CN1577931A - 燃料电池发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是，提供能够充分确保安全，并且能够谋求降低初始成本和运行成本，同时能够稳定地进行高效率发电的燃料电池发电装置。在具备利用燃料气体和氧化剂气体发电的燃料电池(1)、以及对所述发电原料气体进行水蒸汽改性，生成所述燃料气体的燃料处理器(2)的燃料电池发电装置停止时，打开密封阀(14)同时切换管道切换手段(15)，并依次用水蒸汽和加湿空气净化燃料处理器(2)、配管(11)、燃料电池(1)、以及配管(13)。然后关闭密封阀(14)，同时切换管道切换手段，使燃料电池(1)旁路化，用未加湿空气净化燃料处理器(2)、配管(11)、旁路配管(16)、以及配管(13)。

Description

燃料电池发电装置

技术领域

本发明涉及用燃料电池发电的燃料电池发电装置。

背景技术

具备固体高分子型燃料电池的燃料电池发电装置中，在燃料处理器中生成燃料气体，该燃料气体被提供给燃料电池的燃料极。在燃料处理器中利用水蒸汽将例如天然气等发电原料气体改性，以此生成富含氢的燃料气体。另一方面，在燃料电池中，对夹着固体高分子膜与燃料极相对配置的氧化剂极，提供作为氧化剂气体的空气。在燃料电池中，使用所提供的燃料气体和空气进行发电。

在这样构成的燃料电池发电装置中，如果在停止中的装置内部存在富含氢的未反应的燃料气体，就有可能燃料气体中的氢与空气发生接触引起爆炸事故。因此，为了安全，在装置运行时间以外，有必要从装置内部除掉燃料气体。

作为从燃料电池发电装置内部除掉燃料气体的方法，通常采用使惰性气体、例如氮气通过气体供应通道流入燃料处理器和燃料电池等，利用氮气进行净化，排除存在于各部分中的燃料气体的方法。但是，为了实施这样的利用氮气进行净化的方法，燃料电池发电装置就需要大型的氮气钢瓶等氮气贮存设备和氮气供应装置等，又需要随时更换氮气钢瓶或进行补充等。因此，导致装置大型化和复杂化，增加了装置的初始成本和运行成本。

另一方面，图8是不利用惰性气体进行净化，而能够去除装置内部的燃料气体的燃料电池发电装置的结构模式图(参照例如专利文献1：WO01/97312号公报)。如图8所示，这种燃料电池发电装置具备：燃料处理器2、向燃料处理器2分别提供水、发电原料气体以及净化用空气的水供给装置3、发电原料供给装置4、净化用空气供给装置5、燃料电池1、向燃料电池1的氧化剂极提供空气的鼓风机6、在发电时使燃料电池1冷却的冷却装置(未图示)、以及使燃料电池1排出的未反应的燃料气体(以下成为“燃料废气”)燃烧以对燃料处理器2进行加热的燃烧器8。该燃料电池1是以固体高分子膜为电解质膜的固体高分子型电池。水供给装置3通过配管3a连接于燃料处理器2，发电原料供给装置4通过配管4a连接于燃料处理器2，净化用空气供给装置5通过配管5a连接于燃料处理器2。又，通过配管11将燃料处理器2与燃料电池1加以连接。燃料电池1的内部，形成连接燃料气体入口12A与燃料气体出口12C，向燃料极(未图示)提供燃料气体的燃料气体通道12B，再通过配管13将燃料气体出口12C与燃烧器8连接。另一方面，鼓风机6通过配管6a连接于燃料电池1的氧化剂极(未图示)。

在使这样构成的燃料电池发电装置停止时，使从发电原料供给装置4向燃料处理器2的发电原料气体供应停止，只从水供给装置3向燃料处理器2供给水，以在其中生成水蒸汽。然后将该水蒸汽通过配管11提供给燃料电池1，使该水蒸汽通过其内部，再通过配管13提供给燃烧器8。以此可以利用水蒸汽将存在于燃料处理器2、燃料电池1以及配管11、13内部的燃料气体排出以进行净化，在燃烧器8使其燃烧。然后，在利用该水蒸汽进行净化之后，由净化用空气供给装置5向燃料处理器2提供空气，在通过配管11，从燃料处理器2向燃料电池1供给该空气，使其通过燃料电池1的内部。从燃料电池1的燃料气体出口12C取出的空气通过配管13向燃烧器8传送后放出。通过形成这样的空气流，利用空气对燃料处理器2、燃料电池1以及配管11、13的内部进行净化。如上所述，采用这样的结构，不使用氮气等惰性气体就能够从燃料电池发电装置的内部清除燃料气体。

但是，在如上所述利用水蒸汽进行净化之后利用空气进行净化时，提供净化用的空气是未加湿状态的空气，因此，燃料电池1的固体高分子膜由于未加湿空气而发干。由于固体高分子膜是在湿润状态下发挥导电性的材料，一旦固体高分子膜这样发干，就会发生膜的内部电阻增大等情况，导致膜性能劣化。其结果是，可能燃料电池1的发电效率下降。

为了防止这样的燃料电池1的固体高分子膜发干，有在利用上述水蒸汽进行净化之后，不是利用未加湿的空气，而是利用加湿空气进行净化的方法。但是在利用加湿空气进行净化的过程中，虽然取得了防止固体高分子膜干燥的效果，但是停止的装置的各部分的温度随着停止时间的经过而下降，加湿空气中所包含的水分(水蒸汽)结露产生水，滞留于装置的各部分。而且，一旦这种水滞留在例如配管11、13和燃料处理器2的内部的气体通道上，则在装置重新启动时，燃料气体等气体的流通变得不稳定，在最坏的情况下，有可能发生气体通道被水堵塞，气体供应停止，燃料电池发电装置紧急停止的危险。

但是，利用氮气等惰性气体进行的净化不限于燃料电池发电装置停止时，在装置启动时也能进行。通过在启动时进行净化，清除在停止中装置内存在的气体，为发电的开始调整装置的状态。在这样的启动时进行的净化中也使用氮气等，因此也发生与上面所述相同的问题。又，在装置启动时，使燃料处理器2和燃料电池1等各部分升温到发电时的工作温度，但是燃料电池1只要升高到70℃左右即可，而燃料处理器2需要升高到700℃的高温。因而，燃料处理器2的升温需要时间，因此在燃料处理器2升温时燃料电池1的固体高分子膜有可能发干。因此产生与上面所述相同的问题。

发明内容

本发明是为了解决上面所述的问题而作出的，其目的在于提供能够充分确保安全，并且能够谋求降低初始成本和运行成本，同时能够稳定地进行高效率发电的燃料电池发电装置。

为了解决上述问题，本发明第1种燃料电池发电装置，具备：利用用水和改性催化剂将发电原料改性为含氢的燃料气体的燃料处理器、用氧化剂气体及所述燃料气体进行发电的燃料电池、使在所述燃料电池没有使用的所述燃料气体燃烧，加热所述燃料处理器的燃烧器、连接于所述燃料处理器、所述燃料电池、及与所述燃烧器连接的燃料气体通道、向所述燃料处理器提供所述水的水供给装置、向所述燃烧处理器供给所述发电原料的发电原料供给装置、以及将所述燃料气体净化用的空气提供给所述燃料处理器的净化用空气供给装置，在这种燃料电池发电装置中，在所述燃料电池停止动作时，实施利用水蒸汽对所述燃料处理器及所述燃料电池内部进行扫气的第1净化之后，实施利用加湿空气对所述燃料电池内部进行扫气的第2净化和利用未加湿的空气对所述燃料处理器内部进行扫气的第3净化。

