(57)【要約】【課題】  燃料電池本体の性能を低下させることなく、かつ、メンテナンス費用を低減させることの可能な燃料電池システム及びその起動方法の提供を目的とする。【解決手段】  燃料電池システム１の停止方法は、まず、改質器２から燃料電池本体４への改質ガスの流路を遮断し、燃料電池本体４へ二酸化炭素を供給し（ステップＳ１）、また、バーナー用燃料の供給を停止するとともに、改質ガス燃料の代わりに水蒸気を供給して、改質器２を冷却し（ステップＳ１´）、次に、改質器２に二酸化炭素を供給し（ステップＳ２）、燃料電池システム１を停止させる（ステップＳ３）方法としてある。【選択図】  図１
2007103035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質反応させることにより、水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガス中の水素を酸素と反応させて発電する燃料電池本体とを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムを停止する際、前記燃料電池本体及び改質器へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源と、
前記改質器への炭化水素原料供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有する改質器用二酸化炭素供給経路と、
前記改質器と燃料電池本体とを連通させる改質ガス供給経路に設けられた改質ガス用開閉手段と、
前記改質ガス用開閉手段の下流側の前記改質ガス供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有する燃料電池本体用二酸化炭素供給経路と、
前記改質ガス用開閉手段の上流側の前記改質ガス供給経路と前記改質器に設けられたバーナーとを連通させる、開閉手段を有するリターン経路と、
前記改質器に二酸化炭素を供給する前に、前記改質ガス燃料の代わりに水蒸気を前記改質器へ供給する水蒸気供給手段と
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記二酸化炭素供給源を、二酸化炭素ボンベとしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水蒸気供給手段が、前記改質ガス燃料に含まれる水を供給する、純水タンク，蒸発器及び気化器を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記バーナーの燃料供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有するバーナー用二酸化炭素供給経路を備え、前記燃料電池システムを停止する際、前記バーナーの燃料供給経路へ前記二酸化炭素供給源から二酸化炭素を供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記炭化水素原料を、灯油としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質反応させることにより、水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、炭化水素原料及び水を含む改質ガス燃料を、改質触媒中で加熱することにより、水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガス中の水素を酸素と反応させて発電する燃料電池本体とを有する燃料電池システムを停止する際、
前記改質器から燃料電池本体への改質ガスの流路を遮断し、前記燃料電池本体へ二酸化炭素を供給して、前記燃料電池本体に滞留している前記改質ガスをパージし、また、前記改質器に設けられたバーナーへバーナー用燃料の供給を停止するとともに、前記改質ガス燃料の代わりに水蒸気を前記改質器へ供給して、前記改質器を冷却し、
次に、前記改質器へ二酸化炭素を供給して、前記改質器に滞留している前記水蒸気をパージし、
続いて、前記燃料電池システムを停止させる
ことを特徴とする燃料電池システムの停止方法。
【請求項７】
前記二酸化炭素が、二酸化炭素ボンベから供給されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池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、燃料電池システム及びその停止方法に関し、特に、燃料電池システムを停止する際、まず、改質器に水蒸気を供給し冷却してから、改質器に滞留している水蒸気を追い出すために、改質器へ二酸化炭素を供給し、また、燃料電池本体に滞留している改質ガスを追い出すために、燃料電池本体へ二酸化炭素を供給し、次に、燃料電池システムを停止する燃料電池システム及びその停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池システムは、定常運転状態から停止させるとき、まず、改質器への改質ガス燃料の供給を停止する。この際、燃料電池システムは、改質器，燃料電池本体及びこれらと接続された配管内に、水素リッチな改質ガスが停留する。
