CN1628073A - 燃料重整系统和具有该燃料重整系统的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料重整系统，包括：重整器(2，3，4)，其由浓原始燃料气体产生重整气体，并在重整操作期间把重整气体提供给燃料电池(28)；燃烧器(1)，其产生稀燃烧气体，并在重整器(2，3，4)的预热操作期间，把稀燃烧气体提供给重整器(2，3，4)；以及不易燃烧的流体供应设备，其向重整器(2，3，4)供应燃料和空气之外的不易燃烧的流体。在重整器(2，3，4)的预热操作期间，稀燃烧气体从燃烧器(1)被提供给重整器(2，3，4)，且当重整器(2，3，4)的重整操作完成时，该不易燃烧的流体从不易燃烧的流体供应设备提供给重整器(2，3，4)，然后开始重整器(2，3，4)的重整操作。

Description

燃料重整系统和具有该燃料 重整系统的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料重整系统和具有该燃料重整系统的燃料电池系统，尤其涉及从重整器的预热操作到重整操作的转移。
背景技术
在2000年日本专利局公开的JP2000-63104A中披露的一种燃料重整系统包括位于重整系统上游的燃烧器。当重整系统预热时，借助于向燃烧器供应燃料和空气并把产生的燃烧气体提供给重整系统使一种重整催化剂升高到一个预定的温度。燃烧气体的温度考虑到预热性能和每个部件的耐热性能被确定。此外，避免在理想配比的空气燃料比附近燃烧，此时的燃烧温度是高的，并且在浓空气燃料比或稀空气燃料比下燃烧。当重整催化剂达到预定的温度时，向重整系统供应用于重整的原始燃料气体和空气，因而开始重整操作。
碳氢燃料的重整反应可被粗略地分成蒸气重整反应和局部氧化反应。蒸气重整反应由下式表示：
                             (1)
还发生由下式表示的反应：
                                       (2)
                                       (3)
当在高温下保持重整条件时，主要发生式(1)表示的反应，在重整的气体中的氢和CO增加。在低温下式(2)和(3)的反应速率增加，在重整气体中的氢和CO的浓度减少，而甲烷、水等的浓度增加。式(1)的反应是一种吸热反应，因而为了维持反应，必须供应热量。
在另一方面，局部氧化反应由下式表示：
                            (4)
这个反应是一种放热反应，因此所述反应通过调节用于重整的燃料气体供应量和氧气(空气)供应量来维持。
此外，通过在同一位置进行蒸气重整和局部氧化反应，可以实现自热重整，其借助于维持吸热和放热的平衡维持重整反应。在任何情况下，重整反应在浓空气燃料比的条件下进行而不在理想配比的空气燃料比下进行。
发明内容
在常规的燃料电池系统中，使用在启动燃烧器中通过在稀空气燃料比(λ＝2-5)下的燃烧产生的燃烧气体进行重整系统的预热。因此，当预热完成并向重整操作转移时(即，当向浓运行状态(λ＝0.2-0.5)转移时)，在重整系统中具有一个位于理想配比的空气燃料比(λ＝1)附近的区域。
当这个区域达到在重整系统中的反应器的催化剂并引起催化剂的反应时，可以达到2000℃或更高的高温，使得催化剂的性能大大变劣，或者可能破坏支撑着催化剂的载体或反应器本身。
因此本发明的目的在于，当重整系统从预热向重整转换时，阻止理想配比的空气燃料比的空气燃料混合物处于燃料电池系统的每个反应器内。
为了实现上述目的，本发明提供一种燃料重整系统，其包括：重整器，其在重整操作期间由浓原始燃料气体产生重整的气体；燃烧器，其产生稀燃烧气体，并在重整器的预热操作期间把稀燃烧气体提供给重整器；不易燃烧的流体供应设备，其向重整器提供除燃料和空气之外的不易燃烧的流体；以及控制器。所述控制器用于在预热操作期间从燃烧器向重整器供应稀燃烧气体，并在预热操作完成时，从不易燃烧的流体供应设备向重整器供应不易燃烧的流体，然后向重整器供应浓原始燃料气体，以便开始燃料的重整。
按照本发明的一个方面，本发明提供一种燃料重整系统的控制方法，所述系统具有：重整器，其在重整操作期间由浓原始燃料气体产生重整气体；以及燃烧器，其产生稀燃烧气体并在重整器的预热操作期间把稀燃烧气体供应给重整器，所述方法包括：在预热操作期间从燃烧器向重整器供应稀燃烧气体，并在预热操作完成时，向重整器供应不易燃烧的流体，然后向重整器供应浓原始燃料气体，以便开始燃料重整。
本发明的细节以及其它的特征和优点将在本说明的其余部分提出，并被表示在附图中。
附图说明
图1是按照第一实施例的燃料电池系统的方块图；
图2是在第一实施例的启动期间进行的控制的流程图；
图3是在第一实施例中从预热操作向重整操作转换的控制流程图；
图4A-4E是在第一实施例中操作转换时的定时图；
图5是按照第二实施例的操作转换控制的流程图；
图6A-6E是在第二实施例中操作转换时的定时图；
图7是按照第三实施例的燃料电池系统的方块图；
图8是按照第三实施例的操作转换控制的流程图；
图9是在本发明中和对照例中绝热的火焰温度的比较；
图10表示当在对照例中发生操作转换时在重整器中的气体的状态；
图11表示当在本发明中发生操作转换时在重整器中的气体的状态；
图12是按照第四实施例的燃料电池系统的方块图；
图13是按照第四实施例的操作转换控制的流程图；
图14A-14E是在第四实施例中操作转换时的定时图；
图15是按照第五实施例的燃料电池系统的方块图；
图16是按照第五实施例的操作转换控制的流程图；
图17是在图16所示的操作转换控制的子程序；
图18A-18E是在第五实施例中发生操作转换时的定时图；
图19是按照第六实施例的燃料电池系统的方块图；
图20A-20E是在第六实施例中发生操作转换时的定时图；
图21是按照第七实施例的燃料电池系统的方块图；
图22是按照第七实施例的操作转换控制的流程图；
