱交換器は、冷却手段を有し、改質部の温度が所定の温度以下になると前記冷却手段を停止する。このことにより、バイバス管を流れるガス温度がさらに低下し短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対して起動停止する動作応答良く、より操作性と信頼性の優れた装置となる。また、冷却手段を循環してタンクに貯める構成とすると、この熱をコージェネとして有効に活用でき、システムの効率向上も図れる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における燃料電池システムのブロック図を示すものである。
【００２５】
図１において、１は改質部であり、脱硫部２を介した原料の供給手段３と水の供給手段４と加熱手段５に接続する。６はＣＯ変成部、７はＣＯ除去部であり、改質部１から、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７を順次接続し燃料電池８と接続してある。加熱手段５は、発熱する燃焼部９と発生した熱を改質部１に伝熱する熱交換部１０よりなる。燃焼部９には、燃料ガスと燃焼用空気を供給するとともに、燃料として燃料電池８のアノード側出口からオフガスを燃焼部９に導くオフガス燃料管１１を接続してある。また、燃料電池８のアノード側入口から改質部１にバイパス管１２を設け、この途中に搬送手段であるポンプ１３と、熱交換器１４と、開閉弁１５を設けてある。
【００２６】
改質部１は、原料を改質するための触媒を担持した多数の触媒粒が充填されている。触媒の担持には、例えば、鉄板やセラミックス等の支持体を用いることができる。気化された原料、水蒸気、空気が供給されると、水素および一酸化炭素が生成される。この反応は、通常、６００℃前後の高温状態で行われる。そのため、加熱手段５は、発熱する燃焼部９と発生した熱を改質部１に伝熱する熱交換部１０よりなり、改質部１を加熱する。高温となった改質部１では炭化水素が水蒸気と反応して水素リッチな改質ガスが生成される。改質部１は、炭化水素を原料とする場合には５００〜７００℃の温度に加温することが必要であり、改質触媒としては例えばＮｉ系、Ｒｕ系等の触媒が用いられる。灯油その他の炭化水素系原料を使用する場合には、特に高級炭化水素系化合物に対し、改質時の条件によって、炭素が析出しやすいことが知られている。改質部１での改質条件は、反応を促進しつつ、炭素の析出を抑制するようにする。
【００２７】
脱硫部２は、原料供給手段３から送られた原料を脱硫する。硫黄分を含んだガスは改質部の触媒劣化のみならず燃料電池８の発電性能を劣悪にする。そのため、予め脱硫部２にて原料の硫黄分を吸着等により除去する。
【００２８】
ＣＯ変成部６について述べる。生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の水蒸気、生成炭酸ガスのほか、一酸化炭素（ＣＯ）が発生して８〜１５％程度含まれている。このため改質ガスは、この一酸化炭素を二酸化炭素と水素へ変えて除去するためにＣＯ変成部を設ける。ＣＯ変成部６では例えばＦｅ−Ｃｒ系触媒、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒、あるいはＰｔ触媒が用いられ、約３００℃程度で反応が行われる。
【００２９】
ＣＯ変成部６中での反応は  ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２  で必要な水蒸気は改質部１の残留水蒸気を利用する。そして、ＣＯ変成部６から出る改質ガスは、未反応のメタンと余剰水蒸気と、水素と、二酸化炭素とからなる。しかし、この改質ガスには、ＣＯは完全には除去されず、１％程度以下ではあるがＣＯが含まれている。燃料電池８に供給する燃料水素中のＣＯの許容濃度は１０ｐｐｍ程度であり、これを越えると電池性能が著しく劣化するので、ＣＯ成分は燃料電池８へ導入する前にできる限り除去する必要がある。このため、改質ガスはＣＯ変成部６によりＣＯ濃度を１％前後まで低下させた後、ＣＯ除去部７を設ける。ＣＯ除去部７は、一酸化炭素を選択的に酸化する触媒が担持されており、空気などの酸化剤が添加され、２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２  とＣＯ２に変えることでＣＯを除去し、改質ガスのＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減させる。このような構成と動作で、定常時は原料ガスから水素に改質して燃料電池８を運転し発電を継続する。
【００３０】
