(57)【要約】【課題】  簡単な構成にて改質装置の内部の異物を排除し、特に燃料電池システムを設置した直後の運転前に効果的に異物を排除する。【解決手段】  燃料電池システムは、燃料電池１０と改質装置２０を備えている。改質装置２０は、各触媒２０ａ，５０ａ，６０ａによってそれぞれ触媒反応する改質部２０、ＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０から構成されている。冷却部４０の導入口４５ａからジョイント装置９５のドレン９５ａを連通状態にして、導入口４５ａおよびドレン９５ａの何れか一方から洗浄用流体を導入し、他方から排出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給された燃料と水蒸気との混合ガスを内部に充填された触媒によって改質することにより改質ガスを生成して導出する改質部と、該改質部から供給された前記改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された触媒によって低減する一酸化炭素低減部とを少なくとも備えた改質装置と、該改質装置から供給された改質ガス中の水素と前記改質ガスとは別に供給された酸素を用いて発電する燃料電池とを備えた燃料電池システムを構成する前記改質装置の洗浄方法であって、前記改質装置の内部に洗浄用の流体を流通させて同内部の異物を排出することを特徴とする改質装置の洗浄方法。
【請求項２】
請求項１において、前記改質部および一酸化炭素低減部の各内部に独立して洗浄用の流体をそれぞれ流通させて同各内部の異物をそれぞれ排出することを特徴とする改質装置の洗浄方法。
【請求項３】
請求項１において、前記改質部と前記一酸化炭素低減部を連通させたまま、洗浄用の流体を流通させて内部の異物を排出することを特徴とする改質装置の洗浄方法。
【請求項４】
前記改質装置を組み立てた後に、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の洗浄方法を実施することを特徴とする改質装置の洗浄方法。
【請求項５】
前記改質部および一酸化炭素低減部をそれぞれ組み立てた後であってそれらを組み立てて前記改質装置とするまでに、請求項２に記載の洗浄方法をそれぞれ実施することを特徴とする改質装置の洗浄方法。
【請求項６】
外部から供給された燃料と水蒸気との混合ガスを内部に充填された触媒によって改質することにより改質ガスを生成して導出する改質部と、該改質部から供給された前記改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された触媒によって低減する一酸化炭素低減部とを少なくとも備えた改質装置と、該改質装置から供給された改質ガス中の水素と前記改質ガスとは別に供給された酸素を用いて発電する燃料電池とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記改質部の内部に前記混合ガスを導入する導入口、および前記改質部から前記改質ガスを導出する導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出し、前記一酸化炭素低減部に前記改質ガスを導入出する導入口および導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６において、前記改質部の導出口と前記一酸化炭素低減部の導入口を連通した状態のまま、前記改質部の導入口および前記一酸化炭素低減部の導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記燃料電池の燃料極の手前には、前記一酸化炭素低減部の導出部と前記燃料極とを連通および遮断する弁が設けられたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給された燃料ガスおよび水蒸気から改質ガスを生成して該改質ガスを燃料電池に供給する燃料電池システムに関し、特に改質ガスを生成する改質装置の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質装置は供給された燃料（例えば天然ガス、ＬＰガス、灯油、メタノールなど）および水蒸気からいわゆる水素リッチな改質ガスを生成してこの改質ガスを燃料電池に供給するものである。燃料電池は供給された改質ガス中の水素とこの改質ガスとは別に供給された酸素（例えば大気中の酸素）との化学反応によって発電するものである。
【０００３】