图23A-23B表示在第七实施例中发生操作转换时催化剂温度的改变；以及
图24A-24B表示在对照例中发生操作转移时催化剂温度的改变。
具体实施方式
实施例1
图1表示第一实施例的燃料电池系统的结构。该燃料电池系统包括燃料电池28，以及燃料重整系统(即图1中的其它元件)。当燃料电池系统启动时，启动燃烧器1产生燃烧气体，用于预热燃料重整系统的重整器(重整反应器2，转移反应器3，CO除去反应器4)。当燃料由燃料喷射阀13、空气通过空气馈给器6(例如吹风机，压缩机等)供给启动燃烧室1时，燃料借助于点火源21例如火花塞或热线点火塞点火。燃烧的空气燃料比被设置为稀于理想配比的空气燃料比。考虑到燃料重整系统的耐热性能和排气性能，空气过量比λ被设置在2-5的范围内。空气过量比λ是供应的空气量对使燃料完全燃烧在理论上所需的空气量的比。
由启动燃烧器1产生的热的燃烧气体被提供给重整器，因而进行重整器的预热。
在预热操作中，来自空气馈给器6的空气通过流路转换阀11只供给启动燃烧器1。流路(flowpath)转换阀11是一种转换阀，其转换从空气馈给器6供给启动燃烧器1，或者供给重整器的重整反应器2和CO除去反应器4的空气供给，或者为一个调节阀，其分别调节对这些目的地的供应率。当重整器预热时，流路转换阀11被控制，以使得向启动燃烧器1供应空气，并在重整操作期间向重整反应器2和CO除去反应器4供应空气。
重整器包括重整反应器2，转移反应器3和CO除去反应器4，在重整操作期间，重整碳氢燃料以产生浓氢的气体。
在重整操作期间，碳氢燃料和水被提供给蒸发器5，由燃料馈给器14调节其中的碳氢燃料的流量，并通过水馈给器15调节其中水的流量，碳氢燃料和水混和并蒸发，以使得产生用于重整反应的原始燃料气体。蒸发所需的热量由电加热器或其它的燃烧器的热交换提供。蒸发器5可以是这样一种类型的蒸发器，其分别蒸发燃料和水，或者是一种集成型的蒸发器，其同时蒸发燃料和水。碳氢燃料的例子有汽油，天然气和乙醇，例如甲醇(其它实施例类似)。
由蒸发器5产生的原始燃料气体(燃料气体和水蒸气的混合物)被提供给重整反应器2。重整反应器2例如是一种自热型重整反应器。在重整反应器2中，使用原始燃料气体和通过流路转换阀11，12供应的空气中的氧发生重整反应而产生浓氢的重整气体。流量转换阀12被设置在流路转换阀11的下游，其把由流量转换阀11调节流量的空气分配到重整装置2和CO除去反应器4中。在重整操作期间，重整反应器2使用比具有理想配比的空气燃料比的气体更浓的气体比例，例如具有空气过量比λ为0.2-0.5的气体，这里使用具有空气过量比λ为0.35的浓气体。
为了除去在重整反应中产生的重整气体中的一氧化碳，使来自水馈给器17中的水和在重整反应器2中产生的重整气体混和，并被提供给转移反应器3。
在转移反应器3中，借助于转移反应( )除去引起燃料电池堆28中填充的Pt催化剂劣化的一氧化碳。在转移反应器3中的一氧化碳浓度被减少的重整气体被提供给CO除去反应器4。
在CO除去反应器4中，通过优先的氧化反应( )进一步除去一氧化碳，这是一个放热反应。现在具有低的一氧化碳浓度的重整气体被提供给燃料电池堆28，燃料电池堆28按照在重整气体中的氢和空气中的氧的电化学反应产生功率。
反应器2-4被分别利用催化剂填充，并分别具有其最佳的操作温度。因此，当燃料重整系统启动时，配备在反应器2，3，4中的温度传感器18-20便检测每个反应器2，3，4中的催化剂的温度，并且通过确定反应器2-4中的催化剂的温度是否上升到目标预热温度来确定重整器的预热是否完成。
当确定每个反应器2-4已经达到目标温度时，燃料重整系统的预热操作被终止，并开始重整操作。直到重整操作开始时的时刻，前述的蒸发器5才由电加热器或另一个燃烧器预热，当重整反应开始时，预定数量的燃料气体被提供给重整反应器2。
当重整系统从预热操作向重整操作转移时，如果仅仅转换操作状态，则用于预热的稀燃烧气体和用于重整的浓原始燃料气体被在边界区域中混和，并产生具有接近理想配比的空气燃料比的混和气体，如图10所示。如果接近理想配比的空气燃料比的混和气体和反应器2-4的催化剂反应，则在重整器中的温度急剧上升。
因此，安装向重整反应器2的上游供应水的水馈给器16。水从水馈给器16被提供在稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间并被蒸发，从而形成一层水蒸气层，所述稀燃烧气体是在预热操作期间供应的，所述浓原始燃料气体是在重整操作期间供应的。所述水蒸气层阻止稀燃烧气体和浓原始燃料气体混和以给出理想配比的空气燃料比。
当燃料重整系统从预热操作向重整操作转移时进行的控制如图2的流程图所示。这个流程由控制器7执行。控制器7包括一个、两个或多个微处理器、存储器和输入/输出接口等。
在步骤S1，读出由温度传感器18-20检测的每个反应器2-4的催化剂温度T1，T2，T3。在步骤S2，确定每个反应器2-4的催化剂温度T1-T3是否达到目标预热温度。如果所有反应器2-4都已达到目标预热温度，则断定不需要预热操作，然后程序进入步骤S7。
在步骤S7，燃料馈给器14和水馈给器15被控制，以使得向蒸发器5提供燃料和水。同时，通过控制流路转换阀11向重整反应器2和CO除去反应器4供应空气，并且进行重整操作。
如果在步骤S2反应器2-4中的一些尚未达到目标预热温度，则程序进行到步骤S3，开始燃料重整系统的预热操作。具体地说，流路转换阀11被转换到启动燃烧器1以向启动燃烧器1供应空气，从燃料喷射阀13供应燃料，开始燃烧。产生的稀燃烧气体提供给重整器。
在步骤S4，读出由温度传感器18-20检测的每个反应器2-4的催化剂温度T1-T3。在步骤S5，通过确定每个反应器2-4的催化剂温度T1-T3是否达到目标预热温度来确定预热是否完成。如果目标预热温度尚未达到，则程序返回步骤S4，并再次读出反应器2-4的催化剂温度T1-T3。预热操作继续进行，直到反应器2-4的催化剂温度T1-T3达到目标预热温度，当目标预热温度达到时，则断定预热完成，程序进行到步骤S6。