也可以在所述第1净化中提供了超过从所述燃料处理器到所述燃料电池的容积的水蒸汽的时刻开始所述第2净化。

也可以是所述第3净化在所述燃料处理器的温度下降到即使提供空气，改性催化剂也不劣化的温度以下的时刻开始。

在所述第1净化中，用所述水供给装置提供的所述水在所述燃料处理器中生成水蒸汽，同时使所述水蒸汽至少在所述燃料处理器流通，以此至少将所述燃料处理器内部存在的所述燃料气体从该部分中排除，在所述第2净化中，与提供所述水同时，从所述净化用空气供给装置再向所述燃料处理器提供所述空气，以此在所述燃料处理器中将所述水蒸汽和所述空气混合，生成加湿空气，使所述加湿空气通过所述燃料处理器、所述燃料电池、以及所述燃料气体通道流动，以此将所述燃料处理器、所述燃料电池、以及所述燃料气体通道内部存在的所述燃料气体从该部分排除，在所述第3净化中，使所述水供给装置停止供给，从而只将所述空气提供给所述燃料处理器，使未加湿的空气流入所述燃料处理器和所述燃料气体通道，以此将所述燃料处理器和所述燃料气体通道的内部存在的所述加湿空气从该部分排除。

采用这样的结构，在不使用氮气等惰性气体的情况下进行净化，因此可以不设置惰性气体的钢瓶等贮存设备和供给设备等，能够有效利用发电时使用的装置结构进行净化。又，不必进行钢瓶的补充和替换。从而能够确保装置的安全，并且能够谋求降低设备成本和运行成本。

又，在低于水蒸汽的露点温度的温度下的燃料电池中，即使是由于水蒸汽结露，在第1净化中难于充分赶走燃料气体，在这里由于在进行第1净化之后利用加湿空气进行第2净化，利用加湿空气中的空气成分能够赶走燃料电池中的燃料气体。而且，在这种情况下，在燃料电池中加湿空气中的水蒸汽成分结露生成水，因此可以利用水保持燃料电池的固体高分子膜的湿润状态。

而且，在这里，在利用加湿空气进行的第2净化后，由于在除燃料电池以外的部分利用未加湿空气进行第3净化，在燃料处理器和燃料气体通道中由结露产生的水可以利用未加湿的空气使其干燥去除。而且，可以将在这些部分中存在的加湿空气置换为未加湿的空气，因此即使在停止工作时这些部分的温度下降也能够防止结露生成水的情况发生。因此能够防止在这些部分滞留水，从而能够实现稳定的运行。而且该第3净化在除了燃料电池以外的地方进行，因此在燃料电池中能够保持所述第2净化中的固体高分子膜的湿润状态。因此能够防止固体高分子膜的干燥引起的燃料电池的性能劣化，能够实现耐久使用性能。

也可以是，所述燃料气体通道具有：连接所述燃料处理器和所述燃料电池的第1通道、连接所述燃料电池和所述燃烧器的第2通道、在所述第1和所述第2通道上分别连接端部，旁路经过所述燃料电池，将所述第1通道和所述第2通道加以连接的第3通道、切换通过所述第1通道从所述燃料处理器到达所述燃料电池的燃料电池供给管道和依序通过所述第1、所述第3、以及所述第2通道从所述燃料处理器到达所述燃烧器的燃料电池旁路管道的管道切换手段、在所述第2通道上，设置于比该第2通道和所述第3通道的连接部更上游的位置上的密封阀，在所述第3净化时，封闭所述密封阀，同时切换所述管道切换手段，以形成所述燃料电池旁路管道，借助于此，使所述未加湿的空气通过所述燃料电池旁路管道从所述燃料处理器旁路通过燃料电池提供给所述燃烧器。

采用这样的结构，能够实现在燃料电池中不进行第3净化的结构。

最好是所述第2净化中使用的所述加湿空气的露点温度高于发电时的所述燃料电池的工作温度。

在装置停止工作时，燃料电池的温度在发电时的工作温度以下，因此采用这样的结构，在第2净化时，提供给燃料电池的加湿空气的水蒸汽成分结露生成水。因此能够利用生成的水保持燃料电池的固体高分子膜的湿润状态。

也可以是，在第1净化中，在所述燃料处理器中生成的所述水蒸汽的量至少超过在所述燃料处理器内形成的燃料气体通道的容积，而且所述燃料处理器的温度如果是所述燃料处理器的所述催化剂不被空气氧化的温度，则开始从所述净化用空气供给装置向所述燃料处理器提供所述空气，然后从所述第1净化切换到所述第2净化。

也可以是，在所述第2净化中，从所述净化用供气供给装置向所述燃料处理器提供的所述空气的量如果大于所述燃料处理器内和所述燃料电池内的燃料气体通道的容积的合计值，则所述水供给装置停止供水，从所述第2净化切换到所述第3净化。

发明效果

本发明的燃料电池发电装置能够充分确保安全，同时能够谋求降低装置的初始成本和运行成本，同时能够提高耐用性，实现稳定运行。

附图说明

图1是本发明实施形态1的燃料电池发电装置的结构示意图。

图2是本发明实施形态2的燃料电池发电装置的结构示意图。

图3是本发明实施形态3的燃料电池发电装置的结构示意图。

图4是本发明实施形态4的燃料电池发电装置的结构示意图。

图5是表示图1的燃料电池发电装置的控制装置内贮存的控制程序的内容概要的流程图。

图6是概略表示图5的控制程序的停止动作的内容的流程图。

图7是概略表示图5的控制程序的启动动作的内容的流程图。

图8是现有的燃料电池发电装置结构的模式图。

符号说明

1                 燃料电池

2                 燃料处理器

3                 水供给装置

4                 发电原料供给装置

5                 净化用空气供给装置

6                 鼓风机

3a、4a、5a、6a    配管

7                 冷却装置

7a                循环配管

7b                泵

7c            放热器

8             燃烧器

11            配管

12A           燃料气体入口

12B           燃料气体通道

12C           燃料气体出口

13            配管

14            密封阀

15            管道切换手段

16            旁路配管

18            加湿空气生成装置

20            加湿气体生成装置

21、22、23    配管

24            旁路配管

25            冷却水加热器

26            冷却水管道切换手段

27            水蒸汽生成装置

28、30        配管

50            控制装置

A             第一通道

B             第二通道

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施形态1进行说明。图中标以相同符号的结构要素是相同或与其相当的结构要素。

实施形态1

图1是本发明实施形态1的燃料电池发电装置的结构示意图。

如图1所示，本实施形态的燃料电池的发电装置具备：水供给装置3、发电原料供给装置4、净化用空气供给装置5、燃料处理器2、具有固体高分子膜的燃料电池1、提供空气用的鼓风机6、燃烧器8、冷却装置7、以及控制装置50。还有，控制装置50对各结构要素3、4、5、2、1、6、8、7以及下述管道切换手段15和密封阀14进行控制，下述燃料电池发电装置的一连串动作通过控制装置50的控制进行(在图中只进行了简单表示)。