改質装置としては、外部から供給された燃料と水蒸気との混合ガスを内部に充填された触媒によって改質することにより改質ガスを生成して導出する改質部と、該改質部から供給された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された触媒によって低減する一酸化炭素低減部とから構成されているものが知られている（非特許文献１）。天然ガスなどを燃料とする場合には、一酸化炭素低減部は、改質ガス中の一酸化炭素をシフト触媒により低減する一酸化炭素シフト反応部（ＣＯ変成器）と、この一酸化炭素シフト反応部から供給された改質ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素選択酸化触媒によりさらに低減して燃料電池に供給する一酸化炭素浄化部（ＣＯ除去器）とから構成されている。またメタノールを燃料とする場合には、改質部にてメタノール改質反応と一酸化炭素変成反応の両方が生じているので、すなわち改質部がＣＯ変成器も兼ねているので、一酸化炭素低減部は一酸化炭素浄化部のみから構成されている。
【０００４】
これら改質部および一酸化炭素浄化部においては、各化学反応を促進させるために触媒が用いられている。この触媒としては、ペレット状、粒状、またはハニカム形状のものが知られている。これら触媒は、アルミナ、ジルコニウム、セラミック材などからなる担体に触媒粉末を固着して形成されてなり、また、触媒粉末をそれらの形状に成形して焼成してなるものである。
【０００５】
また上述した燃料電池システムの運転中において、改質装置に充填されている触媒のうち焼成成形されたものが熱膨張等によって圧壊し粉末状となり、その粉末が改質ガスなどのガスの流れによって下流に流れ、ガス流路中で目詰まりを起こしたり、また燃料電池に到達し燃料極の流路で目詰まりを起こしたりするおそれがあった。そこで、この問題に対処した燃料改質器が特許文献１に示されている。この燃料改質器は、粉末除去手段としてのフィルタ２０を備えており、フィルタ２０中では改質ガスは、改質ガス出口管１４の断面積よりも広い通過面積を持つ粉末除去体２１によりいったん流速を緩やかにされるので、改質ガスに中に混入した改質触媒粉末は能率よく粉末除去体２１により捕捉されるようになっている。粉末除去体２１に捕捉された改質触媒粉末は、粉末除去体２１とフィルタケース２２との間隙をその自重により降下し、移送管４１を通って粉末採集器４０に集められる。なお、粉末採集器４０に集められた改質触媒粉末は、燃料改質器の運転停止時に、粉末採集器４０から取り出されて処分される。
【非特許文献１】「燃料電池」、燃料電池開発情報センター、平成１４年１０月１日、第２巻、第２号、第４−８頁
【特許文献１】特開２００３−１９２３０４号公報（第３、４頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した燃料電池システムにおいては、組み立て時に改質装置に触媒を充填したり、組み立て後システムを搬送したりする際に、ペレット状または粒状の触媒が擦れあって表面の触媒粉末が剥がれてしまい、その状態で燃料電池システムの運転を開始すると、剥がれた触媒粉末が燃料電池に到達し燃料極の流路で目詰まりを起こしたりするおそれがあった。
【０００７】
また、上述した特許文献１に記載の燃料改質器は、燃料電池システムの運転中に生じた触媒粉末を除去する場合には効果があるが、前述のように設置した直後に改質装置内に残留する剥がれた触媒を十分に除去できないおそれがあり、また除去できたとしてもフィルタ２０や粉末採集器４０を設けるため装置の構造が複雑となっていた。
【０００８】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、簡単な構成にて改質装置の内部の異物を排除し、特に燃料電池システムを設置した直後の運転前に効果的に異物を排除することができる燃料電池システムの改質装置を洗浄する方法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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、外部から供給された燃料と水蒸気との混合ガスを内部に充填された触媒によって改質することにより改質ガスを生成して導出する改質部と、この改質部から供給された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された触媒によって低減する一酸化炭素低減部とを少なくとも備えた改質装置と、この改質装置から供給された改質ガス中の水素と改質ガスとは別に供給された酸素を用いて発電する燃料電池とを備えた燃料電池システムを構成する改質装置の洗浄方法であって、改質装置の内部に洗浄用の流体を流通させて同内部の異物を排出することである。
【００１０】