停留した改質ガスは、可燃性ガスであることから、改質ガスが停留する改質ガス流路に不活性ガスなどを供給し、停留した改質ガスを安全に排除する様々な技術が開示されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、燃料電池システムを停止させる際、まず、改質ガス燃料の供給を停止し、次に、不活性ガスである窒素ガスを、改質ガス流路内に供給し、窒素ガスにより改質ガス流路内から水素リッチな改質ガスを排出させる技術が開示されている。
この技術によれば、窒素ガスを供給することにより排出された改質ガスをバーナーで燃焼させることができ、安全性を確保することができる。
【０００４】
また、窒素ガスの代わりに、バーナーから排出される排ガスを供給する技術（特許文献２参照）や、燃料電池システムが都市ガス改質型システムの場合、窒素ガスの代わりに、原料である都市ガスを供給する技術（特許文献３参照）が開示されている。
【特許文献１】特開平３−２５７７６２号公報
【特許文献２】特開平２−２２６６６４号公報
【特許文献３】特開２００３−２２９１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料電池システムは、窒素ガスの供給源として、通常、窒素ガスボンベが用いられる。この窒素ガスボンベは、窒素ガス容量が少ないために、たとえば、ＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ  Ｓｔｏｐ）運転する場合には、頻繁に窒素ガスボンベを交換する必要があり、メンテナンス費用が高額になるといった問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載された燃料電池システムの停止方法は、バーナーの燃料が灯油の場合、排ガスに、灯油の未燃焼成分が混入する危険性があり、未燃焼成分が燃料電池本体に付着して、燃料電池本体の性能低下を引き起こす心配もあった。
さらに、特許文献３に記載された燃料電池システムの停止方法は、都市ガスを供給するため、都市ガスを無駄に消費することになるといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべく、燃料電池本体の性能を低下させることなく、かつ、メンテナンス費用を低減させることの可能な燃料電池システム及びその停止方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質反応させることにより、水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガス中の水素を酸素と反応させて発電する燃料電池本体とを有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムを停止する際、前記燃料電池本体及び改質器へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源と、前記改質器への炭化水素原料供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有する改質器用二酸化炭素供給経路と、前記改質器と燃料電池本体とを連通させる改質ガス供給経路に設けられた改質ガス用開閉手段と、前記改質ガス用開閉手段の下流側の前記改質ガス供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有する燃料電池本体用二酸化炭素供給経路と、前記改質ガス用開閉手段の上流側の前記改質ガス供給経路と前記改質器に設けられたバーナーとを連通させる、開閉手段を有するリターン経路と、前記改質器に二酸化炭素を供給する前に、前記改質ガス燃料の代わりに水蒸気を前記改質器へ供給する水蒸気供給手段とを備えた構成としてある。
このようにすると、二酸化炭素が高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池本体や改質器に滞留している改質ガスを追い出し、二酸化炭素を充満させることにより、燃料電池システムの安全性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の燃料電池システムは、前記二酸化炭素供給源を、二酸化炭素ボンベとした構成としてある。
このようにすると、燃料電池システムをＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔ  Ｓｔｏｐ）運転する場合でも、二酸化炭素ボンベの交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。  
【００１０】
また、本発明の燃料電池システムは、前記水蒸気供給手段が、前記改質ガス燃料に含まれる水を供給する、純水タンク，蒸発器及び気化器を備えた構成としてある。
このようにすると、構造を単純化でき、燃料電池システムの小型化及び製造原価のコストダウンを図ることができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムは、前記バーナーの燃料供給経路と前記二酸化炭素供給源とを連通させる、開閉手段を有するバーナー用二酸化炭素供給経路を備え、前記燃料電池システムを停止する際、前記バーナーの燃料供給経路へ前記二酸化炭素供給源から二酸化炭素を供給する構成としてある。
このようにすると、バーナー及びバーナーの燃料供給経路におけるコーキングを効果的に防止することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料電池システムは、前記炭化水素原料を、灯油とした構成としてある。
