專(zhuān)利名稱(chēng)：氫生成裝置及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法和燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫生成裝置、氫生成裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法、燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法(以下稱(chēng)為氫生成裝置等)。特別是涉及可以檢測(cè)減少重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w用的轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器的內(nèi)部的水量或者水蒸汽量的過(guò)剩狀態(tài)的氫生成裝置等。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)通過(guò)使作為燃料氣體提供給燃料電池的燃料極的富氫的重整氣體與作為氧化劑氣體供給燃料電池的空氣極的空氣等在燃料電池的內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生電力和熱。水蒸汽重整法是富氫的重整氣體的生成方法之一。這是使采用天然氣、LPG等碳?xì)浠项?lèi)氣體、甲醇等的醇類(lèi)、以及石腦油成分等的汽油的原料與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)生成富氫的重整氣體的方法。生成該重整氣體的氫生成器的內(nèi)部大致分為水蒸汽重整反應(yīng)用的重整器、轉(zhuǎn)化(shift)反應(yīng)用的轉(zhuǎn)化器、以及CO選擇氧化用的選擇氧化器，重整催化劑體、轉(zhuǎn)化催化劑體、以及CO選擇氧化催化劑體分別設(shè)置在各個(gè)部位。
這里，該各個(gè)催化劑體的合適的反應(yīng)溫度各不相同，因此為了穩(wěn)定且高效率地供給氫氣，需要在啟動(dòng)氫生成器之后使各催化劑體的溫度迅速上升到各催化劑體的合適的反應(yīng)溫度且恒定地維持于該溫度。
另一方面，指出了在過(guò)剩地將水蒸汽提供供給氫生成器的情況下，該供給過(guò)剩所引起的水的凝集現(xiàn)象妨礙反應(yīng)溫度的上升和穩(wěn)定的問(wèn)題。
為了解決這一問(wèn)題，提出了采用下述方法的氫生成器的方案，即利用轉(zhuǎn)化加熱器對(duì)轉(zhuǎn)化器中內(nèi)藏的轉(zhuǎn)化催化劑體進(jìn)行加熱，以將由重整器通過(guò)氣體通路供給轉(zhuǎn)化器的重整后的氣體加熱到水蒸汽露點(diǎn)以上的溫度(參考例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。以此謀求縮短氫生成器起動(dòng)時(shí)直到穩(wěn)定供給氫氣為止所需的時(shí)間，同時(shí)防止水凝結(jié)引起的轉(zhuǎn)化催化劑活性的降低。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)平2001-354404號(hào)公報(bào)(圖1)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的氫氣發(fā)生器中沒(méi)有公開(kāi)檢測(cè)轉(zhuǎn)化器及選擇氧化器內(nèi)部的水量或水蒸汽量的過(guò)剩狀態(tài)的方法，從而無(wú)法在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻應(yīng)對(duì)因此產(chǎn)生的燃料電池系統(tǒng)的起動(dòng)能量損失的減少和轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器內(nèi)的催化劑活性的降低。即可靠地檢測(cè)轉(zhuǎn)化器和選擇氧化器的內(nèi)部水量和水蒸汽量的過(guò)剩狀態(tài)的方法從來(lái)都沒(méi)有搞清楚。
更詳細(xì)地說(shuō)，若采用上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1的氫氣發(fā)生器，則難以可靠地檢測(cè)出過(guò)剩地對(duì)氫生成器的重整器供給水蒸汽重整用的水的情況；過(guò)剩地對(duì)轉(zhuǎn)化器供給使水與一氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)用的水的情況；或者因氫生成器的起動(dòng)和停止頻繁反復(fù)，對(duì)氫生成器反復(fù)進(jìn)行加熱和冷卻，過(guò)剩的水蒸汽或者過(guò)剩的凝結(jié)水滯留于重整器、轉(zhuǎn)化器或選擇氧化器的內(nèi)部的情況等。因此，重整催化劑體、轉(zhuǎn)化催化劑或者CO選擇氧化催化劑長(zhǎng)期浸在過(guò)剩水中，其結(jié)果是，可能使這些催化劑的活性降低。
而且，若在使轉(zhuǎn)化以及CO選擇氧化催化劑的催化活性降低的狀態(tài)下繼續(xù)使燃料電池起動(dòng)和發(fā)電，則重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w在轉(zhuǎn)化器以及選擇氧化器的內(nèi)部中沒(méi)有被充分去除，其結(jié)果是，沒(méi)有去除干凈的一氧化碳?xì)怏w引起燃料電池的催化劑中毒，燃料電池的輸出降低，甚至可能導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)異常停止。
本發(fā)明的目的在于，解決上述問(wèn)題，提供可以采用簡(jiǎn)單的方法檢測(cè)出轉(zhuǎn)化器或選擇氧化器內(nèi)部的水量過(guò)多或者水蒸汽量過(guò)多的情況的氫生成裝置。
另外，本發(fā)明的目的在于，提供適當(dāng)?shù)厝コD(zhuǎn)化器或者選擇氧化器內(nèi)部的過(guò)剩水或者過(guò)剩水蒸汽，以此減少氫生成器的起動(dòng)能量損失，同時(shí)可以防止轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器的催化劑活性降低的氫生成裝置等。
解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明的氫生成裝置形成這樣的構(gòu)成，即具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、以及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低的選擇氧化器的氫生成器；檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和所述選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部；以及控制裝置。所述控制裝置是在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)到的檢測(cè)溫度的上升速度未達(dá)到規(guī)定的閾值的情況下，作為所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)檢測(cè)的裝置。
在這里，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)到的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未達(dá)到規(guī)定的閾值時(shí)，也可以檢測(cè)為所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。另外，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)到的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)檢測(cè)為所述選擇氧化器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。
這樣就能夠適當(dāng)?shù)貦z測(cè)出轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器內(nèi)部的水量或者水蒸汽過(guò)剩的狀態(tài)，假如是水量或者水蒸汽量過(guò)剩的情況下，則可以利用以下所示的氫生成裝置的動(dòng)作迅速應(yīng)對(duì)，因此，可以降低氫生成裝置的起動(dòng)能量損失，同時(shí)可以防止轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器的催化劑活性降低。
在這里，本發(fā)明的氫生成裝置的構(gòu)成是，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、以及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器的氫生成器；檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和所述選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部；以及控制裝置。所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下進(jìn)行控制以減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述氫生成器供給水或者水蒸汽的水供給裝置，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述水供給裝置進(jìn)行控制以減少對(duì)所述氫生成器內(nèi)部的水或者水蒸汽的供給量。
另外，作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置的其他例子，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器排放水的水排放裝置，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述水排放裝置進(jìn)行控制，使所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)部的水排放到外部；具有對(duì)所述選擇氧化器排放水的水排放裝置，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述水排放裝置進(jìn)行控制，使所述選擇氧化器內(nèi)部的水排放到外部。
還有，作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置的其他例，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器供給空氣用的空氣供給裝置，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述空氣供給裝置進(jìn)行控制，將空氣導(dǎo)入所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)部；具有對(duì)所述選擇氧化器供給空氣用的空氣供給裝置，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述空氣供給裝置進(jìn)行控制，將空氣導(dǎo)入所述選擇氧化器內(nèi)部。
還有，作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置的其他例子，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)行加熱的加熱裝置，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述加熱裝置進(jìn)行控制，以加熱所述轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部；具有對(duì)所述選擇氧化器進(jìn)行加熱的加熱裝置，所述控制裝置也可以在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述加熱裝置進(jìn)行控制以加熱所述選擇氧化器的內(nèi)部。
利用這樣的水排放裝置、空氣供給裝置、或者加熱裝置，可以適當(dāng)?shù)貜乃鲛D(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器中去除水蒸汽或者凝結(jié)水造成的過(guò)剩水。
在這里，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器的氫生成器；以及檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和所述選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部的氫生成裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，也可以是在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量的方法。
或者，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器的氫生成器；用所述氫生成器提供的重整氣體及氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池、以及檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和所述選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，也可以是在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量的方法。