また、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、改質部および一酸化炭素低減部の各内部に独立して洗浄用の流体をそれぞれ流通させて同各内部の異物をそれぞれ排出することである。
【００１１】
また、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、改質部と一酸化炭素低減部を連通させたまま、洗浄用の流体を流通させて内部の異物を排出することである。
【００１２】
また、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、改質装置を組み立てた後に、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の洗浄方法を実施することである。
【００１３】
また、請求項５に係る発明の構成上の特徴は、改質部および一酸化炭素低減部をそれぞれ組み立てた後であってそれらを組み立てて改質装置とするまでに、請求項２に記載の洗浄方法をそれぞれ実施することである。
【００１４】
また、請求項６に係る発明の構成上の特徴は、外部から供給された燃料と水蒸気との混合ガスを内部に充填された触媒によって改質することにより改質ガスを生成して導出する改質部と、この改質部から供給された改質ガス中の一酸化炭素を内部に充填された触媒によって低減する一酸化炭素低減部とを少なくとも備えた改質装置と、この改質装置から供給された改質ガス中の水素と改質ガスとは別に供給された酸素を用いて発電する燃料電池とを備えた燃料電池システムにおいて、改質部の内部に混合ガスを導入する導入口、および改質部から改質ガスを導出する導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出し、一酸化炭素低減部に改質ガスを導入出する導入口および導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出することである。
【００１５】
また、請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項６において、改質部の導出口と一酸化炭素低減部の導入口を連通した状態のまま、改質部の導入口および一酸化炭素低減部の導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出することである。
【００１６】
また、請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項６または請求項７において、燃料電池の燃料極の手前には、一酸化炭素低減部の導出部と燃料極とを連通および遮断する弁が設けられたことである。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、改質装置の内部に洗浄用の流体を流通させて同内部の異物を排出するので、簡単な構成にて改質装置の内部の異物を排除し、特に燃料電池システムを設置した直後の運転前に効果的に異物を排除することができる。
【００１８】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、改質部および一酸化炭素低減部の各内部に独立して洗浄用の流体をそれぞれ流通させて同各内部の異物をそれぞれ排出するので、各構成部材の内部を独立して洗浄することによりその構成部材に最も適した洗浄用流体および洗浄方法によって洗浄することができる。
【００１９】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、改質部と一酸化炭素低減部を連通させたまま、洗浄用の流体を流通させて内部の異物を排出するので、一度に洗浄することにより改質装置を短時間にて洗浄することができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、改質装置を組み立てた後に洗浄するので、改質装置の内部全域を確実に洗浄することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、改質部および一酸化炭素低減部をそれぞれ組み立てた後であってそれらを組み立てて改質装置とするまでに洗浄するため、各構成部材を単体にて洗浄するので同一構成部材をまとめて洗浄することにより製造コストを低下させることができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、改質部の内部に混合ガスを導入する導入口、および改質部から改質ガスを導出する導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出し、一酸化炭素低減部に改質ガスを導入出する導入口および導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出する。