專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，特別是涉及具備具有燃燒裝置的重 整裝置的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
燃料電池的燃料，通常使用富氫氣體(以下稱為"含氫氣體")。這種含氫 氣體主要利用碳?xì)浠衔镌蠚怏w與水蒸氣的水蒸氣重整反應(yīng)生成。生成這種含 氫氣體的重整裝置(氫生成裝置)通常由重整器、轉(zhuǎn)化器以及選擇氧化器構(gòu)成。 而且，這種水蒸氣重整反應(yīng)利用催化作用進(jìn)行，因此這種重整裝置具有燃燒器等 燃燒裝置，在發(fā)生水蒸氣的同時(shí)將原料氣體等加熱到催化劑反應(yīng)溫度。
而且燃料電池系統(tǒng)通常利用連通通路依序連接原料氣體供給裝置、重整裝置、 燃料電池、以及燃燒裝置構(gòu)成。借助于此，原料氣體成為含氫氣體，在燃料電池 中提供電化學(xué)反應(yīng)，從燃料電池排出的剩余的含氫氣體作為燃燒裝置得到有效使 用。
而且在例如專利文獻(xiàn)l,提出了如下所述的技術(shù)方案，即在燃料電池停止時(shí)， 使燃料電池系統(tǒng)內(nèi)流通不活潑氣體等。借助于這一停止處理，在燃料電池系統(tǒng)內(nèi) 殘留的含氫氣體能夠得到清除(清除處理)。作為這種清除處理，通常是釆用對(duì) 重整裝置內(nèi)提供不活潑氣體(例如氮?dú)?。又將為生成含氫氣體用的城巿煤氣等 原料氣體提供給重整器等燃料電池系統(tǒng)，以原料氣體清除燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的含氫 氣體，利用原料氣體密封燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的方法。
專利文獻(xiàn)l:日本國(guó)特開(kāi)2003 -229156號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，用于供給不活潑氣體的設(shè)備導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)設(shè)備的成本和設(shè)置空間 的增大。而且在專利文獻(xiàn)l所述的燃料電池系統(tǒng)中，由于停電和燃料電池系統(tǒng)的 故障、錯(cuò)誤動(dòng)作等某種原因，不能夠進(jìn)行上述通常的停止處理的情況下(即燃料電池系統(tǒng)"非常停止"，處于非通常狀態(tài)的情況下)，例如燃料電池系統(tǒng)內(nèi)保持 殘留的含氫氣體，理應(yīng)將燃料電池系統(tǒng)加以密封的調(diào)整閥等保持打開(kāi)狀態(tài)的情況 下，燃料電池系統(tǒng)形成對(duì)大氣開(kāi)放的狀態(tài)。
從而，在非通常狀態(tài)的情況下，隨著燃料電池系統(tǒng)內(nèi)溫度的下降，在燃料電 池系統(tǒng)內(nèi)殘留的含氫氣體的溫度降低，體積收縮，空氣侵入燃料電池系統(tǒng)內(nèi)，空 氣中的氧氣與含氫氣體中的氫氣形成混合狀態(tài)。而且在燃料電池系統(tǒng)再度啟動(dòng)時(shí) 在燃燒裝置的燃燒器等進(jìn)行燃燒之際，有可能在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生逆火等，在 燃料電池內(nèi)發(fā)生異常燃燒，損傷連通通路、重整裝置、燃料電池等。
本發(fā)明是為解決上述存在問(wèn)題而造成的，其目的在于，提供能夠避免燃料電 池系統(tǒng)的設(shè)備成本和設(shè)備空間的增大和不必要原料氣體供應(yīng)，而且能夠避免在非 通常狀態(tài)的情況下燃燒裝置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒的燃料電池系統(tǒng)以及其運(yùn)行方 法。
為了解決上述存在問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┑娜剂想姵叵到y(tǒng)，具有提供原料氣體的 原料氣體供給裝置、將原料氣體重整為富氫的含氫氣體的重整裝置、燃料電池、 使所述原料氣體或所述含氫氣體燃燒，將熱提供給所述重整裝置的燃燒裝置、將 所述原料氣體供給裝置、所述重整裝置、所述燃料電池以及所述燃燒裝置依次連
通的連通通路、以及控制裝置；其特征在于，在所述燃料電池系統(tǒng)非常停止情況 下，所述控制裝置到下一次的所述燃燒裝置的點(diǎn)火動(dòng)作為止，控制所述原料氣體 供給裝置，進(jìn)行將所述原料氣體提供給包含所述重整裝置以及從所述重整裝置到 所述燃燒裝置的所述連通通路構(gòu)成的含氫氣體流路的至少一部分的原料氣體供 給處理。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于不必設(shè)置不活潑氣體供給裝置，能夠抑制燃料 電池系統(tǒng)的設(shè)備成本和設(shè)置空間的增大，而且能夠避免在非常停止?fàn)顟B(tài)下燃燒裝 置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒。而且由于對(duì)燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行判別，能夠避免不 必要的原料氣體供應(yīng)，同時(shí)能夠避免燃燒裝置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒。
又，所謂含氫氣體流路是指從重整裝置出發(fā)繞過(guò)燃料電池到達(dá)燃燒裝置的含 氫氣體流過(guò)的流路，或從重整裝置出發(fā)經(jīng)過(guò)燃料電池到達(dá)燃燒裝置的含氫氣體流 過(guò)的流路。
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以所述控制裝置至少在下一次所述燃燒裝置的 點(diǎn)火動(dòng)作快要開(kāi)始之前進(jìn)行所述原料氣體供給處理。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，在燃料 電池系統(tǒng)非常停止?fàn)顟B(tài)的情況下，在燃料裝置的點(diǎn)火動(dòng)作快要開(kāi)始之前用原料氣體進(jìn)行原料氣體供給處理，因此能夠更可靠防止燃燒裝置在進(jìn)行點(diǎn)火動(dòng)作時(shí)發(fā)生 異常燃燒。
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以所述控制裝置至少在所述燃料電池的運(yùn)行停 止期內(nèi)進(jìn)行所述原料氣體供給處理。采用這樣的構(gòu)成時(shí)，在燃料電池的運(yùn)行停止 期內(nèi)，在燃料電池系統(tǒng)非常停止?fàn)顟B(tài)的情況下，用原料氣體進(jìn)行原料氣體供給處 理，因此能夠減少或清除在燃料電池停止之后的早期侵入含氫氣體流路的空氣。
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以所述控制裝置在所述原料氣體供給處理中提 供至少與所述含氫氣體流路的流路容積相當(dāng)?shù)牧康乃鲈蠚怏w。采用這樣的結(jié) 構(gòu)時(shí)，能夠提供給減小侵入含氫氣體流路的空氣的濃度或清除所需要的數(shù)量的原 料氣體。
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以在所述燃料電池系統(tǒng)非常停止的情況下，所 述控制裝置在下一次的所述燃燒裝置的點(diǎn)火動(dòng)作時(shí)延長(zhǎng)該點(diǎn)火動(dòng)作的時(shí)間。即使 是借助于原料氣體供給處理，減少侵入含氫氣體流路的空氣中的氧，含氫氣體中 的氫氣的濃度在可燃范圍的上限以上，只要沒(méi)有完全清除侵入的空氣，殘留空氣 中的氮?dú)獾炔荒苋紵臍怏w成份，就可能妨礙燃燒裝置的點(diǎn)火。因此，從燃燒裝 置中排出該殘留氣體直到燃燒裝置點(diǎn)火需要時(shí)間，有可能陷入燃燒裝置點(diǎn)火不順 利的情況。但是，如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，則不會(huì)檢測(cè)出這樣的點(diǎn)火不順利的情況， 能夠順利進(jìn)行燃料電池的啟動(dòng)。
