專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，更詳細(xì)地說，涉及燃料電池系統(tǒng)的停電等緊急停止技術(shù)。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)是使作為還原劑氣體提供給燃料電池陽極的富氫的燃料氣體與作為氧化劑氣體提供給其陰極的空氣在燃料電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)以進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)。而且該燃料氣體通常利用稱為重整器的燃料處理器的內(nèi)部的水蒸汽重整反應(yīng)從城市煤氣等原料氣體與水蒸汽生成。
還有，燃料電池系統(tǒng)開動(dòng)時(shí)，被提供給燃料電池陽極的燃料氣體的一部分作為廢氣回流到燃燒器，使其在燃燒器燃燒，作為燃料處理器的熱源利用，在燃料處理器、燃料電池、以及各種配管中，充滿可燃性燃料氣體。
因此，提出了在這樣的燃料電池系統(tǒng)停止時(shí)燃料電池系統(tǒng)的內(nèi)部充滿的燃料氣體的合適的后處理方法(凈化處理法)，作為一個(gè)例子，介紹了最后利用空氣實(shí)施燃料氣體凈化的空氣凈化技術(shù)(參照例如專利文獻(xiàn)1)。
即該專利文獻(xiàn)1示出了在燃料電池發(fā)電停止時(shí)借助于水供給手段向燃料處理器供水生成的水蒸汽，將燃料氣體路徑的內(nèi)部殘留的含氫的燃料氣體排除之后，使空氣從凈化用空氣供給手段流入，最終對(duì)燃料氣體路徑的內(nèi)部進(jìn)行凈化的方法。這樣，該燃料電池系統(tǒng)在利用水蒸汽排除燃料電池的氫氣之后，對(duì)燃料電池的內(nèi)部提供空氣，這樣能夠謀求防止因水蒸汽而發(fā)生的路徑的水滴腐蝕。
而且，如果采用這樣的空氣凈化處理技術(shù)，與在使燃料電池系統(tǒng)停止發(fā)電時(shí)使不活潑氣體(氮?dú)?流入，經(jīng)由燃料處理器以及燃料電池將殘留于這些設(shè)備內(nèi)的氣體(燃料氣體等)引向燃燒器，用該燃燒器進(jìn)行處理的已有的氮?dú)鈨艋幚矸ㄏ啾?，能夠不使用氮?dú)赓A存裝置，可謀求降低成本。
專利文獻(xiàn)1國際公開01/97312號(hào)公報(bào)(pamphlet)

發(fā)明內(nèi)容
專利文獻(xiàn)1所述的燃料電池系統(tǒng)的確能夠一邊謀求減小凈化處理成本一邊對(duì)燃料處理器和燃燒器等整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行合適的控制，順利執(zhí)行通常的停止動(dòng)作，但是在停電等意外事態(tài)發(fā)生的情況下緊急停止時(shí)是否能夠合適地而且迅速地執(zhí)行停止動(dòng)作是有疑問的。
例如在緊急停止時(shí)，在連接燃料電池與燃燒器的配管中充滿的燃料氣體，根據(jù)如下所述的考察，向保持于高溫(例如600℃)的燃燒器擴(kuò)散，向燃燒器擴(kuò)散、泄漏的燃料氣體如果與從燃燒器的排氣口混入的空氣混合稀釋到可燃燒的濃度范圍為止，則在燃燒器近旁有可能發(fā)生混合氣體異常燃燒的情況。
也就是說，燃料電池系統(tǒng)緊急停止之后的短暫的時(shí)間內(nèi)，燃料處理器中殘留的未反應(yīng)原料氣體借助于保持于高溫的燃料生成器的熱進(jìn)行水蒸汽重整反應(yīng)。而且燃料處理器中的水蒸汽重整反應(yīng)如下式(1)所示，因此伴隨該重整反應(yīng)的進(jìn)行，燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部存在的氣體的體積增加，由于這樣的氣體體積增加，充滿配管等的燃料氣體在其下游側(cè)被壓出，被認(rèn)為是燃料氣體向燃燒器擴(kuò)散。
因此，如專利文獻(xiàn)1的記載所述，在燃料處理器的內(nèi)部有意地生成水蒸汽(但是在停電時(shí)有必要使用輔助電源)反而往往會(huì)助長燃料氣體向燃燒器的擴(kuò)散，不理想。
CH4+2H2O→CO2+4H2......(1)當(dāng)然，通過采用在所說的停電等不測事件引起的緊急停止時(shí)能夠從輔助電源得到供電，將氮?dú)獾炔换顫姎怏w迅速引入燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也是能夠采取利用不活潑氣體一下子將燃料氣體(可燃?xì)怏w)加以置換的措施的。但是原封不動(dòng)采用這樣的結(jié)構(gòu)與想要不使用輔助電源也不使用不活潑氣體，謀求簡化配管結(jié)構(gòu)并且降低燃料電池系統(tǒng)的成本的期待相反。
本發(fā)明是鑒于如上所述的情況而作出的，其目的在于，提供不使用輔助電源和不活潑氣體(氮?dú)?，在停電等不測事件引起的緊急停止時(shí)能夠合適地迅速停止工作的燃料電池系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為，在從燃料電池的陽極引向燃燒器的配管(更清楚地說，與下述“具體實(shí)施形態(tài)”一欄中所述的燃料氣體回流配管105以及燃燒用燃料氣體配管106對(duì)應(yīng)的配管)的適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置在停電等不測事態(tài)發(fā)生時(shí)關(guān)閉的氣體配管開閉閥是有用的。
但是，在燃料電池系統(tǒng)中，通常為了確保燃料處理器的重整反應(yīng)所需要的熱量，由熱量處理器生成，提供給陽極之前的含有水蒸汽的氫氣(以下簡稱為“氫氣”)或由燃料處理器生成，提供給陽極之后的含有水蒸汽的廢氣，被提供給燃燒器作為燃料氣體。而且氫氣和廢氣中的水分(水蒸汽和水滴)等對(duì)燃料氣體燃燒沒有貢獻(xiàn)的成份，由于其升溫需要額外的能量，成了使燃料電池系統(tǒng)的能量效率下降的主要原因。為此，在燃料電池系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置著在被引向燃燒器的，流過燃料氣體的上述配管的中途，去除氫氣和廢氣中的水分，使其作為凝集水滯留的水分去除裝置。
在這里，以將這樣的水分去除裝置配設(shè)于上述配管上為前提，對(duì)于配設(shè)在停電等不測事態(tài)中關(guān)閉的氣體配管開閉閥的配管位置，能夠得到以下所述見解。
即已知在將這樣的氣體配管開閉閥配置于位于水分去除裝置的燃料氣體流動(dòng)方向的上游側(cè)的配管(以下簡稱“上游側(cè)配管”)的中途的情況下，存在以下所述問題。
燃料電池進(jìn)行發(fā)電時(shí)，水分去除裝置內(nèi)溫度上升，在水分去除裝置中滯留的凝集水的溫度也上升，于是在這種狀態(tài)下燃料電池發(fā)電停止時(shí)，假如利用上述配管開閉閥關(guān)閉上游側(cè)配管，則由于高溫(發(fā)電剛停止時(shí)為例如70～80℃)的凝集水的蒸發(fā)，在水分去除裝置內(nèi)部存在的包含大量水蒸汽的氣體，通過位于水分去除裝置的燃料氣體流動(dòng)方向的下游側(cè)的配管(以下簡稱為“下游側(cè)配管”)被送往燃燒器。其后，隨著燃料電池系統(tǒng)的各種設(shè)備和配管慢慢冷卻，包含大量水蒸汽的氣體中的水蒸汽結(jié)露。結(jié)露的水滴附著于配管的內(nèi)表面和燃燒器的內(nèi)部。這樣一來，在下一次燃燒器燃燒開始時(shí)，由于結(jié)露的水有可能使得燃燒器的火焰熄滅或陷于不完全燃燒，因此有可能發(fā)生一氧化碳等不完全燃燒氣體。
又，存在于水分去除裝置內(nèi)部的上述氣體中，也包含氫氣等可燃性氣體，此氣體如果流入保持于高溫的燃燒器，與從燃燒器的排氣口泄漏的空氣混合，則這樣的混合氣體有可能引起燃燒器內(nèi)發(fā)生異常燃燒。
鑒于這樣的與燃料電池系統(tǒng)相關(guān)的存在問題，可以得出這樣的結(jié)論將停電等不測的事態(tài)發(fā)生時(shí)關(guān)閉的氣體配管開閉閥配設(shè)于水分去除裝置與燃燒器之間的上游側(cè)配管上是非常重要的。