本發(fā)明的氫生成裝置的構(gòu)成是，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、以及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；檢測(cè)所述重整加熱器中的可燃?xì)怏w燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部；以及控制裝置。所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上時(shí)，檢測(cè)為所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。
這樣，適當(dāng)?shù)貦z測(cè)轉(zhuǎn)化器或者選擇氧化器內(nèi)部的水量或者水蒸汽的過(guò)剩狀態(tài)，假如是水量或者水蒸汽量過(guò)剩的情況下，則可以利用以下所示的氫生成裝置的動(dòng)作迅速應(yīng)對(duì)，因此，可以降低氫生成裝置的起動(dòng)能量損失，同時(shí)可以防止轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器的催化劑活性降低。
在這里，本發(fā)明的氫生成裝置的構(gòu)成是，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、以及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；檢測(cè)所述重整加熱器的燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部；以及控制裝置。所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹归g的規(guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，進(jìn)行控制以減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述氫生成器供給水或者水蒸汽的水供給裝置，所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述水供給裝置進(jìn)行控制以減少對(duì)所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量的供給量。
另外，作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置的其他例子，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器排放水的水排放裝置，所述控制裝置也可以在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述水排放裝置進(jìn)行控制，使所述轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器內(nèi)部的水排放到外部。
還有，作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置的其他例子，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器供給空氣用的空氣供給裝置，所述控制裝置也可以在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述空氣供給裝置進(jìn)行控制，將空氣導(dǎo)入所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器的內(nèi)部。
此外，作為被控制以減少上述水量或者水蒸汽量的氫生成裝置的其他例子，其構(gòu)成是，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器進(jìn)行加熱的加熱裝置，所述控制裝置也可以在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述加熱裝置進(jìn)行控制，從而對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器的內(nèi)部進(jìn)行加熱。
利用這樣的水排放裝置、空氣供給裝置、或加熱裝置，可以適當(dāng)?shù)貜乃鲛D(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器中去除水蒸汽或者凝結(jié)水形成的過(guò)剩水。
再者，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)是具有上述任意一項(xiàng)所述的氫生成裝置、以及用由所述氫生成裝置提供的重整氣體及氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。
在這里，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；以及檢測(cè)所述重整加熱器中可燃?xì)怏w的燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部的氫生成裝置運(yùn)轉(zhuǎn)方法，也可以是在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量的方法。
另外，既可以是具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；用所述氫生成器提供的重整氣體及氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池、以及檢測(cè)所述重整加熱器中可燃?xì)怏w燃燒的燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，也可以是在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量的方法。
發(fā)明效果若采用本發(fā)明，則獲得可以用簡(jiǎn)單的方法就能夠檢測(cè)轉(zhuǎn)化器或者選擇氧化器內(nèi)部的水分過(guò)多或者水蒸汽過(guò)多的情況的氫生成裝置等。
另外，若采用本發(fā)明，則得到能夠適當(dāng)?shù)厝コD(zhuǎn)化器或者選擇氧化器內(nèi)部的過(guò)剩水或者過(guò)剩水蒸汽，以減少氫生成裝置的起動(dòng)能量損失，同時(shí)防止轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器的催化劑活性降低的氫生成裝置。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)的一構(gòu)成例的框圖。
圖2是將氫生成器的重整器、轉(zhuǎn)化器以及選擇氧化器自氫生成器起動(dòng)時(shí)其正常時(shí)的溫度上升特性與水蒸汽過(guò)剩時(shí)的溫度上升特性加以比較說(shuō)明的圖。
圖3是示出本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。
圖4是將橫坐標(biāo)設(shè)定為自氫生成器起動(dòng)開(kāi)始(t0)經(jīng)過(guò)的時(shí)間(起動(dòng)時(shí)間)，將縱坐標(biāo)設(shè)定為重整器溫度檢測(cè)部輸出的重整檢測(cè)溫度(KS)、將溫度檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)由燃燒檢測(cè)部輸出的燃燒檢測(cè)溫度(TFG)、以及將火焰電流檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)由燃燒檢測(cè)部輸出的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)，示出正常時(shí)兩者的相互關(guān)系之一例的圖。
圖5是將橫坐標(biāo)設(shè)定為自氫生成器起動(dòng)開(kāi)始(t0)經(jīng)過(guò)的時(shí)間(起動(dòng)時(shí)間)，將縱坐標(biāo)設(shè)定為重整器溫度檢測(cè)部輸出的重整檢測(cè)溫度(KSN)、將溫度檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)由燃燒檢測(cè)部輸出的燃燒檢測(cè)溫度(TFN)、以及將火焰電流檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)由燃燒檢測(cè)部輸出的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRN)，示出異常時(shí)的兩者的相互關(guān)系之一例的圖。
圖6是示出氫生成器起動(dòng)時(shí)的控制裝置的控制程序之一例的流程圖。
圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。
圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。
圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。
符號(hào)說(shuō)明100 重整器101 重整催化劑體102 重整加熱器103 轉(zhuǎn)化器104 轉(zhuǎn)化催化劑體105 選擇氧化器106 CO選擇氧化催化劑體107 原料供給裝置108 第一水供給裝置109 第二水供給裝置110、206 電磁閥111 燃燒風(fēng)扇113 轉(zhuǎn)化加熱器114 選擇氧化加熱器115 重整器溫度檢測(cè)部116 轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部
117 選擇氧化器溫度檢測(cè)部118 氫生成器120 氫生成裝置200 氧化劑氣體供給裝置201 空氣供給裝置202 氧化側(cè)加濕器203 燃料電池204 切換閥300 燃料電池系統(tǒng)301 第一燃料氣體通路302 第二燃料氣體通路303 第一重整氣體通路304 第二重整氣體通路305 第三重整氣體通路306 第一分支通路307 第二分支通路308 第一水通路309 第二水通路310 第三水通路311 第一空氣通路312 第二空氣通路400、401 排放閥402、403 排放通路500、501 空氣供給泵502、503 燥用空氣供給通路600、601 燃燒廢氣供給閥602、603 燃燒廢氣供給路徑具體實(shí)施方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1～5進(jìn)行說(shuō)明。
(實(shí)施方式1)圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。
氫生成裝置120主要由對(duì)燃燒電池203供給富有氫氣的氣體(以下稱(chēng)為富氫氣體)的氫生成器118；控制甲烷、丁烷及天然氣等碳?xì)浠衔镌系墓┙o量，同時(shí)檢測(cè)氫生成器118的轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的溫度，檢測(cè)并判定水量或水蒸汽量有無(wú)異常的控制裝置205；對(duì)燃料電池203供給作為氧化劑的空氣的氧化劑氣體供給裝置200；以及對(duì)氫生成器118供給原料的原料供給裝置107；對(duì)氫生成器118供水的第一、第二水供給裝置108、109構(gòu)成。
又，燃料電池系統(tǒng)300由上述氫生成裝置120、用該氫生成裝置120供給的富氫氣體發(fā)電的燃料電池203構(gòu)成。
氫生成器118的構(gòu)成包含進(jìn)行水蒸汽重整反應(yīng)的重整器100、使水蒸汽與一氧化碳?xì)怏w發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)成為氫氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)化器103、以及通過(guò)CO選擇氧化，使一氧化碳濃度降低到約10ppm以下的選擇氧化器105。為此，在重整器100上設(shè)置促進(jìn)水蒸汽重整反應(yīng)的重整催化劑體101、以及對(duì)重整催化劑體101提供重整熱用的重整加熱器102。另外，在轉(zhuǎn)化器103上設(shè)置轉(zhuǎn)化催化劑體104以及加熱轉(zhuǎn)化催化劑體104用的轉(zhuǎn)化加熱器113，在選擇氧化器105上設(shè)置CO選擇氧化催化劑體106以及加熱CO選擇氧化催化劑體106用的選擇氧化加熱器114，通過(guò)使用這些加熱器113、114對(duì)轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105進(jìn)行加熱，可以縮短氫生成器118起動(dòng)時(shí)的升溫時(shí)間。
另一方面，氧化劑氣體供給裝置200的構(gòu)成包含，鼓風(fēng)機(jī)等空氣供給裝置201、對(duì)空氣進(jìn)行加濕的氧化側(cè)加濕器202。
〔關(guān)于燃料電池系統(tǒng)的硬件構(gòu)成的細(xì)節(jié)〕下面用圖1進(jìn)一步地對(duì)燃料電池系統(tǒng)300的硬件構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
燃料電池203中，導(dǎo)入燃料極(未圖示)的富有氫氣的氣體(以下稱(chēng)為重整氣體)與導(dǎo)入空氣極(未圖示)的空氣發(fā)生反應(yīng)，以此進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生電和熱。
