CN101057358A - 燃料电池*** - Google Patents

燃料电池*** Download PDF

Info

Publication number
CN101057358A
CN101057358A CNA2005800381924A CN200580038192A CN101057358A CN 101057358 A CN101057358 A CN 101057358A CN A2005800381924 A CNA2005800381924 A CN A2005800381924A CN 200580038192 A CN200580038192 A CN 200580038192A CN 101057358 A CN101057358 A CN 101057358A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
negative electrode
fuel cell
fuel
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2005800381924A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100524925C (zh
Inventor
尾关正高
中村彰成
小原英夫
田中良和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN101057358A publication Critical patent/CN101057358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100524925C publication Critical patent/CN100524925C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供抑制运行停止时燃料电池阳极的氧化劣化的燃料电池***。本发明的燃料电池***(39)具备使用提供给阳极(1a)的燃料气体中的氢和提供给阴极(1c)的氧化剂气体中的氧进行发电的燃料电池(1)以及使可燃气体燃烧的燃烧器(4)，发电停止后，对阴极(1c)充填可燃气体并使其保持，然后，从阴极(1c)排出可燃气体时使可燃气体在燃烧器(4)燃烧。

Description

燃料电池***
技术领域
本发明涉及燃料电池***，特别是涉及在发电停止之后充填于燃料电池阴极的可燃气体的处理。
背景技术
向来，作为燃料电池***的停止方法，已经提出了采用氮气等不活泼气体清洗燃料电池***的燃料气体路径中的可燃性气体的方法。但是，采用这样的不活泼气体的清洗方法中，必须另行设置氮气瓶、氩气瓶等供给设备，十分不便。
从而，就有各种各样的不使用上述不活泼气体进行清洗的停止方法被提出。例如，使用空气对燃料电池***的燃料气体路径内进行清洗的方法被提出。以下对其概要进行说明。
燃料电池***39如图5所示，主要由具备阳极1a和阴极1c的固体高分子电解质型燃料电池1、具有在作为发电原料气体的城市煤气和天然气中添加水使其重整生成富氢燃料气体的重整器(未图示)的燃料处理器2、对燃料处理器2内的重整器提供水的水供给装置3、对燃料处理器2内的重整器提供发电原料气体的原料气体供给装置6、使在燃料电池1的阳极1a中未消耗就排出的残余的燃料气体燃烧的燃烧器4、作为将含有氧气的氧化剂气体(空气)提供给燃料电池1然后排出到燃料电池1的外部的氧化剂气体供给手段的鼓风机5、以及在使燃料电池***39停止发电时提供对燃料处理器2内部进行清洗处理的空气的清洗用空气供给装置26构成。
而且该燃料电池***39是使作为燃料气体提供给燃料电池1的阳极1a的富氢的燃料气体、与作为含氧的氧化剂气体提供给其阴极1c的空气，在燃料电池1的内部进行反应以发电，在燃料电池***39停止时最后利用空气对燃料气体路径进行清洗。还借助于控制装置21对鼓风机5、原料气体供给装置6、水供给装置3、空气供给装置26等适当的进行控制，进行上述发电和停止处理。
具体地说，在燃料电池停止发电时，从水供给装置3对燃料处理器2内的重整器供水，利用所生成的水蒸气排出残留在燃料气体路径内部的含氢燃料气体，然后使空气从清洗用空气供给装置26流入，最后对燃料气体路径内部进行空气清洗(参照例如专利文献1)。
如果利用这样的燃料电池***39，比起在使燃料电池***39的发电停止时使氮气流入，并将经过燃料处理器2和燃料电池1的残留在这些设备内部的气体(燃料气体等)引入燃烧器4，而由该燃烧器4进行处理这样的已有的清洗处理方法，能够废除氮气贮存装置，并可以降低成本。而且在利用水蒸气排出燃料电池的氢气之后，通过对燃料电池内部提供空气，能够谋求防止水蒸气引起的路径的水滴腐蚀。
又，在上述停止方法之外，还有在发电停止时在燃料电池的阳极充填燃料气体(例如富氢的燃料气体)或发电原料气体(例如城市煤气或天然气)而不使其排出到外部，防止空气混入阳极，维持燃料电池的耐用性的方法(参照例如专利文献2)。
专利文献1：国际公开第01/97312号出版物
专利文献2：特开2003-282114号公报
发明内容
但是，固体高分子电解质型燃料电池的阳极通常使用铂和钌(Ru)的合金催化剂，如果像上述专利文献1所述的燃料电池***那样使阳极曝露与空气中，则要担心氧化环境引起催化剂性能劣化(氧化劣化)。从而，在燃料电池***发电停止时，以空气充填阳极并且加以保持的方法，从维持燃料电池的耐用性考虑是不理想的。
另一方面，如果是上述专利文献2所述的燃料电池***的停止方法，则似乎能够防止阳极的氧化劣化，但是在燃料电池***的发电停止之后，如果在阴极残留空气(氧气)，则通过多孔质固体高分子电解质膜的空气(氧气)向阳极移动，而要担心引起阳极氧化劣化的可能性。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于，提供抑制运行停止时的燃料电池的阳极的氧化劣化的燃料电池***。
又，本发明的目的在于，提供在充填于燃料电池的阳极的可燃气体排出时能够进行适当的废气处理(例如可燃气体燃烧处理)的燃料电池***。
为了解决上述课题，第1本发明的燃料电池***，其特征在于，具备使用提供给阳极的燃料气体中的氢和提供给阴极的氧化剂气体中的氧进行发电的燃料电池、以及使可燃气体燃烧的燃烧器，所述发电停止后，对所述阴极充填可燃气体并使其保持，然后，从所述阴极排出所述可燃气体时使所述可燃气体在所述燃烧器燃烧。
第2本发明的燃料电池***，其特征在于，具备对所述燃烧器提供燃烧气体的燃烧气体供给手段、以及对所述燃烧器提供燃烧空气的燃烧空气供给装置，所述燃烧空气供给装置相对于提供给所述燃烧器的所述可燃气体以及所述燃烧气体的至少其一构成的可燃性的气体，提供使所述燃烧器内部的空燃比为1以上的量的所述燃烧空气。
第3本发明的燃料电池***，其特征在于，形成能够将从所述燃料电池的阴极排出的气体提供给对所述燃烧器提供所述燃烧气体的路径上的结构。
第4本发明的燃料电池***，其特征在于，形成能够将从所述燃料电池的阴极排出的气体提供给对所述燃烧器提供所述燃烧空气的路径上的结构。
第5本发明的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的气体中的氧气流量与所述燃烧气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例低于所述可燃性气体与氧气的混合气基准的所述可燃性气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
第6本发明的燃料电池***，其特征在于，在使用空气作为所述氧化剂气体的情况下，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述空气与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的空气流量与所述燃烧气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例低于所述可燃性气体与所述空气的混合气基准的所述可燃性气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
第7本发明的燃料电池***，其特征在于，所述可燃性气体是氢气。
第8本发明的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的气体中的氧气流量与所述燃烧气体流量的总和，燃烧气体流量的比例低于所述燃烧气体与氧气的混合气基准的所述燃烧气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
第9本发明的燃料电池***，其特征在于，在使用空气作为所述氧化剂气体的情况下，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述空气与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的空气流量与所述燃烧气体流量的总和，燃烧气体流量的比例低于所述燃烧气体与所述空气的混合气基准的燃烧气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
第10本发明的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧空气的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的可燃性气体流量与所述燃烧空气流量的总和，可燃性气体流量的比例低于所述可燃性气体与空气的混合气基准的所述可燃性气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
第11本发明的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧空气的供给量，使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的气体流量与所述燃烧空气流量的总和，所述气体流量的比例低于所述气体流量与空气的混合气基准的所述阴极排出的气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
第12本发明的燃料电池***，其特征在于，开始发电动作时，通过对阴极提供氧化剂气体，排出可燃气体。
第13本发明的燃料电池***，其特征在于，具备具有从发电原料生成含氢的所述燃料气体的重整器的燃料处理器，所述燃烧器是对所述重整器进行加热的燃料处理燃烧器。
第14本发明的燃料电池***，其特征在于，具备能够提供氢气作为所述燃料电池的燃料气体的氢供给装置。
第15本发明的燃料电池***，其特征在于，所述燃烧气体是从所述燃料处理器排出的燃料气体或从所述燃料电池排出的残余燃料气体。
第16本发明的燃料电池***，其特征在于，所述燃烧气体是从所述氢供给装置排出的氢气或从所述燃料电池排出的残余氢气。
第17本发明的燃料电池***，其特征在于，存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，所述燃烧空气供给装置相对于在所述燃料处理燃烧器中的所述可燃气体与所述燃烧气体，提供使所述燃烧器内部的空燃比为1以上的量的空气。
第18本发明的燃料电池***，其特征在于，存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作前，所述重整器的温度被控制为比通常运行时的规定的目标温度低的温度。