即本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備消耗燃料氣體進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)具有流出在所述發(fā)電中未被消耗的燃料氣體的出口孔的燃料電池、去除通過所述出口孔輸送的燃料氣體中包含的水分的水分去除裝置、配置于所述水分去除裝置的下游側(cè)，燃燒所述燃料氣體的燃燒器、以及使連通所述水分去除裝置與所述燃燒器的配管開閉的氣體配管開閉閥；在所述發(fā)電停止時(shí)所述氣體配管開閉閥關(guān)閉。
這樣，在停電等不測事態(tài)導(dǎo)致緊急停止時(shí)，能夠迅速關(guān)閉氣體配管開閉閥，防止充滿燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部的可燃性燃料氣體泄漏到燃燒器中，能夠恰當(dāng)?shù)貙?shí)施燃料電池系統(tǒng)的緊急停止動(dòng)作。
又，由于將氣體配管開閉閥配設(shè)于連通水分去除裝置與燃燒器的配管上，水分去除裝置內(nèi)部的可燃性氣體也不擴(kuò)散到燃燒器中。
而且，由于將氣體配管開閉閥配設(shè)于連通水分去除裝置與燃燒器的配管上，水分去除裝置的內(nèi)部氣體中包含的水蒸汽不會(huì)隨著該氣體流入燃燒器，由于這樣的水蒸汽結(jié)露作出的燃燒器的下一次燃燒時(shí)的火焰熄滅或不完全燃燒的問題能夠恰當(dāng)解決。
又可以是還具備能夠從原料氣體與水蒸汽生成所述燃料氣體的燃料處理器，形成能夠在所述燃燒器中使所述燃料氣體燃燒，將以此生成的熱提供給所述燃料處理器的結(jié)構(gòu)。
在這里，所述氣體配管開閉閥最好是在常態(tài)下實(shí)施將所述配管關(guān)閉的動(dòng)作的常閉型開閉閥。例如所述氣體配管開閉閥由在通電停止時(shí)將所述配管關(guān)閉的電磁閥構(gòu)成。
借助于此，在停電時(shí)即使是沒有輔助電源也能夠自動(dòng)關(guān)閉氣體配管開閉閥，因此是適合的。
又可以形成在所述氣體配管開閉閥上游具有在所述發(fā)電停止時(shí)關(guān)閉所述氣體配管開閉閥以被遮擋氣流的氣體釋放氣壓的機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。還有，作為壓力釋放機(jī)構(gòu)的具體例子有下述第1水通路配管。
又，作為所述水分去除裝置的一個(gè)例子，具備具有使所述燃料氣體流通的區(qū)域的熱交換部、以及滯留所述燃料氣體中包含的水分生成的凝集水的承水部，形成能夠利用所述熱交換部的熱交換使所述燃料氣體冷卻的結(jié)構(gòu)。而且在這里，燃料氣體中包含的水分中包含有燃料氣體中的微小水滴和水蒸汽，要而言之，這是與妨礙燃料氣體的燃燒的水相關(guān)的成份。
又可以在流通所述燃料氣體的區(qū)域設(shè)置擋板，形成能夠利用所述擋板使所述燃料氣體減速的結(jié)構(gòu)。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠一邊確保燃料氣體的通路一邊促進(jìn)燃料氣體中包含的水分的去除，使其形成能夠的燃燒器中燃燒的狀態(tài)，同時(shí)能夠使妨礙燃料氣體向大氣中放出的凝集水滯留于承水部。
還可以是在這里具備檢測在所述承水部滯留的凝集水的水位的水位檢測器以及控制裝置，根據(jù)所述水位檢測器輸出的檢測信號(hào)，所述控制裝置對(duì)所述凝集水的水位進(jìn)行控制。
借助于此，能夠可靠地檢測出凝集水的水位而且維持凝集水的水位。
又可以具備與所述承水部連通，同時(shí)形成在所述水分去除裝置的內(nèi)壓相對(duì)于大氣壓為正壓的狀態(tài)下在所述凝集水的水位的上方對(duì)大氣開放的開放端地延伸的第1水通路配管，將所述第1水通路配管配置為能夠借助于所述內(nèi)壓與大氣壓的壓差，一邊將所述凝集水的一部分引向所述第1水通路配管的內(nèi)部作為配管水，一邊使所述第1水通路配管內(nèi)在的配管水的水位相對(duì)于所述凝集水的水位上升的結(jié)構(gòu)。
借助于此，能夠使第1水通路配管內(nèi)的配管水(凝集水)具有作為氣體密封部的作用，能夠不使用電磁閥就將燃料氣體密封于水分去除裝置的內(nèi)部。還有，也能夠使第1水通路配管具有作為氣體壓力排放機(jī)構(gòu)的作用，假如在停電停止時(shí)在燃料電池系統(tǒng)的內(nèi)部由于不測事態(tài)而發(fā)生異常燃燒，也能夠使該第1水通路配管內(nèi)部的配管水(凝集水)噴出，能夠通過該第1水通路配管將燃燒氣體噴出到外部，借助于此，能夠阻止燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部的壓力急劇上升。
如果采用這樣的水密封的氣體壓力排放機(jī)構(gòu)，則與已有的橡膠密封的氣體壓力釋放閥相比，即使噴出壓力(設(shè)定值)低也能夠謀求穩(wěn)定的氣體密封。
又可以控制為將所述凝集水的水位保持于從所述第1水通路配管的內(nèi)部容積導(dǎo)出的所述水位的下限上方。
例如又可以使相當(dāng)于所述凝集水的水量與所述配管水的水量之和的水量的容積比所述第1水通路配管的內(nèi)容積大。
借助于此，一邊將凝集水的水位保持于其下限的上方一邊控制燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行，因此能夠可靠地防止承水部的凝集水干枯的情況發(fā)生。
在這里，又可以具備貯存水的水箱、連通所述承水部與所述水箱的第2水通路配管、以及開閉所述第2水通路配管的水配管開閉閥，通過打開所述水配管開閉閥，控制所述承水部滯留的凝集水的水位與所述水箱貯存的水的水位，使水從所述水箱向所述承水部流動(dòng)。
借助于此，即使是承水部的凝集水不足，也能夠從水箱迅速向承水部補(bǔ)充水。
還有，所述水配管開閉閥最好是在常態(tài)下動(dòng)作，將所述第2水通路配管打開的常開型開閉閥。例如，所述水配管開閉閥利用在通電停止時(shí)將所述第2水通路配管打開的電磁閥構(gòu)成。
借助于此，即使是在停電時(shí)沒有輔助電源也能夠自動(dòng)打開氣體配管開閉閥。
又，具備從原料氣體與水蒸汽生成燃料氣體的燃料處理器、對(duì)所述燃燒器提供所述原料氣體的原料氣體供給器、具有使通過所述出口孔送出的燃料氣體中含有的水分生成的凝集水滯留的承水部的水分去除裝置、檢測所述凝集水的水位的水位檢測器、以及控制裝置，所述水位檢測器檢測所述凝集水的水位的下限，并將其作為檢測信號(hào)輸出到所述控制裝置，所述控制裝置根據(jù)所述檢測信號(hào)，判斷是否用所述原料氣體供給器提供原料氣體。
更詳細(xì)地說，在所述水位低于所述下限的狀態(tài)下，所述控制裝置停止用所述原料氣體供給器提供原料氣體。
借助于此，控制裝置一邊對(duì)凝集水的水位以其下限為基準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)視一邊判斷有無原料氣體的供給，因此能夠可靠地防止凝集水干枯的情況發(fā)生。
在這里，具備與所述承水部連通，同時(shí)形成在所述水分去除裝置的內(nèi)壓相對(duì)于大氣壓為正壓的狀態(tài)下在所述凝集水的水位的上方對(duì)大氣開放的開放端地延伸的第1水通路配管，在這種情況下，所述水位檢測器檢測出的所述下限從所述第1水通路配管的內(nèi)容積導(dǎo)出的。
又可以具備貯存水的水箱、連通所述承水部與所述水箱的第2水通路配管、以及開閉所述第2水通路配管的水配管開閉閥，形成所述控制裝置至少在所述水位超過所述下限之前能夠打開所述水配管開閉閥，通過所述第2水通路配管將所述水箱貯存的水向所述水承水部補(bǔ)給的結(jié)構(gòu)。
而且也可以在所述水位超過所述下限的時(shí)刻，所述控制裝置關(guān)閉所述水配管開閉閥，同時(shí)使用所述原料氣體供給器提供原料氣體。
借助于此，控制裝置一邊對(duì)凝集水的水位以其下限為基準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)視一邊判斷有無原料氣體的供給，能夠可靠地防止凝集水干枯的情況發(fā)生，同時(shí)假如在凝集水不足的情況下，能夠迅速從水箱進(jìn)行水的補(bǔ)給，能夠謀求燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的高效率化。