水供给装置3通过配管3a，发电原料供给装置4通过配管4a，净化用空气供给装置5通过配管5a，分别连接于燃料处理器2。在燃料处理器2的下部配置对燃料处理器2进行加热的燃烧器8。燃料处理器2通过配管11连接于燃料电池1的燃料气体入口12A。燃料电池1内形成将从燃料气体入口12A向电池内部提供的燃料气体经燃料极(未图示)引向燃料气体出口12C的燃料气体通道12B。又，将燃料气体出口12C出来的燃料气体引向燃烧器8的配管13将燃料电池1和燃烧器8加以连接。而且，在配管11上配设作为管道切换手段15的三通阀，在该三通阀的一个接口上连接旁路配管16的一端。而旁路配管16的另一端连接于配管13，这样，管道切换手段15就能够切换从燃料处理器2通过配管11到达燃料电池1的第1通道A和旁路经过燃料电池1从配管11直接到达配管13的第2通道B。这样的三通阀是形成能够切换例如第1管道A和第2管道B的结构的电动阀，该电动阀通过控制装置50进行自动控制。又，在配管13上配置密封阀14，将其配置于比与旁路配管16的连接部上游的位置。在这里，密封阀14使用形成能够自动控制的结构的电动阀。

在冷却装置7中，配设能够使冷却水通往燃料电池1的循环配管7a，该循环配管7a的中途配设使冷却水升压的泵7b和放热器(冷却器)7c。又，鼓风机6通过配管6a连接于燃料电池1。

在这里，燃料处理器2主要由改性部、一氧化碳变质部、一氧化碳净化部构成(未图示)。在这里，改性部具备以钌为主成分的催化剂，利用该催化剂，如下所述用所提供的水和发电原料气体(例如天然气)进行改性反应，生成富含氢的燃料气体。这样在改性部生成的燃料气体，其一氧化碳浓度高，如将该一氧化碳浓度高的燃料气体提供给燃料电池1，则燃料电池1将劣化。因此在改性部生成的燃料气体被依序提供给一氧化碳变质部和一氧化碳净化部，以此除去燃料气体中的一氧化碳，将一氧化碳浓度减少到20ppm以下。

下面对燃料电池发电装置的动作进行说明。

图5是表示图1的燃料电池发电装置的控制装置50内贮存的控制程序的内容概要的流程图。又，图6是概略表示图5的控制程序的停止动作的内容的流程图，图7是概略表示图5的控制程序的启动动作的内容的流程图。

如图5所示，燃料电池发电装置根据运行开始指令启动(图5步骤S1)，然后，在装置的状态整备之后进行发电工作(图5步骤S2)。接着，在发电动作进行了规定的时间之后，进行使装置停止用的动作(以下将其称为停止模式的动作，以区别于装置停止着的停止期间。燃料电池发电装置经过停止模式之后进入停止期间)后停止(图5步骤S4)。在燃料电池发电装置中，反复进行如上所述的各种动作(图5步骤S1～S4)。

在下面按照燃料电池发电装置发电时的动作(步骤S2)、停止时的动作(步骤S3)、装置启动时的动作(步骤S1)这样的顺序进行说明。

在燃料电池发电装置发电时(步骤S2)，对管道切换手段15进行切换，以形成通过配管11从燃料处理器2向燃料电池1的第1管道A，又，将配管13中的密封阀14打开。然后，从水供给装置3通过配管3a将水提供给利用燃烧器8进行加热，温度维持在700℃左右的燃料处理器2的改性部(未图示)，同时，从发电原料供给装置4通过配管4a提供发电原料气体(在这里是天然气)。在燃料处理器2的改性部，所提供的水变成水蒸汽，同时利用该水蒸汽使发电原料气体进行改性，生成富含氢的燃料气体。所生成的燃料气体被依序提供给一氧化碳变质部和一氧化碳净化部(均未图示)，以此，去除一氧化碳直到其浓度处于低水平。

如上所述，在发电时切换管道切换手段15，以形成第1管道A，因此燃料处理器2生成的燃料气体能够通过配管11经过第1管道A提供给燃料电池1的燃料气体入口12A。然后通过燃料气体通道12B提供给燃料极(未图示)。另一方面，对燃料电池1的氧化剂极(未图示)，从鼓风机通过配管6a提供作为氧化剂气体的空气。

在燃料电池1中，如上所述提供的燃料气体与空气发生反应，以此进行发电。在这样进行发电时，燃料电池1产生热，因此利用冷却装置7进行燃料电池1的冷却。在冷却装置7中，利用泵7b升压的冷却水通过循环配管7a通入燃料电池1。以此将燃料电池1的热量回收到冷却水中。回收热的冷却水再与放热器7c进行热交换，以此放热冷却。然后将该冷却水再度提供给燃料电池1，以此将燃料电池1的温度保持在70℃左右。

燃料电池1的发电反应未消耗的残留燃料气体，作为燃料废气经过燃料气体的通道12B从燃料气体出口12C排出，进入配管13。如上所述，在发电时配管13的密封阀14打开着，因此燃料废气可以通过配管13提供给燃烧器8。然后，在燃烧器8中作为燃烧气体使用，作为维持燃料处理器2的温度用的热源使用。

在使这样进行发电的装置停止时(也就是图5的停止模式(步骤S3))，使鼓风机6停止，停止向燃料电池1提供空气，同时使冷却水装置7停止工作。然后，利用水蒸汽、加湿空气、以及未加湿的空气(以下记为“未加湿空气”)，对燃料处理器2、燃料电池1、以及气体供给通道11、13等进行净化。

在利用水蒸汽进行净化(图6的步骤S3-1)时，与发电时一样进行管道切换手段15的切换，以形成第1管道A，同时打开密封阀14。然后，首先使发电原料供给装置4停止，停止对燃料处理器2供应发电原料气体。这时继续从水供给装置3对燃料处理器2供应水。提供给燃料处理器2的水在燃料处理器2变成水蒸汽，但是在这里由于停止了发电原料气体的供应，在燃料处理器2不进行改性反应，因此该水蒸汽滞留在燃料处理器2内。然后，利用该水蒸汽将燃料处理器2内存在的燃料气体压出到配管11。被压出到配管11的燃料气体通过配管11经过第1管道A从燃料气体入口12A被引入燃料电池1，借助于此，存在于配管11和燃料电池1内的燃料气体依序被从这些部分推出。燃料气体通过燃料气体通道12B通入燃料电池1内，然后从燃料气体出口12C经过配管13被送往燃烧器8。这样，从燃料处理器2、配管11、燃料电池1及配管13被赶出的燃料气体被送到燃烧器8，在这里，作为燃烧气体使用。这样，通过利用水蒸汽进行净化，能够利用水蒸汽将燃料处理器2内和燃料电池1内的燃料气体清除掉。

如果利用上述水蒸汽继续进行净化，从燃料处理器2和燃料电池1等清除出的燃料气体的量就会逐步减少。因此，提供给燃烧器8的燃料气体的量逐步减少，随着这一减少，燃烧器8中的燃烧停止。在这里，燃料处理器2在发电时维持于700℃左右的高温，因此，即使燃烧器8进行的加热停止，燃料处理器2中也能够利用余热继续生成水蒸汽。因此，能够利用该水蒸汽继续进行上述净化。然后，在这样的利用燃料处理器2的余热的水蒸汽进行的净化的同时，燃料处理器2的温度逐渐下降。

