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)明涉及一種包括固體電解質(zhì)型燃料電池(a solid-oxide fuelcell)單電池 的燃料電池系統(tǒng)(a fuel cell system)。
背景技術(shù)：
以往，作為這種燃料電池系統(tǒng)公知有下述燃料電池系統(tǒng)。其為使固體電解質(zhì)型燃 料電池單電池構(gòu)成為無(wú)底或有底的筒形，通過(guò)在該燃料電池(the fuel cell)單電池的 內(nèi)側(cè)或外側(cè)通入包含氫的燃料氣體(fuel gas)，同時(shí)在相反側(cè)通入氧化劑氣體(oxidant gas)(空氣)，來(lái)進(jìn)行發(fā)電反應(yīng)。燃料氣體是重整城市煤氣(utility gas)這種包含烴 (hydrocarbon)的燃料氣體而得到的。該重整是在重整器(a reformer)中進(jìn)行的，該重整 是所謂的水蒸氣重整。作為在重整器中進(jìn)行水蒸氣重整的燃料電池系統(tǒng)，例如在日本國(guó)特 開(kāi)2008-53209號(hào)公報(bào)中公開(kāi)有它的一個(gè)例子。在日本國(guó)特開(kāi)2008-53209號(hào)公報(bào)中公開(kāi)有如下技術(shù)。在重整器的上游設(shè)置泵并 向重整器供給水(水蒸氣)。在重整器中，使用該水(水蒸氣)和包含烴的燃料氣體來(lái)引發(fā) 水蒸氣重整反應(yīng)(以下也稱為SR)，獲得重整后的燃料氣體?？墒?，S0FC發(fā)電效率高，而使用的燃料氣體較少即可。因此，具有只需向重整器供 給非常少的氣體和水蒸氣即可的優(yōu)點(diǎn)。例如，在上述的SR中，所需的水量為每分鐘約8ml
左右o在此，著眼于包括S0FC的燃料電池系統(tǒng)特有的起動(dòng)方法。由于上述的SR是吸熱 反應(yīng)，所以如果在起動(dòng)初始立即進(jìn)行SR則包括S0FC的模塊的溫度不會(huì)上升，無(wú)法上升至穩(wěn) 定的運(yùn)行溫度。因而，在起動(dòng)初始僅向重整器送入空氣和氣體，進(jìn)行作為發(fā)熱反應(yīng)的部分氧 化重整反應(yīng)(以下也稱為P0X)。如果比較P0X和SR，則由于SR的氫產(chǎn)生效率高，所以要求隨著S0FC的溫度上升而 逐漸轉(zhuǎn)向SR。因而，如果著眼于向重整器供給的水量，則需要從完全不使用水的狀態(tài)順暢 地轉(zhuǎn)向每分鐘約8ml的供水。在這種轉(zhuǎn)移過(guò)程中，還有進(jìn)行兼用P0X和SR的自熱重整反應(yīng) (以下也稱為ATR)的情況。鑒于上述的情況，優(yōu)選從盡可能少的量逐漸增加向重整器供給的水量。但是實(shí)際 上進(jìn)行這種供水是極為困難的。包括S0FC的燃料電池系統(tǒng)是如上所述的高效的燃料電池 系統(tǒng)，溫度變得非常高(約700°C)。因此，在一次起動(dòng)并停止后再起動(dòng)時(shí)，向重整器供水的 供水管的溫度變高，該供水管內(nèi)的水已蒸發(fā)的可能性很高。如此很難在處于完全無(wú)水狀態(tài) 的供水管中準(zhǔn)確地供給少量的水。為了準(zhǔn)確地供給少量的水，需要用于檢測(cè)這種微量的水的高靈敏度傳感器。但是， 如果為了檢測(cè)微量的水而使用高靈敏度傳感器，則還會(huì)檢測(cè)到水流動(dòng)前的空氣流動(dòng)，從而 變得無(wú)法檢測(cè)出準(zhǔn)確的水量。而且，在費(fèi)用等方面也非常難于采用。另一方面，如果使用通常實(shí)用的低靈敏度傳感器，則不會(huì)檢測(cè)到這種空氣的流動(dòng)。 相反，當(dāng)流過(guò)測(cè)定極限下限附近的微量的水時(shí)，則切實(shí)地對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)是極為困難的。這是因?yàn)樵谕耆珱](méi)有水流或完全沒(méi)有水的狀態(tài)下，傳感器的檢測(cè)機(jī)構(gòu)(例如齒輪或葉輪)處于 靜止。由于在靜止?fàn)顟B(tài)下在檢測(cè)機(jī)構(gòu)內(nèi)作用有較大的靜摩擦系數(shù)，所以即使過(guò)于微量的水 流動(dòng)也不能克服摩擦等的摩擦力，從而檢測(cè)機(jī)構(gòu)不進(jìn)行動(dòng)作的可能性較高。因此，在從冷卻 狀態(tài)(未升溫的狀態(tài))進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)的初期，檢測(cè)尤為困難。上述研討的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)即使是能夠檢測(cè)到穩(wěn)定地流過(guò)了規(guī)定量的水的傳 感器，在始動(dòng)狀態(tài)下也很難切實(shí)地檢測(cè)到該規(guī)定量的水流。如此，如果對(duì)無(wú)法切實(shí)地檢測(cè)到 向重整器供給的水量這一情況置之不理，則有可能引起水不足或過(guò)量供水。當(dāng)水不足時(shí)，存 在重整器中發(fā)生碳析出從而損壞燃料電池單電池或催化劑的情況。當(dāng)水較多時(shí)，存在包括 燃料電池單電池的模塊的溫度無(wú)法上升，從而無(wú)法進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，其為包括 S0FC的燃料電池系統(tǒng)，能夠在轉(zhuǎn)入水蒸氣重整反應(yīng)的階段準(zhǔn)確地供給少量的水，能夠順利 地從部分氧化重整反應(yīng)轉(zhuǎn)入水蒸氣重整反應(yīng)。為了解決上述課題，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)是包括具有固體電解質(zhì)型燃料電池單 電池的燃料電池模塊的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池模塊具有燃料電池單電池和進(jìn)行向該燃料 電池單電池供給的燃料氣體的水蒸氣重整的重整器。燃料電池系統(tǒng)具備用于向重整器供水 的供水部件和控制供水部件的控制部件。供水部件具有貯存向重整器供給的水的貯水箱、 向重整器壓送貯存在貯水箱中的水的泵、對(duì)由泵向重整器供給的水量進(jìn)行檢測(cè)的流量檢測(cè) 部件。控制部件至少在起動(dòng)時(shí)，在使泵從停止?fàn)顟B(tài)切換至壓送狀態(tài)并開(kāi)始水的壓送時(shí)，在進(jìn) 行與通?？刂茣r(shí)相比使泵的供水能力在規(guī)定時(shí)間內(nèi)較高的開(kāi)始運(yùn)行控制之后，轉(zhuǎn)入通常控 制。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)在使從貯水箱向重整器壓送水的泵從停止?fàn)顟B(tài)切換至壓 送狀態(tài)并開(kāi)始?jí)核蜁r(shí)，進(jìn)行與通?？