在步骤S6，燃料重整系统从预热操作转换到重整操作。这将参照图3的流程图进行说明，该图表示从预热操作到重整操作的转换控制。
在步骤S6-1，水馈给器16被操作，并且开始向重整反应器2供应水。供应的水被蒸发，并在稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间形成水蒸气层。在步骤S6-2，判定来自水馈给器16的水供应量Qw是否超过一个预定的量tQw。这个判定被重复，直到其超过预定的量tQw，当其超过该预定的量tQw时，程序进行到步骤S6-3。
以摩尔比为单位，预定的量tQw相对于被提供给燃料重整系统的稀空气燃料混合物的碳氢燃料中的碳原子数量被设置为2.0或更多。借以如图9所示，在预热完成之后在催化剂层中的热的燃烧气体的反应温度可被控制到1000℃或更低，因而可以保护反应器2-3中的催化剂。
在步骤S6-3，关闭燃料喷射阀13，停止向启动燃烧器1供应燃料，并停止产生燃烧气体。在步骤S6-4，流路转换阀11被转换，从而向重整反应器2和CO除去反应器4供应空气。在步骤S6-5，燃料馈给器14和水馈给器15被控制，以使得向蒸发器5供应燃料和水。同时，水馈给器16被停止，并结束从预热操作向重整操作的转换控制。
图4A-4E是当重整系统从预热操作向重整操作转移时的定时图。在第一实施例中，在由水馈给器16提供的水形成水蒸气层之后，停止向启动燃烧器1的燃料供应，然后，开始用于重整的空气供应，并且然后开始用于重整的燃料供应。
按照第一实施例，燃料电池系统配备有一种燃料重整系统，包括重整器，其具有重整反应器2，用于由碳氢燃料产生重整气体，CO减少系统(转移反应器3，CO除去反应器4)，其减少在由重整反应器2产生的重整气体中的CO。燃料重整系统还包括启动燃烧器1，当燃料电池系统启动时，其产生用于预热重整器的燃烧气体。
当燃料电池系统启动时，具有比由启动燃烧器1产生的理想配比的空气燃料比稀的空气燃料比的燃烧气体被提供给重整器，并且重整器被预热。在重整器的预热完成之后，使用具有比理想配比的空气燃料比浓的空气燃料比的原始燃料气体在重整反应器2中进行重整操作。所述系统还包括馈给器(水馈给器16)，其在当燃料重整系统从预热操作向重整操作转移时，在提供给重整器的稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间供应燃料和空气之外的不易燃的流体。所供应的不易燃的流体阻止稀燃烧气体和浓原始燃料气体混和，借以阻止在重整器内发生理想配比的空气燃料比状态。
例如，不易燃的流体是一种对燃料至少是惰性的气体。通过供应一种惰性气体，可以抑制在重整器中的反应。因而，阻止重整器的温度过度升高。此外，即使在重整催化剂层发生在理想配比的空气燃料比附近的气体反应，借助于惰性气体的热容量也能阻止高温。
可以使用水作为不易燃的流体。如果使用水时，可以在用于预热的稀燃烧气体和用于重整的浓原始燃料气体之间形成水蒸气层。当在重整器中的温度高时，供应的水被蒸发，混和的气体的热量被吸收，因而可以抑制重整器的温度的过度上升。
当发生从预热操作向重整操作的转移时，由馈给器在重整器的上游供应不易燃的流体。在上述的实施例中，在位于最远离具有催化剂层的上游的反应器2-4中的重整反应器2的上游供应水(水蒸气)。这阻止重整器中的温度上升太多，从而阻止催化剂变劣和防止破坏反应器2-4。
当产生从预热操作向重整操作的转移时，在开始利用水馈给器16向重整器供应不易燃的流体之后，在启动燃烧器1中的燃烧气体的产生被停止。因而，可以在稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间供应不易燃的流体。
通过使用碳氢燃料作为启动燃烧器1的燃料，由水馈给器16提供给重整器的不易燃的流体(在上面的实施例中是水)的量以摩尔比为单位相对于稀燃烧气体中的碳原子的数量是两倍或多倍。用这种方式，在催化剂层中的包括稀燃烧气体和浓原始燃料气体的混和气体的反应温度可以被抑制到1000℃或更低，因而可以更有效地保护催化剂。
水馈给器16，17被提供在图1的一个位置，但是它们可以被提供在几个位置，使得从几个位置供应水(其它实施例类似)。
实施例2
第二实施例的燃料电池系统的结构和图1所示的第一实施例相同。由控制器7进行的控制基本上和图2所示的第一实施例的相同，不同之处在于在步骤S6的处理。
下面参照图5所示的流程图说明在步骤S6中的从预热操作到重整操作的操作转换的控制。
在步骤S6-11，在使燃料喷射阀13停止的同时使空气馈给器6停止。借助于停止向启动燃烧器1供应燃料和空气停止燃烧气体的产生。在步骤S6-12，水馈给器16被操作，向重整反应器2供应水，并在稀燃烧气体的上游形成水蒸气层。在步骤S6-13，确定来自水馈给器16的水供应量Qw是否超过预定量tQw。继续供应直到其超过预定量tQw，当其超过这个预定量tQw时，程序进行到步骤S6-14，并停止水馈给器16。
在步骤S6-15，燃料馈给器14和水馈给器15被控制，以向蒸发器5供应燃料和水，并产生原始燃料气体。同时，流路转换阀11被转换，向重整反应器2和CO除去反应器4供应空气，并开始重整反应。
图6是在重整系统从预热操作向重整操作转移时的定时图。
在停止向启动燃烧器1供应燃料之后，从水馈给器16供应水。在停止水的供应之后，开始供应用于重整的浓原始燃料气体。因此，如图11所示，在稀燃烧气体的上游形成水蒸气层，在更上游形成浓原始燃料气体。因而，图10所示的稀燃烧气体和浓原始燃料气体的混合物(其将产生接近理想配比的空气燃料比的气体混合物)被抑制，并且阻止在重整器中的催化剂的温度的过度升高。此外，热量借助于水的蒸发被吸收，这可以阻止重整器的温度过度上升。