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以具備連接所述重整裝置和所述燃料電池間的 連通通路與所述燃料電池與所述燃燒裝置間的連通通路的分叉路；所述的原料氣 體供給處理包含將所述燃料電池與所述燃料電池系統(tǒng)隔離的燃料電池隔離動(dòng)作， 以及在該燃料電池隔離動(dòng)作之后，進(jìn)行將所述原料氣體提供給從所述重整裝置經(jīng) 所述分叉路到所述燃燒裝置的路徑的原料氣體供給動(dòng)作。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，在 燃料電池系統(tǒng)的通常狀態(tài)下，包含水蒸氣的含氫氣體保持充滿燃料電池的狀態(tài)， 因此高分子電解質(zhì)膜保持濕潤(rùn)狀態(tài)，能夠抑制高分子電解質(zhì)型燃料電池的性能劣 化。
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以具有在所述原料氣體供給裝置與所述重整裝 置間的所述連通通路上配設(shè)的第1閥門(mén)、在所述燃料電池與所述燃燒裝置間的所
述連通通路上配設(shè)的第2閥門(mén)、在所述燃料電池與所述第2閥門(mén)間的所述連通通 路上配設(shè)的第3閥門(mén)、連接所述重整裝置和所述燃料電池間的連通通路與所述第3閥門(mén)和所述第2閥門(mén)間的連通通路的分叉路、以及在所述重整裝置和所述燃料
電池間的連通通路與所述分叉路的接合部上配設(shè)的三通閥；在所述原料氣體供給 處理中，最好是含有控制所述第3閥門(mén)和所述三通閥，將所述燃料電池從所述燃
料電池系統(tǒng)隔離的燃料電池隔離動(dòng)作、在該燃料電池隔離動(dòng)作之后，控制所述第
1閥門(mén)及第2閥門(mén)與所述原料氣體供給裝置，將所述原料氣體提供給除了所述隔 離的部分的所述連通通路、所述分叉路、所述重整裝置、以及所述燃燒裝置內(nèi)的 原料氣體供給動(dòng)作。釆用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠?qū)⒂锌赡馨諝獾臍埩魵怏w減少， 或?qū)⑵淝宄蛊洳涣飨蛉剂想姵?，因此能夠抑制由于可能包含空氣的殘留氣體 的流通引起的燃料電池性能的劣化。
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以所述原料氣體供給處理含有將所述原料氣體 提供給從所述重整裝置經(jīng)過(guò)所述燃料電池到所述燃燒裝置的路徑的原料氣體供 給動(dòng)作。本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，也可以所述燃燒裝置具備空氣供給裝置；在所 述原料氣體供給處理中，所述控制裝置控制所述空氣供給裝置，稀釋從所述燃燒 裝置流出的廢氣的濃度使其為可燃濃度以下。采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠抑制在燃 燒裝置的排氣側(cè)廢氣意外發(fā)生異常燃燒的可能性。
本申請(qǐng)還提供一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，具有供給原料氣體的原料氣體 供給裝置、將原料氣體重整為富氫的含氫氣體的重整裝置、燃料電池、燃燒所述 原料氣體或含氫氣體，將熱提供給所述重整裝置的燃燒裝置、以及將所述原料氣 體供給裝置、所述重整裝置、所述燃料電池以及所述燃燒裝置依次連通的連通通 路，其特征在于在所述燃料電池系統(tǒng)非常停止的情況下，到下一次的所述燃燒裝 置的點(diǎn)火動(dòng)作為止，利用所述原料氣體供給裝置，將所述原料氣體提供給包含所 述重整裝置以及從所述重整裝置到所述燃燒裝置的所述連通通路構(gòu)成的含氫氣 體流路的至少一部分的原料氣體供給步驟。這樣進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，燃料電池系統(tǒng)不使 用不活潑氣體就能夠避免在燃燒裝置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒。而且該運(yùn)行方法由于 對(duì)燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行判別，能夠避免不必要的原料氣體供應(yīng)，而且能夠避 免在燃燒裝置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒。
本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)，在參照附圖對(duì)下述理想的實(shí)施
形態(tài)進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明中能夠更清楚了解。
如果釆用本發(fā)明的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，則能夠避免燃料電池系
統(tǒng)的設(shè)備成本和設(shè)置空間的增大和不必要的原料氣體的供應(yīng)，而且能夠避免在非常停止?fàn)顟B(tài)的情況下燃燒裝置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒。


圖l是實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)作的例子的流程圖。
圖3是實(shí)施形態(tài)2的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池運(yùn)行停止時(shí)的動(dòng)作例的流程圖。
符號(hào)說(shuō)明1原料氣體供給裝置
2水供給裝置
3重整裝置
3A重整器
3B轉(zhuǎn)化器
3C選擇氧化器
4燃料電池
4A(陽(yáng)極氣體流路)入口
4B(陽(yáng)極氣體流路)出口
燃燒裝置
5A主體
5B空氣供給裝置
6A 6E 連通通路
6F、6G 分叉路
7氧化劑氣體供給裝置
9水蒸氣發(fā)生器
10第1閥
11第2閥
12第3閥
13對(duì)大氣開(kāi)放裝置
14三通閥
14A第1閥口
14B第2閥口14C第3閥口
15 第4閩
20 控制裝置 20 A 控制部 20B存儲(chǔ)部 20C備用電源部 P 第1流路 Q 第2流路 S1-24 步驟
SIOO、 S200原料氣體供給步驟
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。 實(shí)施形態(tài)1
圖1是實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。燃料電池系統(tǒng)具備 原料氣體供給裝置l、水供給裝置2、重整裝置3、燃料電池4、燃燒裝置5、連 通通路6A 6E、分叉路6F、 6G、水蒸氣發(fā)生器9、第1 ~第3閥10、 11、 12、 對(duì)大氣開(kāi)放裝置13、三通閩14、第4閥14、以及氧化劑氣體供給裝置7。
原料氣體供給裝置1是配設(shè)為能夠?qū)B通通路6A供給原料氣體的裝置。在這 里，原料氣體采用城巿煤氣(天然氣)(未圖示)。而且原料氣體供給裝置l由 與城巿煤氣基礎(chǔ)設(shè)施連接的泵構(gòu)成。又具備針型閥等流量調(diào)節(jié)構(gòu)件，以此形成能 夠調(diào)整原料氣體的供給流量的結(jié)構(gòu)。還有，原料氣體供給裝置l也可以使用鋼瓶 等充有原料氣體的機(jī)構(gòu)。還有，這種原料氣體只要是至少包含碳和氫構(gòu)成的有機(jī) 化合物即可，不限定于上述城市煤氣。
水供給裝置2是配設(shè)為能夠?qū)λ魵獍l(fā)生器9提供水的裝置。水供給裝置2 在這里利用(未圖示的)柱塞泵構(gòu)成。又具備電磁閥的流量調(diào)節(jié)構(gòu)件，借助于此， 形成能夠供給水或切斷水的構(gòu)成。
