專利名稱：燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及其燃料電池發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用燃料電池進(jìn)行發(fā)電的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)電方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法如特開平3-257762號(hào)公報(bào)所述，采用圖20的結(jié)構(gòu)。即，具備燃料電池1，從天然氣等原料氣體中除去硫磺成分的脫硫器3，從脫硫的原料氣體中產(chǎn)生富氫氣體的燃料氣體生成部2的反應(yīng)部2a，作為加熱反應(yīng)部2a的加熱機(jī)構(gòu)的燃燒器2b，以及通過具有阻斷閥6的氮素供應(yīng)管7連接在燃料氣體生成部2的上游的氮素設(shè)備5，在燃料氣體生成部2中生成的燃料經(jīng)由改性氣體供應(yīng)管8供應(yīng)到燃料電池1的燃料極1a上，剩余的燃料經(jīng)由排氫連接管9向燃燒器2b供應(yīng)。通過鼓風(fēng)機(jī)4將空氣供應(yīng)到燃料電池1的氧化劑極上。
在一般的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法中，當(dāng)使發(fā)電運(yùn)行停止時(shí)，首先停止燃料的供應(yīng)。若采用圖20對(duì)此時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象加以說明，則富氫氣體將停留在從燃料氣體生成部2經(jīng)由改性氣體供應(yīng)管8和燃料電池1到排氫連接管9的流路中，特別是從燃料極1a到排氫連接管9的流路中。因此，在因來自向大氣開放的燃燒器2b的自然對(duì)流而空氣流入富氫氣體流路內(nèi)的情況下，氫有可能產(chǎn)生爆炸。
因此，在上述特開平3-257762號(hào)公報(bào)中記載的圖20所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法中，在發(fā)電運(yùn)行停止時(shí)打開阻斷閥6，從氮素設(shè)備5經(jīng)由氮素供應(yīng)管7將作為惰性氣體的氮素氣體注入從燃料氣體生成部2經(jīng)由改性氣體供應(yīng)管8和燃料電池1到排氫連接管9的流路中，特別是注入從燃料極1a到排氫連接管9的燃料氣體流路中，通過氮素氣體將富氫氣體從該燃料氣體流路中排出、即清除，通過燃燒器2b使被清除的富氫氣體燃燒。這樣，在現(xiàn)有的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，通過將由氮素氣體進(jìn)行的將富氫氣體從燃料氣體流路中清除的工序防止氫爆炸，確保了安全性。
在現(xiàn)有的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法中，必須具備用于清除以上述氮素氣體進(jìn)行的清除工序中的氮?dú)馄康鹊卦O(shè)備，在用于例如家庭用定置型分散發(fā)電或電動(dòng)汽車用電源等中的情況下，存在需要大的空間，進(jìn)而基本建設(shè)費(fèi)增加的問題。而且，也需要定期更換、補(bǔ)充氮?dú)馄?，存在運(yùn)行費(fèi)增加的問題。
而且，在燃料氣體生成部起動(dòng)時(shí)，在生成的燃料氣體中包含高濃度的一氧化碳。在燃料電池為固體高分子電解質(zhì)型燃料電池的情況下，這將使燃料電池燃料極的催化劑中毒。但是，在現(xiàn)有的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法中，由于將起動(dòng)時(shí)包含高濃度一氧化碳的燃料氣體供應(yīng)到燃料電池上，所以將產(chǎn)生燃料電池燃料極的催化劑中毒而引起的性能劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，考慮到上述現(xiàn)有的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法所存在的問題，提供一種在發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后，不必采用氮素即可從燃料氣體流路中清除富氫氣體的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法。而且，其目的還在于可實(shí)現(xiàn)防止系統(tǒng)運(yùn)行的起動(dòng)時(shí)高濃度的一氧化碳向燃料電池流入的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法。
基于本發(fā)明第1方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為，具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，向包含上述氧化劑極的上述燃料電池的氧化劑氣體流路供應(yīng)氧化劑氣體的氧化劑氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體流路供應(yīng)以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體的置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)；在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍。
根據(jù)本發(fā)明第1方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，優(yōu)選地，還具備向上述燃料氣體流路供應(yīng)空氣，將上述燃料氣體流路的上述氛圍置換成空氣的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
基于本發(fā)明第1方式的燃料電池發(fā)電方法具備向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方、向上述燃料氣體流路注入以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的第1置換工序。
根據(jù)本發(fā)明第1方式的燃料電池發(fā)電方法，優(yōu)選地，還具備在上述發(fā)電結(jié)束后實(shí)施了上述第1置換工序之后，向上述燃料氣體流路注入空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的第2置換工序。
基于本發(fā)明第2方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為，具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源，從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及從上述原料供應(yīng)源旁路過上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)、向上述燃料氣體流路注入上述原料作為原料氣體的旁路機(jī)構(gòu)；在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，經(jīng)由上述旁路機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍。
在本發(fā)明的第2方式中，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)為，還具備向上述燃料氣體流路供應(yīng)空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述旁路機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
基于本發(fā)明第2方式的燃料電池發(fā)電方法具備從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成工序，向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及將上述原料作為原料氣體直接向上述燃料氣體流路供應(yīng)、以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的第1置換工序；在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，實(shí)施上述第1置換工序。
在本發(fā)明第2方式的發(fā)電方法中，優(yōu)選地具備在上述發(fā)電結(jié)束后實(shí)施了上述第1置換工序之后，向上述燃料氣體流路注入空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的第2置換工序。
基于本發(fā)明第3方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)為一種具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源，從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體流路注入以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其中，在從上述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起動(dòng)開始后到發(fā)電開始前的任意時(shí)間段，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
基于本發(fā)明第3方式的燃料電池發(fā)電方法具備從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成工序，向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及向上述燃料氣體流路注入以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的第1置換工序；在從上述燃料電池的起動(dòng)開始后到發(fā)電開始前的任意時(shí)間段，實(shí)施上述第1置換工序。
本發(fā)明的新特征如記載在后述的權(quán)利要求書中所述，通過以下包含附圖的本發(fā)明的詳細(xì)說明，能夠更加明確地理解其結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、目的等。


圖1為示意表示本發(fā)明實(shí)施方式1的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的附圖。
圖2為示意表示本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的附圖。
圖3為表示本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起電方法一例的流程圖。
圖4為表示本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法一例的流程圖。
圖5為表示本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起電方法另一例的流程圖。
圖6為示意表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的附圖。
圖7為表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起電方法一例的流程圖。
圖8為表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法一例的流程圖。
圖9為表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法另一例的流程圖。
圖10為表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起電方法其他例的流程圖。
圖11為示意表示本發(fā)明實(shí)施方式4的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的附圖。
圖12為表示本發(fā)明實(shí)施方式4的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法一例的流程圖。
圖13為示意表示本發(fā)明實(shí)施方式5的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的附圖。
圖14表示本發(fā)明實(shí)施方式5的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法一例的流程圖。
圖15為表示本發(fā)明實(shí)施方式5的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法另一例的流程圖。
圖16為示意表示本發(fā)明實(shí)施方式6的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的附圖。
圖17為表示本發(fā)明實(shí)施方式6的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法一例的流程18為表示本發(fā)明實(shí)施方式6的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止方法另一例的流程圖。
圖19為示意表示可用于本發(fā)明各實(shí)施方式中的燃料電池生成部一例的結(jié)構(gòu)的附圖。
圖20為示意表示現(xiàn)有的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的附圖。
