CN101341621B

CN101341621B - 燃料电池起动方法和燃料电池系统

Info

Publication number: CN101341621B
Application number: CN2007800007808A
Authority: CN
Inventors: 高田和政
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP2007207435A; CN101341621A; JP4887048B2; DE112007000026T5; WO2007086566A1; US20080233442A1

Abstract

一种燃料电池的稳定起动方法和燃料电池系统。该燃料电池系统包括重整器(10)、燃烧器(20)和燃料电池(30)，该燃料电池起动方法包括供应燃烧用燃料和助燃空气到燃烧器(20)并点燃它们的步骤(S4)和用于在供应燃烧用燃料和助燃空气的同时将来自重整器(10)的生成气的至少一部分导至燃烧器(20)的步骤(S5～S12)。步骤(S5～S12)包括在点燃前燃烧器(20)的温度等于或低于100℃时的步骤(S8～S12)和在点燃前燃烧器(20)的温度高于100℃时的步骤(S7、S9～S12)，在步骤(S7、S9～S12)中供应燃烧用燃料和助燃空气以使空气比小于步骤(S8～S12)中的空气比。

Description

燃料电池起动方法和燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池起动方法和采用所述起动方法的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池通过分别供应到其燃料极和氧化剂极的含氢燃料气和氧化剂气的化学反应来发电。可以通过利用重整催化剂使重整用燃料重整得到燃料气，其中重整催化剂的温度应该保持在高温以稳定地得到燃料气。为此，在燃料电池的起动运行时，向燃烧器供应燃烧用燃料和助燃空气以加热重整器，在燃料电池发电的正常运行时，向燃烧器供应从燃料电池排出的阳极废气(即，在燃料极未消耗的含氢重整气)和供应助燃空气以加热重整器。为了使燃料电池尽可能快地进入正常运行状态，必须缩短燃料电池的起动运行时间并且稳定地起动燃料电池。

在此之前，已知记载于专利文件1和专利文件2的燃料电池起动方法和燃料电池系统。记载于专利文件1的燃料电池起动方法和燃料电池系统具有如下设置：在第一运行阶段，利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器，在第二运行阶段，逐渐减少供应到燃烧器的燃烧用燃料，同时逐渐增加供应到重整器的重整用燃料，以使生成气从重整器进入到燃烧器中。在该燃料电池起动方法和燃料电池系统中，因为从重整器提供的生成气可以用作燃烧用燃料，因此可以实现燃料电池起动运行时间的缩短。

此外，记载于专利文件2的燃料电池起动方法和燃料电池系统具有如下设置：在第一运行阶段，利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器，在第二运行阶段，随着重整器中重整催化剂的温度升高，将重整水的供应增加到预定流量。在该燃料电池起动方法和燃料电池系统中，因为在重整催化剂上似乎不会发生温度的不均匀以及因为燃料气的品质容易变得稳定，因此可以实现燃料电池起动运行时间的缩短。

专利文件1：日本未审查专利申请公开No.2001-354401(第3-4页和图1)

专利文件2：日本未审查专利申请公开No.2004-146089(第6-8页和图3-4)

发明内容

本发明待解决的问题

然而，在上述现有技术的燃料电池起动方法和燃料电池系统中，因为没有考虑到起动前燃料电池系统的状态，所以可能会发生燃料电池系统不能稳定地起动。亦即，在这些燃料电池起动方法和这些燃料电池系统中，在燃料电池停止之后立即再次起动(热起动)时，因为重整器保持在高温，所以在重整水供应到重整器之后立即产生大量的水蒸汽。在返回到燃烧器时，水蒸汽可能引起燃烧器的熄灭。此外，在这些燃料电池起动方法和这些燃料电池系统中，无论燃料电池是常规起动(冷起动)还是停止之后立即再次起动(热起动)都采用相同的顺序。这使得维持燃烧的可容许空气比范围变窄，从而导致燃料电池起动方法和燃料电池系统的稳定性低。