このように、販売経路が発達しており、容易に入手することができる灯油を炭化水素原料とすることにより、燃料電池システムの使い勝手を向上させることができる。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムの停止方法は、炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質反応させることにより、水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガス中の水素を酸素と反応させて発電する燃料電池本体とを有する燃料電池システムを停止する際、前記改質器から燃料電池本体への改質ガスの流路を遮断し、前記燃料電池本体へ二酸化炭素を供給して、前記燃料電池本体に滞留している前記改質ガスをパージし、また、前記改質器に設けられたバーナーへバーナー用燃料の供給を停止するとともに、前記改質ガス燃料の代わりに水蒸気を前記改質器へ供給して、前記改質器を冷却し、次に、前記改質器へ二酸化炭素を供給して、前記改質器に滞留している前記水蒸気をパージし、続いて、前記燃料電池システムを停止させる方法としてある。
このように、本発明は、燃料電池システムの停止方法としても有効であり、二酸化炭素が高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池本体に改質ガスがコーキングするのを効果的に防止することができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムの停止方法は、前記二酸化炭素が、二酸化炭素ボンベから供給される方法としてある。
このようにすると、二酸化炭素ボンベの交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。  
【発明の効果】
【００１５】
本発明における燃料電池システム及びその停止方法によれば、燃料電池本体の性能を低下させることなく、かつ、メンテナンス費用を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［燃料電池システム］
図１は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの要部の概略ブロック図を示している。
同図において、燃料電池システム１は、改質器２，二酸化炭素ボンベ３及び燃料電池本体４を備えている。
【００１７】
改質器２は、改質触媒が充填された改質容器（図示せず），シフト触媒が充填されたＣＯ変成器（図示せず），プロックス触媒が充填された選択酸化器（図示せず）及びバーナー２１が設けられている。この改質器２は、炭化水素原料（本実施形態では、灯油としてある。）及び水（純水）を含む改質ガス燃料を、改質触媒中で加熱することにより、水素リッチな改質ガスを生成する。
また、燃料電池システム１は、灯油を炭化水素原料としている。灯油は、販売経路が発達しており、容易に入手することができることから、燃料電池システム１の使い勝手を向上させることができる。
なお、本実施形態の改質器２は、改質触媒に加え、シフト触媒及びプロックス触媒を用いることにより、より水素リッチな改質ガスを生成し、燃料電池本体４に供給する。また、本実施形態の改質ガスは、炭化水素原料及び水を含む改質ガス燃料から水蒸気改質法によって生成された改質ガスとしてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、部分酸化法や自己熱改質法などによって生成された改質ガスに対しても、本発明は有効である。
【００１８】
また、改質器２は、燃料ポンプ２２ａ，２２ｂ，脱硫器２３，気化器２４，蒸発器２５及び空気ブロワ２６を備えている。
燃料ポンプ２２ａは、吸込み口が灯油タンク（図示せず）と接続されており、吐出口が、硫黄成分を除去する脱硫器２３，及び，灯油を気化させ水蒸気と混合する気化器２４を介して、改質器２内の改質容器と接続されており、炭化水素原料である灯油を改質器２の改質容器に供給する。
また、燃料ポンプ２２ｂは、吸込み口が灯油タンク（図示せず）と接続されており、吐出口が、バーナー２１と接続されており、バーナー用燃料である灯油をバーナー２１に供給する。
【００１９】
蒸発器２５は、純水タンク４４から供給される原料水（純水）とバーナー２１の排ガスとの間で熱交換を行なう熱交換器であり、加熱される原料水が流れる被加熱部（図示せず）と、加熱する排ガスが流れる加熱部（図示せず）を備えている。被加熱部は、出口が気化器２４と接続され、入口が、流量を調整するバルブ４８と原料水ポンプ４７を介して、純水タンク４４と接続されている。また、加熱部は、入口が、バーナー２１の排気ガスを排出する改質器２の排気口（図示せず）と接続され、出口が、排ガス管２５１と接続されている。これにより、蒸発器２５は、純水タンク４４から供給される原料水を蒸発させ、水蒸気を気化器２４に供給する。すなわち、燃料電池システム１を停止する際、純水タンク４４，原料水ポンプ４７，バルブ４８，蒸発器２５及び気化器２４は、改質ガス燃料の代わりに水蒸気を改質器２へ供給する水蒸気供給手段として機能し、改質器２に二酸化炭素を供給する前に、改質器２を所定の温度まで冷却する。このようにすると、構造を単純化でき、燃料電池システム１の小型化及び製造原価のコストダウンを図ることができる。
【００２０】
空気ブロワ２６は、吐出口がバーナー２１と接続されており、空気をバーナー２１に供給する。また、吐出口からバーナー２１への配管は、途中で分岐しており、分岐された配管が、改質器２の選択酸化器と接続されている。これにより、空気ブロワ２６は、空気を選択酸化器に供給する。