具體實(shí)施例方式
基于本發(fā)明第1方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為，具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，向包含上述氧化劑極的上述燃料電池的氧化劑氣體流路供應(yīng)氧化劑氣體的氧化劑氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體流路供應(yīng)以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體的置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)；在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路供應(yīng)上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍。
同樣，基于本發(fā)明第1方式的燃料電池發(fā)電方法具備向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方、向上述燃料氣體流路供應(yīng)以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍。
在這些發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法中，通過在燃料電池發(fā)電開始前和/或發(fā)電結(jié)束后以置換氣體清除包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的氛圍，消除了殘留在燃料電池內(nèi)部的燃料氣體與空氣接觸的危險(xiǎn)，不必?fù)?dān)心燃料電池在燃料電池內(nèi)部爆炸。
在本發(fā)明第1方式的發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)選形態(tài)中，具備向上述燃料氣體流路供應(yīng)空氣，將上述燃料氣體流路的上述氛圍置換成空氣的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體的上述氛圍。
同樣，在本發(fā)明第1方式的發(fā)電方法的優(yōu)選形態(tài)中，具備上述發(fā)電結(jié)束后實(shí)施了上述第1置換工序之后，向上述燃料氣體流路注入空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的第2置換工序。
在這些發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法的形態(tài)中，由于在以置換氣體清除了包含燃料極的燃料氣體流路的氛圍后，進(jìn)一步由空氣清除置換氣體，所以在運(yùn)行結(jié)束時(shí)能夠以非常安全的狀態(tài)保持燃料電池。而且，由于燃料氣體不會(huì)與空氣接觸，所以也不必?fù)?dān)心燃料電池內(nèi)部的爆炸。
在本發(fā)明第1方式的發(fā)電系統(tǒng)的其他優(yōu)選形態(tài)中，上述燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源，在以上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述置換氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束之前，上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)一直進(jìn)行上述燃料氣體的生成。
同樣，在本發(fā)明第1方式的發(fā)電方法的其他優(yōu)選形態(tài)中，上述燃料氣體供應(yīng)工序具備從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體作為上述燃料氣體的燃料氣體生成工序，在上述第1置換工序中上述置換氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束之前，在上述燃料氣體生成工序中一直生成上述燃料氣體。
根據(jù)這些發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法的形態(tài)，可在包含燃料極的燃料氣體流路的氛圍由置換氣體進(jìn)行的置換結(jié)束之前，實(shí)現(xiàn)燃料氣體生成機(jī)構(gòu)中的加熱反應(yīng)部的燃燒器的穩(wěn)定燃燒、即穩(wěn)定的燃料氣體生成工序。
在本發(fā)明第1方式的發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法的其他優(yōu)選形態(tài)中，具備從以水蒸氣置換以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)或者水蒸氣置換工序(第3置換工序)。這樣，在燃料電池發(fā)電結(jié)束后，通過置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路注入置換氣體，以置換氣體置換其燃料氣體流路，之后，使燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的燃料氣體生成停止，同時(shí)通過水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)注入水蒸氣?；蛘?，在燃料電池發(fā)電結(jié)束后，使燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的燃料氣體生成停止，同時(shí)通過水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入水蒸氣，并且通過置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料電池的上述燃料氣體流路注入置換氣體。即，在使燃料氣體生成停止的同時(shí)，實(shí)施上述第3置換工序和上述第1置換工序。
根據(jù)這些發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法的形態(tài)，通過以水蒸氣清除燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍，可燃?xì)怏w幾乎不會(huì)殘留在燃料氣體流路中。通過向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)注入水蒸氣，可促進(jìn)燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的冷卻，縮短運(yùn)行結(jié)束的時(shí)間。當(dāng)向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)注入水蒸氣時(shí)，通過獨(dú)立地進(jìn)行置換氣體向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的注入，可縮短用于置換的時(shí)間。
在本發(fā)明第1方式的其他優(yōu)選形態(tài)中，具備向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路和燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)空氣，將上述燃料氣體流路的氛圍和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍置換成空氣的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在向其燃料氣體流路供應(yīng)上述置換氣體的同時(shí)，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)注入水蒸氣，之后，通過空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向燃料氣體流路和燃料氣體生成機(jī)構(gòu)雙方注入空氣。這樣一來，能夠以空氣置換燃料氣體流路和燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部雙方的氛圍。
在此，上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的空氣注入是從燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向燃料電池的燃料氣體流路串聯(lián)地進(jìn)行的?；蛘?，上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的空氣注入是與燃料氣體生成機(jī)構(gòu)和燃料電池的燃料氣體流路并聯(lián)地進(jìn)行的。若根據(jù)前者，則能夠從燃料氣體流路的上游沿著順序的流路朝向下游地以空氣進(jìn)行置換。而且，若根據(jù)后者，則能夠在短時(shí)間內(nèi)將燃料氣體流路全部置換成空氣。
在本發(fā)明第1方式的其他形態(tài)中，上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)具備設(shè)置了至少以貴金屬和金屬氧化物為構(gòu)成材料的轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換部，以及向上述轉(zhuǎn)換部供應(yīng)至少包含一氧化碳和水蒸氣作為輔助成分的氫氣的氫氣供應(yīng)部。這樣一來，由于提高了上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的耐氧化性，所以即使向該內(nèi)部注入空氣，也不容易產(chǎn)生氧化的問題。
基于本發(fā)明第2方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為，具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源，從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及從上述原料供應(yīng)源旁路過所述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)、向上述燃料氣體流路注入上述原料作為原料氣體的旁路機(jī)構(gòu)，在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，經(jīng)由上述旁通機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍。
同樣，基于本發(fā)明第2方式的燃料電池發(fā)電方法具備從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成工序，向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及直接向上述燃料氣體流路供應(yīng)上述原料作為原料氣體、以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的第1置換工序，在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，實(shí)施上述第1置換工序。
在這些發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法中，在發(fā)電開始前和/或發(fā)電結(jié)束后，通過以原料氣體清除包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的氛圍，消除了殘留在燃料電池內(nèi)部的燃料氣體與空氣接觸的危險(xiǎn)，不必?fù)?dān)心燃料氣體在燃料電池內(nèi)部爆炸。而且，由于用于清除要清除的氛圍的氣體是從與原料相同的供應(yīng)源供應(yīng)的，所以能夠制成簡單、有效的系統(tǒng)。
在本發(fā)明第2方式的發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)選形態(tài)中，還具備作為向上述燃料氣體流路供應(yīng)空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述旁路機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
同樣，在本發(fā)明第2方式的燃料電池發(fā)電方法的優(yōu)選形態(tài)中，具備在上述發(fā)電結(jié)束后實(shí)施上述第1置換工序之后，向上述燃料氣體流路注入空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的第2置換工序。
根據(jù)這些發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法的形態(tài)，在以原料氣體清除了包含燃料極的燃料氣體流路的氛圍后，由于還以空氣清除其原料氣體，所以在運(yùn)行結(jié)束時(shí)，可將燃料電池保持在非常安全的狀態(tài)下。而且，由于燃料氣體不會(huì)與空氣接觸，所以不必?fù)?dān)心燃料電池內(nèi)部的爆炸。
在本發(fā)明第2方式的發(fā)電系統(tǒng)的其他優(yōu)選形態(tài)中，在上述旁通機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述原料氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束之前，上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)一直進(jìn)行上述燃料氣體生成。
同樣，在本發(fā)明第2方式的發(fā)電方法的優(yōu)選形態(tài)中，在上述第1置換工序中上述原料氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束之前，在上述燃料氣體生成工序中一直生成上述燃料氣體。
