(57)【要約】【課題】窒素ガスボンベをシステムに組み込むことなく、安全に経済的にかつ容易にシステムを停止できる燃料電池発電システムおよびその停止方法の提供。【解決手段】原燃料ガス開閉弁２を備えた原燃料ガス供給ライン３を経て燃料ガスを供給して水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置７と、燃料改質装置７で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁１１を備えた改質ガス供給ライン１２を経て供給して、この改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池１３とを具備する燃料電池発電システム１（１）であって、燃料改質装置７と改質ガス開閉弁１１との間の改質ガス供給ライン１２に、酸素除去手段２２および空気取り入れ手段２３を順次設け、燃料電池発電システム停止時に空気取り入れ手段２３を作動してシステム外から空気を改質ガス供給ライン１２に取り入れ、取り入れた空気中の酸素を酸素除去手段２２により取り除くように構成するこよにより課題を解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料ガス開閉弁を備えた原燃料ガス供給ラインを経て燃料ガスを供給して水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁を備えた改質ガス供給ラインを経て供給して、この改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池とを具備する燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置と前記改質ガス開閉弁との間の前記改質ガス供給ラインに、酸素除去手段および空気取り入れ手段を順次設け、燃料電池発電システム停止時に前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記改質ガス供給ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除くように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
原燃料ガス開閉弁を備えた原燃料ガス供給ラインを経て燃料ガスを供給して水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁を備えた改質ガス供給ラインを経て供給して、この改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池とを具備する燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置と前記改質ガス開閉弁との間の前記改質ガス供給ラインに、酸素除去手段および空気取り入れ手段を順次設けた分岐ラインを接続し、燃料電池発電システム停止時に前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記分岐ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除いて前記改質ガス供給ラインに供給するように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記燃料改質装置と前記酸素除去手段との間の前記改質ガス供給ラインあるいは前記分岐ラインに、さらに酸素検出手段を設けたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記システムの運転状況の情報を取得する手段を備え、管理装置の表示装置に表示される前記手段により取得された情報および／または燃料電池発電システムに接続された表示装置に表示される前記手段により取得された情報によって、前記酸素除去手段の交換時期を判定するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池発電システムの停止時には、原燃料ガス開閉弁を閉じ、あるいはさらに改質ガス開閉弁を閉じた後、空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を取り入れ、取り入れた空気中の酸素を酸素除去手段により取り除いてシステム内に供給することを特徴とする燃料電池発電システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家庭用の小型電源として好適な燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを、水蒸気と反応させて水素に改質する改質器（ＲＦ）と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器（ＳＨ）と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器（ＰＲＯＸ）と、このようにして得られた水素（改質ガス）と空気中の酸素などの酸化剤とを化学反応させて発電する燃料電池とを備えた小型電源としての燃料電池発電システムが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
