[发明专利]燃料电池发电系统、燃料电池发电系统的运转方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用燃料电池进行发电的燃料电池发电系统以及燃料电池发电系统的运转方法。

背景技术

在现有的燃料电池发电系统中有图19所示的结构(例如，参考专利文献特开平6-68894号公报(称为专利文献1)的第3-4页、第一图等)。

在图19所示的现有的燃料电池发电系统中，设置有：供给原料气体的原料供给源100；除去原料气体的硫磺成分的脱硫部101；通过水蒸气改质反应从除去了硫磺成分的天然气和水蒸气的混合气体中生成富氢气体的改质部102；以及降低富氢气体中的一氧化碳的一氧化碳降低部103。另外，设置有燃料电池105，向燃料极输送的降低了一氧化碳的富氢气体和向空气极输送的压缩空气进行电化学反应而成为电、水、热。从燃料电池105排出的排出燃料气体，被供给到用于加热改质部102的燃烧器106，而利用于改质部102的加热。通过上述脱硫部101、改质部102以及一氧化碳降低部103构成燃料处理装置104。

另外，在燃料处理装置104和原料供给源100之间，设置有原料气体供给路107，在原料气体供给路107上设置有原料气体阻断阀108。另外，在燃料处理装置104和燃料电池105之间设置有燃料气体供给路109，还设置有燃料气体阻断阀110。另外，在燃料电池105和燃烧器106之间设置有燃料气体排出路111，还设置有燃料电池出口阻断阀112。

进而，设置有连接燃料气体阻断阀110和燃料处理装置104之间的燃料气体供给路109、燃料电池出口阻断阀112和燃烧器106之间的燃料气体排出路111的燃料电池旁路113，在燃料电池旁路113上设置有旁路阻断阀114。

如此，在燃料处理装置104的上游以及下游设置有多个阻断阀。

在上述燃料电池发电系统停止工作时，关闭原料气体阻断阀108，停止了原料气体的供给之后，关闭各阻断阀110、112、114。

但是，在现有的燃料电池发电系统中，如上所述，在系统运转结束时，由于关闭这些电磁阀，所以在包括燃料处理装置104的流路上产生封闭路径。另一方面，系统运转中，燃料处理装置104内部的温度是600℃以上的高温，但在系统运转结束之后，随着时间的推移引起温度下降。另外，在燃料处理装置104中生成的燃料气体所含有的水蒸气也随着温度下降而冷凝。因此，在封闭路径中产生压力下降。

由于以上情况，在进行启动/停止的燃料电池发电系统中，存在运转停止后，流路的封闭路径因压力下降而成为负压的问题。该成为负压的问题是引起电磁阀的粘滞导致系统故障、或因来自外部的空气流入引起的燃料处理装置104内部的催化剂的性能恶化的主要原因。

因此，为了解决这样的问题，已经提出有如下这样的燃料电池发电系统(例如，参考日本专利文献特开平11-191426号公报(称为专利文献2)的实施方式1，[0021]段，图2以及图3等。参考日本专利文献特开2000-95504号公报(称为专利文献3)的[0017]段，以及图1等)。

即，在专利文献2的燃料电池发电系统中，公开的结构是：以防止在将系统的运转切换到停止模式时产生负压为目的，在燃料改质装置的上游、燃料改质部和CO生成部之间、或在燃料改质部和燃料电池之间的任一处具备用于供给已脱氧的空气的脱氧器。

另外，在专利文献3的改质装置中，公开的结构是：即使停止改质装置的工作，各反应部的温度下降，各反应部内的气体收缩，也通过将原燃料气体供给到改质反应部，来将各反应部内的压力维持在常压。

但是，在专利文献2所述的方法中，由于向燃料改质装置内供给已脱氧的空气即含有大量氮的不燃性气体，所以在下次启动时，在对燃料改质装置内大量含有的残留燃料气体进行燃烧处理时，存在燃烧状态变得不稳定的问题。另外，需要脱氧装置等装置，导致结构上变复杂且成本上升的问题。

另外，如专利文献2记载的那样，还考虑了使用用于发电的原料气体等取代不燃性气体，但具有在改质部引起碳析出的可能性。因此，如专利文献3所述那样，供给原料以及水直到温度下降到碳析出温度以下，从而存在需要浪费能量的工序。另外，为了节省该能量上的浪费，还考虑了将燃料改质装置设置成密闭系统来进行自然冷却的方法，但此时，无法承受从通常运转时的改质部温度(600℃前后)直到降低到析出碳的可能性变低的温度(约300℃前后)的负压化的程度，从而机器有破损的危险性。

发明内容