接着，如果燃料处理器2中生成的净化用的水蒸汽的量至少达到能够把燃料处理器2内和燃料电池1内的燃料气体充分赶出的量、例如实际上与燃料处理器2内到燃料电池1的燃料气体通道的容积相同的量，而且燃料处理器的温度下降到即使向燃料处理器2提供空气，改性部的催化剂也不氧化的温度，就从上述利用水蒸汽的净化切换到利用加湿空气的净化(图6的步骤S3-2)。

对于该加湿空气的切换，可以根据直接检测为了发生水蒸汽而提供给燃料处理器2的水量决定净化的切换时间，也可以根据向燃料处理器2供水的供给时间决定切换时间。而且，在这里，如上所述，燃料处理器2的改性部的催化剂以钌为主成分，因此，在考虑到某一程度的安全系数的情况下，设定不会使钌被空气所氧化影响催化剂性能的温度。例如，如果燃料处理器2在400℃以下(在这里约为400℃)，就提供加湿空气，如下所述，利用加湿空气进行净化。还有，这样的燃料处理器2的温度设定是相应于安全系数的设定条件而改变的，又，随着催化剂的种类而改变。因此，最好是不限定于上述温度，而是根据条件适当进行设定。

利用加湿空气进行的净化，与利用水蒸汽进行的净化一样，将管道切换手段15加以切换，以形成第1管道A，同时，打开密封阀14。然后，继续如上所述从水供给装置3向燃料处理器2供水，使其产生水蒸汽。而且一边这样在燃料处理器2产生水蒸汽，一边从净化用空气供给装置5向燃料处理器2提供空气。借助于此，在燃料处理器2将水蒸汽与空气加以混合，生成加湿空气。在这种情况下，如上所述，燃料处理器2内的燃料气体被水蒸汽所清除、净化，因此，在燃料处理器2内，燃料气体与空气不直接接触，能够确保安全。

加湿空气中空气和水蒸汽的比例设定为，使其露点温度在燃料电池1的发电时的工作温度之上。具体地说，在提供给燃料处理器2的空气流量为10L/分的情况下，水的供给流量调整为3.6g/分，以此生成露点温度为70℃以上的加湿空气。通过这样设定加湿空气的露点温度，如下所述，在发电时的工作温度以下的停止工作时的燃料电池1中，由于结露产生水，能够使燃料电池1的固体高分子膜保持湿润状态。

在燃料处理器2中生成的加湿空气经过配管11通过第1管道A被提供给燃料电池1。在燃料电池1中，加湿空气从燃料气体入口12A进入燃料气体通道12B，经过该通道12B达到燃料气体出口12C。在这里，如上所述，停止工作时的燃料电池1的温度在发电时的工作温度(即约70℃)以下，因此，在露点温度为70℃以上的加湿空气的情况下，燃料气体通道12B内，水蒸汽成分结露形成水，因此，除去结露的水蒸汽成分的饱和状态的加湿空气在从燃料气体出口12C进入配管13，通过配管13被送到燃烧器8放出。利用形成这样的加湿空气的气流，进行用加湿空气的净化，将水蒸汽净化时不能够充分排出的，残留在燃料电池1和配管13内的燃料气体从这些部分赶出。被赶出的燃料气体通过配管13被送到燃烧器8后，向外部排放。另一方面，在燃料电池1的内部，通过结露产生水保持固体高分子膜的湿润状态。

但是在上述利用加湿空气进行的净化中，燃料气体8中的燃烧微弱或停止，因此，随着时间的经过，燃料处理器2、燃料电池1、配管11、13等装置各部分的温度下降。于是，一旦这些部分的温度下降到加湿空气的露点温度以下，加湿空气中的水蒸汽成分就形成露水，这些水滞留在装置的各部分。在装置的各部分中，燃料电池1中，由于水滞留在内部能够如上所述保持固体高分子膜的湿润状态，因此，水的存在是有利的，但是，在燃料处理器2和配管11、13中等滞留在管道中的水会堵塞气体的管道。其结果是，在例如使装置重新启动时，有可能引起气体流通不稳定的情况发生。因此，在本实施形态中，为了防止燃料电池发电装置停止工作后的燃料处理器2和配管11、13中的露水的发生和水的滞留，如下所述，用未加湿空气对除了燃料电池1以外的部分进行净化(图6的步骤S3-3)。

也就是说，使能够将燃料处理器2和燃料电池1等内部存在的燃料气体和水蒸汽成分赶出的量、例如，燃料处理器2的容积和燃料电池1的容积的合计值以上的量(具体地说，该合计值的2～3倍的量)的加湿空气如上所述流通。而且，如果燃料处理器2的温度在提供空气时也低于改性部的催化剂不被氧化的温度，或是使加湿空气继续流通到使其下降至该温度以下之后，将管道切换手段15加以切换，以形成从配管11流向旁路配管16的第2管道B，同时关闭密封阀14。然后使水供给装置3停止工作以停止水的供应，只有空气还继续从净化用空气供给装置5向燃料处理器2提供。由于停止了水的供应，在燃料处理器2中不再生成水蒸汽，因此，提供给燃料处理器2的空气不加湿。于是，该未加湿空气从燃料处理器2进入配管11再通过配管16，经过第1管道B进入配管13。再送往燃烧器8后放出到外部。利用这样形成的未加湿空气的流动，将燃料处理器2、配管11、13内存在的加湿空气赶出，进行净化。

这样，利用以未加湿空气进行的净化，燃料处理器2、配管11、13内的加湿空气被未加湿空气所置换，因此，即使是停止运行时装置各部分保持于低温的情况下，也能够防止燃料处理器2、配管11、13内部结露产生水的情况发生。在上述利用加湿空气进行的净化中滞留在气体管道中的水，可以利用未加湿空气使其干燥，将其从气体管道中排出。另一方面，该利用未加湿空气进行的净化，通过经过燃料电池旁路的通道进行，因此，未加湿空气没有向燃料电池1提供，在燃料电池1中，利用加湿空气进行的净化中产生的水得以保持，固体高分子膜被保持于湿润状态。因此，能够防止燃料电池1的固体高分子膜发干，并且能够防止其他各部分中水的滞留。

在利用未加湿空气进行净化之后，使净化用空气供给装置6停止工作，停止对燃料处理器2供给空气。如上所述，使燃料电池发电装置停止时的一连串动作结束，使装置停止工作(图5的步骤S4)。

在本实施形态中，利用水蒸汽进行净化之后再加加湿空气进行净化，因此对于温度比水蒸汽的露点温度低，因水蒸汽结露，在水蒸汽净化时难以充分赶走燃料电池1内的燃料气体，也能够利用加湿空气充分赶走燃料气体。而且在利用加湿空气进行净化时，由于加湿空气中的水蒸汽充分结露形成水，利用所形成的水能够保持燃料电池1的固体高分子膜的湿润状态。而且在这种情况下，利用水蒸汽净化至少能够去除燃料处理器2的燃料气体，因此即使是向燃料处理器2提供加湿空气，也由于燃料气体与空气没有直接接触，因而能够确保安全。而且，在利用加湿空气进行净化之后，利用未加湿空气对除了燃料电池1以外的部分进行净化，因此能够保持燃料电池1的固体高分子膜的湿润状态，而且能够去除滞留于燃料处理器2和配管11、13中的水、和装置停止工作期间将会结露形成水的这部分水蒸汽。