【００２１】
本実施形態の燃料電池本体４は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）としてあり、改質ガス（水素）が供給されるアノード４１と、空気（酸素）が供給されるカソード４２と、発電する際に発熱するアノード４１及びカソード４２を冷却する冷却水流路４３とを有している。また、冷却水流路４３には、純水タンク４４の純水が、冷却水として流され、定常運転時における燃料電池本体４を冷却する。
【００２２】
一般的に、燃料電池本体４は、図示してないが、複数の単セルが積層されたセルスタックとしてある。上記単セルは、矩形平板状のセパレータ，アノード４１を構成する矩形シート状のガス拡散層と触媒層，電解質膜，カソード４２を構成する矩形シート状のガス拡散層と触媒層，及び，矩形平板状のセパレータが積層された構成としてある。対向するセパレータの内面には、空気や改質ガスがそれぞれ流れる複数の溝（流路）が形成され、各セパレータの外面には、冷却水が流れる複数の溝からなる冷却水流路４３が形成されている。
なお、燃料電池本体４は、上記構成に限定されるものではない。すなわち、燃料電池の種類や、単セルの形状，単セルの集合構造などによって、特に、限定されるものではない。また、燃料電池本体とは、単セル及び単セルの集合体をいう。
【００２３】
燃料電池本体４は、純水タンク４４，冷却水ポンプ４３１，気水分離器４５及び空気ブロワ４６を備えている。
純水タンク４４は、純水タンク４４内の純水を吸い込み、冷却水流路４３に送り出す冷却水ポンプ４３１を介して、冷却水流路４３の入口と接続されている。また、純水タンク４４は、冷却水流路４３の出口と接続されている。すなわち、冷却水ポンプ４３１が、純水タンク４４内の純水を、冷却水流路４３を経由して循環させることにより、燃料電池本体４を冷却する。
【００２４】
燃料電池本体４のカソード４２は、入口が、空気ブロワ４６と接続されており、出口が、気水分離器４５と接続されている。このカソード４２は、空気ブロワ４６から供給される酸素とアノード４１から供給される水素から水（通常、水蒸気の形態で生成される。）を生成し、生成された水蒸気及び余剰の空気を気水分離器４５に排出する。気水分離器４５は、水蒸気を分離し、水として純水タンク４４に回収し、空気及び微量の水蒸気を、気相配管４５１を介して排ガスとして大気に排出する。
また、燃料電池本体４のアノード４１は、入口が改質器２と接続され、出口がバーナー２１と接続されている。このアノード４１は、改質器２から供給された改質ガスをカソード４２に放出し、余剰の改質ガス（水素）をバーナー２１に排出し、余剰の改質ガスをバーナー２１で燃焼させる。
【００２５】
二酸化炭素ボンベ３は、燃料電池システム１を停止する際、燃料電池本体４に滞留している改質ガスを追い出したり、改質器２に滞留している水蒸気を追い出したりするために、燃料電池本体４及び改質器２へ二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給源として設けられている。本実施形態では、二酸化炭素供給源として、二酸化炭素ボンベ３を設けることにより、ボンベの大きさに対して、大容量の二酸化炭素ガスを蓄えることができる。すなわち、二酸化炭素ボンベ３は、二酸化炭素を液化した状態で蓄えるので、圧縮ガスの状態で蓄える窒素ボンベに比べると、ボンベの大きさに対して、大容量の二酸化炭素ガスを蓄えることができる。これにより、燃料電池システム１をＤＳＳ運転する場合でも、二酸化炭素ボンベの交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。
【００２６】
二酸化炭素ボンベ３は、バルブ３１が設けられたバーナー用二酸化炭素供給配管３１０（適宜、配管３１０と略称する。）によって、燃料ポンプ２２ｂの吐出側の配管（バーナー２１の燃料供給経路）と（分岐ポイントＥにおいて）接続されている。
燃料電池システム１は、停止する際、燃料ポンプ２２ｂを停止させた後、バルブ３１を開き、バーナー２１の燃料供給経路に滞留している灯油を追い出すために、バーナー２１の燃料供給経路へ二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。
【００２７】
二酸化炭素ボンベ３は、バルブ３２が設けられた改質器用二酸化炭素供給配管３２０（適宜、配管３２０と略称する。）によって、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管（改質器２への灯油供給経路）と（分岐ポイントＤにおいて）接続されている。
燃料電池システム１は、停止する際、原料水ポンプ４７を停止させた後、バルブ３２を開き、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管，気化器２４，改質器２及び改質器２とバーナー２１とを連通させる配管内に滞留している水蒸気を追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。
【００２８】