本发明考虑了上述现有技术的问题，并且本发明的一个目的是提供能够稳定起动的燃料电池起动方法和燃料电池系统。

解决问题的措施

根据本发明的第一方面，提供一种在以下系统中的燃料电池起动方法，该系统设置有由重整用燃料和重整水产生含氢燃料气的重整器；用于加热重整器的燃烧器；和用于由燃料气和氧化剂气发电的燃料电池，并且包括利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器的第一运行阶段和将燃烧用燃料和助燃空气连续供应到燃烧器并且将重整水供应到重整器的第二运行阶段，其中在第二运行阶段，将从重整器导出的气体导至燃烧器，第二运行阶段包括在点燃前燃烧器的温度等于或低于预定温度情况下的冷起动程序和在点燃前燃烧器的温度高于预定温度情况下的热起动程序，在该热起动程序中供应燃烧用燃料和助燃空气以使空气比小于冷起动程序中的空气比。

在根据本发明第二方面的燃料电池起动方法中，在冷起动程序中燃烧用燃料的供应与第一运行阶段相比降低，而在冷起动程序中助燃空气的供应与第一运行阶段相比增加。

在根据本发明第三方面的燃料电池起动方法中，在第二运行阶段向重整器供应重整水而不供应重整用燃料。

在根据本发明第四方面的燃料电池起动方法中，在热起动程序中燃烧用燃料的供应保持为预定流量。

根据本发明第五方面，提供一种燃料电池系统，在该燃料电池系统中，所述系统包括由重整用燃料和重整水产生含氢燃料气的重整器、加热重整器的燃烧器、由燃料气和氧化剂气发电的燃料电池、和执行第一运行阶段和第二运行阶段的控制装置，第一运行阶段是利用向燃烧器供应燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器的阶段，第二运行阶段是连续供应燃烧用燃料和助燃空气到燃烧器并且供应重整水到重整器以在第二运行阶段将从重整器导出的气体导至燃烧器的阶段，所述控制装置在第二运行阶段执行在点燃前燃烧器的温度等于或低于预定温度情况下的冷起动程序，和执行在点燃前燃烧器的温度高于预定温度情况下的热起动程序，在所述热起动程序中供应燃烧用燃料和助燃空气以使空气比小于冷起动程序中的空气比。

在根据本发明第六方面的燃料电池系统中，在冷起动程序中燃烧用燃料的供应与第一运行阶段相比降低，而在冷起动程序中助燃空气的供应与第一运行阶段相比增加。

在根据本发明第七方面的燃料电池系统，在第二运行阶段向重整器供应重整水而不供应重整用燃料。

在根据本发明第八方面的燃料电池系统，在热起动程序中燃烧用燃料的供应保持为预定流量。

发明效果

在根据本发明第一方面的燃料电池起动方法中，在第一运行阶段利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器之后，在第二运行阶段根据点燃前燃烧器的温度改变燃烧用燃料和助燃空气之间的供应比。即，当点燃前燃烧器的温度高于预定温度时，在热起动程序中供应燃烧用燃料和助燃空气以使得空气比小于冷起动程序中的空气比。因此，在燃料电池停止之后立即再次起动时，在热起动程序中已经供应了足够的燃烧用燃料，因此即使重整水以水蒸汽形式从重整器返回到燃烧器，燃烧器也很难熄灭。此外，因为在冷起动程序和热起动程序中采用不同的顺序，所以可以使维持燃烧的可容许空气比范围变宽。因此，在燃料电池起动方法中可以稳定地起动燃料电池。

在根据本发明第二方面的燃料电池起动方法中，当在点燃前燃烧器的温度等于或低于预定温度时，在冷起动程序中供应足以使燃烧用燃料燃烧的助燃空气以减少燃烧用燃料的供应并增加助燃空气的供应。因此，可以实现燃烧废气中CO和NOx的降低。