根據(jù)這些發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法的形態(tài)，在包含燃料極的燃料氣體流路由置換氣體進(jìn)行的置換結(jié)束之前，可實(shí)現(xiàn)燃料氣體生成機(jī)構(gòu)中加熱反應(yīng)部的燃燒器的穩(wěn)定燃燒。即實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃料氣體生成工序。
在本發(fā)明第2方式的發(fā)電系統(tǒng)另一優(yōu)選形態(tài)中，具備向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述旁通機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，使燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的上述燃料氣體生成停止，同時(shí)通過上述水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)注入上述水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍。
而且，還具備以水蒸氣置換燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的燃料氣體生成停止，同時(shí)通過上述水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入水蒸氣，并且通過上述旁通機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
同樣，在本發(fā)明第2方式的發(fā)電方法的另一優(yōu)選形態(tài)中，還具備采用燃料氣體生成機(jī)構(gòu)實(shí)施上述燃料氣體生成工序中的上述燃料氣體生成，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的第3置換工序，在上述發(fā)電結(jié)束后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述燃料氣體生成工序停止，同時(shí)實(shí)施上述第3置換工序和上述第1置換工序。
根據(jù)這些發(fā)電系統(tǒng)或者發(fā)電方法的形態(tài)，通過以水蒸氣清除燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍，在燃料氣體流路中幾乎不殘留燃料氣體。通過向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入水蒸氣，可促進(jìn)燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的冷卻，縮短運(yùn)行結(jié)束的時(shí)間。由于水蒸氣向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的注入和置換氣體向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的注入是獨(dú)立進(jìn)行的，所以可縮短用于置換的時(shí)間。
在本發(fā)明第2方式的另一優(yōu)選形態(tài)中，還具備向上述燃料氣體流路和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)空氣，將上述燃料氣體流路的上述氛圍和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍置換成上述空氣的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體流路供應(yīng)上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，同時(shí)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部雙方注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍。
這樣一來，能夠以空氣置換系統(tǒng)內(nèi)部全部的原料和燃料氣體流路。
在此，在上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的空氣注入的優(yōu)選方式中，是從燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路串聯(lián)地進(jìn)行的。或者，在上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的空氣注入的其他優(yōu)選方式中，是與燃料氣體生成機(jī)構(gòu)和上述燃料氣體流路并聯(lián)地進(jìn)行的。
若根據(jù)前者，則能夠從燃料氣體流路的上游沿著順序的流路朝向下游地以空氣進(jìn)行置換。而且，若根據(jù)后者，則能夠在短時(shí)間內(nèi)將燃料氣體流路全部置換成空氣。
在本發(fā)明第2方式的其他形態(tài)中，上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)具備設(shè)置了至少以貴金屬和金屬氧化物為構(gòu)成材料的轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換部，以及向上述轉(zhuǎn)換部供應(yīng)至少包含一氧化碳和水蒸氣作為輔助成分的氫氣的氫氣供應(yīng)部。這樣一來，由于提高了上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的耐氧化性，所以即使向該內(nèi)部注入空氣，也不容易產(chǎn)生氧化的問題。
基于本發(fā)明第3方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)為一種具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源，從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體流路注入以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，在從上述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起動(dòng)開始后到發(fā)電開始前的任意時(shí)間段，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
而且，在本發(fā)明第3方式的優(yōu)選形態(tài)中，上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)為從上述原料供應(yīng)源旁路過上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)而向上述燃料氣體流路注入上述原料作為上述置換氣體的機(jī)構(gòu)。
同樣，基于本發(fā)明第3方式的燃料電池發(fā)電方法具備從包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成工序，向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及向上述燃料氣體流路注入以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍第1置換工序，在從上述燃料電池起動(dòng)開始后到發(fā)電開始前的任意時(shí)間段，實(shí)施上述第1置換工序。
根據(jù)這些發(fā)電系統(tǒng)或其形態(tài)、或者發(fā)電方法，消除了燃料電池內(nèi)部中殘留的燃料氣體與空氣接觸的危險(xiǎn)性，不必?fù)?dān)心燃料氣體在燃料電池內(nèi)部爆炸。能夠防止燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的運(yùn)行初期包含高濃度的一氧化碳的燃料氣體通過擴(kuò)散流入包含燃料極的燃料氣體流路中而燃料極中毒的問題。
根據(jù)上述本發(fā)明的各方式和各形態(tài)中的任一形態(tài)，還具備檢測(cè)在上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)中所生成的燃料氣體中包含的一氧化碳濃度的一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，向包含上述燃料極的燃料氣體流路注入置換氣體或者作為置換氣體的原料氣體，直到由上述一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)的檢測(cè)值降低到規(guī)定值以下。這樣一來，在燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的運(yùn)行初期，可防止包含高濃度的一氧化碳的燃料氣體由于擴(kuò)散而流入燃料氣體流路中而燃料極中毒的問題。
而且，在本發(fā)明的各方式和各形態(tài)中，優(yōu)選的置換氣體不包含硫磺成分。這樣一來，可防止燃料極的催化劑中毒。
而且，在本發(fā)明的各方式和各形態(tài)中，從原料供應(yīng)源供應(yīng)的優(yōu)選原料為將城市燃?xì)庵邪牧蚧浅煞殖ズ蟮臍怏w。這樣一來，可簡單地利用原料，并且可防止燃料極的催化劑中毒。
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式加以說明。
實(shí)施方式1圖1表示本發(fā)明實(shí)施方式1的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式中的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)具備燃料電池11，向燃料電池的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體的燃料供應(yīng)部，向燃料電池的氧化劑極供應(yīng)氧化劑氣體的的氧化劑氣體供應(yīng)部，以及將從城市燃?xì)庵谐チ蚧浅煞值拿摿驓怏w作為置換氣體向燃料氣體供應(yīng)管10供應(yīng)的脫硫氣體供應(yīng)管12，這種置換氣體是以烴等包含碳素和氫的化合物為主要成分。
另外，在脫硫氣體供應(yīng)管12上具備從城市燃?xì)獾劝蚧浅煞值闹脫Q氣體的原料中除去硫磺成分的脫硫器13，以及進(jìn)行脫硫氣體的供應(yīng)、切斷的開閉閥14。在本實(shí)施方式中，作為燃料氣體是使用以包含碳素和氫的化合物為主要成分的城市燃?xì)狻４硇缘某鞘腥細(xì)獯蟛糠质羌淄?，包含一部分丁烷?br> 對(duì)本實(shí)施方式中的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)作加以說明。在進(jìn)行發(fā)電的情況下，首先打開開閉閥14，從脫硫氣體供應(yīng)管12通過燃料氣體供應(yīng)管10向燃料電池11的燃料極11a注入由脫硫器13除去了城市燃?xì)獾牧蚧浅煞值拿摿驓怏w。因此，將殘留在燃料電池的燃料極和其附近的氣體排出到燃料電池11的外部，以脫硫氣體清除包含燃料極11a的燃料電池內(nèi)部的燃料氣體流路的氛圍。另外，本說明書中的“清除”表示排出的意思，若進(jìn)一步明確表示，則表示通過清除用的氣體等物質(zhì)置換存在于一定空間內(nèi)的氣體等現(xiàn)有的物質(zhì)。
當(dāng)包含燃料極11a的燃料氣體流路內(nèi)部氛圍由脫硫氣體進(jìn)行的清除結(jié)束后，關(guān)閉開閉閥14，停止脫硫氣體的供應(yīng)，向燃料電池11供應(yīng)燃料氣體和氧化劑氣體流路，進(jìn)行發(fā)電。當(dāng)停止發(fā)電時(shí)，首先停止燃料氣體和氧化劑氣體流路向燃料電池11的供應(yīng)。然后，打開開閉閥14，與進(jìn)行發(fā)電的上述情況相同，通過向燃料電池11的燃料極11a注入脫硫氣體，將未反應(yīng)的燃料氣體排出到燃料電池11的外部，由脫硫氣體清除包含燃料極11a的燃料電池的燃料氣體流路內(nèi)部的氛圍。
供應(yīng)到燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體為富氫的氣體，當(dāng)與空氣直接接觸時(shí)有可能爆炸。在暫時(shí)停止燃料電池11的發(fā)電的情況下，外部的空氣通過管等流入燃料電池11的燃料極11a。但是，當(dāng)采取本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，在發(fā)電開始前首先用脫硫氣體清除包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路的氛圍，然后向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體，在發(fā)電結(jié)束時(shí)停止向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體之后，用脫硫氣體清除包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路的氛圍。
因此，消除了殘留在燃料電池11內(nèi)部的燃料氣體與空氣接觸的危險(xiǎn)性，不必?fù)?dān)心燃料氣體在燃料電池11內(nèi)部爆炸。即，當(dāng)采用本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，在燃料電池發(fā)電中，能夠不供應(yīng)氮素地實(shí)現(xiàn)安全的起動(dòng)、停止。
另外，眾所周知，通常在氫氣和空氣的混合氣體中，氫氣為4～75容量％的范圍是可燃范圍。雖然根據(jù)情況不同，即使在該可燃范圍的情況下也有可能不燃燒或爆炸，但還是應(yīng)該避免該可燃范圍狀態(tài)的發(fā)生。因此，即使在上述的清除工序中，或者在以下的實(shí)施方式的清除工序中，必須要注意不使氫氣進(jìn)入可燃范圍。
