(57)【要約】  燃料電池システムと方法において、燃料電池システムは、入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとを受け取り、燃料処理アセンブリは、燃料電池システムの燃料電池のアノードに提供される入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合されて提供され、燃料電池のカソードはアノードガス酸化アセンブリを経由する酸化剤ガスを受け入れ、アノードガス酸化アセンブリは、燃料電池システムの通常運転と停止と再起動との間に、燃料電池のカソードに入力酸化剤ガスに燃料電池のアノードからの出力ガスを連結するように適合されており、制御アセンブリは、少なくとも入力燃料ガスが燃料電池システムによって受け入れを中止されている間に燃料電池システムの停止に応じるために適合されて提供され、制御アセンブリは更に、燃料電池が停止するときに燃料処理アセンブリを通過してパージガスが流れるのを可能として燃料処理アセンブリから加湿された燃料ガスを取り除き、かつ燃料電池のアノードを通過してパージガスが流れるのを可能とするように燃料電池システムを制御するために適合されている。
2009505356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとを受け入れる燃料電池システムであって、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合された燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されたカソードとを有する燃料電池と、
前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードに前記入力酸化剤ガスと前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとが連結されるように適合されており、さらに前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されているアノードガス酸化アセンブリと、
少なくとも前記入力燃料ガスが前記燃料電池システムによって受け入れを中止されている前記燃料電池システムの停止に応じるように適合された制御アセンブリであって、前記燃料電池が停止する場合に、前記燃料処理アセンブリから前記加湿された燃料ガスを取り除くためにパージガスが前記燃料処理アセンブリを通って流れるのを可能にし、かつパージガスが前記燃料電池の前記アノードを通って流れるのを可能にするために前記燃料電池システムを制御するように更に適合されている前記制御アセンブリとを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止する場合に、前記燃料処理アセンブリを前記燃料電池から隔離し、かつ前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが、前記燃料処理アセンブリを通過した後で排気されるのを可能にするように、適合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
更に、前記燃料電池の前記カソードから前記アノードガス酸化アセンブリに排ガスを連結する配管を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止する場合に、予め決められた量の入力酸化剤ガスが流れるのを可能とするように適合されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料処理アセンブリは、前記入力燃料ガスを受け入れるように適合された入力配管と、前記燃料電池の前記アノードに連結された出力配管とを含み、
前記制御アセンブリは、前記出力配管に接続された第１弁を含み、前記第１弁は、前記燃料電池システムの停止の間は閉じられて前記燃料処理アセンブリを前記燃料電池の前記アノードから隔離することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料処理アセンブリは更に、
前記第１弁が前記出力配管に配置されている位置より上流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続されている第１配管と、
前記燃料電池システムの停止の間に開けられる前記第１配管中の第２弁と、
前記第２弁に続く下流の位置で前記第１配管に接続されている排気部とを有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料処理アセンブリは更に、
前記入力配管中に配置されかつ前記燃料電池システムの停止の間は閉じるように適合されている第３弁と、
前記燃料処理アセンブリに入る前記入力配管の前記第３弁の下流の位置で接続され、かつ前記燃料処理アセンブリを通過する前記パージガスを受け入れるように適合されている第２配管と、
前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に前記第１弁の下流の位置で接続され、かつ前記燃料電池の前記アノードを通過する前記パージガスを受け入れるように適合されている第３配管と、
前記第２配管に接続されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開いている第４弁と、
前記第３配管に接続されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開いている第５弁とを有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御アセンブリは、前記燃料電池システムの通常運転の間は前記第１弁と前記第３弁を開くように制御し、かつ前記第２弁と前記第４弁と前記第５弁とを閉じるように制御し、
前記制御アセンブリは、前記燃料電池システムの停止の間は前記第１弁と前記第３弁を閉じかつ前記第２弁と前記第４弁と前記第５弁を開くように制御することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されられていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池システムは更に、前記第３配管中に前記第５弁の下流の位置でかつ前記第３配管を通過するパージガスを加熱するように前記燃料電池の前記カソードからの排出ガスに対応する加熱ユニットを有し、
前記第１弁と前記第２弁とは高温用モータ作動弁を含み、
前記第３弁と前記第４弁と前記第５弁とは電磁弁を含み、
還元性の前記パージガスは窒素を含み、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されており、
前記第３配管と前記第４配管は、共通の供給部から前記パージガスを受け入れるように適合されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御アセンブリは更に、前記第３配管が前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続されている位置の下流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続された第４配管と、前記第４配管中の第６弁とを有し、
前記第６弁は、前記燃料電池システムの通常運転の間は閉じられており、かつ前記燃料電池システムの再起動のときから前記入力燃料ガスが前記燃料電池システム中を前記予め決められた流量で流れるときまでは開いていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池システムは更に、前記第５弁の下流の前記第３配管中に配置され、前記第３配管を通過するパージガスを加熱するために前記燃料電池の前記カソードかた前記排気ガスを受け入れる加熱ユニットを有し、
前記第１弁と前記第２弁は高温用モータ作動弁を含み、
前記第３弁、前記第４弁、前記第５弁および前記６弁は電磁弁を含み、
前記パージガスは窒素を含み、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されており、
前記第３配管と前記第４配管は、共通の供給部から前記パージガスを受け入れるように適合されており、
前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合させられており、
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止される場合に、前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが前記燃料処理アセンブリを通過した後で前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能とするように、前記燃料処理アセンブリの前記燃料電池の前記アノードへの連結を維持することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
更に、前記燃料電池の前記カソードから前記アノードガス酸化アセンブリに排ガスを連結する配管を有することを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止する場合に、予め決められた量の入力酸化剤ガスが流れるのを可能とするように適合されていることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記燃料処理アセンブリは、前記入力燃料ガスを受け入れるように適合された入力配管と、前記燃料電池の前記アノードに連結された出力配管とを含み、
前記制御アセンブリは、
前記燃料処理アセンブリの前記入力配管に接続されかつ前記パージガスを受け入れるように適合された第１配管と、
前記第１配管に接続された第１弁と、
前記第１配管が前記燃料処理アセンブリの前記入力配管に接続されている位置よりも上流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記入力配管に接続されている第２弁であって、前記第２弁よりも上流のコンポーネントを前記燃料処理アセンブリから隔離し、前記燃料電池システムの停止の間は閉じている前記第２弁とを有することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記燃料電池システムは更に、前記第２弁が前記燃料処理アセンブリの前記入力配管中に接続された位置よりも上流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記入力配管中に配置された制御弁を有し、前記制御弁は、前記燃料電池システムの停止の間は閉じられていることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記制御アセンブリは、前記燃料電池システムの通常運転の間は前記第２弁と前記制御弁とを開きかつ前記第１弁を閉じるように制御し、