これにより、改質装置の内部に洗浄用の流体を流通させて同内部の異物を排出するので、簡単な構成にて改質装置の内部の異物を排除し、特に燃料電池システムを設置した直後の運転前に効果的に異物を排除することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、改質部の導出口と一酸化炭素低減部の導入口を連通した状態のまま、改質部の導入口および一酸化炭素低減部の導出口のいずれか一方から洗浄用の流体を導入し他方から排出するので、一度に洗浄することにより改質装置を短時間にて洗浄することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、燃料電池の燃料極の手前には、一酸化炭素低減部の導出部と燃料極とを連通および遮断する弁が設けられているので、この弁を閉じて改質装置を洗浄すれば異物を含んだ流体が燃料極に到達するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１０と燃料電池１０に必要な水素ガスを生成して供給する改質装置２０を備えている。燃料電池１０の燃料極にはＣＯ浄化部６０から改質ガスが供給され、燃料電池１０の空気極には外部からの空気が供給され、燃料電池１０において改質ガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとが反応して発電するようになっている。
【００２６】
改質装置２０は、改質部３０、冷却部４０、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という。）５０、一酸化炭素浄化部（以下、ＣＯ浄化部という。）６０および燃焼部７０から構成されている。なお、本実施の形態においてはＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０から一酸化炭素低減部が構成されている。
【００２７】
改質部３０は、外部から供給された燃料（例えば天然ガス、ＬＰガス、灯油、メタノールなど）と水蒸気との混合ガスから改質ガスを生成して導出するものであり、有底円筒状に形成されている。この改質部３０は、燃焼部７０のハウジング７１とバーナ燃焼部７２との間の環状空間に改質部３０の筒部が挿入され、燃焼ガス流路７３，７４に取り囲まれるように配置されている。
【００２８】
改質部３０は後述する冷却部４０の環状マニホールド４３の下面に当接して固定されている。改質部３０の天板３１には、環状マニホールド４３と連通して燃料と水蒸気との混合ガスを導入する複数の混合ガス導入口３１ａが設けられるとともに、環状マニホールド４３の開口４３ａに臨んで設けられ改質ガスを導出する改質ガス導出口３１ｂが設けられている。また改質部３０内には筒部の空間を仕切る筒状の中仕切り３２が備えられ、混合ガス導入口３１ａから導入された混合ガスが筒部先端（下端）にて折り返して流れ改質ガス導出口３１ｂから導出されるようになっている。
【００２９】
改質部３０内には、触媒３０ａ（例えば、Ｒｕ系、Ｎｉ系の触媒）が充填されており、混合ガス導入口３１ａから導入された燃料と水蒸気との混合ガスが触媒３０ａによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は改質ガス導出口３１ｂを通って冷却部４０に導出される。
【００３０】
冷却部４０は、改質部３０から導出された改質ガスを燃料と水蒸気との混合ガスによって降温して導出するものであり、改質部３０と同軸に配置されている。冷却部４０は、円筒ハウジング４１、環状に形成された天板４２、円筒ハウジング４１の底部に設けられた環状マニホールド４３、環状マニホールド４３の上部にそれぞれ配設された内筒４４、マニホールド４５，４６、および両マニホールド４５，４６を連通する複数の熱交換パイプ４７から構成されている。マニホールド４５には燃料と水蒸気（または水）との混合ガスを導入する導入口４５ａが設けられており、マニホールド４６には環状マニホールド４３に連通する貫通孔４６ａが設けられている。
【００３１】
導入口４５ａから導入された混合ガスは、マニホールド４５、熱交換パイプ４７、マニホールド４６、貫通孔４６ａ、環状マニホールド４３、および改質部３０の混合ガス導入口３１ａを通って改質部３０に導出される。一方、改質ガス導入口である環状マニホールド４３の開口４３ａから導入された改質ガスは、内筒４４および環状の天板４２の開口４２ａを通ってＣＯシフト部５０に導出される。この時、熱交換パイプ４７を介して混合ガスと改質ガスとの間で熱交換が行われ、混合ガスは改質ガスによって加熱され、改質ガスは降温する。