在根据本发明第三方面的燃料电池起动方法中，因为在第二运行阶段，向重整器供应重整水而不供应重整用燃料，因此可以防止碳粘附到重整器中的催化剂上。

在根据本发明第四方面的燃料电池起动方法中，因为在热起动程序中燃烧用燃料的供应保持为预定流量，所以可以充分供应燃烧用燃料以防止燃烧器熄灭。

在根据本发明第五方面的燃料电池系统中，在第一运行阶段利用向燃烧器供应的燃烧用燃料和助燃空气点燃燃烧器之后，在第二运行阶段根据点燃前燃烧器的温度来改变燃烧用燃料和助燃空气之间的供应比。即，当点燃前燃烧器的温度高于预定温度时，在热起动程序中供应燃烧用燃料和助燃空气以使空气比小于冷起动程序中的空气比。因此，当燃料电池停止之后立即再次起动时，在热起动程序中已经供应了足够的燃烧用燃料，因此即使以水蒸汽形式进料的重整水从重整器返回到燃烧器，燃烧器也很难熄灭。此外，因为在冷起动程序和热起动程序中采用不同的顺序，所以可以使维持燃烧的可容许空气比范围变宽。因此，在燃料电池起动方法中可以稳定地起动燃料电池。

在根据本发明第六方面的燃料电池系统中，当点燃前燃烧器的温度等于或低于预定温度时，在冷起动程序中供应足以使燃烧用燃料燃烧的助燃空气以减少燃烧用燃料的供应并增加助燃空气的供应。因此，可以实现燃烧废气中CO和NOx的降低。

在根据本发明第七方面的燃料电池系统中，因为在第二运行阶段，向重整器供应重整水而不供应重整用燃料，因此可以防止碳粘附到重整器中的催化剂上。

在根据本发明第八方面的燃料电池系统中，因为在热起动程序中燃烧用燃料的供应保持为预定流量，所以可以充分供应燃烧用燃料以防止燃烧器熄灭。

附图说明

图1涉及一个实施方案中的燃料电池起动方法和燃料电池系统并且是该燃料电池系统的示意图。

图2涉及在该实施方案中的燃料电池起动方法和燃料电池系统并且是起动运行程序的流程图。

图3涉及在该实施方案中的燃料电池起动方法和燃料电池系统并且是在热起动的起动运行情况下的时序图。

图4涉及在该实施方案中的燃料电池起动方法和燃料电池系统并且是在冷起动的起动运行情况下的时序图。

附图标记的说明

10...重整器；20...燃烧器；30...燃料电池；S4、S5...第一运行阶段；S6～S12...第二运行阶段；S7、S9、S10、S11、S12...热起动程序；S8、S9、S10、S11、S12...冷起动程序。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述具体实现根据本发明的燃料电池起动方法和燃料电池系统的一个实施方案。对于燃料电池起动方法和燃料电池系统，使用图1所示的燃料电池系统。燃料电池系统设置有由重整用燃料和重整水产生作为燃料气的含氢重整气的重整器10、加热重整器10的燃烧器20、由重整气和作为氧化剂气的空气发电的燃料电池30、和用于控制燃料电池系统的控制器1。