連通通路6A將原料氣體供給裝置1與重整裝置3加以連接。還有，連通通路 6A 6E,分叉路6F、以及分叉路6G相對(duì)于原料氣體和含氫氣體具有耐蝕性，而 且用對(duì)這些氣體供給壓力有耐壓性的配管構(gòu)成。水蒸氣發(fā)生器9形成能夠利用燃燒裝置5的燃燒熱，使水汽化變成水蒸氣的
結(jié)構(gòu)。而且在水蒸氣發(fā)生器9發(fā)生的水蒸氣被提供給流通通路6A的原料氣體， 形成能夠在原料氣體中混合水蒸氣的結(jié)構(gòu)。還可以形成在水蒸氣發(fā)生器9發(fā)生的 水蒸氣能夠在重整器3A內(nèi)混合于原料氣體的結(jié)構(gòu)。
重整裝置3形成具有重整器3A、轉(zhuǎn)化器3B、選擇氧化器3C、以及流通通路 6B、 6C的結(jié)構(gòu)。
連通通路6B將重整器3A與轉(zhuǎn)化器3B加以連接。
連通通路6C將轉(zhuǎn)化器3B與選擇氧化器3C加以連接。
重整器3A形成能夠利用催化作用使混合水蒸氣的原料氣體發(fā)生水蒸氣重整 反應(yīng)，將原料氣體重整為含氫氣體的結(jié)構(gòu)。通常采用鎳系、釕系、銠系等催化劑。
轉(zhuǎn)化器3B形成能夠利用催化作用使含氫氣體中的一氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)(主 要是shift反應(yīng)；即轉(zhuǎn)移反應(yīng))的結(jié)構(gòu)。通常釆用鉑金系、銅-鋅系催化劑。
選擇氧化器3C形成能夠利用催化作用使含氫氣體中的一氧化碳發(fā)生選擇氧 化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)。通常采用鉑金系、釕系催化劑。又，選擇氧化器3C形成能夠提 供選擇氧化反應(yīng)所需要的作為氧化氣體的空氣的結(jié)構(gòu)(未圖示)。例如為了對(duì)選 擇氧化器3C內(nèi)提供空氣，配設(shè)空氣泵和空氣流路。
而且，重整器3A上連接著連通通路6A,經(jīng)過(guò)該連通通路，從原料氣體供給 裝置l向重整器3A提供原料氣體。又，選擇氧化器3C上連接著連通通路6D， 經(jīng)過(guò)該連通通路，從選擇氧化器3C向燃料電池4提供含氫氣體。
連通通路6D將重整裝置3與燃料電池4加以連接。
燃料電池4由高分子電解質(zhì)型燃料電池構(gòu)成。而且燃料電池4的入口 4A、更 正確地說(shuō)，燃料電池4的陽(yáng)極氣體流路的入口 4A上連接著連通通路6D,經(jīng)過(guò)該 連通通路，將含氫氣體從選擇氧化器3C向燃料電池4提供。而且，燃料電池4 的陽(yáng)極氣體流路的出口 4B上連接著連通通路6E，經(jīng)過(guò)該連通通路，從燃料電池 4放出的剩余的含氫氣體被提供給燃燒裝置5。
連通通路6E將燃料電池4與燃燒裝置5加以連接。
燃燒裝置5形成具備主體5A和空氣供給裝置5B的結(jié)構(gòu)。主體5A與重整器 3A并設(shè)，空氣供給裝置5B形成能夠?qū)χ黧w5A供給空氣的結(jié)構(gòu)。又，在主體5A 上連接連通通路6E，經(jīng)過(guò)該通路提供含氫氣體或原料氣體。而且在主體5A內(nèi)含 氫氣體或原料氣體與空氣混合，利用未圖示的點(diǎn)火裝置點(diǎn)火進(jìn)行燃燒。借助于此，能夠?qū)⑺魵庵卣磻?yīng)所需要的熱提供給重整器3A,而且能夠?qū)⑺钠?br> 要的熱量提供給水蒸氣發(fā)生器9。而且，燃燒后的燃燒廢氣從主體5A被排放到
大氣中。
在這里，點(diǎn)火裝置使用點(diǎn)火火花塞等放電火花發(fā)生裝置。而且，燃燒裝置5
的點(diǎn)火動(dòng)作利用對(duì)放電火花發(fā)生裝置通電的動(dòng)作實(shí)施，點(diǎn)火動(dòng)作時(shí)間的延長(zhǎng)可以 通過(guò)對(duì)放電火花發(fā)生裝置延長(zhǎng)通電時(shí)間進(jìn)行。而且為了防止放電火花發(fā)生裝置的 電極之間發(fā)生熔敷等不良情況的發(fā)生，在延長(zhǎng)點(diǎn)火動(dòng)作時(shí)間的情況下，最好是采 用能夠?qū)⑼姇r(shí)間分割為多段的延長(zhǎng)通電時(shí)間的結(jié)構(gòu)。還有，點(diǎn)火裝置不限于放 電火花發(fā)生裝置，可以使用其他一般使用的點(diǎn)火裝置，可以相應(yīng)于這些點(diǎn)火裝置 延長(zhǎng)點(diǎn)火動(dòng)作時(shí)間。
空氣供給裝置5B使用能夠調(diào)整流量的公知的供給裝置。在這里，采用西洛克 風(fēng)扇。又，西洛克風(fēng)扇形成能夠通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整供應(yīng)流量的結(jié)構(gòu)。
第1閥10是電磁閥，是在驅(qū)動(dòng)電源停止時(shí)關(guān)閉的所謂常閉型電磁閩。而且配 設(shè)于連通通路6A上。
第2閥11是電磁閥，是在驅(qū)動(dòng)電源停止時(shí)關(guān)閉的所謂常閉型電磁閥。而且配 設(shè)于連通通路6E上。
第3閥12是電磁閥，是在驅(qū)動(dòng)電源停止時(shí)打開(kāi)的所謂常開(kāi)型電磁閥。而且配 設(shè)于燃料電池4與第2閥11之間的連通通路6E上。
對(duì)大氣開(kāi)放裝置13配設(shè)于第3閥12與第2閥11之間的連通通路6E上，通 常將連通通路6E與大氣隔斷。但是，對(duì)大氣開(kāi)放裝置13在連通通路6E的內(nèi)壓 上升，與大氣壓之間的壓差達(dá)到規(guī)定值以上的情況下，將連通通路6E對(duì)大氣開(kāi) 放，使其維持對(duì)大氣開(kāi)放的狀態(tài)。在這里采用利用貯水箱將連通通路6E加以密 封的水密封式對(duì)大氣開(kāi)放裝置。也就是通常借助于貯存的水的水頭，切斷連通通 路6E與大氣的通路。而且在連通通路6E的內(nèi)壓上升的情況下，利用大氣壓與連 通通路6E內(nèi)的壓差，貯水箱內(nèi)的水溢流排出，連通通路6E變成對(duì)大氣開(kāi)放，失 去密封功能。而且維持對(duì)大氣開(kāi)放的狀態(tài)。又形成能夠利用未圖示的注水裝置使 水密封式的對(duì)大氣開(kāi)放裝置能夠回到密封狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。還有，對(duì)大氣開(kāi)放的裝置 13也可以使用壓力逃逸閥與真空破壞閥的組合等其他裝置。
三通閥14配設(shè)于連通通路6D上。而且三通閥14能夠在圖中第1流路P與第 2流路Q之間切換。在這里，第1流路P將第1閥口 14A與第2閥口 14B加以連接，將重整裝置3 —側(cè)的連通通路6D與燃料電池4 一側(cè)的連通通路6D加以 連接。又，第2流路Q將第1閥口 14A與第3閥口 14C加以連接，將重整裝置3 一側(cè)的連通通路6D與分叉路6F加以連接。還有，三通閥也可以利用在各通路上 配設(shè)的三個(gè)閥構(gòu)成的流路切換裝置代替。
分叉路6F配設(shè)為能夠連接三通閥14的第3閥口 14C、第3閥12以及第2閥 11之間的連通通路6E。借助于此，形成能夠?qū)⑷ㄩy14切換到第2流路Q,以 此構(gòu)成含氫氣體繞過(guò)燃料電池4的旁通電路。
分叉路6G配設(shè)為能夠連接原料氣體供給裝置1和第1閥IO之間的連通通路 6A與三通閥14和燃料電池4之間的連通通路6D。
第4閥15是在驅(qū)動(dòng)電源停止時(shí)關(guān)閉的所謂常閉型電磁閥。配置于分叉路6G上。
氧化劑氣體供給裝置7配設(shè)為能夠?qū)θ剂想姵?提供作為氧化劑氣體的空氣， 氧化劑氣體供給裝置7使用鼓風(fēng)機(jī)。又，鼓風(fēng)機(jī)形成能夠通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)整空氣 供給流量的結(jié)構(gòu)。
控制裝置20形成能夠控制燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作的結(jié)構(gòu)。特別是控制裝置20 形成為具有微電腦等構(gòu)成的控制部20A和控制部20A、存儲(chǔ)器等構(gòu)成的存儲(chǔ)部 20B、以及電容器等構(gòu)成的備用電源部20C的結(jié)構(gòu)。在這里，所謂控制裝置不是 單獨(dú)的控制裝置，而是意味著也包含多個(gè)協(xié)助控制裝置動(dòng)作進(jìn)行控制的控制裝置 群。因此，控制裝置20也可以不必由單個(gè)的控制裝置構(gòu)成，而是也可以形成多 個(gè)控制裝置分散配置并使其協(xié)同動(dòng)作對(duì)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)。