【００３２】
ＣＯシフト部５０は、冷却部４０から供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減するものであり、冷却部４０上に同軸に固定されている。ＣＯシフト部５０は、外筒５１と、外筒５１と同軸に配置された内筒５２を備えている。外筒５１および内筒５２の各下端縁には環状に形成された底板５３の外周縁および内周縁が一体的に取り付け固定されている。底板５３の開口５３ａは冷却部４０からの改質ガスを導入する導入口である。この開口５３ａには内筒５２内に充填された触媒５０ａ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）を支持するフィルタを有する支持部材５４が設けられている。外筒５１の上端縁には円板状に形成された天板５５の外周縁が一体的に取り付け固定されている。天板５５と内筒５２の上端との間には隙間が形成されている。外筒５１の外周下部には改質ガスが導出される改質ガス導出口５１ａが設けられている。底板５３の下面には、底板５３の開口５３ａの内周縁（すなわち内筒５２の下端開口周縁）から垂下する連結部５６が取り付けられており、この連結部５６の下端は、冷却部４０の天板４２上に一体的に取り付け固定されている。ＣＯシフト部５０の内筒５２内および内筒５２と外筒５１との間には触媒５０ａが充填されている。
【００３３】
このように構成されたＣＯシフト部５０においては、導入口５３ａから導入された改質ガスは、内筒５２を通り、折り返して内筒５２と外筒５１との間の空間を通って改質ガス導出口５１ａから導出する。このとき、供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が触媒５０ａにより反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。
【００３４】
ＣＯ浄化部６０は、ＣＯシフト部５０から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池１０に供給するものである。ＣＯ浄化部６０は改質ガスを導入および導出する導入口６１および導出口６２を備えている。導入口６１は配管８１により改質ガス導出口５１ａに連通しており、この配管８１の途中には酸化空気が供給されるようになっている。導入口６１にはＣＯシフト部５０からの改質ガスと酸化空気との混合ガスが供給されている。導入された混合ガス中の一酸化炭素は、酸素と反応して二酸化炭素になる。この反応は、ＣＯ浄化部６０の内部に充填された触媒６０ａ（例えば、Ｒｕ系、Ｐｔ系の触媒）によって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）導出され、燃料電池１０の燃料極に供給されるようになっている。本実施の形態において、ＣＯ浄化部６０は所定量の酸素を供給して水素の酸化を極力抑えて一酸化炭素を選択的に酸化して除去する一酸化炭素選択酸化部で構成したが、酸素を供給せずに一酸化炭素と水素を反応させてメタン化し一酸化炭素を除去する一酸化炭素メタネーション部で構成するようにしてもよい。
【００３５】
燃焼部７０は、改質部３０を加熱する燃焼ガスを生成するものである。この燃焼部７０は、ハウジング７１とこのハウジング７１の底部中央に突設されたバーナ燃焼部７２とから構成されている。バーナ燃焼部７２の下部には燃焼用燃料、燃焼空気およびオフガスを導入するガス導入口７２ａが設けられ、バーナ燃焼部７２の上部には導入された燃焼用燃料またはオフガスに着火する着火手段である電極（図示省略）が設けられている。バーナ燃焼部７２内において、着火手段によって着火された燃焼用燃料またはオフガスが燃焼する。その燃焼ガスがバーナ燃焼部７２の上部開口端から導出される。そして、この燃焼ガスは、バーナ燃焼部７２と改質部３０の筒部の内壁面との間に形成された環状流路７３と、改質部６０の筒部の外壁面とハウジング７１との間に形成されて環状流路７３の下部と連通する環状流路７４とを通って外部に排気される
【００３６】
また、ＣＯ浄化部６０の導出口６２と燃料電池１０の燃料極の導入口１１ａとを連通する配管８２が設けられ、燃料電池の燃料極の導出口１１ｂと燃焼部のガス導入口７２ａとを連通する配管８３が設けられている。両配管８２，８３の間にはバイパス管８４が設けられており、配管８２のバイパス管８４の連結部分には切り替え装置９１が設けられている。この切り替え装置９１は、定常運転時にはＣＯ浄化部６０を燃料電池１０に連通し、起動運転時には一酸化炭素濃度が高い改質ガスを燃料電池１０に供給しないようにするためＣＯ浄化部６０を燃焼部７０のバーナ燃焼部７２に連通するように切り替えられている。これにより、起動運転時には、外部からの燃焼用燃料またはＣＯ浄化部６０から導出された改質ガスの少なくともどちらか一方がバーナ燃焼部７２に供給されて燃焼され、定常運転時には、燃料電池１０で未使用の水素ガス（オフガス）がバーナ本体５１に供給されて燃焼される。