重整器10由重整部11、蒸发器部12、一氧化碳转化反应部(下文称为“CO转化部″)13和一氧化碳选择性氧化部(下文称为“CO选择性氧化部”)14构成。

重整部11由外部供应的燃料和水蒸汽的混合气体产生重整气并排放出该重整气。可以使用天然气、LPG、煤油、汽油或甲醇等作为燃料。下文将以使用天然气的形式描述该实施方案。重整部11中填充有催化剂(例如，Ru或Ni基催化剂)，并且从燃料供应管41导入的重整用燃料与从蒸汽供应管52导入的水蒸汽的混合物通过催化剂反应并重整产生氢气和一氧化碳气(即所谓的水蒸汽重整反应)。同时，发生所谓的一氧化碳转化反应，其中通过水蒸汽重整反应产生的一氧化碳与水蒸汽反应以产生氢气和二氧化碳。这些生成气(总称为所谓的“重整气″)导入CO转化部13。水蒸汽重整反应是吸热反应，而一氧化碳转化反应是放热反应。此外，重整部11在从燃烧器20喷出的燃烧气直接冲击的内壁的内表面上设置有温度传感器11a。通过该温度传感器11a，可以检测燃烧器20的燃烧温度，即重整部11的内壁温度T。温度传感器11a的检测结果传输至控制器1。

重整部11连接到燃料供应管41，该燃料供应管41连接到燃料供应源Sf(例如，城市燃气管)，并且从燃料供应源Sf供应重整用燃料至重整部11。在燃料供应管41上从上游侧依次设置有第一燃料阀42、重整用燃料泵43、脱硫器44和第二燃料阀45。第一和第二燃料阀42、45响应来自控制器1的指令以打开或关闭燃料供应管41。重整用燃料泵43抽吸从燃料供应源Sf供应的重整用燃料以将重整用燃料送到重整部11，并响应来自控制器1的指令以调节重整用燃料的供应量。脱硫器44除去重整用燃料中的硫成分(例如，硫化合物)。因此，在从中除去硫成分之后将重整用燃料供应到重整部11。

此外，连接到蒸发器部12的蒸汽供应管52连接到第二燃料阀45和重整部11之间的燃料供应管41。从蒸发器部12供应的水蒸汽与重整用燃料混合，以供应到重整部11。蒸发器部12连接到给水管51，给水管51连接到重整水供应源Sw。在给水管51上从上游侧依次设置有水泵53和水阀54。水泵53抽吸从重整水供应源Sw供应的重整水并将其送到蒸发器部12，并响应来自控制器1的指令以调节重整水的供应量。水阀54响应来自控制器1的指令以打开或关闭给水管51。

蒸发器部12通过加热并沸腾重整水来产生水蒸汽以将水蒸汽供应到重整部11。蒸发器部12连接到给水管51以及蒸汽供应管52，并且从给水管51导出的水流过蒸发器部12并被加热以水蒸汽形式送到蒸汽供应管52。

CO转化部13用以减少从重整部11供应的重整气中的一氧化碳，即用作一氧化碳减少部。CO转化部13填充有催化剂(例如，Cu-Zn基催化剂)，并且将来自重整部11的重整气引导通过催化剂以输出到CO选择性氧化部14。此时，发生所谓的一氧化碳转化反应，其中通过催化剂使包含在导入的重整气中的一氧化碳和水蒸汽反应以产生氢气和二氧化碳气。该一氧化碳转化反应是放热反应。

CO选择性氧化部14用于进一步减少从CO转化部13供应的重整气中的一氧化碳以将重整气供应到燃料电池30，即，用作一氧化碳减少部。CO选择性氧化部14填充有催化剂(例如，Ru或Pt基催化剂)。此外，CO选择性氧化部14连接到重整气供应管71，并且从CO转化部13供应的重整气流过CO选择性氧化部14并通过重整气供应管71导出。

此外，氧化空气与供应到CO选择性氧化部14的重整气混合。具体地，CO选择性氧化部14连接到与空气供应源Sa连接的氧化空气供应管61并从该空气供应源Sa(例如，大气)获得氧化空气的供应。在氧化空气供应管61上从上游侧依次设置有过滤器62、空气泵63和空气阀64。过滤器62过滤空气。空气泵63抽吸从空气供应源Sa供应的空气并将该空气送到CO选择性氧化部14，并响应来自控制器1的指令以调节空气供应量。空气阀64响应来自控制器1的指令以打开或关闭氧化空气供应管61。因此，氧化空气与来自CO转化部13的重整气混合，以供应到CO选择性氧化部14。