首先，對(duì)導(dǎo)入燃料極的重整氣體的路徑以及與其相關(guān)的氣體反應(yīng)進(jìn)行說(shuō)明。含有至少由碳和氫構(gòu)成的有機(jī)化合物的原料其流量經(jīng)過(guò)第一燃料氣體通路301上設(shè)置的開(kāi)閉用電磁閥206以及原料供給裝置107內(nèi)的原料流量調(diào)整閥(未圖示)調(diào)整之后，被導(dǎo)入重整催化劑體101內(nèi)。
同時(shí)，由第一水供給部108通過(guò)第一水通路308對(duì)重整催化劑體101供給水或者水蒸汽。
借助于此，利用重整催化劑體101在重整器100中采用原料和水蒸汽進(jìn)行水蒸汽重整反應(yīng)，由該原料以及水蒸汽生成富氫的重整氣體。
又，在從第一燃料氣體通路301分支的第二燃料氣體通路302上也設(shè)置電磁閥110，流量受該電磁閥110及原料流量調(diào)整閥控制的原料通過(guò)該通路302作為燃燒用原料提供給重整加熱器102的燃燒器。還利用燃燒風(fēng)扇111對(duì)重整加熱器102的燃燒器提供燃燒用的空氣。
然后，通過(guò)第一重整氣體路徑303將重整氣體從重整催化劑體101導(dǎo)入到轉(zhuǎn)化催化劑體104，另一方面，通過(guò)第三水通路310由第二水供給部109將水提供給轉(zhuǎn)化催化劑體104。以此可以使重整氣體中含有的一氧化碳?xì)怏w與水蒸汽發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成氫氣和二氧化碳。然后，為了使轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的反應(yīng)氣體中的一氧化碳濃度降低到規(guī)定濃度水平(例如10ppm以下)，通過(guò)第二重整氣體路徑304，將該轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體導(dǎo)入到CO選擇氧化催化劑體106，通過(guò)CO選擇氧化謀求進(jìn)一步降低CO濃度。這樣，在氫生成器118中產(chǎn)生低CO濃度的氫氣為主要成分的重整氣體。
接著，由氫生成器118的選擇氧化器105供給的以氫氣為主要成分的重整氣體首先流入第3重整氣體路徑305，之后，由設(shè)在第3重整氣體路徑305的路徑中的切換閥204切換到第一、第二分流路徑306、307，通過(guò)該路徑306、307提供給燃料電池203或重整加熱器102。即在第一分流路徑306中，利用燃料極的電極反應(yīng)使導(dǎo)入到燃料電池203的燃料極的重整氣體的一部分消耗必要量之后，使剩余的重整氣體作為廢氣回流到重整加熱器102的燃燒器中。在第二分流路徑307，不將重整氣體引向燃料極，而使其直接回流到重整加熱器102的燃燒器中。
再者，使回流到重整加熱器102的燃燒器的重整氣體與由燃燒風(fēng)扇111送入重整加熱器102的空氣一起在重整加熱器102的內(nèi)部燃燒。
接著，對(duì)被導(dǎo)入空氣極一側(cè)的空氣的路徑進(jìn)行說(shuō)明。
空氣供給裝置201的空氣暫時(shí)通過(guò)第一空氣路徑311提供給氧化側(cè)加濕器202。另外，通過(guò)從第一水通路308分支的第二水通路309將來(lái)自第一水供給部108的水分提供給氧化側(cè)加濕器202。這樣，在氧化側(cè)加濕器202中進(jìn)行空氣加濕，通過(guò)第二空氣通路312將被加濕的空氣導(dǎo)入到燃料電池203的空氣極。而且，在燃料電池203的空氣極中無(wú)助于反應(yīng)的加濕空氣被原封不動(dòng)釋放到大氣中。
〔燃料電池系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)〕下面用圖1對(duì)燃料電池系統(tǒng)300的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
控制裝置205由微機(jī)等運(yùn)算裝置組成，控制燃料電池系統(tǒng)300的必要的構(gòu)成要素，從而控制該燃料電池系統(tǒng)300的運(yùn)作。
在這里，本說(shuō)明書(shū)中所謂控制裝置不僅僅是單獨(dú)的控制裝置，也意指多個(gè)控制裝置協(xié)同工作，控制燃料電池300的運(yùn)作的控制裝置群。因此，控制裝置205未必由單獨(dú)的控制裝置構(gòu)成，也可以形成多個(gè)控制裝置分散配置，并且這些控制裝置協(xié)同工作對(duì)燃料電池系統(tǒng)300的運(yùn)作進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)。
作為控制裝置205的輸入傳感器，有各種溫度檢測(cè)部。具體而言，作為溫度檢測(cè)部，有檢測(cè)重整器100的氣體溫度(重整催化劑體101周邊的氣體溫度)的重整器溫度檢測(cè)部115、檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103的氣體溫度(轉(zhuǎn)化催化劑體104周邊的氣體溫度)的轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116、以及檢測(cè)選擇氧化器105的氣體溫度(CO選擇氧化催化劑體106周邊的氣體溫度)的選擇氧化器溫度檢測(cè)部117。
還有，在這里配置成這樣的結(jié)構(gòu)，即重整器溫度檢測(cè)部115安裝在重整器100上，可以檢測(cè)重整催化劑體前的上游側(cè)氣體溫度，轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116安裝在轉(zhuǎn)化器100上，可以檢測(cè)轉(zhuǎn)化催化劑體前的上游側(cè)氣體溫度，選擇氧化器溫度檢測(cè)部117安裝在選擇氧化器100上，可以檢測(cè)CO選擇氧化催化劑體前的上游側(cè)氣體溫度。
筒狀催化劑體的下部一端(氣體下游側(cè))中積存因水蒸汽過(guò)剩而凝結(jié)的水分，對(duì)于催化劑來(lái)說(shuō)，是處于比催化劑上部(氣體上游側(cè))更嚴(yán)酷的環(huán)境。因此，預(yù)先將溫度檢測(cè)部配置在催化劑前的氣體上游側(cè)，若在該位置檢測(cè)出水分過(guò)剩所產(chǎn)生的異常，則當(dāng)然可以方便地判定該下游側(cè)方向的催化劑部位也處于水分過(guò)剩狀態(tài)。
作為控制裝置205的輸出動(dòng)作部，有第一、第二水供給裝置108、109的流量調(diào)整部；控制重整催化劑體101用的原料量的電磁閥206；對(duì)供給加濕加熱部102的燃燒器的燃燒用原料進(jìn)行控制的電磁閥110；內(nèi)藏于原料供給裝置107中，對(duì)原料的供給源的原料量進(jìn)行調(diào)整的原料流量調(diào)整閥；對(duì)轉(zhuǎn)化器103進(jìn)行加熱的轉(zhuǎn)化加熱器113、對(duì)選擇氧化器105進(jìn)行加熱的選擇氧化加熱器114、以及對(duì)由氫生成器118供給的重整氣體進(jìn)行流路切換的切換閥204等。
控制裝置205接收被各種溫度檢測(cè)部115、116、117檢測(cè)出的檢測(cè)溫度，根據(jù)這些檢測(cè)溫度使內(nèi)藏在原料供給裝置107中的流量調(diào)整閥以及電磁閥110、206動(dòng)作，以使各種催化劑體101、104、106的反應(yīng)溫度穩(wěn)定，同時(shí)為了縮短氫生成器118起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)化器103及選擇氧化器105的升溫時(shí)間，對(duì)轉(zhuǎn)化加熱器113及選擇氧化加熱器114的輸出進(jìn)行控制。進(jìn)而，控制裝置205按照使切換閥204動(dòng)作，有選擇地將由氫生成器118供給的生成氣體(重整氣體)導(dǎo)入燃料電池203或者重整加熱器102的方式進(jìn)行控制。
圖2中，將自氫生成器118起動(dòng)開(kāi)始時(shí)(更直截了當(dāng)?shù)卣f(shuō)，是重整加熱器102進(jìn)行的對(duì)重整催化劑體101的加熱的開(kāi)始時(shí)刻t0)經(jīng)過(guò)的時(shí)間作為橫坐標(biāo)，示出重整器100轉(zhuǎn)化器103及選擇氧化器105的溫度上升特性。
在能夠?qū)渖善?18的重整器100適當(dāng)?shù)毓┙o有助于水蒸汽重整反應(yīng)的水蒸汽量，并且能夠適當(dāng)?shù)毓┙o穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)化器103的溫度用的水蒸汽量的情況下，重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105各部分的檢測(cè)溫度的上升特性分別以圖2所示的KS特性曲線(xiàn)、HSG特性曲線(xiàn)、以及JSG特性曲線(xiàn)的形式表示。
在這里，重整催化劑體101、轉(zhuǎn)化催化劑體104、以及CO選擇氧化催化劑體106的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值分別是TKs(在600～700℃之間的規(guī)定溫度)、THs(在200～400℃之間的規(guī)定溫度)、以及TJs(在100～300℃之間的規(guī)定溫度)，因此可以估計(jì)出KS特性曲線(xiàn)、HSG特性曲線(xiàn)、以及JSG特性曲線(xiàn)到達(dá)各催化劑體101、104、106的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值的時(shí)刻分別大致為t1、t2、以及t3，自氫生成器118起動(dòng)開(kāi)始(t0)到該時(shí)刻，其時(shí)間是t1＝20～30分、t2＝30～40分、以及t3＝40～50分。
然而，假如是在對(duì)氫生成器118的重整器100及轉(zhuǎn)化器103內(nèi)部過(guò)量提供水或水蒸汽的情況下、或者在通過(guò)氫生成器118的反復(fù)起動(dòng)和停止使其反復(fù)進(jìn)行加熱和冷卻的情況下，過(guò)剩水蒸汽或者因此產(chǎn)生的過(guò)剩的凝結(jié)水分可能滯留在轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的內(nèi)部，該情況將成為轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部受潮或者積水的主要原因。
在這種情況下，由轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升曲線(xiàn)以及由選擇氧化器溫度檢測(cè)部117檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升曲線(xiàn)示出其檢測(cè)溫度的上升速度變緩，比正常時(shí)的HGS特性曲線(xiàn)和JSG特性曲線(xiàn)平緩的升溫曲線(xiàn)。圖2的HSN特性曲線(xiàn)示出受到過(guò)剩水蒸汽等影響升溫速度變緩的轉(zhuǎn)化器103的檢測(cè)溫度特性，JSN特性曲線(xiàn)示出受到過(guò)剩水蒸汽等影響升溫速度變緩的選擇氧化器的檢測(cè)溫度特性。
再者，由于重整器100配置在供給原料和水蒸汽的最上游側(cè)，因此不易受到過(guò)剩水蒸汽等的影響，從而可以確認(rèn)由重整器溫度檢測(cè)部115檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的升溫特性在正常供給與水蒸汽等過(guò)量供給兩者之間變化少。
在這里，在圖2中，以對(duì)于轉(zhuǎn)化催化劑體104以及CO選擇氧化催化劑體106的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值(對(duì)于轉(zhuǎn)化催化劑體104為T(mén)Hs，對(duì)于CO選擇氧化催化劑體106為T(mén)Js)為中心，存在這些催化劑體104、106的反應(yīng)溫度帶的上下限值，分別用THsh、THsl表示出轉(zhuǎn)化催化劑體104的反應(yīng)溫度帶的上下限值，分別用TJsh、TJsl表示出CO選擇氧化催化劑體106的反應(yīng)溫度帶的上下限值。另外，分別用ΔTHh、ΔTHl表示出轉(zhuǎn)化催化劑體104的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值(THs)與其上下限值(THsh、THsl)的溫度差，分別用ΔTJh、ΔTJl表示出CO選擇氧化催化劑體106的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值(TJs)與其上下限值(TJsh、TJsl)的溫度差。
在過(guò)剩水蒸汽等的影響下，轉(zhuǎn)化器103的HSN特性曲線(xiàn)以及/或者選擇氧化器105的JSN特性曲線(xiàn)可能形成以下?tīng)顩r，即自起動(dòng)時(shí)(t0)開(kāi)始，到達(dá)正常時(shí)(例如HSG特性曲線(xiàn)或JSG特性曲線(xiàn))的催化劑反應(yīng)溫度帶的下限值至上限值之間的任意值的反應(yīng)溫度到達(dá)時(shí)間內(nèi)(圖2中示出到設(shè)定值為止的時(shí)間t2和t3，作為反應(yīng)溫度到達(dá)時(shí)間的例子)，連各催化劑的反應(yīng)下限溫度(對(duì)于轉(zhuǎn)化器103為T(mén)Hsl，對(duì)于選擇氧化器105為T(mén)Jsl)都不超過(guò)。即與正常時(shí)的溫度上升水平相比，假如檢測(cè)溫度的溫度上升水平在起動(dòng)開(kāi)始時(shí)～規(guī)定時(shí)間之間上升水平低，則有可能發(fā)生水量過(guò)?；蛘咚羝^(guò)剩的情況。該規(guī)定時(shí)間的值根據(jù)催化劑反應(yīng)的反應(yīng)溫度帶決定，具體而言，可以認(rèn)為該規(guī)定時(shí)間是正常時(shí)的溫度曲線(xiàn)到達(dá)反應(yīng)溫度帶的下限值至上限值(設(shè)想一旦溫度特性急劇上升，超過(guò)反應(yīng)溫度過(guò)沖之后達(dá)到反應(yīng)溫度的情形)之間的任意值的時(shí)間。