下面對(duì)燃料電池4運(yùn)行時(shí)的燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行大概說(shuō)明。
這些動(dòng)作在控制裝置20的控制下進(jìn)行。
首先，利用原料氣體供給裝置1通過(guò)連通通路6A對(duì)重整器3A供應(yīng)原料氣體 (在這里是天然氣)。利用水供給裝置2將水提供給水蒸氣發(fā)生器9。水蒸氣發(fā) 生器9發(fā)生的水蒸氣被提供給連通通路6A，加入在連通通路6A中流通的原料氣 體中。加入水蒸氣的原料氣體被提供給重整器3A。在這里，控制裝置20調(diào)整水 供給裝置2的流量，使加入原料氣體的水蒸氣量達(dá)到水蒸氣重整反應(yīng)的摩爾比以 上的數(shù)量。借助于此，由于在摩爾比平衡中水分得到充分供應(yīng)，即使因?yàn)樵蠚?體的供應(yīng)流量變動(dòng)等原因也不會(huì)陷入水蒸氣不足的狀態(tài)。
在重整器3A中，借助于對(duì)燃燒裝置5的調(diào)節(jié)，原料氣體被加熱到催化劑的活性溫度(例如釕系催化劑的情況下為約650°C)，進(jìn)行原料氣體與水蒸氣的重整 反應(yīng)，生成含氫氣體。
重整器3A中生成的含氫氣體通過(guò)連通通路6B提供給轉(zhuǎn)化器3B,在轉(zhuǎn)化器 3B中，含氫氣體保持于催化劑的活性溫度(鉑金系催化劑的情況下約為25CTC ), 在催化劑上進(jìn)行含氫氣體中的一氧化碳的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，降低含氫氣體中的一氧化碳濃度。
經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化器3B的含氫氣體通過(guò)連通通路6C被提供給選擇氧化器3C。在選擇 氧化器3C中，含氫氣體保持于催化劑的活性溫度(鉑金系催化劑的情況下約為 12(TC-16(TC),在其催化劑上進(jìn)行含氫氣體中的一氧化碳與氧氣的選擇氧化反 應(yīng)，進(jìn)一步降低含氫氣體中的一氧化碳濃度。
經(jīng)選擇氧化器3C的含氫氣體通過(guò)連通通路6D被提供給燃料電池4。在燃料 電池4中，含氫氣體中的氫在電化學(xué)反應(yīng)中被消耗。另一方面，從氧化劑氣體供 給裝置7向燃料電池4提供空氣。還有，三通閥14維持著形成第1流路P的狀 態(tài)。
未反應(yīng)的剩余的含氫氣體從燃料電池4排出，經(jīng)過(guò)連通通路6E被提供給燃燒 裝置5的主體5A。在燃燒裝置5中，空氣供給裝置5B得到調(diào)整，對(duì)含氫氣體提 供空氣，含氫氣體被稀釋到可燃濃度為止。然后，燃燒熱被提供給水蒸氣發(fā)生器 9和重整器3A。燃燒廢氣被排出到大氣中。另一方面，未反應(yīng)的剩余空氣從燃料 電池4排出，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理。
下面對(duì)燃料電池4停止運(yùn)行動(dòng)作時(shí)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。 首先，按照不同順序進(jìn)行原料氣體供給停止步驟、原料電池隔離步驟、燃燒 裝置停止步驟。
也就是在原料氣體供給停止步驟中，原料氣體供給裝置l停止，第1閥10被 關(guān)閉。
又，在燃料電池隔離步驟中，切換三通閥14以形成第2流路Q,并且關(guān)閉第 3閥12。借助于此，使含氫氣體依然殘留在燃料電池4內(nèi)，將燃料電池4從燃料 電池系統(tǒng)中隔離開(kāi)來(lái)。也就是在燃料電池系統(tǒng)的通常狀態(tài)的停止時(shí)，在燃料電池 內(nèi)保持充滿包含水蒸氣的含氫氣體的狀態(tài)，因此高分子電解質(zhì)膜保持濕潤(rùn)狀態(tài)， 能夠抑制高分子電解質(zhì)型燃料電池的性能劣化。
而且在燃燒裝置停止步驟中燃燒裝置5的燃燒反應(yīng)停止。例如空氣供給裝置5的空氣供給流量增大或停止，含氫氣體被稀釋到低于可燃濃度，或因氧氣缺少、 熄火而停止。
然后，繼續(xù)進(jìn)行水供給裝置2的水供應(yīng)，利用燃燒裝置5殘留的熱量繼續(xù)使
水蒸氣發(fā)生器9中的水氣化。水蒸氣經(jīng)過(guò)連通通路6A,然后經(jīng)過(guò)重整裝置3、連 通通路6D、分叉路6F、連通通路6E提供給燃燒裝置5。借助于此，燃燒裝置5 的殘留的熱量被水的蒸發(fā)帶走，重整裝置3、具體地說(shuō)，反應(yīng)重整器3A、轉(zhuǎn)化器 3B以及選擇氧化器3C中的催化反應(yīng)停止。而且殘留在連通通路6A、重整裝置3、 連通通路6D、分叉路6F、連通通路6以及燃燒裝置5內(nèi)的含氫氣體被水蒸氣推 出，從燃燒裝置5被排出到大氣中。借助于此，殘留在這些部件中的含氫氣體被 水蒸氣清除。還有，重整裝置3的熱量的去除，也可以利用風(fēng)扇從外部對(duì)重整裝 置3送風(fēng)、即利用空冷方法?；蛘咭部梢栽谥卣b置中配設(shè)冷卻配管，利用致冷 劑進(jìn)行循環(huán)冷卻。
接著執(zhí)行重整器3A內(nèi)充分降溫、具體地說(shuō)降溫到原料氣體的重整反應(yīng)溫度以 下之后進(jìn)行原料氣體供給步驟。也就是原料氣體供給裝置1動(dòng)作，第1閥10打 開(kāi)，對(duì)連通通路6A提供原料氣體。借助于此，對(duì)除燃料電池4以外的燃料電池 系統(tǒng)內(nèi)、即連通通路6A、重整裝置3、連通通路6D、分叉路6F、連通通路6E、 以及燃燒裝置5被提供原料氣體，在這些部件中殘留的水蒸氣被原料氣體推出， 從燃燒裝置5排出到大氣中。即水蒸氣得到清除。而且在水蒸氣得到清除以后，
原料氣體供給裝置l停止工作，使原料氣體供給步驟結(jié)東。原料氣體供給步驟的 結(jié)東判斷在這里利用控制部20A根據(jù)原料氣體的供給量進(jìn)行判斷。也就是說(shuō)，從
原料氣體供給裝置l取得原料氣體供給流量，根據(jù)該供給流量與供給時(shí)間取得原 料氣體的供給量，根據(jù)原料氣體的供給量達(dá)到含氫氣體流路的容積以上的量的情 況，判定為侵入含氫氣體流路的空氣減少或清除完成?；蛘咭部梢孕纬赡軌蚋鶕?jù) 原料氣體的供給時(shí)間簡(jiǎn)單進(jìn)行判斷的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，也可以根據(jù)原料氣體供給 裝置的供給流路與含氫氣體流路的容積，預(yù)先設(shè)定原料氣體的供給時(shí)間。
然后進(jìn)行關(guān)閉步驟。即關(guān)閉第1和第2閥10、 11。借助于此，形成在燃料電 池4中封入含氫氣體，在其他燃料電池系統(tǒng)中封入原料氣體的狀態(tài)(通常狀態(tài))。 在控制裝置20中，在存儲(chǔ)部20B存儲(chǔ)表示是通常狀態(tài)的意思的信息。具體地說(shuō)， 通過(guò)在存儲(chǔ)部20B豎立標(biāo)志進(jìn)行存儲(chǔ)。
又，在由于停電、燃料電池系統(tǒng)發(fā)生故障、錯(cuò)誤動(dòng)作等某種原因，不能夠進(jìn)行停止時(shí)的動(dòng)作，燃料電池系統(tǒng)停止(以下稱為"非常停止")的情況下，作為 常閉型閥門(mén)的第l閥10和第2閥11處于關(guān)閉狀態(tài)，作為常開(kāi)型閥門(mén)的第3閥12
處于開(kāi)放狀態(tài)。而且三通閥14保持燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)形成第1流路P的狀態(tài) 不變。因此原料氣體供給裝置1和水供給裝置2停止動(dòng)作，燃燒裝置5熄火，燃 料電池系統(tǒng)形成封入含氫氣體的狀態(tài)。而且在控制裝置20中，暫時(shí)利用備用電 源部20C對(duì)控制裝置20進(jìn)行暫時(shí)供電，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部20B不進(jìn)行停止時(shí)的動(dòng)作， 燃料電池系統(tǒng)停止的信息(非常停止信息)。