刂茣r(shí)相比使泵的供水能力在規(guī)定時(shí)間內(nèi)較高的開(kāi)始運(yùn) 行控制。通過(guò)該開(kāi)始運(yùn)行控制，即使流量檢測(cè)部件處于靜止?fàn)顟B(tài)，也能夠通過(guò)提高泵的供水 能力而使流量檢測(cè)部件切實(shí)地進(jìn)行動(dòng)作，從而切實(shí)地解除靜止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)部件的 傳感檢測(cè)。而且，即使在貯水箱至重整器之間的管路的水蒸發(fā)，該管路處于無(wú)水的狀態(tài)下， 也能夠通過(guò)以水從泵切實(shí)地到達(dá)流量檢測(cè)部件的形式?jīng)Q定規(guī)定時(shí)間，來(lái)切實(shí)地使流量檢測(cè) 部件進(jìn)行動(dòng)作。而且，由于在貯水箱至重整器之間的管路處于無(wú)水狀態(tài)的情況下，該無(wú)水狀 態(tài)的管路部分成為緩沖區(qū)域，所以即使在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提高泵的供水能力，也不會(huì)向重整器 供給過(guò)量的水。因而在本發(fā)明中，即使是在從泵至重整器的管路的水蒸發(fā)的情況下，也能夠利用 該管路的無(wú)水狀態(tài)而暫時(shí)地提高泵的供水能力。而且，能夠防止向重整器供給過(guò)量的水或 水的供給不足，可準(zhǔn)確并切實(shí)地向重整器供給少量的水。結(jié)果能夠避免流量檢測(cè)部件無(wú)法 檢測(cè)出從泵向重整器供水的事態(tài)，可準(zhǔn)確并切實(shí)地向SR或ATR這樣的使用水蒸氣的重整反 應(yīng)供給所需的水，從而防止重整器或單電池發(fā)生故障。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)優(yōu)選在起動(dòng)時(shí)，使重整器中的重整反應(yīng)從P0X開(kāi)始，并從 ATR轉(zhuǎn)入SR，控制部件在該ATR開(kāi)始時(shí)執(zhí)行開(kāi)始運(yùn)行控制。在從P0X開(kāi)始并經(jīng)由ATR轉(zhuǎn)入SR時(shí)，P0X中所需的水量為0，在SR中所需的水量為每分鐘約8ml左右。在其間的ATR中需要將水量控制在每分鐘0ml至8ml之間。在本發(fā) 明的該優(yōu)選的方式中，由于在ATR開(kāi)始時(shí)執(zhí)行開(kāi)始運(yùn)行控制，所以能夠準(zhǔn)確并切實(shí)地供給 每分鐘8ml以下的少量的水，可防止重整器或單電池發(fā)生故障。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)優(yōu)選ATR包括向重整器供給的水量為第1量的第1自熱重 整反應(yīng)(以下也稱為第1ATR)和當(dāng)重整器的溫度變?yōu)橐?guī)定溫度以上時(shí)接著第1ATR進(jìn)行的 反應(yīng)即向重整器供給的水量為比第1量多的第2量的第2自熱重整反應(yīng)(以下也稱為第 2ATR)，控制部件在第1ATR開(kāi)始時(shí)執(zhí)行開(kāi)始運(yùn)行控制。在該優(yōu)選的方式中，將ATR分為第1ATR和第2ATR，由于使第1ATR中的重整器的 溫度低于第2ATR中的重整器的溫度，所以在第1ATR中處于催化劑活性低的狀態(tài)。如此，在 催化劑活性低的低溫區(qū)域執(zhí)行第1ATR時(shí)，需要比在第2ATR中向重整器供給的第2量的水 少的第1量的水。尤其是在第1ATR的開(kāi)始時(shí)，優(yōu)選例如向重整器供給每分鐘1ml這樣的極 少量的水。利用上述的本發(fā)明的開(kāi)始運(yùn)行控制，向重整器供給極少量的每分鐘1ml左右的 水。如此，通過(guò)在P0X之后的第1ATR中向重整器穩(wěn)定地供給極少量的水，能夠防止重整器 或單電池發(fā)生故障從而實(shí)現(xiàn)順暢的重整反應(yīng)的轉(zhuǎn)入。換言之，通過(guò)發(fā)現(xiàn)能夠準(zhǔn)確地供給每 分鐘1ml左右的微量的水的本發(fā)明，在重整器的升溫不充分的ATR轉(zhuǎn)入時(shí)，設(shè)有第1ATR和 第2ATR這樣的階段。而且，由于設(shè)置水非常少的第1ATR，能夠在此準(zhǔn)確地供水，所以能夠在 起動(dòng)時(shí)進(jìn)行穩(wěn)定的升溫，還能實(shí)現(xiàn)防止對(duì)單電池的影響并縮短起動(dòng)時(shí)間。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)優(yōu)選控制部件在執(zhí)行開(kāi)始運(yùn)行控制時(shí)，在根據(jù)流量檢測(cè)部 件的檢測(cè)結(jié)果判斷出已從泵向重整器壓送了水之后轉(zhuǎn)入通?？刂啤Ｔ诒景l(fā)明中，在開(kāi)始運(yùn)行控制中使泵的供水能力高于通?？刂茣r(shí)，以較強(qiáng)的壓送 力向重整器輸送水。因而，即使在流量檢測(cè)部件在冷卻狀態(tài)(未升溫的狀態(tài))的初期因靜 摩擦系數(shù)較大等原因而緊固附著難于進(jìn)行動(dòng)作的狀態(tài)下，也能夠通過(guò)由泵的較強(qiáng)的壓送所 產(chǎn)生的空氣或水的較強(qiáng)的來(lái)勢(shì)來(lái)強(qiáng)制地使流量檢測(cè)部件進(jìn)行動(dòng)作。能夠切實(shí)地解除流量檢 測(cè)部件的緊固附著從而成為動(dòng)作狀態(tài)。由此，在發(fā)出流量檢測(cè)部件的動(dòng)作信號(hào)后，能夠正確 地確認(rèn)向管路供給的水的流量檢測(cè)。在此后的通?？刂浦校词故菢O少量的水也能夠相信 流量檢測(cè)部件的信號(hào)從而進(jìn)行正確的控制。 本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)優(yōu)選控制部件在判斷出已從泵向重整器壓送水之后，抑制 泵的供水能力，使向重整器供給的空氣量降低，轉(zhuǎn)入通常控制。在該優(yōu)選的方式中，在判斷出從泵向重整器壓送水之后，降低泵的供水能力使向 重整器供給的水量成為所期望的極少量的水量，使向重整器供給的空氣量降低。因而，能夠 使重整器中的空氣量的降低時(shí)刻和極少量的供水時(shí)刻準(zhǔn)確地同步，能夠切實(shí)地防止發(fā)生碳 析出。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)優(yōu)選開(kāi)始運(yùn)行控制是使泵的供水能力成為最大限的控制。在該優(yōu)選的方式中，能夠通過(guò)在開(kāi)始運(yùn)行控制中使泵的供水能力成為最大限，來(lái) 切實(shí)地驅(qū)動(dòng)流量檢測(cè)部件，從而更準(zhǔn)確并切實(shí)地向重整器輸送少量的水。