[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，该燃料电池被构造成将通过重整(reform)烃类原料而生成的重整气(reformed gas)供给到燃料电池，从而产生电能。

背景技术

燃料电池将氢气或富氢气供给到夹持有电解质的电极中的一方，并且还将诸如空气等含有氧气的氧化剂气体供给到电极中的另一方，由此通过电化学反应产生电能。最近，注意力集中在如下的废热发电系统(cogeneration system)：该废热发电系统使用由燃料电池产生的电能，而且还回收燃料电池产生电能时产生的热，从而利用该回收的热作为热能。

在燃料电池系统中，作为用于产生燃料电池所需的富氢气的方法之一，使诸如民用燃气或液化石油气(LPG)等烃类原料气体和水蒸气一起在填充有约700℃的重整催化剂的重整单元中进行水蒸气重整反应(steam reforming reaction)，由此生成包含氢气作为主要成分的重整气。在水蒸气重整反应过程中，包含在从重整单元输出的重整气中的约10％至15％含量的一氧化碳作为副产品同时产生。一氧化碳毒害燃料电池的电极催化剂，从而使发电能力劣化。因此，必须将重整气中的一氧化碳含量减少到100ppm以下，更优选地，减少到10ppm以下。

通常，在重整单元的下游设置作为一氧化碳减少单元的变换单元(shift unit)和选择氧化单元(selective oxidation unit)。变换单元填充有使从重整单元输出的重整气中的一氧化碳与水蒸气反应从而进行水气变换反应以形成氢气和二氧化碳的变换催化剂。选择氧化单元填充有选择氧化催化剂并且被供给空气以及一氧化碳浓度被变换单元降低的重整气，由此使一氧化碳和空气中的氧气进行选择氧化反应，从而使重整气中的一氧化碳的浓度降低至10ppm以下。此时，变换单元在约200℃以上的温度进行水气变换反应，选择氧化单元在约100℃的温度进行选择氧化反应。

重整单元还包括加热用燃烧器单元。在燃料电池系统的发电过程中，燃烧器单元利用供给到燃烧器单元的空气使重整气中的在燃料电池发电时未使用的氢气(下文中称为“废气”)燃烧，由此将作为吸热反应的重整反应用的重整催化剂的温度维持在约700℃。而且，在燃料电池系统的起动运转过程中，燃烧器单元使未用于产生氢气的原料气体以及包含原料气体和氢气的混合气体燃烧，从而使重整催化剂的温度升高。

以下，必要时，将氢气产生装置表述为燃料处理器，在该氢气产生装置中，装配有燃烧器单元的重整单元、变换单元和选择氧化单元被连接。

在燃料电池系统起动运转时，需要将燃料处理器中的催化剂加热到预定温度，以由原料气体产生重整气。公开了一种方法，其包括：将原料气体供给到燃料处理器；使从燃料处理器输出的原料气体经由燃料电池的旁路通道返回到燃烧器单元，从而使所返回的原料气体燃烧；通过燃烧热加热燃料处理器的催化剂(例如，参见专利文献1)。

当燃料电池系统停止发电时，停止向重整单元供给原料气体和水蒸气。此时，由于燃料处理器中残留的重整气的温度下降引起的体积收缩或者由于温度下降引起的重整气中的水蒸气凝结，使得燃料处理器的内部减压。为了避免该减压，当停止操作时，首先停止原料气体和水蒸气的供给，并且在燃料处理器的温度已经下降到预定温度之后，用原料气体纯化(purge)燃料处理器中的重整气。当燃料处理器中的内部压力已经降低到预定压力水平以下时，将原料气体供给到燃料处理器，从而维持正压(例如，参见专利文献2)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-218355号公报

专利文献2：日本特许第4130603号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，现有技术的燃料电池系统具有如下的问题。

当停止发电时，为了纯化燃料处理器中含有水蒸气的重整气并且将燃料处理器的内部压力保持为正压，现有技术的燃料电池系统将诸如民用燃气或LPG等原料气体供给到燃料处理器。此时，与燃料电池系统中断期间催化剂的温度下降相关联，原料气体或原料气体的部分成分被吸附到催化剂。