本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)可以從參照附圖進(jìn)行的下述理想的實(shí)施形態(tài)的詳細(xì)說明中了解到。
如果采用本發(fā)明，則不使用輔助電源和不活潑氣體，能夠得到在停電等不測事件導(dǎo)致緊急停止時(shí)能夠進(jìn)行恰當(dāng)而且迅速的停止動(dòng)作的燃料電池系統(tǒng)。


圖1是說明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是說明水分去除裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是說明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖4是說明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
符號(hào)說明10控制裝置11燃料處理器12燃料電池12a 燃料電池的陽極12c 燃料電池的陰極13空氣鼓風(fēng)機(jī)14變換器15水分去除裝置16燃燒器17排氣口18氣體配管開閉閥19原料氣體供給器20水排出用電磁閥21燃燒風(fēng)扇30燃料氣體(廢氣)的通過區(qū)域31凝集水31u 凝集水水位的上限31d 凝集水水位的下限31f 凝集水的水位32第1水通路配管32u 開放端
33水位檢測器34配管水34f 配管水的水位35垂直部40燃料氣體入口部41燃料氣體出口部42水出口部43放熱片44擋板45框體46承水部47熱交換部48蓋部49底部100 燃料電池系統(tǒng)101 原料氣體供給配管102 燃料氣體供給配管104 出口孔105 燃料氣體回流配管106 燃燒用燃料氣體配管110 空氣配管111 燃燒氣體通路112 水排出配管120 第2水通路配管121 水配管開閉閥122 水箱123 貯存水123f 貯存水的水位
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的理想的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
實(shí)施形態(tài)1圖1是說明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
燃料電池系統(tǒng)100主要由消耗還原劑氣體(富氫燃料氣體)與氧化劑氣體(空氣)而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池12、將燃料電池12發(fā)出的直流電變換為交流電的變換器14、對(duì)燃料電池12的陽極12a提供燃料氣體的燃料處理器11、對(duì)燃料電池12的陰極12c提供空氣的空氣鼓風(fēng)機(jī)13、去除從陽極12a的出口孔104送出，在燃料電池12的內(nèi)部未消耗的殘留的燃料氣體(廢氣)中包含的水分的水分去除裝置15、從空氣取入口收入空氣，同時(shí)將該空氣與燃料氣體混合燃燒，向燃料處理器11提供熱量的燃燒器16、以及對(duì)燃料處理器11提供城市煤氣等原料氣體的原料氣體供給器19構(gòu)成。
在這里，燃料處理器11通常內(nèi)藏利用重整反應(yīng)從原料氣體與水蒸汽生成重整氣體的重整部(未圖示)、使水蒸汽與一氧化碳發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成氫氣與二氧化碳的轉(zhuǎn)化部(未圖示)、以及利用一氧化碳選擇氧化使一氧化碳濃度下降到約10ppm以下的凈化部(未圖示)。為此，重整部具有促進(jìn)重整反應(yīng)的重整催化劑(未圖示)，作為對(duì)該重整催化劑提供反應(yīng)熱用的熱供給手段，設(shè)置上述燃燒器16，利用燃燒風(fēng)扇21送風(fēng)送來的空氣將燃燒器16內(nèi)部的燃料氣體稀釋到可燃濃度范圍進(jìn)行混合之后，使該混合氣體在燃燒器16內(nèi)部燃燒，利用與燃燒生成的高溫燃燒氣體的熱交換對(duì)重整催化劑進(jìn)行加熱。還有，與重整催化劑進(jìn)行熱交換的燃燒氣體從排氣口17被排放到大氣中。
又，燃料電池系統(tǒng)100的配管系統(tǒng)以及配管閥，由將空氣從空氣鼓風(fēng)機(jī)13引向燃料電池12的陰極12c，將從陰極12c流出的殘留的空氣向大氣排放的作為氧化劑氣體流路的空氣配管110、從原料氣體供給器19將發(fā)電原料氣體引向燃料處理器11的原料氣體供給配管101、將從燃料處理器11流出的燃料氣體引向燃料電池12的陽極12a的燃料氣體供給配管102、使殘留的燃料氣體從陽極12a的出口孔104向水分去除裝置15流動(dòng)的燃料氣體回流配管105、將利用水分去除裝置15去除水分的燃料氣體引向燃燒器16的燃燒用燃料氣體供給配管106、配置于連通燃燒器16與水分去除裝置15的燃燒用燃料氣體配管106的中途，使其開閉的氣體配管開閉閥18、將在燃燒器16內(nèi)部生成的燃燒氣體引向排氣口17的燃燒氣體通路111、配設(shè)于水分去除裝置15的底部49(參照?qǐng)D2)，使滯留于水分去除裝置內(nèi)部15的凝集水31流向外部(例如凝集水箱)的排出配管112、以及配置于該水排出配管112的中途，定期開閉水排出配管112，將凝集水31排出到外部的水排出用電磁閥20構(gòu)成。
在這里，氣體配管開閉閥18只要是在常態(tài)下實(shí)施關(guān)閉燃燒用燃料氣體配管106的動(dòng)作的常閉型開閉閥即可，更詳細(xì)地說，是用通電時(shí)打開燃燒用燃料氣體配管106，在通電停止時(shí)關(guān)閉燃燒用燃料氣體配管106的開閉用電磁閥構(gòu)成的。借助于此，在發(fā)生停電等不測的情況下，氣體配管開閉閥18不需要輔助電源就能夠自動(dòng)實(shí)施閉栓動(dòng)作，能夠恰當(dāng)?shù)貙?shí)施燃料電池系統(tǒng)100的緊急停止動(dòng)作。
又，氣體配管開閉閥18位于連通水分去除裝置15與燃燒器16的燃燒用燃料氣體配管106的中途的，盡可能接近燃燒器16的位置上，借助于此，能夠使燃料電池系統(tǒng)100緊急停止時(shí)燃料氣體向燃燒器16的擴(kuò)散控制于最低限度。主要是通過在燃燒器16近旁切斷水分去除裝置15與燃燒器16之間的氣體連通，防止可燃?xì)怏w向作為燃料氣體的異常燃燒源的燃燒器16泄漏。
還有，控制裝置10對(duì)空氣鼓風(fēng)機(jī)13與燃燒風(fēng)扇21進(jìn)行控制，調(diào)整送往陰極12c和燃燒器16的空氣量，同時(shí)控制原料氣體供給器19內(nèi)內(nèi)藏的流量調(diào)整閥和開閉用電磁閥(未圖示)，適當(dāng)調(diào)整向燃料處理器11輸送的原料氣體的供給量。又，控制裝置10也控制氣體配管開閉閥18和水排出用電磁閥20的開閉動(dòng)作。還有，在圖中表示出附加細(xì)點(diǎn)線從控制裝置10向控制對(duì)象發(fā)送的輸出信號(hào)。又，在這里，控制裝置10接收各種傳感器(溫度傳感器和流量計(jì)等)來的檢測信號(hào)，根據(jù)該檢測信號(hào)恰當(dāng)?shù)乜刂迫剂想姵叵到y(tǒng)100的動(dòng)作(圖示省略)。
下面對(duì)水分去除裝置15的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖2是說明水分去除裝置15的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
在圖1和圖2中，水分去除裝置15由下述部件構(gòu)成，即有底的筒狀框體45、堵塞框體45的上表面的蓋部48、形成于框體45的上端近旁的外周面上的多個(gè)放熱片43、與燃料氣體回流配管105連接，設(shè)置于蓋部48上，將燃料氣體引向框體45的內(nèi)部的筒狀的燃料氣體入口部40、與燃燒用燃料氣體配管106連接，設(shè)置于蓋部48上，將通過框體45內(nèi)部的燃料氣體引向其外部的筒狀的燃料氣體出口部41、配置于燃料氣體出入口部40、41的近旁的框體45內(nèi)部，通過遮擋燃料氣體的氣流使燃料氣體的流速減速，以使燃料氣體中包含的水蒸汽容易滴下的多個(gè)平板狀的擋板44、以及與水排出配管112連接，設(shè)置于框體45的底部49，通過去除水分將在框體內(nèi)部滯留的凝集水31定期引向外部用的水出口部42。