本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点从参照附图说明的下述最佳实施形态的详细说明中可以清楚了解。
如果采用本发明，在燃料电池的阴极充填城市煤气等可燃性气体，然后停止运行，以此消除因运行停止中的燃料电池的阴极中的空气而造成的阳极的氧化劣化，而且能够在充填于燃料电池的阴极中的可燃气体排出时进行合适的排气处理(例如可燃气体燃烧处理)。
附图说明
图1是表示实施形态1的燃料电池***的大概构成的方框图。
图2是表示实施形态2的燃料电池***的大概构成的方框图。
图3是表示实施形态3的燃料电池***的大概构成的方框图。
图4是表示实施形态4的燃料电池***的大概构成的方框图。
图5是表示已有的燃料电池***的大概构成的方框图。
符号说明
1    燃料电池
2    燃料处理器
3    水供给装置
4    燃烧器
5    鼓风机
6    原料气体供给装置
7    阴极供给配管
8    阴极排出配管
9    阴极旁路配管
11   原料阴极供给装置
12   阴极功能停止手段
12a  第一出口侧开闭阀
12b  第二入口侧开闭阀
13   阳极旁路配管
14   流路切换手段
15   回流配管阀
16   第一阴极燃烧配管
17   第一燃烧配管开闭阀
18   燃烧风扇
19   第二阴极燃烧配管
20   第二燃烧配管开闭阀
21   控制装置
22   原料阴极供给配管
23   原料供给配管
24   阳极供给配管
25   燃料气体回流配管
26   清洗用空气供给装置
39   燃料电池***
具体实施方式
以下参照附图对理想的实施形态进行说明。
实施形态1
图1是表示实施形态1的燃料电池***的大概构成的方框图。
燃料电池***39主要由通过原料供给配管23将像城市煤气或天然气等那样的包含至少由碳和氢构成的可燃性有机化合物的发电原料气体提供给燃料处理器2内的重整器(未图示)的原料气体供给装置6、用含有氢的燃料气体和含有氧的氧化剂气体(空气)进行发电的固体高分子电解质型燃料电池1、具有在发电原料气体中添加水使其重整生成富氢的燃料气体的重整器的燃料处理器2、对燃料处理器2内的重整器提供水的水供给装置3、使在燃料电池1的阳极1a中未被消耗就送出的残余的燃料气体燃烧，对燃料处理器2内的重整器进行加热的燃料处理燃烧器，即燃烧器4、经过燃烧空气供给路径50对燃烧器4提供燃烧空气的本申请的燃烧空气供给手段(空气供给装置)，即燃烧风扇18、以及对燃料电池1的阴极1c提供氧化剂气体，同时能够从阴极1c排出残余的氧化剂气体的氧化剂气体供给装置，即鼓风机5构成。
又，燃料电池***39的气体配管***具有作为从鼓风机5向燃料电池1的阴极1c引导空气的氧化剂气体流路的阴极供给配管7、作为将燃料电池1的阴极1c送出的残余的空气放入大气的氧化剂气体流路的阴极排出配管8、分别开闭燃料电池1的阴极1c的出入口的第一出口侧开闭阀12a(第一氧化剂气体流路阀)以及第二入口侧开闭阀12b(第二氧化剂气体流路阀)构成的阴极功能停止手段12、从原料气体供给装置6将发电原料气体引向燃料处理器2的原料供给配管23、将从燃料处理器2送出的燃料气体通过流路切换手段14引向燃料电池1的阳极1a的阳极供给配管24、将本申请的燃烧气体，即燃料处理器2排出的燃料气体或燃料电池1的阳极1a排出的残余燃料气体提供给燃烧器4用的本申请的燃烧气体供给手段，即燃料气体回流配管25、设置于燃料气体回流配管25的中途，开闭燃料气体回流配管25的回流配管阀15、将燃料处理器2送出的燃料气体利用流路切换手段14引向回流配管阀15的下游的燃料气体回流配管25的阳极旁路配管13、将原料供给配管23与第二入口侧开闭阀12b的下游的阴极供给配管7加以连接的原料阴极供给配管22、以及配置于原料阴极供给配管22中途，将发电原料气体引入阴极1c的原料阴极供给装置11(可燃气体供给手段)。
而且配置连接第一出口侧开闭阀12a上游的阴极1c的出口与燃烧空气供给路径50的第一阴极燃烧配管16、和切换该第一阴极燃烧配管16的连通/关闭的第一燃烧配管开闭阀17。利用这样的构成，能够使流过阴极线(即第一阴极燃烧配管16)的氧化剂气体不接触流过阳极线(即燃料气体回流配管25)的燃料气体而将其引入燃烧器4，因此在到燃烧器4为止的可燃性气体路径上不形成燃料气体与氧化剂气体的混合气体，对于燃烧器4的燃烧特性管理是理想的。
在这里，流路切换手段14用例如三通阀构成，原料阴极供给装置11用例如流量调整阀或泵构成。
还有，控制装置21对鼓风机5、原料气体供给装置6、水供给装置3、原料阴极供给装置11、燃烧风扇18、以及各种阀12a、12b、14、15、17进行控制，掌管燃料电池***39的气体供给***的动作。还有，在图中，用虚线标出表示控制装置的控制对象。又，虽然没有图示出，控制装置21接受各种传感器(温度传感器、流量计等)来的检测信号，根据这种检测信号对燃料电池***39的动作进行合适的控制。
以下参照图1对燃料电池***39的发电期间内发电停止时和发电开始时(启动时)燃料电池***39的动作进行说明。
燃料电池***39的发电期间内，在使燃料处理器2内的重整器的温度维持于约700℃左右的状态下，利用控制装置21进行控制，使原料气体供给装置6提供的发电原料气体与水供给装置3提供的水在燃料处理器2内的重整器的内部进行重整反应，生成富氢的燃料气体。然后，从燃料处理器2送出的燃料气体通过设置于阳极供给配管24中途的流路切换手段14(借助于控制装置21的控制，流路切换手段14使阳极供给配管24与阳极1a连通)，被送入燃料电池1的阳极1a。而从鼓风机5送出的空气通过阴极供给配管7，流过打开状态下的第二入口侧开闭阀12b，被送入燃料电池1的阴极1c。这样在燃料电池1的内部消耗燃料气体中的氢气和空气中的氧气进行发电。
没有被燃料电池1的发电消耗掉的残余的燃料气体，通过燃料气体回流配管25，流过打开状态下的回流配管阀15被送入燃烧器4后，在燃烧器4的内部使其燃烧，而作为对燃料处理器2内的重整器进行加热用的热源使用。又，没有被燃料电池1的发电消耗掉的残余的空气通过阴极排出配管8，流过打开状态下的第一出口侧开闭阀12a排出到大气中。
接着，在燃料电池***39停止发电时，利用控制装置21的控制停止鼓风机5的动作，以此停止从鼓风机5对阴极1c进行空气供应，同时关闭第二入口侧开闭阀12b和第一出口侧开闭阀12a，将第一燃烧配管开闭阀17打开。
又借助于控制装置21的控制，流路切换手段14形成旁通流路(连通阳极供给配管24与阳极旁路配管13的路径，同时阀15关闭。这样可以将滞留在燃料电池1的阳极1a的燃料气体(富氢气体)封闭在阳极1a内部，保持这种状态停止从燃料处理器2对阳极1a供应燃料气体。
在该时刻，原料气体供给装置6通过维持发电原料气体的供给，一边继续维持燃烧器4的燃烧，一边利用控制装置21使原料阴极供给装置1动作，通过原料阴极供给配管22将作为可燃气体的发电原料气体引向第二入口侧开闭阀12b下游的阴极供给配管7，通过该阴极供给配管7提供给燃料电池1的阴极1c。利用原料阴极供给装置11提供给燃料电池1的阴极1c的发电原料气体的量由控制装置21设定为阴极1c的内部容积的2～3倍左右，阴极1c内部的空气用作为可燃气体的发电原料气体充分置换。这时，超过阴极1c的内部容积的这部分发电原料气体，经过第一阴极燃烧配管16被提供给燃烧空气供给路径50。借助于此，发电原料气体与燃烧空气混合后被输送到燃烧器4燃烧。
还有，在这里，刚离开原料气体供给装置6的出口的地方的原料供给配管23内部的发电原料气体的压力被提升到约2kPa左右。因此在将原料阴极供给配管22的一端连接于原料气体供给装置6的出口后不远的原料供给配管23上，将其另一端连接于第二入口侧开闭阀12b的下游的阴极供给配管7上的状态下，如果打开配置于原料阴极供给配管22的中途的作为原料阴极供给装置11的流量调整阀，就能够利用发电原料气体的内压使发电原料气体从第二入口侧开闭阀12b的下游的阴极供给配管7流入阴极1c。当然，在供给发电原料气体用的供给压力不够的情况下，也可以使用供给泵作为原料阴极供给装置11，将发电原料气体泵送到阴极1c。
又，利用燃烧风扇18提供的燃烧空气流量与利用原料阴极供给装置11供给的发电原料气体的流量，利用控制装置21设定，以使得在燃烧空气供给路径50内不发生逆火，并且使两者的混合气体中可燃气体浓度在燃烧范围外，最好是在燃烧下限值以下。
例如控制装置21调整提供给阴极1c的发电原料气体量或燃烧风扇18提供的燃烧空气量，使得将存在于燃料电池1的阴极1c的空气与发电原料气体之间置换的燃料电池***39的发电停止的动作期间内，相对于从阴极1c排出的发电原料气体流量与燃烧空气流量的总和的发电原料气体流量的比例，在发电原料气体与空气的混合气基准的发电原料气体的燃烧范围外，最好是低于燃烧下限值。
这是因为，在用空气充填的燃烧空气供给路径50中混合发电原料气体时，调整发电原料气体的流量使其低于燃烧下限值，使混合气体中的可燃气体浓度在燃烧范围外，能够谋求更容易对可燃气体的燃烧进行管理。这是因为，将发电原料气体的流量调整得比燃烧上限值大，则燃烧空气供给路径50内的混合气体中的可燃气体浓度在变得比燃烧上限值大之前的期间暂时进入燃烧范围。
从而，在例如发电原料气体采用大城市中使用的城市煤气13A的情况下，这种城市煤气13A与空气的混合比例具有约5～15％的燃烧范围，因此利用控制装置21将原料阴极供给装置11提供的发电原料气体流量调整为低于燃烧风扇18提供的燃烧空气流量的1/20。
还有，上述发电原料气体流量也可以用从阴极1c排出的气体中包含的发电原料气体流量的推测值的流量，为了更安全假定将从阴极1c排出的气体全部是发电原料气体，作为从阴极1c排出的阴极废气流量。
而且，由燃烧风扇18向燃烧器4输送的空气量，必须是从第一阴极燃烧配管16排出来的发电原料气体与燃料气体回流配管25送来的燃料气体的混合气体至少可以完全燃烧所需要的量。换句话说，对于从第一阴极燃烧配管16排出而来的发电原料气体与从燃料气体回流配管25送来的燃料气体的混合气体，需要使燃烧器4内部的空燃比为1以上的量的空气量。因此，燃烧风扇18利用控制装置21进行调整，以将能够使得向燃烧器4送来的发电原料气体与燃料气体的混合气体至少完全燃烧的空气量(燃烧器4内部的空燃比为1以上的量的空气量)送到燃烧器4。还有，所谓空燃比是指实际提供的空气量A与理论空气量(使燃料完全燃烧所需要的最低空气量)A0之比(A/A0)，如果该值小于1，则会导致燃料不完全燃烧。
还有，在上面所述中，借助于原料阴极供给装置11的流量调整阀的开度调整，从第一阴极燃烧配管16向燃烧空气供给路径50提供的发电原料气体流量调整为燃烧风扇18提供的燃烧空气流量的低于1/20，但是也可以不这样调整而代之以利用燃烧风扇18的输出将提供给燃烧空气供给路径50的发电原料气体流量调整为燃烧空气流量的低于1/20。
这时控制装置21对燃烧风扇18进行调整，以使送往燃烧器4的发电原料气体与燃料气体的混合气体完全燃烧，而且能够将燃烧空气供给路径50内的燃烧空气与发电原料气体的混合气体中，发电原料气体浓度低于燃烧下限值的空气量，向燃烧器4输送。
而且，如上所述在发电停止动作中，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作期间内，除了在通常运行时提供给燃烧器4的燃料气体以外，还将发电原料气体提供给燃烧器4，由于增加燃烧热量，燃料处理器2的温度，特别是重整器的温度容易上升，存在着超过确保重整催化剂的热耐久性用的规定上限温度(例如750℃)的危险。在这里，最好是利用控制装置21对燃烧风扇18的输出进行调整，以便能比使送往燃烧器4的发电原料气体与燃料气体的混合气体完全燃烧所需要的空气供给量、或进一步考虑在燃烧空气供给路径50中的燃烧空气与发电原料气体的混合气体中的发电原料气体浓度低于燃烧下限值所需要的空气量多的空气向燃烧器4输送。例如最好是提供能够使燃烧器4内部的空燃比超过1的空气供给量。这样能够用燃烧风扇18提供的燃烧空气的空冷效果抑制重整器的温度上升。还有，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作期间内，也可以持续提供如上所述的大量空气，又可以随着重整器的温度上升适当增加燃烧风扇18的输出，抑制重整器的温度上升。