按照第二实施例，当重整系统从预热操作向重整操作转移时，在停止启动燃烧器1中的燃烧气体生成之后，由水馈给器17开始向燃料重整器供应不易燃流体。借以在稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间形成不易燃流体层，因而避免在重整器中的稀燃烧气体和浓原始燃料气体的混合物，所述混合物将给出理想配比的空气燃料比。
实施例3
图7表示第三实施例的燃料电池相系统的结构。在第三实施例中，水从水馈给器17被喷射到转移反应器3的上游。水馈给器16被省略了。当燃料电池系统启动时，执行图8所示的控制(其和第一实施例相同)，其中不使用水馈给器16而使用水馈给器17，当发生从预热操作向重整操作的转移时的定时图和图4所示的相同。
按照第三实施例，当具有从预热操作向重整操作的转移时，由水馈给器17在重整反应器2和转移反应器3之间供应不易燃流体。因而，可以使转移催化剂得到足够的冷却和保护，该转换催化剂具有比重整反应器2较低的耐热性，并且其温度趋于更容易地上升到预定温度以上。
实施例4
图12表示第四实施例的燃料电池相系统的结构。
所示的燃料电池系统具有燃料重整系统，其配备有燃料蒸发器5a，用于蒸发含有氢原子的燃料例如碳氢燃料，并产生用于重整的燃料蒸气，以及蒸发水的增湿装置5b，并产生用于重整的水蒸气。代替燃料蒸发器5a和增湿装置5b，也可以使用如第一到第三实施例中所述的集成的蒸发器5。
燃料蒸气、水蒸气和作为氧化剂被未示出的压缩机或吹风机引入的空气以预定比例被提供给重整反应器2。在重整操作中，提供给重整反应器2的燃料和空气的比例浓于理想配比的空气燃料比。在重整反应器2的上游混和燃料蒸气、水蒸气和空气之后，它们被引入重整催化剂，并产生浓氢的重整气体。
在转移反应器3和CO除去反应器4中，重整气体中的CO的量被减少，从而减少在位于下游的燃料电池堆28中填充的Pt催化剂的劣化。在转移反应器3中，利用水进行转移反应( )，其减少重整气体中的CO。在CO除去反应器4中，为了进一步减少在转移反应器3中未被完全除去的CO，使用氧化剂(空气)，并进行CO的优先的氧化( )。
燃料重整系统还具有氢气存储槽27，其存储由重整器(即重整反应器2，转移反应器3和CO除去反应器4)产生的浓氢的重整气体。存储在氢气存储槽27中的重整气体在重整器预热期间或当需要一个高的响应(例如在车辆加速期间)时被引入燃料电池堆28。在燃料电池堆28中，使用由重整器直接提供或通过氢气存储槽27提供的重整气体以及由压缩机或吹风机等引入的氧化剂来产生功率。
在重整器的预热操作期间，燃料从燃料喷射阀提供给启动燃烧器1，通过压缩机、吹风机等供应空气。空气和燃料的混合物由点火源点火，并在高温下产生稀燃烧气体。产生的稀燃烧气体在通过重整器时预热反应器2-4中的催化剂。空气燃料比被设置为稀于理想配比的空气燃料比。例如，考虑到重整器的耐热性能和排气性能，空气-燃料过量λ被设置为2或以上。
流路转换阀29把从外部由压缩机、吹风机等引入的空气分配到启动燃烧器1、重整器中的反应器(重整反应器2，CO除去反应器4)、以及燃料电池堆28。
在预热操作期间，利用流路转换阀29把空气提供给启动燃烧器1。此外，在第四实施例中，当由燃料电池堆产生功率并且伴随着所述功率的产生而产生的热量使燃料电池堆28的温度上升时，也向燃料电池堆28供应空气。向重整反应器2和CO除去反应器4的空气供应被停止。在另一方面，在重整操作期间，停止向启动燃烧器1的空气供应，且空气被分配给重整反应器2，CO除去反应器3和燃料电池堆28。
流路转换阀30是这样一种阀门，其转换从重整器排出的气体的供应目的地，并选择性地连通氢气存储槽27，燃料电池堆28和大气。在燃料重整系统的预热操作中，当用于预热的稀燃烧气体从重整器排出时，使流路转换阀30和大气连通。在另一方面，在重整操作中，浓氢的重整气体从重整器排出，因而按照燃料电池堆28的运行状态，其被分配或者选择性地提供给氢气存储槽27和燃料电池堆28。
流路转换阀31选择性地把从燃料电池堆28的阴极排出的阴极排出气体供应给未示出的燃烧器和燃料重整系统之一。在重整器的预热完成之后，其中在燃料电池堆28中氢气被减少的阴极排出气体通过使流路转换阀31和燃料重整系统一侧连通而被提供给重整器，并抑制在重整器中具有理想配比的空气燃料比的气体混合物的产生。在其它时间，使流路转换阀31和未示出的燃烧器连通，并且从阳极排出的氢气被用于燃烧处理。
由温度传感器18、温度传感器19和温度传感器20检测的催化剂温度被输入给控制器7，所述温度传感器18检测重整反应器2的催化剂温度，温度传感器19检测转移反应器3的催化剂温度，温度传感器20检测CO除去反应器4的催化剂温度。在反应器2-4中的催化剂分别具有最佳的运行温度(例如催化剂活化温度)，并相应地设置目标预热温度。
通过根据温度传感器18-20的输出确定催化剂是否达到目标预热温度来确定重整器的预热是否完成。当确定重整器的预热完成时，控制器7向启动燃烧器1输出一个控制信号，并使得燃料重整系统从预热操作向重整操作转移。
在预热操作期间，燃料蒸发器5a和水蒸发器5b通过未示出的电加热器预热，或者通过和来自燃烧器的燃烧气体进行热交换来预热，如上所述。燃料蒸发器5a和水蒸发器5b被预先预热，以使得在确定重整器的预热完成之后可以立即开始向重整反应器2供应预定的燃料蒸气和水蒸气。
下面参照图13的流程图和图14A-E的定时图说明燃料重整系统从预热操作向重整操作的转换的控制。
根据温度传感器18-20检测的反应器2-4的温度T1-T3，确定是否需要燃料重整系统的预热操作(S21，S22)，如第一实施例中所述。当确定不需要预热操作时，燃料被供给燃料蒸发器5a，水被供给水蒸发器5b，立即开始重整操作(S32)。
当确定需要预热操作时，流路转换阀30转换到大气(S23)，且在启动燃烧器1中产生的燃烧气体被提供给重整器以使其预热(S24)。此时，选择空气供应目的地的流路转换阀29和启动燃烧器1以及燃料电池堆28连通。通过流路转换阀29供应的空气和由未示出的燃料喷射阀喷射的燃料以稀的比例供应给启动燃烧器1并燃烧，从而产生稀燃烧气体。该稀燃烧气体流入重整反应器2、转移反应器3和CO除去反应器4，从而预热重整器。