然后，控制裝置205根據(jù)被檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103的溫度的轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116以及/或者檢測(cè)選擇氧化器105的溫度的選擇氧化器溫度檢測(cè)部117檢測(cè)出的檢測(cè)溫度，檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的水蒸汽量或者凝結(jié)水分量的過(guò)剩狀態(tài)，若如上述那樣檢測(cè)溫度在起動(dòng)開(kāi)始時(shí)～規(guī)定時(shí)間之間未到達(dá)催化反應(yīng)的下限溫度，則控制裝置205判斷為水量過(guò)剩或者水蒸汽量過(guò)剩。而且，在這里若至少超過(guò)催化反應(yīng)的下限溫度，則各催化劑均可以有效地發(fā)揮作用，而與水蒸汽量或者凝結(jié)水分的多少無(wú)關(guān)，因此將催化反應(yīng)的下限溫度作為能否允許過(guò)剩水分存在的基準(zhǔn)使用。
換言之，控制裝置205根據(jù)圖2中箭頭所示的轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116或者選擇氧化器溫度檢測(cè)部117輸出的檢測(cè)溫度的上升速度，實(shí)施下述判斷動(dòng)作。
若轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度(這里以圖2的粗虛線(xiàn)箭頭表示)未滿(mǎn)規(guī)定的閾值，例如未滿(mǎn)正常時(shí)的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度(這里以圖2的粗實(shí)線(xiàn)箭頭表示)的下限值，則控制裝置205檢測(cè)認(rèn)定為氫生成器118(轉(zhuǎn)化器103)內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)，從而判斷為處于該狀態(tài)，若選擇氧化器溫度檢測(cè)部117檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度(這里以圖2的粗二點(diǎn)一劃鎖線(xiàn)箭頭表示)未滿(mǎn)規(guī)定的閾值，例如未滿(mǎn)正常時(shí)的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度(這里以圖2的粗點(diǎn)劃線(xiàn)箭頭表示)的下限值，則控制裝置205將氫生成器118(選擇氧化器105)內(nèi)部的水量或者水蒸汽量檢測(cè)判定為過(guò)剩狀態(tài)，從而判斷為處于該狀態(tài)。
在這里，所謂檢測(cè)溫度的上升速度，是指在各升溫曲線(xiàn)中，將自起動(dòng)時(shí)開(kāi)始到達(dá)各催化劑的反應(yīng)溫度帶的時(shí)間作為分母，將與該反應(yīng)溫度帶相當(dāng)?shù)臏囟茸鳛榉肿佣玫降臄?shù)值。例如，圖2中正常時(shí)的轉(zhuǎn)化器103的HSG特性曲線(xiàn)中，轉(zhuǎn)化器103的溫度在t0～t2的時(shí)間段內(nèi)上升到THs電平，從而由正常時(shí)的轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116輸出的檢測(cè)溫度的上升速度為T(mén)Hs/(t2-t0)。
還有，雖然在這里列舉出正常時(shí)的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度的下限值以及正常時(shí)的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度的下限值作為上述規(guī)定閾值的一個(gè)例子，但上述規(guī)定的閾值并非限于該值，只要根據(jù)氫生成裝置的構(gòu)成和種類(lèi)進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定就可以。
〔燃料電池系統(tǒng)從起動(dòng)到發(fā)電的運(yùn)作〕恰當(dāng)?shù)赝瓿扇剂想姵叵到y(tǒng)300的水蒸汽供給(正常時(shí))的情況下，通過(guò)重整器100、轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的溫度檢測(cè)部115、116、117獲得的檢測(cè)溫度特性曲線(xiàn)，分別如圖2的KS特性曲線(xiàn)、HSG特性曲線(xiàn)、以及JSG特性曲線(xiàn)那樣，顯示出啟動(dòng)后很快就上升到重整、轉(zhuǎn)化、以及CO選擇氧化的各催化劑體101、104、106的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值的特性。這種情況下，控制裝置205使重整、轉(zhuǎn)化以及CO選擇氧化的各催化劑體101、104、106的溫度達(dá)到規(guī)定的穩(wěn)定溫度，對(duì)原料供給裝置107、電磁閥110、206、切換閥204、以及第一、第二水供給系統(tǒng)108、109等進(jìn)行恰當(dāng)控制，使發(fā)電用重整氣體通過(guò)燃料電池203的燃料極循環(huán)，另一方面，利用氧化劑氣體供給裝置200使氧化劑氣體通過(guò)燃料電池203的空氣極循環(huán)，從而開(kāi)始發(fā)電運(yùn)作。
另一方面，控制裝置205判斷為轉(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105內(nèi)部的水量和水蒸汽量過(guò)剩的情況下(異常時(shí))，通過(guò)轉(zhuǎn)化器103及選擇氧化器105的溫度檢測(cè)部116、117獲得的檢測(cè)溫度特性曲線(xiàn)與正常時(shí)相比，如圖2的HSN特性曲線(xiàn)以及JSN特性曲線(xiàn)那樣，分別顯示出平穩(wěn)上升的特性。這種情況下，控制裝置205使原料以及水蒸汽的供給量降低到重整器100中不析出碳的程度(水蒸汽/碳之比S/C＝2.0以上)，直到轉(zhuǎn)化器103的檢測(cè)溫度超過(guò)轉(zhuǎn)化催化劑體104的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值為止、以及/或者直到選擇氧化器105的檢測(cè)溫度超過(guò)CO選擇氧化催化劑體的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值為止。再者，若水蒸汽供給過(guò)多，則產(chǎn)生裝置恢復(fù)緩慢的問(wèn)題，因此S/C之值的上限值是5.0左右，最好是3.0左右。因此，利用控制裝置205對(duì)原料和水蒸汽的供給進(jìn)行控制，使S/C的范圍在2.0以上、5.0以下，若使S/C的范圍在2.0以上、3.0以下則更佳，直到轉(zhuǎn)化器103的檢測(cè)溫度超過(guò)轉(zhuǎn)化催化劑體104的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值為止、以及/或者直到選擇氧化器105的檢測(cè)溫度超過(guò)CO選擇氧化催化劑體的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值為止。
作為原來(lái)和水蒸汽的具體控制方法，由控制裝置205對(duì)原料供給裝置107中內(nèi)裝的原料流量調(diào)整閥和開(kāi)閉用的電磁閥206輸出進(jìn)行流量控制的控制信號(hào)，又從控制裝置205對(duì)第一、第二水供給部108、109的流量調(diào)整部輸出吐出量控制用的控制信號(hào)，將對(duì)重整器100的原料與水蒸汽的供給量控制于碳素不析出的程度。
然后，在HSN特性曲線(xiàn)以及/或者JSN特性曲線(xiàn)超過(guò)轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值(THs、TJs)的時(shí)刻(圖2中表示為tHN、tJN)，控制裝置205對(duì)內(nèi)藏在原料供給裝置中的調(diào)整閥及電磁閥206輸出使原料量恢復(fù)到正常時(shí)的供給量用的信號(hào)，對(duì)第一、第二供給部108、109輸出使水蒸汽量恢復(fù)到正常時(shí)的供給量用的信號(hào)。然后，控制裝置205使重整、轉(zhuǎn)化以及CO選擇氧化的各催化劑體101、104、106的溫度達(dá)到規(guī)定的穩(wěn)定溫度，對(duì)原料供給裝置107、電磁閥110、206、切換閥204以及第一、第二水供給系統(tǒng)108、109等進(jìn)行恰當(dāng)控制，將發(fā)電用重整氣體提供給燃料電池203內(nèi)部的燃料極，另一方面，利用氧化劑氣體供給裝置200將氧化劑氣體提供給燃料電池203的空氣極，從而開(kāi)始發(fā)電運(yùn)作。
如上所述，如果采用本發(fā)明的實(shí)施方式，則可以恰當(dāng)?shù)嘏袛噢D(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的內(nèi)部是否處于水過(guò)剩狀態(tài)或者水蒸汽過(guò)剩狀態(tài)。
而且，可以可靠地檢測(cè)出轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水蒸汽等引起的異常，因此可以對(duì)該異常迅速進(jìn)行應(yīng)對(duì)，使轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的催化劑活性迅速恢復(fù)。
還有，可以不在催化劑活性繼續(xù)保持低下的情況下發(fā)電，防止一氧化碳?xì)怏w造成的燃料電池203的催化劑中毒于未然。
再者，本發(fā)明的實(shí)施方式中雖然示出了不具備在燃料電池203的電極反應(yīng)中不被消耗地殘留的廢氣回流到重整加熱器102的燃燒器的管道路徑的途中使該廢氣中的水分凝結(jié)的自動(dòng)排水管或者凝結(jié)器的結(jié)構(gòu)，但即使是具備這些裝置的燃料電池系統(tǒng)，在滯留在重整器100、轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的內(nèi)部的過(guò)剩的水蒸汽或者凝結(jié)水分的總量超過(guò)這些裝置的去除能力的情況下，本實(shí)施方式中所述的技術(shù)也是有用的。
(實(shí)施方式2)圖3是示出本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。
本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)320的結(jié)構(gòu)，除了在重整加熱器102中設(shè)置檢測(cè)利用該重整加熱器102的可燃?xì)怏w的燃燒狀態(tài)用的燃燒檢測(cè)部207之外，與實(shí)施方式1的燃燒電池系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)相同。
又，實(shí)施方式1中雖然對(duì)根據(jù)轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116以及選擇氧化器溫度檢測(cè)部17檢測(cè)出的檢測(cè)溫度判斷氫生成器118內(nèi)部的水量或者水蒸汽量是否過(guò)剩的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式也可以根據(jù)被燃燒檢測(cè)部107檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)判斷氫生成器118內(nèi)部的水量或者水蒸汽量是否過(guò)剩。
再者，圖3中，對(duì)與實(shí)施方式1(圖1)中說(shuō)明的燃料電池系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的符號(hào)，省略對(duì)兩者共同的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說(shuō)明。
燃燒檢測(cè)部207被插入重整加熱器102的燃燒器中，以此形成可以檢測(cè)利用重整加熱器102的可燃?xì)怏w的燃燒狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。而且，燃燒檢測(cè)部207與控制裝置205連接，控制裝置205接收由燃燒檢測(cè)部207輸出的表示上述燃燒狀態(tài)的檢測(cè)信號(hào)。
燃燒檢測(cè)部207形成以下所述結(jié)構(gòu)，即將利用例如因重整加熱器102的燃燒器中的可燃?xì)怏w燃燒而生成的火焰的光、火焰的溫度(例如熱電偶)以及火焰的整流作用(例如火柱(flame rod))中的至少其一獲得的火焰電流等物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)以檢測(cè)燃燒狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