又，取代上述操作，在发电停止动作中，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作之前，利用控制装置21使将从原料气体供给装置6来的发电原料气体的流量，比通常运行时的流量减少，以使重整器的温度为比通常运行时的规定目标温度(例如650℃)低的温度(例如620℃)，并在用发电原料气体置换阴极1c内的空气的动作期间内，使其不超过确保重整催化剂的热耐久性用的规定上限温度(例如750℃)，这在能量有效利用上是理想的。
在由原料阴极供给装置11提供给燃料电池1的阴极1c的发电原料气体的量达到阴极1c的内容积的2～3倍左右的时刻，控制装置21进行动作，以使原料气体供给装置6与原料阴极供给装置11停止发电原料气体的供应，第一燃烧配管开闭阀17关闭，燃烧风扇18停止。
借助于这样的动作，在使发电停止后，能够使富氢燃料气体充填于阳极1a内部并保持于该状态下，同时将作为可燃气体的发电原料气体充填于阴极1c内部，并保持在该状态下，能够防止阳极1a的氧化劣化。
接着，在燃料电池***39(启动)开始发电时，借助于控制装置21的控制，在利用流路切换手段14形成旁通流路的状态下，通过原料供给配管23从原料气体供给装置6向燃料处理器2提供发电原料气体。然后，通过燃料处理器2内部送出的气体通过流路切换手段14，经过阳极旁路配管13和燃料气体回流配管25在燃烧器4燃烧。而且利用控制装置21使水供给装置3向燃料处理器2供水。然后利用燃烧器4的燃烧加热，将使燃料处理器2的重整器的温度上升到约700℃，使重整器维持于能够从发电原料气体和水蒸汽生成富氢燃料气体的温度状态。
在使容纳在燃料处理器2中的一氧化碳去除部(未图示)的温度达到反应稳定温度，能够去除一氧化碳，使燃料气体中包含的一氧化碳的浓度达到不使燃料电池1的阳极劣化的程度(约20ppm)的时刻，在借助于控制装置21打开设置于燃料气体回流配管25的中途的回流配管阀15，从阳极旁路配管13将流路切换手段14加以切换，形成阳极1a的供给流路的状态(使阳极1a与阳极供给配管24连通的状态)下，将从燃料处理器2送出的燃料气体通过流路切换手段14引导到燃料电池1的阳极1a，并且使在阳极1a中未被消耗的残余的燃料气体通过燃料气体回流配管25和回流配管阀15回流到燃烧器4，在燃烧器4内部燃烧，使对燃料电池1的阳极1a的气体供给处于发电能够开始的状态。
同时利用控制装置21打开阴极功能停止手段12的第二入口侧开闭阀12b和第一燃烧配管开闭阀17，使鼓风机5开始送风。
这时，由鼓风机5向燃料电池1的阴极1c提供的空气的流量与借助于提供给阴极1c的空气从第一阴极燃烧配管16向燃烧器4推出的发电原料气体的流量相同，因此与上面所述相同，利用鼓风机5提供的空气流量，由控制装置21调整为低于燃烧风扇18提供的燃烧空气流量的1/20，使得在燃烧空气供给路径50中的混合气体中的可燃气体浓度低于燃烧下限值。
例如，控制装置21调整提供给阴极1c的空气量或燃烧风扇18提供的燃烧空气量，以使得在燃料电池1的阴极1c中存在的发电原料气体用空气置换的燃料电池***39开始发电的动作期间内，相对于阴极1c排出的发电原料气体的流量与燃烧空气流量的总和，发电原料气体流量的比例在发电原料气体与空气的混合气基准的发电原料气体的燃烧范围外，最好是低于燃烧下限值。
还有，在上面所述中，利用原料阴极供给装置11的流量调整阀的开度调整，由第一阴极燃烧配管16提供给燃烧空气供给路径50的发电原料气体流量被调整为低于燃烧风扇18提供的燃烧空气流量的1/20，但是也可以代之以利用燃烧风扇18的输出，将提供给燃烧空气供给路径50的发电原料气体流量调整为低于燃烧空气流量的1/20。
这时，燃烧风扇18由控制装置21进行调整，以将能够使向燃烧器4输送的发电原料气体与燃料气体的混合气体完全燃烧，并且使燃烧空气供给路径50中的燃烧空气与发电原料气体的混合气体中的发电原料气体浓度低于燃烧下限值的空气量向燃烧器4输送。
还有，上述发电原料气体流量也可以用从阴极1c排出的气体中包含的发电原料气体流量的推测值的流量，为了更安全假定从阴极1c排出的气体全部是发电原料气体，作为从阴极1c排出的阴极废气流量。
而且向燃烧器4输送的空气量必须是将从第一阴极燃烧配管16排出来的发电原料气体与燃料气体回流配管25送来的燃料气体的混合气体，至少能够使其完全燃烧的量(燃烧器4内部的空燃比为1以上的空气量)。也就是说，燃烧风扇18利用控制装置21进行调整，使得向燃烧器4输送的发电原料气体与燃料气体至少能够使其完全燃烧的空气量向燃烧器4输送。
还有，如上所述在发电开始动作中，燃料电池1的阴极1c内的发电原料气体用空气置换的动作期间内，除了通常运行时提供给燃烧器4的燃料气体以外，还将发电原料气体提供给燃烧器4，由于增加燃烧热量，燃料处理器2的温度，特别是重整器的温度容易上升，存在着超过确保重整催化剂的热耐久性用的规定上限温度(例如750℃)的危险。在这里，最好是利用控制装置21对燃烧风扇18的输出进行调整，以便能比使送往燃烧器4的发电原料气体与燃料气体的混合气体至少完全燃烧所需要的供给量、或进一步考虑在燃烧空气供给流路50中的燃烧空气与发电原料气体的混合气体中发电原料气体浓度低于燃烧下限值所需要的空气量多的空气向燃烧器4输送。例如最好是提供能够使燃烧器4内部的空燃比超过1的空气供给量。这样能够用燃烧风扇18提供的燃烧空气的空冷效果抑制重整器的温度上升。还有，在用空气置换燃料电池1的阴极1c内的发电原料气体的动作期间内，也可以持续提供如上所述的大量空气，又可以随着重整器的温度上升适当增加燃烧风扇18的输出，抑制重整器的温度上升。
又，取代上述操作，在发电开始动作中，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作之前，利用控制装置21使将从原料气体供给装置6来的发电原料气体的流量，比通常运行时的流量减少，以使重整器的温度为比通常运行时的规定目标温度(例如650℃)低的温度(例如620℃)，并在用空气置换阴极1c内的发电原料气体的动作期间内，使其不超过确保重整催化剂的热耐久性用的规定上限温度(例如750℃)，在用空气置换阴极1c内的发电原料气体的动作结束后，使发电原料气体的流量上升到通常运行时的流量，在能量效率上是理想的。
然后，充填于燃料电池1的阴极1c的发电原料气体被空气置换后，利用控制装置21打开阴极功能停止手段12的第一出口侧开闭阀12a，关闭第一燃烧配管开闭阀17，将鼓风机5的空气供给量设定为燃料电池1发电所需要的量，开始用燃料电池1进行发电。
如上所述，将燃料电池***39发电开始时和发电停止时从燃料电池1的阴极1c排出的发电原料气体，与从第一阴极燃烧配管16向燃烧空气供给路径50输送，并与燃烧空气混合，然后向燃烧器4输送，这样能够使从阴极1c排出的发电原料气体完全燃烧，然后从燃料电池***39排出。
还利用控制装置21进行调整，以使从第一阴极燃烧配管16向燃烧空气供给路径50输送的发电原料气体流量低于燃烧风扇18提供的燃烧空气量的1/20，这样能够进行恰当的运行，不会从燃烧器4向燃烧空气供给路径50逆火。
而且在燃料电池***39的发电停止期间内，能够在燃料电池1的阴极1c充填发电原料气体的状态下加以保持，所以能够在阳极1a封入可燃气体(燃料气体)，同时能够从根本上消除使燃料电池1的阳极1a的催化剂氧化的主要原因，能够预先防止导致燃料电池***39的阳极1a的耐久性下降的情况发生。
实施形态2
图2是表示实施形态2的燃料电池***的概略构成的方框图。本实施形态是作为实施形态1的阴极旁通路径的第一阴极燃烧配管16的配置结构改变后的实施形态。还有，对与图1中记载的结构要素相同的要素标以相同的符号并省略其详细说明。
根据图2，与实施形态1相比，取代为了将从燃料电池1的阴极1c排出的发电原料气体与燃烧空气混合后将其送到燃烧器4将燃烧空气供给路径50与阴极1c的出口连接的第一阴极燃烧配管16、及在该第一阴极燃烧配管16上设置的燃烧配管开闭阀17，配置为了将燃料电池1的阴极1c排出的发电原料气体与燃烧气体混合后将其送到燃烧器4将第一出口侧开闭阀12上游侧的阴极1c的出口与回流配管阀15下游的燃料气体回流配管25连接的第二阴极燃烧配管19、及在该第二阴极燃烧配管19上设置的燃烧配管开闭阀20。
在燃料电池***39的发电期间内，在使燃料处理器2内的重整器的温度维持于约700℃左右的状态下，利用控制装置21的控制，使原料气体供给装置6提供的发电原料气体与水供给装置3提供的水在重整器内部进行重整反应，生成富氢燃料气体。然后，从燃料处理器2送出的燃料气体通过设置于阳极供给配管24中途的流路切换手段14(利用控制装置21的控制，流路切换手段14将阳极1a与阳极供给配管24连通)，送入燃料电池1的阳极1a。又，从鼓风机5送出的空气，通过阴极供给配管7，经过打开状态的第二入口侧开闭阀12b，被送入燃料电池1的阴极1c。这样，在燃料电池1的内部，消耗燃料气体中的氢与水中的氧进行发电。燃料电池1的发电中未消耗的残余燃料气体，通过燃料气体回流配管25，经过打开状态的回流配管阀15被送回燃烧器4之后，在燃烧器4的内部燃烧，作为对燃料处理器2内的重整器进行加热用的热源起作用。而在燃料电池发电过程中未消耗的残余空气，通过阴极排出配管8，经过打开状态的第一出口侧开闭阀12a，排出到大气中。
接着，在燃料电池***39的发电停止时，借助于控制装置21的控制，鼓风机5的动作停止，从鼓风机5向阴极1c的空气供应停止，同时第二入口侧开闭阀12b与第一出口侧开闭阀12a关闭，使第二燃烧配管开闭阀20处于打开状态。
又借助于控制手段21，流路切换手段14形成旁通流路(连通阳极供给配管24与阳极旁路配管13的路径)，同时关闭阀15。这样，可以将滞留于燃料电池1的阳极1a中的燃料气体(富氢气体)封闭于阳极1a内部。保持这一状态，停止从燃料处理器2向阳极1a供应燃料气体。
在该时刻，原料气体供给装置6一边通过维持发电原料气体的供应使燃烧器4继续燃烧一边利用控制手段21使原料阴极供给装置11动作，通过原料阴极供给配管22将作为可燃气体的发电原料气体引入第二入口侧开闭阀12b下游的阴极供给配管7，而通过该阴极供给配管7提供给燃料电池1的阴极1c。
还有，滞留于阴极1c的空气量由于事前能够把握，由原料气体供给装置11对燃料电池1的阴极1c提供的发电原料气体量，利用控制装置21设定为与该滞留空气量相同或更多(通常为内部容积的2～3倍)。
还有，在这里，原料气体供给装置6的出口正后面的原料供给配管23内部的发电原料气体的压力被升压到2kPa。因此在将原料阴极供给配管22的一端连接于原料气体供给装置6的出口正后面的原料供给配管23上，其另一端连接于第二入口侧开闭阀12b下游的阴极供给配管7上这样的状态下，配置于原料阴极供给配管22的中途的作为原料阴极供给装置11的流量调整阀如果打开，就能够利用发电原料气体的内部压力使发电原料气体从第二入口侧开闭阀12b的下游的阴极供给配管7流入阴极1c。当然，在提供发电原料气体用的供给压力不够的情况下，也可以使用供给泵作为原料阴极供给装置11，将发电原料气体泵送到阴极1c。