在此，對(duì)在發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的兩種狀態(tài)下用脫硫氣體清除包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的氛圍的清除工序加以說明。但是，可分別獨(dú)立地得到上述對(duì)僅在發(fā)電開始前的清除動(dòng)作說明所表示的發(fā)電開始前的清除效果和上述僅在發(fā)電結(jié)束后的清除動(dòng)作說明所表示的發(fā)電結(jié)束后的清除效果。
實(shí)施方式2圖2為表示本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)具備首先采用燃料氣體和氧化劑氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池11，以及從城市燃?xì)鉃榇淼臒N等以包含碳素和氫的化合物為主要成分、作為包含硫磺成分的氣體中除去硫磺成分的脫硫器16。
本實(shí)施方式中使用城市燃?xì)庾鳛樵蠚怏w。本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)還具備由對(duì)脫硫的城市燃?xì)膺M(jìn)行水蒸氣改性、生成富氫的燃料氣體的反應(yīng)部15a和作為進(jìn)行改性反應(yīng)的加熱機(jī)構(gòu)的燃燒器15b構(gòu)成的燃料氣體生成部15，向燃料電池11供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體管19，向燃燒器15b供應(yīng)剩余燃料氣體的剩余燃料氣體管20，向燃料電極11供應(yīng)作為氧化劑氣體的空氣的鼓風(fēng)機(jī)17，以及向燃料氣體供應(yīng)管19供應(yīng)從城市燃?xì)庵谐チ肆蚧浅煞值拿摿驓怏w的脫硫氣體供應(yīng)管12。在脫硫氣體供應(yīng)管12上還具備從城市燃?xì)庵谐チ蚧浅煞值拿摿蚱?3，以及進(jìn)行脫硫氣體的供應(yīng)、切斷的開閉閥14。
而且，具備從燃料氣體供應(yīng)管19通向剩余燃料氣體供應(yīng)管20的燃料電池旁路管21，通過流路切換閥18向燃料電池11供應(yīng)來自燃料氣體生成部15的燃料氣體，而且通過燃料電池旁路管21進(jìn)行排氣。在剩余燃料氣體管20上與燃料電池旁路管21的合流部的上游還具備開閉閥22。根據(jù)需要，還具備檢測(cè)由燃料氣體生成部15生成的燃料氣體內(nèi)的一氧化碳濃度的一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32，以及根據(jù)該一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32檢測(cè)的檢測(cè)值控制開閉閥14開閉的控制部33。
參照?qǐng)D2中所示的本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖3中所示的本實(shí)施方式中包含具體的脫硫氣體進(jìn)行的清除工序的起動(dòng)方法第1例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起動(dòng)動(dòng)作的一例加以說明。在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)開始發(fā)電前，首先通過流路切換閥18將流路切換成燃料氣體在燃料電池旁路管21中流動(dòng)。然后，打開開閉閥14和22，從脫硫氣體供應(yīng)管12向燃料氣體供應(yīng)管19注入由脫硫器13從城市燃?xì)庵谐チ肆蚧浅煞值拿摿驓怏w，因而以脫硫氣體清除燃料電極11的燃料極11a和流路切換閥18下游的燃料氣體供應(yīng)管19內(nèi)部的氛圍和開閉閥22上游的剩余燃料氣體管20內(nèi)部的氛圍。
當(dāng)脫硫氣體的清除結(jié)束時(shí)，使開閉閥14和22關(guān)閉。然后，向燃料氣體生成部15供應(yīng)由脫硫器16除去了硫磺成分的脫硫氣體，燃料氣體的成分成為燃料電池11可發(fā)電的狀態(tài)，之后，打開開閉閥22，通過流路切換閥18將燃料氣體流路連接在燃料電池11上，向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體。同時(shí)通過鼓風(fēng)機(jī)17向燃料電池11的空氣極供應(yīng)空氣，進(jìn)行發(fā)電。
向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)的燃料氣體為富氫的氣體，當(dāng)直接與空氣接觸時(shí)有可能爆炸。但是，當(dāng)進(jìn)行本實(shí)施方式的清除工序時(shí)，在發(fā)電開始前以脫硫氣體清除從流路切換閥18到開閉閥22之間的燃料氣體流路的氛圍，之后，在發(fā)電時(shí)向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體，進(jìn)行發(fā)電。
因此，即使在運(yùn)行開始前、即清除工序前的燃料電池11的燃料極11a上殘留的氣體中包含有空氣，也消除了該空氣與燃料氣體接觸的危險(xiǎn)性，因此不必?fù)?dān)心燃料氣體在燃料電池11內(nèi)部爆炸。即，通過本實(shí)施方式中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和本實(shí)施方式的具體脫硫氣體進(jìn)行的燃料氣體流路氛圍的清除工序，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的起動(dòng)。
以下，參照?qǐng)D2中所示結(jié)構(gòu)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖4中所示的本實(shí)施方式的包含脫硫氣體進(jìn)行的清除工序的運(yùn)行停止方法的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式2的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作的一例加以說明。在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電結(jié)束時(shí)，首先，通過流路切換閥18將燃料氣體流路連接在燃料電池旁路管21上，停止作為原料氣體的城市燃?xì)獾墓?yīng)。然后，打開開閉閥14，向燃料氣體供應(yīng)管19注入脫硫氣體，由脫硫氣體清除流路切換閥18到開閉閥22之間的流路的氛圍。
當(dāng)這種清除工序結(jié)束時(shí)，關(guān)閉開閉閥14和開閉閥22，結(jié)束運(yùn)行。向燃料電池11的燃料電池11a供應(yīng)的燃料氣體為富氫的氣體，當(dāng)直接與空氣接觸時(shí)有可能爆炸。但是，當(dāng)進(jìn)行本實(shí)施方式的清除工序時(shí)，由于在發(fā)電結(jié)束后停止向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體，之后，由脫硫氣體清除流路切換閥18到開閉閥22之間的流路的氛圍，所以在燃料電池11的燃料極11a上幾乎不殘留燃料氣體。
因此，即使空氣流入燃料電池11的燃料極11a的內(nèi)部，由于不殘留燃料氣體，所以也不必?fù)?dān)心燃料電池11內(nèi)部的爆炸。即，通過本實(shí)施方式所示的燃料電池的結(jié)構(gòu)和本實(shí)施方式的具體清除工序，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的運(yùn)行停止。
在本清除工序中，是在清除結(jié)束時(shí)關(guān)閉開閉閥22的，當(dāng)也可以在特別是打開開閉閥22的狀態(tài)下結(jié)束運(yùn)行。
以下，參照?qǐng)D2中所示的本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖5中所示的本實(shí)施方式的具體包含脫硫氣體進(jìn)行的清除工序的起動(dòng)方法第2例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起動(dòng)動(dòng)作的其他例加以說明。在這種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，不必一定需要開閉閥22。但是，在動(dòng)作的說明中，是以開閉閥22為常開設(shè)置的結(jié)構(gòu)加以說明。
在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)開始發(fā)電前，首先通過流路切換閥18切換成燃料氣體在燃料電池旁路管21中流動(dòng)。然后，打開開閉閥14，從脫硫氣體供應(yīng)管12向燃料氣體供應(yīng)管19注入由脫硫器13從城市燃?xì)庵谐チ肆蚧浅煞值拿摿驓怏w，由脫硫氣體清除燃料電池11的燃料極11a和流路切換閥18下游的燃料氣體供應(yīng)管19內(nèi)部的氛圍和開閉閥22上游的剩余燃料氣體管20內(nèi)部的氛圍。
當(dāng)脫硫氣體的清除工序結(jié)束時(shí)，向燃料氣體生成部15供應(yīng)由脫硫器16除去了硫磺成分的脫硫氣體，燃料氣體的成分成為燃料電池11可發(fā)電的狀態(tài)，之后，通過關(guān)閉開閉閥14停止脫硫氣體的供應(yīng)。然后，通過流路切換閥18向燃料電池11供應(yīng)燃料氣體，同時(shí)通過鼓風(fēng)機(jī)17向燃料電池11供應(yīng)空氣，進(jìn)行發(fā)電。
當(dāng)進(jìn)行根據(jù)上述第2例的流程圖所說明的起動(dòng)方法時(shí)，在獲得了圖3的第1例的流程圖中所示的起電方法所說明的效果之外，還獲得了以下的效果。即，在燃料電池發(fā)電等系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，由于由燃料氣體生成部15生成的燃料氣體中含有高濃度的一氧化碳，所以當(dāng)其流入燃料極時(shí)，燃料極將中毒。但是，如上所述，由于起動(dòng)時(shí)向燃料氣體供應(yīng)管19注入脫硫氣體，所以可實(shí)現(xiàn)防止包含高濃度的一氧化碳的燃料氣體從旁路管21經(jīng)由打開的開閉閥22向燃料極擴(kuò)散地流入。
根據(jù)本實(shí)施方式的具體起動(dòng)方法，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中，不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的起動(dòng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)防止起動(dòng)時(shí)的燃料電池11的燃料極11a的一氧化碳中毒。
在上述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，根據(jù)需要，還可以具備檢測(cè)由燃料氣體生成部15生成的燃料氣體內(nèi)的一氧化碳濃度的一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32，以及根據(jù)該一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32檢測(cè)的檢測(cè)值控制開閉閥14開閉的控制部33。
通過將控制部33設(shè)定成，打開開閉閥14，向燃料極11a注入脫硫氣體，直到由一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32檢測(cè)的檢測(cè)值降低到規(guī)定值，在檢測(cè)值降低到規(guī)定值以下后關(guān)閉開閉閥14，禁止脫硫氣體的注入，可防止一氧化碳向燃料電池11擴(kuò)散地流入，能夠確切地管理脫硫氣體的使用量。
另外，在上述的動(dòng)作說明中，開閉閥22是常開的，當(dāng)在去掉開閉閥22的結(jié)構(gòu)中也能夠獲得同樣的效果，同時(shí)通過減少部件而實(shí)現(xiàn)成本降低。
實(shí)施方式3圖6為表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于與表示實(shí)施方式2的圖2中相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的附圖標(biāo)記，省略其說明。23為將通過脫硫器16從以城市燃?xì)鉃榇淼臒N等以碳素和氫的化合物為主要成分、作為包含硫磺成分的原料的氣體中除去了硫磺成分的脫硫氣體旁路過燃料氣體生成部15，直接向燃料電池11供應(yīng)的燃料氣體生成部旁路管。在本實(shí)施方式中，采用城市燃?xì)庾鳛樵蠚怏w。
在燃料氣體生成部旁路管23上具備開閉閥24。另外，在向燃料氣體生成部15供應(yīng)作為原料氣體的脫硫氣體的管上具有進(jìn)行燃料氣體的供應(yīng)、停止的原料氣體供應(yīng)閥25。另外，根據(jù)需要，具備檢測(cè)由燃料氣體生成部15生成的燃料氣體內(nèi)的一氧化碳濃度的一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32，以及根據(jù)該一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32檢測(cè)的檢測(cè)值控制開閉閥24開閉的控制部34。
參照?qǐng)D6中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖7中所示的具體的起電方法第1例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起電動(dòng)作加以說明。在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)開始發(fā)電前，首先通過流路切換閥18將流路切換成燃料氣體在燃料電池旁路管21中流動(dòng)。然后，打開開閉閥24和開閉閥22，關(guān)閉原料氣體供應(yīng)閥25，從燃料氣體生成部旁路管23向燃料氣體供應(yīng)管19注入由脫硫器16除去了城市燃?xì)獾茸鳛樵系臍怏w中的硫磺成分的脫硫氣體，由脫硫氣體清除燃料電池11的燃料極11a和流路切換閥18下游的燃料氣體供應(yīng)管內(nèi)部的氛圍，以及開閉閥22上游的剩余燃料氣體管20內(nèi)部的氛圍。