燃料電池８は、ＣＯ除去部７から供給された水素の多い改質ガスをアノード入口から流入し、カソード入口からは空気を供給する。そして発電反応後、カソード出口からは窒素
の多い排気ガスを排出し、アノード出口からは水素が残ったオフガスが排出する。定常運転中は、このオフガスを燃焼部９にオフガス燃料管１１で導き、燃焼部９で燃焼し改質部１の加熱に寄与させシステムの効率を向上させる。
【００３１】
そして、運転停止時は、開閉弁１５を開とし、ポンプ１３を駆動して熱交換器１４を通して流すことにより、低温の改質ガスを改質部１に導く。
【００３２】
以上のように構成された水素生成器について、以下その動作、作用を説明する。
【００３３】
定常運転時、改質部１は約６００℃、ＣＯ変成部６は約３００℃、ＣＯ除去部７は約１５０℃、燃料電池８は約７０℃に夫々加熱冷却されてその温度を保っている。また、改質部１、ＣＯ変成部６とＣＯ除去部７は内部に触媒を充填しているため、熱容量が大きく、燃料電池８は、構成するＭＥＡの固体高分子膜が１００℃以上になると劣化し熱に弱い特性がある。以前は、この高温による劣化を防止するため、改質部１の上流に位置するオフガス燃料管１１からガスを極端に少なくした流量を流し、改質部１の温度が低下してからこのパージ量を増加させていた。そのため、パージに要する時間が長く要し、トータルのパージガス量も多かった。
【００３４】
そこで、運転停止時は、開閉弁１５を開とし、ポンプ１３を駆動して熱交換器１４を通して流すことにより、低温の改質ガスを改質部１に導く。
【００３５】
このことにより、改質部１、ＣＯ変成部６とＣＯ除去部７の運転停止時のパージは、熱交換器１４で低温となった改質ガスを搬送手段１３によりバイパス管１２に流し、改質部１からＣＯ変成部６とＣＯ除去部７へ流れ、また熱交換器１４で冷やされ再度循環するサイクルを行う。このため、改質部１、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７は酸素レスのガスで冷却でき、改質部１、ＣＯ変成部６とＣＯ除去部７の触媒は劣化を防止し、かつ、熱交換器１４で強制的に冷却できるため短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より効率的とできる。
【００３６】
また、本実施の形態では、バイパス管１２には電磁弁１５（または逆止弁でも同様の効果がある）を介して接続した構成とし、電磁弁１５は、運転中は閉止し、かつ停止時は開としたことにより、バイパス管１２は、運転中閉止し、運転停止時のみオフガスを流すことができる。そのために、運転中改質部１で生成した水素ガスが燃料電池８を通らず改質器１に流れることが無く高効率を維持できる。また、運転停止時、バイパス管１２の閉塞を可能とし、このことにより、ガスの移動による改質部１、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７の触媒劣化も防止して、より耐久信頼性の向上が可能である。
【００３７】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施形態における燃料電池システムにおけるブロック図を示すものである。
【００３８】
実施の形態１と異なるところは、ＣＯ除去部７の出口に二方切り替え弁１６を設け、この二方切り替え弁１６は燃料電池接続通路（燃料電池８のアノード入口と接続し）とバイパス管１２に接続し、運転中は燃料電池８に連通し、停止時はバイパス管１２に連通してある。
【００３９】
このことにより、運転中は燃料電池接続通路に連通し、原料ガスを改質して水素の多い改質ガスとした全てを燃料電池８に供給でき原料ガスのエネルギーを十二分に活用して高高率なシステムとなる。また、運転停止時はバイパス管１２に連通して熱交換器１４で冷やされ、改質部１、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７と順次冷却する。そして再度循環するサ
イクルを行う。
【００４０】
このため、改質部、ＣＯ変成部、ＣＯ除去部は酸素レスのガスで冷却できる。また、改質ガスは原料ガスを改質して水素を多量に含むガスであり、成分は多くの水素と、窒素、微量の炭化水素からなり、酸素が含まれていない。各触媒は高温の状態で酸素と接触すると触媒活性が落ち性能が次第に悪くなる。しかし、改質部１、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７は酸素レスのガスで冷却でき、改質部１、ＣＯ変成部６とＣＯ除去部７の劣化を防止し、短時間に改質部１の温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より効率化と操作性と信頼性の優れた装置となる。