二酸化炭素ボンベ３は、バルブ３３が設けられた燃料電池本体用二酸化炭素供給配管３３０（適宜、配管３３０と略称する。）によって、改質器２とアノード４１とを接続する配管（改質ガス供給経路）と（分岐ポイントＡにおいて）接続されている。また、改質器２とアノード４１とを接続する配管は、分岐ポイントＡの改質器２側に、改質ガス用開閉手段としてのバルブ３４が設けられており、さらに、バルブ３４の改質器２側が（分岐ポイントＢにおいて）分岐されている。この分岐ポイントＢは、バルブ３５を有するリターン配管３５０を介して、アノード４１とバーナー２１とを接続する配管に（分岐ポイントＣにおいて）接続されている。すなわち、バルブ３４の上流側の改質ガス供給経路と改質器２に設けられたバーナー２１は、リターン配管３５０によって連通されている。
【００２９】
燃料電池システム１は、停止する際、バルブ３４，３５を閉めて、バルブ３３を開くことにより、分岐ポイントＡとアノード４１とを接続する配管，アノード４１及びアノード４１とバーナー２１とを接続する配管内に滞留している改質ガスを追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。また、バルブ３４，３３を閉めて、バルブ３５を開くことにより、改質器２の出口からバーナー２１への流路が形成され、改質器２などに滞留している改質ガスを追い出すために水蒸気を供給し、その後、改質器２などに滞留している水蒸気を追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給する。
【００３０】
また、燃料電池システム１は、図示してないが、各種操作スイッチを有する操作部，温度センサや圧力センサなどの各種センサ，及び，情報処理部や記憶部などを有する制御部を備えており、制御部が、操作部や各種センサからの情報にもとづいて、各ポンプ２２ａ，２２ｂ，４７，４３１，空気ブロワ２６，４６，バルブ３１，３２，３３，３４，３５などを制御する。
【００３１】
次に、上記構成の燃料電池システム１の定常運転動作及び停止動作について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、定常運転動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
また、図３は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第一段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
さらに、図４は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第二段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
なお、図２，３，４は、各流体の流れを理解しやすいように、使用しない流路を省略してある。
【００３２】
図２において、定常運転中における燃料電池システム１は、バルブ３１，３２，３３，３５が閉じられ、バルブ３４が開かれている。
定常運転中の燃料電池システム１は、燃料ポンプ２２ａが、脱硫器２３を経由して、灯油を気化器２４に供給する。また、バーナー２１は、燃料ポンプ２２ｂから灯油が供給され、空気ブロワ２６から空気が供給されており、燃焼することによって改質容器などを加熱するとともに、排ガスが蒸発器２５に排出される。原料水ポンプ４７が、純水タンク４４からの純水を、蒸発器２５を経由して、水蒸気として気化器２４に供給する。気化器２４は、水蒸気の熱で灯油を気化させるとともに、気化した灯油と水蒸気を混合させ、改質ガス燃料を改質器２に供給する。改質器２は、生成した改質ガスを燃料電池本体４のアノード４１に供給する。燃料電池本体４は、空気ブロワ４６から空気がカソード４２に供給され、発電するとともに、生成した水をカソード４２から気水分離器４５へ供給し、余剰の改質ガスをアノード４１からバーナー２１へ供給する。また、冷却水ポンプ４３１は、純水を冷却水流路４３へ供給し、燃料電池本体４を冷却する。
【００３３】
次に、図３に示すように、燃料電池システム１は、停止する際、第一段階として、まず、燃料ポンプ２２ａが停止し、脱硫器２３への灯油の供給を止める。ただし、原料水ポンプ４７は作動しており、蒸発器２５及び気化器２４を経由して、改質ガス燃料の代わりに、水蒸気が改質器２へ供給される。この水蒸気によって、改質器２内の改質触媒、シフト触媒、プロックス触媒を冷却する。
【００３４】
また、燃料ポンプ２２ａが停止するとほぼ同時に、燃料ポンプ２２ｂが停止し、バーナー２１への灯油の供給が停止するとともに、バルブ３１が開けられ、一定時間二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスを供給する。これにより、燃料ポンプ２２ｂとバーナー２１とを接続する配管内から灯油が追い出され、灯油が配管やバーナー２１内でコーキングするといった不具合を防止することができる。なお、空気ブロワ２６は作動しており、改質器２や燃料電池本体４からの改質ガスをバーナー２１で燃焼させる。
【００３５】
燃料電池システム１は、燃料ポンプ２２ａが停止するとほぼ同時に、バルブ３４が閉められ、バルブ３５が開かれる。バルブ３５が開かれると、改質器２に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる水蒸気によって追い出されるように、バルブ３５を経由して、バーナー２１から放出される。また、バルブ３３が開かれ、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスがアノード４１に供給される。これにより、燃料電池本体４のアノード４１やアノード４１の上流側及び下流側の配管内に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる二酸化炭素ガスによって追い出されるように、バーナー２１から放出される。この際、バーナー２１は、燃料ポンプ２２ｂから灯油が供給されていないものの、空気ブロワ２６によって空気が供給されており、かつ、十分高温な状態にあるので、改質器２や燃料電池本体４から供給される改質ガス（水素）を燃焼させ、滞留している水素を安全に除去する。また、燃料電池システム１は、バルブ３３を経由して、一定時間二酸化炭素ガスを供給することにより、安定な二酸化炭素ガスをアノード４１に供給するので、アノード４１の性能低下を抑制することができる。