又，从燃料气体回流配管25提供给燃烧器4的燃料气体，通过用原料阴极供给装置11将发电原料气体提供给燃料电池1的阴极1c，与从燃料电池1的阴极1c内经过第二阴极燃烧配管19流过燃料气体回流配管25的发电原料气体合流。要而言之，从阴极1c排出的发电原料气体经过第二阴极燃烧配管19提供给燃料气体回流配管25，就这样将发电原料气体与燃料气体混合，然后将其送入燃烧器4使其燃烧。
流过燃烧气体回流配管25提供给燃烧器4的空气流量，利用控制装置21设定为在燃料气体回流配管25的可燃性气体(在这里是流过燃料气体回流配管25的燃料气体中的氢气)与上述空气的混合气体中的可燃气体浓度在燃烧范围外，最好是比燃烧上限值大。以便在燃料气体回流配管25不发生逆火，
例如控制装置21调整提供给阴极1c的发电原料气体量或流过燃料气体回流配管25的燃料气体量，以便存在于燃料电池1的阴极1c的空气在与发电原料气体之间置换的燃料电池***39的发电停止的动作期间里，相对于从阴极1c排出的空气流量与燃料气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例在可燃性气体与空气的混合气基准的可燃性气体的燃烧范围外，最好是高于燃烧上限值。
这是因为，空气从第二阴极燃烧配管19流入用燃料气体充填的燃料气体回流配管25时(特别是刚利用发电原料气体置换阴极1c中的气体后)，调整空气流量(即提供阴极1c的空气置换的发电原料气体的流量)，以使混合气体中的可燃气体浓度大于燃烧上限值，而使混合气体中的可燃气体浓度在燃烧范围外就能够更容易对可燃气体的燃烧进行管理。因为如果将空气的流量(即发电燃料气体的流量)调整为使其低于燃烧下限值，则燃料气体回流配管25内的混合气体中的可燃气体浓度在达到燃烧下限值之前的期间暂时进入燃烧范围。
从而，燃料气体的主成分为氢气，氢气与空气的混合比例有约4～75％的范围，所以流过燃料气体回流配管25的提供给燃烧器4的空气流量、即原料阴极供给装置11提供的发电原料气体的流量利用控制装置21调整为低于从燃料气体回流配管25向燃烧器4提供的燃料气体流量的1/4。
还有，如上所述的防止逆火用的流量控制，对燃料气体回流配管25中的燃料气体中包含的任何气体成分都使其满足上述条件地进行控制，在本实施形态中，流过燃料气体回流配管25的燃料气体中的可燃性气体的大部分是氢气，而且与空气的混合气基准的氢气的燃烧范围为4～75vol％，燃烧下限值和燃烧上限值都比燃料气体中的其他可燃性气体成分、即未重整的发电原料(城市煤气13A)严格，所以燃料气体中的可燃性气体的流量采用燃料气体中的氢气的流量。而且为了更可靠地确保安全，也可以取代所述燃料气体中的氢气流量，采用燃料气体流量。
这时，燃烧风扇18与上述实施形态1一样利用控制装置21进行调整，以便能够向燃烧器4输送至少能够使送到燃烧器4的发电原料气体与燃料气体的混合气体完全燃烧的空气量(能够使燃烧器4内部的空燃比为1以上的量的空气量)。
而且，如上所述在发电停止动作中，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作期间内，与上述实施形态1一样，最好是利用控制装置21对燃烧风扇18的输出进行调整，以便向燃烧器4输送比能够使向燃烧器输送的发电原料气体与燃料气体的混合气体完全燃烧所需要的空气量多的空气。这样能够用燃烧风扇18提供的燃烧空气的空冷效果抑制重整器的温度上升。还有，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作期间内，也可以持续提供如上所述的大量空气，又可以随着重整器的温度上升适当增加燃烧风扇18的输出，抑制重整器的温度上升。
又，取代上述操作，在发电停止动作中，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作之前，与上述实施形态1一样，利用控制装置21使原料气体供给装置6来的发电原料气体的流量比通常运行时的流量减少，以使重整器的温度为比通常运行时的规定目标温度(例如650℃)低的温度(例如620℃)，在用发电原料气体置换阴极1c内的空气的动作期间内，使其不超过确保重整催化剂的热耐久性用的规定上限温度(例如750℃)，这在能量有效利用上是理想的。
在由原料阴极供给装置11提供给燃料电池1的阴极1c的发电原料气体的量达到与阴极1c的内容积相同或更多(通常是内容积的2～3倍)的时刻，控制装置21使原料气体供给装置6与原料阴极供给装置11停止发电原料气体的供应，将第二燃烧配管开闭阀20关闭，将燃烧风扇18停止。
借助于这样的动作，在使发电停止后，能够使富氢燃料气体充填于阳极1a内部并保持于该状态下，同时将作为可燃气体的发电原料气体充填于阴极1c内部并保持在该状态下，能够防止阳极1a的氧化劣化。
接着，在燃料电池***39(启动)开始发电时，借助于控制装置21的控制，在利用流路切换手段14形成旁通流路的状态下，通过原料供给配管23从原料气体供给装置6向燃料处理器2内的重整器提供发电原料气体。然后，使通过燃料处理器2内部送出的气体通过流路切换手段14，经过阳极旁路配管13和燃料气体回流配管25在燃烧器4燃烧。而且利用控制装置21使水供给装置3向燃料处理器2内的重整器供水。然后利用燃烧器4的燃烧加热使燃料处理器2内的重整器的温度上升到约700℃，使重整器维持于能够从发电原料气体和水蒸汽生成富氢燃料气体的温度状态。
在使容纳在燃料处理器2中的一氧化碳去除部(未图示)的温度达到反应稳定温度，能够去除一氧化碳，使燃料气体中包含的一氧化碳的浓度达到不使燃料电池1的阳极劣化的程度(约20ppm)的时刻，在借助于控制装置21打开设置于燃料气体回流配管25的中途的回流配管阀15，从阳极旁路配管13将流路切换手段14加以切换，形成阳极1a的供给流路的状态(使阳极1a与阳极供给配管24连通的状态)下，将从燃料处理器2送出的燃料气体通过流路切换手段14引导到燃料电池1的阳极1a，并且使在阳极1a中未被消耗的残余的燃料气体通过燃料气体回流配管25和回流配管阀15回流到燃烧器4，在燃烧器4内部燃烧，使对燃料电池1的阳极1a的气体供给处于发电能够开始的状态。
同时利用控制装置21打开阴极功能停止手段12的第二入口侧开闭阀12b和第二燃烧配管开闭阀20，使鼓风机5开始送风。
这时，利用鼓风机5从燃料电池1的阴极1c经第二阴极燃烧配管19送往燃烧器4的空气的流量，与上面所述一样，利用控制装置21调整，以使其低于从燃料气体回流配管25提供给燃烧器4的燃料气体的流量的1/4，并使燃料气体回流配管25中的燃料气体与空气的混合气体中的可燃气体的浓度大于燃烧上限值。
例如，控制装置21调整提供给阴极1c的空气量或流过燃料气体回流配管25的燃料气体量，以使得在燃料电池1的阴极1c中存在的发电原料气体用空气置换的燃料电池***39开始发电的动作期间内，相对于阴极1c排出的空气流量与燃料气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例在可燃性气体与空气的混合气基准的可燃性气体的燃烧范围外，最好是高于燃烧上限值。
还有，如上所述的防止逆火用的流量控制，对燃料气体回流配管25中的燃料气体中包含的任何气体成分都使其满足上述条件地进行控制，在本实施形态中，流过燃料气体回流配管25的燃料气体中的可燃性气体的大部分是氢气，而且与空气的混合气基准的氢气的燃烧范围为4～75vol％，燃烧下限值和燃烧上限值都比燃料气体中的其他可燃性气体成分、即未重整的发电原料(城市煤气13A)严格，所以燃料气体中的可燃性气体的流量采用燃料气体中的氢气的流量。而且为了更可靠地确保安全，也可以取代所述燃料气体中的氢气流量，采用燃料气体流量。
而且，利用燃烧风扇18向燃烧器4输送的空气量，与上述实施形态1一样，在发电停止时被保持于阴极1c，随着鼓风机5开始对阴极1c供给空气，至少需要能够使最初(特别是利用空气刚对阴极1c中的气体进行置换时)从第二阴极燃烧配管19排出的发电原料气体与从燃料气体回流配管25送来的混合气体中的燃料气体完全燃烧的量。也就是说，燃烧风扇18利用控制装置21进行调整，以便能够向燃烧器4输送能够使送到燃烧器4的发电原料气体与燃料气体完全燃烧的空气量。
而且，如上所述在发电开始动作中，在用空气置换燃料电池1的阴极1c内的发电原料气体的动作期间内，与上述实施形态1一样，最好是利用控制装置21对燃烧风扇18的输出进行调整，以便向燃烧器4输送比能够使向燃烧器4输送的发电原料气体与燃料气体的混合气体完全燃烧所需要的空气量多的空气。这样能够用燃烧风扇18提供的燃烧空气的空冷效果抑制重整器的温度上升。还有，在用空气置换燃料电池1的阴极1c内的发电原料气体的动作期间内，也可以持续提供如上所述的大量空气，又可以随着重整器的温度上升适当增加燃烧风扇18的输出，抑制重整器的温度上升。
又，取代上述操作，在发电的开始动作中，在用发电原料气体置换燃料电池1的阴极1c内的空气的动作之前，与上述实施形态1一样，利用控制装置21使原料气体供给装置6来的发电原料气体的流量比通常运行时的流量减少，以使重整器的温度为比通常运行时的规定目标温度(例如650℃)低的温度(例如620℃)，在用空气置换阴极1c内的发电原料气体的动作期间内，使其不超过确保重整催化剂的热耐久性用的规定上限温度(例如750℃)，在用空气置换阴极1c内的发电原料气体的动作结束后使发电原料气体的流量上升到通常运行时的流量，这在能量有效利用上是理想的。
然后，充填于燃料电池1的阴极1c的发电原料气体被空气置换后，利用控制装置21打开阴极功能停止手段12的第一出口侧开闭阀12a，关闭第二燃烧配管开闭阀20，将鼓风机5的空气供给量设定为燃料电池1发电所需要的量，开始用燃料电池1进行发电。
如上所述，将燃料电池***39发电开始时和发电停止时从燃料电池1的阴极1c排出的发电原料气体，从第二阴极燃烧配管19经过燃料气体回流配管25向燃烧器4输送，这样能够使从阴极1c排出的发电原料气体完全燃烧，然后从燃料电池***39排出。
还利用控制装置21进行调整，以使从第二阴极燃烧配管19经过燃料气体回流配管25向燃烧器4输送的空气流量低于从燃烧气体回流配管25向燃烧器4提供的燃料气体流量的1/4，这样能够进行恰当的运行，不会从燃烧器4向燃料气体回流配管25逆火。
而且在燃料电池***39的发电停止期间内，能够在燃料电池1的阴极1c充填发电原料气体的状态下加以保持，所以能够在阳极1a封入可燃气体(燃料气体)，同时能够从根本上消除使燃料电池1的阳极1a的催化剂氧化的主要原因，能够预先防止导致燃料电池***39的阳极1a的耐久性下降的情况发生。
还有，迄今为止，燃料电池***39的发电停止时，实施形态1(图1)以及实施形态2(图2)中作为充填于阴极1c的可燃气体的一个例子，使用从原料气体供给装置6向阳极1a提供的发电原料气体。
但是，通过变更规定的配管配置，可以适当选择发电原料气体和燃料气体中的任何一个作为可燃气体。当然，在使氢浓度提高的状态下进行充填并加以保持从白金催化剂的耐久性的考虑出发被认为是理想的。当然可以说，相反氢气的燃烧范围比其他可燃气体的燃烧范围宽，将氢气向大气中排出时，有必要更慎重地加以处理。
又，在这里，设想用空气作为氧化剂气体的情况进行叙述，但是氧化剂气体也可以不一定是空气。而且，在这种情况下，在燃料电池1的阴极1c中存在的气体在氧化剂气体与发电原料气体之间置换的动作期间内(发电停止以及发电开始的动作期间内)，控制装置21对提供给阴极1c的气体量或燃料气体回流配管25中流过的燃料气体的供给量进行调整，以使相对于从阴极1c排出的气体中的氧流量与燃料气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例处于可燃性气体与氧的混合气基准的可燃性气体的燃烧范围外，最好是大于燃烧上限值。
实施形态3
图3是表示实施形态3的燃料电池***的大概构成的方框图。本实施形态的燃料电池***139是实施形态1(图1)所记载的燃料电池1的气体供给结构有变形的***。还有，对与图1中记载的结构要素相同的要素，省略其详细说明(但是为了说明方便，对与图1中的结构构件对应的图3的构件，标以添加百位数“1”的符号。