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的特征為，泵位于貯水箱上方，并配置為接近包括燃料電 池單電池的燃料電池模塊側(cè)。在該優(yōu)選的方式中，通過(guò)使泵位于貯水箱上方并配置為接近燃料電池模塊側(cè)，能 夠縮短從泵至重整器的管路長(zhǎng)度。能夠使重整器中的空氣量的降低時(shí)刻和極少量的供水時(shí)刻進(jìn)一步準(zhǔn)確地同步。而且，通過(guò)在貯水箱和重整器之間存在泵，使泵配置在貯水箱上方， 能夠由泵擋住從貯水箱至重整器之間的配管中的水的蒸發(fā)。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的整體構(gòu)成的示意結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的控制構(gòu)成的框圖。圖3是表示圖1所示的燃料電池系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的各部溫度或各部控制電壓的曲線 圖。圖4是表示在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中向燃料電池模塊供水的部分的構(gòu)成的示 意結(jié)構(gòu)圖。圖5是用于說(shuō)明在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中轉(zhuǎn)入自熱重整反應(yīng)的控制的流程 圖。圖6是表示在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中向燃料電池模塊供水時(shí)的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。為了容易理解說(shuō)明，在各附圖中對(duì) 同一構(gòu)成要素盡可能地賦予同一符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示作為一 個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)FCS的整體構(gòu)成的示意結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，燃料電池系統(tǒng)FCS 具備燃料電池模塊FCM、輔助設(shè)備單元ADU、貯水箱WP2、溫水制造裝置冊(cè)。首先，對(duì)燃料電池模塊FCM進(jìn)行說(shuō)明。燃料電池模塊FCM具備燃料電池FC、重整器 RF、控制箱CB、一氧化碳檢測(cè)器COD、可燃?xì)怏w檢測(cè)器GDI。燃料電池FC是固體電解質(zhì)型燃 料電池，具備發(fā)電室FC1和燃燒室FC2。在發(fā)電室FC1中配置有多根單電池(a singlecell) CE。單電池CE夾著電解質(zhì)設(shè)置有燃料極和空氣極，構(gòu)成為通過(guò)在燃料極側(cè)通入燃料氣體， 在空氣極側(cè)通入作為氧化劑氣體的空氣而能夠引起發(fā)電反應(yīng)。本實(shí)施方式的燃料電池FC是固體電解質(zhì)型燃料電池。作為構(gòu)成電解質(zhì)的材料例 如使用摻雜有從Y、Sc等稀土類元素中選擇的至少一種元素的氧化鋯、摻雜有從稀土類元 素中選擇的至少一種元素的二氧化鈰、摻雜有從Sr、Mg中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭這 樣的氧離子導(dǎo)電性氧化物。作為構(gòu)成燃料極的材料例如使用M和摻雜有從Ca或Y、Sc等稀土類元素中選擇 的至少一種元素的氧化鋯的混合體、Ni和摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二 氧化鈰的混合體、Ni和摻雜有從Sr、Mg、Co、Fe、Cu中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭的混合 體這樣的材料。作為構(gòu)成空氣極的材料例如使用摻雜有從Sr、Ca中選擇的至少一種元素的錳酸 鑭、摻雜有從Sr、Co、Ni、Cu中選擇的至少一種元素的鐵酸鑭、摻雜有從Sr、Fe、Ni、Cu中選 擇的至少一種元素的鈷酸鑭、銀這樣的材料。但是，構(gòu)成電解質(zhì)、燃料極及空氣極的材料并 不局限于此。發(fā)電室FC1所發(fā)的電通過(guò)電力取出線EP1作為發(fā)電電力被取出并被利用。燃燒室 FC2是使通過(guò)配置在發(fā)電室FC1中的多個(gè)單電池CE而在發(fā)電反應(yīng)中利用的剩余燃料氣體
6燃燒的部分。燃料氣體在燃燒室FC2中燃燒的結(jié)果所產(chǎn)生的排放氣體在與重整器RF進(jìn)行 熱交換之后被供給溫水制造裝置冊(cè)。被供給溫水制造裝置HW的排放氣體進(jìn)一步進(jìn)行熱交 換，在使自來(lái)水升溫成為溫水后向外部排出。重整器RF是將作為重整對(duì)象的氣體(以下稱為被重整氣體)重整為燃料氣體， 并向燃料電池FC的發(fā)電室FC1供給的部分。作為氣體的重整方式存在部分氧化重整反應(yīng) (P0X ；Partial OxidationReforming) > g^M^SiS (ATR ；Auto Thermal Reforming) >/jC 蒸氣重整反應(yīng)(SR;Steam Reforming)。上述重整方式根據(jù)運(yùn)行狀況有選擇地被執(zhí)行(在 后面詳細(xì)說(shuō)明)。重整器RF具備重整部RF1和蒸發(fā)部RF2。蒸發(fā)部RF2是使從輔助設(shè)備單元ADU側(cè)供給的純水蒸發(fā)為水蒸氣，向重整部RF1 供給該水蒸氣的部分。重整部RF1是使用從輔助設(shè)備單元ADU側(cè)供給的被重整氣體、空氣 及從蒸發(fā)部RF2供給的水蒸氣將氣體重整為燃料氣體的部分。在重整部RF1中封入有重整 催化劑。作為重整催化劑適合使用在氧化鋁的球體表面賦予鎳的物質(zhì)、在氧化鋁的球體表 面賦予釕的物質(zhì)。本實(shí)施方式的情況中這些重整催化劑為球體?？刂葡銫B將燃料電池系統(tǒng)控制部收容在其內(nèi)部，并設(shè)置有操作裝置、顯示裝置、 警報(bào)裝置。在后面說(shuō)明燃料電池系統(tǒng)控制部、操作裝置、顯示裝置、警報(bào)裝置。一氧化碳檢測(cè)器C0D是用于檢測(cè)是否剩余的燃料氣體在燃料電池模塊FCM的燃燒 室FC2中發(fā)生不完全燃燒，而在燃料電池模塊FCM內(nèi)產(chǎn)生一氧化碳的傳感器?？扇?xì)怏w檢 測(cè)器GDI是用于檢測(cè)是否剩余的燃料氣體在燃料電池模塊FCM的燃燒室FC2中未燃燒完， 而在燃料電池模塊FCM內(nèi)產(chǎn)生所謂粗氣體的傳感器。下面，對(duì)輔助設(shè)備單元ADU進(jìn)行說(shuō)明。輔助設(shè)備單元ADU是具備用于向燃料電池 模塊FCM供給水、被重整氣體及空氣的輔助設(shè)備的單元。