脫硫氣體的清除工序結(jié)束時(shí)，關(guān)閉開閉閥24和開閉閥22，然后，打開原料氣體供應(yīng)閥25，向燃料氣體生成部15供應(yīng)原料氣體。這樣，在燃料氣體的成分成為燃料電池11可發(fā)電的狀態(tài)之后，打開開閉閥22，通過流路切換閥18向燃料電池11供應(yīng)燃料氣體，同時(shí)通過鼓風(fēng)機(jī)17向燃料電池11供應(yīng)空氣，進(jìn)行發(fā)電。
當(dāng)進(jìn)行上述脫硫氣體的清除工序時(shí)，發(fā)電開始前由脫硫氣體清除了流路切換閥18到開閉閥22之間的燃料氣體流路的氛圍之后，由于在發(fā)電時(shí)向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體進(jìn)行發(fā)電，所以即使殘留在運(yùn)行開始前、即清除工序前的包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路中的氣體中含有空氣，也消除了其空氣與燃料氣體接觸的危險(xiǎn)性，不必?fù)?dān)心燃料氣體在燃料電池11內(nèi)部爆炸。
另外，通過從與燃料氣體相同的供應(yīng)源使用清除要進(jìn)行清除的氛圍的脫硫氣體，可簡單、有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。即，根據(jù)本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和本實(shí)施方式的具體的清除工序，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，不必供應(yīng)氮素即能夠以有效的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全的起動(dòng)。
以下，參照?qǐng)D6中所示的本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖8中所示的本實(shí)施方式的具體的運(yùn)行停止方法第1例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作的一例加以說明。在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電結(jié)束時(shí)，首先通過流路切換閥18將燃料氣體流路連接在燃料電池旁路管21上，關(guān)閉原料氣體供應(yīng)閥25，停止原料氣體的供應(yīng)，然后，打開開閉閥24，從燃料氣體生成部旁路管23向燃料氣體供應(yīng)管19注入由脫硫器16脫硫的脫硫氣體，清除流路切換閥18到開閉閥22之間的燃料氣體流路的氛圍。
當(dāng)這種清除結(jié)束時(shí)，關(guān)閉開閉閥24和開閉閥22，結(jié)束運(yùn)行。向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)的燃料氣體為富氫的氣體，當(dāng)直接與空氣接觸時(shí)有可能爆炸。但是，當(dāng)進(jìn)行上述的清除工序時(shí)，是在發(fā)電結(jié)束后，停止向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體，之后由脫硫氣體清除流路切換閥18到開閉閥22之間的燃料氣體流路的氛圍，所以在燃料電池11的燃料極11a上幾乎不會(huì)殘留燃料氣體。因此，即使空氣流入燃料電池11的燃料極11a內(nèi)部，由于不殘留燃料氣體，所以不必?fù)?dān)心燃料電池11內(nèi)部的爆炸。
即，根據(jù)本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和具體的清除工序，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的運(yùn)行停止。
在本清除工序中，是在清除結(jié)束時(shí)關(guān)閉開閉閥22，但也可以在特別是打開開閉閥22的狀態(tài)下結(jié)束運(yùn)行。
以下，參照?qǐng)D6中所示的本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖9中所示的本實(shí)施方式的具體的運(yùn)行停止方法第2例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作的其他例加以說明。在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電結(jié)束時(shí)，首先通過流路切換閥18將燃料氣體流路連接在燃料電池旁路管21上，在原料氣體供應(yīng)閥25打開的狀態(tài)下持續(xù)地進(jìn)行原料氣體的供應(yīng)，進(jìn)行燃料氣體生成。然后，打開開閉閥24，從燃料氣體生成部旁路管23向燃料氣體供應(yīng)管19注入由脫硫器16脫硫的脫硫氣體，清除流路切換閥18到開閉閥22之間的燃料氣體流路的氛圍。
當(dāng)這種清除結(jié)束時(shí)，關(guān)閉原料氣體供應(yīng)閥25，停止原料氣體的供應(yīng)，關(guān)閉開閉閥24和開閉閥22，結(jié)束運(yùn)行。向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)的燃料氣體為富氫的氣體，直接與空氣接觸時(shí)有可能爆炸，但是，當(dāng)進(jìn)行本實(shí)施方式的清除工序時(shí)，是在發(fā)電結(jié)束后停止向燃料電池11的燃料極11a供應(yīng)燃料氣體，之后由脫硫氣體清除流路切換閥18到開閉閥22之間的流路的氛圍，所以在燃料電池11的燃料極11a上幾乎不殘留燃料氣體。
因此，即使空氣流入燃料電池11的燃料極11a的內(nèi)部，用于不殘留燃料氣體，所以不必?fù)?dān)心燃料電池11內(nèi)部的爆炸。而且，由于脫硫氣體和原料氣體均返回燃燒器15b，所以燃燒器15b不會(huì)失火，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒。
即，根據(jù)本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和本實(shí)施方式的具體的清除工序，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的運(yùn)行停止，并能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)束時(shí)的穩(wěn)定的燃燒器燃燒。
在本清除工序中，是在清除結(jié)束時(shí)關(guān)閉開閉閥22的，但也可以在特別是打開開閉閥22的狀態(tài)下結(jié)束運(yùn)行。
以下，參照?qǐng)D6中所示的本實(shí)施方式3的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖10中所示的本實(shí)施方式的具體的起電方法第2例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的起電動(dòng)作加以說明。在這種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中不必一定要開閉閥22，但是，在動(dòng)作的說明上是以始終打開開閉閥22配置的結(jié)構(gòu)加以說明。
在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)開始發(fā)電前，首先通過流路切換閥1 8將流路切換成燃料氣體在燃料電池旁路管21中流動(dòng)。然后，打開開閉閥24，關(guān)閉原料氣體供應(yīng)閥25，從燃料氣體生成部旁路管23向燃料氣體供應(yīng)管19注入由脫硫器16脫硫的脫硫氣體，由脫硫氣體清除燃料電池11和流路切換閥18下游的燃料氣體供應(yīng)管11內(nèi)部的氛圍和開閉閥22上游的剩余燃料氣體管20內(nèi)部的氛圍。
當(dāng)脫硫氣體的清除工序結(jié)束后，打開原料氣體供應(yīng)閥25，向燃料氣體生成部15供應(yīng)由脫硫器16從城市燃?xì)獾茸鳛樵系臍怏w中除去了硫磺成分的脫硫氣體。在本實(shí)施方式中，采用城市燃?xì)庾鳛樵蠚怏w。由燃料氣體生成部15生成的燃料氣體的成分成為燃料電池11可發(fā)電的狀態(tài)后，通過關(guān)閉開閉閥2 4停止脫硫氣體向燃料氣體供應(yīng)管19的供應(yīng)。另一方面，切換流路切換閥18，從燃料氣體生成部15向燃料電池11供應(yīng)燃料氣體，同時(shí)通過鼓風(fēng)機(jī)17向燃料電池11供應(yīng)空氣，進(jìn)行發(fā)電。
當(dāng)進(jìn)行本實(shí)施方式的上述第2例的流程圖進(jìn)行的其他例的起動(dòng)方法時(shí)，除了獲得圖7中表示第1例的流程圖的起電方法所說明的效果之外，還獲得了以下的效果。即，在燃料電池系統(tǒng)的起動(dòng)時(shí)，雖然在由燃料氣體生成部15生成的燃料氣體中包含高濃度的一氧化碳，但通過作為本發(fā)明具體的動(dòng)作的向燃料氣體供應(yīng)管19注入脫硫氣體，能夠?qū)崿F(xiàn)防止燃料氣體擴(kuò)散地流入燃料電池11的燃料極11a。
根據(jù)上述其他例的本實(shí)施方式的具體起電方法在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的起動(dòng)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)防止起動(dòng)時(shí)燃料電池11的燃料極11a的一氧化碳中毒。
在上述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，根據(jù)需要，具備檢測(cè)由燃料氣體生成部15生成的燃料氣體內(nèi)的一氧化碳濃度的一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32，以及根據(jù)該一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32檢測(cè)的檢測(cè)值控制開閉閥24開閉的控制部34。
通過將控制部34設(shè)定成，打開開閉閥24，向燃料極11a注入脫硫氣體，直到由一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)32檢測(cè)的檢測(cè)值降低到規(guī)定值，在檢測(cè)值降低到規(guī)定值后關(guān)閉開閉閥24，停止脫硫氣體的注入，可防止一氧化碳擴(kuò)散地流入燃料電池11，能夠確切地管理脫硫氣體的使用量。
另外，在所示的動(dòng)作說明中，開閉閥22是常開的，但在除去開閉閥22的結(jié)構(gòu)中也可以獲得相同的效果，同時(shí)由于減少了部件而可實(shí)現(xiàn)低成本。
實(shí)施方式4圖11為表示本發(fā)明實(shí)施方式4的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于與表示實(shí)施方式2的圖2中相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的附圖標(biāo)記，省略其說明。在本實(shí)施方式中，還具備用于向開閉閥14下游的脫硫氣體供應(yīng)管12供應(yīng)空氣的鼓風(fēng)機(jī)26和切斷空氣供應(yīng)路的開閉閥27。
參照?qǐng)D11中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖12中所示的具體的運(yùn)行停止方法的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作加以說明。其中，由于本實(shí)施方式中的動(dòng)作是在實(shí)施方式2中基于圖4的流程圖所示的運(yùn)行停止方法在系統(tǒng)動(dòng)作之后進(jìn)行的動(dòng)作，所以從包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路氛圍由脫硫氣體進(jìn)行的清除之后進(jìn)行說明。
當(dāng)脫硫氣體進(jìn)行的清除工序結(jié)束時(shí)，關(guān)閉開閉閥14，打開開閉閥27，通過鼓風(fēng)機(jī)26從脫硫氣體供應(yīng)管12向燃料氣體供應(yīng)管19注入空氣，以空氣清除流路切換閥18到開閉閥22之間的燃料氣體流路的氛圍。當(dāng)空氣清除結(jié)束時(shí)，停止鼓風(fēng)機(jī)26，關(guān)閉開閉閥27，結(jié)束系統(tǒng)運(yùn)行。
當(dāng)進(jìn)行本實(shí)施方式中的清除工序時(shí)，由于首先由脫硫氣體清除流路切換閥18到開閉閥22之間的燃料氣體流路的氛圍，之后，由空氣清除該區(qū)間的脫硫氣體氛圍，所以在運(yùn)行結(jié)束時(shí)，可將燃料電池11保持在非常安全的狀態(tài)。而且，由于燃料氣體不會(huì)與空氣相接觸，所以不必?fù)?dān)心燃料電池11內(nèi)部的爆炸。即，本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和本實(shí)施方式的具體清除工序可在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的運(yùn)行停止，而且能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行停止時(shí)的安全的燃料電池11的保持。