前記燃料電池システムの停止の間は前記第２弁と前記制御弁が閉じられかつ前記第１弁が開かれるように制御することを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池システム。
【請求項２３】
前記第１弁、前記第２弁、および前記制御弁は、電磁弁を含み、
前記パージガスは、窒素を含み、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されていることを特徴とする請求項２２に記載の燃料電池システム。
【請求項２４】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合させられていることを特徴とする請求項２２に記載の燃料電池システム。
【請求項２５】
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項２４に記載の燃料電池システム。
【請求項２６】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続された第２配管と、前記第２配管中の第３弁とを有し、前記第３配管は、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に前記予め決められた流量で流れるときまで開いていることを特徴とする請求項２５に記載の燃料電池システム。
【請求項２７】
前記第１弁、前記第２弁、前記第３弁、および前記制御弁は、電磁弁を含み、
前記還元性保護ガスは、窒素を含み、
前記第燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されており、
前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項２６に記載の燃料電池システム。
【請求項２８】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合させられており、
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項２９】
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた流量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３０】
前記燃料処理アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止する場合に、前記燃料処理アセンブリと前記燃料電池の連結を維持しかつ前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが前記燃料処理アセンブリを通過した後で低温弁を経由して排気部に排気されるのを可能にするように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３１】
前記燃料処理アセンブリは、前記入力燃料ガスを受け入れるように適合された入力配管と、前記燃料電池の前記アノードに連結された出力配管とを含み、
前記制御アセンブリは更に、
前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に連結され、かつ前記低温弁を通って排気されることを可能にするような長さと直径とが適合されている第１配管であって、前記低温弁は前記第１配管に配置されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開いている前記第１配管と、
前記低温弁の下流の位置で前記第１配管に接続されている排気部とを有することを特徴とする請求項３０に記載の燃料電池システム。
【請求項３２】
前記制御アセンブリは更に、
前記入力配管中に配置されかつ前記燃料電池システムの停止の間は閉じられるように適合されている第１弁と、
前記第１弁の下流の位置で前記燃料処理アセンブリの入力配管に接続されかつ前記燃料処理アセンブリを通過するパージガスを受け入れるために適合されている第２配管と、
前記第２配管に接続され、前記燃料電池システムの停止の間は開かれるように適合されている第２弁と、
前記第１配管が前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続され、かつ前記燃料電池の前記アノードを通過するパージガスを受け入れるために適合されている位置よりも下流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続されている第３配管と、
前記第３配管に接続されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開かれるように適合されている第３弁とを有することを特徴とする請求項３１に記載の燃料電池システム。
【請求項３３】
前記低温弁、前記第１弁、前記第２弁、および前記第３弁は、電磁弁を含み、
前記パージガスは、窒素であり、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるために適合されており、
前記第２配管と前記第３配管は、共通の供給部から前記パージガスを受け入れるために適合されていることを特徴とする請求項３２に記載の燃料電池システム。
【請求項３４】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた流量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項３２に記載の燃料電池システム。
【請求項３５】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとを受け入れる燃料電池システムであって、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するための燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されたカソードとを有する燃料電池と、
前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードに前記入力酸化剤ガスと前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとを連結するように適合されており、さらに前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されているアノードガス酸化アセンブリと、
前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されている制御アセンブリとを有し、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた流量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３６】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されており、
前記燃料処理アセンブリは、前記入力された燃料ガスを受け入れる入力配管と前記燃料電池の前記アノードに接続された出力配管とを有し、
前記制御アセンブリは、前記第燃料電池アセンブリの前記出力配管に接続されている第１配管と、前記第１配管中に配置された第１弁とを有し、前記第１弁は、前記燃料電池システムの再起動のときから前記入力燃料ガスが前記燃料電池システム中を前記予め決められた量で流れ始めるときまで開いていることを特徴とする請求項３５に記載の燃料電池システム。
【請求項３７】
前記第１弁は電磁弁を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項３６に記載の燃料電池システム。
【請求項３８】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとが提供される燃料電池システムを作動させる方法であって、
前記燃料電池システムは、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合された燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードの入力ガスに前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとを連結するように適合されたアノードガス酸化アセンブリを経由して前記入力酸化剤ガスを受け入れるために適合され、かつ前記前記酸化剤ガスを受け入れるように適合されているカソードとを有する燃料電池とを有し、
前記方法は、
前記燃料電池システムに少なくとも前記入力燃料ガスを提供することを中止する工程を含む前記燃料電池システムを停止する工程と、
前記燃料電池システムが停止された場合に、前記燃料電池アセンブリから加湿された燃料ガスを除去するためにパージガスが前記燃料処理アセンブリを通過して流れるのを可能にし、かつ還元性パージガスが前記アノードを通過して流れるのを可能にする工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３９】
前記可能にする工程は、
前記燃料処理アセンブリを前記燃料電池の前記アノードから隔離する工程と、
前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記還元性パージガスを排気させる工程とを有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記燃料電池システムを再起動する工程を更に含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に所定流量で流れるまでの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池のアノードを通過して流れるようにさせる工程とを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記可能にする工程は、
前記燃料電池の前記アノードに前記燃料処理アセンブリが連結されたままで維持する工程と、