【００３６】
また、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されるまで、原料水ポンプ４７が作動し続ける。この際、制御部が、改質器２に設けられた温度センサからの温度情報をモニタしており、所定の温度（たとえば、約５００℃）に冷却されるまで、原料水ポンプ４７を作動させる。なお、上記所定の温度とは、改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒に、二酸化炭素ガスを供給しても、各触媒の性能低下が起こらない温度をいう。
また、本実施形態では、原料水ポンプ４７が供給する純水（液体）は、蒸発器２５によって気化され、水蒸気が、改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒を経由して流れることにより各触媒を冷却し、さらに、バルブ３５を経由してバーナー２１から改質器２内に放出されることにより、改質器２を冷却する。その後、水蒸気は、蒸発器２５を経由して大気に放出される。
【００３７】
次に、図４に示すように、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されると、停止の第二段階として、原料水ポンプ４７が停止し、改質器２への水蒸気の供給を止める。続いて、バルブ３２が開いて、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管，気化器２４及び改質器２（改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒）に滞留している水蒸気を追い出すために、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスを供給する。改質器２を経由した二酸化炭素ガスは、バルブ３５を経由してバーナー２１に供給され、改質器２（内の排ガス流路）及び蒸発器２５（の加熱部）を経由して、大気に放出される。この二酸化炭素ガスの供給は、改質器２の各触媒から水蒸気がほぼ追い出されるまで行なわれる。これにより、冷却された各触媒中に、二酸化炭素ガスが供給されるので、各触媒の性能が低下するといった心配を取り除くことができる。
【００３８】
次に、図示してないが、燃料電池システム１は、バルブ３２を閉じて、二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、バルブ３５を閉じる。また、燃料電池システム１は、空気ブロワ２６，４６を停止し、燃料電池本体４が所定の温度まで冷却されると、冷却水ポンプ４３１を停止して、停止動作を完了する。なお、制御部は、燃料電池本体４に設けられた温度センサからの温度情報をモニタしており、所定の温度（たとえば、約５０℃）に冷却されると、冷却水ポンプ４３１を停止する。
【００３９】
このように、本実施形態の燃料電池システム１は、停止する際、水蒸気を利用して改質器２を冷却するので、二酸化炭素ガスが高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池システム１をＤＳＳ運転する場合でも、二酸化炭素ボンベ３の交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。さらに、燃料電池本体４や改質器２などに滞留している改質ガスを追い出し、燃料電池本体４や改質器２などに二酸化炭素を充満させることにより、燃料電池システム１の安全性を向上させることができる。
【００４０】
［燃料電池システムの停止方法］
図５は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの停止方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
同図において、燃料電池システムの停止方法は、上記燃料電池システム１を停止する方法であり、まず、バルブ３４を閉めて改質器２から燃料電池本体４への改質ガスの流路を遮断し、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素を供給して（ステップＳ１）、燃料電池本体４などに滞留している改質ガスをパージする。すなわち、燃料電池システム１は、バルブ３４が閉められ、バルブ３３が開かれる。これにより、燃料電池本体４のアノード４１やアノード４１の上流側及び下流側の配管内に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる二酸化炭素ガスによって、追い出されるように、バーナー２１から放出され燃焼されるとともに、安定な二酸化炭素ガスをアノード４１へ供給することにより、アノード４１の性能低下を抑制することができる。
【００４１】