以下參考附圖對(duì)燃燒檢測(cè)部207進(jìn)行的重整加熱器102的燃燒器中的燃燒氣體狀態(tài)的檢測(cè)動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖4是將橫坐標(biāo)設(shè)定為自氫生成器起動(dòng)開(kāi)始(t0)經(jīng)過(guò)的時(shí)間(起動(dòng)時(shí)間)，將縱坐標(biāo)設(shè)定為重整器溫度檢測(cè)部輸出的重整檢測(cè)溫度(KS)，將溫度檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)的由燃燒檢測(cè)部輸出燃燒檢測(cè)溫度(TFG)，以及將火焰電流檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)的由燃燒檢測(cè)部輸出的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)，示出兩者的相互關(guān)系之一例的圖。而且，圖4示出由第一和第二水供給裝置108、109適當(dāng)?shù)叵驓渖善?18的重整器100以及轉(zhuǎn)化器102內(nèi)部提供水或者水蒸汽，且氫生成器118內(nèi)部的水量或者水蒸汽量適量的情況下，由燃燒檢測(cè)部207輸出的燃燒檢測(cè)溫度(TFG)以及由燃燒檢測(cè)部207輸出的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)。另外，原料氣體采用城市煤氣。
燃燒檢測(cè)溫度(TFG)的溫度曲線(xiàn)顯示出在利用重整加熱器102使可燃?xì)怏w開(kāi)始燃燒之后，比重整檢測(cè)溫度(KS)的溫度曲線(xiàn)，在全部起動(dòng)時(shí)間都顯得稍低一些，又與重整檢測(cè)溫度(KS)的溫度曲線(xiàn)有相同的特性曲線(xiàn)。
另一方面，燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)的電流曲線(xiàn)，在利用重整加熱器102使可燃?xì)怏w剛開(kāi)始燃燒時(shí)與重整檢測(cè)溫度(KS)的溫度曲線(xiàn)相比，顯示出陡然上升的特性曲線(xiàn)(但是適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了限制控制，使燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)的數(shù)值不超過(guò)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的火焰電流的上限值(FRh))。可以認(rèn)為這樣的現(xiàn)象是因?yàn)槔弥卣訜崞?02使可燃?xì)怏w剛開(kāi)始燃燒的瞬間，被氫生成器118釋放并回流到重整加熱器102中的氣體中的甲烷成分的火焰中的離子濃度急劇升高引起的。
而且，若重整催化劑體101的溫度伴隨著起動(dòng)時(shí)間的經(jīng)過(guò)而升高，則通過(guò)重整催化劑體101的重整反應(yīng)，原料氣體(城市煤氣)中含有的甲烷成分可以轉(zhuǎn)化為氫氣。若利用城市煤氣向氫氣轉(zhuǎn)化，則從氫生成器118釋放并回流到重整加熱器102中的氣體中的甲烷濃度減小，相反，該回流氣體中的氫氣濃度增大，其結(jié)果顯示出由于重整加熱器102的火焰中的離子化程度低下，燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)呈減小趨勢(shì)(t1前后附近)。即雖然顯示出在重整催化劑體101的重整反應(yīng)溫度附近，燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)的電流曲線(xiàn)呈現(xiàn)緩緩減小的趨勢(shì)，但不低于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的火焰電流的下限值電平(FRl)，之后，該電流曲線(xiàn)顯示出燃燒量隨著燃料電池203的發(fā)電而增加，同時(shí)通過(guò)增加原料使火焰電流增大的特性曲線(xiàn)。總之，若原料固定，則火焰電流相應(yīng)于重整反應(yīng)溫度附近的轉(zhuǎn)化率而減小，若原料增加，則平均單位體積的火焰的離子化程度也上升，流入火焰電流檢測(cè)裝置的火焰電流也增大。
接著，就有關(guān)對(duì)氫生成器118的重整器100的內(nèi)部和轉(zhuǎn)化器103的內(nèi)部過(guò)量供水的情況、還有起動(dòng)和停止頻繁反復(fù)，加熱和冷卻反復(fù)進(jìn)行，致使過(guò)剩的水蒸汽或者凝結(jié)的水分滯留在重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105的內(nèi)部的情況，對(duì)燃燒檢測(cè)溫度(TFG)的溫度曲線(xiàn)以及燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)的電流曲線(xiàn)的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖5是將橫坐標(biāo)設(shè)定為自氫生成器起動(dòng)開(kāi)始(t0)經(jīng)過(guò)的時(shí)間(起動(dòng)時(shí)間)，將縱坐標(biāo)設(shè)定為重整器溫度檢測(cè)部輸出的重整檢測(cè)溫度(KSN)、將溫度檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)燃燒檢測(cè)部輸出燃燒檢測(cè)溫度(TFN)、以及將火焰電流檢測(cè)裝置用作燃燒檢測(cè)部時(shí)燃燒檢測(cè)部輸出的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRN)，示出兩者的相互關(guān)系之一例的圖。而且，圖5示出在水或者水蒸汽由第一和第二水供給裝置108、109適當(dāng)?shù)靥峁┙o氫生成器118的重整器100以及轉(zhuǎn)化器102內(nèi)部，且氫生成器118內(nèi)部的水量或者水蒸汽量過(guò)剩的情況下，由燃燒檢測(cè)部207輸出的燃燒檢測(cè)溫度(TFN)以及由燃燒檢測(cè)部207輸出的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRN)。
在氫生成器118起動(dòng)剛開(kāi)始的瞬間，通過(guò)切換閥204的切換動(dòng)作直接將選擇氧化器105釋放的氣體提供給重整加熱器102內(nèi)部的燃燒器，而不供給燃料電池203的燃料極。在這里，在氫生成器118起動(dòng)剛開(kāi)始時(shí)，滯留在氫生成器118內(nèi)部的凝結(jié)的過(guò)剩水立即作為水蒸汽(氣體)混入釋放氣體，伴隨該釋放氣體提供給重整加熱器102的燃燒器的可能性小。因此，氫生成器118起動(dòng)剛開(kāi)始時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KSN)的溫度曲線(xiàn)顯示出與正常時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KS參照?qǐng)D4)的溫度曲線(xiàn)大致相同的特性曲線(xiàn)。
然而，隨著氫生成器118的起動(dòng)時(shí)間的經(jīng)過(guò)，利用重整加熱器102的燃燒熱將原料氣體加熱到高溫，因此，滯留的過(guò)剩水慢慢形成水蒸汽混入該釋放氣體，被提供給重整加熱器102的燃燒器。
具體而言，從轉(zhuǎn)化催化劑體104的溫度達(dá)到轉(zhuǎn)化催化劑體104的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值的時(shí)刻(t1)到CO選擇氧化催化劑體106的溫度達(dá)到CO選擇氧化催化劑體106的反應(yīng)溫度的設(shè)定值的時(shí)刻(t2)的期間，滯留的過(guò)剩水作為水蒸汽被送入重整加熱器102的燃燒器。于是，重整加熱器102的燃燒器中包含的水蒸汽量過(guò)剩，其結(jié)果是，重整加熱器102的燃燒器的可燃?xì)怏w的燃燒狀態(tài)不穩(wěn)定化。
因此，如圖5所示，由燃燒檢測(cè)部207輸出的燃燒檢測(cè)溫度(TFN)的溫度特性曲線(xiàn)顯示出轉(zhuǎn)化器103溫度上升的時(shí)刻(t2附近)到選擇氧化器105溫度上升的時(shí)刻(t3)的整個(gè)期間，發(fā)生過(guò)剩的水蒸汽引起的頻發(fā)的溫度變化現(xiàn)象(GX)的趨勢(shì)。
同樣，由燃燒檢測(cè)部207輸出的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRN)的電流曲線(xiàn)顯示出在t2～t3期間發(fā)生過(guò)剩的水蒸汽引起的頻發(fā)的火焰電流變化現(xiàn)象(JX)的趨勢(shì)。
可知在該溫度變化現(xiàn)象(GX)發(fā)生的情況下，燃燒檢測(cè)溫度(TFN)的數(shù)值低于相當(dāng)與允許作為重整加熱器102的正常動(dòng)作的范圍的下限值的正常時(shí)的下限值電平(TFl)，頻繁達(dá)到與重整加熱器102的燃燒器的消火電平相當(dāng)?shù)漠惓r(shí)的下限值電平(TFlm)。
同樣，可知在火焰電流變化現(xiàn)象(JX)發(fā)生的情況下，燃燒檢測(cè)火焰電流(FRN)的數(shù)值低于相當(dāng)與允許作為重整加熱器102的正常動(dòng)作的范圍的下限值的正常時(shí)的下限值電平(TRl)，頻繁達(dá)到與重整加熱器102的燃燒器的消火電平相當(dāng)?shù)漠惓r(shí)的下限值電平(FRlm)。
而且，若是重整加熱器102的原料供給不足或重整加熱器102的燃燒用空氣供給不足的，過(guò)量提供水蒸汽以外的重整加熱器102的異常，則燃燒檢測(cè)溫度或燃燒檢測(cè)電流的數(shù)值頻繁達(dá)到重整加熱器102的燃燒器的消火電平的頻率將不會(huì)有過(guò)剩水蒸汽引起的重整加熱器102的異常的情況那么高，據(jù)此，本發(fā)明申請(qǐng)人認(rèn)為可以根據(jù)燃燒檢測(cè)溫度或者燃燒檢測(cè)電流的數(shù)值判斷氫氣發(fā)生器118(轉(zhuǎn)化器102和選擇氧化器105)內(nèi)部有無(wú)過(guò)剩水。因此，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)320形成利用控制裝置205對(duì)燃燒檢測(cè)溫度(TFN)中的過(guò)剩水蒸汽引起的溫度變化現(xiàn)象(GX)或燃燒檢測(cè)火焰電流(FRN)中的過(guò)剩水蒸汽引起的火焰電流變化現(xiàn)象(JX)進(jìn)行監(jiān)視的結(jié)構(gòu)。
更具體地說(shuō)，若在自轉(zhuǎn)化器103的溫度上升的時(shí)刻(t2附近)～選擇氧化器105的溫度上升的時(shí)刻(t3附近)的期間頻繁發(fā)生燃燒檢測(cè)溫度(TFN)的數(shù)值低于異常時(shí)的下限值電平(TFlm)的現(xiàn)象或燃料檢測(cè)火焰電流(FRN)的數(shù)值低于異常時(shí)的下限值電平(FRlm)的現(xiàn)象，則控制裝置205判定轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105的內(nèi)部處于過(guò)剩水引起的受潮或積水的狀態(tài)。
圖6是示出氫生成器起動(dòng)時(shí)的控制裝置的控制程序之一例的流程圖。該控制程序存儲(chǔ)在控制裝置205的存儲(chǔ)部(未圖示)。
伴隨氫生成器118的起動(dòng)動(dòng)作，重整加熱器102開(kāi)始對(duì)重整催化劑體101進(jìn)行加熱(可燃?xì)怏w燃燒)(步驟S1)。
然后，控制裝置205對(duì)原料量、燃燒風(fēng)扇輸出量、重整水水量、以及轉(zhuǎn)化水水量進(jìn)行調(diào)整，以適當(dāng)控制氫生成器118(步驟S2)。
在這里控制裝置205接收由燃燒檢測(cè)部207輸出的表示燃燒狀態(tài)的檢測(cè)信號(hào)(步驟S3)，另一方面，控制裝置205判斷該檢測(cè)信號(hào)是否達(dá)到相當(dāng)與重整加熱器102的燃燒器消火電平的異常時(shí)的下限值電平(TFlm、FRlm)(步驟S4)。
在來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)未達(dá)到上述下限值電平(TFlm、FRlm)的情況下(步驟S4中判斷為「No」的情況下)，控制裝置205反復(fù)進(jìn)行步驟S2～步驟S4的動(dòng)作。
另一方面，在來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到上述下限值電平(TFlm、FRlm)的情況下(步驟S4中判斷為「Yes」的情況下)，控制裝置205進(jìn)至下一判斷步驟，對(duì)來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)低于上述下限值電平(TFlm、FRlm)的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而判斷每一規(guī)定時(shí)間內(nèi)該發(fā)生次數(shù)是否在規(guī)定次數(shù)以上(步驟S5)。
在這里，產(chǎn)生過(guò)剩水引起的溫度變化現(xiàn)象(GX)或火焰電流變化現(xiàn)象(JX)的氫生成器118的起動(dòng)時(shí)間帶、即轉(zhuǎn)化器103的溫度上升的時(shí)刻(t2附近)～選擇氧化器105的溫度上升的時(shí)刻(t3附近)的期間，來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)頻繁出現(xiàn)低于相當(dāng)與重整加熱器102的燃燒器的消火電平的上述下限值(TFlm、FRlm)的狀況。