【００３７】
なお、上述した各触媒３０ａ，５０ａ，６０ａは、ペレット状、粒状、またはハニカム形状に形成されるものであり、アルミナ、ジルコニウム、セラミック材などからなる担体に触媒粉末を固着して形成されたり、また、触媒粉末をそれらの形状に成形して焼成されたりしてなるものである。
【００３８】
さらに燃料電池システムは、開閉弁を備えたジョイント装置９２，９３，９４，９５を備えている。ジョイント装置９２は、一端が連結部５６に接続された配管８５の他端に設けられており、燃料電池システムの運転中には開閉弁は閉じられ、燃料電池システムを洗浄する際には開閉弁は開けられる。ジョイント装置９３，９４は、配管８１の酸化空気との合流点よりＣＯシフト部５０側およびＣＯ浄化部６０側にそれぞれ設けられており、燃料電池システムの運転中には開閉弁は閉じられ、燃料電池システムを洗浄する際には開閉弁は開けられる。また、ジョイント装置９３の開閉弁は、配管８１を連通する状態、ＣＯシフト部５０と外部を連通する状態および配管８１を遮断する状態に切り替え可能な構造となっている。ジョイント装置９４の開閉弁は、配管８１を連通する状態、外部とＣＯ浄化部６０を連通する状態および配管８１を遮断する状態に切り替え可能な構造となっている。ジョイント装置９５は、配管８２の切り替え装置９１のＣＯ浄化部６０側に設けられており、燃料電池システムの運転中には開閉弁は閉じられ、燃料電池システムを洗浄する際には開閉弁は開けられる。また、ジョイント装置９５の開閉弁は、配管８２を連通する状態、ＣＯ浄化部６０と外部を連通する状態および配管８２を遮断する状態に切り替え可能な構造となっている。なお、各ジョイント装置９２，９３，９４，９５は外部と連通するドレン９２ａ，９３ａ，９４ａ，９５ａを備えている。
【００３９】
次にこのように構成された燃料電池システムの改質装置の洗浄方法について説明する。まず燃料電池システムの組み立てが完了して、そのシステムを初めて起動させる前に改質装置を液体で洗浄する場合について説明する。洗浄用の液体としては、洗浄後の排水を外部に流しても環境に影響を及ぼさないもの（例えば純水、水道水）が最も望ましいが、洗浄後の排水を浄化処理して外部に流す設備がある場所で使用する場合では特に環境に影響を及ぼさないものに限定されるものでなく、イソプロピルアルコール、有機溶媒などの液体を採用するようにしてもよい。また、触媒に悪影響を及ぼさない液体を使用するのが好ましい。
【００４０】
前準備としてジョイント装置９５のドレン９５ａにパイプを接続し、ジョイント装置９５の開閉弁をＣＯ浄化部６０と外部を連通する状態に切り替える。このとき、開閉弁は配管８２を遮断状態としている。なお、ジョイント装置９２の開閉弁は閉じられ、ジョイント装置９３、９４の各開閉弁は配管８１を連通する状態に切り換えられている。
【００４１】
この状態において、冷却部の導入口４５ａからジョイント装置９５のドレン９５ａまでは連通状態（一つながり）となっており、冷却部の導入口４５ａおよびジョイント装置９５のドレン９５ａのいずれか一方から洗浄用液体を導入し他方から排出する。本実施の形態においては、本燃料電池システムの運転と同様に冷却部の導入口４５ａから水を導入しジョイント装置９５のドレン９５ａから排出するのが好ましい。これにより、既設の構造を利用して洗浄用液体を容易に導入することができる。
【００４２】
このように改質部３０と一酸化炭素低減部（ＣＯシフト部５０、ＣＯ浄化部６０）を連通させたまま、洗浄用の流体を流通させて内部の異物を排出するので、改質装置２０を一度に一まとめにして洗浄することにより短時間にて洗浄することができる。
【００４３】
そして、その洗浄後、洗浄用液体を流通させる代わりに所定温度範囲（１１０℃から３００℃）の温風を吹き込んで乾燥させる。温風は窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが好ましいが空気でもよい。本実施の形態においては、１５０℃の温風を２時間流通させている。所定温度範囲の下限値は、予め実験して得られた温度と乾燥時間の関係を考慮して設定され、上限値は、触媒の耐熱温度により設定されている。温度と乾燥時間の関係は下記表１に示すとおりである。温度が８０℃の場合には、乾燥するのに１０時間もかかるため乾燥条件としては不採用とし、現実的な条件として１１０℃を下限値として設定した。
【表１】
2005251672.tif 000003
【００４４】
これによれば、洗浄用の流体を流通させた後に改質装置２０の内部を乾燥するので、洗浄後であっても確実に燃料電池システムを稼動させることができる。
