(57)【要約】【課題】  別の装置を設けることなく改質触媒を再生して装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、通常運転中に硫黄被毒された改質触媒２１ａを改質部２１内に生成される改質ガスを用いて再生するため、硫黄被毒された改質触媒２１ａを、同改質触媒２１ａと硫黄の化合物から硫黄を除去できる触媒再生温度まで少なくとも昇温する。このとき、燃焼部２２は通常運転中と同様に燃焼させ、触媒を再生する際に水ポンプ５３を制御して通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温する。【選択図】  図１
2005340008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも燃料および改質水が供給されその供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して燃料電池に導出する改質部と、前記改質水を前記改質部に供給する改質水供給手段と、前記燃料を前記改質部に供給する燃料供給手段を備えた燃料電池システムにおいて、
通常運転中に硫黄被毒された前記改質触媒を前記改質部内に生成される前記改質ガスを用いて再生するため、硫黄被毒された前記改質触媒を、同改質触媒と硫黄の化合物から硫黄を除去できる触媒再生温度まで少なくとも昇温することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記改質水供給手段は、前記触媒を再生する際に前記通常運転中の供給量より少ない量の前記改質水を供給することにより、前記改質触媒を前記触媒再生温度まで昇温することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１において、前記燃料供給手段は、前記触媒を再生する際に前記通常運転中の供給量より少ない量の前記燃料を供給することにより、前記改質触媒を前記触媒再生温度まで昇温することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１において、前記改質水供給手段は、前記触媒を再生する際に前記通常運転中の供給量より多い量の前記改質水を供給することにより、前記改質触媒を前記触媒再生温度まで昇温することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１において、前記改質部は、酸化剤ガスが供給されることなく燃料および改質水が供給され、その供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって改質し、
供給された燃焼用燃料を燃焼させてその燃焼ガスによって前記改質部を加熱する燃焼部をさらに備えてなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５において、前記燃焼部は前記通常運転中と同様に燃焼させ、前記改質水供給手段は、前記触媒を再生する際に前記通常運転中の供給量より少ない量の前記改質水を供給することにより、前記改質触媒を前記触媒再生温度まで昇温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５において、前記燃焼部は前記通常運転中と同様に燃焼させ、前記燃料供給手段は、前記触媒を再生する際に前記通常運転中の供給量より少ない量の前記燃料を供給することにより、前記改質触媒を前記触媒再生温度まで昇温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５において、前記燃焼部は前記通常運転中と同様に燃焼させ、前記改質水供給手段は、前記触媒を再生する際に前記通常運転中の供給量より多い量の前記改質水を供給することにより、前記改質触媒を前記触媒再生温度まで昇温することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項５において、前記燃焼部は、前記触媒を再生する際に前記通常運転中の供給量より多い量の前記燃焼用燃料を供給して前記燃焼部の燃焼力を上げることにより、前記改質触媒を前記触媒再生温度まで昇温することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項において、前記触媒再生温度は、８００℃乃至９００℃であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９の何れか一項において、前記改質触媒はニッケル（Ｎｉ）系である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、供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して燃料電池に導出する改質部を備えた燃料電池システムに関し、特に、運転中に被毒された改質触媒を再生する機能を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとしては、供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して燃料電池に導出する改質部と、改質水を改質部に供給する改質水供給手段と、燃料を改質部に供給する燃料供給手段と、供給された燃焼用燃料を燃焼させてその燃焼ガスによって改質部を加熱する燃焼部とを備えてなり、通常運転中には燃焼部の燃焼を調整して改質触媒を定常運転温度範囲に維持しつつ改質部にて燃料および改質水から改質ガスを生成するものが知られている。
【０００３】
改質部に供給される燃料としては、天然ガスを主成分とした都市ガス、ＬＰＧ、ナフサ、灯油などが用いられるが、都市ガスまたはＬＰＧには付臭剤として硫黄化合物が数ｐｐｍ含まれ、灯油には不純物として硫黄化合物が数十ｐｐｍ含まれている。燃料電池システムの燃料供給手段には、硫黄化合物によって改質触媒が被毒されるのを防止するため燃料中の硫黄化合物を取り除く脱硫器が設けられている。しかし、脱硫器は完全に硫黄化合物を除去できないので、硫黄化合物が僅かながら改質触媒に流入し続ける。その結果、徐々に改質触媒が硫黄化合物によって被毒され、やがて必要な触媒機能を満たさなくなり、改質触媒および改質部を交換する手間が生じていた。
【０００４】
この問題を解決する触媒性能を回復する手段を備えたものとして、特許文献１に記載の燃料改質装置がある。この燃料改質装置においては、特許文献１に示されているように、改質部１に不活性ガスまたは水蒸気ガスを供給する回復用ガス供給部４を具備し、回復用ガス供給部４から改質部１へ不活性ガスまたは水蒸気ガスを供給するとともに、加熱治具２で改質部１を加熱（例えば５００〜８００℃程度）することで、改質触媒の触媒活性を回復している。
【０００５】