燃料極（ＡＮ）に水素を含む燃料ガス、空気極（ＣＡ）に空気を供給すると、燃料極では、水素分子を水素イオンと電子に分解する燃料極反応、空気極では、酸素と水素イオンと電子から水を生成する電気化学反応がそれぞれ行われ、燃料極から空気極に向かって外部回路を移動する電子により電力が負荷に供給されるとともに、空気極側に水が生成される。
【０００４】
図６に従来の燃料電池発電システムを示す。
図６に示すように、燃料電池発電システム１Ａは、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを、原燃料ガス開閉弁２を備えた原燃料ガス供給ライン３を経て供給して脱硫する脱硫器４を備えるとともに、一方水を閉止弁５を経て図示しない気化器へ送って気化して水蒸気を供給する水系ライン６を備え、原燃料ガス供給ライン３からの脱硫した燃料ガスと水系ライン６からの水蒸気を供給し、燃料ガスをＣＯ濃度を低減した水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置７［改質器（ＲＦ）８／ＣＯ変成器（ＳＨ）９／ＣＯ除去器（ＰＲＯＸ）１０］を備えており、燃料改質装置７で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁１１を備えた改質ガス供給ライン１２を経て図示しない燃料極（ＡＮ）に供給し、この改質ガスと図示しない空気極（ＣＡ）へ供給された空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池１３を備えている。
【０００５】
また、燃料電池発電システム１Ａは、原燃料ガス供給ライン３の分岐部１４から分岐して水蒸気改質による反応は吸熱反応であため改質反応を維持するための必要な熱量を供給するために原燃料ガスの一部を燃料改質装置７の燃焼器（バーナ）１５へ供給する開閉弁１６を備えた燃焼用原燃料ガス供給ライン１７を備えている。また、燃料電池１３から排出される水素ガス（オフガス）はオフガスライン１８を経て燃焼部（バーナ）１５に供給されるようになっている。
【０００６】
上記の構成の燃料電池発電システム１Ａにおいて、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを、原燃料ガス供給ライン３から脱硫器４を経て燃料改質装置７［改質器（ＲＦ）８／ＣＯ変成器（ＳＨ）９／ＣＯ除去器（ＰＲＯＸ）１０］へ供給するとともに、水系ライン６を経て水蒸気を燃料改質装置７の改質器（ＲＦ）８へ供給し、燃料ガスをＣＯ濃度を低減した水素リッチな改質ガスに改質し、燃料改質装置７で得られた改質ガスを改質ガス供給ライン１２を経て燃料電池１３の図示しない燃料極（ＡＮ）に供給し、この改質ガスと燃料電池１３の図示しない空気極（ＣＡ）へ供給された空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する。
【０００７】
燃料改質装置７の起動時、原燃料ガスの一部を燃焼用原燃料ガス供給ライン１７を経て燃料改質装置７の燃焼器（バーナ）１５へ供給して改質反応を維持するための必要な熱量が供給されるように加熱する。燃料電池発電システム１Ａの起動後は、燃料電池１３から排出される水素ガス（オフガス）をオフガスライン１８を経て燃焼器（バーナ）１５に供給して燃焼して燃料改質装置７における改質反応を維持するための熱量を得ることができる。
【０００８】
そして、燃料電池発電システム１Ａの停止時にはシステム中に可燃性ガスが残留しているとともに、システム中には十分気化していない液体の水が残留しており、出入口を閉止すると、水の気化により反応器内の圧力が上昇したり、出入口を閉止したまま温度が低下すると、反応器内の水蒸気が凝縮して、圧力低下が発生し、反応器内が負圧となりシステム外の空気がシステム内に流入して触媒に悪影響を及ぼしたり反応器を破損したり、凝縮水が触媒に悪影響を及ぼす問題がある。
一方、出口を開放したまま温度が低下すると、反応器内が負圧になり、外部空気が反応器内に混入し反応触媒が酸化により劣化する問題があり、例えばＣＯ変成触媒にＣｕ−Ｚｎ系触媒などを使用すると、酸化反応により反応器が発熱する問題が生じる。
【０００９】
そこで原燃料ガス供給ライン３の脱硫器４の前に窒素ボンベ１９を備えた窒素供給経路２０を設け、燃料電池発電システム１Ａの停止時に、窒素ガスを窒素ボンベ１９から原燃料ガス供給ライン３を経て燃料改質装置７へ送り大気に放出するなどしてシステム内を窒素ガスで置換することが行われる。
【特許文献１】特開２００３−２１７６２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２１７６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、窒素ガスボンベをシステムに組み込んで使用する方法では窒素ガスボンベ中のガス量のチェック、窒素ガスボンベの交換などの必要があり、システムの管理が煩雑になり、コストアップになるという問題があった。
【００１１】