前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが、前記燃料処理アセンブリを通過して流れた後に前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるようにさせる工程とを有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記燃料電池システムを再起動する工程を更に含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に所定流量で流れるときまでの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池のアノードを通過して流れるようにさせる工程とを含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記可能にする工程は、
前記燃料電池の前記アノードに前記燃料処理アセンブリが連結されたままで維持する工程と、
前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが、前記燃料処理アセンブリを通過して流れた後に低温弁を経由して排気部を通過して流れるようにさせる工程とを有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４８】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
前記燃料電池システムを再起動する工程を更に含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが再び前記燃料電池システム中に提供され始める時までの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるようにさせる工程と、
前記燃料電池の前記アノードを通過して流れた後に前記還元性保護ガスが入力された前記酸化剤ガスと混合され、前記混合されたガスが酸化され、酸化されたガスが前記燃料電池の前記アノードに入力されるようにさせる工程とを有することを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとが提供される燃料電池システムを作動させる方法であって、
前記燃料電池システムは、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合された燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードの入力ガスに前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとを連結するように適合されたアノードガス酸化アセンブリを経由して入力される前記酸化剤ガスを受け入れるために適合され、かつ前記前記酸化剤ガスを受け入れるように適合されているカソードとを有する燃料電池とを有し、
前記方法は、
前記燃料電池システムに少なくとも前記入力燃料ガスを提供することを中止する工程を含む前記燃料電池システムを停止する工程と、
前記燃料電池システムを再起動する工程とを含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に所定流量で流れるときまでの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池のアノードを通過して流れるようにさせる工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記還元性パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
請求項３８、３９、４１、４３、４５、４７、４９、および５２のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するためにコンピュータ可読記憶媒体に記憶されているソフトウェアプログラムまたは製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、特に停止と再起動の間に燃料電池システムを制御する制御アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学反応によって炭化水素燃料中に貯蔵された化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換するデバイスである。一般に、燃料電池は電解質によって分離されたアノードとカソードを含み、電解質は電気的に帯電されたイオンを伝導するために役立つ。役立つ電力量を生成するために、多くの個別の燃料電池は、各燃料電池間に電気伝導分離板を設けて直列に積層して燃料電池積層体を形成する。
【０００３】
溶融炭酸塩燃料電池(以下、「ＭＣＦＣ」と称す)は、燃料電池システムの燃料電池のアノードに反応剤の燃料ガスを通過させ、酸化ガスが該燃料電池システムの燃料電池のカソードを通過することによって作動する。通常、ＭＣＦＣシステムに供給する燃料は、燃料電池のアノードに入る前に通常、蒸発した水あるいは蒸気を加えて加湿する必要がある炭化水素燃料である。ＭＣＦＣの作動の間、酸化ガスは燃料電池のカソードを酸化雰囲気に保ち、加湿された燃料ガスは燃料電池のアノードを還元雰囲気に保つ。
【０００４】
ＭＣＦＣシステムを停止する場合、すなわち、燃料電池が運転温度にあり、燃料と酸化剤ガスがＭＣＦＣシステムにもはや供給されない場合、ＭＣＦＣシステムを保護するために多くのことを行う必要がある。第1に、燃料電池のカソードを酸化雰囲気に維持しなければならないし、燃料電池のアノードで還元雰囲気に維持しなければならない。第２に、ＭＣＦＣシステムの燃料配管中に存在する加湿された燃料は、凝縮、ニッケルカルボニルの生成の可能性、および液体の水による燃料電池中の触媒の損傷を防ぐためにパージする必要がある。
【０００５】
ＭＣＦＣシステムを再起動する場合、すなわち、停止後に流れを回復する場合、継続的なＭＣＦＣシステムの作動を確実にするために再びある条件にしなければならない。再起動のとき、酸化剤の流れは、燃料を流す前に確立される。したがって、通常の燃料の流れがアノードの酸化を防ぐために利用できない場合、そのの間、燃料電池のアノードを還元雰囲気に保持する必要がある。さらに、この時間の間、炭酸ガスを燃料ガスのアノードガス流れとカソードガス流れに供給する必要がある。このことは、燃料電池電解質の分解を防ぐとともにマトリックスとアノード界面での燃料電池マトリックスの粒子成長を防ぐために必要である。
【０００６】
停止の間に燃料電池システムを制御するために多くの技術が開示されている。特開平４−５７０号公報は、燃料電池システムの停止の間および燃料電池システムが通常の作動温度である場合に、主に水素を含む予備ガスを燃料電池のアノードに供給する燃料電池システムを開示している。このことはアノードの酸化を防ぐ。別の特開平４−３２４２５３号は燃料電池システムの停止の間の燃料電池のアノードの酸化を防ぐために使用する予備ガスを持つ燃料電池システムを記載している。この場合、予備ガスは、還元ガスを窒素と混合することによって調製される。
【０００７】
特開平１０−２８９７２４号公報は、燃料電池システムの停止の間に使用する別の方法を開示する。この方法において、窒素またはアルゴンと１〜１０％の炭酸ガスとを含有して作られた不活性ガスが、電解質板中のＬiＡl０2粒子の成長を減少するために燃料電池のカソードに供給される。欧州特許出願公開第０１４８１４３６号公報は、燃料電池システムの停止の間に使用する別の不活性化手順について記載しており、そこでは、水蒸気を燃料電池のアノードに供給し、外部電位を燃料電池に印加して電解質反応をもたらしている。最後に、特開平１０−３２０１３号公報はパージがアノードとカソードの流れを別々に再循環しかつ各流れを別々に不活性化することによって停止後に燃料電池システムを制御するために使用するパージ法を記載している。
【特許文献１】特開平４−４５７０号公報
【特許文献２】特開平４−３２４２５３号公報
【特許文献３】特開平１０−２８９７２４号公報
【特許文献４】欧州特許出願公開第１４８１４３６号公報
【特許文献５】特開平１０−３２０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上で議論した燃料電池システムは、停止および再起動の間にＭＣＦＣシステムが必要とするような上記に記載した条件を実現することができる総合的システムを提供していない。従って、これらの条件を満たす構成は、燃料電池システムの高効率作動のために必要である。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、停止と再起動のうちの少なくとも1つの間に燃料電池システムが高効率で作動するための条件を満足する燃料電池システムとその方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の目的は、停止の間に燃料電池システムの燃料電池のアノードとカソードを物理的に２つを分離せずに適切な雰囲気に保持する統合された燃料電池システムを提供することである。
【００１１】
更なる本発明の目的は、費用対効果がよくて簡単である上記タイプの構成と方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書の以下に記載される本発明の実施例において、上記および他の目的は、燃料電池システムが入力酸化剤ガスと入力燃料ガスとを受け入れる燃料電池システムおよび方法で実現される。その燃料電池システムは、入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとを受け入れる燃料電池システムであって、前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合された燃料処理アセンブリと、前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されたカソードとを有する燃料電池と、前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードに入力される前記酸化剤ガスと前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとが連結されるように適合されており、さらに前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されているアノードガス酸化アセンブリと、前記入力燃料ガスが前記燃料電池システムによって少なくとも受け入れを中止されている間に、前記燃料電池システムの停止に応じるように適合された制御アセンブリであって、前記燃料電池が停止する場合に、前記燃料処理アセンブリから前記加湿された燃料ガスを取り除くためにパージガスが前記燃料処理アセンブリを通って流れるのを可能にし、かつパージガスが前記燃料電池の前記アノードを通って流れるのを可能にするために前記燃料電池システムを制御するように更に適合されている前記制御アセンブリとを有する。