如同从图1和图3能够理解的那样，本实施形态的燃料电池***139中，代之以实施形态1(图1)所述的燃料处理器2、原料气体供给装置6、以及水供给装置3，配置能够定量贮存作为燃料气体的氢气，同时将该氢气送到燃料电池101的阳极101a的氢供给装置102。又，取代实施形态1(图1)所述的燃料处理器2(重整器)加热用的燃烧器4，配置在燃料电池***139停止和启动时从下述燃料电池101的阴极101c排出的氢气处理用的专用燃烧器104。还有，在这里，图3的氢阴极供给装置111(与实施形态1的原料阴极供给装置11对应的装置)起着对阴极101c提供氢气的作用。
在燃料电池***139的发电期间内，从氢供给装置102送出的氢气通过在阳极供给配管104中途设置的流路切换手段114(借助于控制装置121的控制，流路切换手段114形成连通阳极供给配管124和阳极101a的状态)被送入燃料电池101的阳极101a。
另一方面，从鼓风机105送出的空气通过阴极供给配管107，经过打开状态下的第二入口侧开闭阀112b，被送入燃料电池101的阴极101c。
这样，在燃料电池101内部消耗氢和空气中的氧进行发电。燃料电池101的发电中未消耗的残余氢气(燃烧气体)通过氢气回流配管125，经过打开状态下的回流配管阀115被送到燃烧器104后，在燃烧器104内部燃烧。或是也可以借助于流路切换手段114的切换动作(使阳极供给配管124与阳极旁路配管113之间连通)，将从氢供给装置102送出的氢气(燃烧气体)从氢气回流配管125送到燃烧器104。
还可以回收燃烧器104的燃烧热(排热)，作为适当的排热利用***(例如热水供给***)的热源加以利用。
又，燃料电池101的发电中未消耗而余留的空气通过阴极排出配管108，经过打开状态下的第一出口侧开闭阀112a排出到大气中。
接着，在燃料电池***139停止发电时，利用控制装置121的控制使鼓风机105停止动作，以停止从鼓风机105对阴极101c的空气供应，同时关闭第二入口侧开闭阀112b与第一出口侧开闭阀112a，将第一燃烧配管开闭阀117打开。
又，借助于控制装置121的控制，流路切换手段114形成旁通流路(连通阳极供给配管124与阳极旁路配管113的路径)，同时将阀115关闭。这样做能够将滞留在燃料电池101的阳极101a中的氢气封闭在阳极101a内部，保持这种状态，停止从氢供给装置102对阳极101a提供氢气。
在该时刻，氢供给装置102通过维持氢气的供应，一边继续在燃烧器104进行燃烧，一边利用控制装置121使氢阴极供给装置111动作，通过氢阴极供给配管122将可燃气体氢气引入第二入口侧开闭阀112b下游的阴极供给配管107，通过该阴极供给配管107对燃料电池101的阴极101c提供。
利用氢阴极供给装置111提供给燃料电池101的阴极101c的氢气量由控制装置121设定为阴极101c的内容积的2～3倍左右，阴极101c内部的空气用可燃气体氢气充分置换。这时，超过阴极101c的内部容积的这部分氢气经过第一阴极燃烧配管116，被提供给燃烧空气供给路径150，借助于此，使氢气与燃烧空气混合，送往燃烧器104燃烧。
还有，在这里，氢供给装置102的出口正后面的阳极供给配管124的内部的氢气的压力大约上升2kPa左右。因此将氢阴极供给配管122的一端连接于氢供给装置102的出口正后面的阳极供给配管124上，将其另一端连接于第二入口侧开闭阀112b的下游的阴极供给配管107上这样的状态下，只要打开氢阴极供给配管122的中途配置的作为氢阴极供给装置111的流量调整阀，就能够利用氢气的内压使氢气从第二入口侧开闭阀112b的下游的阴极供给配管107流入阴极101c。当然，在提供氢气用的供给压力不够的情况下，也可以使用供给泵作为氢阴极供给装置111，将氢气泵送到阴极101c。
又利用控制装置121设定由燃烧风扇118提供的燃烧空气流量与氢阴极供给装置111提供的氢气的流量，以使燃烧空气供给路径150中不发生逆火，并使两者的混合气体中的可燃气体浓度在燃烧范围以外，最好是低于燃烧下限值。
例如，控制装置21调整提供给阴极101c的氢气量或燃烧风扇118提供的燃烧空气量，使得存在于燃料电池101的阴极101c的空气与氢气置换的燃料电池***139的发电停止的动作期间里，相对于从阴极101c排出的氢气流量与燃烧空气流量的总和，氢气流量的比例在氢气与空气的混合气基准的氢气的燃烧范围外，最好是低于燃烧下限值。
这是因为，在用空气充填的燃烧空气供给路径150中混合氢气时，调整氢气的流量使其低于燃烧下限值，使混合气体中的可燃气体浓度在燃烧范围外，能够谋求更容易对可燃气体的燃烧进行管理。这是因为，如果将氢气的流量加以调整，使其比燃烧上限值大，则燃料空气供给路径150内的混合气体中的可燃气体浓度在变得比燃烧上限值大之前的期间暂时进入燃烧范围。
因而，氢气与空气的混合比例具有约5～75％的燃烧范围，所以利用控制装置121最好是将氢阴极供给装置111提供的氢气流量调整为低于燃烧风扇118提供的燃烧空气流量的1/25。
还有，上述氢气流量可以用从阴极101c排出的气体中包含的氢气流量的推测值流量，为了可靠地确保安全，也可以将从阴极101c排出的气体假定为全部是氢气，作为从阴极101c排出的阴极废气流量。
而且，由燃烧风扇118向燃烧器104输送的空气量必须是从第一阴极燃烧配管116排出来的氢气与氢气回流配管125送来的氢气相加的氢气总量至少完全燃烧所需要的量。换句话说，对于从第一阴极燃烧配管116排出的氢气与氢气回流配管125送来的氢气相加的氢气，需要使燃烧器104内部的空燃比为1以上的空气量。因此，燃烧风扇118利用控制装置121进行调整，将能够使得送往燃烧器104的氢气总和至少完全燃烧的空气量(燃烧器4内部的空燃比为1以上的量的空气量)送到燃烧器4。还有，所谓空燃比是指实际提供的空气量A与理论空气量(使燃料完全燃烧所需要的最低空气量)A0之比(A/A0)，如果该值小于1，则会导致燃料不完全燃烧。
还有，在上面所述中，借助于氢阴极供给装置111的流量调整阀的开度调整，从第一阴极燃烧配管116向燃烧空气供给路径150提供的氢气流量调整为低于燃烧风扇118提供的燃烧空气流量的1/25，但是也可以不这样调整而代之以利用燃烧风扇118的输出将提供给燃烧空气供给路径150的氢气流量调整为低于燃烧空气流量的1/25。
这时控制装置121对燃烧风扇118进行调整，以使送往燃烧器104的相加的氢气量完全燃烧，而且能够向燃烧器104输送合适的空气量，以使燃烧空气供给路径150中途的燃烧空气与氢气的混合气体中氢气的浓度在燃烧下限值以下。
在由氢阴极供给装置111提供给燃料电池101的阴极101c的氢气量达到阴极101c的内容积的2～3倍左右的时刻，控制装置121工作，使氢供给装置102与氢阴极供给装置111停止氢气的供应，第一燃烧配管开闭阀117关闭，燃烧风扇118停止。
借助于这样的动作，在发电停止后，能够使作为发电气体的氢气充填于阳极101a内部并保持于该状态下，同时将作为可燃气体的氢气充填于阴极101c内部并保持在该状态下，因此能够可靠地防止阳极101a的氧化劣化。
接着，在燃料电池***139(启动)开始发电时，借助于控制装置121的控制，打开在氢气回流配管125的中途设置的回流配管阀115，从阳极旁路配管113一侧切换流路切换手段114，形成阳极101a的供给流量，在这样的状态(使阳极101a与阳极供给配管124连通的状态)下，将从氢气供给装置102送出的氢气通过流量切换手段114引向燃料电池101的阳极101a，而且将在阳极101a未消耗的残余的氢气通过氢气回流配管125和回流配管阀115引入燃烧器104，使其在燃烧器104中燃烧，使对燃料电池101的阳极101a的气体供应处于能够开始发电的状态。
同时利用控制装置121打开阴极功能停止手段112的第二入口侧开闭阀112b和第一燃烧配管开闭阀117，使鼓风机105开始送风。
这时，由鼓风机105向燃料电池101的阴极101c提供的空气的流量与借助于提供给阴极101c的空气从第一阴极燃烧配管106向燃烧器104推出的氢气的流量相同，因此与上面所述相同，利用鼓风机105提供空气，并使得在燃烧空气供给路径150中的混合气体中的可燃气体浓度低于燃烧下限值，这样情况下的空气流量由控制装置121调整，以使其低于由燃烧风扇118提供的燃烧空气流量的1/25。
例如，控制装置121调整提供给阴极101c的空气量或燃烧风扇118提供的燃烧空气量，使得存在于燃料电池101的阴极101c的氢气在与空气之间置换的燃料电池***139的发电开始的动作期间里，相对于从阴极101c排出的氢气的流量与燃烧空气流量的总和，氢气流量的比例在氢气与空气的混合气基准的氢气的燃烧范围外，最好是低于燃烧下限值。
还有，上述氢气流量可以使用从阴极101c排出的气体中包含的氢气的流量的推测值，为了更可靠地确保安全性，也可以假定从阴极101c排出的气体全部是氢气，作为从阴极101c排出的阴极废气流量。
还有，向燃烧器104输送的空气量必须是从第一阴极燃烧配管116排出的氢气与从氢气回流配管125送出的氢气的总和至少完全燃烧所需要的量(燃烧器104内部的空燃比为1以上的空气量。也就是说，燃烧风扇118利用控制装置121进行调整以便向燃烧器104输送至少能够使向燃烧器104输送的氢气总量完全燃烧的空气量。
还有，在上面所述中，借助于氢阴极供给装置111的流量调整阀的开度调整，从第一阴极燃烧配管116向燃烧空气供给路径150提供的氢气流量调整为低于燃烧风扇118提供的燃烧空气流量的1/25，但是也可以不这样调整而代之以利用燃烧风扇118的输出将提供给燃烧空气供给路径150的氢气流量调整为低于燃烧空气流量的1/25。
这时控制装置121对燃烧风扇118进行调整，以使送往燃烧器104的氢气总和完全燃烧，而且能够向燃烧器104输送合适的空气量，以使燃烧空气供给路径150中的燃烧空气与氢气的混合气体中氢气的浓度在燃烧下限值以下。
然后，燃料电池101的阴极101c中充填的氢气被空气置换后，利用控制装置121打开阴极功能停止手段112的第一出口侧开闭阀112a，关闭第一燃烧配管开闭阀117，将鼓风机105的空气供给量设定为燃料电池101发电所需要的量，开始用燃料电池101进行发电。
如上所述，将燃料电池***139发电开始时和发电停止时从燃料电池101的阴极101c排出的氢气与从第一阴极燃烧配管116向燃烧空气供给路径150输送，与燃烧空气混合，然后向燃烧器104输送，这样能够使从阴极101c排出的氢气完全燃烧，然后从燃料电池***139排出。
还利用控制装置121进行调整，以使从第一阴极燃烧配管116向燃烧空气供给路径150输送的氢气流量低于燃烧风扇118提供的燃烧空气量的1/25，这样能够进行恰当的运行，不可能从燃烧器104向燃烧空气供给路径150逆火。
而且在燃料电池***139的发电停止期间内，能够在燃料电池101的阴极101c充填氢气的状态下加以保持，所以能够在阳极101a中封入可燃气体(氢气)，同时能够从根本上消除使燃料电池101的阳极101a的催化剂氧化的主要原因，能够防止导致燃料电池***139的阳极101a的耐久性下降的情况发生。
实施形态4
图4是表示实施形态4的燃料电池***的大概构成的方框图。本实施形态的燃料电池139是实施形态2(图2)记载的燃料电池1的气体供给结构有变化的***。还有，与图2中记载的结构要素相同的要素其说明省略(但是为了说明方便，与图2中所记载的结构要件对应的图4的构件标以对其加上百位数的符号)。
