燃料电池发电系统及其燃料电池发电方法技术方案

一种燃料电池发电系统，其特征是，具备：具有燃料极和氧化剂极的燃料电池，向包含上述燃料极的上述燃料电池的燃料气体流路供应燃料气体的燃料气体供应机构，向包含上述氧化剂极的上述燃料电池的氧化剂气体流路供应氧化剂气体的氧化剂气体供应机构，以及向上述燃料气体流路供应以包含碳素和氢的化合物为主要成分的置换气体的置换气体供应机构；在上述燃料电池发电开始前和发电结束后的至少一方，通过上述置换气体供应机构向上述燃料气体流路注入上述置换气体，以上述置换气体置换上述燃料气体流路的氛围。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用燃料电池进行发电的燃料电池发电系统及其发电方法。
技术介绍
现有的燃料电池发电系统或者发电方法如特开平3-257762号公报所述，采用图20的结构。即，具备燃料电池1，从天然气等原料气体中除去硫磺成分的脱硫器3，从脱硫的原料气体中产生富氢气体的燃料气体生成部2的反应部2a，作为加热反应部2a的加热机构的燃烧器2b，以及通过具有阻断阀6的氮素供应管7连接在燃料气体生成部2的上游的氮素设备5，在燃料气体生成部2中生成的燃料经由改性气体供应管8供应到燃料电池1的燃料极1a上，剩余的燃料经由排氢连接管9向燃烧器2b供应。通过鼓风机4将空气供应到燃料电池1的氧化剂极上。在一般的燃料电池发电系统或者发电方法中，当使发电运行停止时，首先停止燃料的供应。若采用图20对此时产生的现象加以说明，则富氢气体将停留在从燃料气体生成部2经由改性气体供应管8和燃料电池1到排氢连接管9的流路中，特别是从燃料极1a到排氢连接管9的流路中。因此，在因来自向大气开放的燃烧器2b的自然对流而空气流入富氢气体流路内的情况下，氢有可能产生爆炸。因此，在上述特开平3-257762号公报中记载的图20所示的燃料电池发电系统或者发电方法中，在发电运行停止时打开阻断阀6，从氮素设备5经由氮素供应管7将作为惰性气体的氮素气体注入从燃料气体生成部2经由改性气体供应管8和燃料电池1到排氢连接管9的流路中，特别是注入从燃料极1a到排氢连接管9的燃料气体流路中，通过氮素气体将富氢气体从该燃料气体流路中排出、即清除，通过燃烧器2b使被清除的富氢气体燃烧。这样，在现有的燃料电池发电系统中，通过将由氮素气体进行的将富氢气体从燃料气体流路中清除的工序防止氢爆炸，确保了安全性。在现有的燃料电池发电系统或者发电方法中，必须具备用于清除以上述氮素气体进行的清除工序中的氮气瓶等氮素设备，在用于例如家庭用定置型分散发电或电动汽车用电源等中的情况下，存在需要大的空间，进而基本建设费增加的问题。而且，也需要定期更换、补充氮气瓶，存在运行费增加的问题。而且，在燃料气体生成部起动时，在生成的燃料气体中包含高浓度的一氧化碳。在燃料电池为固体高分子电解质型燃料电池的情况下，这将使燃料电池燃料极的催化剂中毒。但是，在现有的燃料电池发电系统或者发电方法中，由于将起动时包含高浓度一氧化碳的燃料气体供应到燃料电池上，所以将产生燃料电池燃料极的催化剂中毒而引起的性能劣化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，考虑到上述现有的燃料电池发电系统或者发电方法所存在的问题，提供一种在发电开始前和发电结束后，不必采用氮素即可从燃料气体流路中清除富氢气体的燃料电池发电系统和发电方法。而且，其目的还在于可实现防止系统运行的起动时高浓度的一氧化碳向燃料电池流入的燃料电池发电系统和发电方法。基于本专利技术第1方式的燃料电池发电系统的结构为，具备具有燃料极和氧化剂极的燃料电池，向包含上述燃料极的上述燃料电池的燃料气体流路供应燃料气体的燃料气体供应机构，向包含上述氧化剂极的上述燃料电池的氧化剂气体流路供应氧化剂气体的氧化剂气体供应机构，以及向上述燃料气体流路供应以包含碳素和氢的化合物为主要成分的置换气体的置换气体供应机构；在上述燃料电池发电开始前和发电结束后的至少一方，通过上述置换气体供应机构向上述燃料气体流路注入上述置换气体，以上述置换气体置换上述燃料气体流路的氛围。