[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及使用氢和氧进行发电的燃料电池系统，特别是涉及利用可燃性物质的燃烧热从原料生成氢，将其作为发电用的燃料使用的燃料电池系统。

背景技术

向来，能够高效率小规模进行发电的燃料电池系统，容易构筑利用发电时产生的热能用的系统，因此作为能够实现高能量利用效率的分散型发电系统正在进行着开发研究。

燃料电池系统具备作为其发电部的主体的燃料电池。该燃料电池利用规定的电化学反应将燃料气体以及氧化剂气体具有的化学能直接变换为电能。从而，在燃料电池系统中，在进行发电运行时向燃料电池分别提供燃料气体和氧化剂气体。于是，在燃料电池中，进行使用该提供的燃料气体和氧化剂气体的规定的电化学反应，生成电能。由燃料电池系统将该燃料电池生成的电能提供给负载。在这里，燃料电池系统通常具备重整器和鼓风机。重整器借助于使用天然气等原料和水的水蒸汽重整反应生成富氢燃料气体。该燃料气体作为发电用的燃料提供给燃料电池。还有，水蒸汽重整反应在利用例如燃烧器对重整器具有的重整催化剂进行加热后进行。又，鼓风机从大气中吸入空气。该空气作为发电用的氧化剂气体被提供给燃料电池。

但是，在已有的燃料电池系统中，停止发电运行时对重整器的天然气等原料供给停止。因此从重整器向燃料电池的燃料气体供给停止，所以燃料电池的电化学反应停止进行，燃料电池系统停止对负载的电力供应。在这里，对重整器的原料供给停止的情况下，其停止前生成的燃料气体在发电停止的过程中滞留于燃料电池内部及其周边部。在这种情况下，如果有空气从通大气的燃烧器借助于自然对流混入滞留的燃料气体中，则燃料气体中包含的氢气将被空气中包含的急剧氧气，伴随该氧化反应发生的热量有可能损伤燃料电池系统。

因此在已有的燃料电池系统中，为了防止燃料电池系统内部滞留燃料气体，采用能够在停止发电运行时将氮气等不活泼气体提供给燃料气体滞留的路径内，使被从该路径推出的燃料气体在燃烧器中燃烧的结构。如果采用这样的结构，则能够防止发电运行停止着的燃料电池内部等中燃料气体的滞留，防止燃料气体中包含的氢气急剧氧化的情况发生，因此能够提供确保安全的燃料电池系统。

但是，在这种已有的燃料电池系统中，为了用氮气等不活泼气体置换滞留的燃料气体，有必要在燃料电池系统内部或其附近配设氮气瓶等不活泼气体供给手段。因此燃料电池系统大型化，将燃料电池系统作为家庭用的固定设置型分散发电装置或电动车电源使用变得困难。而且有必要把氮气等不活泼气体的供给手段加入已有的结构中配设，因此存在燃料电池系统的初期成本上升的问题。而且在这种已有的燃料电池系统中，有必要定期替换或补充氮气瓶等不活泼气体的供给手段，因此存在燃料电池系统的运行成本上升的问题。

又，这种已有的燃料电池系统，在发电运行刚开始时，从重整器向燃料电池提供含有高浓度一氧化碳的燃料气体。其理由是，在发电运行开始时重整器的运行温度不能够达到规定的温度，因此燃料气体中的一氧化碳不能够充分去除。于是，包含高浓度一氧化碳的燃料气体被提供给例如固体高分子电解质型燃料电池的情况下，由于该提供的一氧化碳，造成固体高分子电解质型燃料电池的燃料极的催化剂中毒。该燃料极的催化剂中毒明显阻碍燃料电池中的电化学反应的进行。因此，在已有的燃料电池系统中，存在燃料电池的发电性能相应于发电运行的停止和开始的次数劣化的问题。

因此提出了为提供容易在一般家庭和电动车内设置而且催化剂不容易中毒的燃料电池系统，在发电运行刚开始后很快就停止对燃料电池的燃料气体供给，同时在发电运行停止之后将燃料气体的原料作为置换气体注入燃料电池内部的燃料电池系统(例如参照专利文献1)。

提出的这种燃料电池系统，具备：由包含碳和氢的化合物为主成分的原料生成富氢的燃料气体的重整器、从该重整器向燃料电池提供燃料气体用的燃料气体供给路径、将从燃料电池排出的未被使用于发电的燃料气体(即以下所称的废气)提供给重整器的燃烧器的废气供给路径、设置于燃料气体供给路径与废气供给路径之间，将燃料气体的供给目的地从燃料电池切换到重整器的燃烧器用的第1旁通路径。又具备将生成燃料气体用的原料提供给重整器的原料供给部、以及从该原料供给部绕过重整器直接向燃料电池注入原料用的第2旁通路径。