【００１３】
このように、停止が起こるとき、加湿された燃料(燃料および蒸発した水または蒸気)は燃料処理アセンブリと燃料電池からパージされ、燃料電池のアノードは還元雰囲気に維持されている。また、燃料電池のカソードは酸化剤雰囲気に保持される。
【００１４】
本発明の更なる態様において、制御アセンブリは、燃料電池システムによって再び酸化剤ガスが受け取られ始める燃料電池システムの再起動に応じるためにさらに適合させられており、その後、燃料ガスは燃料電池システムの所定レベルの流量で再び受け取られ始める。前記燃料電池システムの再起動のときから燃料ガスが燃料電池システム中に所定流量で流れるときまで炭酸ガスを含む還元性保護ガスが燃料電池のアノードを通って流れられるように制御アセンブリは燃料電池システムを制御する。このように再起動の間、燃料電池のアノードを通り抜けるとき、還元性保護ガス中の炭酸ガスは、マトリックス−アノード界面での粒子成長を防ぐ。また、この間、アノード排ガスが入力酸化剤ガスによって酸化されると、カソードの電解質損失を防ぐために十分な炭酸ガスを含む燃料電池のカソードのためのガスが得られる。
【００１５】
本明細書の以下に記載される本発明の第１の実施例では、制御アセンブリは燃料電池を燃料処理アセンブリから隔離し、燃料電池と燃料処理アセンブリに別々にパージガスを供給し、その後、燃料処理アセンブリからのパージガスと加湿された燃料は排気される。第１の実施例では、高温弁は、分離と排気をもたらすために使用される。第２の実施例では、制御アセンブリは上流のコンポーネントから燃料処理アセンブリを隔離し、燃料電池と燃料処理アセンブリの接続を維持しかつパージガスが燃料処理アセンブリを通った後で、次に燃料電池のアノードを流れるようにパージガスを燃料処理アセンブリ供給する。この場合、パージガスと加湿された燃料ガスは燃料電池を通してパージされ、低温電磁弁が分離に使用される。
【００１６】
上記の両方の実施例では、制御アセンブリは、燃料電池システムの再起動の間、還元性保護ガスを燃料電池のアノードに供給するのに同様のコンポーネントを使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の上記および他の特徴と態様は、添付の図面と関連する以下の詳細な記載を読むことにより明白となるであろう。以下に議論する本発明の図１と図２の実施例は、停止の間に物理的にアノードとカソードを分離せずに適切な雰囲気が燃料電池システムの燃料電池のアノードとカソード中で保持される統合されたＭＣＦＣシステムを含んでいる。また入力燃料が再び燃料電池システム中に予め決められた流量で流れ始める前に、再起動の間に適切な雰囲気がアノードとカソード中で保持される。各種実施例は加湿されて入力燃料(入力燃料と蒸気)が停止後にどのようにパージされかつ排気されかが異なっている。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施例に基づくＭＣＦＣシステム１００を示しており、ＭＣＦＣシステムの燃料入口１０２aに燃料ガスを供給する燃料供給システム１０２、脱硫器を含み得る燃料浄化システム１０３、水を供給する水供給部１３２、燃料処理アセンブリ１０４、アノード１０８とカソード１１０を含む燃料電池１０６、空気供給システム１２４、通常運転、停止、および再起動の間、燃料電池のカソード１１０の入口に燃料電池１０６のアノード１０８の出力量を接続するように適合されたアノードガス酸化アセンブリ（「ＡＧＯ」）１２６、および保護ガス供給部１２８からアノードに還元性保護ガスを提供しかつ窒素供給部１１６から窒素として示されるパージガスをアノードと燃料処理アセンブリ１０４の入力された燃料配管に供給するためアノード１０８を分離する制御アセンブリ１０１を含む。図１に示される例示の構成において、燃料処理アセンブリ１０４は、水供給部１３２からの水を蒸発して水蒸気とし燃料入口部１０２aからの燃料を必要温度まで予備加熱して加湿された燃料を少なくとも供給するために熱交換器のような加熱部を少なくとも１つの含んでいる。しかしながら燃料処理アセンブリ１０４は、燃料ガスをアノード１０８に入る前に処理するために限定無しにプレコンバータを含む追加ユニットを含み得ることが理解される。
【００１９】
燃料供給入口部１０２aは接続配管１０５によって燃料処理アセンブリ１０４の入口部１０４aに接続されており、水供給入口部１３２aは接続配管１３３によって燃料処理アセンブリ１０４の入口部１０４cと水供給部１３２に接続しており、燃料処理アセンブリ１０４の出口部１０４bは接続配管１０７によってアノード１０８の入口部１０８aと接続している。アノード出口部１０８bは接続配管１２３によってアノードガス酸化アセンブリ（ＡＧＯ）１２６に接続している。空気供給システム１２４は接続配管１２５によってＡＧＯ１２６と接続し、ＡＧＯ１２６は接続配管１２７によってカソード１１０と接続している。燃料入口部１０２aからの燃料供給は、ＭＣＦＣ作動の間は開いており停止の間は閉じている制御弁１１２によって制御される。
【００２０】
制御アセンブリ１０１は、アノード１０８と燃料処理アセンブリ１０４との間の配管１０７中の高熱モータ作動隔離弁１１４と、窒素供給入口部１１６aから供給される接続配管１０９によって隔離弁１１４とアノード入口部１０８aの間で接続配管１０７に接続された窒素供給部１１６と、保護ガス供給入口部１２８aによって供給される接続配管１２９によって隔離弁１１４とアノード入口部１０８aの間で接続配管１０７に接続されている保護ガス供給部１２８と、窒素供給入口部１１６bによって供給される接続配管１１７によって燃料流量制御弁１１２と燃料処理アセンブリ入口部の間で接続配管１０５に接続されている窒素供給１１６と、接続配管１１１によって燃料処理アセンブリ１０４と隔離弁１１４の間の接続配管１０７に接続されている排気部１１８とを含む。また制御アセンブリ１０１には、排気の開閉用の接続配管１１１中の高温モータ作動排気弁１２０と、保護ガス供給入口部１２８aからアノード１０８に供給される保護ガスを制御するための接続配管１２９中の電磁弁１３０と、窒素供給入口１１６aからアノード１０８に供給される窒素ガスを制御するための接続配管１０９中の電磁弁１２２と、燃料制御弁１１２と燃料処理アセンブリ入口１０４aの間の接続配管１０５に窒素供給入口部１１６bから供給される窒素ガスを制御するための接続配管１１７中の電磁弁１１９が供給される。
【００２１】
また、制御アセンブリ１０１はプログラムで制御されたコントローラ５０１を含み、その作動はコンピュータ読み込み可能な記憶媒体に記憶されたソフトウェアプログラムあるいは製品によって制御される。停止と再起動の間にコントローラ５０１によって実行される制御は、図３Ａ、図３Ｂにそれぞれ図示されている。燃料電池システムによって電力を供給する燃料電池システム１００の通常作動の間、コントローラ５０１は、燃料供給システム１０２、空気供給システム１２４、および水供給部１３２が開くように燃料電池システム１００を制御する。また、制御弁１１２と隔離弁１１４は同様に開くように制御され、排気弁１２０と電磁弁１１９、１２２および１３０は閉じるように制御される。開いた弁１１２と１１４は加湿された燃料ガスがアノード１０８まで運ばれるのを可能にする。
【００２２】
燃料電池システム１００が停止すると、コントローラ５０１は図３Ａに図示された停止動作を実行するようにシステムを制御する。特に、停止期間の間、停止警報に対応してコントローラ５０１は、停止処理５０３を含む停止処理５０２を実行するためにそのプログラムによって制御される。燃料供給システム１０２、空気供給システム１２４、および水供給部１３２はしっかり閉じられる。また、制御弁１１２と隔離弁１１４は、燃料供給システム１０２から燃料電池１０６を隔離するためにおよび燃料供給システム１０２から燃料処理アセンブリ１０４を閉じるために閉じられる。一方、電磁作動弁１２２は開いて、窒素の予め決められた量、例えば窒素の約１ＳＣＦＭを窒素供給部１１６からアノード１０８に供給することを可能にする。アノード１０８に供給される窒素は、アノードを還元雰囲気に維持し、アノードを通過してＡＧＯ１２６中に残留する加湿した燃料を運び、ＡＧＯ中の残留酸素を使用して燃料を酸化する。その後、酸化した燃料はカソード中に流れる。
【００２３】
電磁作動弁１１９もまた開いて、更に予め決められた量の窒素、例えば窒素の約１０ＳＣＦＭを燃料処理アセンブリ１０４に供給することを可能にする。排気弁１２０は同様に開かれる。その結果、燃料処理アセンブリ１０４を通過する窒素は、排気弁１２０を通して燃料処理アセンブリと関連する燃料配管から残留する加湿した燃料(燃料と蒸気)をパージすることができる。
【００２４】
燃料電池システム１００を再起動すると、コントローラ５０１は、図３Ｂに図示する処理を実行するように燃料電池システムを制御する。システムオペレータからのシステム許容信号に対応して、制御プログラムによって制御されたコントローラは第１処理５０４を実行し、そこで、空気供給システム１２４、隔離弁１１４、および電磁弁１３０を開く。このプロセスでは、また、排気弁１２０と電磁弁１１９と電磁弁１２２は閉じられる。
【００２５】
電磁弁１３０を開くと、還元性保護ガスの予め決められた流量、例えば、約９ＳＣＦＭの還元性保護ガス(通常は主に窒素ガス)がアノード１０８中に流れるのを可能にする。還元性保護ガスは、アノード１０８中を還元ガス雰囲気で維持するような量の水素(すなわち、少なくとも約３％の水素)を含んでいる。また、還元性保護ガスは電解質マトリツクスとアノード界面で炭素粒子成長を防ぐ炭酸ガスの量を含んでいる。
【００２６】
還元性保護ガスは、アノード１０８を通過して流れた後、接続配管１２３を通してアノードガス酸化アセンブリ１２６中へ流れる。新鮮な空気供給部１２４からの新鮮な空気は、カソード１１０中を流れる前に、アノードガス酸化アセンブリ１２６で還元性保護ガスと混合される。酸化された空気−還元性保護ガス混合物中の炭酸ガスがカソード１１０中の電解質分解を抑えるのを確実にするために、還元性保護ガス中の炭酸ガスの量は、酸化した空気ー還元性保護ガス混合物中の炭酸ガスがカソード中で約３００ppmの炭酸ガス濃度に維持されるような量である。
【００２７】
再び図３Ｂを参照すると、第１処理５０４からコントローラ５０１は水供給部１３２を開く処理５０５に移行する。処理５０６において、水流の存在が検出され、そして水が存在しない場合には、停止警報を鳴らし水量がセットされた期間の間、例えば５分の間存在しない場合には、初期化する図３Ａの停止を行う処理に移行する。
【００２８】
