[发明专利]燃料电池起动方法和燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池起动方法和采用所述起动方法的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池通过分别供应到其燃料极和氧化剂极的含氢燃料气和氧化剂气的化学反应来发电。可以通过利用重整催化剂使重整用燃料重整得到燃料气，其中重整催化剂的温度应该保持在高温以稳定地得到燃料气。为此，在燃料电池的起动运行时，向燃烧器供应燃烧用燃料和助燃空气以加热重整器，在燃料电池发电的正常运行时，向燃烧器供应从燃料电池排出的阳极废气(即，在燃料极未消耗的含氢重整气)和供应助燃空气以加热重整器。为了使燃料电池尽可能快地进入正常运行状态，必须缩短燃料电池的起动运行时间并且稳定地起动燃料电池。

在此之前，已知记载于专利文件1和专利文件2的燃料电池起动方法和燃料电池系统。记载于专利文件1的燃料电池起动方法和燃料电池系统具有如下设置：在第一运行阶段，利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器，在第二运行阶段，逐渐减少供应到燃烧器的燃烧用燃料，同时逐渐增加供应到重整器的重整用燃料，以使生成气从重整器进入到燃烧器中。在该燃料电池起动方法和燃料电池系统中，因为从重整器提供的生成气可以用作燃烧用燃料，因此可以实现燃料电池起动运行时间的缩短。

此外，记载于专利文件2的燃料电池起动方法和燃料电池系统具有如下设置：在第一运行阶段，利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器，在第二运行阶段，随着重整器中重整催化剂的温度升高，将重整水的供应增加到预定流量。在该燃料电池起动方法和燃料电池系统中，因为在重整催化剂上似乎不会发生温度的不均匀以及因为燃料气的品质容易变得稳定，因此可以实现燃料电池起动运行时间的缩短。

专利文件1：日本未审查专利申请公开No.2001-354401(第3-4页和图1)

专利文件2：日本未审查专利申请公开No.2004-146089(第6-8页和图3-4)

发明内容

本发明待解决的问题

然而，在上述现有技术的燃料电池起动方法和燃料电池系统中，因为没有考虑到起动前燃料电池系统的状态，所以可能会发生燃料电池系统不能稳定地起动。亦即，在这些燃料电池起动方法和这些燃料电池系统中，在燃料电池停止之后立即再次起动(热起动)时，因为重整器保持在高温，所以在重整水供应到重整器之后立即产生大量的水蒸汽。在返回到燃烧器时，水蒸汽可能引起燃烧器的熄灭。此外，在这些燃料电池起动方法和这些燃料电池系统中，无论燃料电池是常规起动(冷起动)还是停止之后立即再次起动(热起动)都采用相同的顺序。这使得维持燃烧的可容许空气比范围变窄，从而导致燃料电池起动方法和燃料电池系统的稳定性低。

本发明考虑了上述现有技术的问题，并且本发明的一个目的是提供能够稳定起动的燃料电池起动方法和燃料电池系统。

解决问题的措施

根据本发明的第一方面，提供一种在以下系统中的燃料电池起动方法，该系统设置有由重整用燃料和重整水产生含氢燃料气的重整器；用于加热重整器的燃烧器；和用于由燃料气和氧化剂气发电的燃料电池，并且包括利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器的第一运行阶段和将燃烧用燃料和助燃空气连续供应到燃烧器并且将重整水供应到重整器的第二运行阶段，其中在第二运行阶段，将从重整器导出的气体导至燃烧器，第二运行阶段包括在点燃前燃烧器的温度等于或低于预定温度情况下的冷起动程序和在点燃前燃烧器的温度高于预定温度情况下的热起动程序，在该热起动程序中供应燃烧用燃料和助燃空气以使空气比小于冷起动程序中的空气比。

在根据本发明第二方面的燃料电池起动方法中，在冷起动程序中燃烧用燃料的供应与第一运行阶段相比降低，而在冷起动程序中助燃空气的供应与第一运行阶段相比增加。

在根据本发明第三方面的燃料电池起动方法中，在第二运行阶段向重整器供应重整水而不供应重整用燃料。

在根据本发明第四方面的燃料电池起动方法中，在热起动程序中燃烧用燃料的供应保持为预定流量。