燃料电池系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术的燃料电池系统，具备：原料气体供给装置（１）、重整装置（３）、燃料电池（４）、燃烧装置（５）、连通通路（６Ａ～６Ｅ）、以及控制装置（２０）；在燃料电池（４）运行停止时，控制装置（２０）判定正在履行燃料电池（４）的运行停止动作的所述燃料电池系统的状态为通常状态，同时在不判定为通常状态的情况下，到下一次燃烧装置（５）进行点火动作为止，控制原料气体供给装置（１），对包含重整装置（３）以及从重整装置（３）到燃烧装置（５）的连通通路（６Ａ～６Ｅ）构成的含氢气体流路提供原料气体的原料气体供给处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统及其运行方法，特别是涉及具备具有燃烧装置的重整装置的燃料电池系统及其运行方法。
技术介绍
燃料电池的燃料，通常使用富氢气体(以下称为“含氢气体”)。这种含氢气体主要利用碳氢化合物原料气体与水蒸气的水蒸气重整反应生成。生成这种含氢气体的重整装置(氢生成装置)通常由重整器、转化器以及选择氧化器构成。而且，这种水蒸气重整反应利用催化作用进行，因此这种重整装置具有燃烧器等燃烧装置，在发生水蒸气的同时将原料气体等加热到催化剂反应温度。而且燃料电池系统通常利用连通通路依序连接原料气体供给装置、重整装置、燃料电池、以及燃烧装置构成。借助于此，原料气体成为含氢气体，在燃料电池中提供电化学反应，从燃料电池排出的剩余的含氢气体作为燃烧装置得到有效使用。而且在例如专利文献1，提出了如下所述的技术方案，即在燃料电池停止时，使燃料电池系统内流通不活泼气体等。借助于这一停止处理，在燃料电池系统内残留的含氢气体能够得到清除(清除处理)。作为这种清除处理，通常是采用对重整装置内提供不活泼气体(例如氮气)。又将为生成含氢气体用的城市煤气等原料气体提供给重整器等燃料电池系统，以原料气体清除燃料电池系统内的含氢气体，利用原料气体密封燃料电池系统内的方法。专利文献1：日本国特开2003-229156号公报
技术实现思路
但是，用于供给不活泼气体的设备导致燃料电池系统设备的成本和设置空间的增大。而且在专利文献1所述的燃料电池系统中，由于停电和燃料电池系统的故障、错误动作等某种原因，不能够进行上述通常的停止处理的情况下(非通常-->状态的情况下)，例如燃料电池系统内保持残留的含氢气体，理应将燃料电池系统加以密封的调整阀等保持打开状态的情况下，燃料电池系统形成对大气开放的状态。从而，在非通常状态的情况下，随着燃料电池系统内温度的下降，在燃料电池系统内残留的含氢气体的温度降低，体积收缩，空气侵入燃料电池系统内，空气中的氧气与含氢气体中的氢气形成混合状态。而且在燃料电池系统再度启动时在燃烧装置的燃烧器等进行燃烧之际，有可能在燃料电池系统内发生逆火等，在燃料电池内发生异常燃烧，损伤连通通路、重整装置、燃料电池等。本专利技术是为解决上述存在问题而造成的，其目的在于，提供能够避免燃料电池系统的设备成本和设备空间的增大和不必要原料气体供应，而且能够避免在非通常状态的情况下燃烧装置点火时发生异常燃烧的燃料电池系统以及其运行方法。为了解决上述存在问题，第1本专利技术的燃料电池系统，具有提供原料气体的原料气体供给装置、将原料气体重整为富氢的含氢气体的重整装置、燃料电池、使所述原料气体或所述含氢气体燃烧，将热提供给所述重整装置的燃烧装置、将所述原料气体供给装置、所述重整装置、所述燃料电池以及所述燃烧装置依次连通的连通通路、以及控制装置；其特征在于，在所述燃料电池运行停止时，所述控制装置进行将正在履行所述燃料电池的运行停止动作的所述燃料电池系统的状态判别为通常状态的判别动作，所述控制装置不将所述燃料电池系统的状态判定为通常状态的情况下，到下一次的所述燃烧装置的点火动作为止，所述控制装置控制所述原料气体供给装置，进行将所述原料气体提供给包含所述重整装置以及从所述重整装置到所述燃烧装置的所述连通通路构成的含氢气体流路的至少一部分的原料气体供给处理。