如同从图2和图4能够理解的那样，本实施形态的燃料电池***139中，代之以实施形态2(图2)所述的燃料处理器2、原料气体供给装置6、以及水供给装置3，配置能够定量贮存作为燃料气体的氢气，同时将该氢气送到燃料电池101的阳极101a的氢供给装置102。又，取代实施形态2(图2)所述的燃料处理器2(重整器)加热用的燃烧器4，配置在燃料电池***139停止和启动时从下述燃料电池101的阴极101c排出的氢气处理用的专用燃烧器104。还有，在这里，图4的氢阴极供给装置111(与实施形态2的原料阴极供给装置11对应的装置)起着对阴极101c提供氢气的作用。
在燃料电池***139的发电期间内，从氢供给装置102送出的氢气通过在阳极供给配管124中途设置的流路切换手段114(借助于控制装置121的控制，流路切换手段114形成连通阳极供给配管124和阳极101a的状态)被送入燃料电池101的阳极101a。
另一方面，从鼓风机105送出的空气通过阴极供给配管107，经过打开状态下的第二入口侧开闭阀112b，被送入燃料电池101的阴极101c。
这样，在燃料电池101内部消耗氢和空气中的氧进行发电。燃料电池101的发电中未消耗的残余氢气通过氢气回流配管125，经过打开状态下的回流配管阀115被送到燃烧器104后，在燃烧器104内部燃烧。还可以回收燃烧器104的燃烧热(排热)，作为适当的排热利用***(例如热水供给***)的热源加以利用。
又，燃料电池101的发电中未消耗而余留的空气通过阴极排出配管108，经过打开状态下的第一出口侧开闭阀112a排出到大气中。
接着，在燃料电池***139停止发电时，利用控制装置121的控制使鼓风机105停止动作，以停止从鼓风机105对阴极101c的空气供应，同时关闭第二入口侧开闭阀112b与第一出口侧开闭阀112a，将第一燃烧配管开闭阀117打开。
又，借助于控制装置121的控制，流路切换手段114形成旁通流路(连通阳极供给配管124与阳极旁路配管113的路径)，同时将阀115关闭。这样做能够将滞留在燃料电池101的阳极101a中的氢气封闭在阳极101a内部，保持这种状态，停止从氢供给装置102对阳极101a提供氢气。
在该时刻，氢供给装置102通过维持氢气的供应，一边继续在燃烧器104进行燃烧，一边利用控制装置121使氢阴极供给装置111动作，通过氢阴极供给配管122将可燃气体氢气引入第二入口侧开闭阀112b下游的阴极供给配管107，通过该阴极供给配管107对燃料电池101的阴极101c提供。
利用氢阴极供给装置111提供给燃料电池101的阴极101c的氢气量由控制装置121设定为阴极101c的内容积的2～3倍左右，阴极101c内部的空气用可燃气体氢气充分置换。
还有，在这里，氢供给装置102的出口正后面的阳极供给配管124的内部的氢气的压力大约上升2kPa左右。因此将氢阴极供给配管122的一端连接于氢供给装置102的出口正后面的阳极供给配管124上，将其另一端连接于第二入口侧开闭阀112b的下游的阴极供给配管107上这样的状态下，只要打开氢阴极供给配管122的中途配置的作为氢阴极供给装置111的流量调整阀，就能够利用氢气的内压使氢气从第二入口侧开闭阀112b的下游的阴极供给配管107流入阴极101c。当然，在提供氢气用的供给压力不够的情况下，也可以使用供给泵作为氢阴极供给装置111，将氢气泵送到阴极101c。
又，从氢气回流配管125提供给燃烧器104的氢气，用氢阴极供给装置111将氢气提供给燃料电池101的阴极101c，以此与从燃料电池101的阴极101c内经由第二阴极燃烧配管119流过氢气回流配管125的氢气合流。要而言之，从阴极101c排出的氢气经由第二阴极燃烧配管119被提供给氢气回流配管125，借助于此，将从两个***的路径输送的氢气混合，然后送入燃烧器104使其燃烧。
流过氢气回流配管125被提供给燃烧器104的空气流量，利用控制装置121设定，以使氢气回流配管125中不发生逆火，氢气回流配管125中的可燃性气体(在这里是氢气回流配管125中流过的燃料气体中的氢气)与上述空气的混合气体中的可燃气体浓度在燃烧范围之外，最好是高于燃烧上限值。
例如，控制装置121调整提供给阴极101c的氢气量或流过氢气回流配管125的燃料气体量，使得存在于燃料电池101的阴极101c的空气在与氢气之间置换的燃料电池***139的发电停止的动作期间里，相对于从阴极101c排出的空气流量与燃料气体中可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例在可燃性气体与空气的混合气基准的可燃性气体的燃烧范围外，最好是高于燃烧上限值。
这是因为，从第二阴极燃烧气体配管119向用可燃性气体充填的氢气回流配管125流入空气时(特别是刚利用氢气置换阴极101c的空气时)，调整空气的流量(即提供给阴极101c的空气置换的氢气的流量)，使混合气体中可燃气体的浓度高于燃烧上限值，使混合气体中的可燃气体浓度在燃烧范围外，能够谋求更容易对可燃气体的燃烧进行管理。这是因为，如果调整空气流量(即氢气流量)使其低于燃烧下限值，则氢气回流配管125内的混合气体中的可燃气体浓度在变得比燃烧下限值低之前的期间暂时进入燃烧范围。
氢气与空气的混合比例有约4～75％的燃烧范围，所以流过氢气回流配管125提供给燃烧器4的空气流量、即氢气阴极供给装置111提供的氢气的流量利用控制装置121调整为从氢气回流配管125向燃烧器104提供的氢气流量的1/4以下。
还有，如上所述的防止逆火用的流量控制，对氢气回流配管125中的燃料气体中包含的任何可燃气体成分都使其满足上述条件地进行控制，在本实施形态中，流过氢气回流配管125的燃料气体中的可燃性气体的大部分是氢气，而且与空气的混合气基准的氢气的燃烧范围为4～75vol％，燃烧下限值和燃烧上限值都比燃料气体中的其他可燃性气体成分、即未重整的发电原料(城市煤气13A)严格，所以燃料气体中的可燃性气体的流量采用燃料气体中的氢气的流量。而且为了更可靠地确保安全，也可以取代所述燃料气体中的氢气流量，采用燃料气体流量。
而且，与上述实施形态3相同，由燃烧风扇118向燃烧器104输送的空气量利用控制装置121调整得能够向燃烧器104输送至少能够使从第二阴极燃烧配管119排出的氢气和氢气回流配管125送来的氢气相加的氢气量完全燃烧的空气量(燃烧器104内部的空燃比为1以上的量的空气量)。
这样做后，在氢阴极供给装置111提供给燃料电池101的阴极101c的氢气量达到与阴极101c的内部容积相同或更多(通常为内部容积的2～3倍)的时刻，利用控制装置121使氢供给装置102和氢阴极供给装置111的氢气供应停止，关闭第二燃烧配管开闭阀120，使燃烧风扇118停止。
利用这样的动作使发电停止后将发电气体氢气充填于阳极101a的内部并保持该状态，同时能够保持将可燃气体氢气充填于阴极101c内部的状态，能够恰当防止阳极101a的氧化劣化。
接着，在燃料电池***139(启动)开始发电时，在利用控制装置121打开氢气回流配管125中途设置的回流配管阀115，从阳极旁路配管113一侧切换流量切换手段114，形成阳极101a的供给流路这样的状态(使阳极供给配管124与阳极121a连通的状态)下，将水供给装置102送出的氢气通过流路切换手段114引向燃料电池101的阳极101a，并且使在阳极101a中未消耗的残余氢气通过氢气回流配管125和回流配管阀115向燃烧器104回流在燃烧器104内部燃烧，使对燃料电池101的阳极101a的氢气供给处于可开始发电状态。
同时，利用控制装置121打开阴极功能停止手段112的第二入口侧开闭阀112b和第一燃烧配管开闭阀117，使鼓风机105开始送风。
这时，鼓风机105从燃料电池101的阴极101c经过第二阴极燃烧配管119向燃烧器104输送的空气流量由控制装置121进行调整，与上面所述相同以使得氢气回流配管125中的氢气与空气的混合气体中可燃气体浓度高于燃烧上限值，使其低于从氢气回流配管125提供给燃烧器的氢气流路的1/4。
例如控制装置121对提供给阴极101c的空气量或氢气回流配管125流过的燃烧气体量进行调整，以使得燃料电池101的阴极101c中存在的氢气在与空气之间进行置换的燃料电池***139的发电开始动作期间内，相对于从阴极101c排出的空气量和燃料气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例在可燃性气体与空气的混合气基准的可燃性气体的燃烧范围外，最好是高于燃烧上限值。
还有，上面所述那样的防止逆火用的流量控制，对于氢气回流配管125中的燃料气体中包含的任何可燃性气体成分也进行控制使其满足上述条件，在本实施形态中，氢气回流配管125中流过的燃料气体中可燃性气体大部分是氢气，而且与空气的混合气基准的氢的燃烧范围为4～75vol％，燃烧下限值和燃烧上限值都比燃料气体中其他可燃性成分、即未重整的发电原料(城市煤气13A)严格，因此燃料气体中的可燃性气体流量采用燃料气体中的氢气流量。而且为了更可靠地确保安全性，也可以用燃料气体流量代替上述燃料气体中的氢气流量。
而且，燃烧风扇118向燃烧器104输送的空气量，与实施形态3一样需要至少能够使得在发电停止时保持于阴极101c，随着鼓风机105开始对阴极101c提供空气，从第二阴极燃烧配管119最初(特别是刚用空气置换阴极101c中的气体时)排出的氢气与氢气回流配管125送来的混合气体中的氢气的总和完全燃烧的量。也就是说，燃烧风扇118利用控制装置121进行调整得能够向燃烧器104输送可以使输送到燃烧器104的全部氢气完全燃烧的空气量。
这样，将充填于燃料电池101的阴极101c的氢气置换为空气后，由控制装置121将阴极功能停止手段112的第一出口侧开闭阀112a打开，关闭第二燃烧配管开闭阀120，将鼓风机105的空气供给量设定为燃料电池101发电所需的空气量，开始用燃料电池101发电。
这样，在燃料电池***139开始发电时和停止发电时，将燃料电池101的阴极101c排出的氢气从第二阴极燃烧配管119经过氢气回流配管125向燃烧器104输送，这样能够使阴极101c排出的氢气完全燃烧，能够从燃料电池***139排出。
又，利用控制装置121将从第二阴极燃烧配管119经由氢气回流配管125送到燃烧器104的空气流量调整为从氢气回流配管125提供给燃烧器104的氢气流量的1/4以下，这样能够实现恰当的运行，避免从燃烧器104向氢气回流配管125逆火。
而且，在燃料电池***139发电停止期间内，能够保持在燃料电池101的阴极101c充填氢气的状态下，因此能够在阳极101a中封入可燃气体(氢气)，同时从根本上消除使燃料电池101的阳极101a的催化剂氧化的主要因素，能够防止燃料电池***139的阳极101a的耐久性的下降。
又，在这里，设想氧化剂气体采用空气的情况加以叙述，但是氧化剂气体未必一定使用空气。而且在这种情况下，在燃料电池101的阴极101c中存在的气体在氧化剂气体与氢气之间置换的动作期间内(发电停止和发电开始的动作期间内)，控制装置121对提供给阴极101c的氢气量或氢气回流配管125中流过的燃料气体的供给量进行调整，以使相对于从阴极101c排出的气体中的氧流量与燃料气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例低于可燃性气体与氧气的混合气基准下的可燃性气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
根据上述说明，本行业的普通技术人员能够清楚了解本发明的多种改良和其他实施形态。因此上述说明只应该理解为例示，是为了向本行业的普通人员示教执行本发明的最佳形态而提供的。在不脱离本发明的精神的条件下，可以对其结构和/或功能的细节进行实质性修改。
工业应用性
本发明的燃料电池***具有能够防止燃料电池的阳极的氧化劣化，谋求提高耐久性，同时能够恰当地排出充填于阴极的可燃性气体的效果，作为例如家庭用的发电***等是有用的。