本発明の第１の目的は、窒素ガスボンベをシステムに組み込むことなく、安全に経済的にかつ容易にシステムを停止することができる燃料電池発電システムを提供することであり、
本発明の第２の目的は、燃料電池発電システムを経済的にかつ容易に停止する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解消するための本発明の請求項１記載の燃料電池発電システムは、原燃料ガス開閉弁を備えた原燃料ガス供給ラインを経て燃料ガスを供給して水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁を備えた改質ガス供給ラインを経て供給して、この改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池とを具備する燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置と前記改質ガス開閉弁との間の前記改質ガス供給ラインに、酸素除去手段および空気取り入れ手段を順次設け、燃料電池発電システム停止時に前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記改質ガス供給ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除くように構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解消するための本発明の請求項２記載の燃料電池発電システムは、原燃料ガス開閉弁を備えた原燃料ガス供給ラインを経て燃料ガスを供給して水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁を備えた改質ガス供給ラインを経て供給して、この改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池とを具備する燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置と前記改質ガス開閉弁との間の前記改質ガス供給ラインに、酸素除去手段および空気取り入れ手段を順次設けた分岐ラインを接続し、燃料電池発電システム停止時に前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記分岐ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除いて前記改質ガス供給ラインに供給するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３記載の燃料電池発電システムは、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料改質装置と前記酸素除去手段との間の前記改質ガス供給ラインあるいは前記分岐ラインに、さらに酸素検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４記載の燃料電池発電システムは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、前記システムの運転状況の情報を取得する手段を備え、管理装置の表示装置に表示される前記手段により取得された情報および／または燃料電池発電システムに接続された表示装置に表示される前記手段により取得された情報によって、前記酸素除去手段の交換時期を判定するように構成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池発電システムの停止時には、原燃料ガス開閉弁を閉じ、あるいはさらに改質ガス開閉弁を閉じた後、空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を取り入れ、取り入れた空気中の酸素を酸素除去手段により取り除いてシステム内に供給することを特徴とする燃料電池発電システムの停止方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１記載の燃料電池発電システムは、原燃料ガス開閉弁を備えた原燃料ガス供給ラインを経て燃料ガスを供給して水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁を備えた改質ガス供給ラインを経て供給して、この改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池とを具備する燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置と前記改質ガス開閉弁との間の前記改質ガス供給ラインに、酸素除去手段および空気取り入れ手段を順次設け、燃料電池発電システム停止時に前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記改質ガス供給ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除くように構成したことを特徴とするものであり、
