[发明专利]固体电解质型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体电解质型燃料电池，尤其涉及一种使燃料和发电用氧化剂气体进行反应来发电的固体电解质型燃料电池。

背景技术

固体电解质型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下也称为“SOFC”)是将氧化物离子导电性固体电解质用作电解质，在其两侧安装电极，在一侧供给燃料气体，在另一侧供给氧化剂(空气、氧等)，并在较高的温度下进行动作的燃料电池。

在该SOFC中，利用经过氧化物离子导电性固体电解质的氧离子和燃料的反应生成水蒸气或二氧化碳，产生电能及热能。向SOFC外部取出电能，使用于各种电气用途。另一方面，热能使用于使燃料、重整器、水及氧化剂等的温度上升。

在日本国特开2007-103194号公报(专利文献1)中记载有具备固体氧化物型燃料电池的电源。在上述所记载的燃料电池中，利用于发电之后的燃料及空气在燃烧室内燃烧，其燃烧热量利用于加热电堆。

而且，在日本国特开2005-293951号公报(专利文献2)中记载有燃料电池及其运行方法。该燃料电池具备：第1供给部件，通过水蒸气重整供给富氢燃料气体；及第2供给部件，通过部分氧化对燃料用原料气体进行重整以供给富氢燃料气体。在发电时，利用第1供给部件供给发电所需的大流量的燃料气体，在发电开始期及发电停止期，利用第2供给部件供给基于部分氧化重整的燃料气体。

专利文献1：日本国特开2007-103194号公报

专利文献2：日本国特开2005-293951号公报

但是，在如日本国特开2005-293951号公报所记载的组合使用部分氧化重整和水蒸气重整的燃料电池中，部分氧化重整反应是发热反应，水蒸气重整反应是吸热反应，因此，对它们进行切换时，存在如下问题，即存在燃料电池整体的热平衡崩溃，动作变得不稳定的情况。尤其是在起动时，在从部分氧化重整反应切换至水蒸气重整反应时，反应从发热反应变为吸热反应，因此存在如下问题，燃料电池单电池容易发生急剧的温度下降。如果燃料电池单电池的温度一旦下降，则使其恢复至原来的温度有时需要很多时间，存在从燃料电池的起动到开始发电之前的时间变长的问题。

发明内容

因而，本发明的目的在于提供一种固体电解质型燃料电池，在起动状态下，能够使固体电解质型燃料电池单电池的温度稳定地上升，能够顺利地开始发电。

为了解决上述课题，本发明提供一种固体电解质型燃料电池，是使燃料和发电用氧化剂气体进行反应来发电的固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备多个固体电解质型燃料电池单电池；重整器，向固体电解质型燃料电池单电池供给重整后的燃料；燃料供给装置，向该重整器供给应重整的燃料；重整用氧化剂气体供给装置，向重整器供给重整用氧化剂气体；供水装置，向重整器供水；发电用氧化剂气体供给装置，向固体电解质型燃料电池单电池供给发电用氧化剂气体；及控制器，作为燃料电池模块开始发电之前的起动运行，控制燃料供给装置、重整用氧化剂气体供给装置及供水装置，以在重整器内按只发生部分氧化重整反应的POX运行、发生部分氧化重整反应及水蒸气重整反应的ATR运行、只发生水蒸气重整反应的SR运行的顺序发生重整反应的方式，在各运行中分阶段地使燃料供给量减少并使固体电解质型燃料电池单电池上升至可发电的温度从而起动，控制器控制上述燃料供给装置，以便从ATR运行转入SR运行时的燃料供给量相对于时间的变化率为，在起动运行中变更燃料供给量时的变化率中最小。

在如此构成的本发明中，控制器控制燃料供给装置、重整用氧化剂气体供给装置、供水装置及发电用氧化剂气体供给装置，向重整器供给燃料、重整用氧化剂气体及水，向固体电解质型燃料电池单电池供给发电用氧化剂气体。而且，控制器在重整器内按只发生部分氧化重整反应的POX、发生部分氧化重整反应及水蒸气重整反应的ATR、只发生水蒸气重整反应的SR的顺序使重整反应发生，使固体电解质型燃料电池单电池上升至可发电的温度。在此，控制器控制燃料供给装置，以便从ATR转入SR时的燃料供给量相对于时间的变化率为，在起动时变更燃料供给量时的变化率中最小。