實(shí)施方式5圖13為表示本發(fā)明實(shí)施方式5的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于與表示實(shí)施方式3的圖6中相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的附圖標(biāo)記，省略其說明。在本實(shí)施方式中，還具備作為由水蒸氣清除燃料氣體生成部15的內(nèi)部氛圍的機(jī)構(gòu)的水蒸氣生成器28。
參照?qǐng)D13中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖14中所示的具體的運(yùn)行停止方法第1例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作的一例加以說明。其中，本具體例中說明的運(yùn)行停止動(dòng)作是在實(shí)施方式3中由示于圖9中的流程圖的運(yùn)行停止方法所說明的清除工序之后進(jìn)行的動(dòng)作。所以從包括燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路氛圍由脫硫氣體進(jìn)行的清除工序之后進(jìn)行說明。
當(dāng)脫硫氣體進(jìn)行的燃料氣體流路的清除工序結(jié)束時(shí)，關(guān)閉原料氣體供應(yīng)閥25，之后關(guān)閉開閉閥24和開閉閥22。然后，通過水蒸氣生成器28向燃料氣體生成部15供應(yīng)水蒸氣，由水蒸氣清除其內(nèi)部氛圍。當(dāng)水蒸氣進(jìn)行的清除工序結(jié)束時(shí)，停止水蒸氣生成器28，結(jié)束運(yùn)行。當(dāng)進(jìn)行本實(shí)施方式的清除工序時(shí)，除了示于上述圖9中的流程圖的實(shí)施方式3所說明的效果之外，還獲得了以下效果。
首先，由于由水蒸氣清除燃料氣體生成部15的內(nèi)部氛圍，在燃料氣體流路中幾乎不殘留可燃?xì)怏w。另外，通過向燃料氣體生成部15注入水蒸氣促進(jìn)了燃料氣體生成部15的冷卻，可縮短運(yùn)行結(jié)束的時(shí)間。即，本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和本實(shí)施方式的具體清除工序可在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的運(yùn)行停止，實(shí)現(xiàn)結(jié)束時(shí)的穩(wěn)定的燃燒器燃燒，同時(shí)可除去燃料氣體流路內(nèi)的可燃?xì)怏w。并可縮短運(yùn)行停止的時(shí)間。在本清除工序中，雖然在運(yùn)行結(jié)束時(shí)關(guān)閉開閉閥22，但也可以特別在打開開閉閥22的狀態(tài)下結(jié)束運(yùn)行。
以下，參照?qǐng)D13中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖15中所示的具體運(yùn)行停止方法第2例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作的其他例加以說明。在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電結(jié)束時(shí)，首先通過流路切換閥18，將燃料氣體流路連接在燃料電池旁路管21上，關(guān)閉原料氣體供應(yīng)閥25，停止原料氣體的供應(yīng)。然后，通過水蒸氣生成器28向燃料氣體生成部15供應(yīng)水蒸氣，由水蒸氣清除其內(nèi)部氛圍。
另一方面，對(duì)于燃料電池11，在發(fā)電結(jié)束時(shí)打開開閉閥24，從燃料氣體生成部旁路管23向燃料氣體供應(yīng)管19注入由脫硫器16脫硫的脫硫氣體，由脫硫氣體清除流路切換閥18到開閉閥22之間的流路氛圍。當(dāng)從燃料氣體生成部15到燃料電池旁路管21的流路的水蒸氣清除結(jié)束時(shí)，停止水蒸氣生成器28，結(jié)束水蒸氣進(jìn)行的清除。而且，當(dāng)流路切換閥18到開閉閥22之間的流路氛圍由脫硫氣體的清除結(jié)束時(shí)，關(guān)閉原料氣體供應(yīng)閥25，停止作為原料氣體的城市燃?xì)獾墓?yīng)，關(guān)閉開閉閥24和開閉閥22，結(jié)束脫硫氣體進(jìn)行的清除。
當(dāng)進(jìn)行本實(shí)施方式的清除工序時(shí)，除了實(shí)施方式3所說明的效果之外，還獲得了以下的效果。首先，由于由水蒸氣清除了燃料氣體生成部15的內(nèi)部氛圍，所以在燃料氣體流路中幾乎不會(huì)殘留可燃?xì)怏w。另外，通過向燃料氣體生成部15注入水蒸氣可促進(jìn)燃料氣體生成部15的冷卻，能夠縮短運(yùn)行結(jié)束的時(shí)間。除此之外，由于可同時(shí)獨(dú)立地清除燃料氣體生成部15和燃料電池11兩個(gè)反應(yīng)部的內(nèi)部氛圍，所以可進(jìn)一步縮短運(yùn)行結(jié)束的時(shí)間。
即，本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和本實(shí)施方式的具體清除工序在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，不必供應(yīng)氮素即可實(shí)現(xiàn)安全的運(yùn)行停止，同時(shí)可除去燃料氣體流路內(nèi)的可燃?xì)怏w。并由于可同時(shí)獨(dú)立地清除兩個(gè)反應(yīng)部的內(nèi)部氛圍，所以可進(jìn)一步縮短運(yùn)行結(jié)束的時(shí)間。在本清除工序中，在脫硫氣體進(jìn)行的清除工序結(jié)束時(shí)關(guān)閉開閉閥22，但也可以在特別是打開開閉閥22的狀態(tài)下結(jié)束運(yùn)行。
實(shí)施方式6圖16為表示本發(fā)明實(shí)施方式6的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于與表示實(shí)施方式5的圖13中相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的附圖標(biāo)記，省略其說明。在本實(shí)施方式中還具備進(jìn)行脫硫氣體的供應(yīng)、停止的脫硫氣體供應(yīng)閥29，向燃料氣體生成部15的上游供應(yīng)空氣的鼓風(fēng)機(jī)30，以及切斷空氣供應(yīng)路的開閉閥31。
參照?qǐng)D16中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)作加以說明。其中，本實(shí)施方式的動(dòng)作特征為在實(shí)施方式5中基于示于圖14或圖15中的流程圖所說明的脫硫氣體和水蒸氣進(jìn)行的清除工序之后進(jìn)行的動(dòng)作。因此，從燃料氣體生成部15的內(nèi)部氛圍由水蒸氣進(jìn)行的清除和包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路氛圍由脫硫氣體進(jìn)行的清除工序之后進(jìn)行說明。
當(dāng)水蒸氣進(jìn)行的清除工序結(jié)束時(shí)，關(guān)閉脫硫氣體供應(yīng)閥29，然后，使鼓風(fēng)機(jī)30動(dòng)作，同時(shí)打開開閉閥31，向燃料氣體生成部15供應(yīng)空氣，將殘留在燃料氣體生成部15內(nèi)部的水蒸氣向燃料氣體供應(yīng)管19除去。而且，空氣向燃料電池11的燃料極11a的供應(yīng)也采用鼓風(fēng)機(jī)30進(jìn)行。因此，可通過空氣安全地清除脫硫氣體供應(yīng)閥29下游的燃料氣體流路的氛圍，而且可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行停止時(shí)的安全的燃料電池11的保持。由于通過空氣進(jìn)行清除，所以原料氣體供應(yīng)閥29下游的燃料氣體流路可向大氣開放，即使燃料氣體生成部11由于溫度的降低而壓力降低，通過從大氣吸入空氣而得以緩和。
以下，作為有效的空氣進(jìn)行的清除工序，參照?qǐng)D16中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖17中所示的具體的運(yùn)行停止方法第1例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作的一例加以說明。當(dāng)燃料氣體生成部15的內(nèi)部氛圍由水蒸氣進(jìn)行的清除和包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路氛圍由脫硫氣體進(jìn)行的清除結(jié)束時(shí)，關(guān)閉脫硫氣體供應(yīng)閥29。然后，打開開閉閥31和22，通過流路切換閥18將流路連接在燃料電池11上。之后使鼓風(fēng)機(jī)30動(dòng)作，通過從燃料氣體生成部15經(jīng)由燃料電池11的燃料極11a向燃燒器15b通入空氣而由空氣清除燃料氣體流路整體的氛圍。
在這種清除工序結(jié)束后，停止鼓風(fēng)機(jī)30，關(guān)閉開閉閥31，結(jié)束運(yùn)行。在這種清除工序中，用于清除需要清除的氛圍的空氣是從燃料氣體生成部15供應(yīng)的，沒有流路分支。所以可通過空氣從燃料氣體流路的上游沿著順序的流路向下游清除其氛圍。即，本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和具體的清除工序可獲得與實(shí)施方式6最初所說明的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)相同的效果，同時(shí)也具有可通過空氣從燃料氣體的上游沿著順序的流路向下游清除其氛圍的效果。
以下，作為更有效的空氣清除工序，參照?qǐng)D16中所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和圖18中所示的具體的運(yùn)行停止方法第2例的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行停止動(dòng)作的其他例加以說明。當(dāng)燃料氣體生成部15的內(nèi)部氛圍由水蒸氣進(jìn)行的清除和包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路氛圍由脫硫氣體進(jìn)行的清除結(jié)束時(shí)，關(guān)閉脫硫氣體供應(yīng)閥29。
然后，打開開閉閥31、24、22和原料氣體供應(yīng)閥25。另外，通過流路切換閥18將流路連接在燃料電池旁路管21上。之后使鼓風(fēng)機(jī)30動(dòng)作，從燃料氣體生成部15經(jīng)由燃料電池旁路管21向燃燒器15b通入空氣，進(jìn)而從燃料氣體生成部旁路管23經(jīng)由燃料電池11的燃料極11a通入燃燒器15b，由空氣清除燃料氣體流路整體的氛圍。
在這種清除工序結(jié)束后，停止鼓風(fēng)機(jī)30，關(guān)閉開閉閥31，結(jié)束運(yùn)行。這種清除工序由于是同時(shí)清除燃料氣體生成部15的內(nèi)部氛圍和包含燃料電池11的燃料極11a的燃料氣體流路的氛圍，所以能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行清除。即，本實(shí)施方式所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和具體例子的清除工序除了獲得與本實(shí)施方式6最初所說明的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)相同的效果之外，還具有可在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束空氣進(jìn)行的清除工序的效果。
但是，上述實(shí)施方式4和實(shí)施方式6的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的燃料氣體生成部15的反應(yīng)部15a的內(nèi)部，在進(jìn)行空氣的清除過程中空氣流入或有可能流入反應(yīng)部15a。在此，燃料氣體生成部15的反應(yīng)部15a如圖19所示，具備設(shè)置了至少以貴金屬和金屬氧化物為構(gòu)成材料的轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換部15d，以及向轉(zhuǎn)換部供應(yīng)至少包含一氧化碳和水蒸氣作為輔助成分的氫氣的氫氣供應(yīng)部的改性器15c，這樣更為有效。
即，在圖19中，原料氣體或者脫硫氣體供應(yīng)到改性器15c，在該改性器15c內(nèi)，在存在水蒸氣的高溫下使原料氣體或者脫硫氣體進(jìn)行改性反應(yīng)。使在其改性反應(yīng)中作為副產(chǎn)品的一氧化碳在下一轉(zhuǎn)換部15d中與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成氫和二氧化碳。燃燒器15b具有使改性器15為高溫的功能。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，上述轉(zhuǎn)換催化劑由于具有耐氧中毒性，所以即使為了清除工序而使空氣流入反應(yīng)部15a，也可以獲得防止因空氣帶來的性能劣化的效果。
另外，在上述實(shí)施方式1至6中，表示出采用城市燃?xì)庾鳛榍宄脷怏w或者原料用氣體的例子。由于城市燃?xì)馐亲鳛樯鐣?huì)的基礎(chǔ)設(shè)施配置的，所以不象氮素那樣需要?dú)馄俊Ｒ虼?，從可?shí)現(xiàn)更簡單的結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)考慮，采用從城市燃?xì)庵星宄肆蚧浅煞值拿摿驓怏w作為更有效的清除用氣體進(jìn)行了說明。