水流が存在する場合には、処理は５０８に移行し、燃料供給システム１０２と制御弁１１２を開け、水流に基づいて入力燃料ガスの流れを制御する。次に、処理は５０９に移行し、燃料の流れが所望の希望あるいは目標値の燃料流れの５０％以上であるかどうかを計測し、イエス（５０％以上）であれば処理は５１０に移行し、電磁弁１３０を閉じる。これにより還元性保護ガスの流れが止まり、それにより、燃料電池システムの再起動５１１が完成する。処理５０９において燃料流れ量が目標値の５０％未満であれば、処理は５１２に移行し、この状態が３０分のセット期間の間続くと、その後に停止を開始する。
【００２９】
したがって、再起動処理では、入力酸化剤ガス(空気)の流れが最初に起き、しばらくした後で、入力燃料ガスの流れが起きる。また、還元性保護ガスの流れは、入力酸化剤ガスの流れとともに開始されて、入力燃料ガスの流れが予め決められた量に届くまで続けられる。この時点で、還元性保護ガスの流れは止められる。従って、アノード１０８は還元雰囲気に保持され、カソード１１０に全体の再起動処理を通して所望量の炭酸ガスが供給される。
【００３０】
また図１に示されるように、制御アセンブリ１０１はまた還元性保護ガスがアノード１０８に入る前に還元性保護ガスを予熱するための加熱システム１３４を含み得る。加熱システムは、還元性保護ガスを加熱するために電気加熱器またはカソード排ガスの熱を使用する熱交換器であり得る。米国特許第４,９１７,９７１号公報で記載されたのと同様の構成がアノード１０８への導入の前にカソード排ガスを使用して還元性保護ガスを加熱するのに使用し得る。
【００３１】
また図１に示されるように、制御アセンブリ１０１に含まれる、接続配管１０９中の加熱システム１３６は、システムが停止したときに窒素供給入口部１１６aからアノード１０８まで接続配管１０９を通過するガス流れを予熱する。上記議論したように、加熱システム１３６は、カソード排ガスの熱を使用し得る。
【００３２】
システム停止の間に配管１１７を流れるパージガスは、窒素供給入口部の１１６bから燃料制御弁１１２と燃料処理アセンブリの燃料処理アセンブリ入口部１０４aの間の接続配管１０５に供給され、燃料処理アセンブリ１０４によって加熱される。
【００３３】
図１の燃料電池システムで理解されるように、排気弁１２０は、排気部１１８への燃料ガスのリークを避けるために、燃料電池システム１００の作動の間、接続配管１０７と排気部１１８の間をしっかりシールしなければならない。同様に、隔離弁１１４は、燃料電池システムの停止の間、効率的にアノード１０８を隔離し、排気部１１８からアノード１０８へのガス空気の戻りリークを防ぐためにきつくシールしなければならない。
【００３４】
しかしながら、開いた後に弁１１４、１２０をしっかりと再シールすることができないと、システム１００の作動中にアノード１０８への燃料ガス流れが減少し、システム効率および電力製造が減少する。そのうえ、高温電モータ作動弁１１４、１２０は高価であり、その作動のために無停電電源装置などの電源から追加電力を必要とする。
【００３５】
２つの高温弁の必要性を軽減する図１の実施例の変形において、隔離弁１１４は接続配管１０７からを取り外すことができる。さらに、排気部１１８に燃料処理アセンブリ１０４を接続する接続配管１０７と１１１の長さと直径は、弁１２０を電磁弁などの低温弁に取り替えることができるように、排気される加湿されたガスの流量を十分低い温度まで低下する(例えば、絶縁されていない１／４インチ径のステンレス鋼の１５フィートはガス温度を約１５０°Ｆ未満まで減少する)ように(長さをより長くし直径をより小さくして)調整することができる。その結果として、この変形では、１つの弁のみ必要でありかつこの弁は低温で安価な電磁弁であり得る。
【００３６】
図２は、本発明の第２実施例に基づく制御アセンブリ２０１を使う燃料電池システム２００を示している。また、燃料電池システム２００は、ガス状または他の形態で燃料を供給部２０２から燃料電池システム２００に供給するための燃料入口２０２aと、脱硫器を含む燃料電池浄化システム２０３と、燃料電池ガス処理のための燃料処理アセンブリ２０４と、水供給部２３２から燃料処理アセンブリ２０４まで水量を供給するための水供給入口２３２aと、アノード２０８とカソード２１０を含む燃料電池２０６と、空気供給システム２２４と、通常運転、停止、および再起動の間に燃料電池の燃料ガスのカソード２１０の入口部に燃料電池２０６のアノード２０８の出力量を接続するように適合されたアノードガス酸化アセンブリ（ＡＧＯ）２２６と保護ガス供給システム２２８を含んでいる。図２に示した例示の構成において、燃料処理アセンブリ２０４は、水を蒸気に気化させてかつ燃料入口部２０２aからの燃料を必要な温度まで予備加熱し、加湿された燃料を少なくとも供給するために、熱交換器のような加熱ユニット２０４cを少なくとも１つ含んでいる。しかしながら、燃料処理アセンブリ２０４は燃料ガスをアノード２０８に入る前に処理するために、限定無しにプレコンバータを含む追加ユニットを更に含み得ることが理解される。
【００３７】
図示されるように、燃料入口部２０２aは接続配管２０５によって燃料浄化システム２０３の入口部２０３aに接続されており、その出口部２０３bは接続配管２１１によって燃料処理アセンブリ２０４の入口部２０４aに接続されており、水供給入口部２３２aは接続配管２３３によって燃料処理アセンブリ２０４の入口部２０４dに接続され、燃料処理アセンブリ２０４の出口部２０４bは接続配管２０７によって同様にアノード２０８の入口部２０８aに接続されている。燃料ガスの入口部２０２aから燃料電池システム２００までの燃料ガスの配送は、接続配管２１１上で燃料浄化出口２０３aに続く制御弁２１２によって制御されている。制御弁２１２は、燃料電池システム２００の通常の操作の間は開いていて燃料ガスが燃料処理アセンブリ２０４に供給されるのを可能にし、燃料電池システムの停止の間は閉じられる。
【００３８】
図２に示されているように、制御アセンブリ２０１は、制御弁２１２から流れる燃料から燃料処理アセンブリ２０４とアノード２０８を隔離するための隔離ユニット２１４と、再起動の間、予め決められた流量の燃料流れに達するまで保護ガス供給システム２２８からアノード２０８まで保護ガスを供給するための保護ガス入口部２２８aと、燃料電池システムの作動が停止された場合、パージガス供給２１６から燃料処理アセンブリ２０４にパージガスを供給するためのパージガス入口部２１６aとを含む。この場合、隔離ユニット２１４は隔離弁として示され、隔離ユニット２１４は接続配管２１１上に提供され、制御弁２１２に続き、燃料入口部２０２aからアノード２０８までの燃料流れの方向において燃料処理アセンブリ２０４の前に配置される。パージガス入口部２１６aは、隔離弁２１４と燃料処理アセンブリ２０４の間の接続配管２１１の位置で接続配管２０９を介して接続配管２１１と接続されている。また、パージガス弁２１８を含むパージガス制御アセンブリは、燃料電池システム２００へのパージガスの供給を制御するために接続配管２０９上に供給される。保護ガス入口部２２８aは燃料処理アセンブリ２０４とアノード２０８の間の接続配管２０７上の位置で接続配管２２９を介して接続配管２０７と接続している。保護ガス隔離弁２３０は、再起動の間、アノード２０８への保護ガス流れを制御するために接続配管２２９上に提供される。
【００３９】
この例示の場合、パージガスは窒素であり、パージガス供給部２１６は窒素ガス供給部であり、パージガス弁２１８は窒素ガス弁である。さらに、図示された実施例では、窒素ガス制御弁２１８と隔離弁２１４は電磁弁である。この場合、保護ガスは還元ガスに対して主に水素、例えば少なくとも３％の水素を含んでいる。さらに、保護ガスは、再起動の間、アノード２０８を通して流れる際に、水素が電解質マトリツクス−アノード界面での粒子成長を低減するように、および、水素がカソードガス中に少なくとも３００ppmの炭酸ガスを確実に含むように十分な炭酸ガスを含んでいる。保護ガス隔離弁２３０は、窒素気ガスのために調整された電磁弁である。
【００４０】
また、制御アセンブリ２０１はプログラムで制御されたコントローラ６０１を含み、その作動はコンピュータ読み込み可能な記憶媒体に記憶されたソフトウェアプログラムまたは製品によって制御される。停止と再起動の間にコントローラ６０１によって実行される制御は、図４Ａと図４Ｂにそれぞれ図示されている。燃料電池システムによって電力を供給される燃料電池システム２００の通常運転の間、コントローラ５０１は、制御弁２１２と隔離弁２１４が燃料供給入口部２０２aから燃料浄化システム２０３を通る燃料処理アセンブリ２０４の入口まで燃料ガスを配送するのを可能にするために開くように燃料電池システムを制御する。また、水は、水供給入口部２３２aから燃料処理アセンブリ２０４の別の入口部２０４dまで配送される。燃料処理アセンブリ２０４において、水は、気化されて蒸気を生成し、蒸気は通常３００℃にあらかじめ加熱された加湿された燃料ガスを作り出すために燃料ガスと混合される。あらかじめ加熱された加湿された燃料は、出口部２０４bを通って燃料処理アセンブリ２０４から接続配管２０７に出て、燃料電池アノード２０８まで運ばれる。上記説明されたように、燃料処理アセンブリ２０４は、前転換器のような追加の燃料処理ユニットを含み、その場合に、燃料ガスはこれらのユニットで処理され、その後、燃料処理アノード２０８まで運ばれる。
【００４１】
燃料電池システム２００が停止すると、コントローラ６０１は図４Ａに図示された停止動作を実行するようにシステムを制御する。特に、停止期間の間、停止警報に対応してコントローラ６０１は、停止操作６０３を含む停止処理６０２を実行するためにそのプログラムによって制御される。特に、燃料ガスが入口２０２aから燃料電池システム２００にもはや供給されないように制御弁２１２が閉じられるように制御がなされる。また、燃料供給部２０２、空気供給部２２４、および水供給部２３２は、燃料、空気、および水の供給を止めるために閉じられる。隔離弁２１４は、制御弁２１２を通って逃げる燃料処理アセンブリ２０４中の燃料の残りから燃料処理アセンブリ２０４とアノード２０８を隔離するために同様に閉じられる。さらに、窒素供給弁２１８は、窒素ガスが燃料処理アセンブリ２０４まで配送されるのを可能にするために開けられる。窒素ガスは、燃料処理アセンブリ２０４中に残留する加湿された燃料(燃料と蒸気)をアノード２０８中にパージし、また、カソード２１０からのアノード２０８への酸化剤ガスの逆流れを防ぐ。燃料処理アセンブリ２０４は、パージガスがアノード２０８に流れる前に、パージガスまで熱を提供し、パージガス温度を所望の温度まで上げる。
【００４２】