Claims (18)

1.一种燃料电池***，其特征在于，
具备使用提供给阳极的燃料气体中的氢和提供给阴极的氧化剂气体中的氧进行发电的燃料电池、以及使可燃气体燃烧的燃烧器，所述发电停止后，对所述阴极充填可燃气体并使其保持，然后，从所述阴极排出所述可燃气体时使所述可燃气体在所述燃烧器燃烧。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，具备对所述燃烧器提供燃烧气体的燃烧气体供给手段、以及对所述燃烧器提供燃烧空气的燃烧空气供给装置，所述燃烧空气供给装置相对于提供给所述燃烧器的所述可燃气体以及所述燃烧气体的至少其一构成的可燃性的气体，提供使所述燃烧器内部的空燃比为1以上的量的所述燃烧空气。
3.根据权利要求2所述的燃料电池***，其特征在于，形成能够将从所述燃料电池的阴极排出的气体提供给对所述燃烧器提供所述燃烧气体的路径上的结构。
4.根据权利要求2所述的燃料电池***，其特征在于，形成能够将从所述燃料电池的阴极排出的气体提供给对所述燃烧器提供所述燃烧空气的路径上的结构。
5.根据权利要求3所述的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的气体中的氧气流量与所述燃烧气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例低于所述可燃性气体与氧气的混合气基准的所述可燃性气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
6.根据权利要求3所述的燃料电池***，其特征在于，在使用空气作为所述氧化剂气体的情况下，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述空气与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的空气流量与所述燃烧气体中的可燃性气体流量的总和，可燃性气体流量的比例低于所述可燃性气体与所述空气的混合气基准的所述可燃性气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池***，其特征在于，所述可燃性气体是氢气。
8.根据权利要求3所述的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的气体中的氧气流量与所述燃烧气体流量的总和，燃烧气体流量的比例低于所述燃烧气体与氧气的混合气基准的所述燃烧气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
9.根据权利要求3所述的燃料电池***，其特征在于，在使用空气作为所述氧化剂气体的情况下，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧气体的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述空气与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的空气流量与所述燃烧气体流量的总和，燃烧气体流量的比例低于所述燃烧气体与所述空气的混合气基准的燃烧气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
10.根据权利要求4所述的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧空气的供给量，以使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的可燃性气体流量与所述燃烧空气流量的总和，可燃性气体流量的比例低于所述可燃性气体与空气的混合气基准的所述可燃性气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
11.根据权利要求4所述的燃料电池***，其特征在于，调整提供给所述阴极的气体量或所述燃烧空气的供给量，使得至少存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，相对于从阴极排出的气体流量与所述燃烧空气流量的总和，所述气体流量的比例低于所述气体流量与空气的混合气基准的所述阴极排出的气体的燃烧下限值，或高于燃烧上限值。
12.根据权利要求5～11中的任一项所述的燃料电池***，其特征在于，开始发电动作时，通过对阴极提供氧化剂气体，排出可燃气体。
13.根据权利要求5～12中的任一项所述的燃料电池***，其特征在于，具备具有从发电原料生成含氢的所述燃料气体的重整器的燃料处理器，所述燃烧器是对所述重整器进行加热的燃料处理燃烧器。
14.根据权利要求5～12中的任一项所述的燃料电池***，其特征在于，具备能够提供氢气作为所述燃料电池的燃料气体的氢供给装置。
15.根据权利要求13所述的燃料电池***，其特征在于，所述燃烧气体是从所述燃料处理器排出的燃料气体或从所述燃料电池排出的残余燃料气体。
16.根据权利要求14所述的燃料电池***，其特征在于，所述燃烧气体是从所述氢供给装置排出的氢气或从所述燃料电池排出的残余氢气。
17.根据权利要求15或16所述的燃料电池***，其特征在于，存在于所述燃料电池阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作期间内，所述燃烧空气供给装置相对于在所述燃料处理燃烧器中的所述可燃气体与所述燃烧气体，提供使所述燃烧器内部的空燃比为1以上的量的空气。
18.根据权利要求15所述的燃料电池***，其特征在于，存在于所述燃料电池的阴极的气体在所述氧化剂气体与所述可燃气体之间置换的动作前，所述重整器的温度被控制为比通常运行时的规定的目标温度低的温度。
CNB2005800381924A 2004-11-08 2005-11-08 燃料电池*** Expired - Fee Related CN100524925C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004323352 2004-11-08
JP323352/2004 2004-11-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101057358A true CN101057358A (zh) 2007-10-17
CN100524925C CN100524925C (zh) 2009-08-05