また、改質器２に設けられたバーナー２１へのバーナー用燃料（燃料ポンプ２２ｂから供給される灯油）の供給を停止するとともに、改質ガス燃料の代わりに水蒸気（純水タンク４４から原料水ポンプ４７によって供給される純水）を供給して、改質器２を冷却する（ステップＳ１´）。この際、燃料電池システム１は、バルブ３４が閉められバルブ３５が開かれ、改質器２に滞留していた改質ガスが、後から送り込まれる水蒸気によって追い出されるように、バルブ３５を経由して、バーナー２１から放出される。この放出された改質ガスは、バーナー２１によって燃焼され、滞留した水素が爆発するといった不具合を防止する。
なお、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されるまで、原料水ポンプ４７が作動し続ける。
【００４２】
次に、改質器２が所定の温度に冷却されると、原料水ポンプ４７を停止し、改質器２に二酸化炭素を供給し（ステップＳ２）、改質器２などに滞留している水蒸気をパージする。すなわち、燃料電池システム１は、改質器２が所定の温度に冷却されると、停止の第二段階として、原料水ポンプ４７が停止し、改質器２への水蒸気の供給を止め、続いて、バルブ３２を開いて、脱硫器２３と気化器２４とを接続する配管，気化器２４及び改質器２（改質触媒，シフト触媒及びプロックス触媒）に滞留している水蒸気を追い出すように、二酸化炭素ボンベ３から二酸化炭素ガスを供給する。これにより、冷却された各触媒中に、二酸化炭素ガスが供給されるので、各触媒の性能が低下するといった不具合を防止することができる。
なお、二酸化炭素ガスが、二酸化炭素ボンベ３から供給されることにより、二酸化炭素ボンベ３の交換サイクルが長くなり、メンテナンス費用を低減することができる。
【００４３】
次に、燃料電池システム１を停止させる（ステップＳ３）。すなわち、燃料電池システム１は、バルブ３２を閉じて、二酸化炭素ガスの供給を停止するとともに、バルブ３５を閉じる。また、燃料電池システム１は、空気ブロワ２６，４６を停止し、燃料電池本体４が所定の温度まで冷却されると、冷却水ポンプ４３１を停止して、停止動作を完了する。
【００４４】
このように、本発明は、燃料電池システム１の停止方法としても有効であり、燃料電池システム１を停止する際、二酸化炭素が高温の改質触媒などと接触して炭化するのを防止でき、触媒としての性能が低下するのを抑止することができる。また、燃料電池本体４に改質ガスがコーキングするのを効果的に防止することができる。
【００４５】
以上、本発明の燃料電池システム及びその停止方法について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る燃料電池システム及びその停止方法は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、燃料電池システム１は、改質器２を冷却する水蒸気の全てを、バルブ３５を介して、バーナー２１から放出する構成としてあるが、この構成に限定されるものではない。たとえば、改質器２内に滞留する改質ガスを水蒸気によって押し出した後の水蒸気については、図示してないが、バルブ３５を経由後、気水分離器４５を経由して純水タンク４４に戻る構成としてもよい。これにより、大気に放出される純水を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの要部の概略ブロック図を示している。
【図２】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、定常運転動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
【図３】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第一段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。  図２の要部の概略拡大断面図を示している。
【図４】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの、第二段階における停止動作を説明するための要部の概略ブロック図を示している。
【図５】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの停止方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
【符号の説明】
【００４７】
１  燃料電池システム
２  改質器
３  二酸化炭素ボンベ
４  燃料電池本体
２１  バーナー
２２ａ，２２ｂ  燃料ポンプ
２３  脱硫器
２４  気化器
２５  蒸発器
２６  空気ブロワ
３１，３２，３３，３４，３５  バルブ
４１  アノード
４２  カソード
４３  冷却水流路
４４  純水タンク
４５  気水分離器
４６  空気ブロワ
４７  原料水ポンプ
４８  バルブ
２５１  排ガス管
３１０  バーナー用二酸化炭素供給配管（配管）
３２０  改質器用二酸化炭素供給配管（配管）
３３０  燃料電池本体用二酸化炭素供給配管（配管）
３５０  リターン配管
４３１  冷却水ポンプ
４５１  気相配管
【図１】
2007103035.tif 000003
【図２】
2007103035.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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