用于预热的燃烧气体通过流路转换阀30排入大气。同时，空气和来自氢气存储槽27的重整气体被提供给燃料电池堆28(S25)，由于在功率产生期间放出的热量，燃料电池堆28对其自身预热。此外，燃料蒸发器5a和水蒸发器5b利用未示出的电加热器预热，或者通过由排出的阳极和阴极气体进行的与燃烧气体的热交换来预热。
确定由温度传感器18-20检测的反应器2-4的催化剂温度T1-T3是否达到目标预热温度(S26，27)，如果已经达到目标预热温度，则停止对启动燃烧器1的空气和燃料的供应(S28)。虽然立即停止燃料供应，但空气供应的停止相对较慢。这是为了通过供应空气排出在启动燃烧器1中的稀燃烧气体。
同时，从燃料电池堆28排出的阴极排出气体被提供给重整反应器2(S29)。在燃料电池堆28的阴极中，发生阴极反应( )，并排出具有低的氧气浓度的阴极排出气体，因此流路转换阀31和重整反应器2连通。结果，这个阴极排出气体作为惰性气体被提供给设置在重整器的更上游的重整反应器2。当有预定量的阴极排出气体已被提供给重整器时，则停止对重整器的阴极排出气体的供应。在完成预定量的阴极排出气体的供应之前停止向启动燃烧器1供应空气，使得当停止供应阴极排出气体时，只具有至少填充重整器上游部分的阴极排出气体。
流路转换阀29和重整反应器2以及CO除去反应器4连通，并向其供应空气。当确定燃料蒸发器5a和水蒸发器5b的预热完成时，燃料被供给燃料蒸发器5a，水被供给水蒸发器5b，并开始重整操作(S30)。被提供给重整反应器2的燃料和空气的比例被设置为浓于理想配比的空气燃料比。然后通过转换流路转换阀30来停止从氢气存储槽27的氢气供应(S31)，并从重整器供应浓氢的重整气体，因此燃料电池堆28继续发电。
按照第四实施例，提供氢气存储槽27，其存储在重整器的预热期间供应给燃料电池堆28的氢气，并把在发电之后从燃料电池堆28排出的阴极排出气体作为惰性气体提供给在稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间的边界区域。
通过供应阴极排出气体，可以阻止稀燃烧气体和浓原始燃料气体混和，因而可以阻止将导致高温的在重整催化剂层中的在理想配比的空气燃料比附近的气体发生反应。即使在理想配比的空气燃料比附近的气体反应在重整催化剂层中发生，也能由阴极排出气体的热容量来阻止高温。具体地说，使用阴极排出气体(其中的氧气浓度由已发电已被降低)，因而抑制了作为放热反应的氧化反应。此外，阴极排出气体是燃料电池堆28的排出气体，因此不需要存储或生产惰性气体，且可以有效地进行温度抑制。
实施例5
图15表示按照第五实施例的燃料电池系统的结构。下面的说明将集中在和第四实施例的不同之处。
燃料电池堆28包括温度传感器41，用于确定燃料电池堆28是否在稳定地操作。当确定由温度传感器41检测的燃料电池堆的温度已经达到一个预定值例如0℃或更高时，确定燃料电池堆28的预热完成，因而可以进行正常发电。通过利用电压检测器等检测燃料电池堆28的电压来确定燃料电池堆28是否稳定。
下面参照图16，17的流程图和图18A-18E的定时图说明当发生燃料重整系统从预热操作向重整操作的转移时和第四实施例的不同。
根据由对反应器2-4提供的温度传感器18-20检测的反应器2-4的温度，判定燃料电池堆28的预热操作是否需要(S51)。此外，可以附加地使用未示出的外部温度传感器用于进行所述判定。当判定不需要预热操作时，燃料被供给燃料蒸发器5a，水被供给水蒸发器5b，开始进行重整(S62)。
当判定需要进行预热操作时，空气通过流路转换阀29被提供给燃料电池堆28的阴极(S53-1)。氢气从氢气存储槽27提供给燃料电池堆28的阳极(S53-2)。因此，燃料电池堆28开始发电，并使用伴随着发电而产生的热量进行燃料电池堆28的预热。同时，监视对燃料电池堆28配备的温度传感器41的输出。
由温度传感器41的输出，可以确定是否达到已经完成燃料电池堆28的预热的预定温度以及发电反应是否稳定(S53-3)。当燃料电池堆28达到预定温度时，流路转换阀30被转换到大气(S54)，并开始进行在启动燃烧器1中的燃烧(S55)。通过流路转换阀29向启动燃烧器1供应空气，从燃料喷射阀喷射燃料，空气和燃料的混合物由点火源点火，从而使其燃烧。此时燃料电池堆28继续发电。
如同在第一实施例的情况下那样，这种状态被保持直到由温度传感器18-20检测的重整器的反应器2-4的催化剂温度T1-T3确定反应器2-4的催化剂已经达到目标预热温度为止(S56，S57)，此时，停止启动燃烧器1的空气和燃料的供应(S58)。其中氧气浓度已经由于稳定的发电而被大大减少的预定量的阴极排出气体被提供给重整器(S59)，并且在当重整器中的氧气浓度已被减少时，向重整反应器2供应燃料和水，从而开始重整反应(S60)。流路转换阀30然后转换到燃料电池堆28，来自氢气存储槽27的氢气供应被停止(S61)，而来自重整器的浓氢重整气体被提供给燃料电池堆28，于是开始发电。
按照第五实施例，提供温度传感器41作为确定燃料电池堆28的发电是否稳定的装置，并且如果确定燃料电池堆28的发电是稳定的，则开始重整系统的预热操作。因此，当由于发电反应使得阴极排出气体的氧气浓度被充分降低时，重整器的预热开始。换句话说，当预热完成并且重整操作开始时，其中氧气浓度被充分减小的阴极排出气体可被提供给重整器。因而，可以抑制用于预热的稀燃烧气体和用于重整的浓原始燃料气体的混和，它们的混和将给出接近理想配比的空气燃料比的空气燃料比，因而抑制重整器的催化剂温度的过度升高。
实施例6
图19表示按照第六实施例的燃料电池系统的结构。下面的说明将集中在和第一实施例的不同之处。在第六实施例中，未提供氢气存储槽27，燃料电池堆28只使用从重整器提供的浓氢重整气体发电。流路转换阀30选择将从燃料重整系统排出的气体提供给燃料电池堆28还是将其排出。此外，当燃料电池系统启动并且重整系统从预热操作向重整操作转移时，使用氮气作为低氧浓度的惰性气体填充重整器的内部。