Family

ID=36319295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800381924A Expired - Fee Related CN100524925C (zh) 2004-11-08 2005-11-08 燃料电池***

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20080038599A1 (zh)
JP (2) JPWO2006049299A1 (zh)
CN (1) CN100524925C (zh)
WO (1) WO2006049299A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102473950A (zh) * 2010-03-18 2012-05-23 松下电器产业株式会社 燃料电池发电***以及燃料电池发电***的运转停止方法
CN107710486A (zh) * 2015-08-05 2018-02-16 株式会社选良 可制造高压氢的罐式发电装置以及燃料电池车辆
CN108370051A (zh) * 2015-12-15 2018-08-03 日产自动车株式会社 燃料电池***、及燃料电池***的控制方法
CN110959213A (zh) * 2017-08-01 2020-04-03 日产自动车株式会社 燃料电池***和燃料电池***的控制方法
CN112840490A (zh) * 2018-11-19 2021-05-25 Avl李斯特有限公司 加热燃料电池***的方法以及燃料电池***

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5064830B2 (ja) * 2007-02-16 2012-10-31 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 改質器システム、燃料電池システム、及びその運転方法
JP5366801B2 (ja) * 2007-03-14 2013-12-11 パナソニック株式会社 燃料電池システム、及び燃料電池システムの運転方法
DE102008015344A1 (de) * 2008-03-20 2009-01-22 Daimler Ag Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem
EP2653696B1 (en) * 2010-12-13 2019-08-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power generation system
JPWO2016006409A1 (ja) * 2014-07-09 2017-04-27 凸版印刷株式会社 液剤注入装置
US11527766B2 (en) * 2014-12-19 2022-12-13 Ceres Intellectual Property Company Limited Fuel cell system and tail gas burner assembly and method
CN108370047B (zh) * 2015-12-15 2020-05-26 日产自动车株式会社 燃料电池***及其控制方法

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3539395A (en) 1966-02-25 1970-11-10 Gen Electric System and process for the indirect electrochemical combination of air and a reformable fuel
JPS54144936A (en) * 1978-05-04 1979-11-12 Fuji Electric Co Ltd Method of resting fuel battery
JPS61233976A (ja) * 1985-04-10 1986-10-18 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池設備
JPS62190660A (ja) * 1986-02-17 1987-08-20 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池発電プラントの休止方法
JPS63259971A (ja) * 1987-04-17 1988-10-27 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池設備
JPS63259972A (ja) * 1987-04-17 1988-10-27 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池設備
US4743517A (en) * 1987-08-27 1988-05-10 International Fuel Cells Corporation Fuel cell power plant with increased reactant pressures
JPH03400A (ja) 1989-05-26 1991-01-07 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 安全弁の保護装置
JPH05307970A (ja) 1992-04-30 1993-11-19 Aqueous Res:Kk 液体燃料電池
JPH06140065A (ja) 1992-09-08 1994-05-20 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JP3297125B2 (ja) * 1993-02-25 2002-07-02 三菱重工業株式会社 固体高分子電解質燃料電池の停止保管方法
JP3192517B2 (ja) 1993-03-17 2001-07-30 東京瓦斯株式会社 燃料電池発電装置
JPH0729589A (ja) 1993-07-09 1995-01-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置におけるプレート型改質器の差圧制御方法
JPH09298065A (ja) * 1996-05-01 1997-11-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 燃料電池発電装置
JPH09306522A (ja) * 1996-05-08 1997-11-28 Kansai Electric Power Co Inc:The 燃料電池発電装置用窒素製造設備
US6007931A (en) 1998-06-24 1999-12-28 International Fuel Cells Corporation Mass and heat recovery system for a fuel cell power plant
EP0985635B1 (en) 1998-09-09 2005-04-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen generating apparatus
US6124054A (en) 1998-12-23 2000-09-26 International Fuel Cells, Llc Purged anode low effluent fuel cell
US6331366B1 (en) * 1999-06-23 2001-12-18 International Fuel Cells Llc Operating system for a fuel cell power plant
CN1310829C (zh) 1999-12-28 2007-04-18 大金工业株式会社 转化装置
JP2001189165A (ja) * 2000-01-05 2001-07-10 Daikin Ind Ltd 燃料電池システム、該燃料電池システムの停止方法及び立ち上げ方法
EP1291948A4 (en) 2000-06-14 2004-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd FUEL CELL POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR INTERRUPTING THE POWER GENERATION OF A FUEL CELL
US6521204B1 (en) 2000-07-27 2003-02-18 General Motors Corporation Method for operating a combination partial oxidation and steam reforming fuel processor
JP4632501B2 (ja) * 2000-09-11 2011-02-16 大阪瓦斯株式会社 燃料電池の停止保管方法
JP2002124278A (ja) * 2000-10-17 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP3975672B2 (ja) * 2000-11-17 2007-09-12 松下電器産業株式会社 燃料電池発電装置
US6821658B2 (en) 2001-03-02 2004-11-23 Mti Microfuel Cells Inc. Cold start and temperature control method and apparatus for fuel cell system
DE10115336B4 (de) 2001-03-28 2012-09-27 General Motors Corporation - Intellectual Property Group Legal Staff Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
EP1296402A1 (en) 2001-09-25 2003-03-26 Ballard Power Systems AG Fuel cell system and method for operating the same
EP1298751A3 (en) * 2001-09-27 2006-04-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and production method thereof
JP3904191B2 (ja) 2001-10-23 2007-04-11 本田技研工業株式会社 排出燃料希釈器および排出燃料希釈式燃料電池システム
JP4028787B2 (ja) * 2001-11-30 2007-12-26 松下電器産業株式会社 燃料電池発電システムおよびその運転方法
JP4248182B2 (ja) * 2002-01-31 2009-04-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池発電システムおよび燃料電池のパージ方法
JP2003282114A (ja) * 2002-03-26 2003-10-03 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電装置の停止方法
US7018732B2 (en) 2002-04-15 2006-03-28 Hydrogenics Corporation System and method for management of gas and water in fuel cell system
US6896982B2 (en) * 2002-05-30 2005-05-24 Ballard Power Systems Inc. Conditioning method for fuel cells
US6835479B2 (en) * 2002-06-26 2004-12-28 Utc Fuel Cells, Llc System and method for shutting down a fuel cell power plant
JP2004067407A (ja) * 2002-08-02 2004-03-04 Nissan Motor Co Ltd 改質反応器
JP2004172049A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Honda Motor Co Ltd 発電システムと燃料電池の運転方法
JP2004172027A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US6838199B2 (en) 2002-12-26 2005-01-04 Utc Fuel Cells, Llc Start up system and method for a fuel cell power plant using a cathode electrode fuel purge
JP4613480B2 (ja) * 2003-07-22 2011-01-19 パナソニック株式会社 燃料電池発電装置とその運転方法
US6984464B2 (en) * 2003-08-06 2006-01-10 Utc Fuel Cells, Llc Hydrogen passivation shut down system for a fuel cell power plant
US8765314B2 (en) * 2003-08-25 2014-07-01 Panasonic Corporation Fuel cell system and method for stopping operation of fuel cell system
JP4613482B2 (ja) * 2003-08-28 2011-01-19 パナソニック株式会社 燃料電池発電装置とその運転方法
JP2005093115A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池発電装置とその運転方法
JP4354792B2 (ja) * 2003-12-12 2009-10-28 パナソニック株式会社 燃料電池発電装置
JP2005267898A (ja) * 2004-03-16 2005-09-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102473950A (zh) * 2010-03-18 2012-05-23 松下电器产业株式会社 燃料电池发电***以及燃料电池发电***的运转停止方法
CN102473950B (zh) * 2010-03-18 2015-04-15 松下电器产业株式会社 燃料电池发电***以及燃料电池发电***的运转停止方法
CN107710486A (zh) * 2015-08-05 2018-02-16 株式会社选良 可制造高压氢的罐式发电装置以及燃料电池车辆
CN108370051A (zh) * 2015-12-15 2018-08-03 日产自动车株式会社 燃料电池***、及燃料电池***的控制方法
CN110959213A (zh) * 2017-08-01 2020-04-03 日产自动车株式会社 燃料电池***和燃料电池***的控制方法
CN110959213B (zh) * 2017-08-01 2021-09-17 日产自动车株式会社 燃料电池***和燃料电池***的控制方法
CN112840490A (zh) * 2018-11-19 2021-05-25 Avl李斯特有限公司 加热燃料电池***的方法以及燃料电池***

Also Published As

Publication number Publication date
US8728675B2 (en) 2014-05-20
JPWO2006049299A1 (ja) 2008-05-29
US20080038599A1 (en) 2008-02-14
WO2006049299A1 (ja) 2006-05-11
JP2010177211A (ja) 2010-08-12
US20120003554A1 (en) 2012-01-05
CN100524925C (zh) 2009-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101057358A (zh) 燃料电池***
CN1280933C (zh) 发电装置及其运作方法
CN1020236C (zh) 制造氨的方法
CN1409428A (zh) 燃料电池发电***及控制该***的方法
CN1238921C (zh) 燃料电池发电***
CN1627552A (zh) 燃料电池发电装置
CN1297030C (zh) 燃料电池发电装置
CN1205115C (zh) 氢精制装置
CN100336259C (zh) 燃料电池发电***及其操作方法
CN1679198A (zh) 燃料电池发电***
CN1910775A (zh) 燃料电池***
CN1841830A (zh) 燃料重整装置和燃料电池***
CN1781209A (zh) 燃料电池***、燃料电池***的起动方法
CN1910774A (zh) 燃料电池***及其发电方法
CN1437281A (zh) 燃料电池***以及操作燃料电池***的方法
CN1783562A (zh) 燃料电池***及其运转方法
CN1643724A (zh) 燃料电池***及其控制方法
CN1499999A (zh) 排烟脱硫装置和排烟脱硫***以及排烟脱硫装置的运行方法
CN1308588A (zh) 燃料重整装置
CN1572039A (zh) 燃料电池***和相关的启动方法
CN1906789A (zh) 燃料电池***
CN1918734A (zh) 燃料电池发电***
CN1257834C (zh) 氢气发生装置
CN1922342A (zh) 氢的制造方法及装置
CN1514506A (zh) 燃料电池发电***及其燃料电池发电方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090805

Termination date: 20181108