但是，作為清除用氣體，采用不包含硫磺成分的烴等至少以包含碳素和氫的化合物為主要成分的氣體，例如，甲烷氣體等也可以獲得同樣的效果。此時(shí)，不需要脫硫器，而且清除用氣體也可以使用與生成氫的原料相同的原料。除了采用城市燃?xì)饣蛘呒淄闅庵?，也可以采用天然氣，丙烷氣，二甲醚氣等作為原料的氣體或者作為清除用氣體根據(jù)上述的本發(fā)明的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者燃料電池發(fā)電方法，在發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，具備置換氣體、特別是具備燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的燃料電池中，與向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)的氣體相同，將以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料作為置換氣體注入包含燃料極的燃料氣體流路，除去殘留在該燃料氣體流路中的氣體，能夠以置換氣體置換燃料氣體流路的氛圍。
而且，在具備空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者燃料電池發(fā)電方法中，在以置換氣體置換了包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的氛圍之后，通過空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向其燃料氣體流路注入空氣，可由空氣置換其氣體流路的氛圍。
另外，通過由燃料氣體生成機(jī)構(gòu)進(jìn)行燃料氣體的生成，直到置換氣體向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的注入結(jié)束，可提供一種在置換結(jié)束前能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒器的穩(wěn)定燃燒的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)或者燃料電池發(fā)電方法。
而且，由于具備水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在置換氣體向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路的注入結(jié)束后停止燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的燃料氣體生成，同時(shí)通過水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入水蒸氣，可除去殘留在燃料氣體生成機(jī)構(gòu)中的燃料氣體，以水蒸氣置換燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的內(nèi)部氛圍。
而且，在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法的發(fā)電結(jié)束后，停止燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的燃料氣體生成，同時(shí)停止通過水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入水蒸氣，并且向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路注入置換氣體，可除去殘留在燃料氣體生成機(jī)構(gòu)中的燃料氣體，以水蒸氣置換燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的內(nèi)部氛圍，并且除去殘留在其燃料氣體流路中的燃料氣體，以置換氣體置換其燃料氣體流路的氛圍。而且，由于同時(shí)獨(dú)立地進(jìn)行置換，所以可縮短置換的時(shí)間。
而且，在向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路注入置換氣體，同時(shí)向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入水蒸氣，置換各自的氛圍，之后通過空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向燃料電池的燃料氣體流路和燃料氣體生成機(jī)構(gòu)雙方注入空氣，能夠以空氣置換系統(tǒng)內(nèi)部的原料和燃料的所有流路的氛圍。
另外，由于燃料氣體生成機(jī)構(gòu)具備設(shè)置了至少以貴金屬和金屬氧化物為構(gòu)成材料的轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換部，所以即使因空氣置換空氣進(jìn)入燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部，也可以防止置換催化劑的性能劣化。
通過在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法的運(yùn)行開始后到發(fā)電開始前的任意時(shí)間段，向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路持續(xù)注入置換氣體，可在除去殘留在其燃料氣體流路中的氣體、以置換氣體置換的同時(shí)，防止燃料氣體擴(kuò)散地流向其燃料氣體流路。
而且，通過在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法的運(yùn)行開始后到發(fā)電開始前的任意的時(shí)間段，經(jīng)由旁路過燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的旁路機(jī)構(gòu)向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路持續(xù)注入原料，可在除去殘留在其燃料氣體流路中的氣體、以作為置換氣體的原料置換其燃料氣體流路的氛圍的同時(shí)，防止燃料氣體擴(kuò)散地流向其燃料氣體流路。
另外，通過向包含燃料極的燃料氣體流路持續(xù)注入置換氣體或者原料，直到由一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)的檢測(cè)值降低到規(guī)定值以下，可防止燃料氣體擴(kuò)散地流向燃料氣體流路，而且可確切地管理向燃料氣體流路注入的置換氣體或者原料的量。
另外，通過使置換氣體為不包含硫磺成分、并以至少包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體，可提供一種能夠使用與原料相同的置換氣體的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法。
而且，通過采用除去原料或置換氣體中包含的硫磺成分的硫磺成分除去機(jī)構(gòu)，使原料和置換氣體的一方或者雙方為作為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施而配置的城市燃?xì)猓恍枰獨(dú)馄?，可提供一種結(jié)構(gòu)更簡單的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法。
如上所述，雖然根據(jù)當(dāng)前認(rèn)為是優(yōu)選的實(shí)施方式或者實(shí)施形態(tài)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不僅限于上述的記載。具有本領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)的人自然能夠根據(jù)上述的記載而想到各種變更或變形。以下記載的權(quán)利要求書應(yīng)解釋為這種變更或變形也包含在其范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，向包含上述氧化劑極的上述燃料電池的氧化劑氣體流路供應(yīng)氧化劑氣體的氧化劑氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體流路供應(yīng)以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體的置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)；在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備向上述燃料氣體流路供應(yīng)空氣，將上述燃料氣體流路的上述氛圍置換成空氣的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)包括從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源；上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)進(jìn)行上述燃料氣體的生成，直到上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述置換氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣，以水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的上述燃料氣體生成停止，同時(shí)通過上述水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入上述水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)還具備包括從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)和向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源、向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣、以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的上述燃料氣體生成停止，同時(shí)通過上述水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入上述水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍，并且通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
6.如權(quán)利要求4或5所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備向上述燃料氣體流路和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)空氣、以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，同時(shí)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入上述蒸餾水，以上述蒸餾水置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部雙方注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述空氣注入是與從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路串聯(lián)地進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求6所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述空氣注入是與上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)和上述燃料氣體流路并聯(lián)地進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)具備設(shè)置了至少以貴金屬和金屬氧化物為構(gòu)成材料的轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換部，以及向上述轉(zhuǎn)換部供應(yīng)至少包含一氧化碳和水蒸氣作為輔助成分的氫氣的氫氣供應(yīng)部。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述置換氣體不包含硫磺成分。
11.一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源，從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及從上述原料供應(yīng)源旁路過上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)、向上述燃料氣體流路注入上述原料作為原料氣體的旁路機(jī)構(gòu)；在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，經(jīng)由上述旁路機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍。
12.如權(quán)利要求11所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備向上述燃料氣體流路供應(yīng)空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述旁路機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
13.如權(quán)利要求11所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)進(jìn)行上述燃料氣體的生成，直到上述旁路機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述原料氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束。