然后，利用燃燒裝置5的殘留熱量對(duì)重整器3A內(nèi)的含氫氣體進(jìn)行加熱，使含 氫氣體的體積膨脹，連通通路6E內(nèi)的內(nèi)壓上升。在這里，對(duì)大氣開(kāi)放裝置13在 連通通路6E內(nèi)的內(nèi)壓超過(guò)規(guī)定的壓力時(shí)，就將連通通路6E對(duì)大氣開(kāi)放，從對(duì)大 氣開(kāi)放裝置13將含氫氣體放出到大氣中。
而且在重整器3A內(nèi)的殘留熱量減少溫度開(kāi)始下降時(shí)，燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的含氫 氣體的體積收縮。于是，空氣從對(duì)大氣開(kāi)放裝置13侵入到連通通路6E內(nèi)。借助 于此，在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)形成含氫氣體與空氣的混合氣體。
下面對(duì)燃料電池4啟動(dòng)時(shí)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
圖2是實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)作的例子的流程圖。
首先，在步驟S1中，控制部20A取得燃料電池4啟動(dòng)的指令信號(hào)。燃料電池 4啟動(dòng)的指令信號(hào)未圖示，通常是燃料電池、燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的接通信 號(hào)，利用連接燃料電池4的電力系統(tǒng)的電力負(fù)荷的發(fā)生等發(fā)送，被輸入到控制部 20A。
然后，在步驟S2，控制部20A取得燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行履歷信息。具體地說(shuō)， 控制部20A取得在存儲(chǔ)部20B存儲(chǔ)的運(yùn)行履歷信息。
接著，在步驟(判別步驟)S3，控制部20A判斷燃料電池系統(tǒng)是否為通常狀 態(tài)。具體地說(shuō)，控制部20A根據(jù)從存儲(chǔ)部20B取得的運(yùn)行履歷信息中有無(wú)表示是 通常狀態(tài)的意思的信息，判斷是否為通常狀態(tài)?；蛘咭部梢孕纬蛇@樣的結(jié)構(gòu)，即 如果沒(méi)有非常停止信息，燃料電池系統(tǒng)處于密封狀態(tài)，則判定為是通常狀態(tài)的結(jié) 構(gòu)。也就是說(shuō)，所謂通常狀態(tài)是指正在履行燃料電池4的運(yùn)行停止動(dòng)作的燃料電 池系統(tǒng)的狀態(tài)，而且也包含在該運(yùn)行停止動(dòng)作履行之后不維持該運(yùn)行停止動(dòng)作履 行之后的燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)的狀態(tài)。
在這里，為燃料電池系統(tǒng)為密封狀態(tài)的判別，是如果第2閥11為關(guān)閉狀態(tài)，而且對(duì)大氣開(kāi)放裝置13為關(guān)閉狀態(tài)，則控制部20A判定為是密封狀態(tài)。具體地
說(shuō)，控制部20A取得第2閥11的開(kāi)閉信號(hào)、或閥體位置的檢測(cè)器(未圖示)、 即所謂取得位置傳感器的檢測(cè)信號(hào)，再取得第2閥11的開(kāi)閉信息。又取得對(duì)大 氣開(kāi)放裝置13的水位傳感器(未圖示)的檢測(cè)信號(hào)，取得對(duì)大氣開(kāi)放裝置13的 開(kāi)閉信息。而且如果這兩個(gè)開(kāi)閉信息都是表示關(guān)閉的信息，則判定為燃料電池系 統(tǒng)為密封狀態(tài)。
然后，在步驟S4中，控制部20A將第1和第2閥10、 ll打開(kāi)。
然后，在步驟S5中，控制部20A使原料氣體供給裝置1動(dòng)作，提供原料。借 助于此，原料氣體被依序提供給連通通路6A、重整裝置3、連通通路6D、連通 通路6E、分叉路6F、連通通路6E以及燃燒裝置5。
然后在步驟S6中，控制裝置20A使燃燒裝置5和水供給裝置2動(dòng)作，開(kāi)始在 水蒸氣發(fā)生器9發(fā)生水蒸氣，并開(kāi)始對(duì)重整器3A進(jìn)行加熱。具體地說(shuō)，控制部 20A調(diào)整空氣供給裝置5B的空氣供給流量，在主體5A將原料氣體的濃度調(diào)整為 可燃濃度，對(duì)原料氣體進(jìn)行點(diǎn)火。以此開(kāi)始對(duì)重整器3A進(jìn)行加熱。然后使水蒸 氣發(fā)生器9升溫到規(guī)定的溫度后，控制部20A使水供給裝置2動(dòng)作。以此開(kāi)始在 水蒸氣發(fā)生器9發(fā)生水蒸氣。
接著在步驟S7中，控制部20A判斷是否正在生成含氫氣體?？刂撇?0A取 得重整器3A內(nèi)的溫度檢測(cè)器(未圖示)的檢測(cè)信號(hào)，將重整器3A的內(nèi)部溫度 與催化反應(yīng)溫度加以對(duì)比，根據(jù)重整器3A的內(nèi)部溫度已經(jīng)達(dá)到催化反應(yīng)溫度的 情況判定正在生成含氫氣體。然后在判定為正在生成含氫氣體的情況下，進(jìn)入步 驟S8。 '
然后在步驟S8，控制部20A將第3閥12打開(kāi)，切換三通閥14使第1流路P 形成。借助于此，將含氫氣體提供給燃料電池4。
然后在步驟S9中，控制部20A使燃料電池啟動(dòng)，即使其發(fā)電。
利用以上動(dòng)作判定為取得啟動(dòng)信號(hào)后燃料電池系統(tǒng)為通常狀態(tài)的情況下，不 對(duì)燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行原料氣體供給處理，因此能夠使燃料電池4迅速啟動(dòng)。
可是在步驟S3中，在不判定為通常狀態(tài)的情況下，進(jìn)入步驟S14。即未檢測(cè) 出通常狀態(tài)的信息的情況下進(jìn)入步驟S14?；蚴菣z測(cè)出非常停止信息的情況下， 或是檢測(cè)出通常狀態(tài)的信息的情況下，燃料電池系統(tǒng)也不是密封狀態(tài)的情況下， 具體地說(shuō)，也可以形成這樣的結(jié)構(gòu)，即第2閥11或?qū)Υ髿忾_(kāi)放裝置13中的至少某一個(gè)為打開(kāi)狀態(tài)的情況下，不判定為通常狀態(tài)，可以進(jìn)入步驟S14。
然后，在步驟(燃料電池隔離步驟)S14中，控制部20A將第3閥12和對(duì)大 氣開(kāi)放裝置13密封，并且將三通閥14切換為能夠形成第2流路Q的位置。利用 第3閥12的關(guān)閉和第2流路Q的形成，可以將燃料電池4與其他燃料電池系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)要素隔離開(kāi)來(lái)。還有，對(duì)大氣開(kāi)放裝置13的關(guān)閉利用未圖示的注水裝置 進(jìn)行注水實(shí)現(xiàn)。
又，對(duì)大氣開(kāi)放裝置13的關(guān)閉是燃料電池系統(tǒng)的對(duì)大氣開(kāi)放的地方的關(guān)閉， 與燃料電池4的隔離沒(méi)有關(guān)系。因此對(duì)大氣開(kāi)放裝置13的關(guān)閉動(dòng)作，也可以獨(dú) 立于步驟S14,控制為在步驟S14之前進(jìn)行。
然后，在步驟S15中，控制部20A打開(kāi)第1和第2閥10、 11。 然后，在步驟(第1原料氣體供給步驟)S16中，控制部20A使原料氣體供 給裝置l動(dòng)作，提供原料氣體。借助于此，原料氣體被依序提供給連通通路6A、 重整裝置3、連通通路6D、連通通路6E、分叉路6F、連通通路6E以及燃燒裝 置5。因此，能夠不使可能包含空氣的殘留氣體流入燃料電池4內(nèi)地，利用原料 氣體減少侵入重整裝置3和連通通路6A ~連通通路6D內(nèi)的含氫氣體流路的空氣 或?qū)ζ溥M(jìn)行清除，因此能夠抑制可能含有空氣的殘留氣體的流通造成的燃料電池 4的性能劣化。