図示されたように、窒素ガスは、窒素供給部２１６から供給され、窒素ガス弁２１８を通して接続配管２１１まで接続配管２０９にそって通ることを許容され、接続配管２１１は同様に燃料処理アセンブリ２０４まで窒素ガスを運ぶ。窒素ガスは、燃料処理アセンブリ２０４をパージし、その後、接続配管２０７を介してアノード２０８まで運ばれる。燃料処理アセンブリ２０４と接続配管中に存在する加湿された燃料は、アノード２０８を通してアノードガス酸化アセンブリ２２６へパージされ、そこでは、燃料は酸化器２２６中に存在する酸素の残留量を使用して酸化され、その後、カソード中に流れる。
【００４３】
システム２００を再起動すると、コントローラ６０１は、図４Ｂに図示する動作を実行するために燃料電池システムを制御する。オペレータからのシステム許容信号に対応して、その制御プログラムによって制御されたコントローラは第１処理６０４を実行し、そこで、空気供給部２２４を開き、制御弁２１８を閉じ、制御弁２３０を開く。この時点で、制御弁２１２と隔離弁２１４は、上流コンポーネントすなわち、燃料浄化システム２０３から燃料処理アセンブリ２０４とアノード２０８を隔離するために閉じられる。
【００４４】
電磁弁２３０を開くと、還元性保護ガスの予め決められた流量、例えば、還元性保護ガスの約９ＳＣＦＭがアノード２０８に流れるのを可能にする。還元性保護ガスはアノード１０８中を還元ガス雰囲気に維持するのに十分な水素の量を含んでいる。還元性保護ガスはまた、電解質マトリツクスとアノード界面での粒子成長を抑える炭酸ガスを含んでいる。
【００４５】
還元性保護ガスはアノード２０８を通って流れた後に、接続配管２２３を経由してアノードガス酸化アセンブリ２２６中を通過する。新鮮な空気供給部２２４からの新鮮な空気はカソード２１０中を流れる前に、アノードガス酸化アセンブリ２２６で還元性保護ガスと混合される。酸化した空気・還元性保護ガス混合物中の炭酸ガスは還元性保護ガス中の炭酸ガスによりカソード中での電解質マトリツクスの分解が低減するように３００ppmの炭酸ガス濃度に維持される。
【００４６】
再び図４Ｂを参照すると、第１処理６０４からコントローラは処理６０５に移行し、水供給部２３２を開く。処理６０６において、水流の存在が検出され、そして、水が存在しない場合には処理６０７に移行する。処理６０７において、もし水流がセットされた時間期間の間、例えば、５分間存在しない場合には、図４Ａの停止警報と停止操作を開始する。
【００４７】
水流が処理６０６で存在する場合には、処理は６０８に移行し、燃料供給システム２０２と弁２１２と弁２１４を開け、水流に基づいて入力燃料ガスの流れを制御する。次に、処理は６０９に移行し、燃料の流量が所望のあるいは目標値燃料流れレベルの５０％以上であるかどうかを調べ、イエス（５０％以上の場合）である場合は６１０に移行し、電磁弁２３０を閉じる。これにより保護ガスの流れが止まり、それにより、燃料電池システムの再起動６１１の完成がもたらされる。処理６０９において、燃料流量が目標値の５０％未満である場合、この状態が３０分のセット期間の間続くとその後に停止を開始する。
【００４８】
従って、再起動処理では、入力酸化剤ガス(空気)が最初に流し始められ、その後しばらくして入力燃料ガスが流し始められる。また、還元性保護ガスの流れは入力酸化剤ガスの流れとともに開始されて、入力燃料ガスの流れが開始され予め決められた流量に達するまで続く。この時点で、還元性保護ガスの流れが止められる。従って、アノード２０８は還元雰囲気に保持され、カソード２１０に全体の再起動処理を通して所望量の炭酸ガスが供給される。
【００４９】
また図２に示されたように、制御アセンブリ２０１は再起動の間に還元性保護ガスがアノード２０８に入る前に保護ガスを予熱するための加熱部２３４を含み得る。加熱部は、保護ガスを加熱するために電気加熱器あるいはカソード排ガスの熱を使用する熱交換器であり得る。米国特許第４,９１７,９７１号公報で記載されたものと同様の構成がアノード１０８への導入の前にカソード排ガスを使用して保護ガスを加熱するのに使用し得る。
【００５０】
図２の燃料電池システムで理解されるように、分離した排気部を通して加湿された燃料を排気する必要性が排除される。また、隔離弁２１４が燃料処理アセンブリ２０４の前に配置されるので、弁は実質的に燃料電池システム２００中の温度勾配から独立している。その結果、上記示されたように、燃料電池システム２００が停止するときにしっかりと再シールし得る電磁弁を弁２１４として使用することができる。この弁は、停止の間、燃料浄化システム２０３からの燃料の残りが燃料処理アセンブリ２０４とアノード２０８に入るのを防ぐ。同様に、燃料処理アセンブリ２０４に存在する加湿された燃料(燃料と蒸気)はアノード２０８を通って燃料ガス酸化器２２６に流れるパージガスによってパージされる。この燃料は燃料ガス酸化器２２６中で酸化され、カソード中の酸化状態を維持する。
【００５１】
また、窒素供給弁２１８が燃料処理アセンブリ２０４の前に配置されるので、その作動は同様に実質的に温度は独立している。従って、電磁弁はまたこの弁に対して適切であり、窒素ガスを燃料電池システムの停止後にアノードに配送する場合の信頼性と応答性が増加する。
【００５２】
図１と図２の燃料電池システム１００と燃料電池システム２００は多くの方法で変更することができる。１つの変更は、停止後にカソード中の酸化雰囲気を維持するために空気供給部１２４または空気供給部２２４からアノードガス酸化アセンブリ１２６あるいはアノードガス酸化アセンブリ２２６への一定の空気量が流れるのを可能にするであろう。別の変更は再循環配管１３５または再循環配管２３５を経由するカソード１１０またはカソード２１０からのカソードガス流れの一部をアノードガス酸化アセンブリ１２６またはアノードガス酸化アセンブリ２２６まで戻してリサイクルすることである。停止の間、この再循環された流れは、燃料処理アセンブリ１０４または燃料処理アセンブリ２０４からアノード１０８またはアノード２０８を経由して燃料ガス酸化器１２６または燃料ガス酸化器２２６にパージされる燃料を酸化するために十分な酸素の残留量を提供するであろう。
【００５３】
図１と図２の実施例で使用されたコントローラ５０１とコントローラ６０１はＧＥで製造された従来のＰＬＣ(プログラム可能な論理コントローラ：本質的に高信頼性の強健なコンピュータ)であり得ることが注目される。同様に、実施例で使用される制御プログラムは、工業的な自動化のためにＧＥのＰＬＣと実行可能な「バーサプロ（Versapro）」と呼ばれるソフトウェア・プロダクトであり得る。
【００５４】
すべての場合において、上記説明された構成が本発明の応用を示す多くの可能な特定の実施例の単なる例示であることが理解される。本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに、本発明の原理に基づいて多くの様々な他の構成が容易に誘導されることが理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施例に基づく燃料電池システムを示す図である。
【図２】本発明の第２実施例に基づく燃料電池システムを示す図である。
【図３Ａ】燃料電池システムの停止と再起動の間の図１の燃料電池システムの制御アセンブリ制御機能を示す図である。
【図３Ｂ】燃料電池システムの停止と再起動の間の図１の燃料電池システムの制御アセンブリ制御機能を示す図である。
【図４Ａ】燃料電池システムの停止と再起動の間の図２の燃料電池システムの制御アセンブリの制御機能を示す図である。
【図４Ｂ】燃料電池システムの停止と再起動の間の図２の燃料電池システムの制御アセンブリの制御機能を示す図である。
【図１】
2009505356.tif 000003
【図２】
2009505356.tif 000004
【図３Ａ】
2009505356.tif 000005
【図３Ｂ】
2009505356.tif 000006
【図４Ａ】
2009505356.tif 000007
【図４Ｂ】
2009505356.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月28日(2008.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとを受け入れる燃料電池システムであって、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合された燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されたカソードとを有する燃料電池と、
前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードに前記入力酸化剤ガスと前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとが連結されるように適合されており、さらに前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されているアノードガス酸化アセンブリと、
少なくとも前記入力燃料ガスが前記燃料電池システムによって受け入れを中止されている前記燃料電池システムの停止に応じるように適合された制御アセンブリであって、前記燃料電池が停止する場合に、前記燃料処理アセンブリから前記加湿された燃料ガスを取り除くためにパージガスが前記燃料処理アセンブリを通って流れるのを可能にし、かつパージガスが前記燃料電池の前記アノードを通って流れるのを可能にし、かつ予め決められた量の入力ガスおよび排ガスのうちの１つが前記カソードから前記アノード酸化アセンブリまで流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するように更に適合されている、前記制御アセンブリとを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止する場合に、前記燃料処理アセンブリを前記燃料電池から隔離し、かつ前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが、前記燃料処理アセンブリを通過した後で排気されるのを可能にするように、適合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料処理アセンブリは、前記入力燃料ガスを受け入れるように適合された入力配管と、前記燃料電池の前記アノードに連結された出力配管とを含み、
前記制御アセンブリは、前記出力配管に接続された第１弁を含み、前記第１弁は、前記燃料電池システムの停止の間は閉じられて前記燃料処理アセンブリを前記燃料電池の前記アノードから隔離することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料処理アセンブリは更に、
前記第１弁が前記出力配管に配置されている位置より上流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続されている第１配管と、