また、特許文献２に記載の改質触媒装置がある。この改質触媒装置においては、特許文献２の図１に示されているように、燃料と空気とを改質触媒層２に供給するとともに、改質触媒の温度を５００℃以上８００℃以下の範囲にし、改質触媒の性能を回復させている。燃料および空気は燃料導入手段４および空気導入手段５によってそれぞれ改質触媒層２に供給されている。
【０００６】
さらに、特許文献３に記載の改質触媒の生成方法がある。特許文献３には、燃料、空気、蒸気の供給比を調整したり、触媒温度を上昇させたりして触媒を再生する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３５１６０６号公報（第３，４頁、第１図）
【特許文献２】特開２００２−２８２７１０号公報（第３，４頁、第１図）
【特許文献３】特表２００３−５０３１８６号公報（第４−１０頁、第１，２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に記載の燃料改質装置においては、回復用ガス供給部４を設けているため、装置が複雑化・高コスト化するという問題があった。また、特許文献２に記載の改質触媒装置においては、改質触媒が何によって劣化しているかが不明である。また、改質触媒に空気を吹き込むと、ヒートスポットが発生しかえって触媒が劣化するおそれがあった。さらに、空気導入手段５を設けているため、装置が複雑化・高コスト化するという問題があった。また、特許文献３においては、硫黄被毒された触媒を解決する方法について十分に開示されていない。
【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、硫黄被毒された改質触媒を改質部内に生成される改質ガスを用いて再生する際に改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより、別の装置を設けることなく改質触媒を再生して装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる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】
【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、少なくとも燃料および改質水が供給されその供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって改質することにより水素を含む改質ガスを生成して燃料電池に導出する改質部と、改質水を改質部に供給する改質水供給手段と、燃料を改質部に供給する燃料供給手段を備えた燃料電池システムにおいて、通常運転中に硫黄被毒された改質触媒を改質部内に生成される改質ガスを用いて再生するため、硫黄被毒された改質触媒を、同改質触媒と硫黄の化合物から硫黄を除去できる触媒再生温度まで少なくとも昇温することである。
【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、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することである。
【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、燃料供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の燃料を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することである。
【００１２】
また、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することである。
【００１３】
また、請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、改質部は、酸化剤ガスが供給されることなく燃料および改質水が供給され、その供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって改質し、供給された燃焼用燃料を燃焼させてその燃焼ガスによって改質部を加熱する燃焼部をさらに備えてなることである。
【００１４】
また、請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、燃焼部は通常運転中と同様に燃焼させ、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することである。
【００１５】
また、請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、燃焼部は通常運転中と同様に燃焼させ、燃料供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の燃料を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することである。
【００１６】
また、請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、燃焼部は通常運転中と同様に燃焼させ、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することである。
【００１７】
また、請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、燃焼部は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より多い量の燃焼用燃料を供給して燃焼部の燃焼力を上げることにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することである。
【００１８】
また、請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項９の何れか一項において、触媒再生温度は、８００℃乃至９００℃であることである。
【００１９】