然后，在步驟S17中，控制部20A使燃燒裝置5的空氣供給裝置5B動(dòng)作。 具體地說(shuō)，控制部20A調(diào)整空氣供給裝置5B的空氣供給流量，使含氫氣體流路 內(nèi)的殘留氣體低于可燃濃度，從燃燒裝置5排出。借助于此，能夠防止從燃燒裝 置5排出的廢氣在燃燒裝置5的排氣側(cè)引起意外的異常燃燒。
接著在步驟S18中，控制部20A判定是否正在利用原料氣體減少侵入含氫氣 體流路的空氣或?qū)ζ溥M(jìn)行清除。在這里，控制部20A根據(jù)原料氣體每單位時(shí)間的 供應(yīng)量、即供應(yīng)流量進(jìn)行判斷。也就是從原料氣體供給裝置l取得原料氣體供給 流量，將步驟19以后的原料氣體流量加以累計(jì)計(jì)算出供給量。將該供給量與燃 料電池系統(tǒng)的含氫氣體流路的容積進(jìn)行比較，根據(jù)原料氣體的供給量大于含氫氣 體流路容積相應(yīng)的量或相對(duì)于該含氫氣體流路的容積對(duì)應(yīng)的量達(dá)到規(guī)定的比例 以上，判定侵入含氫氣體流路的空氣減少或清除完成了。然后進(jìn)入步驟S19。借 助于此，能夠提供減少侵入含氫氣體流路的空氣或進(jìn)行清除所需要的量的原料氣 體?；蚴且部梢孕纬赡軌蚋鶕?jù)原料氣體的供應(yīng)時(shí)間簡(jiǎn)單進(jìn)行判斷的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，也可以根據(jù)原料氣體供給裝置1的供給流量和含氫氣體流路容積預(yù)先設(shè)定原 料氣體的供給時(shí)間。
在這里，所謂含氫氣體流路是指從重整裝置3繞過(guò)燃料電池4到達(dá)燃燒裝置5
為止的含氫氣體流過(guò)的流路。在這里，是指重整裝置3、以及連通通路6A 6C、 連通通路6D、 6E的一部分、分叉路6F中的含氫氣體流路?；蚴?，含氫氣體流路 也可以在實(shí)施形態(tài)2中如下所述，是從重整裝置3經(jīng)過(guò)燃料電池4到達(dá)燃燒裝置 5為止的含氫氣體流過(guò)的流路。在這里，是指重整裝置3和包含從重整裝置3到 燃燒裝置5的連通通路6A-6E構(gòu)成的含氫氣體流路。所謂含氫氣體流路容積是 指該含氫氣體流路的容積。
還有，在原料氣體的供給量達(dá)到含氫氣體流路容積以上的相應(yīng)量的情況下， 可以提供對(duì)侵入含氫氣體流路的空氣進(jìn)行清除所需要的量的原料氣體。
又，在尚未履行燃料電池4的停止動(dòng)作中的原料氣體供給步驟燃料電池4處 于停止?fàn)顟B(tài)的情況下，在含氫氣體流路中殘留有含氫氣體，空氣從燃燒裝置5侵 入到含氫氣體流路中。因此，與含氫氣體流路容積之比為規(guī)定比例的量，至少侵 入含氫氣體流路內(nèi)的空氣的大部分從燃燒裝置5排出含氫氣體流路內(nèi)的氫濃度只 要是高于可燃范圍的上限的量即可。例如可以設(shè)想從燃料電池4的停止時(shí)刻開(kāi)始 經(jīng)過(guò)的時(shí)間和以及借助于一般的擴(kuò)散模擬方法或預(yù)先的試驗(yàn)實(shí)測(cè)設(shè)想空氣的侵 入量和含氫氣體流路中的空氣侵入范圍，計(jì)算出需要供應(yīng)原料氣體的供應(yīng)量。借 助于此，可以更合理地削減原料氣體的供給量。
在步驟(第2原料氣體供給步驟)S19中，關(guān)閉第1閥10，打開(kāi)第3和第4 閥12、 15。借助于此，經(jīng)過(guò)原料氣體分叉路6G向燃料電池4提供原料氣體。
在步驟S20中，與步驟S18相同，判斷侵入燃料電池4內(nèi)的空氣是否減少或 正在被清除。也就是控制部20A從原料氣體供給裝置1取得原料氣體供給流量， 對(duì)步驟S19以后的原料氣體供給流量進(jìn)行累計(jì)算出供給量。將該供給量與燃料電 池4的流路容積相比，判斷侵入燃料電池4內(nèi)的流路中的空氣是否減少或清除已 經(jīng)完成。然后在判定為侵入燃料電池4內(nèi)的流路的空氣減少或清除完成的情況下， 進(jìn)入步驟S21。
在這里，使燃料氣體通過(guò)重整裝置3、燃料電池4、燃燒裝置5、以及連通通 路6A 6E內(nèi)流通的原料氣體供給步驟(原料氣體供給處理)S100由步驟S14 步驟S20構(gòu)成。下面在步驟S21 ~ S24中進(jìn)行燃料電池4的啟動(dòng)動(dòng)作。
在步驟S21中控制部20A打開(kāi)第1閥10,關(guān)閉第4閥15,使燃燒裝置5和水 供給裝置2動(dòng)作，開(kāi)始在水蒸氣發(fā)生器9發(fā)生水蒸氣并開(kāi)始對(duì)重整器3A進(jìn)行加 熱。具體地說(shuō)，控制部20A調(diào)整空氣供給裝置5B的空氣供給流量，在主體5A 進(jìn)行調(diào)整使原料氣體達(dá)到可燃濃度，對(duì)原料氣體進(jìn)行點(diǎn)火。更具體地說(shuō)，控制部 20A從空氣供給裝置5B取得空氣供給流量，從原料氣體供給裝置1取得原料氣 體供給流量，根據(jù)兩者計(jì)算原料氣體的稀釋濃度，將該稀釋濃度與原料氣體的可 燃濃度進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整空氣供給裝置5B的空氣供給流量，使原料氣體為可燃濃 度。借助于此，開(kāi)始進(jìn)行重整器3A的加熱。然后在使水蒸氣發(fā)生器9預(yù)熱到規(guī) 定的溫度之后，控制部20A使水供給裝置2動(dòng)作。借助于此，開(kāi)始在水蒸氣發(fā)生 器9發(fā)生水蒸氣。
還有，在燃燒裝置5進(jìn)行點(diǎn)火動(dòng)作時(shí)，與通常狀態(tài)時(shí)的點(diǎn)火動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行比 較，延長(zhǎng)點(diǎn)火動(dòng)作的時(shí)間。具體地說(shuō)，延長(zhǎng)放電火花發(fā)生裝置的延長(zhǎng)通電時(shí)間。 也就是利用原料氣體供給裝置S100減少含氫氣體流路的空氣中氧，即使是含氫 氣體中的氫達(dá)到可燃范圍的上限以上的濃度，只要不完全將侵入的空氣清除，空 氣中的氮?dú)獾炔蝗紵龤怏w成份就會(huì)殘留下來(lái)。因此，該殘留氣體從燃燒裝置5排 出，燃燒裝置5點(diǎn)火需要時(shí)間，在燃燒裝置5中，有可能發(fā)生點(diǎn)火不好的情況。 但是釆取這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以沒(méi)有檢測(cè)出這樣的點(diǎn)火不好的情況就順利進(jìn)行燃料 電池4的啟動(dòng)動(dòng)作。
然后，在步驟S22中，控制裝置20A判斷是否生成包含足夠的氫氣而且一氧 化碳被去除的含氫氣體。具體地說(shuō)，控制部20A取得重整器3A內(nèi)的溫度檢測(cè)器 (未圖示)的檢測(cè)信號(hào)，將重整器3A、轉(zhuǎn)化器3B以及選擇氧化器3C各內(nèi)部溫 度與各催化劑反應(yīng)溫度對(duì)比，根據(jù)全部這些溫度中各內(nèi)部溫度已經(jīng)達(dá)到各催化劑 溫度，判定為生成含氫氣體?；蚴且部梢詸z測(cè)重整裝置3內(nèi)的氣體成份，判定含 氫氣體有無(wú)生成。具體地說(shuō)，在選擇氧化器3C中配設(shè)氣體檢測(cè)器(未圖示)、 例如氫傳感器和一氧化碳傳感器。然后，也可以是控制部20A取得該檢測(cè)信號(hào)， 將選擇氧化器3C內(nèi)的檢測(cè)的氫濃度以及檢測(cè)的一氧化碳濃度與作為含氫氣體允 許的設(shè)定氫濃度與設(shè)定一氧化碳濃度對(duì)比，根據(jù)檢測(cè)的氫濃度高于設(shè)定氫濃度， 而且檢測(cè)的一氧化碳濃度低于設(shè)定的一氧化碳濃度，判定為生成含氫氣體。 而且，在判定為生成含氫氣體的情況下，進(jìn)入步驟S23。在步驟S23中，控制部20A切換三通閥14,形成第1流路P。以此將含氫氣 體提供給燃料電池4。借助于此，燃料電池4在重整裝置3中生成含有充分的氫 而且一氧化碳也被去除的含氫氣體之前與燃料電池系統(tǒng)隔離，因此本發(fā)明的燃料 電池系統(tǒng)能夠避免在燃料電池4啟動(dòng)時(shí)對(duì)燃料電池4提供含一氧化碳多的狀態(tài)下 的氣體，從而能夠避免燃料電池4的電極催化劑的一氧化碳中毒。