下面参照图7对停止着的燃料电池启动时的动作(图5中的步骤S1)进行说明。启动时，首先将配管切换手段15加以切换，以形成通过配管11从燃料处理器2向燃料电池1的第1管道A，同时打开密封阀14。然后，从发电原料供给装置4通过配管4a向燃料处理器2提供发电原料气体，在从燃料处理器2通过配管11向燃料电池1提供发电原料气体。提供给燃料电池1的发电原料气体从燃料气体入口12A向燃料气体出口12C通过燃料气体通道12B内部移动。从燃料气体出口12C取得的发电原料气体通过配管13提供给燃烧器8。通过形成这样的发电原料气体流，能够利用发电燃料气体将停止期间在燃料处理器2、配管11、燃料电池1、以及配管13内存在的气体赶出去。

提供给燃烧器8的发电原料气体作为燃烧气体在这里得到利用，以此对燃料处理器2进行加热。在这里，燃料处理器2的温度，不再是向燃料处理器2提供发电原料气体和水，也不生成燃料气体(即不进行改性反应)的温度，而是生成下述加湿发电原料气体的温度，而且使燃料处理器2的温度升高到在燃料处理器2中发电原料气体中的碳发生碳化析出的温度以下的温度(图7的步骤S1-1)。例如在这里，使燃料处理器2升高到约200℃以内。在这种情况下，控制发电原料供给装置4，调整提供给燃烧器8的发电原料气体的供给量，以此调整在燃烧器得到的热量，以调整燃料处理器2的温度。还有，在这里，将燃料处理器2的温度升高到约200℃以内，但是，燃料处理器2的升温温度并不限于此，而是相应于燃料处理器2的内部结构和催化剂的结构适当设定。

燃料处理器2的温度如果达到约200℃，就利用水供给装置3通过配管3a向燃料处理器2供水。借助于此，在燃料处理器2内，使所提供的水变成水蒸汽，该水蒸汽与上述发电原料气体混合生成加湿发电原料气体。在这里，加湿发电原料气体通过调整发电原料气体和水蒸汽的混合比例使其露点温度高于启动时的燃料电池1的升温设定温度生成。在这种情况下，如下所述，使燃料电池1升温到约80℃，因此，加湿发电原料气体的露点温度设定在80℃以上。例如，向燃料处理器2提供的发电原料气体的供给量为10L/分的情况下，向燃料处理器2的供水量为7.1g/分以上，以此生成露点温度80℃以上的加湿发电原料气体。通过这样设定加湿发电原料气体的露点温度，如下所述，在加湿发电原料气体的露点温度以下的燃料电池1中，使其结露生成水，利用所生成的水保持燃料电池1的固体高分子膜的湿润状态。

如上所述，在燃料处理器2生成的加湿发电原料气体通过配管11经过第1管道A提供给燃料电池1。加湿发电原料气体在燃料电池1中从燃料气体入口12A通过燃料气体通道12B到达燃料气体出口12C，在通过配管13被送到燃烧器8用于燃烧。利用这样使加湿发电原料气体流通的方法提供加湿发电原料气体的热量使燃料电池1升温(图7的步骤S1-2)。然后，如果燃料电池1的温度到达约80℃，则将管道切换手段15加以切换，以形成旁路通过燃料电池1的第2管道B，同时关闭密封阀14。以此实现在燃料电池1内封入加湿发电原料气体的结构(图7的步骤S1-3)。

还有，使燃料电池1升温到比发电时的工作温度(70℃左右)高的约80℃，是因为，如下所述，由于将燃料电池1放置到燃料处理器2的温度稳定，因此在该放置过程中燃料电池1的温度下降，考虑到这种情况，将其设定在比该工作温度高的温度上。在这里，估计到在放置过程中温度下降，将燃料电池1的升温设定温度设定为约80℃，以使其动作结束时的燃料电池1的温度为发电时的工作温度、即70℃左右。

如上所述在燃料电池1内封入加湿发电原料气体时，如上所述加湿发电原料气体由于其露点温度被设定在80℃以上，因此加湿空气中的水蒸汽成分在燃料电池1内结露生成水。利用所生成的水可以使燃料电池1的固体高分子膜保持湿润状态。

这样一边在燃料电池1内封入加湿发电原料气体的状态，一边向燃料处理器2提供发电原料气体和水，使燃料处理器2的温度达到适合生成燃料气体的温度、在这里是700℃左右。在燃料处理器2中，在未达到改性反应的温度的状态下，如上所述，生成加湿发电原料气体，但是，随着温度的上升，改性反应进行中生成燃料气体。在燃料处理器2生成的加湿发电原料和燃料气体通过配管11，通过第2管道B进入配管16。然后再通过配管13被送到燃烧器8用于燃烧(图7的步骤S1-4)。

在这样的情况下，调整从发电原料供给装置4提供的发电原料气体的供应量，使燃料处理器2的温度为700℃左右。又在燃料处理器2中的改性反应中调整水供给装置3提供的水量，以生成富含氢的燃料气体。在这里，对水的供给量进行调整，使所提供的水量包含的氢原子数目为发电原料气体、即天然气的组成中的碳原子数的5～6倍左右。

但是，即使是燃料处理器2的温度达到设定温度即700℃左右，在燃料处理器2的整体温度稳定之前，所生成的燃料气体中所包含的一氧化碳的浓度也是高的。如上所述，如果提供一氧化碳浓度高的燃料气体，则燃料电池1的性能将会劣化，因此，在燃料处理器2的温度稳定之前的期间，在燃料处理器2中生成的一氧化碳浓度高的燃料气体不提供给燃料电池1，而通过配管11、配管16以及配管13被送往燃烧器8。

另一方面，如上所述，使燃料处理器2升温到700℃然后使其稳定于该温度的期间，燃料电池1如上所述在将加湿发电原料气体封入的状态下放置，因此固体高分子膜保持湿润状态。

如果燃料处理器2的总体温度在700℃左右稳定下来，生成的燃料气体中包含的一氧化碳浓度在20ppm以下的低浓度，就将密封阀14打开。又，与此同时，将管道切换手段15加以切换，以通过配管11，再通过第1管道A将燃料气体提供给燃料电池1。以此将在燃料处理器2中生成的燃料气体通过配管11提供给燃料电池1。然后在提供该燃料的同时，从鼓风机6通过配管6a向燃料电池1提供空气。以此在燃料电池1进行发电(图5的步骤S2)。发电动作如上面所述。

如上所述，在本实施形态的燃料电池发电装置中，在装置停止工作时和启动时，可以不使用氮气等惰性气体进行净化，因此，不必设置净化用的惰性气体的贮存装置和供给装置等设备。因此，能够谋求降低装置的初始成本和运行成本。又，在停止工作时和启动时，能够防止燃料电池1的固体高分子膜的发干，因此能够防止燃料电池1的耐用性变坏。而且，在停止动作时，由于在利用加湿空气进行净化之后利用未加湿空气进行净化，因此能够防止露水堵塞气体通道。因此在重新启动装置时能够迅速而且稳定地使装置运行。