【００４５】
次に上述した燃料電池システムの改質装置２０の洗浄方法の検証について説明する。この検証方法は、上述した各触媒をそれぞれ実機に充填しないそのままの状態で洗浄し、その洗浄効果と洗浄による触媒性能を検証する。具体的には、次の手順にしたがって試験を実行した。
１．触媒の重量を測定し、その触媒を容器に入れる。
２．その容器に純水を触媒が浸かるまで入れる。
３．所定時間（例えば１分）だけそのまま放置して触媒表面の微粉末を除去し、ふるいに取り出す。
４．触媒にさらに純水をかけて洗浄する。
５．触媒をパレットに移し、乾燥炉に入れて１５０℃で２時間ほど乾燥する。
６．乾燥後、触媒の重量を計測する。
７．乾燥後の重量を計測した後に、触媒性能評価装置を使用して所定の試験条件のもとで性能を計測する。
上記の試験方法による試験結果を下記表２に示す。
【表２】
2005251672.tif 000004
なお、微粉末量は、洗浄前および乾燥後の触媒重量に基づいて下記数１により算出される。
【数１】
2005251672.tif 000005
【００４６】
また、触媒活性の変化は、未洗浄の触媒の（または洗浄前に測定した）触媒性能に対する乾燥後に測定した触媒性能の比で表されている。なお、改質触媒の触媒性能はメタンガスの転化率によって表され、ＣＯシフト触媒およびＣＯ浄化触媒の各触媒性能は導出される一酸化炭素濃度によって表される。
【００４７】
上記表２から明らかなように、触媒を純水にて洗浄することにより触媒に付着している微粉末が相当量除去されることが確認できた。これは、例えば改質部３０に改質触媒３０ａとして上記表２のＲｕ系触媒を約６００ｇ充填し、ＣＯシフト部５０にＣＯシフト触媒５０ａとしてＣｕ−Ｚｎ系触媒を約１８００ｇ充填し、ＣＯ浄化部６０にＣＯ浄化触媒６０ａとしてＲｕ系を４５０ｇ充填した場合、洗浄しなければ微粉末がそれぞれ３．２４ｇ、１４．９４ｇ、０．３６ｇ残留することを示しており、すなわち燃料電池システムの初めての起動前に改質装置２０内には、約１８．５ｇの微粉末が残留していることを示している。したがって、起動前に改質装置２０内を洗浄しなければ、多量の微粉末が下流に流れていき最悪の場合燃料電池１０の燃料極に到達し同燃料極内にて目詰まりを発生させる。
また、純水により触媒を洗浄してもその前後にて触媒性能はほとんど変化しないことを確認することができた。
【００４８】
上述した洗浄方法によれば、改質装置２０の内部に洗浄用の液体を流通させて同内部の異物を排出するので、簡単な構成にて改質装置２０の内部の異物を排除し、特に燃料電池システムを設置した直後の初運転前に効果的に異物を排除することができる。すなわち、組み立て時に改質装置２０に触媒を充填したり、組み立て後改質装置２０の単体または燃料電池システム単体を搬送したりする際に、ペレット状または粒状の触媒が擦れあって表面の触媒粉末が剥がれて改質装置２０内に残留しても、その触媒粉末（異物）は液体による洗浄によって改質装置２０内から排出される。したがって、燃料電池システムの運転を開始した際に、剥がれた触媒粉末が燃料電池１０に到達し燃料極の流路で目詰まりを起こしたりすることはない。
【００４９】
また、上述したように改質装置２０を一度にひとまとめに洗浄する場合には、改質部３０と一酸化炭素低減部を構成するＣＯシフト部５０とＣＯ浄化部６０を連通させたまま、洗浄用の流体を流通させて内部の異物を排出するので、一度に洗浄することにより改質装置２０を短時間にて洗浄することができる。さらに、各ジョイント装置９２，９３，９４を省略することができる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態においては、改質装置２０を一度にひとまとめにして洗浄するようにしたが、改質装置２０を構成するユニット単位で、すなわち改質部３０、ＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０毎に洗浄してもよい。この場合、改質部３０、ＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０の各内部に独立して洗浄用の流体をそれぞれ流通させて同各内部の異物をそれぞれ排出するようにすればよい。
【００５１】
以下各ユニットの具体的な洗浄方法を詳述する。改質部３０を洗浄する場合には、前準備としてジョイント装置９２のドレン９２ａにパイプを接続し、ジョイント装置９２の開閉弁を開き、ジョイント装置９３の開閉弁は配管８１を遮断する状態に切り換えられている。この状態において、冷却部の導入口４５ａからジョイント装置９２のドレン９２ａまでは連通状態（一つながり）となっており、冷却部の導入口４５ａおよびジョイント装置９２のドレン９２ａのいずれか一方から洗浄用液体を導入し他方から排出する。
