燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统(100)，具备：燃料气体生成装置(3)，供给 燃料原料和水以及燃烧用燃料，利用该燃烧用燃料的燃烧热，生成燃 料气体；燃料电池(1)，向燃料气体路径(b1、1a、c1)供给所述燃 料气体，向氧化剂气体路径供给氧化剂气体，并进行发电；加热介质 路径(b2、1d、c2)，不向所述燃料气体路径供给所述燃料气体；路径 切换器(4)，在所述燃料气体路径和所述加热介质路径之间切换所述 燃料气体的供给对象；以及控制装置(8)，所述控制装置构成为：控 制所述路径切换器，使得在所述燃料气体生成装置的暖机运转时，燃 料气体被供给至所述加热介质路径，随后作为所述燃烧用燃料，在暖 机运转后，燃料气体不被供给至所述加热介质路径，而被供给至所述 燃料气体路径，随后作为所述燃烧用燃料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用燃料气体以及氧化剂气体来进行发电运转的燃料电池系统，尤其涉及根据负载的电力需要而进行发电运转的燃料电池系统。
技术介绍
一直以来，作为能够有效地利用能量的小规模的发电装置，发电效率以及综合效率高的燃料电池热电联供系统(以下简称为"燃料电池系统")引人注目。燃料电池系统具备燃料电池层叠体(电池堆)以作为其发电部的本体。作为该燃料电池层叠体，例如使用熔融碳酸盐型燃料电池层叠体、碱性水溶液型燃料电池层叠体、磷酸型燃料电池层叠体、高分子电解质型燃料电池层叠体等。在这些燃料电池层叠体之中，磷酸型燃料电池层叠体和高分子电解质型燃料电池层叠体的发电运转时的工作温度比其他的燃料电池层叠体的工作温度低，因而多用作构成燃料电池系统的燃料电池层叠体。尤其是高分子电解质型燃料电池层叠体，由于其输出密度高且长期可靠性优异，因而在燃料电池系统中被优先使用。以下对具备高分子电解质型燃料电池层叠体的燃料电池系统的一般构成以及其工作进行大致的说明。此外，在以下的说明中，将"燃料电池层叠体"作为"燃料电池"，并将"高分子电解质型燃料电池层叠体"简记为"高分子电解型燃料电池"。首先，对高分子电解质型燃料电池的构成进行说明。高分子电解质型燃料电池具备单电池(cell)。单电池具备电解质膜电极组件(MEA)。电解质膜电极组件具备选择性地输送氢离子的高分子电解质膜和夹着该高分子电解质膜的一对气体扩散电极。另一方面，在高分子电解质膜的周围，为了防止燃料气体和氧化剂气体的泄漏以及这两种气体的混合而配置有一对垫片。而且，电解质膜电极组 件以及一对垫片被一对导电性隔板夹着。导电性隔板的阳极侧具备用 于向电解质膜电极组件供给燃料气体，且排出剩余的燃料气体以及水 蒸汽的燃料气体流路。导电性隔板的阴极侧具备用于向电解质膜电极 组件供给氧化剂气体，且排出剩余的氧化剂气体以及伴随着发电而产 生的水的氧化剂气体流路。另外，在该高分子电解质型燃料电池中，从数十个到数百个的单 电池、以及由向冷却介质流路供给的冷却介质冷却这些单电池的冷却 器，交替或者以l个冷却器相对于多个单电池的比例进行层叠。另外， 从数十个到数百个的单电池和冷却器的层叠体在两端经由集电板以及 绝缘板而配置有端板，再由紧固杆牢固地紧固。于是，所邻接的一个 单电池和另一个单电池电连接，且所邻接的单电池和冷却器也电连接。 即，在高分子电解质型燃料电池中，从数十个到数百个的单电池经由 冷却器而电串联连接。接着， 一边参照附图， 一边对具备高分子电解质型燃料电池的燃 料电池系统的构成进行说明。图8是模式性地示意具备高分子电解质型燃料电池的现有的燃料 电池系统的构成的方框图。如图8所示，现有的燃料电池系统200具备作为其发电部的本体 的高分子电解质型燃料电池101、以及温度检测器102。高分子电解质 型燃料电池101中，如果向燃料气体流路以及氧化剂气体流路供给含 有氢的燃料气体以及含有氧的氧化剂气体，并且向冷却介质流路供给 冷却介质，则进行使用燃料气体所含有的氢和氧化剂气体所含有的氧 的电化学反应，从而产生电力和热。另外，温度检测器102检测高分 子电解质型燃料电池101的温度。另外，这个燃料电池系统200具备燃料气体生成装置103、路径切 换器104、迂回路径109、路径切换器105、氧化剂气体供给装置106、 冷却介质循环装置107、以及控制装置108。燃料气体生成装置103使 用城市燃气等的燃料原料和水，生成含有氢的燃料气体。路径切换器 104在高分子电解质型燃料电池101的燃料气体流路和迂回路径109 之间切换在燃料气体生成装置103中生成的燃料气体的供给对象。路径切换器105在高分子电解质型燃料电池101的燃料气体流路和迂回 路径109之间切换向燃料气体生成装置103的燃烧装置(图中未显示) 供给的可燃性气体的供给源。