在這里，水分去除裝置15的框體45的大約上半部，在其內(nèi)部形成燃料氣體(廢氣)通過的通過區(qū)域30(燃料氣體的通路)，同時(shí)在燃料氣體通過該通過區(qū)域30時(shí)，作為利用與從空氣送風(fēng)風(fēng)扇(未圖示)向放熱片43輸送的空氣的熱交換使燃料氣體的熱量有效地放出的熱交換部47起作用。
又，水分去除裝置15的框體45的大約下半部分作為暫時(shí)貯存燃料氣體中包含的水分凝集形成的凝集水31的承水部46起作用。
而且利用該熱交換部47的燃料氣體的放熱效應(yīng)，使燃料氣體的溫度下降到其露點(diǎn)以下，燃料氣體中含有的水蒸汽作為水滴凝集于燃料氣體中，該水滴聚集于承水部46形成凝集水31。
于是，存在于上述通過區(qū)域30的放熱片43造成的燃料氣體的空冷效果與上述擋板44造成的燃料氣體的減速效應(yīng)相結(jié)合，促進(jìn)在燃料氣體中包含的水分的去除，能夠恰當(dāng)?shù)嘏懦鲈谒秩コb置15的下游側(cè)的燃燒器16中會(huì)妨礙燃料氣體的燃燒的水分。還有，在這里，本說明書的燃料氣體中包含的水分中，包含燃料氣體中的微小水滴，也包含水蒸汽，要而言之，這種所謂水分是指妨礙燃料氣體燃燒的有關(guān)水的成份。
又決定凝集水31的水位31f的上限31u，以防止凝集水31的水位31f過度上升，堵塞燃料氣體出入口40、41，使燃料氣體能夠順利通過水分去除裝置15內(nèi)部。在這里，將從凝集水31的水位31f的上限31u到蓋部48的距離設(shè)定為約50mm，借助于此，能夠確?？沙浞譁p少燃料氣體的流體阻抗的通過區(qū)域30的容積。還有，凝集水31的水位31f根據(jù)下面詳細(xì)說明的水位檢測器33(參照?qǐng)D3)輸出的檢測信號(hào)，利用控制裝置10進(jìn)行控制。
又，在這里，示出了使用空氣送風(fēng)風(fēng)扇與放熱片43對(duì)燃料氣體進(jìn)行空冷的例子，但是也可以在例如框體45的外周面配置流通冷卻水的可撓性配管卷繞于其上，利用水冷方法使燃料氣體放熱。
如果采用如上所述說明的水分去除裝置15，則能夠一邊確保與燃料氣體通路相當(dāng)?shù)娜剂蠚怏w通過區(qū)域30一邊可靠地去除燃料氣體中包含的水分，使其達(dá)到能夠在燃燒器16中燃燒的狀態(tài)，同時(shí)能夠可靠地使凝集水31在承水部46中滯留下來，作為防止燃料氣體向大氣中釋放的氣體密封部起作用。
下面對(duì)這樣構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的通常運(yùn)行動(dòng)作的大概情況進(jìn)行敘述，從該通常運(yùn)行動(dòng)作說明燃料電池系統(tǒng)100由于不測事態(tài)(在這里假設(shè)是停電)而緊急停止時(shí)的停止動(dòng)作。
在圖1和圖2中，在燃料電池系統(tǒng)100的通常運(yùn)行中(發(fā)電期間)，在將燃料處理器11的溫度維持于約700℃左右的狀態(tài)下，使原料氣體供給器19通過原料氣體供給配管101提供的原料氣體與水供給手段(未圖示)提供的水在燃料處理器11內(nèi)部進(jìn)行重整反應(yīng)，生成富氫燃料氣體。然后，從燃料處理器11流出的燃料氣體通過燃料氣體供給配管102被送入燃料電池12的陽極12a。另一方面，從空氣鼓風(fēng)機(jī)5送出的空氣通過空氣配管110被送入燃料電池1的陰極12c。這樣，在燃料電池1的內(nèi)部消耗燃料氣體(氫氣)和空氣(氧氣)進(jìn)行發(fā)電。燃料電池12發(fā)電時(shí)沒有消耗的剩余的燃料氣體通過燃料氣體回流配管105被送往水分去除裝置15，其后利用該水分去除裝置15去除燃料氣體中包含的水分，另一方面，在承水部46滯留凝集水31。于是，通過水分去除裝置15去除了水分的燃料氣體，作為燃燒用燃料氣體通過燃燒用燃料氣體配管106，通過開栓狀態(tài)的氣體配管開閉閥18被傳送到燃燒器16。然后，在燃燒器16的內(nèi)部，將該燃料氣體與由燃燒風(fēng)扇21輸送的空氣混合稀釋，使該混合氣體燃燒，將燃燒中發(fā)生的燃燒氣體的熱量作為維持燃料處理器11的溫度的熱源使用。
又，滯留于承水部46的凝集水31利用水排出用電磁閥20的定期反復(fù)進(jìn)行的開閉動(dòng)作向外部排出，以此防止凝集水31過度滯留，凝集水31堵塞燃料氣體通過區(qū)域30的情況發(fā)生，同時(shí)也防止凝集水31完全消失，燃料氣體通過水出口部42放到外面的情況發(fā)生。
還有，對(duì)燃料處理器11供熱的燃燒氣體，通過燃燒氣體通路111向大氣排放，燃料電池12的再發(fā)電中尚未消耗的殘留的空氣也通過空氣配管110向大氣排放。
下面對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的停電時(shí)的緊急停止動(dòng)作進(jìn)行說明。
在停電時(shí)，將從燃料電池12得到的直流電變換為交流電的變換器14對(duì)電力負(fù)荷系統(tǒng)的輸出自動(dòng)停止，同時(shí)空氣鼓風(fēng)機(jī)13以及燃燒風(fēng)扇21的動(dòng)作也停止。同時(shí)控制裝置10也可以從某一個(gè)輔助電源得到供電，迅速使原料氣體供給器19的開閉用電磁閥以及氣體配管開閉閥18關(guān)閉，但是這樣的電磁閥和氣體配管開閉閥18最好是形成不使用輔助電源能夠自動(dòng)關(guān)閉的結(jié)構(gòu)。例如氣體配管開閉閥18只要是在通常狀態(tài)下實(shí)施關(guān)閉燃燒用燃料氣體配管106的動(dòng)作的常閉型開閉用電磁閥，在停電時(shí)氣體配管開閉閥18自動(dòng)進(jìn)行關(guān)閉動(dòng)作，就不必要另行配置氣體配管開閉閥18工作用的輔助電源。
這樣，充滿原料氣體供給配管101、燃料處理器11、燃料氣體供給配管102、燃料電池12的陽極12a、燃料氣體回流配管105、以及水分去除裝置15的內(nèi)部的可燃性燃料氣體，被原料氣體供給器19與關(guān)閉氣體配管開閉閥18的閉栓可靠地密封于這些設(shè)備內(nèi)部，能夠有效地阻止這種燃料氣體向燃燒器16的擴(kuò)散。
在這里，也為了確認(rèn)這樣的氣體配管開閉閥18達(dá)到的效果，有意進(jìn)行停電試驗(yàn)，對(duì)燃料氣體的泄漏進(jìn)行測定。其結(jié)果是，在燃料電池系統(tǒng)100停止后到燃料電池系統(tǒng)100(例如燃料處理器11以及燃料電池12還有燃燒器16)達(dá)到室溫的期間，除了排氣口17以外，在燃料電池系統(tǒng)100的任何部位都沒有檢測出燃料氣體(可燃?xì)怏w)的泄漏，沒有觀察到燃料電池系統(tǒng)100的異常。
還有，在停止時(shí)也關(guān)閉水排出用電磁閥20，因此能夠阻止燃料處理器11、燃料電池12、水分去除裝置15等各種設(shè)備的溫度下降造成這些設(shè)備內(nèi)壓減小形成負(fù)壓引起空氣混入的情況發(fā)生，同時(shí)可望由于水分去除裝置15中殘留的凝集水31的蒸發(fā)，能夠帶來抑制這種負(fù)壓化的附帶效果。
如果利用這樣的燃料電池系統(tǒng)100的緊急停止動(dòng)作，不使用輔助電源和不活潑氣體，充滿其內(nèi)部的燃料氣體向燃燒器16擴(kuò)散，向燃燒器16泄漏的燃料氣體與從排氣口17向燃燒器16混入的空氣混合，在燃燒器16的近旁發(fā)生異常燃燒的事態(tài)，通過關(guān)閉氣體配管開閉閥18，就能夠簡便而且可靠地加以防止，能夠從根本上消除在燃燒器16的近旁發(fā)生異常燃燒的主要原因。
又，由于將空氣配管開閉閥18配設(shè)于連通水分去除裝置15與燃燒器16的燃燒用燃料氣體配管106的中途，水分去除裝置15的內(nèi)部的可燃性氣體，在燃料電磁發(fā)電系統(tǒng)100停止時(shí)也不會(huì)向燃燒器16擴(kuò)散。
還有，由于將空氣配管開閉閥18配設(shè)于連通水分去除裝置15與燃燒器16的燃燒用燃料氣體配管106的中途，水分去除裝置15的內(nèi)部的氣體中包含的水蒸汽不伴隨該氣體向燃燒器16的方向流動(dòng)，能夠防止由于這樣的水蒸汽的結(jié)露造成燃燒器16在下一次燃燒時(shí)火焰熄滅或不完全燃燒的問題的發(fā)生。