采用这样的结构时，由于不必设置不活泼气体供给装置，能够抑制燃料电池系统的设备成本和设置空间的增大，而且能够避免在非通常状态下燃烧装置点火时发生异常燃烧。而且由于对燃料电池系统的状态进行判别，能够避免不必要的原料气体供应，同时能够避免燃烧装置点火时发生异常燃烧。在这里，所谓通常状态是指正在履行燃料电池系统的运行停止动作的所述燃料电池系统的状态，而且也包含在履行该运行停止动作之后不维持该运行停止动作履行之后的燃料电池系统的状态的状态。-->又，所谓含氢气体流路是指从重整装置出发绕过燃料电池到达燃烧装置的含氢气体流过的流路，或从重整装置出发经过燃料电池到达燃烧装置的含氢气体流过的流路。第2本专利技术的燃料电池系统，也可以所述控制装置至少在下一次所述燃料装置的点火动作快要开始之前进行所述原料气体供给处理。采用这样的结构时，在判定为燃料电池系统不是通常状态的情况下，在燃料装置的点火动作快要开始之前用原料气体进行原料气体供给处理，因此能够更可靠防止燃烧装置在进行点火动作时发生异常燃烧。第3本专利技术的燃料电池系统，也可以所述控制装置至少在所述燃料电池的运行停止期内进行所述原料气体供给处理。采用这样的构成时，在燃料电池的运行停止期内，在判定为燃料电池系统不是通常状态的情况下，用原料气体进行原料气体供给处理，因此能够减少或清除在燃料电池停止之后的早期侵入含氢气体流路的空气。第4本专利技术的燃料电池系统，也可以所述控制装置在所述原料气体供给处理中提供至少与所述含氢气体流路的流路容积相当的量的所述原料气体。采用这样的结构时，能够提供给减小侵入含氢气体流路的空气的浓度或清除所需要的数量的原料气体。第5本专利技术的燃料电池系统，也可以所述控制装置在不将所述燃料电池系统的状态判定为所述通常状态的情况下，在下一次的所述燃烧装置的点火动作时延长该点火动作的时间。即使是借助于原料气体供给处理，减少侵入含氢气体流路的空气中的氧，含氢气体中的氢气的浓度在可燃范围的上限以上，只要没有完全清除侵入的空气，残留空气中的氮气等不能燃烧的气体成份，就可能妨碍燃烧装置的点火。因此，从燃烧装置中排出该残留气体直到燃烧装置点火需要时间，有可能陷入燃烧装置点火不顺利的情况。但是，如果采用这样的结构，则不会检测出这样的点火不顺利的情况，能够顺利进行燃料电池的启动。第6本专利技术的燃料电池系统，具有在所述原料气体供给装置与所述重整装置间的所述连通通路上配设的第1阀门、在所述燃料电池与所述燃烧装置间的所述连通通路上配设的第2阀门、所述燃料电池与所述第2阀门间的所述连通通路上配设的第3阀门、连接所述重整装置和所述燃料电池间的连通通路与所述第3阀门和所述第2阀门间的连通通路的分叉路、以及在所述重整装置和所述燃料电池-->间的连通通路与所述分叉路的接合部上配设的三通阀；所述控制装置在所述燃料电池运行停止动作中最好是包含控制所述第3阀门和所述三通阀，将所述燃料电池与所述燃料电池系统隔离的燃料电池隔离动作、在该燃料电池隔离动作之后，控制所述第1阀门及第2阀门和所述原料气体供给装置，将所述原料气体提供给除了所述隔离的部分的所述连通通路、所述重整装置以及所述燃烧装置内的原料气体供给动作、以及在原料气体供给动作之后，控制所述第1及第2阀门，关闭所述含氢气体流路的关闭动作。采用这样的结构时，在燃料电池系统的通常状态下，包含水蒸气的含氢气体保持充满燃料电池的状态，因此高分子电解质膜保持湿润状态，能够抑制高分子电解质型燃料电池的性能劣化。第7本专利技术的燃料电池系统，具有在所述原料气体供给装置与所述重整装置间的所述连通通路上配设的第1阀门、在所述燃料电池与所述燃烧装置间的所述连通通路上配设的第2阀门、在所述燃料电池与所述第2阀门间的所述连通通路上配设的第3阀门、连接所述重整装置和所述燃料电池间的连通通路与所述第3阀门和所述第2阀门间的连通通路的分叉路、以及在所述重整装置和所述燃料电池间的连通通路与所述分叉路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具有提供原料气体的原料气体供给装置、将原料气体重整为富氢的含氢气体的重整装置、燃料电池、使所述原料气体或所述含氢气体燃烧，将热提供给所述重整装置的燃烧装置、将所述原料气体供给装置、所 