また、請求項１１に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項９の何れか一項において、改質触媒はニッケル（Ｎｉ）系であることである。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃料電池システムの通常運転中に硫黄被毒された改質触媒を改質部内に生成される改質ガスを用いて再生するため、硫黄被毒された改質触媒を、同改質触媒と硫黄の化合物から硫黄を除去できる触媒再生温度まで少なくとも昇温する。これにより、反応平衡を利用して発熱反応である改質触媒の被毒の逆向きの化学反応を促進させることにより、改質触媒に化合した物質または吸着された物質を触媒から容易に離脱させる（除去する）ことができる。したがって、別の装置を設けることなく改質触媒を再生することにより装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１の燃料電池システムにおいて、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１の燃料電池システムにおいて、燃料供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の燃料を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１の燃料電池システムにおいて、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１の燃料電池システムにおいて、改質部は、酸化剤ガスが供給されることなく燃料および改質水が供給され、その供給された燃料および改質水を内部に充填された改質触媒によって改質し、供給された燃焼用燃料を燃焼させてその燃焼ガスによって改質部を加熱する燃焼部をさらに備えてなる。これにより、水蒸気改質反応によって燃料を改質する場合でも、燃料電池システムの通常運転中に硫黄被毒された改質触媒を改質部内に生成される改質ガスを用いて再生するため、硫黄被毒された改質触媒を、同改質触媒と硫黄の化合物から硫黄を除去できる触媒再生温度まで少なくとも昇温することができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項５の燃料電池システムにおいて、燃焼部は通常運転中と同様に燃焼させ、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項５の燃料電池システムにおいて、燃焼部は通常運転中と同様に燃焼させ、燃料供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の燃料を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項５の燃料電池システムにおいて、燃焼部は通常運転中と同様に燃焼させ、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項５の燃料電池システムにおいて、燃焼部は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より多い量の燃焼用燃料を供給して燃焼部の燃焼力を上げることにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００２９】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項１乃至請求項９の燃料電池システムにおいて、触媒再生温度は、８００℃乃至９００℃であることにより、確実に改質触媒を再生することができる。
【００３０】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項１乃至請求項９の燃料電池システムにおいて、改質触媒はニッケル（Ｎｉ）系であることにより、ニッケル系の改質触媒を確実に再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
１）第１の実施の形態
以下、本発明による燃料電池システムの第１の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する水蒸気改質方式の改質装置２０を備えている。燃料電池１０は、燃料極１１と空気極１２を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された空気（カソードエア）を用いて発電するものである。
【００３２】
改質装置２０は、燃料を改質する改質部２１と、改質部２１から導出された改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３と、ＣＯシフト部２３から導出された改質ガスに含まれる一酸化炭素をさらに除去する一酸化炭素選択酸化部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４から構成されている。燃料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがあり、本実施の形態においては天然ガスにて説明する。
【００３３】
改質部２１は、有底筒状に形成されて下方に開放するように配置され、かつ内部に改質触媒２１ａが充填された反応室２１ｂを備えている。改質部２１には燃焼部２２が設けられている。燃焼部２２は、反応室２１ｂに密接して設けられて反応室２１ｂを加熱する加熱室２２ａと、加熱室２２ａに高温の燃焼ガスを供給するバーナ２２ｂとから構成されている。
【００３４】
反応室２１ｂには燃料供給源Ｓf（例えば都市ガス管）に接続された燃料供給管４１が接続されており、燃料供給源Ｓｆから燃料が供給されている。燃料供給管４１には、上流から順番に第１燃料バルブ４２、燃料ポンプ４３、脱硫器４４、第２燃料バルブ４５および熱交換部４６が設けられている。第１および第２燃料バルブ４２，４５は制御装置３０の指令によって燃料供給管４１を開閉するものである。燃料ポンプ４３は燃料供給源Ｓｆから供給される燃料を吸い込み改質部２１の反応室２１ｂに吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃料供給量を調整するものである。脱硫器４４は燃料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。熱交換部４６は改質部２１からＣＯシフト部２３へ供給される高温の改質ガスとの間で熱交換が行われて予熱された燃料を改質部２１の反応室２１ｂに供給するものである。これにより、燃料は硫黄分が除去され予熱されて反応室２１ｂに供給される。
【００３５】
また、燃料供給管４１の第２燃料バルブ４５と熱交換部４６との間には蒸発器５５に接続された水蒸気供給管５２が接続され、蒸発器５５から供給された水蒸気が燃料に混合されて改質部２１の反応室２１ｂに供給されている。蒸発器５５には改質水供給源である水タンクＳｗに接続された給水管５１が接続されている。給水管５１には、上流から順番に水ポンプ５３および水バルブ５４が設けられている。水ポンプ５３は水タンクＳｗから供給される改質水を吸い込み蒸発器５５に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて改質水供給量を調整するものである。水バルブ５４は制御装置３０の指令によって給水管５１を開閉するものである。給水管５１は加熱室２２ａの外周に巻きつけられており、給水管５１内の流水が加熱室２２ａの高熱によって予熱される。蒸発器５５には一端が加熱室２２ａに接続され他端が外部に開放されている排気管８１が貫設されており、蒸発器５５は供給される予熱された改質水を排気管８１を流れる加熱室２２ａから外部へ排出される燃焼ガス（排気ガス）によって加熱して水蒸気にし、反応室２１ｂに供給するものである。これにより、改質水は予熱されて蒸発器５５に供給され、水蒸気となって反応室２１ｂに供給される。なお、本第１の実施の形態においては、給水管５１であって加熱室２２ａに巻きつけられた部分と蒸発器５５とから蒸発部５６が構成されている。また、蒸発器５５には内部温度を検出する温度センサ５５ａが設けられている。