實(shí)施形態(tài)2圖3是說明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
在實(shí)施形態(tài)1中，說明了通過在緊急停止時(shí)迅速關(guān)閉氣體配管開閉閥18，能夠防止燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部充滿的燃料氣體向燃燒器16的擴(kuò)散，能夠避免在燃燒器16近旁發(fā)生燃料氣體的異常燃燒，但是也要求考慮在燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部由于設(shè)想外的重要原因燃料氣體發(fā)生異常燃燒的事態(tài)，對(duì)其在事后采取對(duì)應(yīng)策略。
因此，在實(shí)施形態(tài)2中，對(duì)萬一在燃料電池系統(tǒng)100的某處，在其停止時(shí)燃料氣體發(fā)生異常燃燒，也能夠?qū)⒁鹑紵娜紵龤怏w(燃燒能量)適當(dāng)向外部放出的燃料電池系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
為了將伴隨燃料氣體的異常燃燒而發(fā)生的燃燒氣體恰當(dāng)?shù)匾蛲獠浚鐖D3所示，拆下水排出用電磁閥20以及水排出配管112(圖1)，同時(shí)配置從水分去除裝置15的底部49延伸的第1水通路配管32。
還有，水分去除裝置15的除了周邊結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1相同，因此這樣的與實(shí)施形態(tài)1相同的結(jié)構(gòu)的說明省略。
下面參照?qǐng)D2和圖3對(duì)水分去除裝置15的周邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
水分去除裝置15的周邊結(jié)構(gòu)主要由與承水部46連接，同時(shí)在水分去除裝置15的內(nèi)壓相對(duì)于大氣壓處于正壓狀態(tài)，在承水部46的凝集水31的水位31f上方形成向大氣開放的開放端32u地延伸通水管構(gòu)成的第1水通路配管32、以及檢測承水部46中滯留的凝集水31的水位31f的水位檢測器33構(gòu)成。
作為水位檢測器33使用浮子式水平開關(guān)，根據(jù)電磁式導(dǎo)通截止開關(guān)信號(hào)檢測凝集水31的水位31f。
第1水通路配管32具有作為密封水分去除裝置15的內(nèi)部燃料氣體的氣體密封部的機(jī)構(gòu)，其一端通過水出口部42連接承水部46，其另一端作為上述開放端32u地將第1水通路配管32形成為大約L字形(字母U的一邊比較短的U字形)。這樣就能夠滯留于承水部46的凝集水31的一部分作為充滿第1水通路配管32的內(nèi)部的配管水34使用，可以不使用電磁閥，簡單地使配管水34具有密封燃料氣體的的功能。
又，第1水通路配管32具有與凝集水31的水位31f的上下運(yùn)動(dòng)方向平行而且延伸到該水位31f上方的垂直部35。于是設(shè)計(jì)出了即使是水分去除裝置15的內(nèi)部顯示出最大壓力的情況下，第1水通路配管32內(nèi)部的配管水34的水位34f與凝集水31的水位31f之間的水位壓差在該最大內(nèi)壓保持平衡，能夠使配管水34在第1水通路配管32的內(nèi)部穩(wěn)定的第1水通路配管32的垂直部35的長度。
還有，在這里，假定燃料電池系統(tǒng)100通常運(yùn)行時(shí)的水分去除裝置15的最大內(nèi)壓為2kPa，根據(jù)該最大內(nèi)壓形成的與壓差平衡的水位壓差(200mmH2O)，決定第1水通路配管32的垂直部35的長度，使該長度從殘留在承水部46的凝集水31的水位31f至少向垂直方向延伸200mm左右。當(dāng)然這不過是垂直部35的長度的基準(zhǔn)的一個(gè)例子，也可以采用與其不同的基準(zhǔn)。
例如也可以考慮水分去除裝置15內(nèi)部的壓力變動(dòng)等不確定的重要因素，從凝集水31的水位31f的下限31d(這是根據(jù)以下說明的第1水通路配管32的內(nèi)容積導(dǎo)出的。)起使垂直部35至少在垂直方向延伸200mm左右。如果這樣做，則能夠一邊使凝集水31的水位31f保持于其下限31d上方一邊在水分去除裝置15的內(nèi)壓最大值也使第1水通路配管32內(nèi)的配管水34滯留于其內(nèi)部，對(duì)于水分去除裝置15中設(shè)想的全部壓力，第1水通路配管32能夠作為氣體密封部有效起作用。
在這里，對(duì)于實(shí)施形態(tài)2的水分去除裝置15的承水部46中滯留的凝集水31的水位31f，按照其上限31u和其下限31d的設(shè)定意義進(jìn)行說明。
關(guān)于凝集水31的水位31f的上限31u與實(shí)施形態(tài)1一樣決定凝集水31的水位31f的上限31u，防止水位31f過度上升堵塞燃料氣體出入口40、41(參照?qǐng)D2)的不良情況發(fā)生，以便燃料氣體能夠順利通過水分去除裝置15內(nèi)部。
具體地說，為了防止凝集水31的水位31f達(dá)到流過水分去除裝置15內(nèi)部的燃料氣體的通過區(qū)域30，第1水通路配管32的開放端32u被配置于假想為凝集水31的上限31u的位置的下方。
借助于此，形成能夠?qū)⒁獪舻奖乳_放端32u上方的凝集水31從開放端32u自動(dòng)排放到外部(例如另一水箱)的設(shè)計(jì)。
更詳細(xì)地說，在燃料電池系統(tǒng)100運(yùn)行時(shí)，利用水分去除裝置15對(duì)燃料氣體中包含的水分持續(xù)進(jìn)行清除，因此水分在承水部46繼續(xù)逐步滯留。于是，假如水分去除裝置15的內(nèi)壓處于大氣壓狀態(tài)，則凝集水31的水位31f與配管水34的水位34f一邊保持水平一邊由于水分去除裝置15的水分補(bǔ)充而上升，在配管水34的水位34f到達(dá)第1水通路配管32的開放端32u的地點(diǎn)，配管水34自動(dòng)向外部排出，因此，水位31f、34f不會(huì)上升到該地點(diǎn)以上。
當(dāng)然，如果水分去除裝置15的內(nèi)壓相對(duì)于大氣壓處于正壓狀態(tài)，則由于該內(nèi)壓，第1水通路配管32的配管水34的水位34f相對(duì)于凝集水31的水位31f被向上推，因此即使是凝集水31的水位31f處于比開放端32u低得足夠多的位置上，配管水34也能夠通過開放端32u向外部排放。
關(guān)于凝集水31的水位31f的下限31d使相當(dāng)于滯留于承水部46的凝集水31的水量和第1水通路配管32內(nèi)的配管水34相加的總水量的容積(V2)大于第1水通路配管32的容積(V1)，這樣能夠防止在上述水分去除裝置15的設(shè)想的內(nèi)壓范圍內(nèi)(2kPa以下)凝集水31全部從承水部46排出這樣的凝集水31枯竭的情況發(fā)生。
也就是說，通過維持與總水量相當(dāng)?shù)娜莘e(V2)＞第1水通路配管32的容積(V1)這樣的情況，即使是配管水34充滿第1水通路配管32內(nèi)部的全部區(qū)域，也由于處于能夠使凝集水31殘留于承水部46的狀況，所以不會(huì)損害凝集水31對(duì)水分處理裝置15的內(nèi)部的燃料氣體氣體密封功能。
假如在承水部46使凝集水31的水枯竭，由于水分去除裝置15的內(nèi)部的燃料氣體的壓力的作用，第1水通路配管32內(nèi)部的配管水34被壓出，水分去除裝置15的內(nèi)部通過第1水通路配管32與大氣連通。
在這里，假如確定了水分去除裝置15的承水部46的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及第1水通路配管32的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，就求第1水通路配管32的容積(V1)，一意地決定貯存與該V1相等的最低限度的容積所對(duì)應(yīng)的總水量所需要的凝集水31的水位31f的下限31d的位置。