輔助設(shè)備單元ADU具備(1)作為 空氣供給部，包括空氣鼓風(fēng)機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥等的流量調(diào)節(jié)單元API及電磁閥AP2 ;(2)作為燃 料供給部，包括燃料泵、流量調(diào)節(jié)閥等的流量調(diào)節(jié)單元FP1、脫硫器FP2、氣體截止閥FP4及 氣體截止閥FP5 ;(3)作為供水部，包括水泵、流量調(diào)節(jié)閥等的流量調(diào)節(jié)單元WP1 ； (4)以及 可燃?xì)怏w檢測(cè)器GD2。從外部的空氣供給源供給來(lái)的空氣在電磁閥AP2關(guān)閉時(shí)不供給流量調(diào)節(jié)單元 APla、APlb，而在電磁閥AP2打開(kāi)時(shí)供給流量調(diào)節(jié)單元APla、APlb。由流量調(diào)節(jié)單元APla 調(diào)節(jié)了流量的空氣作為重整用空氣通過(guò)加熱器AH1被加熱，被供給與被重整氣體的混合部 MV。由流量調(diào)節(jié)單元APlb調(diào)節(jié)了流量的空氣作為發(fā)電用空氣通過(guò)加熱器AH2被加熱，被供 給燃料電池模塊FCM的發(fā)電室FC1。向發(fā)電室FC1供給的發(fā)電用空氣被供給單電池CE的空 氣極。從外部的燃料供給源供給來(lái)的烴氣通過(guò)二連電磁閥即氣體截止閥FP4及氣體截 止閥FP5控制其流入。如果氣體截止閥FP4、FP5的任意一個(gè)都打開(kāi)，則烴氣被供給脫硫器 FP2，如果氣體截止閥FP4、FP5的任意一個(gè)關(guān)閉，則烴氣被截止。向脫硫器FP2供給的烴氣 除去硫磺成分成為被重整氣體，被供給流量調(diào)節(jié)單元FP1。由流量調(diào)節(jié)單元FP1調(diào)節(jié)了流量 的重整用氣體被供給與重整用空氣的混合部MV。在混合部MV中混合的重整用氣體和重整 用空氣被供給燃料電池模塊FCM的重整器RF。從外部的供水源供給來(lái)的自來(lái)水在成為純水后貯存在貯水箱WP2中。貯存在貯水 箱WP2中的純水通過(guò)流量調(diào)節(jié)單元WP1調(diào)節(jié)流量并向燃料電池模塊FCM的重整器RF供給。
可燃?xì)怏w檢測(cè)器GD2是用于檢測(cè)在作為燃料供給部的系統(tǒng)即氣體截止閥FP5、氣 體截止閥FP4、脫硫器FP2、流量調(diào)節(jié)單元FP1中是否發(fā)生了氣體泄漏即所謂的向外部放出 了粗氣體的傳感器。下面，參照?qǐng)D2對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)FCS的控制構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖2是 表示燃料電池系統(tǒng)FCS的控制構(gòu)成的框圖。如圖2所示，燃料電池系統(tǒng)FCS具備燃料電池 模塊FCM、向燃料電池模塊FCM供給空氣的空氣供給部AP、向燃料電池模塊FCM供給作為燃 料氣體的被重整氣體的燃料供給部FP、向燃料電池模塊FCM供水的供水部WP、從燃料電池 模塊FCM取出電力的電力取出部EP。空氣供給部AP、燃料供給部FP、供水部WP、電力取出 部EP收容在輔助設(shè)備單元ADU中。根據(jù)從燃料電池系統(tǒng)控制部CS輸出的控制信號(hào)控制燃料電池模塊FCM、空氣供給 部AP、燃料供給部FP、供水部WP及電力取出部EP。燃料電池系統(tǒng)控制部CS由CPU、R0M及 RAM這樣的存儲(chǔ)器、以及用于收發(fā)控制信號(hào)或傳感器信號(hào)的接口構(gòu)成。在燃料電池系統(tǒng)控制 部CS上安裝有操作裝置CS1、顯示裝置CS2及警報(bào)裝置CS3。從操作裝置CS1輸入的操作指示信號(hào)輸出至系統(tǒng)控制部CS。系統(tǒng)控制部CS根據(jù) 該操作指示信號(hào)控制燃料電池模塊FCM等。系統(tǒng)控制部CS控制的信息或規(guī)定的警報(bào)信息 輸出至顯示裝置CS2及警報(bào)裝置CS3。操作裝置CS1、顯示裝置CS2及警報(bào)裝置CS3的具體 硬件構(gòu)成并未特別限定，可根據(jù)所需的功能選擇最合適的硬件構(gòu)成。作為一個(gè)例子，作為操作裝置CS1使用鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏這樣的硬件。作為顯示 裝置CS2使用CRT顯示器、液晶顯示器這樣的顯示類硬件。作為警報(bào)裝置CS3使用揚(yáng)聲器、 亮燈器這樣的硬件。系統(tǒng)控制部CS收容在控制箱CB中。而且，操作裝置CS1、顯示裝置 CS2、警報(bào)裝置CS3被收容在未圖示的箱中配置于室內(nèi)。從設(shè)置于燃料電池系統(tǒng)FCS各位置的傳感器向系統(tǒng)控制部CS輸出傳感器信號(hào)。 作為向系統(tǒng)控制部CS輸出信號(hào)的傳感器，設(shè)置有重整器溫度傳感器DS1、電堆溫度傳感器 DS2、排氣溫度傳感器DS3、重整器壓力傳感器DS4、水位傳感器DS5、水流量傳感器DS6、燃 料流量傳感器DS7、重整用空氣流量傳感器DS8、發(fā)電用空氣流量傳感器DS9、電力狀態(tài)檢測(cè) 部DS10、熱水貯存狀態(tài)檢測(cè)傳感器DS11、一氧化碳檢測(cè)傳感器DS12、可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器 DS13。重整器溫度傳感器DS1是用于測(cè)定重整器RF的溫度的傳感器，在本實(shí)施方式的情 況中設(shè)置有2個(gè)。電堆溫度傳感器DS2是用于測(cè)定配置于發(fā)電室FC1的單電池CE的溫度 的傳感器，配置在由多個(gè)單電池CE構(gòu)成的燃料電池電堆附近。排氣溫度傳感器DS3是用于測(cè)定從燃燒室FC2排出的排放氣體的溫度的傳感器， 配置在從燃燒室FC2經(jīng)過(guò)重整器RF附近直至溫水制造裝置冊(cè)的路徑上。重整器壓力傳感 器DS4是用于測(cè)定重整器RF內(nèi)的壓力的傳感器。另外，雖然在此是由傳感器測(cè)定重整器RF 內(nèi)的壓力，但是也可以在重整器RF之前的部分中檢測(cè)混合燃料和水的部分的壓力。水位傳感器DS5是用于測(cè)定貯水箱WP2的水位的傳感器，在本實(shí)施方式的情況中 設(shè)置有4個(gè)。水流量傳感器DS6是用于測(cè)定從輔助設(shè)備單元ADU向燃料電池模塊FCM供給 的純水的流量的傳感器。燃料流量傳感器DS7是用于測(cè)定從輔助設(shè)備單元ADU向燃料電池 模塊FCM供給的被重整氣體的流量的傳感器。空氣流量傳感器DS8是用于測(cè)定從輔助設(shè)備單元ADU向燃料電池模塊FCM的重整