【００３６】
反応室２１ｂは、後述するようにバーナ２２ｂの燃焼ガスによって加熱されており、反応室２１ｂ内に供給された燃料と水蒸気は、下記化１に示すように、改質触媒２１ａ（例えば、Ｒｕ、Ｎｉ系の触媒）により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）。これと同時に反応室２１ｂ内では、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素が、下記化２に示すように、水蒸気と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）は熱交換部４６を通って降温されてＣＯシフト部２３に導出される。なお、反応室２１ｂ内には改質触媒２１ａの温度を検出する温度センサ２１ａ１が設けられている。
【００３７】
（化１）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ−Ｑ１
（化２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２＋Ｑ２
【００３８】
水蒸気改質反応は吸熱反応であり、上記化１から明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ１が吸熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ１が発熱される。また、一酸化炭素シフト反応は発熱反応であり、上記化２から明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ２が発熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ２が吸熱される。
【００３９】
ＣＯシフト部２３においては、供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素が、上記化２に示すように、ＣＯシフト部２３内に充填された触媒２３ａ（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系の触媒）により水蒸気と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。これにより、改質ガスは前述した一酸化炭素シフト反応によって一酸化炭素濃度が低減されて導出される。
【００４０】
ＣＯシフト部２３から導出された一酸化炭素濃度が低減された改質ガスは、ＣＯ選択酸化部２４に供給される。一方、ＣＯ選択酸化部２４には、空気供給源Ｓａに接続された酸化用空気供給管６１が接続されており、空気供給源Ｓａ（例えば大気）から空気が供給されている。酸化用空気供給管６１には、上流から順番にフィルタ６２、空気ポンプ６３および空気バルブ６４が設けられている。フィルタ６２は空気を濾過するものである。空気ポンプ６３は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込みＣＯ選択酸化部２４に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて空気供給量を調整するものである。空気バルブ６４は制御装置３０の指令によって酸化用空気供給管６１を開閉するものである。これにより、空気がＣＯ選択酸化部２４に供給される。
【００４１】
ＣＯ選択酸化部２４に供給された改質ガスに残留している一酸化炭素は、下記化３に示すように、ＣＯ選択酸化部２４に充填された触媒２４ａ（例えば、Ｒｕ系またはＰｔ系の触媒）により上述のように供給された空気中の酸素と反応して二酸化炭素になる。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）導出されて、燃料電池１０の燃料極１１に供給されるようになっている。なお、改質ガス中の水素も酸化されて水となる。また、ＣＯ選択酸化部２４内には触媒２４ａの温度を検出する温度センサ２４ａ１が設けられている。
【００４２】
（化３）
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２＋Ｑ３
この反応は発熱反応であり、上記化３から明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ３が発熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ３が吸熱される。
【００４３】
燃料電池１０の燃料極１１の導入口には改質ガス供給管７１を介してＣＯ選択酸化部２４が接続されており、燃料極１１に改質ガスが供給されるようになっている。燃料極１１の導出口にはオフガス供給管７２を介してバーナ２２ｂが接続されており、燃料電池１０から排出されるアノードオフガス（燃料極１１にて未使用な水素を含んだ改質ガス）をバーナ２２ｂに供給するようになっている。バイパス管７３は燃料電池１０をバイパスして改質ガス供給管７１およびオフガス供給管７２を直結するものである。改質ガス供給管７１にはバイパス管７３との分岐点と燃料電池１０との間に第１改質ガスバルブ７４が設けられている。オフガス供給管７２にはバイパス管７３との合流点と燃料電池１０との間にオフガスバルブ７５が設けられている。バイパス管７３には第２改質ガスバルブ７６が設けられている。第１および第２改質ガスバルブ７４，７６およびオフガスバルブ７５はそれぞれの管を開閉するものであり、制御装置３０により制御されている。
【００４４】
また、燃料電池１０の空気極１２の導入口には、空気ポンプ６３の上流にて酸化用空気供給管６１から分岐したカソード用空気供給管６７の先端が接続されており、空気極１２内に空気が供給されるようになっている。カソード用空気供給管６７には上流から順にカソード用空気ポンプ６８およびカソード用空気バルブ６９が設けられている。カソード用空気ポンプ６８は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込み燃料電池の空気極１２に吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じてカソード用空気供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ６９は制御装置３０の指令によってカソード用空気供給管６７を開閉するものである。さらに、燃料電池１０の空気極１２の導出口には、他端が外部に開放されている排気管８２の一端が接続されている。