【００５２】
また、ＣＯシフト部５０を洗浄する場合には、前準備としてジョイント装置９２，９３の各ドレン９２ａ，９３ａにそれぞれパイプを接続し、ジョイント装置９２の開閉弁を開き、ジョイント装置９３の開閉弁をＣＯシフト部５０と外部を連通する状態に切り替える。この状態において、ジョイント装置９２のドレン９２ａからジョイント装置９３のドレン９３ａまでは連通状態となっており、ジョイント装置９２のドレン９２ａおよびジョイント装置９３のドレン９３ａのいずれか一方から洗浄用液体を導入し他方から排出する。
【００５３】
また、ＣＯ浄化部６０を洗浄する場合には、前準備としてジョイント装置９４，９５の各ドレン９４ａ，９５ａにそれぞれパイプを接続し、ジョイント装置９４の開閉弁をＣＯ浄化部６０と外部を連通する状態に切り替え、ジョイント装置９５の開閉弁をＣＯ浄化部６０と外部を連通する状態に切り替える。この状態において、ジョイント装置９４のドレン９４ａからジョイント装置９５のドレン９５ａまでは連通状態となっており、ジョイント装置９４のドレン９４ａおよびジョイント装置９５のドレン９５ａのいずれか一方から洗浄用液体を導入し他方から排出する。そして、各部の洗浄がすべて終了した後に上述したように乾燥させる。
【００５４】
このように改質部３０、ＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０の各内部に独立して洗浄用の流体をそれぞれ流通させて同各内部の異物をそれぞれ排出するので、各ユニットの内部を独立して洗浄することによりそれらユニットに最も適した洗浄用流体および洗浄方法によって洗浄することができる。
【００５５】
また、上述した各実施の形態においては、改質装置２０を燃料電池システムに組み込んだ後に改質装置２０を洗浄したが、改質装置２０を燃料電池システムに組み込む前の改質装置２０をその装置単体にて（すなわち改質装置２０を組み立てた後であって燃料電池システムに組み込む前に改質装置単位で）洗浄するようにしてもよい。この場合にも、上述したように改質装置２０を一度にひとまとめにして洗浄するようにしてもよいし、改質装置２０を構成するユニット単位で洗浄してもよい。そして洗浄後、その改質装置２０を乾燥炉に入れて乾燥したり、また上述のように温風にて乾燥させたりすればよい。これによれば、改質装置２０を組み立てた後に洗浄するので、改質装置２０の内部全域を確実に洗浄することができる。
【００５６】
また、改質装置２０を燃料電池システムに組み込む前の各ユニット単位で洗浄するようにしてもよい。すなわち、改質部２０、ＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０をそれぞれ組み立てた後であってそれらを組み立てて改質装置２０とするまでに洗浄するようにしてもよい。これによれば、各ユニットを単体にて洗浄するので同一ユニットをまとめて洗浄することにより製造コストを低下させることができる。
【００５７】
また、上述した各実施の形態においては、洗浄用流体として液体を採用するようにしたが、これに代えて気体（例えば窒素ガスなどの不活性ガス、空気）を採用するようにしてもよい。この場合、その気体を高圧にて流通させることが望ましい。なお、ペレット形状または粒状に形成した触媒の場合には、高圧ガスによって触媒が移動しないように各ユニットにて固定支持することが好ましい。
【００５８】
また、燃料電池１０の燃料極の手前には、ＣＯ浄化部６０の導出部である導出口６２と燃料極とを連通および遮断する弁（ジョイント装置９５または切り替え装置９１）が設けられているので、この弁を閉じて改質装置２０を洗浄すれば異物を含んだ流体が燃料極に到達するのを防止することができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態においては、一酸化炭素低減部をＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０にて構成したが、ＣＯシフト部５０およびＣＯ浄化部６０のいずれか一方で構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…燃料電池、２０…改質装置、３０…改質部、３０ａ，５０ａ，６０ａ…触媒、３１ａ…混合ガス導入口、３１ｂ…改質ガス導出口、４０…冷却部、４２ａ，４３ａ，５３ａ…開口、４５ａ…導入口、４６ａ…貫通孔、５１ａ…改質ガス導出口、６０…ＣＯ浄化部、６１…導入口、６２…導出口、７０…燃焼部、８１〜８３…配管、８４…バイパス管、９１…切り替え装置、９２〜９５…ジョイント装置。
【図１】
2005251672.tif 000006