8器RF供給的重整用空氣的流量的傳感器?？諝饬髁總鞲衅鱀S9是用于測(cè)定從輔助設(shè)備單 元ADU向燃料電池模塊FCM供給的發(fā)電用空氣的流量的傳感器。電力狀態(tài)檢測(cè)部DS10是傳感部件的集合體，是檢測(cè)從燃料電池模塊FCM取出的發(fā) 電電力的狀態(tài)的部分。熱水貯存狀態(tài)檢測(cè)傳感器DS11是傳感部件的集合體，是檢測(cè)溫水制 造裝置HW的熱水貯存狀態(tài)的部分。一氧化碳檢測(cè)傳感器DS 12是一氧化碳檢測(cè)器COD所具備的傳感器，是檢測(cè)燃料 電池模塊FCM內(nèi)的一氧化碳向殼體內(nèi)泄漏的傳感器?？扇?xì)怏w檢測(cè)傳感器DS13是可燃?xì)?體檢測(cè)器GDI、GD2所具備的傳感器，是檢測(cè)燃料電池模塊FCM及輔助設(shè)備模塊ADU內(nèi)的可 燃?xì)怏w泄漏的傳感器。下面，參照?qǐng)D3對(duì)燃料電池系統(tǒng)FCS起動(dòng)時(shí)(起動(dòng)模式)的各種重整反應(yīng)的轉(zhuǎn)換 進(jìn)行說(shuō)明。圖3是表示燃料電池系統(tǒng)FCS起動(dòng)時(shí)的各部溫度或各部控制電壓的曲線圖。在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)FCS的起動(dòng)模式中，在依次轉(zhuǎn)換燃燒運(yùn)行、部分氧 化重整反應(yīng)P0X、第1自熱重整反應(yīng)ATR1、第2自熱重整反應(yīng)ATR2、水蒸氣重整反應(yīng)SR的同 時(shí)進(jìn)行重整反應(yīng)。在說(shuō)明圖3之前，先對(duì)各重整反應(yīng)進(jìn)行說(shuō)明。P0X是向重整器RF供給被重整氣體和空氣而進(jìn)行的重整反應(yīng)，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)式 (1)所示的反應(yīng)。CmHn+x02 — aC02+bC0+cH2 (1)由于POX是發(fā)熱反應(yīng)所以起動(dòng)性高，在燃料電池系統(tǒng)FCS的起動(dòng)初始是適合的重 整反應(yīng)。但是，P0X的氫收率在理論上較少，而控制發(fā)熱反應(yīng)也較難。如果僅在需要向燃料 電池模塊FCM供熱的起動(dòng)初始階段中加以利用則是理想的重整反應(yīng)。另外，如果僅著眼于 P0X,則較高地設(shè)定空速。例如在分割形成重整器RF來(lái)設(shè)置P0X專用的重整器時(shí)，能夠使該 專用的重整器小型化。SR是向重整器RF供給被重整氣體和水蒸氣而進(jìn)行的重整反應(yīng)，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)式 ⑵所示的反應(yīng)。CmHn+xH20 — aC02+bC0+cH2 (2)SR是氫收率最高的高效反應(yīng)。但是，由于SR是吸熱反應(yīng)所以需要熱源，在與燃料 電池系統(tǒng)FCS的起動(dòng)初始階段相比溫度有一定程度升高的階段中是合適的重整反應(yīng)。另 外，如果僅著眼于SR，則由于較低地設(shè)定空速，所以重整器RF存在大型化的傾向。由第1ATR1及第2ATR2構(gòu)成的ATR是P0X和SR的中間的重整反應(yīng)，是向重整器RF 供給被重整氣體、空氣和水蒸氣而進(jìn)行的重整反應(yīng)，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)式(3)所示的反應(yīng)。CmHn+x02+yH20 — aC02+bC0+cH2 (3)ATR的氫收率處于POX和SR的中間，容易取得反應(yīng)熱平衡，作為連接P0X和SR的 反應(yīng)是合適的重整反應(yīng)。在本實(shí)施方式的情況下，先少量供水，進(jìn)行更接近P0X的第1ATR1， 然后在溫度上升之后增加供水，進(jìn)行更接近SR的第2ATR2。返回圖3，對(duì)燃料電池系統(tǒng)FCS的起動(dòng)模式進(jìn)行說(shuō)明。圖3在橫軸上采用起動(dòng)開(kāi) 始后的經(jīng)過(guò)時(shí)間，在左縱軸上采用各部的溫度。由于是控制電壓所以沒(méi)有賦予特別的刻度。 用于供給重整用空氣的流量調(diào)節(jié)單元APla所包括的重整用空氣鼓風(fēng)機(jī)的控制電壓、用于 供給發(fā)電用空氣的流量調(diào)節(jié)單元APlb所包括的發(fā)電用空氣鼓風(fēng)機(jī)的控制電壓、用于供給 被重整氣體的流量調(diào)節(jié)單元FP1所包括的燃料泵的控制電壓、及用于供給純水的流量調(diào)節(jié)單元WP1所包括的水泵的控制電壓以越位于圖中的上方則電壓越高(供給量增加)的形式 進(jìn)行表示。圖3中示出重整器RF的溫度、由多個(gè)單電池CE構(gòu)成的的電堆溫度、燃燒室FC2的 溫度(根據(jù)重整器RF的溫度等估計(jì))、流量調(diào)節(jié)單元APla所包括的重整用空氣鼓風(fēng)機(jī)的控 制電壓、流量調(diào)節(jié)單元APlb所包括的發(fā)電用空氣鼓風(fēng)機(jī)的控制電壓、流量調(diào)節(jié)單元FP1所 包括的燃料泵的控制電壓、流量調(diào)節(jié)單元WP1所包括的水泵的控制電壓。首先，控制流量調(diào)節(jié)單元APla、電磁閥AP2、加熱器AH1及混合部MV來(lái)增加重整用 空氣，并向重整器RF供給空氣。而且，控制流量調(diào)節(jié)單元FP1、氣體截止閥FP4、FP5及混合 部MV來(lái)增加被重整氣體的供給，并向重整器RF供給氣體。如此，供給空氣和被重整氣體，通過(guò)點(diǎn)火器點(diǎn)火從而執(zhí)行燃燒運(yùn)行(另外，根據(jù)條 件通過(guò)自燃點(diǎn)火從而執(zhí)行燃燒運(yùn)行)。此時(shí)向重整器RF供給的重整用空氣的流量為每分鐘 10. 0L (升)，向重整器RF供給的被重整氣體的流量為每分鐘6. 0L。而且，在起動(dòng)模式整體 過(guò)程中，以向發(fā)電室FC1供給的發(fā)電用空氣的流量為每分鐘100. 0L的形式控制流量調(diào)節(jié)單 元APlb。在發(fā)電室FC1上方的燃燒室FC2中，經(jīng)由重整器RF的燃料氣體和發(fā)電用空氣混合 燃燒，燃燒室FC2的溫度逐漸上升。接下來(lái)，在重整器RF的溫度達(dá)到300°C左右時(shí)重整器RF處于可進(jìn)行P0X運(yùn)行的 狀態(tài)。在達(dá)到300°C左右時(shí)自然而然地進(jìn)行P0X。由于P0X是發(fā)熱反應(yīng)，所以各部的溫度上 升。開(kāi)始P0X并經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后，進(jìn)一步增加重整用空氣的供給量從而深入進(jìn)行P0X。具體 為，向重整器RF供給的重整用空氣的流量為每分鐘18. 0L,向重整器RF供給的被重整氣體 的流量為每分鐘5. 0L。接下來(lái)，以重整器RF的溫度達(dá)到600oC以上，并且由單電池CE構(gòu)成的電堆的溫度 超過(guò)約250oC為條件，轉(zhuǎn)向第1ATR1。在第1ATR1中，向重整器RF供給的重整用空氣的流量 減少至每分鐘8. 