【００４５】
また、バーナ２２ｂには、燃料ポンプ４３の上流にて燃料供給管４１から分岐した燃焼用燃料供給管４７が接続されており、燃焼用燃料が供給されるようになっている。燃焼用燃料供給管４７には燃焼用燃料ポンプ４８が設けられており、燃焼用燃料ポンプ４８は燃料供給源Ｓｆから供給される燃料を吸い込みバーナ２２ｂに吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃焼用燃料供給量を調整するものである。さらにバーナ２２ｂには空気ポンプ６３の上流にて酸化用空気供給管６１から分岐した燃焼用空気供給管６５が接続されており、燃焼用燃料、改質ガスまたはオフガスを燃焼させるための燃焼用空気が供給されるようになっている。燃焼用空気供給管６５には燃焼用空気ポンプ６６が設けられており、燃焼用空気ポンプ６６は空気供給源Ｓａから供給される空気を吸い込みバーナ２２ｂに吐出するものであり、制御装置３０の指令に応じて燃焼用空気供給量を調整するものである。バーナ２２ｂが制御装置３０の指令によって着火されると、バーナ２２ｂに供給された燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスは燃焼されて高温の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスが加熱室２２ａに供給されて反応室２１ｂが加熱されることにより改質触媒２１ａが加熱される。加熱室２２ａを通過した燃焼ガスは排気管８１および蒸発器５５を通って排気ガスとして外部に排気される。
【００４６】
また、改質ガス供給管７１、オフガス供給管７２および排気管８２の途中には、それぞれ改質ガス用凝縮器７７、アノードオフガス用凝縮器７８およびカソードオフガス用凝縮器７９が設けられている。改質ガス用凝縮器７７は改質ガス供給管７１中を流れる燃料電池１０の燃料極１１に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する。アノードオフガス用凝縮器７８はオフガス供給管７２中を流れる燃料電池１０の燃料極１１から排出されるアノードオフガス中の水蒸気を凝縮する。カソードオフガス用凝縮器７９は排出管８２中を流れる燃料電池１０の空気極１２から排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮する。なお、各凝縮器７７〜７９には、図示しない貯湯槽の低温液体またはラジエータおよび冷却ファンによって冷却された液体が供給される冷媒管が貫設されており、この液体との熱交換によって各ガス中の水蒸気を凝縮している。
【００４７】
これら凝縮器７７，７８，７９は配管８４を介して純水器９５に連通しており、各凝縮器７７，７８，７９にて凝縮された凝縮水は、純水器９５に導出され回収されるようになっている。純水器９５は、各凝縮器７７，７８，７９から供給された凝縮水すなわち回収水を内蔵のイオン交換樹脂によって純水にするものであり、純水化した回収水を水タンクＳｗに導出するものである。なお、純水器９５には水道水供給源（例えば水道管）から供給される補給水（水道水）を導入する配管が接続されており、純水器９５内の貯水量が下限水位を下回ると水道水が供給されるようになっている。
【００４８】
また、燃料電池システムは制御装置３０を備えており、この制御装置３０には、上述した各温度センサ２１ａ１，２４ａ１、各ポンプ４３，４８，５３，６３，６６，６８、各バルブ４２，４５，５４，６４，６９，７４，７５，７６、およびバーナ２２ｂが接続されている（図２参照）。制御装置３０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、図５のフローチャートに対応したプログラムを実行して、燃料電池システムの運転中に被毒された改質触媒２１ａを改質部２１内に生成される改質ガスを用いて再生する際に、改質触媒２１ａを、定常運転温度範囲より高温であり、かつ改質触媒の耐熱温度より低温である触媒再生温度まで昇温するように制御している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。
【００４９】
次に、上述した燃料電池システムの作動について図３および図４を参照して説明する。先に燃料電池システムの通常運転について説明する。制御装置３０は、時刻ｔ０にて図示しない起動スイッチがオンされると、図３に示すプログラムを実行して図４に示すように燃料電池システムを制御する。制御装置３０は、ステップ１０２にて、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開いてＣＯ選択酸化部２４をバーナ２２ｂに接続し、第１燃料バルブ４２を開き第２燃料バルブ４５を閉じて燃焼用燃料ポンプ４８および燃焼用空気ポンプ６６を駆動して燃焼用燃料および燃焼用空気をバーナ２２ｂに供給してバーナ２２ｂを着火する。これにより、燃焼用燃料が燃焼され、燃焼ガスにより改質部２１内の改質触媒２１ａおよび蒸発器５５が加熱される。
【００５０】
制御装置３０は、温度センサ５５ａにより蒸発器５５の温度を検出し、この検出した温度が第１の所定温度Ｔｈ１以上となれば（時刻ｔ１）、水バルブ５４を開き、水ポンプ５３を駆動させ水タンクＳｗの水を所定流量（所定供給量：通常運転流量）だけ蒸発器５５を介して改質部２１に供給する（ステップ１０４，１０６）。
【００５１】
制御装置３０は、蒸発器５５の温度が所定温度Ｔｈ１以上となった時点（時刻ｔ１）からタイマのカウントを開始する。タイマが第１所定時間Ｔ１（例えば１分）以上となれば、第２燃料バルブ４５を開いて燃料ポンプ４３を駆動させ燃料供給源Ｓfの燃料を所定流量（所定供給量：通常運転流量）だけ改質部２１に供給するとともに、空気バルブ６４を開いて空気ポンプ６３を駆動させ空気供給源Ｓａの空気を所定流量（所定供給量：通常運転流量）だけＣＯ選択酸化部２４に供給する（ステップ１０８，１１０）。これにより、改質部２１では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じて改質ガスが生成される。そして、改質部２１から導出された改質ガスはＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４により一酸化炭素ガスを低減されてＣＯ選択酸化部２４から導出され、燃焼部２２のバーナ２２ｂに供給され燃焼される。
【００５２】
このように改質ガスの生成中において、制御装置３０は、温度センサ２４ａ１によりＣＯ選択酸化部２４の触媒２４ａの温度を検出し、この検出した温度が第２の所定温度Ｔｈ２以上となれば（時刻ｔ４）、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ選択酸化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２２ｂに接続する（ステップ１１２，１１４）。