因此，导至CO选择性氧化部14的重整气中的一氧化碳与氧化空气中的氧反应成为二氧化碳。该反应是放热反应并且通过催化剂加速。因此，通过氧化反应进一步降低重整气中一氧化碳的浓度(小于10ppm)，并将重整气供应到燃料电池30的燃料极31。

燃烧器20供应有可燃气体(燃烧用燃料、重整气和阳极废气)并且通过燃烧所述可燃气体来加热重整部11。燃烧废气通过排气管81排出。燃烧器20连接到在重整用燃料泵43的上游侧从燃料供应管41分支出的燃烧用燃料供应管47，并且供应有燃烧用燃料。在燃烧用燃料供应管47上设置有燃烧用燃料泵48。燃烧用燃料泵48是隔膜泵并且抽吸从燃料供应源Sf供应的燃烧用燃料以将所述燃烧用燃料送到燃烧器20。燃烧用燃料泵48响应来自控制器1的指令以调节燃烧用燃料的供应量。

此外，燃烧器20连接到在空气泵63的上游侧从氧化空气供应管61分支出的助燃空气供应管65，并且供应有用于燃烧燃烧用燃料、重整气或阳极废气的助燃空气。在助燃空气供应管65上设置有助燃空气泵66。助燃空气泵66抽吸从空气供应源Sa供应的助燃空气以将所述空气送到燃烧器20，并且响应来自控制器1的指令以调节助燃空气的供应量。当响应来自控制器1的指令使燃烧器20点燃时，燃烧供应到燃烧器20的燃烧用燃料、重整气或阳极废气以产生高温燃烧气。

通过燃料电池30中的多个层堆叠各自具有燃料极31和氧化剂极32的电池。燃料电池30的燃料极31的入口通过重整气供应管71与CO选择性氧化部14连接，并且供应重整气到燃料极31。燃料电池30的燃料极31的出口通过废气供应管72与燃烧器20连接以将从燃料电池30排出的阳极废气供应到燃烧器20。绕过燃料电池30的旁路管73在重整气供应管71和废气供应管72之间建立直接连接。在重整气供应管71上设置有位于重整气供应管71与旁路管73的分支点和燃料电池30之间的第一重整气阀74。在废气供应管72上设置有位于废气供应管72与旁路管73的合流点和燃料电池30之间的废气阀75。旁路管73设置有第二重整气阀76。第一和第二重整气阀74、76与废气阀75可操作用以打开或关闭各自的管并且可通过控制器1控制。

此外，燃料电池30的氧化剂极32的入口与在空气泵66的上游侧从助燃空气供应管65分支出来的阴极空气供应管67的一端连接，并且将作为氧化剂气的阴极空气供应到氧化剂极32中。在阴极空气供应管67上从上游侧依次设置有阴极空气泵68和阴极空气阀69。阴极空气泵68抽吸从空气供应源Sa供应的阴极空气以将所述空气送到燃料电池30的氧化剂极32，并且响应来自控制器1的指令以调节阴极空气的供应量。阴极空气阀69响应来自控制器1的指令用以打开或关闭阴极空气供应管67。此外，燃料电池30的氧化剂极32的出口与排气管82的一端相连接，排气管82的另一端通大气。

控制器1具有与其电连接的温度传感器11a，各个泵43、48、53、63、66、68，各个阀42、45、54、64、69、74、75、76和燃烧器20。通过控制器1可控制燃料电池系统。

将参考图2～4描述如上构造的燃料电池系统的运行。图2是起动运行程序的流程图。此外，图3是显示在起动运行为热起动的情况下，重整部11的内壁温度T和燃烧用燃料、助燃空气和重整水的供应量的时序图。此外，图4是在起动运行为冷起动的情况下，重整部11的内壁温度T和燃烧用燃料、助燃空气和重整水的供应量的时序图。当如图3和4所示在时刻t0打开起动开关(未显示)时，控制器1开始执行图2所示的起动运行程序。