氧化剂气体供给装置106从燃料电池系 统200的外部导入氧化剂气体，并向高分子电解质型燃料电池101的 氧化剂气体流路供给该氧化剂气体。冷却介质循环装置107，在与高分 子电解质型燃料电池101的冷却介质流路之间使冷却介质循环。控制 装置108分别控制燃料电池系统200的各构成要素的工作，并控制燃 料电池系统200的全体工作。接着，对具备高分子电解质型燃料电池的燃料电池系统的工作进 行说明。在燃料电池系统200.中，如果供给城市燃气等的燃料原料和水， 则燃料气体生成装置103开始燃料气体的生成。在开始生成燃料气体 的起初，在燃料气体生成装置103中生成的燃料气体含有高浓度的一 氧化碳。因此，在燃料气体生成装置103中生成的燃料气体不被供给 至高分子电解质型燃料电池IOI,而是经由路径切换器104、迂回路径 109、路径切换器105被供给至燃料气体生成装置103的燃烧装置(图 中未显示)。如果能够供给一氧化碳减少后的燃料气体，则在从燃料气体生成 装置103向高分子电解质型燃料电池101的燃料气体流路供给燃料气 体，并且，从氧化剂气体供给装置106向氧化剂气体流路供给氧化剂 气体。于是，在高分子电解质型燃料电池IOI的电解质膜电极组件中， 进行使用燃料气体所含有的氢和氧化剂气体所含有的氧的电化学反 应。通过该电化学反应，高分子电解质型燃料电池101同时生成电力 和热。这时，向高分子电解质型燃料电池101所具备的冷却器的冷却 介质流路供给冷却介质。冷却介质接受单电池所产生的热，并将该接 受的热搬运至高分子电解质型燃料电池101的外部。由此，在高分子 电解质型燃料电池IOI中，恰当地进行使用氢和氧的电化学反应。还有，未被用于电化学反应的剩余的燃料气体与剩余的水蒸汽一 起从高分子电解质型燃料电池101被排出，并供给至燃料气体生成装 置103的燃烧装置(图中未显示)。另外，未被用于电化学反应的剩余 的氧化剂气体与伴随着发电而生成的水一起从高分子电解质型燃料电7池101被排出，其后被废弃于燃料电池系统200的外部。另外，从高 分子电解质型燃料电池101排出的冷却介质在由冷却介质循环装置 107被冷却之后，再被供给至高分子电解质型燃料电池101。可是，在燃料电池系统中，通常进行从燃料气体生成装置和氧化 剂气体供给装置供给燃料气体和氧化剂气体从而使燃料电池产生电力 的发电运转、以及停止发电运转和与其相关的其它运转的待机运转。 另外，在燃料电池系统中，除了这些发电运转以及待机运转之外，还 要进行用于将燃料电池系统的运转状态从待机运转转移至发电运转的 启动运转、以及用于将燃料电池系统的运转状态从发电运转转移至待 机运转的停止运转。于是，在一般家庭用的燃料电池系统中，为了防 止浪费运转成本等，通常进行基于负载的电力需要的DSS运转，从而 在负载的电力消耗量较少的时间段不进行发电运转，在负载的电力消 耗量较多的时间段进行发电运转。在进行DSS运转的时候，燃料电池系统所具备的燃料电池的温度 在进行待机运转的期间，降低至与环境温度大致相同的温度。另外， 电力的产生所涉及的电化学反应，在燃料电池的温度为规定的温度范 围内的情况下恰当地进行，但在燃料电池的温度不足规定的温度的情 况下几乎不进行。在此，在燃料电池中，虽然在发电运转时伴随着发 电而产生热，但在停止运转、待机运转、以及启动运转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其特征在于，　具备：　燃料气体生成装置，被供给燃料原料和水以及燃烧用燃料，利用该燃烧用燃料的燃烧热，生成含有氢的燃料气体；　燃料电池，向其燃料气体路径供给在所述燃料气体生成装置中生成的所述燃料气体，向其氧化剂气体路径供给氧化剂气体，并进行发电；　加热介质路径，以在所述燃料气体生成装置中生成的所述燃料气体的至少一部分不被供给至所述燃料气体路径，而通过所述燃料电池的方式形成；　路径切换器，在所述燃料气体路径和所述加热介质路径之间切换在所述燃料气体生成装置中生成的所述燃料气体的供给对象；以及　控制装置，　所述控制装置构成为：控制所述路径切换器，使得在所述燃料气体生成装置的暖机运转时，在该燃料气体生成装置中生成的燃料气体被供给至所述加热介质路径，随后作为所述燃烧用燃料而被供给至所述燃料气体生成装置，并且使得在所述燃料气体生成装置的暖机运转后，在该燃料气体生成装置中生成的燃料气体不被供给至所述加热介质路径，而被供给至所述燃料气体路径，随后作为所述燃烧用燃料而被供给至所述燃料气体生成装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：森田纯司，菅原靖，柴田础一，浦田隆行，梅田孝裕，
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