【００５３】
そして、制御装置３０は、ステップ１１６において、定常運転（燃料電池１０を発電させる運転モード）を開始する。このとき、燃料ポンプ４３、水ポンプ５３および空気ポンプ６３の駆動を継続させて燃料、水（水蒸気）および空気を改質装置２０に供給する。具体的には、改質水の供給流量は時刻ｔ１からほぼ一定であり、燃料の供給流量は時刻ｔ２からほぼ一定であるので、改質部２１にはそれぞれ供給開始時と同一量（通常運転中の供給量）の改質水および燃料が所定の比率（例えばＳ／Ｃ（スチーム・カーボン比）＝３）にて供給され続けている。また、酸化用空気の供給流量も時刻ｔ２からほぼ一定である。また、燃焼用燃料ポンプ４８および燃焼用空気ポンプ６６を駆動させ燃焼用燃料および燃焼用空気をアノードオフガスの供給量を考慮した所定流量（所定供給量：定常運転流量）となるようにバーナ２２ｂに供給する。そして、停止スイッチが押されると、燃料電池システムは停止する。
【００５４】
このような通常運転の起動・停止が繰り返し行われる燃料電池システムを長い間使用すると、通常運転中に改質触媒２１ａが硫黄化合物によって被毒される。これは以下の理由による。改質部２１に供給される燃料としては、天然ガスを主成分とした都市ガス、ＬＰＧ、ナフサ、灯油などが用いられるが、都市ガスまたはＬＰＧには付臭剤として硫黄化合物が数ｐｐｍ含まれ、灯油には不純物として硫黄化合物が数十ｐｐｍ含まれている。改質部２１に燃料を供給する燃料供給管４１には、硫黄化合物によって改質触媒２１ａが被毒されるのを防止するため燃料中の硫黄化合物を取り除く脱硫器４４が設けられている。しかし、脱硫器４４は完全に硫黄化合物を除去できないので、硫黄化合物が僅かながら改質触媒２１ａに流入し続ける。その結果、徐々に改質触媒２１ａが硫黄化合物によって被毒される。
【００５５】
具体的には、改質触媒２１ａがＲｕ（ルテニウム）系である場合、改質触媒２１ａが、下記化４に示すような化学反応によって硫黄化合物によって被毒される。
【００５６】
（化４）
Ｒｕ＋２Ｈ２Ｓ→ＲｕＳ２＋２Ｈ２−Ｑ４
この反応は、上記化４から明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ４が吸熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ４が発熱される。
【００５７】
また、改質触媒２１ａがＮｉ（ニッケル）系である場合、改質触媒２１ａが、下記化５〜化７に示すような各化学反応によって硫黄化合物によって被毒される。
（化５）
Ｎｉ＋２Ｈ２Ｓ→ＮｉＳ２＋２Ｈ２−Ｑ５
（化６）
Ｎｉ＋Ｈ２Ｓ→ＮｉＳ＋Ｈ２−Ｑ６
（化７）
３Ｎｉ＋２Ｈ２Ｓ→Ｎｉ３Ｓ２＋２Ｈ２−Ｑ７
これら各反応は、上記化５〜化７からそれぞれ明らかなように右側に反応が進む際に熱量Ｑ４〜Ｑ７が吸熱され、逆に左側に反応が進む際に熱量Ｑ４〜Ｑ７が発熱される。
【００５８】
次にこのように被毒されたＲｕ系触媒の改質触媒２１ａを再生する方法について図４および図５を参照して説明する。なお、燃料電池システムの起動時に再生処理をする場合について説明する。制御装置３０は、図３のステップ１１０の処理を実行した後に、図５に示すステップ２０２の処理をする。なお、図５に示すフローチャートは改質水の流量制御のみを示しており他の制御は図３に示すフローチャートと同様に行われる。
【００５９】
制御装置３０は、時刻ｔ２からタイマのカウントを開始する。タイマが第２所定時間Ｔ２（例えば１分）以上となれば（時刻ｔ３）、水ポンプ５３を制御して水タンクＳｗの水を通常運転流量から減少させて第１再生運転流量とする（ステップ２０２，２０４）。そして、時刻ｔ３から再びタイマのカウントを開始し、タイマが第３所定時間Ｔ３（例えば５分）以上となれば（時刻ｔ５）、水ポンプ５３を制御して水タンクＳｗの水を通常運転流量に戻す（ステップ２０６，２０８）。これにより、改質水の供給量が減少している間（時刻ｔ３から時刻ｔ５まで）、改質部２１にはそれぞれ第１再生運転流量の改質水および通常運転流量の燃料が所定の比率（例えばＳ／Ｃ（スチーム・カーボン比）＝２．５）にて供給されている。
【００６０】
改質水の供給量が少なくなると、改質部２１においては、吸熱反応である水蒸気改質反応が減少するため、燃焼ガスから供給される熱がその水蒸気改質反応に消費されず減少しないので、また供給した改質水の蒸発および昇温に用いられる熱量が減少するので、その熱によって改質部２１が定常運転温度範囲より昇温される。なお、第１再生運転流量は、改質部２１の温度が触媒再生温度（具体的には５００〜８００℃）となるように設定されている。触媒再生温度は、定常運転温度範囲より高温でありかつ触媒の耐熱温度（約８００℃）より低温であり、改質触媒２１ａと硫黄の化合物から硫黄を除去できる温度（温度範囲）である。さらに、触媒再生温度は、上記化４と同じ下記化８において、左側に反応が進むに必要な温度に設定されている。
（化８）
Ｒｕ＋２Ｈ２Ｓ→ＲｕＳ２＋２Ｈ２−Ｑ４
したがって、改質触媒２１ａにおいては、上記化８から明らかなように左側に進む反応が起きるので、被毒された触媒と改質ガス中の水素が反応して硫化物とＲｕ（ルテニウム）が生成されることにより、被毒された触媒から硫黄が除去されて触媒が再生される。
【００６１】
上述した説明から理解できるように、この第１の実施の形態においては、燃料電池システムの通常運転中に硫黄被毒された改質触媒２１ａを改質部２１内に生成される改質ガスを用いて再生するため、硫黄被毒された改質触媒２１ａを、同改質触媒２１ａと硫黄の化合物から硫黄を除去できる触媒再生温度まで少なくとも昇温する。これにより、反応平衡を利用して発熱反応である改質触媒の被毒の逆向きの化学反応を促進させることにより、改質触媒に化合した物質または吸着された物質を触媒から容易に離脱させる（除去する）ことができる。したがって、別の装置を設けることなく改質触媒を再生することにより装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００６２】
また、燃焼部２２は通常運転中と同様に燃焼させ、触媒を再生する際に水ポンプ５３を制御して通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温する。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００６３】