當(dāng)然，在這種情況下，也可以假定相當(dāng)于總水量的容積(V2)＝第1水通路配管32的容積(V1)，根據(jù)從該總水量減去作為配管水34使用的水量推定的凝集水31的推定水量所相當(dāng)?shù)娜莘e，決定上述下限31d的位置，但是也可以從使凝集水31的水量有余地，簡單地求下限31d的考慮出發(fā)，假定(相當(dāng)于凝集水31的下限31d的水量的容積)＝第1水通路配管32的容積(V1)，根據(jù)該容積可以決定凝集水31的下限31d的位置。
還有，在本實(shí)施形態(tài)2中，對(duì)于80cc的第1水通路配管32的內(nèi)容積(V1)，決定其水位31的下限31d的位置，以便能夠確保滯留于承水部46的凝集水31的水量至少為120cc，利用水位檢測器33對(duì)該位置進(jìn)行檢測，根據(jù)水位檢測器33輸出的檢測信號(hào)，控制裝置10對(duì)如下所述的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作進(jìn)行控制。
還有，水分去除裝置15的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、放熱片43、以及燃料氣體出入口40、41由于與圖2所示的結(jié)構(gòu)相同，省略其說明。
下面對(duì)與第1水通路配管32和水位檢測器33相關(guān)的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先，對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的通常運(yùn)行時(shí)(發(fā)電時(shí))的動(dòng)作進(jìn)行說明，但是與已經(jīng)在實(shí)施形態(tài)1中說明過的內(nèi)容重復(fù)的動(dòng)作省略其說明。
燃料電池系統(tǒng)100通常運(yùn)行時(shí)如果水分去除裝置的內(nèi)壓為一定的壓力(P1)，則第1水通路配管32內(nèi)的配管水34的水位34f如圖3所示，由于水分去除裝置15的內(nèi)壓P1與大氣壓P0的壓差，通過第1水通路配管的內(nèi)部向開放端32u上升，在一定位置上靜止。
可是，由于利用水分去除裝置15將燃料氣體中含有的水分逐步去除，與凝集水31的水位31f的上升連動(dòng)，配管水34的水位34f繼續(xù)上升，但是在這里，忽略這樣的水位上升的影響以謀求說明的簡化。
這樣，在水分去除裝置15的內(nèi)壓P1相對(duì)于大氣壓P0為正壓的狀態(tài)下，借助于內(nèi)壓P1與大氣壓P0的壓差，一邊將凝集水31的一部分作為配管水34引向第1水通路配管32的內(nèi)部，一邊使第1水通路配管32內(nèi)部的配管水34的水位34f相對(duì)于凝集水31的水位31f上升。更詳細(xì)地說，凝集水31的水量減少與借助于上述壓差(P1-P0)從承水部46向第1水通路配管32壓送的配管水34的水量相當(dāng)?shù)姆蓊~，另一方面，第1水通路配管32內(nèi)的配管水34的水位34f，由于向承水部46中殘留的凝集水31的水位31f上方延伸，因此凝集水31的水位31f與配管水34的水位34f的水位差產(chǎn)生的壓力與上述壓差(P1-P2)平衡，使配管水34的水位34f能夠在一定的位置上靜止。
還有，在水分去除裝置15的內(nèi)壓P1顯示設(shè)想的最大值2kPa的情況下，形成配管水34的水位34f與凝集水31的水位31f的水位差保持于約200mm的狀態(tài)，在水分去除裝置15的內(nèi)壓P1顯示出最大值時(shí)，凝集水31的水位31f下降到最低在規(guī)定水位位置靜止。
在這里，由于這樣的水分去除裝置15的內(nèi)壓，凝集水31的水位31f下降到最低的水位位置本來因某一凝集水31的水量而變化，但是也可以將該水位位置控制為保持于已經(jīng)說明的凝集水31的水位位置31f的下限31d的上方。這樣能夠可靠確保第1水通路配管32的氣體密封功能。
具體地說，在燃料電池系統(tǒng)100運(yùn)行時(shí)(提供原料氣體時(shí))的全部期間，為了將凝集水31的水位31f維持于該下限31d以上，利用控制裝置10如下所述對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作進(jìn)行控制。
控制裝置10根據(jù)有無水位檢測器33的檢測信號(hào)，對(duì)根據(jù)第1水通路配管32內(nèi)的容積V1導(dǎo)出的凝集水31的水位31f的下限進(jìn)行監(jiān)視。也就是說，水位檢測器33在凝集水31的水位31f達(dá)到其下限31d時(shí)，向控制裝置10輸出檢測信號(hào)，另一方面控制裝置10根據(jù)該檢測信號(hào)判斷原料氣體供給器19是否繼續(xù)提供原料氣體。
更詳細(xì)地說，在水位檢測器33檢測凝集水31的水位31f的下限31d，將其作為檢測信號(hào)向控制裝置10輸出時(shí)，在該時(shí)刻控制裝置10判斷為達(dá)到其下限31b，暫時(shí)關(guān)閉原料氣體供給器19的開閉用電磁閥使原料氣體的供應(yīng)停止。其后凝集水31的水量增加，在其水位31f超過其下限31d的時(shí)刻，控制裝置10打開原料氣體供給器19的開閉用電磁閥，再度提供原料氣體。
也就是說，如果將凝集水31的水位31f保持于比凝集水31的水位31f的下限31d上方，則打開原料氣體供給器19的開閉用電磁閥繼續(xù)提供原料氣體，如果水位31f保持于其下限以下，則原料氣體供給器19的開閉用電磁閥關(guān)閉，停止原料氣體供應(yīng)。利用這樣的方法能夠防止發(fā)生在水分去除裝置15內(nèi)部水枯竭的狀態(tài)下繼續(xù)提供原料氣體進(jìn)行發(fā)電的情況。
下面對(duì)停電停止時(shí)由于發(fā)生不測事態(tài)在燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部某處發(fā)生異常燃燒的情況下的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作進(jìn)行說明。
燃料電池系統(tǒng)100停電時(shí)，與實(shí)施形態(tài)1一樣，對(duì)將燃料電池12得到的直流電變換為交流電的變換器14的電力負(fù)荷系統(tǒng)的輸出自動(dòng)停止，同時(shí)也停止空氣鼓風(fēng)機(jī)13以及燃料風(fēng)扇21的動(dòng)作。同時(shí)如上所述，迅速將原料氣體供給器19的開閉用電磁閥以及氣體配管開閉閥18關(guān)閉，因此能夠恰當(dāng)?shù)乜刂迫紵?6近旁的燃料氣體異常燃燒的發(fā)生，阻止異常燃燒的擴(kuò)大。
為此，這樣的燃料電池系統(tǒng)100的內(nèi)部被保持于密閉狀態(tài)，因此萬一燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部某一個(gè)地方發(fā)生燃料氣體異常燃燒，就可能在燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部引起急劇的壓力上升。
因此，為了能夠恰當(dāng)應(yīng)對(duì)這樣的異常燃燒氣體造成的燃料電池系統(tǒng)100的內(nèi)壓的急劇上升，在通常運(yùn)行時(shí)起氣體密封部作用的第1水通路配管32反之起著使由于氣體配管開閉閥18的關(guān)閉，氣流被遮斷的氣體、例如上述燃燒氣體引起的壓力向外部(大氣中)釋放的安全閥(氣壓釋放機(jī)構(gòu))的作用。
更具體地說，因這樣的燃燒氣體而造成的急劇上升的壓力，使得滯留于承水部46的凝集水31以及第1水通路配管32內(nèi)的配管水34向外部噴出。這樣一來，其后水分去除裝置15的內(nèi)部通過第1水通路配管32與大氣連通，因此第1水通路配管32起著氣體壓力釋放通路的作用。從而，例如燃料電池12的內(nèi)部的異常燃燒氣體經(jīng)由燃料氣體回流配管105，暫時(shí)流向水分去除裝置15內(nèi)部，其后燃燒氣體通過第1水通路配管32向大氣中放出。這樣，燃料電池系統(tǒng)100的內(nèi)部高壓狀態(tài)迅速得到解除，能夠使該內(nèi)壓迅速下降到大氣壓水平。