0L,向重整器RF供給的被重整氣體的流量保持每分鐘5. 0L。而且，向重整 器RF供給每分鐘1. 0ml的極微量的純水。ATR是混合P0X和SR的反應(yīng)，由于可取得熱量?jī)?nèi)部平衡，所以在重整器RF內(nèi)可熱 量自足并進(jìn)行反應(yīng)。而且，第1ATR1是空氣較多的接近P0X的反應(yīng)，是發(fā)熱占支配地位的反 應(yīng)。另外，在第1ATR1中，由單電池CE構(gòu)成的電堆的溫度為約250°C至約400°C。接下來(lái)，以重整器RF的溫度達(dá)到600°C以上，并且由單電池CE構(gòu)成的電堆的溫度 超過(guò)約400°C為條件，轉(zhuǎn)向第2ATR2。在第2ATR2中，向重整器RF供給的重整用空氣的流量 減少至每分鐘4. 0L,向重整器RF供給的被重整氣體的流量也減少至每分鐘4. 0L。而且，向 重整器RF供給每分鐘3. 0ml的微量的純水。由于第2ATR2的空氣較少而水較多，所以是接近SR的反應(yīng)，是吸熱占支配地位的 反應(yīng)。但是，由于表示發(fā)電室FC 1內(nèi)的溫度的電堆溫度超過(guò)了約400oC，所以即使吸熱反 應(yīng)占支配地位也不會(huì)導(dǎo)致大幅度的溫度降低。另外，在第2ATR2中，蒸發(fā)部RF2的溫度在約 100oC以上。接下來(lái)，以重整器RF的溫度達(dá)到650oC以上，并且由單電池CE構(gòu)成的電堆的溫度 超過(guò)約600oC為條件，轉(zhuǎn)向SR。在SR中，截止向重整器RF供給的重整用空氣，向重整器RF 供給的被重整氣體的流量減少至每分鐘3. 0L。而且，向重整器RF供給每分鐘8. 0ml的純 水。
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由于該SR是吸熱反應(yīng)，所以在通過(guò)來(lái)自燃燒室FC2的燃燒熱量取得熱平衡的同時(shí) 進(jìn)行反應(yīng)。在該階段中，由于已經(jīng)是起動(dòng)的最終階段，所以發(fā)電室FC1內(nèi)升溫至足夠的高 溫，因此即使吸熱反應(yīng)為主體也不會(huì)導(dǎo)致大幅度的溫度降低。而且，即使進(jìn)行SR，在燃燒室 FC2中也持續(xù)保持燃燒反應(yīng)。如上所述，由于按照點(diǎn)火至燃燒工序的進(jìn)行來(lái)切換重整工序，因此發(fā)電室FC1內(nèi) 的溫度逐漸上升。如果發(fā)電室FC1內(nèi)的溫度(電堆的溫度)達(dá)到比使燃料電池模塊FCM穩(wěn) 定地工作的額定溫度(約700oC)低的規(guī)定發(fā)電溫度，則關(guān)閉包括燃料電池模塊FCM的電 路。由此，燃料電池模塊FCM開(kāi)始發(fā)電，電流能夠在電路中流動(dòng)并向外部供電。通過(guò)單電池 CE的發(fā)電，單電池CE自身也發(fā)熱，進(jìn)而單電池CE的溫度上升。結(jié)果使燃料電池模塊FCM工 作的額定溫度達(dá)到例如700至800oC。此后，為了保持額定溫度，供給比單電池CE中消耗的燃料氣體(通過(guò)重整器RF重 整被重整氣體而供給的氣體)及空氣的量多的量的燃料氣體及空氣，使燃燒室FC2中的燃 燒持續(xù)。另外，在發(fā)電中以重整效率高的SR進(jìn)行發(fā)電。雖然SR自身嚴(yán)格來(lái)說(shuō)在400oC至 800oC左右進(jìn)行，但是在與單電池CE的組合中設(shè)定為在500oC至700oC左右進(jìn)行反應(yīng)。在本實(shí)施方式中，在圖3所示的第1ATR1開(kāi)始時(shí)，向重整器RF供給每分鐘1ml這 樣的極微量的水。參照?qǐng)D4對(duì)用于準(zhǔn)確地供給如此微量的水的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖 4是模式化表示從圖1所示的貯水箱WP2經(jīng)由流量調(diào)節(jié)單元WP1直至燃料電池模塊FCM的 配管路徑的圖。如圖4所示，貯水箱WP2具備第1水箱WP2a和第2水箱WP2b。在第1水箱WP2a 上連接有供給上水的供水管10。在供水管10上設(shè)置有電磁閥101，能夠通過(guò)開(kāi)閉電磁閥 101向第1水箱WP2a供給上水或停止供給上水。第1水箱WP2a配置為能夠接收在溫水制 造裝置冊(cè)的換熱器冊(cè)1上結(jié)露的水。因而，第1水箱WP2a能夠貯存在溫水制造裝置冊(cè)的 換熱器HW1上結(jié)露的水，同時(shí)在水量不足時(shí)從供水管10補(bǔ)給水。在第1水箱WP2a上設(shè)置 有加熱器HI，構(gòu)成為防止第1水箱WP2a內(nèi)的水凍結(jié)。在連接第1水箱WP2a和第2水箱WP2b的管路11上設(shè)置有泵111和反浸透膜20。 泵111能夠從第1水箱WP2a向第2水箱WP2b送入每分鐘1L的水。由于通過(guò)泵111經(jīng)由 反浸透膜20向第2水箱WP2b側(cè)壓入水，所以經(jīng)過(guò)反浸透膜20的水變?yōu)榧兯①A存在第2 水箱WP2b中。在第2水箱WP2b上設(shè)置有加熱器H2，構(gòu)成為防止第2水箱WP2b內(nèi)的水凍結(jié)。在連接第2水箱WP2b和燃料電池模塊FCM的管路13上設(shè)置有脈沖泵131和水流 量傳感器DS6。因而，管路13由從第2水箱WP2b至脈沖泵131的管路13a、從脈沖泵131至 水流量傳感器DS6的管路13b、從水流量傳感器DS6至燃料電池模塊FCM的管路13c構(gòu)成。 在管路13a的第2水箱WP2b附近設(shè)置有加熱器H3，構(gòu)成為防止管路13a內(nèi)的水尤其是離開(kāi) 燃料電池模塊FCM的位置的水凍結(jié)。脈沖泵131是以可輸送每分鐘1ml至10ml的水的形式構(gòu)成的脈沖泵。水流量傳 感器DS6是能夠檢測(cè)每分鐘1ml至10ml的水流的傳感器。如參照?qǐng)D3說(shuō)明的那樣，在本實(shí) 施方式中細(xì)微地控制對(duì)重整器RF的供水。尤其是在轉(zhuǎn)入第1ATR1時(shí)輸送每分鐘1ml這樣 的極少量的水。參照?qǐng)D5對(duì)轉(zhuǎn)入第1ATR1時(shí)的控制進(jìn)行說(shuō)明。圖5是表示轉(zhuǎn)入第1自熱重整反應(yīng)ATR1時(shí)的控制方法的流程圖。在圖5的說(shuō)明中，標(biāo)志F為“0”時(shí)表示進(jìn)行第1ATR1的通常 控制，為“1”時(shí)表示進(jìn)行第1ATR1的開(kāi)始運(yùn)行控制，為“2”時(shí)表示供水系統(tǒng)發(fā)生了異常，為 “3”時(shí)表示水流量傳感器DS6發(fā)生了異常。在步驟S01中判斷標(biāo)志F是否為“ 1 ”。如果標(biāo)志F為“ 1 ”則進(jìn)入步驟S06的處理， 如果標(biāo)志F不為“1”則進(jìn)入步驟S02的處理。在步驟S02中，測(cè)定重整器RF的溫度及由單 電池CE構(gòu)成的電堆的溫度。