システムの停止時には、前記原燃料ガス開閉弁を閉じ、あるいはさらに前記改質ガス開閉弁を閉じた後、前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記改質ガス供給ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除いてシステム内に供給するようにしたので、窒素ガスボンベをシステムに組み込むことなく、安全に経済的にかつ容易にシステムを停止することができるという、顕著な効果を奏する。
【００１８】
本発明の請求項２記載の燃料電池発電システムは、原燃料ガス開閉弁を備えた原燃料ガス供給ラインを経て燃料ガスを供給して水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置と、前記燃料改質装置で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁を備えた改質ガス供給ラインを経て供給して、この改質ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池とを具備する燃料電池発電システムであって、
前記燃料改質装置と前記改質ガス開閉弁との間の前記改質ガス供給ラインに、酸素除去手段および空気取り入れ手段を順次設けた分岐ラインを接続し、燃料電池発電システム停止時に前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記分岐ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除いて前記改質ガス供給ラインに供給するように構成したことを特徴とするものであり、
システムの停止時には、前記原燃料ガス開閉弁を閉じ、あるいはさらに前記改質ガス開閉弁を閉じた後、前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記分岐ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除いて前記改質ガス供給ラインを経てシステム内に供給するようにしたので、窒素ガスボンベをシステムに組み込むことなく、安全に経済的にかつ容易にシステムを停止することができるという、顕著な効果を奏する。
【００１９】
本発明の請求項３記載の燃料電池発電システムは、請求項１あるいは請求項２記載の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料改質装置と前記酸素除去手段との間の前記改質ガス供給ラインあるいは前記分岐ラインに、さらに酸素検出手段を設けたことを特徴とするものであり、
前記酸素検出手段システムにより検出されたデータの出力信号により、前記酸素除去手段の交換時期を知ることができるという、さらなる顕著な効果を奏する。
【００２０】
本発明の請求項４記載の燃料電池発電システムは、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、前記システムの運転状況の情報を取得する手段を備え、管理装置の表示装置に表示される前記手段により取得された情報および／または燃料電池発電システムに接続された表示装置に表示される前記手段により取得された情報によって、前記酸素除去手段の交換時期を判定するように構成したことを特徴とするものであり、
例えば複数の分散燃料電池発電システムをインターネットや電話線などのネットワークを介して利用者の電力やガスや水などの消費量などの管理を遠隔から集中して行う管理者が確認可能な管理装置の表示装置（例えば、リモートコントローラーの液晶画面、テレビまたはパーソナルコンピュータの画面など）に表示させ、表示された情報により管理者あるいはオペレータが前記酸素除去手段の交換時期を判定してメンテナンス会社の担当者にネットワークを介して連絡するなどして対応するようにしたり、あるいは利用者の有する燃料電池発電システム自体に接続された表示装置（例えば、家庭内に設置されたテレビまたはパーソナルコンピュータの画面など）に表示させて、利用者が表示された情報により前記酸素除去手段の交換時期を判定するなどしてメンテナンス会社の担当者にネットワークを介して連絡するなどして対応するようにしたり、あるいは、利用者の有する燃料電池発電システム自体に接続された後述する図６に示したようなリモコンなどの表示装置にお知らせサインとして表示させて、利用者が表示された情報により前記酸素除去手段の交換時期を判定してネットワークを介さずにメンテナンス会社の担当者に連絡するなどして対応するようにしたので、前記酸素除去手段の適切な交換時期を見逃さず確実に容易に行えるという、さらなる顕著な効果を奏する。
【００２１】
本発明の請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池発電システムの停止時には、原燃料ガス開閉弁を閉じ、あるいはさらに改質ガス開閉弁を閉じた後、空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を取り入れ、取り入れた空気中の酸素を酸素除去手段により取り除いてシステム内に供給することを特徴とする燃料電池発電システムの停止方法であり、本発明の燃料電池発電システムを安全に経済的にかつ容易に停止できるという、顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（１）第１実施形態：