因此，若每一規(guī)定時(shí)間(t2～t3之間的每一規(guī)定的單位時(shí)間)，來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)低于上述下限值電平(TFlm、FRlm)的次數(shù)在規(guī)定次數(shù)以上(步驟中S5中判斷為「Yes」的情況)，則控制裝置205判定轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105的內(nèi)部處于水過(guò)剩狀態(tài)。即控制裝置205對(duì)該水過(guò)剩狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。然后，控制裝置205執(zhí)行伴隨去除轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105的過(guò)剩水的處理的氫生成器118的異常停止動(dòng)作(步驟6)。
另一方面，若上述每一規(guī)定時(shí)間，來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)低于上述下限值電平(TFlm、FRlm)的次數(shù)并非在規(guī)定次數(shù)以上(步驟中S5中判斷為「No」的情況)，則控制裝置205判定處于對(duì)重整加熱器102的原料供應(yīng)不足或者燃料用空氣供應(yīng)不足的狀態(tài)，從而執(zhí)行基于重整加熱器102原料不足或者燃燒用空氣不足的氫生成器118的異常停止動(dòng)作(步驟7)。
若采用這樣的控制裝置205的判斷步驟，則能夠根據(jù)重整加熱器102上設(shè)置的燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)，將轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部受潮等水過(guò)剩狀態(tài)區(qū)別與重整加熱器102原料不足等異?，F(xiàn)象，從而可以恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行判斷。
再者，也可以根據(jù)由原料氣體流量計(jì)、燃燒風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)數(shù)或燃燒空氣流量計(jì)測(cè)出的實(shí)際數(shù)值與這些設(shè)定目標(biāo)值之間的差進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷是否為轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部受潮等水過(guò)剩引起的不發(fā)火的主要因素。
另外，在這里，控制裝置205進(jìn)行的過(guò)剩水去除處理所伴隨的異常停止動(dòng)作的例子與實(shí)施方式1中說(shuō)明的內(nèi)容相同，即控制裝置205使原料以及水蒸汽的供給量降低到重整器100中不析出碳的程度(水蒸汽/碳之比S/C＝2.0以上)，直到圖2中所示的轉(zhuǎn)化器103的檢測(cè)溫度超過(guò)轉(zhuǎn)化催化劑體104的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值為止、以及/或者直到選擇氧化器105的檢測(cè)溫度超過(guò)CO選擇氧化催化劑體的反應(yīng)溫度帶的設(shè)定值為止，但由于與已經(jīng)說(shuō)明的內(nèi)容重復(fù)，故省略其詳細(xì)說(shuō)明。
如上所述，采用本實(shí)施形態(tài)，能夠確切判定轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部是否處于受潮等水過(guò)剩狀態(tài)。
而且，由于可以可靠地檢測(cè)出轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水蒸汽等引起的異常，因此可以迅速地應(yīng)對(duì)這樣的異常，從而可以使轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器103的催化劑活性迅速?gòu)?fù)原。
還有，可以不至于在催化劑活性降低的情況下繼續(xù)發(fā)電，能夠防止一氧化碳?xì)怏w造成的燃料電池203的催化劑中毒。
再者，在本實(shí)施方式中雖然示出了不具備在使燃料電池203產(chǎn)生的電極反應(yīng)中未被消耗地殘留的廢氣回流到重整加熱器102的燃燒器的管道路徑的途中使該廢氣中的水分凝結(jié)的自動(dòng)排水管或者凝結(jié)器的結(jié)構(gòu)，但即使是具備這些裝置的燃料電池系統(tǒng)，在滯留在重整器100、轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的內(nèi)部滯留的過(guò)剩水蒸汽或凝結(jié)水分的總量超過(guò)這些裝置的去除能力的情況下，本實(shí)施方式中所述的技術(shù)也是有用的。
(實(shí)施方式3)圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。本實(shí)施方式中對(duì)目的在于去除轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水的第1變形例進(jìn)行說(shuō)明。
氫生成器118、氧化劑氣體供給裝置200、燃料電池203、以及控制裝置205等的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作與實(shí)施方式1、2中說(shuō)明的內(nèi)容相同，因此省略該說(shuō)明。
本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)330的結(jié)構(gòu)上的變更點(diǎn)在于，將排放因受到過(guò)剩水蒸汽等影響而滯留在轉(zhuǎn)化器103內(nèi)部的過(guò)剩凝結(jié)水分用的轉(zhuǎn)化器用排放閥400與轉(zhuǎn)化器103連接，將排放因受到過(guò)剩水蒸汽等影響而滯留在選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩凝結(jié)水分排出用的選擇氧化器用排放閥401與選擇氧化器105連接，利用控制裝置205對(duì)這些排放閥400、401進(jìn)行控制。而且，這些作為排放裝置的排放閥400、401由電磁閥等構(gòu)成。
接著，對(duì)實(shí)施方式3中的燃料電池系統(tǒng)330的運(yùn)作進(jìn)行說(shuō)明。
與實(shí)施方式1相同，在對(duì)氫生成器118的重整器100適當(dāng)?shù)毓┙o水蒸汽重整用的水分，并且適當(dāng)?shù)靥峁┓€(wěn)定控制轉(zhuǎn)化器103的溫度用的水的情況下，由于對(duì)重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105的內(nèi)部供給適量的水蒸汽，因此重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105的檢測(cè)溫度分別表示為以圖2的KS、HSG、以及JSG示出的特性曲線(xiàn)。此外，在這種情況下，與實(shí)施方式2相同，能夠獲得圖4所示的正常時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KS)的特性、正常時(shí)的燃燒檢測(cè)溫度(TFG)的特性、以及正常時(shí)的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)的特性。
然而，在過(guò)量地將水提供給氫生成器118的重整器100以及/或者轉(zhuǎn)化器103內(nèi)部的情況下、隨著起動(dòng)和停止頻繁反復(fù)，氫生成器118反復(fù)進(jìn)行加熱和冷卻，過(guò)剩的水蒸汽或者過(guò)剩的凝結(jié)水滯留于重整器100、轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的內(nèi)部的情況下，轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的檢測(cè)溫度分別表示為以圖2的HSN以及JSN示出的升溫曲線(xiàn)。而且這種情況與實(shí)施方式2相同，能夠獲得圖5所示的異常時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KSN)的特性、異常時(shí)的燃燒檢測(cè)溫度(TFN)的特性、以及異常時(shí)的燃燒火焰檢測(cè)火焰電流(FRN)的特性。
這里，控制裝置205與實(shí)施方式1相同，根據(jù)檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103的溫度的轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116以及/或者檢測(cè)選擇氧化器105的溫度的選擇氧化器溫度檢測(cè)部117檢測(cè)出的檢測(cè)溫度，判斷為轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的水蒸汽量過(guò)?；蛘吣Y(jié)水量過(guò)剩的情況下，使氫生成器118的工作停止，執(zhí)行生成的可燃性氣體的清洗動(dòng)作。
或者，控制裝置205與實(shí)施方式2相同(參考圖6的流程圖)，根據(jù)燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)，判斷為轉(zhuǎn)化器103或者選擇氧化器105內(nèi)部的水蒸汽量過(guò)剩或者凝結(jié)水量過(guò)剩(根據(jù)來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)值低于重整加熱器102的消火電平的次數(shù)進(jìn)行判斷)的情況下，使氫生成器118的工作停止，執(zhí)行生成的可燃性氣體的清洗動(dòng)作。
接著，控制裝置205對(duì)分別連接于轉(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105的排放閥400、401輸出要打開(kāi)這些排放閥的控制信號(hào)，使滯留在轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的過(guò)剩水在氫生成器118停止期間通過(guò)排放路徑402、403排出。打開(kāi)排放閥門(mén)400、401需要可以充分排放過(guò)剩水分的時(shí)間、例如需要相當(dāng)于數(shù)小時(shí)到一夜的時(shí)間。而且，這時(shí)若由不活潑性氣體設(shè)備(未圖示)將氮?dú)獾炔换顫娦詺怏w提供給轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105，則轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的內(nèi)壓增大，從而可以使過(guò)剩水容易排放，同時(shí)也可以促進(jìn)其內(nèi)部的干燥。因此可以提前消除轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水引起的受潮或積水。
采用本實(shí)施方式，可以可靠地檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水蒸汽等引起的異常，因此可以迅速地應(yīng)對(duì)該異常，從而可以使轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的催化劑活性迅速恢復(fù)。
還有，可以不至于在催化劑活性降低的情況下繼續(xù)發(fā)電，能夠防止一氧化碳?xì)怏w造成的燃料電池203的催化劑中毒。
再者，在這里雖然對(duì)排放過(guò)剩水時(shí)利用氮?dú)獾炔换顫姎怏w對(duì)至少是轉(zhuǎn)化器103及選擇氧化器105中的任意一個(gè)進(jìn)行清洗的例子進(jìn)行說(shuō)明，但即使是執(zhí)行轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部的加熱處理、或者對(duì)轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105供給空氣的結(jié)構(gòu)，這些設(shè)備103、105的內(nèi)壓高，容易排放過(guò)剩水，同時(shí)，轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的內(nèi)部的干燥速度也快，可以提前使轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105從受潮等水過(guò)剩狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)，這是再好不過(guò)的。
(實(shí)施方式4)圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。本實(shí)施方式的目的在于去除轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水的第2變形例進(jìn)行說(shuō)明。
氫生成器118、氧化劑氣體供給裝置200、燃料電池203、以及控制裝置205等的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作與實(shí)施方式1、2中說(shuō)明的內(nèi)容相同，因此省略該說(shuō)明。