在步驟S02之后的步驟S03中，判斷重整器RF的溫度及電堆的溫度是否成為轉(zhuǎn)入 第1ATR1的溫度，根據(jù)該判斷的結(jié)果判斷是否是轉(zhuǎn)入第1ATR1的時(shí)機(jī)。具體為，重整器RF 的溫度變?yōu)榧s600°C以上且由單電池CE構(gòu)成的電堆的溫度超過(guò)約250°C為判斷基準(zhǔn)。如果 未成為轉(zhuǎn)入第1ATR1的時(shí)機(jī)則返回，如果成為轉(zhuǎn)入時(shí)機(jī)則進(jìn)入步驟S04的處理。在步驟S04中，通過(guò)重整器壓力傳感器DS4開(kāi)始監(jiān)測(cè)重整器RF內(nèi)的壓力P。在步 驟S04之后的步驟S05中，通過(guò)水流量傳感器DS6開(kāi)始監(jiān)測(cè)管路13c的水流。在步驟S05之后的步驟S06中，僅在預(yù)先確定的規(guī)定時(shí)間內(nèi)以脈沖泵131的輸送 流量變?yōu)樽畲?每分鐘10ml)的形式進(jìn)行控制。通常通過(guò)以脈沖泵131的輸送流量變?yōu)樽?大的形式進(jìn)行控制來(lái)向重整器RF內(nèi)供水。在步驟S06之后的步驟S07中，在經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后控制供給能力以便脈沖泵131 的輸送流量變?yōu)榈?ATR1中的通常流量。另外，雖然在此使脈沖泵131的輸送流量為最大， 但是并不局限于此，也可以是接近最大的較高值。例如，即使是每分鐘8ml左右也沒(méi)有問(wèn)題。在此，參照?qǐng)D6對(duì)開(kāi)始向重整器RF內(nèi)供水時(shí)的重整器RF內(nèi)的壓力變化進(jìn)行說(shuō)明。 圖6是分別表示從P0X至SR的燃料泵控制電壓、重整空氣鼓風(fēng)機(jī)控制電壓、發(fā)電空氣鼓風(fēng) 機(jī)控制電壓、脈沖泵131的控制電壓、重整器RF內(nèi)的壓力的圖。在圖6中，燃料泵控制電壓、 重整空氣鼓風(fēng)機(jī)控制電壓、及發(fā)電空氣鼓風(fēng)機(jī)控制電壓與圖3所示的相同。脈沖泵131的控制電壓在從P0X轉(zhuǎn)入第1ATR1時(shí)被控制為成為最大值(上述的步 驟S06)。成為該最大值的控制(開(kāi)始運(yùn)行控制)是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的極短的瞬間的控制(上 述的步驟S07，圖6中的虛線區(qū)域A)，并立刻轉(zhuǎn)入供給通常水量(每分鐘1ml)的控制(通 常控制)，以每分鐘1ml的水量向重整器RF內(nèi)間斷地輸送水。另外，這里所說(shuō)的瞬間的時(shí)間依存于如上所述的從脈沖泵131至燃料電池模塊 FCM的配管13，尤其是配管13c的長(zhǎng)度，換言之依存于配管13內(nèi)的水蒸發(fā)了多少的構(gòu)成。 由于還受脈沖泵131可排出空氣的壓送能力的影響，所以不用說(shuō)可以是幾秒，也可以是幾 十秒。在本發(fā)明人的驗(yàn)證中，還存在優(yōu)選在較長(zhǎng)的情況下進(jìn)行80秒左右開(kāi)始運(yùn)行控制的情 況。如圖4所示，從脈沖泵131至燃料電池模塊FCM至少存在管路13b及管路13c。因 而，即便使脈沖泵131的供給水量瞬間地作為最大水量，也不是說(shuō)相當(dāng)于每分鐘10ml的水 量到達(dá)了燃料電池模塊FCM。由于管路13c內(nèi)的水因蒸發(fā)而消失，所以僅是供給了較多的空 氣。目標(biāo)是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖泵131的最大供給時(shí)間，控制為使量稍微多于每分鐘1ml程度的 水量實(shí)際到達(dá)燃料電池模塊FCM。由此可防止因過(guò)量供水所導(dǎo)致的重整器RF的溫度下降從而避免妨礙轉(zhuǎn)入ATR。由 于從水流量傳感器DS6至燃料電池模塊FCM還存在管路13c，所以對(duì)于水流量傳感器DS6，在單位時(shí)間內(nèi)的供給脈沖數(shù)增多。較多的空氣或較多的水流起作用，而且由于空氣或水的 來(lái)勢(shì)也增大，所以能夠解除水流量傳感器DS6的前述的緊固附著而變?yōu)閯?dòng)作狀態(tài)。另一方 面，設(shè)法通過(guò)管路13c的存在，使該來(lái)勢(shì)大的水無(wú)法到達(dá)重整器RF。如此，在本實(shí)施方式中，對(duì)從脈沖泵131至燃料電池模塊FCM的管路13b、13c及從 水流量傳感器DS6至燃料電池模塊FCM的管路13c具有規(guī)定長(zhǎng)度進(jìn)行了利用。以使脈沖泵 131的供給水量瞬間地成為最大水量的形式進(jìn)行控制，解除水流量傳感器DS6的緊固附著 等從而水流量傳感器DS6通過(guò)來(lái)勢(shì)大的水流轉(zhuǎn)入切實(shí)的動(dòng)作狀態(tài)。同時(shí)可防止向重整器RF 供給過(guò)量的水。而且，如圖6所示，著眼于重整器RF內(nèi)的壓力。在P0X時(shí)由于未進(jìn)水地進(jìn)行P0X， 所以處于一定程度壓力較高的狀態(tài)。隨著第1ATR1的開(kāi)始，通過(guò)脈沖泵131向重整器RF輸 送水時(shí)，如圖6的虛線區(qū)域B所示，重整器RF內(nèi)的壓力在降低的同時(shí)以短周期進(jìn)行變化。該降低及變化是因?yàn)橥ㄟ^(guò)脈沖泵131間斷地輸送每分鐘1ml這樣的微量的水而產(chǎn) 生的。雖然在微量的水蒸發(fā)時(shí)重整器RF內(nèi)的壓力上升，但是由于水是微量的所以在接下來(lái) 的瞬間由蒸發(fā)引起的壓力上升立刻消失從而降低。由于重復(fù)該狀態(tài)，所以壓力在較短的周 期內(nèi)發(fā)生變化。換言之，著眼于重整器RF內(nèi)的壓力變化，反而可以利用由脈沖泵131間斷地輸送 水這樣的不理想的狀態(tài)。利用如果未供水則壓力P不發(fā)生變化，而如果實(shí)際上向重整器RF 內(nèi)供水則發(fā)生變化這一現(xiàn)象來(lái)判斷是否真的向重整器RF內(nèi)輸送了水。判斷是否真的向重 整器RF內(nèi)輸送了水在以往是困難性非常高的，但是本發(fā)明可以解決該課題。由此，不會(huì)輸 送多余的水而可以最恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行重整用空氣的減量與供水開(kāi)始的匹配。返回圖5繼續(xù)說(shuō)明。在步驟S08中，判斷重整器RF內(nèi)的壓力P在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的變 化量是否超過(guò)了規(guī)定量P0。如果重整器RF內(nèi)的壓力P的變化量超過(guò)了規(guī)定量P0，則進(jìn)入 步驟S09的處理。如果重整器RF內(nèi)的壓力P的變化量未超過(guò)規(guī)定量P0，則進(jìn)入步驟S12的 處理。