为了对位于重整器中最上游的重整反应器2供应氮气，燃料重整系统具有氮气存储和供应设备50。当控制器7发出指令时，氮气从氮气存储和供应设备50提供给重整器。因此，不需要用阴极排出气体填充重整器，不需要流路转换阀31，并且从燃料电池堆28排出的阴极排出气体被提供给未示出的燃烧器。如在第一和第二实施例的控制中那样，可以提供氮气代替水。
下面参照图20A-20E所示的定时图说明当燃料电池系统启动以及燃料电池系统从预热操作向重整操作转移时和第一实施例不同的控制。
当检测到预热操作指令时，开始向启动燃烧器1供应空气和燃料，并产生燃烧气体。燃烧气体流过重整器，并预热反应器2-4。此时，燃料电池堆28的发电被停止。如果需要，可以利用未示出的电加热器或者另一个燃烧器对燃料电池堆28预热。另外，流路转换阀30可被转换到燃料电池堆28，由启动燃烧器1产生的燃烧气体也可以通过重整器提供给燃料电池堆28，以便对其预热。不过，在这种情况下，由燃料重整系统提供给燃料电池堆28的燃烧气体必须具有这样的成分，即，使得它们不会使燃料电池堆28变劣。
当确定反应器2-4已经达到目标预热温度时，开始从氮气供应和存储设备50向重整器供应氮气。在供应预定量的氮气之后，停止氮气供应，并向重整器供应水蒸气和燃料蒸气，从而开始重整操作。流路转换阀30此时转换到燃料电池堆28，并开始发电。
按照第六实施例，氮气作为惰性气体被提供给稀气体和浓气体之间的边界区域，因此阻止稀气体和浓气体的混和。借助于提供氮气存储和供应设备50并使用氮气作为不能燃烧的流体，可以不管燃料电池系统的状态来调节重整器中的氧气浓度。结果，不需要等待直到燃料电池堆完成预热操作并开始稳定的操作，因而可以缩短重整系统转移到重整操作所需的时间。
实施例7
图21表示按照第七实施例的燃料电池系统的结构。
如在第四实施例中那样，提供启动燃烧器1，燃料蒸发器5a和水蒸发器5b。重整器包括重整反应器2，转移反应器3和CO除去反应器4。燃料电池堆28使用由燃料重整系统产生的浓氢重整气体发电。流路转换阀29选择性地向启动燃烧器1、重整器以及燃料电池堆28供应从外部引入的空气。此外，温度传感器59被安装在重整器的下游，这里是CO除去反应器4的下游。
燃料电池系统还包括燃烧器51(排出氢气燃烧器)。燃烧器51燃烧包括从燃料电池堆28排出的残余氢气的阳极排出气体。燃烧器51例如可以是催化剂燃烧器。在燃烧器51的下游提供再循环管线54，其向重整器供应由燃烧器51产生的燃烧气体。由燃烧器51产生的燃烧气体被提供给重整反应器2，其位于重整器的最上游。再循环管线54和用于把来自启动燃烧器1的燃烧气体提供给重整反应器2的通路相连。
再循环管线54包括吹风机52和缓冲槽53。借助于操作吹风机52，使由燃烧器51产生的为惰性气体的燃烧气体再循环，并被存储在缓冲槽53内。在缓冲槽53的出口提供有阀门57。阀门57被打开或者关闭，以用于选择是否将缓冲槽53和再循环管线54中的气体再循环到燃料重整系统。
作为氧化剂的空气被提供给燃烧器51。由未示出的压缩机或吹风机引入的空气通过阀门55被提供给燃烧器51。用于引入空气的压缩机或吹风机可以和用于向上述的启动燃烧器1引入空气的压缩机或吹风机是同一个，或者可以被单独地提供。此外，和外部大气连通的一个排出通路和燃烧器51相连，这个排出通路装配有阀门56。燃烧器51内部的压力通过打开和关闭阀门56进行调节。
下面参照图22所示的流程图说明第七实施例中重整系统从预热操作向重整操作转移时的控制。所示的流程图由控制器7执行，并且当由外部空气温度、检测器2-4的温度、燃料电池堆28的温度中的一个或几个温度确定需要预热操作时开始。
在步骤S71，开始向启动燃烧器1引入氧化剂气体。通过流路转换阀29由未示出的压缩机或吹风机供应空气作为氧化剂气体。在步骤S72，由未示出的燃料喷射阀向启动燃烧器1引入燃料。在步骤S73，引入的燃料由点火源点火。因此，在启动燃烧器1中产生稀燃烧气体，并且使该稀燃烧气体通过重整反应器2、转移反应器3和CO除去反应器4来对重整器预热。
使从重整器排出的稀燃烧气体流过燃料电池堆28的阳极，因而预热燃料电池堆28。此外，使从燃料电池堆28排出的稀燃烧气体流过燃烧器51，并预热填充燃烧器51的催化剂。此时，阀门56打开，阀门57关闭，并停止吹风机52。因此，提供给燃烧器51的稀燃烧气体不流入再循环管线54，并通过阀门56排出。
在步骤S74，判定预热是否完成。由温度传感器59检测重整器下游的温度即CO除去反应器4的出口温度，且当在CO除去反应器4的出口的燃烧气体的温度达到或高于一个预定温度时，判定预热完成。当燃烧气体在100-120℃下被提供而进行预热时，用于进行这个判定的预定温度被设置为从重整器排出的气体的温度，并且反应器2-4的预热完成。其例如可以根据实验结果进行预先设置。
预热操作继续直到从重整器排出的燃烧气体的温度达到该预定温度。当达到该预定温度时，则判定预热完成，程序进行到步骤S75。判定预热是否完成的步骤可以借助于确定在反应器2-4和燃烧器51中的催化剂是否达到目标预热温度来实现。通过根据需要对反应器2-4，燃烧器51和燃料电池堆28提供空气和水，可以抑制这些装置的过量的温度升高。
在步骤S75中，停止向启动燃烧器1的燃料供应。借以停止在启动燃烧器1中的燃烧，并且完成预热操作。在步骤S76，阀门57被打开，操作吹风机52，且被存储在缓冲槽53中的作为惰性气体的燃烧气体被引入重整反应器2。结果，使具有低的氧气浓度的被存储在缓冲槽53中的燃烧气体流入重整反应器2。
在步骤S77，维持燃烧气体的供应直到确定来自缓冲槽53的预定量的燃烧气体已被提供给重整系统为止。当确定已经供应预定量的燃烧气体时，便确定已向重整器提供了具有低的氧气浓度的足够量的燃烧气体，并且程序进行到步骤S78。另外，可以首先由实验预先设置吹风机52的负载和利用燃烧气体充满重整器所需的时间之间的关系，然后根据吹风机52的负载在经过所述预定时间之后来进行所述确定。