図１は本発明の燃料電池発電システムの１実施の形態を示す説明図である。
図１に示すように、本発明の燃料電池発電システム１（１）は、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを、原燃料ガス開閉弁２を備えた原燃料ガス供給ライン３を経て供給して脱硫する脱硫器４を備えるとともに、一方、水を閉止弁５を経て図示しない気化器へ送って気化して水蒸気を供給する水系ライン６を備え、原燃料ガス供給ライン３からの脱硫した燃料ガスと水系ライン６からの水蒸気を供給し、燃料ガスをＣＯ濃度を低減した水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置７［改質器（ＲＦ）８／ＣＯ変成器（ＳＨ）９／ＣＯ除去器（ＰＲＯＸ）１０］を備えており、燃料改質装置７で得られた改質ガスを改質ガス開閉弁１１を備えた改質ガス供給ライン１２を経て図示しない燃料極（ＡＮ）に供給し、この改質ガスと図示しない空気極（ＣＡ）へ供給された空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池１３を備えている。
【００２３】
また、本発明の燃料電池発電システム１（１）は、原燃料ガス供給ライン３の分岐部１４から分岐して水蒸気改質による反応は吸熱反応であため改質反応を維持するための必要な熱量を供給するために原燃料ガスの一部を燃料改質装置７の燃焼器（バーナ）１５へ供給する開閉弁１６を備えた燃焼用原燃料ガス供給ライン１７を備えている。また、燃料電池１３から排出される水素ガス（オフガス）はオフガスライン１８を経て燃焼部（バーナ）１５に供給される。
【００２４】
そして本発明の燃料電池発電システム１（１）は、燃料改質装置７と改質ガス開閉弁１１との間の改質ガス供給ライン１２に、酸素検出手段としての酸素センサ２１、酸素除去手段としての酸素吸着剤２２を順次設けるとともに空気取り入れ手段として空気取り入れ用開閉弁２３を備えた空気取り入れライン２４を連結・接続して設けてある。
【００２５】
上記の構成の本発明の燃料電池発電システム１（１）において、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを、原燃料ガス供給ライン３を経て燃料改質装置７［改質器（ＲＦ）８／ＣＯ変成器（ＳＨ）９／ＣＯ除去器（ＰＲＯＸ）１０］へ供給するとともに、水系ライン６を経て水蒸気を燃料改質装置７へ供給し、燃料ガスをＣＯ濃度を低減した水素リッチな改質ガスに改質し、燃料改質装置７で得られた改質ガスを改質ガス供給ライン１２を経て燃料電池１３の図示しない燃料極（ＡＮ）に供給し、この改質ガスと燃料電池１３の図示しない空気極（ＣＡ）へ供給された空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する。
【００２６】
燃料改質装置７の起動時、開閉弁１６を開けて原燃料ガスの一部を燃焼用原燃料ガス供給ライン１７を経て燃料改質装置７の燃焼器（バーナ）１５へ供給して改質反応を維持するための必要な熱量が供給されるように加熱する。燃料電池発電システム１（１）の起動後は、燃料電池１３から排出される水素ガス（オフガス）をオフガスライン１８を経て燃焼器（バーナ）１５に供給して燃焼して燃料改質装置７における改質反応を維持するための熱量を得る。
【００２７】
本発明の燃料電池発電システム１（１）の停止時には、原燃料ガス開閉弁２、開閉弁１６および改質ガス開閉弁１１を閉じた後、空気取り入れ手段の空気取り入れ用開閉弁２３を開け、燃料改質装置７の温度降下による装置内のガスの収縮および水蒸気の凝縮による圧力降下による差圧により、システム外から空気取り入れライン２４を経て空気を改質ガス供給ライン１２に取り入れ、取り入れた空気中の酸素を酸素除去手段の酸素吸着剤２２により取り除き、空気中の酸素を十分に取り除いたことを酸素検出手段としての酸素センサ２１からの出力信号により確認して、燃料改質装置７に供給して、システム内を窒素ガスで置換して図示しないラインから大気に放出する。
このようにして窒素ガスボンベをシステムに組み込むことなく、本発明の燃料電池発電システム１（１）の停止時において、燃料改質装置７の温度降下による装置内のガスの収縮および水蒸気の凝縮による圧力降下による差圧によりシステム外の大気圧の空気を取り込み、システム内を窒素で置換し、システム内を大気圧と同じにするので減圧による各反応器の変形・破壊などを防止できるとともにシステム内への空気の流入を防止でき、そしてシステム内を窒素ガスで置換するので、酸化による触媒劣化などがなく、触媒に悪影響をおよぼすことなく、本発明の燃料電池発電システム１（１）を安全に経済的にかつ容易に停止できる。
【００２８】
上記実施形態においては、本発明の燃料電池発電システム１（１）の停止時に原燃料ガス開閉弁２、開閉弁１６を閉じるとともに改質ガス開閉弁１１を閉じた例を示したが、システム停止直後は改質ガス開閉弁１１を開けておき、システム内に残存する水素を燃料電池１３で消費した後、改質ガス開閉弁１１を閉じることもできる。
【００２９】