還有，為了確認(rèn)這樣的第1水通路配管32的氣體壓力釋放效果，在將燃料電池系統(tǒng)加以密封的狀態(tài)下(具體地說，在將原料氣體供給器19的開閉用電磁閥與氣體配管開閉閥18關(guān)閉的狀態(tài)下)，進(jìn)行有意使燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部的燃料氣體燃燒這樣的異常燃燒發(fā)生試驗(yàn)，對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的各接頭以及各密封部等的破損情況進(jìn)行確認(rèn)，沒有發(fā)現(xiàn)其任何地方有異常。
如果采用如上所述的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作，則即使是水分去除裝置15的燃料氣體內(nèi)壓發(fā)生變動(dòng)，也能夠一邊用第1水通路配管32內(nèi)存在的配管水34的上下運(yùn)動(dòng)抵消該內(nèi)壓變動(dòng)一邊利用第1水通路配管32可靠地將燃料氣體密封于水分去除裝置15內(nèi)部。
特別是由于利用控制裝置10一邊將凝集水31的水位31f保持于比其下限31d上方一邊對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)行進(jìn)行控制，所以能夠阻止在其運(yùn)行期間(正在提供原料氣體時(shí))發(fā)生凝集水31枯竭的狀況，借助于此，能夠可靠防止燃料氣體向大氣中放出。
又，在停電等緊急停止時(shí)，由于燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部的燃料氣體發(fā)生異常燃燒，即使是其內(nèi)壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上述最大壓力(2kPa)急劇上升，也能夠通過第1水通路配管32使燃料氣體燃燒發(fā)生的燃燒氣體與凝集水31(配管水34)一起迅速向大氣中釋放，第1水通路配管32即使是停電時(shí)沒有輔助電源也能夠起作用的，氣體壓力釋放機(jī)構(gòu)的作用特別是如果采用這樣的利用水密封的氣體壓力釋放機(jī)構(gòu)，則與已有的橡膠密封的氣體壓力釋放閥相比，即使是噴出壓力(設(shè)定值)低也能夠謀求穩(wěn)定的密封。
實(shí)施形態(tài)3圖4是說明實(shí)施形態(tài)3的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
在實(shí)施形態(tài)2已經(jīng)對(duì)在承水部46滯留的凝集水31的水位31f的下限31d進(jìn)行了說明，而在實(shí)施形態(tài)3中，則敘述凝集水31的水位31f位于比該下限31d下方時(shí)，對(duì)其迅速應(yīng)對(duì)的應(yīng)對(duì)策略(恢復(fù)策略)。
實(shí)施形態(tài)3的燃料電池系統(tǒng)100主要由預(yù)先貯存規(guī)定量以上的水的水箱122、連通承水部46內(nèi)部與水箱122內(nèi)部的通水管構(gòu)成的第2水通路配管120、以及配置于第2水通路配管120中途的水配管開閉閥121構(gòu)成。
又，由外部的水供給手段(未圖示)對(duì)水箱122內(nèi)部適當(dāng)提供貯存水123，因此貯存水123的水位123f保持于比通常在承水部46滯留的凝集水31的水位31f的下限31d(在實(shí)施形態(tài)2中從第1水通路配管32的內(nèi)部容積(V1)導(dǎo)出的水位)上方的位置上。
這樣，如果由于燃料電池系統(tǒng)100在長期保管中凝集水31減少等原因，凝集水31的水位31f處于其下限31d以下，則水配管開閉閥121被打開，從水箱122向承水部46補(bǔ)充水，直到凝集水31的水位31f超過其下限31d。
在該實(shí)施形態(tài)3中，利用控制裝置10控制貯存水123的水位123f，以將貯存水123的水位123f保持于比凝集水31的水位31f下限31d高220mm的上方。
又，水配管開閉閥121只要是在常態(tài)下能夠打開第2水通路配管120的常開型開閉閥即可，更詳細(xì)地說，用在通電時(shí)關(guān)閉第2水通路配管120，而且在通電停止時(shí)打開第2水通路配管120的開閉用電磁閥構(gòu)成。
這樣，即使是發(fā)生停電等不測事態(tài)的情況下，水配管開閉閥121也不需要輔助電源自動(dòng)打開閥門，在凝集水31不足時(shí)就能夠從水箱122向承水部46不斷補(bǔ)充水分。
還有，除了第2水通路配管120、水配管開閉閥121、以及水箱122以外，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1和實(shí)施形態(tài)2中說明的相同，因此省略有關(guān)這些部分的說明。
下面對(duì)涉及水配管開閉閥121和水箱122的燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作進(jìn)行敘述。
在燃料電池系統(tǒng)100的通常運(yùn)行(發(fā)電動(dòng)作)中，控制裝置10根據(jù)水位檢測器33輸出的檢測信號(hào)，監(jiān)視承水部46的凝集水31的水位31f是否高于作為凝集水31的閾值已經(jīng)說明的從第1水通路配管32的內(nèi)容積(V1)導(dǎo)出的下限31d。
然后，如果凝集水31的水位31f位于其下限31d上方，則控制裝置10使水配管開閉閥121保持關(guān)閉狀態(tài)，不將水箱122貯藏的貯存水123補(bǔ)充給承水部46，使燃料電池系統(tǒng)100依然繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)。
另一方面，如果凝集水31的水位31f位于其下限31d以下，則暫時(shí)停止用原料氣體供給器19提供原料氣體(燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)行停止)，其后打開水配管開閉閥121，使水箱122的貯存水123的一部分流向承水部46補(bǔ)充水，有效地使凝集水31的水量增加。
然后，在凝集水31的水位31f超過其下限31d的時(shí)刻，控制裝置10關(guān)閉水配管開閉閥121，停止對(duì)凝集水31補(bǔ)充水，同時(shí)再度開始用原料氣體供給器19提供原料氣體，使燃料電池系統(tǒng)100回到通常的運(yùn)行動(dòng)作(發(fā)電動(dòng)作)中。
這樣，在使燃料電池系統(tǒng)100運(yùn)行的期間(正在提供原料氣體的期間)，能夠使承水部46的凝集水31的水位31f適當(dāng)保持在高于其下限31d的水位，能夠充分保持相對(duì)于水分去除裝置15的水枯竭有足夠的余地的凝集水31的水量，能夠可靠防止燃料氣體通過水分去除裝置15的水出口部42向外部泄漏。
同時(shí)，控制裝置10一邊監(jiān)視凝集水31的水位31f一邊判斷有無原料氣體的供給，同時(shí)在凝集水31不足的情況下，能夠迅速地從水箱122補(bǔ)充水，以使能夠謀求燃料電池系統(tǒng)100運(yùn)行的高效率化。
還有，迄今為止根據(jù)凝集水31的水位31f對(duì)利用控制裝置10控制燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)行這樣的形態(tài)進(jìn)行了說明，但是也可以在控制裝置10檢測出隨著這樣的動(dòng)作發(fā)生的例如水位檢測器33的短路或斷線等故障時(shí)，控制裝置10也可以使利用原料氣體供給器19停止原料氣體的供給。
根據(jù)上面所述，對(duì)于本行業(yè)的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的許多改良和其他實(shí)施形態(tài)是清楚的。從而上述說明只應(yīng)該被解釋為例示，是為了將執(zhí)行本發(fā)明的最佳實(shí)施形態(tài)向本行業(yè)的普通技術(shù)人員示教的目的而提供的。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，其結(jié)構(gòu)和/或功能的細(xì)節(jié)實(shí)際上能夠改變。