14.如權(quán)利要求13所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣、以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，通過上述旁路機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，之后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的上述燃料氣體生成停止，同時(shí)通過上述水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)上述內(nèi)部注入上述水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍。
15.如權(quán)利要求11所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣、以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，在上述發(fā)電結(jié)束后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)的上述燃料氣體生成停止，同時(shí)通過上述水蒸氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入上述水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍，并且，通過上述旁路機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
16.如權(quán)利要求14或15所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備向上述燃料氣體流路和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)空氣、將上述燃料氣體流路的上述氛圍和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍置換成上述空氣的空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體流路注入上述原料氣體，以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍，同時(shí)向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部注入上述水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍，之后，通過上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部雙方注入上述空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍和上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的上述氛圍。
17.如權(quán)利要求16所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述空氣注入是從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路串聯(lián)地進(jìn)行的。
18.如權(quán)利要求16所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述空氣供應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述空氣注入是與上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)和上述燃料氣體流路并聯(lián)地進(jìn)行的。
19.如權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)具備設(shè)置了至少以貴金屬和金屬氧化物為構(gòu)成材料的轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換部，以及向上述轉(zhuǎn)換部供應(yīng)至少包含一氧化碳和水蒸氣作為輔助成分的氫氣的氫氣供應(yīng)部。
20.如權(quán)利要求11至19中任一項(xiàng)所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，從上述原料供應(yīng)源供應(yīng)的上述原料為從城市燃?xì)庵谐チ肆蚧浅煞侄傻臍怏w。
21.一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，具備具有燃料極和氧化劑極的燃料電池，從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)上述原料的原料供應(yīng)源，從上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向包含上述燃料極的上述燃料電池的燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及向上述燃料氣體流路供應(yīng)以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，其特征是，在從上述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)起動(dòng)開始后到發(fā)電開始前的任意時(shí)間段，通過上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的上述氛圍。
22.如權(quán)利要求21所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述置換氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)為從上述原料供應(yīng)源旁路過上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體流路注入上述原料作為上述置換氣體的機(jī)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求21或22所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，還具備檢測(cè)在上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)中生成的燃料氣體中包含的一氧化碳濃度的一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，向上述燃料氣體流路注入上述置換氣體，直到由上述一氧化碳濃度檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)的檢測(cè)值降低到規(guī)定值以下。
24.如權(quán)利要求21至23中任一項(xiàng)所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，上述置換氣體不包含硫磺成分。
25.如權(quán)利要求21至24中任一項(xiàng)所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，從上述原料供應(yīng)源供應(yīng)的上述原料為從城市燃?xì)庵谐チ肆蚧浅煞侄傻臍怏w。
26.一種燃料電池發(fā)電方法，其特征是，具備向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方、向上述燃料氣體流路注入以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的第1置換工序。
27.如權(quán)利要求26所述的燃料電池發(fā)電方法，其特征是，具備在上述發(fā)電結(jié)束后實(shí)施了上述第1置換工序之后，向上述燃料氣體流路注入空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的第2置換工序。
28.如權(quán)利要求26所述的燃料電池發(fā)電方法，其特征是，上述燃料氣體供應(yīng)工序具備從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體作為上述燃料氣體的燃料氣體生成工序，在上述燃料氣體生成工序中生成上述燃料氣體，直到上述第1置換工序中上述置換氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束。
29.如權(quán)利要求26所述的燃料電池發(fā)電方法，其特征是，上述燃料氣體供應(yīng)工序還具備包括通過燃料氣體生成機(jī)構(gòu)從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體作為上述燃料氣體的燃料氣體生成工序，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的第3置換工序，在上述發(fā)電結(jié)束后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述燃料氣體生成停止，同時(shí)實(shí)施上述第3置換工序和上述第1置換工序。
30.一種燃料電池發(fā)電方法，其特征是，具備從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成工序，向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及將上述原料作為原料氣體直接向上述燃料氣體流路供應(yīng)、以上述原料氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的第1置換工序；在上述燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，實(shí)施上述第1置換工序。
31.如權(quán)利要求30所述的燃料電池發(fā)電方法，其特征是，具備在上述發(fā)電結(jié)束后實(shí)施了上述第1置換工序之后，向上述燃料氣體流路注入空氣，以上述空氣置換上述燃料氣體流路的上述氛圍的第2置換工序。
32.如權(quán)利要求30所述的燃料電池發(fā)電方法，其特征是，在上述燃料氣體生成工序中生成上述燃料氣體，直到上述第1置換工序中上述原料氣體向上述燃料氣體流路的注入結(jié)束。
33.如權(quán)利要求30所述的燃料電池發(fā)電方法，其特征是，上述燃料氣體生成工序的上述燃料氣體生成還具備采用燃料氣體生成機(jī)構(gòu)實(shí)施，向上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)水蒸氣，以上述水蒸氣置換上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)內(nèi)部的氛圍的第3置換工序，在上述發(fā)電結(jié)束后，使上述燃料氣體生成機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述燃料氣體生成工序停止，同時(shí)實(shí)施上述第3置換工序和上述第1置換工序。
34.一種燃料電池發(fā)電方法，其特征是，具備從以包含碳素和氫的化合物為主要成分的原料中生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成工序，向具有包含燃料極的燃料氣體流路和包含氧化劑極的氧化劑氣體流路的燃料電池的上述燃料氣體流路供應(yīng)上述燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)工序，以及向上述燃料氣體流路注入以包含碳素和氫的化合物為主要成分的置換氣體、以上述置換氣體置換上述燃料氣體流路的氛圍的第1置換工序；在從上述燃料電池起動(dòng)開始后到發(fā)電開始前的任意時(shí)間段，實(shí)施上述第1置換工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后不用氮素即可實(shí)現(xiàn)燃料氣體流路氛圍的清除工序的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法。并提供一種在同一系統(tǒng)運(yùn)行的起動(dòng)時(shí)可防止高濃度一氧化碳向燃料電池流入的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)具備生成富氫的燃料氣體的燃料氣體生成機(jī)構(gòu)，向燃料氣體生成機(jī)構(gòu)供應(yīng)原料的原料供應(yīng)源，從燃料氣體生成機(jī)構(gòu)向包含燃料電池的燃料極的燃料氣體流路供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，以及從原料供應(yīng)源旁路過原料氣體生成機(jī)構(gòu)向燃料電池的燃料氣體流路注入原料的旁路機(jī)構(gòu)；在燃料電池發(fā)電開始前和發(fā)電結(jié)束后的至少一方，經(jīng)由上述旁路機(jī)構(gòu)向燃料電池的燃料氣體流路注入原料作為置換氣體。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1514506SQ0215482
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2002年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者中村彰成, 尾關(guān)正高, 宮內(nèi)伸二, 麻生智倫, 二, 倫, 高 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社