在步骤S1，检查从温度传感器11a输入的重整部11的内壁温度T即燃烧器20点燃之前的温度是否高于100℃。当重整部11的内壁温度T高于100℃(是)时，起动运行被判断为在燃料电池系统停止之后立即再次起动，即为热起动，然后进入步骤S2。此外，当重整部11的内壁温度T等于或小于100℃(否)时，起动运行被判断为燃料电池系统的常规起动，即为冷起动，然后进入步骤S3。

在步骤S2，热起动标记设置为开(1)以存储为热起动，然后进入步骤S4。在步骤S3，热起动标记设置为关(0)以存储为冷起动，然后进入步骤S4。在步骤S4，点燃燃烧器20。具体地，驱动助燃空气泵66以将来自空气供应源Sa的助燃空气通过助燃空气供应管65供应到燃烧器20。此外，驱动燃烧用燃料泵48并打开第一燃料阀42以通过燃烧用燃料供应管47将来自燃料供应源Sf的燃烧用燃料供应到燃烧器20，然后点燃燃烧器20。此外，打开第二重整气阀76以通过旁路管73在重整气供应管71和废气供应管72之间产生直接连接。随着燃烧器20被点燃，燃烧气由燃烧器20喷出并使重整部11升温。燃烧气通过排气管81排出。然后，在步骤S5，一直等待直到重整部11的内壁温度T升高到超过300℃，并且当温度T升高到超过300℃时进入步骤S6。在此，步骤S4和S5组成第一运行阶段。该第一运行阶段包括图3中从时刻t0到t1的时段，和图4中从时刻t0到t4的时段。

在步骤S6，检查起动运行是热起动还是冷起动。在热起动标记为开(1)的情况下(是)，起动运行被判断为热起动，然后进入步骤S7。在热起动标记为关(0)的情况下(否)，起动运行被判断为冷起动，然后进入步骤S8。

在步骤S7，执行起动运行是热起动的情况的过程。即，如图3中从时刻t1到时刻t2的时段所示，控制助燃空气泵66以逐渐增加从空气供应源Sa通过助燃空气供应管65供应到燃烧器20的助燃空气的供应量。此外，从燃料供应源Sf通过燃烧用燃料供应管47供应到燃烧器20的燃烧用燃料的供应量保持恒定。因此，为燃烧器20供应充分的燃烧用燃料以使其不熄灭。在图3中，附图标记GT1、GF1、GA1、GW1和GR1分别表示重整部11的内壁温度T、燃烧用燃料的供应量、助燃空气的供应量、重整水的供应量和重整用燃料的供应量。执行步骤S7之后进入步骤S9。

在步骤S8，执行起动运行是冷起动情况下的过程。即，如图4中从时刻t4到时刻t5的时段所示，控制助燃空气泵66以逐渐增加从空气供应源Sa通过助燃空气供应管65供应到燃烧器20的助燃空气的供应量。此外，控制燃烧用燃料泵48以逐渐降低从燃料供应源Sf通过燃烧用燃料供应管47供应到燃烧器20的燃烧用燃料的供应量。因此，燃烧用燃料完全燃烧，由此可以实现燃烧废气中CO和NOx的减少并使重整部11的内壁温度T略微上升。在此，通过利用软件计时器，可以逐渐增加助燃空气的供应量并逐渐地降低燃烧用燃料的供应量。在图4中，附图标记GT2、GF2、GA2、GW2和GR2分别表示重整部11的内壁温度T、燃烧用燃料的供应量、助燃空气的供应量、重整水的供应量、和重整用燃料的供应量。在执行步骤S8之后进入步骤S9。