在步骤S78，吹风机52被停止，阀门57被关闭，并停止向重整反应器2供应惰性气体。在步骤S79，分别向已经被预热的燃料蒸发器5a和水蒸发器5b供应燃料和水。
在步骤S80，通过流路转换阀29行重整反应器2以及CO除去反应器4供应空气。也向转移反应器3供应水，并且开始重整操作。此外，借助于使流路转换阀29和燃料电池堆28连通，向阴极提供空气。结果，由燃料重整系统生成浓氢重整气体，并通过使用所述重整气体在燃料电池堆28中发电。来自燃料电池堆28的阳极排出气体在燃烧器51中被燃烧，并通过阀门56排出。
当燃料电池系统被停止时，燃烧器51进行再循环阳极气体的部分燃烧而产生惰性气体。燃烧气体被提供给下游。当缓冲槽53和反应器被惰性气体充满时，系统停止。
图23A-23B表示按照这种方式进行控制时催化剂温度随时间的改变。作为对照，图24A-24B示出了当稀燃烧气体被提供给重整器然后提供浓原始燃料气体时的温度随时间的改变。
在图24A-24B所示的对照例中，当重整器的预热完成并开始重整操作时，稀燃烧气体中的氧气和浓原始燃料气体混和，并产生具有理想配比的空气燃料比的部分。因此，在重整操作启动之后，重整反应器2的温度立即急剧上升，因而具有由于烧结等而导致催化剂变劣的危险。在另一方面，在图23A-23B所示的第七实施例中，当从预热操作向重整操作转移时，在稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间形成一层惰性气体，因而抑制能够产生理想配比的空气燃料比的稀燃烧气体中的氧气和浓原始燃料气体的混和。
按照第七实施例，提供使用含氢的气体发电的燃料电池堆28、用于燃烧从燃料电池堆28排出的气体中的氢的燃烧器51、以及用于存储从燃烧器51排出的气体的排出气体缓冲槽53。使用在缓冲槽53中存储的燃烧排出气体作为不能燃烧的流体。因而，由于燃烧而具有低的氧气浓度的燃烧排出气体被提供给稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间，因此阻止在重整器中生成在理想配比的空气燃料比附近的气体混合物。
提供通过重整含氢的燃料生产浓氢重整气体的重整系统、使用所述重整气体发电的燃料电池堆28以及用于处理从燃料电池堆28排出的气体中的氢的燃烧器51。还提供从燃烧器51连接到重整器的入口的再循环管线54，以及存储来自燃烧器51的燃烧排出气体的缓冲槽53。因而，在重整系统的预热操作完成之后发生向重整操作的转移时，在缓冲槽53中的惰性气体通过再循环管线54被临时引入重整器，然后，可以供应燃料，并可以进行向重整操作的转换。
在由预热操作期间的稀燃烧气体形成的稀层(过量空气层)和在重整操作期间形成的浓层(过量的燃料层)之间形成一个惰性气体层，因而分离稀层和浓层。用这种方式，当发生从预热操作向重整操作的转移时，快速的催化剂温度上升被抑制，水蒸气的凝结被消除，因而阻止催化剂性能的降低。
提供可以把缓冲槽53和再循环管线54中的气体引入重整器入口的吹风机52。因而，可以执行关于是否向重整器供应燃烧的排出气体的选择性控制，所述燃烧的排出气体是在缓冲槽53和再循环管线54中的惰性气体。此外，通过当系统已经停止时于再循环重整气体的同时进行局部燃烧，包括缓冲槽53的燃料电池系统可以在其中充满惰性气体的情况下被停止。结果，当燃料电池系统被重新启动并发生从预热操作向重整操作的转移时，可以使用当系统停止时被存储的缓冲槽53中的惰性气体，因此，可以阻止催化剂层的过量的温度上升，可以消除水蒸气的凝结，因而可以抑制催化剂性能的变劣。
提供用于在启动期间产生燃烧气体的启动燃烧器1，因此当产生从在启动燃烧器1中进行稀燃烧的预热操作向重整操作的转移时，在缓冲槽53中的气体通过再循环管线54并被暂时引入重整器的入口。用这种方式，由于燃烧而具有低的氧气浓度的燃烧排出气体可被提供给稀燃烧气体和浓原始燃料气体之间，因而可阻止在燃料重整系统中产生在理想配比的空气燃料比附近的气体混合物。
根据重整器出口的温度确定重整系统预热完成的时间、确定可以向重整操作进行转换的时间，即确定可以把缓冲槽53中的气体引入重整器的时间。当重整器的预热完成并发生向重整操作的转移时，可以向重整器引入低氧浓度的惰性气体。结果，当燃料重整系统从预热操作向重整操作转移时的快速催化剂温度的上升被抑制，消除了水蒸气的凝结，阻止了催化剂性能的降低，并可以快速执行操作状态的转换。
在本实施例中，使用来自启动燃烧器1中的燃烧气体对重整器进行预热，不过，也可以使用来自燃烧器的燃烧气体进行预热，该燃烧器通过燃烧由燃料电池堆28排出的气体而产生热能。
日本专利申请P2002-32386(申请日2002年2月8日)和P2002-335036(申请日2002年11月19日)被包括在此作为参考。
虽然上面参照本发明的某些实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于这些实施例。根据上面的教导，本领域技术人员可以作出各种改变和改型。本发明的范围参照下面的权利要求来限定。
本发明可用于燃料电池发电厂系统，但不限于车辆燃料电池发电厂系统。本发明对于保护燃料重整系统中的催化剂并改进其可靠性是有效的。

Claims (18)

1.一种燃料重整系统，包括：
重整器(2，3，4)，其在重整操作期间由浓原始燃料气体产生重整的气体，
燃烧器(1)，其产生稀的燃烧气体，并在预热操作期间把所述稀的燃烧气体提供给所述重整器(2，3，4)，
不易燃烧的流体供应设备，其向重整器(2，3，4)提供除燃料和空气之外的不易燃烧的流体，以及
控制器(7)，所述控制器用于：
在预热操作期间从燃烧器(1)向重整器(2，3，4)供应稀燃烧气体，以及
在重整器(2，3，4)的预热操作完成时，从不易燃烧的流体供应设备向重整器(2，3，4)供应该不易燃烧的流体，然后向重整器(2，3，4)供应浓原始燃料气体，以便开始燃料的重整。