还有，在上面所述中对于在燃料电池发电装置启动时使加湿发电原料气体通入燃料电池1进行净化同时将该气体封入，又在装置停止工作时使水蒸汽、加湿空气以及对加湿空气通入燃料处理器2、燃料电池1、以及配管11、13等依序进行净化的情况进行说明，但是，这样的启动时的动作和停止时的动作未必一定要两者组合进行。例如也可以是只在燃料发电装置停止时进行上述停止动作的结构，也可以是只在启动时进行上述启动动作的结构。

实施形态2

图2是本发明实施形态2的燃料电池发电装置的结构示意图。如图2所示，本实施形态的燃料电池发电装置具有与实施形态1相同的结构，但是还具备向燃料电池1提供的加湿空气生成用的加湿空气生成装置18，这一点是与实施形态1不同的。

也就是说，本实施形态的装置中，利用配管21将水供给装置3与加湿空气生成装置18加以连接，同时，利用配管30将净化用空气供给装置5和加湿空气生成装置18加以连接。又，利用配管23将加湿空气生成装置18与配管11的管道切换手段15的下游部加以连接。加湿空气生成装置18具备作为加热手段的加热器。其它结构与实施形态1相同。

又，燃料电池发电装置的动作，图5中的燃料电池发电装置发电时的动作(步骤S2)和装置启动时的动作(步骤S1)与实施形态1相同。也就是说，发电时的动作(步骤S2)和启动时的动作(步骤S1)进行之际，预先使加湿空气生成装置18停着，而且停止从水供给装置3和净化空气供给装置5向加湿空气生成装置18供水和提供净化用空气。

下面对不同点、也就是停止时的动作(步骤S3)进行说明。

首先，利用水蒸汽进行的净化与实施形态1一样进行。也就是说，预先使加湿空气生成装置18停止，而且停止从水供给装置3和净化空气供给装置5向加湿空气生成装置18供水和提供净化用空气。

接着，一旦燃料处理器2中生成的净化用的水蒸汽的量至少达到能够将燃料处理器2内和燃料电池1内的燃料气体充分赶出的量、例如，以燃料处理器2内到燃料电池的燃料气体通道的容积实质上相同的量，就从上述利用水蒸汽净化切换为利用加湿空气进行净化(图6的步骤S3-2)。

利用加湿空气进行的净化将管道切换手段15加以切换以形成第1管道B，同时打开封闭阀14。然后从水供给装置3向加湿空气生成装置18供水以形成水蒸汽。又，从净化用空气供给装置5向加湿空气生成装置18提供空气。以此在加湿空气生成装置18中将水蒸汽与空气混合生成加湿空气。在这种情况下，如上所述，燃料电池1内的燃料气体被水蒸汽净化排出，因此在燃料电池1内不会发生燃料气体与空气直接接触的情况，因此能够确保安全。

加湿空气的露点温度与实施形态1一样设定。

在加湿空气生成装置18中生成的加湿空气从配管23通过配管11通过给燃料电池1。然后，与实施形态1一样进行使用加湿空气的净化。然后，在向燃料电池1通入燃料电池1的容积以上的加湿空气的时刻，要更充分净化时可以在通入燃料电池1的容积的2～3倍的加湿空气的时刻，结束利用加湿空气进行的净化。在上述利用加湿空气进行的净化结束时，关闭密封阀14，同时停止加湿空气生成装置18的工作，停止从水供给装置3和净化空气供给装置5向加湿空气生成装置18提供水和净化用空气。

另一方面，在上述利用水蒸汽进行的净化结束之后，即使供给空气，燃料处理器2的温度也不下降到改性部的催化剂不会氧化的温度的情况下，水供给装置3在加湿空气生成装置18进行的净化工作开始之后，也向燃料处理器2提供水。如在实施形态1中所述，在由于燃烧器8中的燃烧微弱或停止，燃料处理器2的温度即使在提供空气的情况下也下降到改性部的催化剂不氧化的温度的时刻，与实施形态1一样，利用未加湿空气对除了燃料电池1以外的部分进行净化(图6的步骤S3-3)。

在利用未加湿空气进行净化之后，停止从净化用空气供给装置6向燃料处理器2提供净化用空气。

如上所述动作之后，结束燃料电池发电装置停止时的一连串动作，使装置停止(图5的步骤S4)。

如上所述，本实施形态的燃料电池发电装置，与实施形态1不同，其特征在于，可以同时进行下述两种净化，即不使用燃料处理器2中的水蒸汽，利用加湿空气对燃料电池1进行的净化、以及利用未加湿空气对燃料电池1以外的部分，更具体地说，对燃料处理器2、配管11、配管13和燃烧器8进行的净化。

实施形态3

图3是本发明实施形态3的燃料电池发电装置的结构示意图。如图3所示，本实施形态的燃料电池发电装置具有与实施形态1相同的结构，但是，还具备向燃料电池1提供的加湿发电原料气体生成用的加湿气体生成装置20和使燃料电池1升温用的冷却水加热器25，这一点是与实施形态1不同的。

也就是说，在本实施形态中，利用配管21将水供给装置3和加湿气体生成装置20加以连接，同时，利用配管22将发电原料供给装置4和加湿气体生成装置20加以连接。又，利用配管23将加湿气体生成装置20和配管11的管道切换手段15的下游部加以连接。加湿气体生成装置20具备作为加热手段的加热器。

又，在本实施形态的燃料电池1的冷却装置7中，在循环配管7a上还连接着旁路配管24。该旁路配管24配置为能够使放热器7c旁路，以使燃料电池1出来的冷却水返回泵7b，再度流向燃料电池1。还有，在该旁路配管24中途设置作为冷却水的加热手段的冷却水加热器25，同时，设置对从循环配管7a到旁路配管24的冷却水管道进行切换的冷却水管道切换手段26。在这里，冷却水管道切换手段26使用与管道切换手段15相同的三通阀。

本实施形态的装置的发电时的动作和停止时的动作与实施形态1中所述的动作相同。在这里，发电时和停止时预先使加湿气体装置20停止，并预先停止从水供给装置3和发电气体供给装置4向加湿气体生成装置20提供水和发电原料气体。又，与预先停止冷却水加热器25同时，将冷却水管道切换手段26加以切换，以便使从燃料电池1回收热的冷却水通过循环配管7a，将其提供给放热器7c。

另一方面，在装置启动动作时，如下所述进行，使燃料电池1和燃料处理器2的升温分别独立进行。还有，燃料电池1和燃料处理器2的升温也可以同时并行进行，又可以在进行任一方的升温之后，进行另一方的升温。在这里，对在进行了燃料电池1的升温之后进行燃料处理器2的升温的情况进行说明。

在燃料电池1升温时，首先，将冷却水管道切换手段26加以切换，以使从燃料电池1取出的冷却水能够提供给旁路配管24，同时，使冷却水加热器25工作。借助于此，利用泵7b加压的冷却水通过燃料电池1后，通过旁路配管24再度返回泵7b。冷却水这样返回泵7b时，利用冷却水加热器25对冷却水进行加热。使这样在冷却水加热器25中得到加热的冷却水通过燃料电池1循环，以此将冷却水的热量提供给热量电池1以使燃料电池1升温。而且，在这时，配管13的封闭阀14的开闭是任意的，但是，在这里是预先开着，而且，加湿气体生成装置20和对加湿气体生成装置20的供水和发电原料气体供应分别停止。