在步骤S9，一直等到重整部11的内壁温度T超过400℃，当温度T超过400℃时进入步骤S10。在步骤S10，如图3(时刻t2)和图4(时刻t5)所示，驱动水泵53并打开水阀54以将来自重整水供应源Sw的重整水通过给水管51以V1cm³/分钟(在该特定实施方案中V1＝3)供应到蒸发器部12。重整水在蒸发器部12加热以转化为水蒸汽，然后通过蒸汽供应管52将水蒸汽供应到重整部11。因此，重整催化剂几乎没有温度不均匀性，并且燃料气的品质更易于稳定。此外，因为向重整部11供应重整水而不供应重整用燃料，因此可以实现防止碳粘附到重整催化剂。在热起动程序中，在供应重整水时，重整水立即转化为水蒸汽，因此即使在供应重整水的同时供应重整用燃料也不会出现问题。因此，在热起动程序中，能在步骤S10供应重整用燃料。在执行步骤S10之后进入步骤S11。

在步骤S11，一直等到重整部11的内壁温度T超过600℃，并且当温度T超过600℃时进入步骤S12。在步骤S12，驱动重整用燃料泵43并且打开第二燃料阀45以将来自燃料供应源Sf的重整用燃料通过燃料供应管41供应到重整部11。此外，控制水泵53以将来自重整水供应源Sw的重整水通过给水管51以V2cm³/分钟(在该特定的实施方案中V2＝8)供应到蒸发器部12。因此，在重整部11中，发生水蒸汽重整反应，其中重整用燃料和水蒸汽的混合气体通过催化剂反应，由此产生重整气。由于穿过CO转化部13和CO选择性氧化部14，重整气中的一氧化碳减少并且重整气从重整器10导至重整气供应管71。此外，如图3(时刻t3)和图4(时刻t6)所示，通过利用软件计时器逐渐停止燃烧用燃料泵48，由此逐渐中止从燃料供应源Sf向燃烧器20供应燃烧用燃料。因此，利用从重整器10通过重整气供应管71、旁路管73和废气供应管72供应到燃烧器20的重整气，可以维持燃烧器20的燃烧。在此，步骤S6到S12组成第二运行阶段。此外，步骤S7、S9、S10、S11和S12包括热起动程序，而步骤S8、S9、S10、S11和S12包括冷起动程序。

在执行步骤S12之后终止起动运行程序的执行。此外，一旦终止起动运行程序的执行，就开始执行正常运行程序(未显示)，其中经过预定时间以使重整气稳定之后，打开第一重整阀74和废气阀75，并关闭第二重整气阀76。此外，驱动阴极空气泵68并打开阴极空气阀69以将来自空气供应源Sa的阴极空气通过阴极空气供应管67供应到燃料电池30的氧化剂极32。因此，燃料电池30进入正常运行以发电。

在本实施方案的燃料电池起动方法和燃料电池系统中，在步骤S4利用向燃烧器20供应的燃烧用燃料和助燃空气来点燃燃烧器20之后，根据点燃前重整部11的内壁温度T在步骤S7和S8改变燃烧用燃料和助燃空气之间的供应比。具体地，在点燃前重整部11的内壁温度T等于或低于100℃时，在步骤S8减少燃烧用燃料的供应并且增加助燃空气的供应。在点燃前重整部11的内壁温度T高于100℃时，在步骤S7中使燃烧用燃料的供应保持恒定。即，在点燃前重整部11的内壁温度T高于100℃时，供应燃烧用燃料和助燃空气使得在这种情况下的空气比变得小于在等于或低于100℃的情况下的空气比。在此，术语“空气比”是指实际的空气量与燃料完全燃烧所需要的空气量之比。因此，在燃料电池停止之后立即再次起动时，在步骤S7已经充分供应了燃烧用燃料，因此，即使重整水转化为水蒸汽通过重整气供应管71、旁路管73和废气供应管72进入燃烧器20，燃烧器20的火也几乎不熄灭。此外，因为在步骤S7和S8分别使用不同的顺序，因此维持燃烧的可容许空气比范围可以变宽。因此，在燃料电池起动方法和燃料电池系统中，可以实现燃料电池的稳定起动。