本発明で用いる空気取り入れ用開閉弁２３としては、具体的には、例えば開放する時期になったら手動あるいは自動的に適宜開放できる開閉弁や逆止弁などの他、システム停止時にシステム内が負圧になったら作動する真空破壊弁などを挙げることができる。
【００３０】
本発明で用いる酸素除去手段としての酸素吸着剤２２としては、具体的には、例えばカーボンモレキュラーシーブ（分子篩炭ＣＭＳ）などの酸素を選択的に吸着・吸収するものを挙げることができる。
本発明で用いる酸素除去手段は酸素吸着剤２２に限定されるものではなく、酸素除去手段の他の例としては具体的にはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａなどのアルカリ土類金属、Ｚｎ−Ｃｕなどを用いて酸素を除去する例を挙げることができる。
【００３１】
本発明で用いる酸素検出手段としての酸素センサ２１としては、具体的には、例えば強電解水溶液を用いた隔膜式酸素センサ、酸化物イオン導電体である安定化ジルコニアを用いたジルコニアセンサ、金属酸化物を用いた抵抗式半導体センサ、酸素の三重項基底状態を利用した磁気式センサなどを挙げることができる。隔膜式酸素センサには、ガルバニ電池型と定電位電解式があり、ともに常温で作動するので好ましく使用できる。
また、Ｚｎ−Ｃｕなどを用いれば、Ｚｎ−Ｃｕなどは酸素が存在すると酸素と反応して発熱するので、熱電対やサーミスタと合わせて、酸素検出手段として用いることができる。
【００３２】
（２）第２実施形態：
図２は、本発明の他の燃料電池発電システム１（２）の実施の形態を示す説明図である。
図２に示したように、本発明の他の燃料電池発電システム１（２）は、燃料改質装置７と改質ガス開閉弁１１との間の改質ガス供給ライン１２に、酸素除去手段としての酸素吸着剤２２および酸素検出手段としての酸素センサ２１および空気取り入れ手段として空気取り入れ用開閉弁２３を順次設けた分岐ライン２５を連結・接続してある以外は、図１に示した本発明の他の燃料電池発電システム１（１）と同様になっている。
本発明の燃料電池発電システム１（２）の停止時には、原燃料ガス開閉弁２、開閉弁１６および改質ガス開閉弁１１を閉じた後、空気取り入れ手段の空気取り入れ用開閉弁２３を開け、燃料改質装置７の温度降下による装置内のガスの収縮および水蒸気の凝縮による圧力降下による差圧により、システム外から空気取り入れ分岐ライン２５を経て空気を取り入れ、取り入れた空気中の酸素を酸素除去手段の酸素吸着剤２２により取り除き、空気中の酸素を十分に取り除いたことを酸素検出手段としての酸素センサ２１からの出力信号により確認して、改質ガス供給ライン１２に送り、そして燃料改質装置７に供給してシステム内を窒素ガスで置換して図示しないラインから大気に放出する。
このようにして窒素ガスボンベをシステムに組み込むことなく、本発明の燃料電池発電システム１（２）の停止時において、燃料改質装置７の温度降下による装置内のガスの収縮および水蒸気の凝縮による圧力降下による差圧によりシステム外の大気圧の空気を取り込み、システム内を窒素で置換し、システム内を大気圧と同じにするので減圧による各反応器の変形・破壊などを防止できるとともにシステム内への空気の流入を防止でき、そしてシステム内を窒素ガスで置換するので、酸化による触媒劣化などがなく、触媒に悪影響をおよぼすことなく、本発明の燃料電池発電システム１（２）を安全に経済的にかつ容易に停止できる。
【００３３】
上記実施形態においては、本発明の燃料電池発電システム１（２）の停止時に原燃料ガス開閉弁２、開閉弁１６を閉じるとともに改質ガス開閉弁１１を閉じた例を示したが、システム停止直後は改質ガス開閉弁１１を開けておき、システム内に残存する水素を燃料電池１３で消費した後、改質ガス開閉弁１１を閉じることもでき、また、システム内に残存する水素を燃料電池１３で消費した後も改質ガス開閉弁１１を開けておき、燃料電池１３内を窒素ガスで置換してもよい。
【００３４】
（３）第３実施形態：
図３は、本発明の燃料電池発電システムの電子ネットワークの１例を模式的に説明する説明図である。
図３に示した電子ネットワーク３０は、分散型の複数の燃料電池発電システム３１とそれらを統括的に管理する管理装置３２および管理装置３２の表示装置３３を備えた管理会社３４がインターネット３５を介して接続されている。管理会社３４は、図示しない専用回線で電力会社、ガス会社、水道事業者などと接続され、これら各社の委託を受けた事業を行っている。
【００３５】
各燃料電池発電システム３１は、酸素検出手段および酸素除去手段を備えるとともに、このシステムの運転状況の情報を取得する手段を備え、得られた情報を電子ネットワーク３０のインターネット３５を介して管理装置３４の表示装置３３に表示し、表示装置３３に表示された例えば酸素検出手段からの出力信号の情報によって、酸素除去手段の交換時期を判定するように構成されている。表示された情報により管理者あるいはオペレータが交換時期を判定してメンテナンス会社の担当者にインターネット３５を介して連絡するなどすれば、酸素除去手段の適切な交換時期を見逃さず交換を確実に容易に行える。
【００３６】
（４）第４実施形態：
図４は、本発明の燃料電池発電システムの構成を模式的に説明する説明図である。