根据本专利技术第1方式的燃料电池发电系统，优选地，还具备向上述燃料气体流路供应空气，将上述燃料气体流路的上述氛围置换成空气的空气供应机构，在上述发电结束后，通过上述置换气体供应机构向上述燃料气体流路注入上述置换气体，以上述置换气体置换上述燃料气体流路的上述氛围，之后，通过上述空气供应机构向上述燃料气体流路注入上述空气，以上述空气置换上述燃料气体流路的上述氛围。基于本专利技术第1方式的燃料电池发电方法具备向具有包含燃料极的燃料气体流路和包含氧化剂极的氧化剂气体流路的燃料电池的上述燃料气体流路供应燃料气体的燃料气体供应工序，以及在上述燃料电池发电开始前和发电结束后的至少一方、向上述燃料气体流路注入以包含碳素和氢的化合物为主要成分的置换气体、以上述置换气体置换上述燃料气体流路的氛围的第1置换工序。根据本专利技术第1方式的燃料电池发电方法，优选地，还具备在上述发电结束后实施了上述第1置换工序之后，向上述燃料气体流路注入空气，以上述空气置换上述燃料气体流路的上述氛围的第2置换工序。基于本专利技术第2方式的燃料电池发电系统的结构为，具备具有燃料极和氧化剂极的燃料电池，从以包含碳素和氢的化合物为主要成分的原料中生成富氢的燃料气体的燃料气体生成机构，向上述燃料气体生成机构供应上述原料的原料供应源，从上述燃料气体生成机构向包含上述燃料极的上述燃料电池的燃料气体流路供应上述燃料气体的燃料气体供应机构，以及从上述原料供应源旁路过上述燃料气体生成机构、向上述燃料气体流路注入上述原料作为原料气体的旁路机构；在上述燃料电池发电开始前和发电结束后的至少一方，经由上述旁路机构向上述燃料气体流路注入上述原料气体，以上述原料气体置换上述燃料气体流路的氛围。在本专利技术的第2方式中，优选的结构为，还具备向上述燃料气体流路供应空气，以上述空气置换上述燃料气体流路的上述氛围的空气供应机构，在上述发电结束后，通过上述旁路机构向上述燃料气体流路注入上述原料气体，以上述原料气体置换上述燃料气体流路的上述氛围，之后，通过上述空气供应机构向上述燃料气体流路注入上述空气，以上述空气置换上述燃料气体流路的上述氛围。基于本专利技术第2方式的燃料电池发电方法具备从以包含碳素和氢的化合物为主要成分的原料中生成富氢的燃料气体的燃料气体生成工序，向具有包含燃料极的燃料气体流路和包含氧化剂极的氧化剂气体流路的燃料电池的上述燃料气体流路供应上述燃料气体的燃料气体供应工序，以及将上述原料作为原料气体直接向上述燃料气体流路供应、以上述原料气体置换上述燃料气体流路的氛围的第1置换工序；在上述燃料电池发电开始前和发电结束后的至少一方，实施上述第1置换工序。在本专利技术第2方式的发电方法中，优选地具备在上述发电结束后实施了上述第1置换工序之后，向上述燃料气体流路注入空气，以上述空气置换上述燃料气体流路的上述氛围的第2置换工序。基于本专利技术第3方式的燃料电池发电系统为一种具备具有燃料极和氧化剂极的燃料电池，从以包含碳素和氢的化合物为主要成分的原料中生成富氢的燃料气体的燃料气体生成机构，向上述燃料气体生成机构供应上述原料的原料供应源，从上述燃料气体生成机构向包含上述燃料极的上述燃料电池的燃料气体流路供应上述燃料气体的燃料供应机构，以及向上述燃料气体流路注入以包含碳素和氢的化合物为主要成分的置换气体、以上述置换气体置换上述燃料气体流路的氛围的置换气体供应机构的燃料电池发电系统，其中，在从上述燃料电池发电系统的起动开始后到发电开始前的任意时间段，通过上述置换气体供应机构向上述燃料气体流路注入上述置换气体，以上述置换气体置换上述燃料气体流路的上述氛围。基于本专利技术第3方式的燃料电池发电方法具备从以包含碳素和氢的化合物为主要成分的原料中生成富氢的燃料气体的燃料气体生成工序，向具有包含燃料极的燃料气体流路和包含氧化剂极的氧化剂气体流路的燃料电池的上述燃料气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：中村彰成，尾关正高，宫内伸二，麻生智伦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：