然后，在步驟S24中，控制部20A啟動(dòng)燃料電池，也就是使其進(jìn)行放電。
實(shí)施形態(tài)2
實(shí)施形態(tài)2是在實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)中，與燃料電池啟動(dòng)動(dòng)作無(wú)關(guān)地 在燃料電池允許停止期間中進(jìn)行原料氣體供給處理的實(shí)施狀態(tài)。是例如根據(jù)燃料 電池系統(tǒng)維修檢查后的系統(tǒng)復(fù)原信號(hào)或燃料電池系統(tǒng)的停止?fàn)顟B(tài)模式的切換信 號(hào)進(jìn)行的實(shí)施形態(tài)。因此，燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、燃料電池運(yùn)行時(shí)和燃料電池停 止動(dòng)作時(shí)的燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)作與實(shí)施形態(tài)l相同，所以其說(shuō)明省略。
圖3是實(shí)施形態(tài)2的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池運(yùn)行停止時(shí)的動(dòng)作例的流程圖。 首先，在步驟SIOI中取得燃料電池系統(tǒng)的停止?fàn)顟B(tài)模式的切換信號(hào)。在這里， 所謂燃料電池系統(tǒng)的停止?fàn)顟B(tài)模式的切換信號(hào)是指燃料電池以外的燃料電池系 統(tǒng)的各種裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行切換的信號(hào)。例如指燃料電池的預(yù)熱也停止，燃料 電池系統(tǒng)的幾乎全部裝置停止的停止模式與燃料電池進(jìn)行預(yù)熱燃料電池維持于 能夠迅速啟動(dòng)的狀態(tài)的待機(jī)模式進(jìn)行切換的信號(hào)。該切換信號(hào)根據(jù)例如燃料電池 4的運(yùn)行停止時(shí)間的長(zhǎng)度借助于控制裝置20內(nèi)的定時(shí)器自動(dòng)進(jìn)行發(fā)送，根據(jù)預(yù)先 編程的燃料電池4的運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行發(fā)送，或在從燃料電池系統(tǒng)維修檢查時(shí)和停電 時(shí)停電的狀態(tài)，燃料電池系統(tǒng)通電恢復(fù)的情況下發(fā)送。
步驟S102和S103與圖2的步驟S2和步驟S3相同，因此其說(shuō)明省略。 在步驟S103中，判定為通常狀態(tài)的情況下，進(jìn)入步驟104，燃料電池系統(tǒng)的 停止?fàn)顟B(tài)模式被切換。例如燃料電池的冷卻系統(tǒng)(未圖示)等燃料電池以外的燃 料電池系統(tǒng)的各裝置的運(yùn)行狀態(tài)被切換。
在步驟S103中，沒(méi)有被判定為通常狀態(tài)的情況下，進(jìn)入步驟S115。 在步驟S115中，控制部20A將第1和第2閥10、 ll打開(kāi)，同時(shí)切換三通閥 14以形成第1流路P。
然后，進(jìn)入步驟S116-S118。在這里，步驟S116-S118由于與圖2的步驟 S16 S18相同，因此省略其說(shuō)明。在步驟S119,關(guān)閉第1和第2閥10、 11，原料氣體供給裝置l停止工作。借 助于此，在燃料電池系統(tǒng)中，形成原料氣體被密封的狀態(tài)(通常狀態(tài))。在控制
裝置20中，表示是通常狀態(tài)的意思的信息被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部20B。具體地說(shuō)，通
過(guò)在存儲(chǔ)部20B建立標(biāo)志進(jìn)行存儲(chǔ)。
然后，進(jìn)入步驟S104,燃料電池系統(tǒng)的停止?fàn)顟B(tài)模式被切換。
在這里，原料氣體供給步驟(原料氣體供給處理)S200借助于步驟S115 步
驟S119構(gòu)成。
又可以與實(shí)施形態(tài)1的步驟S14-S20—樣，將燃料電池隔離，形成能夠執(zhí)行 第1和第2原料氣體供給步驟的結(jié)構(gòu)。
這樣，在實(shí)施形態(tài)1和2中例示的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，在下一次燃燒 裝置5的點(diǎn)火動(dòng)作之前燃料電池系統(tǒng)被不判定為通常狀態(tài)的情況下，能夠減少侵 入含氫氣體流路的空氣或進(jìn)行清除。借助于此，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)不需要不 活潑氣體的供給裝置，因此能夠抑制燃料電池系統(tǒng)的設(shè)備成本和設(shè)置空間的增 大，而且同時(shí)能夠避免燃燒裝置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生從燃燒裝置5向燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的逆 火等異常燃燒。
又，本發(fā)明的燃燒電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，可以判別通常狀態(tài)的情況和非通 常狀態(tài)的情況，僅在判別為非通常狀態(tài)的情況下，使用原料氣體減少侵入含氫氣 體流路的空氣或進(jìn)行清除。也就是可以根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)省去不必要的原 料氣體供給處理。
在本實(shí)施形態(tài)1所示的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，在燃燒裝置點(diǎn)火動(dòng)作快要 開(kāi)始之前，判別為燃料電池系統(tǒng)非通常狀態(tài)的情況下，用原料氣體進(jìn)行原料氣體 供給處理，因此可靠地能夠防止燃燒裝置在點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒。
實(shí)施形態(tài)2所示的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池運(yùn)行停止期間判定 為燃料電池系統(tǒng)非通常狀態(tài)的情況下，用原料氣體進(jìn)行原料氣體供給處理，因此 能夠在燃料電池停止后及早使侵入含氫氣體流路的空氣減少或?qū)ζ溥M(jìn)行清除。
以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施形態(tài)。
根據(jù)上述說(shuō)明，本行業(yè)的普通技術(shù)人員能夠清楚了解本發(fā)明的各種改良和其他實(shí)
施形態(tài)。從而上述發(fā)明應(yīng)該解釋為例示，是以對(duì)本行業(yè)的普通技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)施
本發(fā)明的最佳形態(tài)的示教為目的而提供的。在不脫離本發(fā)明的精神的條件下可以 對(duì)其結(jié)構(gòu)以及/或功能的細(xì)節(jié)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性改變。例如也可以形成能夠執(zhí)行實(shí)施形態(tài)1和實(shí)施形態(tài)2兩者的燃料電池系統(tǒng)及其
運(yùn)行方法。
