[发明专利]燃料处理装置、具备其的燃料电池系统和燃料处理装置的运转方法

说明书

技术领域

本发明涉及由原料和水分的重整反应生成含氢气体的燃料处理装置、具备其的燃料电池系统和燃料处理装置的运转方法。

背景技术

燃料电池发电系统的发电时的燃料气体中，使用含氢气体的情况较多。该燃料电池发电系统中，一般情况是利用水蒸气重整法而生成含氢气体的燃料处理装置被一起设置。

燃料处理装置具有：通过水蒸气重整反应而生成含氢气体的重整器和提供该水蒸气重整反应必要的热量的加热器。重整器中使用铂、钌、铑等的贵金属系催化剂或者Ni系催化剂等的重整催化剂。向该重整器供给天然气、LPG、粗汽油、汽油、煤油等的烃系的原料或者甲醇等的醇类的原料和水分，通过加热器对重整器加热至适合水蒸气重整反应的温度，在重整催化剂下发生水蒸气重整反应，从而生成含氢气体。

该水蒸气重整反应中，作为副成分生成约10～15％(基于干燥气体)的一氧化碳(以下，记作CO)。CO使燃料电池的电极中使用的催化剂中毒，而使发电能力下降。因此，在燃料处理装置中，为了降低含氢气体中的CO浓度，并设转化器和CO除去器。转化器例如使用铂、钌、铑等的贵金属系催化剂、Cu-Zn系催化剂、或Fe-Cr系催化剂，控制为适于转化反应的温度(转化反应温度)，使CO和水蒸气发生转化反应，生成氢气和二氧化碳。很多情况下，使重整气体中的CO浓度下降至约0.5％以下。CO除去器中，使用向内部供给的空气进行CO的氧化反应，从而使重整气体中的CO浓度降低至优选为10ppm以下。催化剂中，例如使用铂、钌、铑等的贵金属系催化剂等。

一般家庭中使用燃料电池发电系统，对于提高能量效率，优选为配合家庭的电力负荷和热负荷，而使燃料电池发电系统起动或停止。但是，重整器运转在大约650℃，停止时，温度下降而使装置内部的内压下降。下降至相对于大气压为负压时，会产生从装置外部混入空气的可能性。其结果，使用Cu-Zn系催化剂作为转化催化剂的情况下，存在空气被混入而使活性下降的可能性，有必要采取停止时不使空气混入的方法。

于是，提出了在重整器的内压下降时供给原料来保持内压并防止空气混入的方法被提出(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004-307236号公报

发明内容

然而，如专利文献1所公开的氢制造系统那样，利用原料气体进行补压的情况下，重整器内在发生碳析出的温度区域的话，恐怕会在重整催化剂上由原料析出碳。

本发明有鉴于上述课题而完成，其目的为提供一种在停止时的补压处理中与现有技术相比能够抑制碳析出的燃料处理装置、具备其的燃料电池系统和燃料处理装置的运转方法。

为了解决上述问题，本发明所涉及的燃料处理装置具备：重整器，具有重整催化剂，使原料和水蒸气发生重整反应而生成含氢气体；原料供给单元，具有通过原料供给路径将所述原料供给至所述重整器和切断所述原料的供给的功能；水蒸气供给单元，具有通过水蒸气供给路径将所述水蒸气供给至所述重整器和切断所述水蒸气的供给的功能；闭止器，切断重整器的下游的气体通路；控制器，被构成为：停止时，切断从所述原料供给单元的原料的供给和从所述水蒸气供给单元的水蒸气的供给并且闭止所述闭止器而封闭所述重整器，对于伴随所述封闭的重整器的温度降低而产生的压力降低，共同利用从所述水蒸气供给单元的水蒸气供给以及从所述原料供给单元的原料供给，从而进行补压。

另外，本发明所涉及的燃料处理装置中，所述控制器也可被构成为：作为对于伴随着所述封闭的重整器的温度降低而产生的压力降低而进行的补压处理，共同执行从所述水蒸气供给单元的水蒸气供给以及从所述原料供给单元的原料供给。

另外，本发明所涉及的燃料处理装置中，所述控制器也可被构成为，每当所述重整器的压力降低时反复执行所述补压处理，所述反复执行的补压处理中，不仅是共同执行从所述水蒸气供给单元的水蒸气供给以及从所述原料供给单元的原料供给的补压处理，也执行仅由从所述水蒸气供给单元的水蒸气供给进行的补压处理以及仅由从所述原料供给单元的原料供给进行的补压处理中的至少一者。

另外，本发明所涉及的燃料处理装置中，所述控制器也可被构成为，每当所述重整器的压力降低时反复执行所述补压处理，所述反复执行的所述补压处理中，共同利用仅由从所述水蒸气供给单元的水蒸气供给进行的补压处理以及仅由从所述原料供给单元的原料供给进行的补压处理。