本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)340的結(jié)構(gòu)上的變更點(diǎn)在于，將使受到過(guò)剩水蒸汽等影響而滯留在轉(zhuǎn)化器103中的過(guò)剩凝結(jié)水分干燥而將其排除的轉(zhuǎn)化器用空氣供給泵500與轉(zhuǎn)化器103連接，將使受到過(guò)剩水蒸汽等影響而滯留在選擇氧化器105中的過(guò)剩凝結(jié)水分干燥而將其排除的選擇氧化器用空氣供給泵501與選擇氧化器105連接，利用控制裝置205對(duì)這些作為空氣供給裝置的空氣供給泵500、501進(jìn)行控制。
接著，對(duì)實(shí)施方式4中的燃料電池系統(tǒng)340的運(yùn)作進(jìn)行說(shuō)明。
與實(shí)施方式1相同，在對(duì)氫生成器118的重整器100適當(dāng)?shù)毓┙o水蒸汽重整用的水分，并且適當(dāng)?shù)毓┙o穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)化器103的溫度用的水的情況下，由于對(duì)重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105的內(nèi)部供給適量的水蒸汽，因此重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105的檢測(cè)溫度分別表示為以圖2的KS、HSG、以及JSG示出的特性曲線(xiàn)。此外，在這種情況下，與實(shí)施方式2相同，能夠獲得圖4所示的正常時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KS)特性、正常時(shí)的燃燒檢測(cè)溫度(TFG)特性、以及正常時(shí)的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)特性。
然而，在過(guò)剩地將水提供給氫生成器118的重整器100以及/或者轉(zhuǎn)化器103內(nèi)部的情況下、或者隨著起動(dòng)和停止頻繁反復(fù)進(jìn)行，氫生成器118反復(fù)進(jìn)行加熱和冷卻，過(guò)剩的水蒸汽或者過(guò)剩的凝結(jié)水滯留于重整器100、轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的內(nèi)部的情況下，轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的檢測(cè)溫度分別表示為以圖2的HSN以及JSN示出的升溫曲線(xiàn)。此外，在這種情況下，與實(shí)施方式2相同，能夠獲得圖5所示的異常時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KSN)特性、異常時(shí)的燃燒檢測(cè)溫度(TFN)特性、以及異常時(shí)的燃燒火焰檢測(cè)火焰電流(FRN)特性。
在這里，控制裝置205與實(shí)施方式1相同，在根據(jù)檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103的溫度的轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116以及/或者檢測(cè)選擇氧化器105的溫度的選擇氧化器溫度檢測(cè)部117檢測(cè)出的檢測(cè)溫度，判斷為轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的水蒸汽量過(guò)?；蛘吣Y(jié)水量過(guò)剩的情況下，使氫生成器118的工作停止，執(zhí)行生成的可燃性氣體的清洗動(dòng)作。
或者，控制裝置205與實(shí)施方式2相同(參考圖6的流程圖)，在根據(jù)燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)，判斷為轉(zhuǎn)化器103或者選擇氧化器105內(nèi)部的水蒸汽量過(guò)?；蛘吣Y(jié)水量過(guò)剩(根據(jù)來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)值低于重整加熱器102的消火電平的次數(shù)進(jìn)行判斷)的情況下，使氫生成器118的工作停止，執(zhí)行生成的可燃性氣體的清洗動(dòng)作。
接著，控制裝置205對(duì)空氣供給泵500、501發(fā)出驅(qū)動(dòng)用控制信號(hào)，對(duì)其驅(qū)動(dòng)，在氫生成器118停止期間通過(guò)干燥用空氣供給路徑502、503，由空氣供給泵500、501將空氣送入轉(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105。在這里，對(duì)轉(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105進(jìn)行的空氣輸送需要使其內(nèi)部的過(guò)剩水分干燥的足夠的時(shí)間、例如需要數(shù)小時(shí)到相當(dāng)于一夜的時(shí)間。另外，來(lái)自空氣供給泵500、501的空氣流速最好是盡可能快從而能夠有效地進(jìn)行干燥處理，與通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相比，至少提高單位時(shí)間的流量。以此可以使滯留在轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105中的過(guò)剩水干燥并將其排出。
如果采用本實(shí)施方式，則可以可靠地檢測(cè)出轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水蒸汽等引起的異常，因此可以迅速地應(yīng)對(duì)這樣的異常，從而可以使轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的催化劑活性迅速恢復(fù)。
還有，可以在催化劑活性降低的情況下進(jìn)行發(fā)電，能夠防止一氧化碳?xì)怏w造成的燃料電池203的催化劑中毒。
再者，本實(shí)施方式中，可以直接對(duì)著過(guò)剩的水噴射空氣，使過(guò)剩的水汽化，從而使催化劑活性迅速恢復(fù)，這樣是最理想的。
(實(shí)施方式5)圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)構(gòu)成例的框圖。在本實(shí)施方式中，對(duì)目的在于去除轉(zhuǎn)化器103或選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水用的第3變形例進(jìn)行說(shuō)明。
氫生成器118、氧化劑氣體供給裝置200、燃料電池203、以及控制裝置205等的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作與實(shí)施方式1、2中說(shuō)明的內(nèi)容相同，因此省略該說(shuō)明。
本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)350的結(jié)構(gòu)上的變更點(diǎn)在于，將對(duì)受到過(guò)剩水蒸汽等影響而滯留在轉(zhuǎn)化器103的過(guò)剩凝結(jié)水分加熱使其干燥用的轉(zhuǎn)化器用燃燒排氣供給閥600設(shè)置在貫穿于重整加熱器102與轉(zhuǎn)化器103之間的轉(zhuǎn)化器用燃燒廢氣供給路徑602上，將對(duì)受到過(guò)剩水蒸汽等影響而滯留在選擇氧化器105內(nèi)的過(guò)剩凝結(jié)水分加熱使其干燥用的選擇氧化器用燃燒排氣供給閥601設(shè)置在貫穿于重整加熱器102與選擇氧化器105之間的選擇氧化器用燃燒廢氣供給路徑603上，作為這樣的加熱裝置的燃燒廢氣供給路徑602、603上配置的氣體供給閥600、601由控制裝置205控制。
下面對(duì)實(shí)施方式5中的燃料電池系統(tǒng)350的運(yùn)作進(jìn)行說(shuō)明。
與實(shí)施方式1相同，在對(duì)氫生成器118的重整器100恰當(dāng)供給水蒸汽重整用的水分，并且恰當(dāng)供給穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)化器103的溫度用的水的情況下，由于對(duì)重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105的內(nèi)部供給適量的水蒸汽，因此重整器100、轉(zhuǎn)化器103、以及選擇氧化器105的檢測(cè)溫度分別表示為圖2的KS、HSG、以及JSG所示的特性曲線(xiàn)。而且在這種情況下，與實(shí)施方式2相同，能夠得到圖4所示的正常時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KS)的特性、正常時(shí)的燃燒檢測(cè)溫度(TFG)的特性、以及正常時(shí)的燃燒檢測(cè)火焰電流(FRG)的特性。
然而，在向氫生成器118的重整器100以及/或者轉(zhuǎn)化器103內(nèi)部過(guò)度供水的情況下、或者隨著起動(dòng)和停止的頻繁反復(fù)，對(duì)氫生成器118反復(fù)進(jìn)行加熱和冷卻，過(guò)剩的水蒸汽或者過(guò)剩的凝結(jié)水滯留于重整器100、轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的內(nèi)部的情況下，轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105的檢測(cè)溫度分別表示為圖2的HSN以及JSN所示的升溫曲線(xiàn)。而且在這種情況下，與實(shí)施方式2相同，能夠得到圖5所示的異常時(shí)的重整檢測(cè)溫度(KSN)的特性、異常時(shí)的燃燒檢測(cè)溫度(TFN)的特性、以及異常時(shí)的燃燒火焰檢測(cè)火焰電流(FRN)的特性。
在這里，與實(shí)施方式1相同，控制裝置205在根據(jù)檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103的溫度的轉(zhuǎn)化器溫度檢測(cè)部116以及/或者檢測(cè)選擇氧化器105的溫度的選擇氧化器溫度檢測(cè)部117檢測(cè)出的檢測(cè)溫度判斷為轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的水蒸汽量過(guò)?；蛘吣Y(jié)水量過(guò)剩的情況下，使氫生成器118的工作停止，執(zhí)行生成的可燃性氣體的清洗動(dòng)作。
或者，與實(shí)施方式2相同(參考圖6的流程圖)，控制裝置205在根據(jù)燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)，判斷為轉(zhuǎn)化器103或者選擇氧化器105內(nèi)部的水蒸汽量過(guò)?；蛘吣Y(jié)水量過(guò)剩(根據(jù)來(lái)自燃燒檢測(cè)部207的檢測(cè)信號(hào)的數(shù)值低于重整加熱器102的消火電平的次數(shù)進(jìn)行判斷)的情況下，使氫生成器118的工作停止，執(zhí)行生成的可燃性氣體的清洗動(dòng)作。
接著，控制裝置205在氫生成器118停止期間對(duì)供給閥600輸出信號(hào)以打開(kāi)將重整加熱器102與轉(zhuǎn)化器103流動(dòng)連接的燃燒廢氣供給路徑602上設(shè)置的氣體供給閥600。同樣，控制裝置205在氫生成器118停止期間對(duì)供給閥601輸出信號(hào)以打開(kāi)將重整加熱器102與選擇氧化器105流動(dòng)連接的燃燒廢氣供給路徑603上設(shè)置的氣體供給閥601。這樣，可以充分利用由重整加熱器102生成的燃燒廢氣的余熱，有效地對(duì)滯留在轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的過(guò)剩水進(jìn)行加熱烘干。再者，加熱轉(zhuǎn)化器103以及選擇氧化器105需要可以使過(guò)剩水分充分干燥的時(shí)間，例如需要數(shù)小時(shí)到相當(dāng)于一夜的時(shí)間。
作為加熱裝置的例子，本實(shí)施方式對(duì)將高溫的燃燒廢氣提供給轉(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105用的燃燒廢氣供給路徑602、603以及氣體供給閥門(mén)600、601進(jìn)行了說(shuō)明，但并非局限于此，只要是能夠?qū)粼谵D(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105中的過(guò)剩水分加熱烘干，任何裝置都可以。
通過(guò)控制使例如轉(zhuǎn)化器113和選擇氧化器114的輸出提高，可以將這些加熱器113、114用作加熱裝置。
另外，這里雖然說(shuō)明的是停止氫生成器118工作之后對(duì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105內(nèi)部進(jìn)行烘干處理的動(dòng)作例，但只要是使用本實(shí)施方式的加熱裝置，未必需要使氫生成器118的工作停止，最好是在氫生成器118運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠使轉(zhuǎn)化器103和選擇氧化器105干燥。
采用本實(shí)施方式，可以可靠地檢測(cè)轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105內(nèi)部的過(guò)剩水蒸汽等引起的異常，因此可以迅速地應(yīng)對(duì)該異常，從而可以使轉(zhuǎn)化器103以及/或者選擇氧化器105的催化劑活性迅速恢復(fù)。
還有，可以不在催化劑活性持續(xù)保持低下的情況下發(fā)電，防止一氧化碳?xì)怏w造成的燃料電池203的催化劑中毒于未然。