又，從燃燒裝置5侵入含氫氣體流路的空氣對(duì)含氫氣體流路的侵入范圍，可 以從經(jīng)驗(yàn)上根據(jù)含氫氣體流路中的空氣的擴(kuò)散模擬分析、或連通通路和設(shè)置于連 通通路上的閥門(mén)(包括未圖示的閥門(mén))的含氫氣體流路的結(jié)構(gòu)等推定。因此，在 原料氣體供給步驟中，也可以另行構(gòu)成含氫氣體流路中的原料氣體的供給位置。 也就是說(shuō)，燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法也可以這樣構(gòu)成，即在含氫氣體流路(未 圖示)中，具有連接以燃燒裝置5為下游側(cè)，比來(lái)自該下游側(cè)的空氣侵入預(yù)測(cè)范 圍上游側(cè)的含氫氣體流路與原料氣體供給裝置l的連接路徑，在原料氣體供給處 理中，原料氣體經(jīng)由連接路徑提供。在這里，所謂侵入預(yù)測(cè)范圍是指以燃燒裝置 5為下游側(cè)，空氣從下游側(cè)侵入的情況下，含氫氣體流路中的被預(yù)測(cè)空氣侵入的 范圍。
還有，在經(jīng)驗(yàn)上最好是形成連接路徑比三通閥14更靠原料氣體供給裝置1 一 側(cè)，也就是形成能夠?qū)⑸嫌蝹?cè)的含氫氣體流路與原料氣體供給裝置1加以連接的 結(jié)構(gòu)。例如連接路徑也可以形成連通通路6D的重整裝置3與三通閥14之間的區(qū) 間、連通通路6B或連通通路6C中的某一個(gè)與原料氣體供給裝置l連接的結(jié)構(gòu)。
還有，在實(shí)施形態(tài)l中，在步驟S19中，利用第3和第4閥12、 15的打開(kāi)、 即用分叉路6G減少侵入燃料電池4內(nèi)的流路的空氣或進(jìn)行清除。但是也可以同 樣不用分叉路6G使侵入燃料電池4內(nèi)的流路空氣減少或進(jìn)行清除。也就是在步 驟S19中，控制部20A在保持第1閥10打開(kāi)的狀態(tài)下打開(kāi)第3閥12，切換三通 閥14以形成第1流路P。借助于此，可以省去分叉路6G實(shí)施第1和第2原料氣 體供給步驟。
工業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，作為可以避免燃料電池系統(tǒng)的設(shè)備成本和設(shè)置空間 的增大以及不必要的原料氣體供給，并且能夠避免非通常狀態(tài)下的燃燒裝置點(diǎn)火 時(shí)發(fā)生異常燃燒的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)行方法是有用的。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有提供原料氣體的原料氣體供給裝置、將原料氣體重整為富氫的含氫氣體的重整裝置、燃料電池、使所述原料氣體或所述含氫氣體燃燒，將熱提供給所述重整裝置的燃燒裝置、將所述原料氣體供給裝置、所述重整裝置、所述燃料電池以及所述燃燒裝置依次連通的連通通路、以及控制裝置；其特征在于，在所述燃料電池系統(tǒng)非常停止的情況下，所述控制裝置到下一次的所述燃燒裝置的點(diǎn)火動(dòng)作為止，控制所述原料氣體供給裝置，進(jìn)行將所述原料氣體提供給包含所述重整裝置以及從所述重整裝置到所述燃燒裝置的所述連通通路構(gòu)成的含氫氣體流路的至少一部分的原料氣體供給處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置至少在 下一次所述燃燒裝置的點(diǎn)火動(dòng)作快要開(kāi)始之前進(jìn)行所述原料氣體供給處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置至少在 所述燃料電池的運(yùn)行停止期內(nèi)進(jìn)行所述原料氣體供給處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制裝置在所述原料氣體供給處理中提供至少與所述含氫氣體流路的流路容積相 當(dāng)?shù)牧康乃鲈蠚怏w。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述燃料 電池系統(tǒng)非常停止的情況下，所述控制裝置在下一次的所述燃燒裝置的點(diǎn)火動(dòng)作 時(shí)延長(zhǎng)該點(diǎn)火動(dòng)作的時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備連接所述重整裝置和所述燃料電池間的連通通路與所述燃料電池及所述 燃燒裝置間的連通通路的分叉路、 所述原料氣體供給處理包含將所述燃料電池與所述燃料電池系統(tǒng)隔離的燃料電池隔離動(dòng)作、 在該燃料電池隔離動(dòng)作之后，將所述原料氣體提供給從所述重整裝置經(jīng)所述 分叉路到所述燃燒裝置的路徑的原料氣體供給動(dòng)作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有 在所述原料氣體供給裝置與所述重整裝置間的所述連通通路上配設(shè)的第1閩門(mén)、在所述燃料電池與所述燃燒裝置間的所述連通通路上配設(shè)的第2閥門(mén)、 在所述燃料電池與所述第2閥門(mén)間的所述連通通路上配設(shè)的第3閥門(mén)、 連接所述重整裝置和所述燃料電池間的連通通路與所述第3閥門(mén)和所述第2閩門(mén)間的連通通路的分叉路、以及在所述重整裝置和所述燃料電池間的連通通路與所述分叉路的接合部上配設(shè)的三通閥；在所述原料氣體供給處理中，含有控制所述第3閥門(mén)和所述三通閥，將所述 燃料電池從所述燃料電池系統(tǒng)隔離的燃料電池隔離動(dòng)作、在該燃料電池隔離動(dòng)作之后，控制所述第1閥門(mén)及第2閥門(mén)與所述原料氣體 供給裝置，將所述原料氣體提供給除了所述隔離的部分的所述連通通路、所述分 叉路、所述重整裝置、以及所述燃燒裝置內(nèi)的原料氣體供給動(dòng)作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述原料氣體供給處理含有將所述原料氣體提供給從所述重整裝置經(jīng)所述燃料電池到所述燃燒裝置的路徑的原料氣體供給動(dòng)作。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述燃燒裝置具備空氣供給裝置；在所述原料氣體供給處理中，所述控制裝置控制所述空氣供給裝置，稀釋從 所述燃燒裝置流出的廢氣的濃度使其為可燃濃度以下。
10. —種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，具有 供給原料氣體的原料氣體供給裝置、 將原料氣體重整為富氫的含氫氣體的重整裝置、 燃料電池、燃燒所述原料氣體或含氫氣體，將熱提供給所述重整裝置的燃燒裝置、以及 將所述原料氣體供給裝置、所述重整裝置、所述燃料電池以及所述燃燒裝置依次連通的連通通路，其特征在于，具有在所述燃料電池系統(tǒng)非常停止的情況下，到下一次的所述燃燒裝置的點(diǎn)火動(dòng) 作為止，利用所述原料氣體供給裝置將所述原料氣體提供給包含所述重整裝置以 及從所述重整裝置到所述燃燒裝置的所述連通通路構(gòu)成的含氫氣體流路的至少 一部分的原料氣體供給步驟。
全文摘要
本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，具備提供原料氣體的原料氣體供給裝置、將原料氣體重整為富氫的含氫氣體的重整裝置、燃料電池、使原料氣體或含氫氣體燃燒，將熱提供給重整裝置的燃燒裝置、將原料氣體供給裝置、重整裝置、燃料電池以及燃燒裝置依次連通的連通通路、以及控制裝置；在燃料電池運(yùn)行非常停止時(shí)，到下一次的燃燒裝置的點(diǎn)火動(dòng)作為止，控制裝置控制原料氣體供給裝置，進(jìn)行將原料氣體提供給包含重整裝置以及從重整裝置到燃燒裝置的連通通路構(gòu)成的含氫氣體流路的至少一部分的原料氣體供給處理。本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)能夠抑制燃料電池系統(tǒng)的設(shè)備成本和設(shè)置空間的增大，而且能夠避免在非常停止?fàn)顟B(tài)下燃燒裝置點(diǎn)火時(shí)發(fā)生異常燃燒。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101420040SQ200810170500
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者上田哲也, 中村彰成, 小原英夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社