燃料电池1的温度如果达到约70℃，就此水供给装置3动作，通过配管21对加湿气体生成装置20供水。又与此同时使发电原料供给装置4动作，通过配管22对加湿气体生成装置20提供发电原料气体。在加湿气体生成装置20中，利用加热器(未图示)对所提供的水进行加热形成水蒸汽，该水蒸汽与发电原料气体混合生成加湿发电原料气体。

在这里，加湿气体生成装置20生成的加湿发电原料气体的露点，通过调整加湿生成装置20的发电原料气体的量和水量的比例，调整为启动动作时的燃料电池1的升温设定温度以上的温度。在这种情况下，燃料电池1温度升高到发电时的工作温度(70℃左右)、也就是说，燃料电池1的升温设定温度为约70℃，因此，相对于发电原料气体10L/分的供应量，对加湿气体生成装置20提供3.6g/分以上的水供应量，以使加湿发电原料气体的露点为70℃以上。

在加湿气体生成装置20生成的加湿发电原料气体通过配管23和11提供给燃料电池1。在燃料电池1中，从燃料气体入口12A向燃料气体出口12C移动通过燃料气体通道12B的加湿发电原料气体，通过配管13提供给燃烧器8用于燃烧。借助于此，利用加湿发电原料气体将装置停止时在配管11、燃料电池1、以及配管13内部存在的气体加以清除。

然后，如果从加湿气体生成装置20向燃料电池1提供的加湿发电原料气体的量达到能够充分将上述气体从燃料电池1赶出的量、例如，以燃料电池1内的燃料气体通道12B的容积相同，就使水供给装置3和发电原料供给装置4停止，以停止对加湿气体生成装置20的供水和发电原料气体供给，同时使加湿气体生成装置20停止。又，与这些停止动作同时，关闭密封阀14。以此，在燃料电池1的燃料气体通道12B内封入加湿发电原料气体。

在燃料电池1中，燃料处理器2升温到700℃，并且在稳定于该温度之前的时间(以下称该时间为“燃料处理器升温期间”)，保持这样的封入加湿发电原料气体的状态。在燃料处理器升温期间，利用冷却水加热器25调整冷却水的加热量，将燃料电池1的温度维持于发电时的工作温度、即70℃左右。在这里，这样维持于70℃左右的温度下的燃料电池1中，封入的加湿发电原料气体的露点如上所述为70℃以上，因此，加湿发电原料气体中的水蒸汽成分结露生成水。在燃料电池1中，利用这样生成的水保持固体高分子膜的湿润状态。因此，能够防止燃料处理器升温期间固体高分子膜发干的情况发生。

接着，在如上所述在燃料电池1内封入加湿发电原料的状态下、利用燃烧器8的热使燃料处理器2升温。在这里，将管道切换手段15切换，以形成从配管11通过旁路配管16到达配管13的第2供给通道B，又将配管13的密封阀14保持关闭状态不变。而且，在从水供给装置3通过配管3a向燃料处理器2供水的同时，从发电原料供给装置4通过配管4a将发电原料气体提供给燃料处理器2。

在燃料处理器2中，最初温度较低，因此所提供的水不蒸发而保持液体状态。因此，提供给燃料处理器的水和发电原料气体中，只有发电原料气体在燃料处理器内流动，而且，从配管11通过旁路配管16进入配管13到达燃烧器8。然后，提供给燃烧器8的发电原料气体在这里燃烧。由于这样的发电原料气体的燃烧，燃料处理器2的温度升高。又，利用这样使发电原料气体流通的方法，可以用发电原料气体使燃料处理器2、配管11、旁路配管16、以及配管13净化。

一旦燃料处理器2升温，其温度到达100℃以上，提供给燃料处理器2的水就变成水蒸汽。在这里，在燃料处理器2的温度处于不发生改性反应的范围的情况下，该水蒸汽与发电原料气体混合，以此生成加湿发电原料气体。在这里生成的加湿发电原料气体通过配管11、旁路配管16、以及配管13被送往燃烧器8用于燃烧。另一方面，一旦燃料处理器2升高到更高温度，水蒸汽和发电原料气体被使用于改性反应，以此生成富含氢的燃料气体。

当燃料处理器2升温到能够高效率稳定地进行改性反应的温度、在这里，也就是700℃左右。在这种情况下，调整发电原料供给装置4提供的发电原料气体供给量，使燃料处理器2的温度为700℃左右。又，调整水供给装置3提供的水量，使供给的水中所含的氢原子数为发电原料气体中包含的碳原子数的5～6倍，以使在燃料处理器2生成的燃料气体中包含的氢的比例比较高。

接着，如果燃料处理器2的温度在700℃左右稳定下来，生成的燃料气体中的一氧化碳浓度降到20ppm以下，就打开密封阀14。然后，将管道切换手段15加以切换，以形成通过配管11从燃料处理器2向燃料电池1的第1供给通道A。借助于此，通过配管11向燃料电池1提供在燃料处理器2生成的燃料气体。利用该提供的燃料气体，将封入燃料电池1的燃料气体通道12B、以及封入配管13内部的加湿发电原料气体赶出，通过配管将其送到燃烧器8。又，所提供的燃料气体也在赶出加湿发电原料气体的同时通过配管13被送往燃烧器8。送往燃烧器8的加湿发电原料气体和燃料气体被用于燃烧。

在用燃料气体充分置换被封入的加湿发电原料气体之后，从鼓风机6通过配管6a向燃料电池1提供空气。又在使冷却水加热器25停止的同时，将冷却水管道切换手段26加以切换，以将从燃料电池1出来的冷却水送往放热器10c，而不是送往旁路配管24。以此与实施形态1的情况一样，在燃料电池1进行发电。

如上所述，在本实施形态的燃料电池发电装置中，在装置停止动作时进行与实施形态1相同的动作，因此在实施形态1中能够得到与上面所述的效果相同的效果。而且，在该装置启动动作时，在燃料处理器升温期间，将加湿发电原料气体封入燃料电池1的燃料气体通道12B内部，因此，能够防止燃料处理器升温期间燃料电池1的固体高分子膜发干，从而能够提高燃料电池1的耐用性。又，由于是在使燃料电池1升温到约70℃之后将加湿发电原料气体提供给燃料电池1，因此，加湿发电原料气体不会相应于燃料电池1的温度状态而部分结露。因此，能够将发电前的燃料电池1的内部的加湿状态保持稳定。

而且在本实施形态中，不是像实施形态1的情况那样利用燃料处理器2提供的加湿发电原料气体使燃料电池1升温，而是利用冷却水加热器25，独立于燃料处理器2使燃料电池1升温，同时，独立于燃料处理器2，利用加湿气体生成装置20生成向燃料电池1提供的加湿发电原料气体。因此，没有必要为了像实施形态1的情况那样提高燃料电池1的温度和生成加湿发电原料气体而将燃料处理器2维持在200℃。因此，可以分别高效率、迅速地使燃料处理器2和燃料电池1升温到所希望的温度，迅速启动装置。

本实施形态的装置停止时的动作，与实施形态1中所述的动作相同。但是，通常在燃料电池1停止时，空气有可能进入燃料电池1。因此，本实施形态的燃料电池发电装置的启动时的动作，是不管与燃料电池1停止时的动作如何，对防止燃料电池1的固体高分子膜发干有效方法。