產(chǎn)業(yè)上利用的可行性如果采用本發(fā)明的燃料電池，可以謀求氫生成器的高性能化，可用作家庭用發(fā)電裝置。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，其特征在于，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低的選擇氧化器的氫生成器；檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部；以及控制裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下，檢測(cè)為氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)檢測(cè)為所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)檢測(cè)為所述選擇氧化器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。
4.一種控制裝置，其特征在于，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、以及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器的氫生成器；檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和所述選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部；以及控制裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下進(jìn)行控制以減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述氫生成器供給水或者水蒸汽的水供給裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述水供給裝置進(jìn)行控制以減少對(duì)所述氫生成器內(nèi)部的水或者水蒸汽的供給量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器排放水的水排放裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述水排放裝置進(jìn)行控制，使所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)部的水排放到外部。
7.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述選擇氧化器排放水的水排放裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述水排放裝置進(jìn)行控制，使所述選擇氧化器內(nèi)部的水排放到外部。
8.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器供給空氣用的空氣供給裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述空氣供給裝置進(jìn)行控制，以將空氣導(dǎo)入所述轉(zhuǎn)化器內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述選擇氧化器供給空氣用的空氣供給裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述空氣供給裝置進(jìn)行控制，以將空氣導(dǎo)入所述選擇氧化器內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器進(jìn)行加熱的加熱裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的轉(zhuǎn)化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述加熱裝置進(jìn)行控制，以加熱所述轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述選擇氧化器進(jìn)行加熱的加熱裝置，所述控制裝置在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的選擇氧化器檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值時(shí)對(duì)所述加熱裝置進(jìn)行控制以加熱所述選擇氧化器的內(nèi)部。
12.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有權(quán)利要求1～11中的任意一項(xiàng)中記載的氫氣生成裝置、以及用由所述氫氣生成裝置提供的重整氣體及氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
13.一種氫氣生成裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，該氫氣生成裝置具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低的選擇氧化器的氫生成器；以及檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和所述選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部，在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
14.一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，該燃料電池系統(tǒng)具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、及使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器的氫生成器；用所述氫生成器提供的重整氣體及氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池；以及檢測(cè)所述轉(zhuǎn)化器和所述選擇氧化器中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部，在所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
15.一種氫氣生成裝置，其特征在于，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、以及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；檢測(cè)所述重整加熱器中的可燃?xì)怏w燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部；以及控制裝置。所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上時(shí)，檢測(cè)為所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。
16.一種氫氣生成裝置，其特征在于，具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；檢測(cè)所述重整加熱器的燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部；以及控制裝置，所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹归g的規(guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，進(jìn)行控制以減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述氫生成器供給水或者水蒸汽的水供給裝置，所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述水供給裝置進(jìn)行控制以減少對(duì)所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量的供給量。
18.根據(jù)權(quán)利要求16中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器排放水的水排放裝置，所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述水排放裝置進(jìn)行控制，使所述轉(zhuǎn)化器以及/或者選擇氧化器內(nèi)部的水排放到外部。
19.根據(jù)權(quán)利要求16中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器供給空氣用的空氣供給裝置，所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述空氣供給裝置進(jìn)行控制，將空氣導(dǎo)入所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器的內(nèi)部。
20.根據(jù)權(quán)利要求16中記載的氫氣生成裝置，其特征在于，具有對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器進(jìn)行加熱的加熱裝置，所述控制裝置在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器中的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，對(duì)所述加熱裝置進(jìn)行控制，從而對(duì)所述轉(zhuǎn)化器以及/或者所述選擇氧化器的內(nèi)部進(jìn)行加熱。
21.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有權(quán)利要求15～20中的任意一項(xiàng)中記載的氫氣生成裝置、以及用由所述氫氣生成裝置提供的重整氣體及氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
22.一種氫氣生成裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，該氫氣生成裝置具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；以及檢測(cè)所述重整加熱器中可燃?xì)怏w的燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部，在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
23.一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，該燃料電池系統(tǒng)具有包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器、使由所述重整器提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器、使所述轉(zhuǎn)化反應(yīng)后的重整氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器、及對(duì)所述重整器進(jìn)行加熱的重整加熱器的氫生成器；用所述氫生成器提供的重整氣體及氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池、以及檢測(cè)所述重整加熱器中可燃?xì)怏w燃燒的燃燒狀態(tài)的燃燒檢測(cè)部，在從所述轉(zhuǎn)化器到達(dá)轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度區(qū)域的時(shí)刻到所述選擇氧化器到達(dá)選擇氧化反應(yīng)溫度區(qū)域?yàn)橹沟囊?guī)定期間，所述燃燒檢測(cè)部檢測(cè)出的檢測(cè)信號(hào)達(dá)到與所述重整加熱器的消火電平對(duì)應(yīng)的數(shù)值的頻率在規(guī)定次數(shù)以上的情況下，減少所述氫生成器內(nèi)部的水量或者水蒸汽量。
全文摘要
本發(fā)明提供可用簡(jiǎn)單的方法檢測(cè)出轉(zhuǎn)化器或選擇氧化器內(nèi)部的水量過(guò)多或水蒸汽量過(guò)多的情況的氫生成裝置。該裝置(120)具備包含利用原料和水蒸汽生成重整氣體的重整器(100)、使重整器(100)提供的重整氣體發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化器(103)、及使轉(zhuǎn)化反應(yīng)的反應(yīng)氣體中的一氧化碳?xì)怏w濃度降低到規(guī)定濃度以下的選擇氧化器(105)的氫生成器(118)；檢測(cè)轉(zhuǎn)化器(103)和選擇氧化器(105)中的任意一個(gè)的溫度的溫度檢測(cè)部(116、117)；以及控制裝置(205)。而且控制裝置(205)在溫度檢測(cè)部(116、117)檢測(cè)出的檢測(cè)溫度的上升速度未滿(mǎn)規(guī)定的閾值的情況下，檢測(cè)為氫生成器(118)內(nèi)部的水量或者水蒸汽量處于過(guò)剩狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1860078SQ20058000109
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者宮內(nèi)伸二, 原田照丸, 鵜飼邦弘, 田口清, 藤原誠(chéng)二, 上田哲也 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社