工業(yè)應(yīng)用性如果采用本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)在由于停電等不測事態(tài)而緊急停止時(shí)能夠?qū)嵤┣‘?dāng)而且迅速的停止動(dòng)作，作為例如家庭用的發(fā)電系統(tǒng)是有用的。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備消耗燃料氣體進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)具有流出在所述發(fā)電中未被消耗的燃料氣體的出口孔的燃料電池、去除通過所述出口孔輸送的燃料氣體中包含的水分的水分去除裝置、配置于所述水分去除裝置的下游側(cè)，燃燒所述燃料氣體的燃燒器、以及使連通所述水分去除裝置與所述燃燒器的配管開閉的氣體配管開閉閥；在所述發(fā)電停止時(shí)所述氣體配管開閉閥關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備從原料氣體與水蒸汽生成所述燃料氣體的燃料處理器，在所述燃燒器中使所述燃料氣體燃燒，將以此生成的熱提供給所述燃料處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體配管開閉閥是在常態(tài)下實(shí)施將所述配管關(guān)閉的動(dòng)作的常閉型開閉閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體配管開閉閥是在通電停止時(shí)將所述配管關(guān)閉的電磁閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，形成在所述氣體配管開閉閥上游具有在所述發(fā)電停止時(shí)關(guān)閉所述氣體配管開閉閥以被遮擋氣流的氣體釋放氣壓的機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述水分去除裝置具備具有使所述燃料氣體流通的區(qū)域的熱交換部、以及滯留所述燃料氣體中包含的水分生成的凝集水的承水部，利用所述熱交換部的熱交換使所述燃料氣體冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在使所述燃料氣體流通的區(qū)域配置擋板，利用所述擋板使所述燃料氣體減速。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備檢測在所述承水部滯留的凝集水的水位的水位檢測器以及控制裝置，根據(jù)所述水位檢測器輸出的檢測信號(hào)，所述控制裝置對(duì)所述凝集水的水位進(jìn)行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備與所述承水部連通，同時(shí)形成在所述水分去除裝置的內(nèi)壓相對(duì)于大氣壓為正壓的狀態(tài)下在所述凝集水的水位的上方對(duì)大氣開放的開放端地延伸的第1水通路配管，借助于所述內(nèi)壓與大氣壓的壓差，一邊將所述凝集水的一部分引向所述第1水通路配管的內(nèi)部作為配管水，所述第1水通路配管內(nèi)在的配管水的水位一邊相對(duì)于所述凝集水的水位上升。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述水分去除裝置具備具有使所述燃料氣體流通的區(qū)域的熱交換部、滯留所述燃料氣體中包含的水分生成的凝集水的承水部、與所述承水部連通，同時(shí)形成在所述水分去除裝置的內(nèi)壓相對(duì)于大氣壓為正壓的狀態(tài)下在所述凝集水的水位的上方對(duì)大氣開放的開放端地延伸的第1水通路配管；所述第1水通路配管作為所述氣體壓力排放機(jī)構(gòu)起作用。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述凝集水的水位保持于從所述第1水通路配管的內(nèi)部容積導(dǎo)出的所述水位的下限上方。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，相當(dāng)于所述凝集水的水量與所述配管水的水量之和的水量的容積比所述第1水通路配管的內(nèi)容積大。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備貯存水的水箱、連通所述承水部與所述水箱的第2水通路配管、以及開閉所述第2水通路配管的水配管開閉閥，通過打開所述水配管開閉閥，控制所述承水部滯留的凝集水的水位與所述水箱貯存的水的水位，使水從所述水箱向所述承水部流動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述水配管開閉閥是在常態(tài)下動(dòng)作，將所述第2水通路配管打開的常開型開閉閥。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述水配管開閉閥是在通電停止時(shí)將所述第2水通路配管打開的電磁閥。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備從原料氣體與水蒸汽生成所述燃料氣體的燃料處理器、對(duì)所述燃燒器提供所述原料氣體的原料氣體供給器、具有使通過所述出口孔送出的燃料氣體中含有的水分生成的凝集水滯留的承水部的水分去除裝置、檢測所述凝集水的水位的水位檢測器、以及控制裝置，所述水位檢測器檢測所述凝集水的水位的下限，并將其作為檢測信號(hào)輸出到所述控制裝置，所述控制裝置根據(jù)所述檢測信號(hào)，判斷是否用所述原料氣體供給器提供原料氣體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備與所述承水部連通，同時(shí)形成在所述水分去除裝置的內(nèi)壓相對(duì)于大氣壓為正壓的狀態(tài)下在所述凝集水的水位的上方對(duì)大氣開放的開放端地延伸的第1水通路配管，所述水位檢測器檢測出的所述下限從所述第1水通路配管的內(nèi)容積導(dǎo)出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述水位在所述下限以下的狀態(tài)下，所述控制裝置使用所述原料氣體供給器進(jìn)行的原料氣體供給停止。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備貯存水的水箱、連通所述承水部與所述水箱的第2水通路配管、以及開閉所述第2水通路配管的水配管開閉閥，所述控制裝置至少在所述水位超過所述下限之前打開所述水配管開閉閥，通過所述第2水通路配管將所述水箱貯存的水向所述水承水部補(bǔ)給。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述水位超過所述下限的時(shí)刻，所述控制裝置關(guān)閉所述水配管開閉閥，同時(shí)用所述原料氣體供給器提供原料氣體。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供沒用輔助電源和不活潑氣體(氮?dú)?，因停電等不測事態(tài)而停止時(shí)能夠?qū)嵤┖线m而且迅速的停止動(dòng)作的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)(100)具備消耗燃料氣體進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)具有流出燃料氣體的出口孔(104)的燃料電池(12)、去除通過出口孔(104)輸送的燃料氣體中包含的水分的水分去除裝置(15)、配置于水分去除裝置(15)的下游側(cè)，燃燒燃料氣體的燃燒器(16)、以及使連通水分去除裝置(15)與燃燒器(16)的配管(106)開閉的氣體配管開閉閥(18)；在發(fā)電停止時(shí)氣體配管開閉閥(18)關(guān)閉。
文檔編號(hào)H01M8/06GK1973394SQ200580021030
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者小原英夫, 尾關(guān)正高, 中村彰成, 田中良和, 保田繁樹, 西川隆 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社