なお、上述した第１の実施の形態においては、触媒を再生する際に水ポンプ５３を制御して通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温したが、これに代えて、燃料ポンプ４３を制御して通常運転中の供給量より少ない量の燃料を供給することにより、改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温するようにしてもよい。これによっても、燃料の供給量が少なくなると、改質部２１においては、吸熱反応である水蒸気改質反応が減少するため、燃焼ガスから供給される熱がその水蒸気改質反応に消費されず減少しないので、その熱によって改質部２１が定常運転温度範囲より昇温される。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００６４】
また、上述した第１の実施の形態においては、本発明をＲｕ系触媒である改質触媒２１ａに適用したが、Ｎｉ系触媒である改質触媒２１ａに適用するようにしてもよい。この場合、第１再生運転流量は、改質部２１の温度が触媒再生温度（具体的には８００〜９００℃）となるように設定されている。触媒再生温度は、定常運転温度範囲より高温でありかつ触媒の耐熱温度（約９００℃）より低温であり、改質触媒２１ａと硫黄の化合物から硫黄を除去できる温度（温度範囲）である。さらに、触媒再生温度は、上記化５〜化７と同じ下記化９〜化１１において、左側に反応が進むに必要な温度に設定されている。
【００６５】
（化９）
Ｎｉ＋２Ｈ２Ｓ→ＮｉＳ２＋２Ｈ２−Ｑ５
（化１０）
Ｎｉ＋Ｈ２Ｓ→ＮｉＳ＋Ｈ２−Ｑ６
（化１１）
３Ｎｉ＋２Ｈ２Ｓ→Ｎｉ３Ｓ２＋２Ｈ２−Ｑ７
したがって、改質触媒２１ａにおいては、上記化９〜化１１から明らかなように左側に進む反応が起きるので、被毒された触媒と改質ガス中の水素が反応して硫化物とＮｉ（ニッケル）が生成されることにより、被毒された触媒から硫黄が除去されて触媒が再生される。
【００６６】
２）第２の実施の形態
以下、本発明による燃料電池システムの第２の実施の形態について図６および図７を参照して説明する。図６は図３に示すフローチャートの代わりに実行されるフローチャートである。
【００６７】
上述した第１の実施の形態においては、触媒を再生する際に水ポンプ５３を制御して通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温したが、これに代えて、水ポンプ５３を制御して通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温するようにしてもよい。
【００６８】
具体的には、制御装置３０は、時刻ｔ１０にて図示しない起動スイッチがオンされると、図６に示すプログラムを実行して図７に示すように燃料電池システムを制御する。制御装置３０は、ステップ３０２にて、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を閉じ第２改質ガスバルブ７６を開いてＣＯ選択酸化部２４をバーナ２２ｂに接続し、第１燃料バルブ４２を開き第２燃料バルブ４５を閉じて燃焼用燃料ポンプ４８および燃焼用空気ポンプ６６を駆動して燃焼用燃料および燃焼用空気をバーナ２２ｂに供給してバーナ２２ｂを着火する。これにより、燃焼用燃料が燃焼され、燃焼ガスにより改質部２１内の改質触媒２１ａおよび蒸発器５５が加熱される。
【００６９】
制御装置３０は、温度センサ５５ａにより蒸発器５５の温度を検出し、この検出した温度が第１の所定温度Ｔｈ１以上となれば（時刻ｔ１１）、水バルブ５４を開くとともに、水ポンプ５３を駆動させ水タンクＳｗの水を上述した通常運転流量より多い第２再生運転流量だけ蒸発器５５を介して改質部２１に供給する（ステップ３０４〜３０８）。この供給は後述するように第４所定時間Ｔ４だけ行われる。第４所定時間Ｔ４は、改質部２１の温度が触媒再生温度となるに十分である時間に設定されている。例えば、改質水の第２再生運転流量が通常運転流量の燃料に対してＳ／Ｃ（スチーム・カーボン比）＝１５となるように供給されている。このように所定温度まで加熱された改質部２１内に改質水のみ多量に投入されると、多量の水蒸気が発生し、この水蒸気が熱媒体として機能するため、改質触媒２１ａの熱伝導性が向上し燃焼部２２から供給される熱および局所的に熱せられた改質装置の熱容器から熱媒体に受熱された熱が触媒内を伝播しやすくなる。したがって、改質部２１が定常運転温度範囲より昇温される。なお、第２再生運転流量は、改質部２１の温度が触媒再生温度（具体的には５００〜６００℃）となるように設定されている。
【００７０】
さらに、触媒再生温度は、上記化８において、左側に反応が進むに必要な温度に設定されている。したがって、改質触媒２１ａにおいては、上記化８から明らかなように左側に進む反応が起きるので、被毒された触媒と改質ガス中の水素が反応して硫化物とＲｕ（ルテニウム）が生成されることにより、被毒された触媒から硫黄が除去されて触媒が再生される。
【００７１】
制御装置３０は、時刻ｔ１１からタイマのカウントを開始する。タイマが第４所定時間Ｔ４（例えば３分）以上となれば（時刻ｔ１２）、第２燃料バルブ４５を開いて燃料ポンプ４３を駆動させ燃料供給源Ｓfの燃料を所定流量（所定供給量：通常運転流量）だけ改質部２１に供給するとともに、空気バルブ６４を開いて空気ポンプ６３を駆動させ空気供給源Ｓａの空気を所定流量（所定供給量：通常運転流量）だけＣＯ選択酸化部２４に供給する（ステップ３１０，３１２）。これにより、改質部２１では上述した水蒸気改質反応および一酸化炭素シフト反応が生じて改質ガスが生成される。そして、改質部２１から導出された改質ガスはＣＯシフト部２３およびＣＯ選択酸化部２４により一酸化炭素ガスを低減されてＣＯ選択酸化部２４から導出され、燃焼部２２のバーナ２２ｂに供給され燃焼される。
【００７２】
このように改質ガスの生成中において、制御装置３０は、温度センサ２４ａ１によりＣＯ選択酸化部２４の触媒２４ａの温度を検出し、この検出した温度が第２の所定温度Ｔｈ２以上となれば、第１改質ガスバルブ７４およびオフガスバルブ７５を開き第２改質ガスバルブ７６を閉じてＣＯ選択酸化部２４を燃料電池１０の燃料極１１の導入口に接続するとともに燃料極１１の導出口をバーナ２２ｂに接続する。一方で、制御装置３０は、時刻ｔ１２からタイマのカウントを開始する。タイマが第５所定時間Ｔ５（例えば１分）以上となれば（時刻ｔ１３）、水ポンプ５３を駆動させ改質部２１への供給量を通常運転流量に戻す（ステップ３１６，３１８）。そして、制御装置３０は、ステップ３２２において、上述した定常運転（燃料電池１０を発電させる運転モード）を開始する。
【００７３】
上述した説明から理解できるように、この第２の実施の形態においては、燃料電池システムの通常運転中に被毒された改質触媒２１ａを改質部２１内に生成される改質ガスを用いて再生する際に、燃焼部２２は通常運転中と同様に燃焼させ、水ポンプ５３を制御して通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温する。これにより、反応平衡を利用して発熱反応である改質触媒の被毒の逆向きの化学反応を促進させることにより、改質触媒に化合した物質または吸着された物質を触媒から容易に離脱させる（除去する）ことができる。したがって、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく改質触媒を再生することにより装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００７４】