前記燃料電池システムの停止の間に開けられる前記第１配管中の第２弁と、
前記第２弁に続く下流の位置で前記第１配管に接続されている排気部とを有することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料処理アセンブリは更に、
前記入力配管中に配置されかつ前記燃料電池システムの停止の間は閉じるように適合されている第３弁と、
前記燃料処理アセンブリに入る前記入力配管の前記第３弁の下流の位置で接続され、かつ前記燃料処理アセンブリを通過する前記パージガスを受け入れるように適合されている第２配管と、
前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に前記第１弁の下流の位置で接続され、かつ前記燃料電池の前記アノードを通過する前記パージガスを受け入れるように適合されている第３配管と、
前記第２配管に接続されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開いている第４弁と、
前記第３配管に接続されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開いている第５弁とを有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御アセンブリは、前記燃料電池システムの通常運転の間は前記第１弁と前記第３弁を開くように制御し、かつ前記第２弁と前記第４弁と前記第５弁とを閉じるように制御し、
前記制御アセンブリは、前記燃料電池システムの停止の間は前記第１弁と前記第３弁を閉じかつ前記第２弁と前記第４弁と前記第５弁を開くように制御することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されられていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池システムは更に、前記第３配管中に前記第５弁の下流の位置でかつ前記第３配管を通過するパージガスを加熱するように前記燃料電池の前記カソードからの排出ガスに対応する加熱ユニットを有し、
前記第１弁と前記第２弁とは高温用モータ作動弁を含み、
前記第３弁と前記第４弁と前記第５弁とは電磁弁を含み、
還元性の前記パージガスは窒素を含み、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されており、
前記第３配管と前記第４配管は、共通の供給部から前記パージガスを受け入れるように適合されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御アセンブリは更に、前記第３配管が前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続されている位置の下流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続された第４配管と、前記第４配管中の第６弁とを有し、
前記第６弁は、前記燃料電池システムの通常運転の間は閉じられており、かつ前記燃料電池システムの再起動のときから前記入力燃料ガスが前記燃料電池システム中を前記予め決められた流量で流れるときまでは開いていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池システムは更に、前記第５弁の下流の前記第３配管中に配置され、前記第３配管を通過するパージガスを加熱するために前記燃料電池の前記カソードかた前記排気ガスを受け入れる加熱ユニットを有し、
前記第１弁と前記第２弁は高温用モータ作動弁を含み、
前記第３弁、前記第４弁、前記第５弁および前記６弁は電磁弁を含み、
前記パージガスは窒素を含み、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されており、
前記第３配管と前記第４配管は、共通の供給部から前記パージガスを受け入れるように適合されており、
前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合させられており、
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止される場合に、前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが前記燃料処理アセンブリを通過した後で前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能とするように、前記燃料処理アセンブリの前記燃料電池の前記アノードへの連結を維持することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料処理アセンブリは、前記入力燃料ガスを受け入れるように適合された入力配管と、前記燃料電池の前記アノードに連結された出力配管とを含み、
前記制御アセンブリは、
前記燃料処理アセンブリの前記入力配管に接続されかつ前記パージガスを受け入れるように適合された第１配管と、
前記第１配管に接続された第１弁と、
前記第１配管が前記燃料処理アセンブリの前記入力配管に接続されている位置よりも上流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記入力配管に接続されている第２弁であって、前記第２弁よりも上流のコンポーネントを前記燃料処理アセンブリから隔離し、前記燃料電池システムの停止の間は閉じている前記第２弁とを有することを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料電池システムは更に、前記第２弁が前記燃料処理アセンブリの前記入力配管中に接続された位置よりも上流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記入力配管中に配置された制御弁を有し、前記制御弁は、前記燃料電池システムの停止の間は閉じられていることを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記制御アセンブリは、前記燃料電池システムの通常運転の間は前記第２弁と前記制御弁とを開きかつ前記第１弁を閉じるように制御し、
前記燃料電池システムの停止の間は前記第２弁と前記制御弁が閉じられかつ前記第１弁が開かれるように制御することを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記第１弁、前記第２弁、および前記制御弁は、電磁弁を含み、
前記パージガスは、窒素を含み、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されていることを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合させられていることを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記制御アセンブリは更に、前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続された第２配管と、前記第２配管中の第３弁とを有し、前記第３配管は、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に前記予め決められた流量で流れるときまで開いていることを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池システム。
【請求項２３】
前記第１弁、前記第２弁、前記第３弁、および前記制御弁は、電磁弁を含み、
前記還元性保護ガスは、窒素を含み、
前記第燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるように適合されており、
前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の燃料電池システム。
【請求項２４】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合させられており、
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項２５】
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた流量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項２６】
前記燃料処理アセンブリは更に、前記燃料電池システムが停止する場合に、前記燃料処理アセンブリと前記燃料電池の連結を維持しかつ前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが前記燃料処理アセンブリを通過した後で低温弁を経由して排気部に排気されるのを可能にするように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項２７】
前記燃料処理アセンブリは、前記入力燃料ガスを受け入れるように適合された入力配管と、前記燃料電池の前記アノードに連結された出力配管とを含み、
前記制御アセンブリは更に、
前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に連結され、かつ前記低温弁を通って排気されることを可能にするような長さと直径とが適合されている第１配管であって、前記低温弁は前記第１配管に配置されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開いている前記第１配管と、
前記低温弁の下流の位置で前記第１配管に接続されている排気部とを有することを特徴とする請求項２６に記載の燃料電池システム。
【請求項２８】
前記制御アセンブリは更に、
前記入力配管中に配置されかつ前記燃料電池システムの停止の間は閉じられるように適合されている第１弁と、
前記第１弁の下流の位置で前記燃料処理アセンブリの入力配管に接続されかつ前記燃料処理アセンブリを通過するパージガスを受け入れるために適合されている第２配管と、
前記第２配管に接続され、前記燃料電池システムの停止の間は開かれるように適合されている第２弁と、
前記第１配管が前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続され、かつ前記燃料電池の前記アノードを通過するパージガスを受け入れるために適合されている位置よりも下流の位置で前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続されている第３配管と、