尽管已经根据实施方案描述了根据本发明的燃料电池起动方法和燃料电池系统，但不需说明的是本发明不局限于所述实施方案，并且可以采用不与本发明的技术原理抵触而适当改变的任何其它方式实施。

工业实用性

根据本发明的燃料电池起动方法和燃料电池系统能使维持燃烧的可容许空气比变宽，因此适于稳定起动燃料电池。

Claims

1.一种用于以下系统的燃料电池起动方法，所述系统包括由重整用燃料和重整水产生含氢燃料气的重整器、加热所述重整器的燃烧器、和由所述燃料气和氧化剂气发电的燃料电池，所述方法包括：

利用供应到所述燃烧器的燃烧用燃料和助燃空气点燃所述燃烧器的第一运行阶段，和

连续供应所述燃烧用燃料和所述助燃空气到所述燃烧器并且供应所述重整水到所述重整器的第二运行阶段，其中在所述第二运行阶段，将从所述重整器导出的气体导到所述燃烧器，

其中所述第二运行阶段包括：

在点燃前所述燃烧器的温度等于或低于预定温度的情况下的冷起动程序，和

在点燃前所述燃烧器的温度高于预定温度的情况下的热起动程序，在所述热起动程序中供应所述燃烧用燃料和所述助燃空气以使空气比小于所述冷起动程序中的空气比。

2.如权利要求1所述的燃料电池起动方法，其中在所述冷起动程序中所述燃烧用燃料的供应与所述第一运行阶段相比降低，而所述助燃空气的供应与所述第一运行阶段相比增加。

3.如权利要求1所述的燃料电池起动方法，其中在所述第二运行阶段，向所述重整器供应所述重整水而不供应所述重整用燃料。

4.如权利要求2所述的燃料电池起动方法，其中在所述第二运行阶段，向所述重整器供应所述重整水而不供应所述重整用燃料。

5.如权利要求1所述的燃料电池起动方法，其中在所述热起动程序中所述燃烧用燃料的供应保持为预定流量。

6.如权利要求3所述的燃料电池起动方法，其中在所述热起动程序中所述燃烧用燃料的供应保持为预定流量。

7.一种燃料电池系统，包括：由重整用燃料和重整水产生含氢燃料气的重整器、

加热所述重整器的燃烧器、

由所述燃料气和氧化剂气发电的燃料电池，和

控制装置，其用于执行利用供应到所述燃烧器的燃烧用燃料和助燃空气点燃所述燃烧器的第一运行阶段和连续供应所述燃烧用燃料和所述助燃空气到所述燃烧器并且供应所述重整水到所述重整器的第二运行阶段，其中在所述第二运行阶段，所述控制装置将从所述重整器导出的气体导到所述燃烧器，

其中在所述第二运行阶段，所述控制装置执行：

在点燃前所述燃烧器的温度高于预定温度情况下的热起动程序，在所述热起动程序中供应所述燃烧用燃料和所述助燃空气以使空气比小于所述冷起动程序中的空气比。

8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其中在所述冷起动程序中所述燃烧用燃料的供应与所述第一运行阶段相比降低，而所述助燃空气的供应与所述第一运行阶段相比增加。

9.如权利要求7所述的燃料电池系统，其中在所述第二运行阶段，向所述重整器供应所述重整水而不供应所述重整用燃料。

10.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中在所述第二运行阶段，向所述重整器供应所述重整水而不供应所述重整用燃料。

11.如权利要求7所述的燃料电池系统，其中在所述热起动程序中所述燃烧用燃料的供应保持为预定流量。

12.如权利要求9所述的燃料电池系统，其中在所述热起动程序中所述燃烧用燃料的供应保持为预定流量。