なお、上述した第２の実施の形態においては、本発明をＲｕ系触媒である改質触媒２１ａに適用したが、Ｎｉ系触媒である改質触媒２１ａに適用するようにしてもよい。この場合、上述したステップ３１０にて第４所定時間Ｔ４の代わりにこれより長い第６所定時間Ｔ６を使用し、ステップ３１４にて第５所定時間Ｔ５の代わりにこれより長い第７所定時間Ｔ７を使用する。図８は燃料電池システムのタイムチャートを示す。Ｒｕ系触媒よりＮｉ系触媒の触媒再生温度が高いからである。また、第２再生運転流量は、改質部２１の温度が触媒再生温度（具体的には８００〜９００℃）となるように設定されている。触媒再生温度は、定常運転温度範囲より高温でありかつ触媒の耐熱温度（約９００℃）より低温であり、改質触媒２１ａと硫黄の化合物から硫黄を除去できる温度（温度範囲）である。さらに、触媒再生温度は、上記化５〜化７と同じ下記化９〜化１１において、左側に反応が進むに必要な温度に設定されている。
【００７５】
（化９）
Ｎｉ＋２Ｈ２Ｓ→ＮｉＳ２＋２Ｈ２−Ｑ５
（化１０）
Ｎｉ＋Ｈ２Ｓ→ＮｉＳ＋Ｈ２−Ｑ６
（化１１）
３Ｎｉ＋２Ｈ２Ｓ→Ｎｉ３Ｓ２＋２Ｈ２−Ｑ７
したがって、改質触媒２１ａにおいては、上記化９〜化１１から明らかなように左側に進む反応が起きるので、被毒された触媒と改質ガス中の水素が反応して硫化物とＮｉ（ニッケル）が生成されることにより、被毒された触媒から硫黄が除去されて触媒が再生される。
【００７６】
また、上述した各実施の形態においては、バーナ２２ｂに供給する燃料の総供給量、すなわち燃焼用燃料のみを供給する場合の燃焼用燃料の供給量、またはアノードオフガスと追い炊き燃料（アノードオフガスの不足分を補充する燃焼用燃料）の総供給量を通常運転中の供給量より多い量となるように燃焼用燃料ポンプ４８を制御することにより、バーナ２２ｄの燃焼力を上げて改質触媒２１ａを触媒再生温度まで昇温するようにしてもよい。これによっても、従来の燃料電池システムに別の装置を設けることなく、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することにより改質触媒を再生することができるので、装置の複雑化・高コスト化を抑制することができる。
【００７７】
また、上述した実施の形態においては、本発明を、水蒸気改質方式の改質装置２０を備えた燃料電池システムに適用したが、オートサーマル方式の改質装置を備えた燃料電池システムに適用可能である。水蒸気改質方式は、吸熱反応である水蒸気改質反応に必要な熱を外部（例えばバーナなどの燃焼部）から供給するものであり、これに対して、オートサーマル方式は、改質部に燃料および改質水とともに酸化剤ガス（空気）を供給して燃料を酸化剤ガスによって発熱反応である酸化反応させその際発生する熱を水蒸気改質反応に使用するものである。したがって、通常運転中に水蒸気改質反応に必要な熱を供給するため燃焼部の燃焼量などを調整する必要はないが、改質部への燃料、改質水および酸化剤ガスの供給量比などを調整する必要がある。
【００７８】
このオートサーマル方式の場合において、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することが好ましく、燃料供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より少ない量の燃料を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することが好ましく、さらに、改質水供給手段は、触媒を再生する際に通常運転中の供給量より多い量の改質水を供給することにより、改質触媒を触媒再生温度まで昇温することが好ましい。
【００７９】
また、上述した各実施の形態においては、再生処理を燃料電池システムの起動時に行う場合について説明したが、再生処理を燃料電池システムの稼動中に定期的に行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による燃料電池システムの第１の実施の形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】図２に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図４】本発明による燃料電池システムの第１の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。
【図５】図２に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図６】図２に示した制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図７】本発明による燃料電池システムの第２の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。
【図８】本発明による燃料電池システムの他の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質装置、２１…改質部、２１ａ…改質触媒、２１ａ１…温度センサ、２１ｂ…反応室、２２…燃焼部、２２ｂ…バーナ、２３…ＣＯシフト部、２３ａ…触媒、２４…ＣＯ選択酸化部、２４ａ…触媒、２４ａ１…温度センサ、３０…制御装置、４１…燃料供給管、４２…第１燃料バルブ、４３…燃料ポンプ、４４…脱硫器、４５…第２燃料バルブ、４６…熱交換部、４７…燃焼用燃料供給管、４８…燃焼用燃料ポンプ、５１…給水管、５２…水蒸気供給管、５３…水ポンプ、５４…水バルブ、５５…蒸発器、５５ａ…温度センサ、６１…酸化用空気供給管、６２…フィルタ、６３…空気ポンプ、６４…空気バルブ、６５…燃焼用空気供給管、６６…燃焼用空気ポンプ、６７…カソード用空気供給管、６８…カソード用空気ポンプ、６９…カソード用空気バルブ、７１…改質ガス供給管、７２…オフガス供給管、７３…バイパス管、７４…第１改質ガスバルブ、７５…オフガスバルブ、７６…第２改質ガスバルブ、７７，７８，７９…凝縮器、８１，８２…排気管、８４…回収水導出管、Ｓａ…空気供給源、Ｓｆ…燃料供給源、Ｓｗ…改質水供給源。
【図１】
2005340008.tif 000003
【図２】
2005340008.tif 000004
【図３】
2005340008.tif 000005
【図４】
2005340008.tif 000006
【図５】
2005340008.tif 000007
【図６】
2005340008.tif 000008
【図７】
2005340008.tif 000009
【図８】
2005340008.tif 000010