燃料電池発電システム３１は、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの炭化水素系燃料ガスを脱硫する脱硫器４を備えるとともに、脱硫器４で脱硫した脱硫燃料ガスを供給し、一方、図示しない上水から生成した水蒸気を供給し、燃料ガスをＣＯ濃度を低減した水素リッチな改質ガスに改質する燃料改質装置７を備えており、燃料改質装置７で得られた改質ガスを燃料極（ＡＮ）へ供給し、この改質ガスと空気極（ＣＡ）へ供給された空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電して直流電圧を得る燃料電池１３を備えている。
燃料電池発電システム３１は、燃料改質装置７と改質ガス開閉弁１１との間の改質ガス供給ライン１２に、酸素除去手段としての酸素吸着剤２２および酸素検出手段としての酸素センサ２１および空気取り入れ手段として空気取り入れ用開閉弁２３を順次設けた分岐ライン２５を連結・接続してある。
またその直流電圧を交流に変換するインバータ３５と、それらを制御する制御部３６を備えている。
【００３７】
燃料電池発電システム３１は、燃料電池発電システム３１の運転状況の情報を取得する手段３７を備え、手段３７によって検出された情報は情報部３８に蓄積され、送信部３９によって通信部４０を介してインターネット３５を介して管理装置３２へ送信することができる。
情報部３８は蓄積された情報を表示装置４１に表示させる。
【００３８】
燃料電池発電システム３１の運転状況の情報により酸素除去手段の交換時期を利用者の有する燃料電池発電システム３１に接続された表示装置４１に表示させて、表示された情報により利用者が交換時期を判定してメンテナンス会社の担当者にインターネット３５を介して連絡するなどすれば、酸素除去手段の適切な交換時期を見逃さず交換を確実に容易に行える。
【００３９】
（５）第５実施形態：
図５は、燃料電池発電システムに接続された表示装置に酸素除去手段交換時期に関する情報を表示する例を示す説明図である。例えば、酸素検出手段からの出力信号の情報によって、酸素除去手段の交換時期を判定し、各家庭のリモコンに「酸素検出手段交換時期です」というお知らせサインが点灯する。そのサインを見て利用者がネットワークを介さずにメンテナンス会社に連絡し、酸素除去手段の交換を依頼することができる。
【００４０】
上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の燃料電池発電システムは、燃料改質装置と改質ガス開閉弁との間の改質ガス供給ラインに、酸素除去手段および空気取り入れ手段を順次設け、燃料電池発電システム停止時に前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記改質ガス供給ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除くように構成したので、システムの停止時には、原燃料ガス開閉弁を閉じ、あるいはさらに改質ガス開閉弁を閉じた後、前記空気取り入れ手段を作動してシステム外から空気を前記改質ガス供給ラインに取り入れ、取り入れた空気中の酸素を前記酸素除去手段により取り除いて燃料改質装置に供給するようにしたので、窒素ガスボンベをシステムに組み込むことなく、安全に経済的にかつ容易にシステムを停止することができるという、顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の燃料電池発電システムの１実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の他の燃料電池発電システムの実施の形態を示す説明図である。
【図３】本発明の燃料電池発電システムの電子ネットワークの１例を模式的に説明する説明図である。
【図４】本発明の燃料電池発電システムの構成を模式的に説明する説明図である。
【図５】燃料電池発電システムに接続された表示装置に酸素除去手段交換時期に関する情報を表示する例を示す説明図である。
【図６】従来の燃料電池発電システムの例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１Ａ、１（１）、１（２）、３１  燃料電池発電システム
２  原燃料ガス開閉弁
３  原燃料ガス供給ライン
４  脱硫器
５  閉止弁
６  水系ライン
７  燃料改質装置
８  改質器（ＲＦ）
９  ＣＯ変成器（ＳＨ）
１０  ＣＯ除去器（ＰＲＯＸ）
１１  改質ガス開閉弁
１２  改質ガス供給ライン
１３  燃料電池
１４  分岐部
１５  燃焼器（バーナ）
１６  開閉弁
１７  燃焼用原燃料ガス供給ライン
１８  オフガスライン
１９  窒素ボンベ
２０  窒素供給経路
２１  酸素センサ
２２  酸素吸着剤
２３  空気取り入れ用開閉弁
２４  空気取り入れライン
２５  分岐ライン
【図１】
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【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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