述重整装置、所述燃料电池以及所述燃烧装置依次连通的连通通路、以及控制装置；其特征在于，在所述燃料电池运行停止时，所述控制装置进行将正在履行所述燃料电池的运行停止动作的所述燃料电池系统的状态判别为通常状态的判别动作，　 　所述控制装置不将所述燃料电池系统的状态判定为通常状态的情况下，到下一次的所述燃烧装置的点火动作为止，所述控制装置控制所述原料气体供给装置，进行将所述原料气体提供给包含所述重整装置以及从所述重整装置到所述燃烧装置的所述连通通路构成的含氢 气体流路的至少一部分的原料气体供给处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-10-15 301183/20041.一种燃料电池系统，具有提供原料气体的原料气体供给装置、将原料气体重整为富氢的含氢气体的重整装置、燃料电池、使所述原料气体或所述含氢气体燃烧，将热提供给所述重整装置的燃烧装置、将所述原料气体供给装置、所述重整装置、所述燃料电池以及所述燃烧装置依次连通的连通通路、以及控制装置；其特征在于，在所述燃料电池运行停止时，所述控制装置进行将正在履行所述燃料电池的运行停止动作的所述燃料电池系统的状态判别为通常状态的判别动作，所述控制装置不将所述燃料电池系统的状态判定为通常状态的情况下，到下一次的所述燃烧装置的点火动作为止，所述控制装置控制所述原料气体供给装置，进行将所述原料气体提供给包含所述重整装置以及从所述重整装置到所述燃烧装置的所述连通通路构成的含氢气体流路的至少一部分的原料气体供给处理。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置至少在下一次所述燃料装置的点火动作快要开始之前进行所述原料气体供给处理。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置至少在所述燃料电池的运行停止期内进行所述原料气体供给处理。4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置在所述原料气体供给处理中提供至少与所述含氢气体流路的流路容积相当的量的所述原料气体。5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置在不将所述燃料电池系统的状态判定为所述通常状态的情况下，在下一次的所述燃烧装置的点火动作时延长该点火动作的时间。6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，具有在所述原料气体供给装置与所述重整装置间的所述连通通路上配设的第1阀-->门、在所述燃料电池与所述燃烧装置间的所述连通通路上配设的第2阀门、所述燃料电池与所述第2阀门间的所述连通通路上配设的第3阀门、连接所述重整装置和所述燃料电池间的连通通路与所述第3阀门和所述第2阀门间的连通通路的分叉路、以及在所述重整装置和所述燃料电池间的连通通路与所述分叉路的接合部上配设的三通阀；所述控制装置在所述燃料电池运行停止动作中包含控制所述第3阀门和所述三通阀，将所述燃料电池与所述燃料电池系统隔离的燃料电池隔离动作、在该燃料电池隔离动作之后，控制所述第1阀门及第2阀门和所述原料气体供给装置，将所述原料气体提供给除了所述隔离的部分的所述连通通路、所述重整装置以及所述燃烧装置内的原料气体供给动作、以及在原料气体供给动作之后，控制所述第1及第2阀门，关闭所述含氢气体流路的关闭动作。7.根据权利要求1～6中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，具有在所述原料气体供给装置与所述重整装置间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：上田哲也，小原英夫，中村彰成，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]