前記第３配管に接続されかつ前記燃料電池システムの停止の間は開かれるように適合されている第３弁とを有することを特徴とする請求項２７に記載の燃料電池システム。
【請求項２９】
前記低温弁、前記第１弁、前記第２弁、および前記第３弁は、電磁弁を含み、
前記パージガスは、窒素であり、
前記燃料処理アセンブリは、水供給部から水を受け入れるために適合されており、
前記第２配管と前記第３配管は、共通の供給部から前記パージガスを受け入れるために適合されていることを特徴とする請求項２８に記載の燃料電池システム。
【請求項３０】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応するように適合されており、
前記制御アセンブリは更に、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた流量で前記燃料電池システム中を流れるときまで、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御するために適合されていることを特徴とする請求項２８に記載の燃料電池システム。
【請求項３１】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとを受け入れる燃料電池システムであって、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するための燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されたカソードとを有する燃料電池と、
前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードに前記入力酸化剤ガスと前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとを連結するように適合されており、さらに前記入力酸化剤ガスを受け入れるように適合されているアノードガス酸化アセンブリと、
前記酸化剤ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始め、かつその後しばらくして前記燃料ガスが前記燃料電池システムによって再び受け入れられ始める、前記燃料電池システムの再起動に対応する制御アセンブリであって、前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが予め決められた流量で前記燃料電池システム中を流れるときまで前記燃料電池システムを調整するために、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるのを可能にするように前記燃料電池システムを制御する、前記制御アセンブリと、を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３２】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されており、
前記燃料処理アセンブリは、前記入力された燃料ガスを受け入れる入力配管と前記燃料電池の前記アノードに接続された出力配管とを有し、
前記制御アセンブリは、前記燃料処理アセンブリの前記出力配管に接続されている第１配管と、前記第１配管中に配置された第１弁とを有し、前記第１弁は、前記燃料電池システムの再起動のときから前記入力燃料ガスが前記燃料電池システム中を前記予め決められた量で流れ始めるときまで開いていることを特徴とする請求項３１に記載の燃料電池システム。
【請求項３３】
前記第１弁は電磁弁を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項３２に記載の燃料電池システム。
【請求項３４】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとが提供される燃料電池システムを作動させる方法であって、
前記燃料電池システムは、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合された燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードの入力ガスに前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとを連結するように適合されたアノードガス酸化アセンブリを経由して前記入力酸化剤ガスを受け入れるために適合され、かつ前記前記酸化剤ガスを受け入れるように適合されているカソードとを有する燃料電池とを有し、
前記方法は、
前記燃料電池システムに少なくとも前記入力燃料ガスを提供することを中止する工程を含む前記燃料電池システムを停止する工程と、
前記燃料電池システムが停止された場合に、前記燃料電池アセンブリから前記加湿された燃料ガスを除去するためにパージガスが前記燃料処理アセンブリを通過して流れるのを可能にし、かつ還元性パージガスが前記アノードを通過して流れるのを可能にし、かつ予め決められた量の入力ガスおよび排ガスのうちの１つが前記カソードから前記アノード酸化アセンブリまで流れるのを可能にする工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３５】
前記可能にする工程は、
前記燃料処理アセンブリを前記燃料電池の前記アノードから隔離する工程と、
前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記還元性パージガスを排気させる工程とを有することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記燃料電池システムを再起動する工程を更に含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に所定流量で流れるまでの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池のアノードを通過して流れるようにさせる工程とを含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記可能にする工程は、
前記燃料電池の前記アノードに前記燃料処理アセンブリが連結されたままで維持する工程と、
前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが、前記燃料処理アセンブリを通過して流れた後に前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるようにさせる工程とを有することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記燃料電池システムを再起動する工程を更に含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に所定流量で流れるときまでの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池のアノードを通過して流れるようにさせる工程とを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記可能にする工程は、
前記燃料電池の前記アノードに前記燃料処理アセンブリが連結されたままで維持する工程と、
前記燃料処理アセンブリを通過して流れる前記パージガスが、前記燃料処理アセンブリを通過して流れた後に低温弁を経由して排気部を通過して流れるようにさせる工程とを有することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４５】
前記燃料電池システムを再起動する工程を更に含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが再び前記燃料電池システム中に提供され始める時までの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池の前記アノードを通過して流れるようにさせる工程と、
前記燃料電池の前記アノードを通過して流れた後に前記還元性保護ガスが入力された前記酸化剤ガスと混合され、前記混合されたガスが酸化され、酸化されたガスが前記燃料電池の前記アノードに入力されるようにさせる工程とを有することを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含んでいることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４８】
入力燃料ガスと入力酸化剤ガスとが提供される燃料電池システムを作動させる方法であって、
前記燃料電池システムは、
前記入力燃料ガスを少なくとも加湿するように適合された燃料処理アセンブリと、
前記加湿された入力燃料ガスを受け入れるように適合されたアノードと、前記燃料電池システムの通常運転、停止および再起動の間に、前記燃料電池の前記カソードの入力ガスに前記燃料電池の前記アノードからの出力ガスとを連結するように適合されたアノードガス酸化アセンブリを経由して入力される前記酸化剤ガスを受け入れるために適合され、かつ前記前記酸化剤ガスを受け入れるように適合されているカソードとを有する燃料電池とを有し、
前記方法は、
前記燃料電池システムに少なくとも前記入力燃料ガスを提供することを中止する工程を含む前記燃料電池システムを停止する工程と、
前記燃料電池システムを再起動する工程とを含み、
前記再起動する工程は、
前記燃料電池システムに前記酸化剤ガスを再び供給し、その後しばらくして前記燃料電池システムに前記燃料ガスを提供する工程と、
前記燃料電池システムの再起動のときから前記燃料ガスが前記燃料電池システム中に所定流量で流れるときまでの間、炭酸ガスを含む還元性保護ガスが前記燃料電池のアノードを通過して流れるようにさせる工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項４９】
前記アノードガス酸化アセンブリは、酸化反応を実行しかつ前記燃料電池の前記カソードに入力ガスとして連結される出力ガスを発生するように適合されていることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記還元性パージガスは窒素を含み、前記還元性保護ガスは水素を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
請求項３４、３５、３７、３９、４１、４３、４５および４９のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するためにコンピュータ可読記憶媒体に記憶されているソフトウェアプログラムまたは製品。
【国際調査報告】
2009505356.tif 000009