2.如权利要求1所述的燃料重整系统，其中，所述不易燃烧的流体是一种相对于燃料为惰性的流体。
3.如权利要求2所述的燃料重整系统，其中，所述不易燃烧的流体是水。
4.如权利要求3所述的燃料重整系统，其中：
所述燃烧器(1)以稀空气燃料比燃烧碳氢燃料，以便产生稀燃烧气体，以及
所述控制器(7)还用于：
从不易燃烧的流体供应设备向重整器(2，3，4)供应一定量的不易燃烧的流体，该流体以摩尔比为单位相对于稀燃烧气体中的碳原子的数量为2.0或以上。
5.如权利要求1-4中任何一个所述的燃料重整系统，其中，不易燃烧的流体供应设备是在重整器(2，3，4)的上游供应该不易燃烧的流体的供应设备(16)。
6.如权利要求1-4中任何一个所述的燃料重整系统，其中，所述重整器(2，3，4)包括重整反应器(2)，其用于重整浓原始燃料气体，以及CO减少系统(3，4)，其用于减少重整气体中的CO的浓度，以及
该不易燃烧的流体供应设备是一种在重整反应器(2)和CO减少系统(3，4)之间供应不易燃烧的流体的供应设备(17)。
7.如权利要求1-4中任何一个所述的燃料重整系统，其中：
所述控制器(7)还用于：
在开始从不易燃烧的流体供应设备向重整器(2，3，4)供应不易燃烧的流体之后，停止向重整器(2，3，4)供应来自燃烧器(1)的稀燃烧气体。
8.如权利要求1-4中任何一个所述的燃料重整系统，其中：
控制器(7)还用于：
在停止从燃烧器(1)向重整器(2，3，4)供应稀燃烧气体之后，开始从不易燃烧的流体供应设备向重整器(2，3，4)供应不易燃烧的流体。
9.如权利要求1所述的燃料重整系统，其中：
该不易燃烧的流体是氮气，以及
该不易燃烧的流体供应设备是一种存储氮气并把氮气供应给重整器(2，3，4)的供应设备(50)。
10.如权利要求1-4中任何一个所述的燃料重整系统，还包括：
传感器(59)，用于检测重整系统的出口温度，其中：
控制器(7)还用于：
根据重整系统的出口温度确定重整系统的预热的完成。
11.一种具有如权利要求1或2限定的燃料重整系统的燃料电池系统，包括：
燃料电池(28)，由燃料重整系统向其供应重整气体，并且所述燃料重整系统还包括：
氢气存储机构(27)，其用于存储在燃料重整系统的预热操作期间供应给燃料电池(28)的氢气，其中
该不易燃烧的流体供应设备在发电之后向重整器(2，3，4)供应从燃料电池(28)排出的阴极排出气体作为不易燃烧的流体。
12.如权利要求11所述的燃料电池系统，其中：
控制器(7)还用于：
确定所述燃料电池(28)是否稳定发电，以及
当确定燃料电池(28)稳定发电时，开始燃料重整系统的预热。
13.一种具有如权利要求1或2限定的燃料重整系统的燃料电池系统，包括：
燃料电池(28)，由燃料重整系统对其供应重整气体，以及
燃料重整系统，其中不易燃烧的流体供应设备包括：
排出氢气燃烧器(51)，其燃烧从燃料电池(28)排出的未消耗的氢气，以及
缓冲槽(53)，用于存储从排出氢气燃烧器(51)排出的燃烧排出气体，并把该燃烧排出气体供应给重整器(2，3，4)，以及
不易燃烧的流体是存储在缓冲槽(53)中的排出气体。
14.如权利要求13的燃料电池系统，其中：
该不易燃烧的流体供应设备还包括吹风机(52)，其在缓冲槽(53)中和重整器(2，3，4)的上游引入气体。
15.如权利要求13的燃料电池系统，还包括：
再循环管线(54)，其将排出氢气燃烧器(51)连接到重整系统的上游，其中：
该不易燃烧的流体供应设备通过再循环管线(54)在重整系统上游的缓冲槽(53)中引入排出气体。
16.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池(28)，
重整器(2，3，4)，其从浓原始燃料气体产生重整气体，并在重整操作期间把该重整气体供应给燃料电池(28)，
燃烧器(1)，其产生稀燃烧气体，并在预热操作期间把该稀燃烧气体供应给重整器(2，3，4)，
不易燃烧的流体供应设备，其向重整器(2，3，4)供应燃料和空气之外的不易燃烧的流体，以及
控制器(7)，用于：
当重整器(2，3，4)从预热操作向重整操作转移时，从不易燃烧的流体供应设备向重整器(2，3，4)供应不易燃烧的流体，并在由燃烧器(1)向重整器(2，3，4)供应的稀燃烧气体和供应给重整器(2，3，4)的浓原始燃料气体之间形成一层不易燃烧的流体。
17.一种燃料重整系统的控制方法，所述系统具有：燃料电池(28)；重整器(2，3，4)，其在重整操作期间从浓原始燃料气体产生重整气体，并把该重整气体供应给燃料电池(28)；以及燃烧器(1)，其产生稀燃烧气体并在重整器(2，3，4)的预热操作期间把该稀燃烧气体供应给重整器(2，3，4)，所述方法包括：
在重整器(2，3，4)的预热操作期间从燃烧器(1)向重整器(2，3，4)供应稀燃烧气体，并且
当重整器(2，3，4)的预热操作完成时，向重整器(2，3，4)供应不易燃烧的流体，并且然后向重整器(2，3，4)供应浓原始燃料气体，以便开始燃料重整。
18.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池(28)，
重整器(2，3，4)，其从浓原始燃料气体产生重整气体，并在重整操作期间把该重整气体供应给燃料电池(28)，
燃烧器(1)，其产生稀燃烧气体，并在重整器(2，3，4)的预热操作期间把该稀燃烧气体供应给重整器(2，3，4)，
不易燃烧的流体供应设备，其向重整器(2，3，4)供应燃料和空气之外的不易燃烧的流体，
用于在重整器(2，3，4)的预热操作期间从燃烧器(1)向重整器(2，3，4)供应稀燃烧气体的装置，以及
用于当重整器(2，3，4)的预热操作完成时，从不易燃烧的流体供应设备向重整器(2，3，4)供应不易燃烧的流体，并且然后向重整器(2，3，4)供应浓原始燃料气体以便开始燃料重整的装置。
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