【００４１】
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施形態における燃料電池システムにおけるブロック図を示すものである。実施の形態１と異なるところは、ＣＯ除去部７の出口から改質部１と接続するバイパス管１２の搬送手段１３、熱交換器１４の後で分岐して、ＣＯ除去部７の出口からＣＯ変成部６と接続する分岐バイパス管１７を構成したことにある。
【００４２】
このことにより、運転停止時オフガスは、バイパス管１２と分岐バイパス管１７の両方を流れて改質部１、ＣＯ変成部６を冷却するため、短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より操作性と信頼性の優れた装置となる。
【００４３】
すなわち、運転中、改質部１の触媒は７００℃近くの高温であるのに対して、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７の触媒の耐熱温度は３００℃程度であり、これより高温にするとシンタリンク等により触媒性能が劣化する。そこで、運転停止時、バイパス管１２から改質部１を冷却して出る高温ガスに、分岐バイパス管１７からのガスを混合させる。このことにより低温のガスとしてからをＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７に流すことにより、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７の触媒の温度を低く保ちながら、バイパス管１２と分岐バイパス管１７を流れる合計のガスの大流量化が可能となり、さらに短時間に改質部１温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、操作性と信頼性の向上が図れる。
【００４４】
また、本実施の形態では、熱交換器１４は、冷却手段１８は冷却入口１９と冷却出口２０を設け冷却水を循環する構成としている。（循環ポンプ、放熱用熱交換器等は図示せず）そして、改質部１の温度が所定の温度以下になると冷却手段１８を停止する。このことにより、改質部１、ＣＯ変成部６、ＣＯ除去部７の冷却で高温となった改質ガスは、熱交換器１４で冷却手段１８と熱交換するため、バイバス管１２、分岐バイパス管１６を流れるガス温度がさらに低下し短時間に改質部１温度を低下でき、システムは負荷に対して起動停止する動作応答良く、より操作性と信頼性の優れた装置となる。また、冷却手段１８を循環してタンクに貯める構成とすると、この熱をコージェネとして有効に活用でき、システムの効率向上も図れる。
【００４５】
このことにより、簡単に不活性ガスでパージできながら、冷却効果が大幅に能力アップでき運転停止時間が短縮できると共に、システム効率が向上し省エネルギー化が図れる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、ＣＯ除去部の出口と改質部を接続するバイパス管に搬送手段と熱交換器を介して構成し、運転停止時のパージは、低温になった改質ガスを改質部からＣＯ変成部とＣＯ除去部へ流れ循環するサイクルが可能となるので、ＣＯ変成部とＣＯ除去部が高温になることを防止でき、ＣＯ変成部とＣＯ除去部の触媒は劣化を防止し信頼性を高め、かつ、短時間に改質部温度を低下でき、システムは負荷に対する動作応答良く、より効率的な燃料電池システムなので、固体高分子型燃料電池の燃料として用いる水素を得る為に、所定の原料を改質して水素ガスを生成する水素生成
器を備えた燃料電池システムの運転停止方法等の用途に適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムのブロック図
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池システムのブロック図
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池システムのブロック図
【図４】従来の水蒸気改質器を用いた燃料電池システムのブロック図
【符号の説明】
【００４８】
１  改質部
５  加熱手段
６  ＣＯ変成部
７  ＣＯ除去部
８  燃料電池
１２  バイパス管
１３  搬送手段
１４  熱交換器
１５  電磁弁（開閉弁）
１６  二方切り換え弁
１７  分岐バイパス管（バイパス管）
１８  冷却手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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