在步驟S09中，判斷水流量傳感器DS6的測(cè)定流量Q是否超過(guò)了規(guī)定量Q0。如果 水流量傳感器DS6的測(cè)定流量Q超過(guò)了規(guī)定量Q0，則判斷為水流量傳感器DS6承受來(lái)勢(shì)大 的供水動(dòng)作而正確地進(jìn)行了動(dòng)作，并進(jìn)入步驟S10的處理。如果水流量傳感器DS6的測(cè)定 流量Q未超過(guò)規(guī)定量Q0，則進(jìn)入步驟S11的處理。在步驟S11中，作為水流量傳感器DS6處于異常而執(zhí)行供水系統(tǒng)異常處理。這是因 為雖然設(shè)想由于進(jìn)行了來(lái)勢(shì)大的供水而能夠切實(shí)地使水流量傳感器DS6處于動(dòng)作狀態(tài)，但 是水流量傳感器DS6還是沒(méi)有反應(yīng)。在步驟S08中，由于重整器RF內(nèi)的壓力P的變化量超 過(guò)了規(guī)定量P0，所以判斷為已向重整器RF內(nèi)供給了水。另一方面，在步驟S09中，判斷為水 流量傳感器DS6的測(cè)定流量Q未超過(guò)規(guī)定量Q0。推斷水流量傳感器DS6發(fā)生了某種異常。 因而，使標(biāo)志F為“3”并結(jié)束處理。另外，作為一個(gè)方式也可以考慮在使標(biāo)志F為“3”后， 不是立刻進(jìn)行異常停止而是持續(xù)某種暫時(shí)的運(yùn)行，等待水流量傳感器DS6從緊固附著狀態(tài) 復(fù)原。在步驟S10中，以輸送至重整器RF的空氣量變?yōu)閷?duì)應(yīng)于第1ATR1的量的形式進(jìn)行 控制。由于在P0X運(yùn)行中所需的重整空氣鼓風(fēng)機(jī)的流量在第1ATR1中變?yōu)檫^(guò)量，因此以輸 送的空氣量變?yōu)槊糠昼?ml的形式進(jìn)行減量控制并轉(zhuǎn)入第1ATR1。
在步驟S12中，判斷是否經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間。由于在步驟S08中判斷為重整器RF內(nèi)的 壓力P的變化量為規(guī)定量P0以下，所以如果該狀態(tài)已經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間，則認(rèn)為未由脈沖泵131 供給所需的水量。因而，如果在步驟S12中已經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間則進(jìn)入步驟S13的處理，而直至 經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間為止使標(biāo)志F為“1”并返回。如果在步驟S12中已經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間，則判斷為 未由脈沖泵131供給所需的水量。在步驟S13中，作為包括脈沖泵131的供水路徑發(fā)生了 某種異常，使標(biāo)志F為“2”并結(jié)束處理。
權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備具有固體電解質(zhì)型燃料電池單電池和進(jìn)行向所述燃料電池單電池供給的燃料氣體的水蒸氣重整的重整器的燃料電池模塊；用于向所述重整器供水的供水部件；及控制所述供水部件的控制部件，所述供水部件具有貯存向所述重整器供給的水的貯水箱；向所述重整器壓送貯存在所述貯水箱中的水的泵；及對(duì)由所述泵向所述重整器供給的水量進(jìn)行檢測(cè)的流量檢測(cè)部件，所述控制部件至少在起動(dòng)時(shí)，在使所述泵從停止?fàn)顟B(tài)切換至壓送狀態(tài)并開(kāi)始水的壓送時(shí)，在進(jìn)行與通?？刂茣r(shí)相比使所述泵的供水能力在規(guī)定時(shí)間內(nèi)較高的開(kāi)始運(yùn)行控制之后，轉(zhuǎn)入通常控制。
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，在起動(dòng)時(shí)，使所述重整器中的重整反應(yīng)從部分氧化重整反應(yīng)開(kāi)始，并從自熱重整反應(yīng) 轉(zhuǎn)入水蒸氣重整反應(yīng)，所述控制部件在所述自熱重整反應(yīng)開(kāi)始時(shí)執(zhí)行所述開(kāi)始運(yùn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述自熱重整反應(yīng)包括向所述重整器供給的水量為第1量的第1自熱重整反應(yīng)；及 當(dāng)所述重整器的溫度變?yōu)橐?guī)定溫度以上時(shí)接著所述第1自熱重整反應(yīng)進(jìn)行的反應(yīng)即向所 述重整器供給的水量為比所述第1量多的第2量的第2自熱重整反應(yīng)， 所述控制部件在所述第1自熱重整反應(yīng)開(kāi)始時(shí)執(zhí)行所述開(kāi)始運(yùn)行控制。
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，所述控制部件在執(zhí)行所述開(kāi)始運(yùn)行控制時(shí)，在根據(jù)所述流量檢測(cè)部件的檢測(cè)結(jié)果判斷 出已從所述泵向所述重整器壓送了水之后轉(zhuǎn)入所述通?？刂?。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部件在判斷出已從所述泵向所述重整器壓送水之后，抑制所述泵的供水能 力，使向所述重整器供給的空氣量降低，轉(zhuǎn)入所述通?？刂?。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述開(kāi)始運(yùn)行控制是使所述泵的供水能力成為最大限的控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述泵位于所述貯水箱上方，并配置為接近包括所述燃料電池單電池的燃料電池模塊側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，其能夠在轉(zhuǎn)入水蒸氣重整反應(yīng)的階段準(zhǔn)確地供給少量的水，能夠順暢地從部分氧化重整反應(yīng)轉(zhuǎn)入水蒸氣重整反應(yīng)。具體為，該燃料電池系統(tǒng)至少在起動(dòng)時(shí)，在使脈沖泵從停止?fàn)顟B(tài)切換至壓送狀態(tài)并開(kāi)始水的壓送時(shí)，在進(jìn)行與通?？刂茣r(shí)相比使脈沖泵的供水能力在規(guī)定時(shí)間內(nèi)較高的開(kāi)始運(yùn)行控制之后，轉(zhuǎn)入通?？刂?。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101853952SQ20101015459
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者中野清隆, 土屋勝久, 大江俊春, 川村昌之, 重住司 申請(qǐng)人:Toto株式會(huì)社