实施形态4

图4是本发明实施形态4的燃料电池发电装置的结构模式图。如图4所示，本实施形态的燃料电池发电装置具有与实施形态3相同的结构，下面是与实施形态3不同之处。

即在实施形态3，加湿气体生成装置20中，将水蒸汽与发电原料气体加以混合生成加湿发电原料气体，但是在本实施形态中，在水蒸汽生成装置27中生成水蒸汽，在配管11内将该水蒸汽与通过燃料处理器2的发电原料气体加以混合生成加湿发电原料气体。

为了实现这样结构，在本实施形态的装置中，在配管3a的中途配设水蒸汽生成装置27，同时，通过配管28将该水蒸汽生成装置27、在管道切换手段15的下游部分、与配管11连接。水蒸汽生成装置27具备作为加热手段的加热器。

这样构成的装置在发电时和停止时的动作与实施形态3中所述的动作相同。在这里，在发电时和停止时使水蒸汽生成装置27停止。

另一方面，在装置启动时，如下所述，使燃料电池1和燃料处理器2升温。在这里，对与实施形态3的情况一样在进行燃料电池1的升温之后进行燃料处理器2的升温的情况进行说明，但是，燃料电池1和燃料处理器2的升温也可以同时并行执行，又可以先进行燃料处理器2的升温。

燃料电池1的升温与实施形态3的情况一样进行，但是，存在以下所述的与实施形态3不同之处。即利用冷却水加热器25进行燃料电池1的加热时，使水蒸汽生成装置27停止工作，又停止从水供给装置3向水蒸汽生成装置27供水。然后，一旦燃料电池1的温度为约70℃，就使水蒸汽生成装置27工作，同时从水供给装置3通过配管3a向水蒸汽生成装置27供水，又，从发电原料供给装置4通过配管4a将发电原料气体提供给燃料处理器2。在水蒸汽生成装置27中，对所提供的水进行加热，生成水蒸汽，该水蒸汽通过配管28被送到配管11。另一方面，提供给燃料处理器2的发电原料气体也被送到配管11，在配管11和配管28的连接部的下游，与通过配管28提供的水蒸汽混合。这样将水蒸汽和发电原料气体混合生成的加湿发电原料气体与实施形态3的情况一样设定露点温度。例如，在这种情况下，从发电原料供给装置4向燃料处理器2提供的发电原料气体的供给量为10L/分，相应从水供给装置3提供给水蒸汽生成装置27的供水量为3.6g/分以上。以此使加湿发电原料气体的露点温度为70℃以上。

采用如上所述方法生成的加湿发电原料气体，通过配管11被送往燃料电池1。以后的加湿发电原料气体封入动作与实施形态3的情况相同。这样一来，与燃料电池1的升温同时，在该燃料电池1内封入加湿发电原料气体之后，使燃料处理器2升温。燃料处理器2的升温动作与实施形态3的情况相同。

这样构成的本实施形态的燃料电池发电装置中，提供给燃料电池1的加湿发电原料气体利用水蒸汽生成装置27生成，因此，能够得到与实施形态3的情况一样的效果。

工业应用性

本发明的燃料电池发电装置，可以作为发电装置使用于各种用途，例如，可以使用于家庭用燃料电池供电供热联合系统等。

Claims (8)

1.一种燃料电池发电装置，具备

利用水和改性催化剂将发电原料改性为含氢的燃料气体的燃料处理器、用氧化剂气体及所述燃料气体进行发电的燃料电池、

使所述燃料电池没有使用的所述燃料气体燃烧，加热所述燃料处理器的燃烧器、连接于所述燃料处理器、所述燃料电池、及与所述燃烧器连接的燃料气体通道、向所述燃料处理器提供所述水的水供给装置、向所述燃烧处理器供给所述发电原料的发电原料供给装置、以及将所述燃料气体净化用的空气提供给所述燃料处理器的净化用空气供给装置，其特征在于，

在所述燃料电池停止动作时，

实施利用水蒸汽对所述燃料处理器及所述燃料电池内部进行扫气的第1净化之后，

实施利用加湿空气对所述燃料电池内部进行扫气的第2净化和利用未加湿的空气对所述燃料处理器内部进行扫气的第3净化。

2.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于，在所述第1净化中提供了超过从所述燃料处理器到所述燃料电池的容积的水蒸汽的时刻开始所述第2净化。

3.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于，所述第3净化在所述燃料处理器的温度下降到即使提供空气，改性催化剂也不劣化的温度以下的时刻开始。

4.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于，

在所述第1净化中，用所述水供给装置提供的所述水在所述燃料处理器中生成水蒸汽，同时使所述水蒸汽至少在所述燃料处理器流通，以此将所述燃料处理器内部存在的所述燃料气体从该部分中排除，

在所述第2净化中，与提供所述水同时，从所述净化用空气供给装置再向所述燃料处理器提供所述空气，以此在所述燃料处理器中将所述水蒸汽和所述空气混合，生成加湿空气，使所述加湿空气通过所述燃料处理器、所述燃料电池、以及所述燃料气体通道流动，以此将所述燃料处理器、所述燃料电池、以及所述燃料气体通道内部存在的所述燃料气体从该部分排除，

在所述第3净化中，使所述水供给装置停止供给，从而只将所述空气提供给所述燃料处理器，使未加湿的空气流入所述燃料处理器和所述燃料气体通道，以此将所述燃料处理器和所述燃料气体通道的内部存在的所述加湿空气从该部分排除。

5.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于，

所述燃料气体通道具有

连接所述燃料处理器和所述燃料电池的第1通道、连接所述燃料电池和所述燃烧器的第2通道、在所述第1和所述第2通道上分别连接端部，旁路经过所述燃料电池，将所述第1通道和所述第2通道加以连接的第3通道、

切换通过所述第1通道从所述燃料处理器到达所述燃料电池的燃料电池供给管道、和依序通过所述第1、所述第3、以及所述第2通道从所述燃料处理器到达所述燃烧器的燃料电池旁路管道的管道切换手段、

在所述第2通道上，设置于比该第2通道和所述第3通道的连接部更上游的位置上的密封阀，

在所述第3净化时，封闭所述密封阀，同时切换所述管道切换手段，以形成所述燃料电池旁路管道，借助于此，使所述未加湿的空气通过所述燃料电池旁路管道从所述燃料处理器旁路通过燃料电池提供给所述燃烧器。

6.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于，所述第2净化中使用的所述加湿空气的露点温度高于发电时的所述燃料电池的工作温度。

7.如权利要求4所述的燃料电池发电装置，其特征在于，在第1净化中在所述燃料处理器中生成的所述水蒸汽的量至少超过在所述燃料处理器内形成的燃料气体通道的容积，而且所述燃料处理器的温度如果是所述燃料处理器的所述催化剂不被空气氧化的温度，则开始从所述净化用空气供给装置向所述燃料处理器提供所述空气，然后从所述第1净化切换到所述第2净化。

8.如权利要求4所述的燃料电池发电装置，其特征在于，在所述第2净化中，从所述净化用空气供给装置向所述燃料处理器提供的所述空气的量如果大于所述燃料处理器内和所述燃料电池内的燃料气体通道的容积的合计值，则所述水供给装置停止供水，从所述第2净化切换到所述第3净化。

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