[發明專利]燃料電池系統

有效

• 申請號: 200680004089.2
• 申請日: 2006-02-13
• 公開（公告）號: CN101116212A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 原田照丸;中村彰成;田中良和;尾關正高;小原英夫
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/10;H01M8/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 衷誠宣

技術領域

本發明涉及使用氫和氧進行發電的燃料電池系統，特別是涉及利用可燃性物質的燃燒熱從原料生成氫，將其作為發電用的燃料使用的燃料電池系統。

背景技術

向來，能夠高效率小規模進行發電的燃料電池系統，容易構筑利用發電時產生的熱能用的系統，因此作為能夠實現高能量利用效率的分散型發電系統正在進行著開發研究。

燃料電池系統具備作為其發電部的主體的燃料電池。該燃料電池利用規定的電化學反應將燃料氣體以及氧化劑氣體具有的化學能直接變換為電能。從而，在燃料電池系統中，在進行發電運行時向燃料電池分別提供燃料氣體和氧化劑氣體。于是，在燃料電池中，進行使用該提供的燃料氣體和氧化劑氣體的規定的電化學反應，生成電能。由燃料電池系統將該燃料電池生成的電能提供給負載。在這里，燃料電池系統通常具備重整器和鼓風機。重整器借助于使用天然氣等原料和水的水蒸汽重整反應生成富氫燃料氣體。該燃料氣體作為發電用的燃料提供給燃料電池。還有，水蒸汽重整反應在利用例如燃燒器對重整器具有的重整催化劑進行加熱后進行。又，鼓風機從大氣中吸入空氣。該空氣作為發電用的氧化劑氣體被提供給燃料電池。

但是，在已有的燃料電池系統中，停止發電運行時對重整器的天然氣等原料供給停止。因此從重整器向燃料電池的燃料氣體供給停止，所以燃料電池的電化學反應停止進行，燃料電池系統停止對負載的電力供應。在這里，對重整器的原料供給停止的情況下，其停止前生成的燃料氣體在發電停止的過程中滯留于燃料電池內部及其周邊部。在這種情況下，如果有空氣從通大氣的燃燒器借助于自然對流混入滯留的燃料氣體中，則燃料氣體中包含的氫氣將被空氣中包含的急劇氧氣，伴隨該氧化反應發生的熱量有可能損傷燃料電池系統。

因此在已有的燃料電池系統中，為了防止燃料電池系統內部滯留燃料氣體，采用能夠在停止發電運行時將氮氣等不活潑氣體提供給燃料氣體滯留的路徑內，使被從該路徑推出的燃料氣體在燃燒器中燃燒的結構。如果采用這樣的結構，則能夠防止發電運行停止著的燃料電池內部等中燃料氣體的滯留，防止燃料氣體中包含的氫氣急劇氧化的情況發生，因此能夠提供確保安全的燃料電池系統。

但是，在這種已有的燃料電池系統中，為了用氮氣等不活潑氣體置換滯留的燃料氣體，有必要在燃料電池系統內部或其附近配設氮氣瓶等不活潑氣體供給手段。因此燃料電池系統大型化，將燃料電池系統作為家庭用的固定設置型分散發電裝置或電動車電源使用變得困難。而且有必要把氮氣等不活潑氣體的供給手段加入已有的結構中配設，因此存在燃料電池系統的初期成本上升的問題。而且在這種已有的燃料電池系統中，有必要定期替換或補充氮氣瓶等不活潑氣體的供給手段，因此存在燃料電池系統的運行成本上升的問題。

又，這種已有的燃料電池系統，在發電運行剛開始時，從重整器向燃料電池提供含有高濃度一氧化碳的燃料氣體。其理由是，在發電運行開始時重整器的運行溫度不能夠達到規定的溫度，因此燃料氣體中的一氧化碳不能夠充分去除。于是，包含高濃度一氧化碳的燃料氣體被提供給例如固體高分子電解質型燃料電池的情況下，由于該提供的一氧化碳，造成固體高分子電解質型燃料電池的燃料極的催化劑中毒。該燃料極的催化劑中毒明顯阻礙燃料電池中的電化學反應的進行。因此，在已有的燃料電池系統中，存在燃料電池的發電性能相應于發電運行的停止和開始的次數劣化的問題。

因此提出了為提供容易在一般家庭和電動車內設置而且催化劑不容易中毒的燃料電池系統，在發電運行剛開始后很快就停止對燃料電池的燃料氣體供給，同時在發電運行停止之后將燃料氣體的原料作為置換氣體注入燃料電池內部的燃料電池系統(例如參照專利文獻1)。

提出的這種燃料電池系統，具備：由包含碳和氫的化合物為主成分的原料生成富氫的燃料氣體的重整器、從該重整器向燃料電池提供燃料氣體用的燃料氣體供給路徑、將從燃料電池排出的未被使用于發電的燃料氣體(即以下所稱的廢氣)提供給重整器的燃燒器的廢氣供給路徑、設置于燃料氣體供給路徑與廢氣供給路徑之間，將燃料氣體的供給目的地從燃料電池切換到重整器的燃燒器用的第1旁通路徑。又具備將生成燃料氣體用的原料提供給重整器的原料供給部、以及從該原料供給部繞過重整器直接向燃料電池注入原料用的第2旁通路徑。