[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，尤其涉及一种通过使燃料气体和氧化剂气体进行电化学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，热能传递给重整器、燃料及氧化剂等，使用于使它们的温度上升。

在现有的SOFC中，运行中燃料气体供给系统的微电脑检测仪检测到异常，或发生伴随地震等的异常时，或者进行辅助设备类的维护等时，需要暂时使运行停止。而且，在上述异常等的暂时的主要原因解除后，或者在维护结束后，面向稳定的发电，要求尽可能短的时间内的迅速的运行再起动。

在此，为了实现燃料电池系统的运行再起动的迅速化，在现有的SOFC中，例如，如专利文献1所记载，提出有在燃料电池系统的规定的控制处理中要求再起动时，并不是在全部执行燃料电池系统的停止处理程序后从最初的起动处理程序执行起动处理，而是在与要求再起动的时刻的控制处理同条件的时刻转入并执行起动处理。

另一方面，例如在专利文献2所记载的现有的SOFC中，提出有通过将燃料电池电堆配置在收容容器内而提高热效率，同时通过使剩余气体在收容容器内燃烧，而与以往相比能够以高温的燃烧气体进行加热，即使在低负荷运行时也能够得到水蒸气重整所需的热量。在该现有的SOFC中，为了进行迅速的起动，在起动时燃料重整器的温度小于部分氧化反应开始温度时，进行利用燃烧气体的燃烧热量来加热燃料重整器的加热运行，当燃料重整器的温度上升至部分氧化反应开始温度以上且小于水蒸气重整可能温度的温度区域内的温度时，利用部分氧化反应的反应热量和燃料气体的燃烧热量来加热燃料重整器，从而进行部分氧化重整反应(以下称为“POX”)。而且，当燃料重整器的温度上升至水蒸气重整可能温度以上且小于恒定温度的温度区域时，控制部分氧化反应的反应热量、燃料气体的燃烧热量及水蒸气重整反应的吸热来加热燃料重整器，进行并用部分氧化重整和水蒸气重整的自热重整反应(以下称为“ATR”)，当燃料重整器的温度变为恒定状态时，通过燃料气体的燃烧热量加热燃料重整器，进行水蒸气重整反应(以下称为“SR”)。即，在这种现有的SOFC中，随着起动时的燃料重整器的温度上升，按照POX、ATR、SR的顺序进行燃料重整并执行起动，因此，可实现稳定迅速的起动。

专利文献1：日本国特开2006-269196号公报

专利文献2：日本国特开2004-319420号公报

但是，在上述的专利文献1及专利文献2的SOFC中，在运行的再起动时，如果还考虑到残留在停止中的燃料电池单电池、电堆内的余热，则燃料电池单电池、电堆的一部分处于高温状态的情况较多。

对此，本发明人发现了重要的新课题，当这种燃料电池单电池、电堆处于高温状态时，尤其利用POX进行再起动时，给予单电池较大的负担。

更具体为，发现了如下的重要课题，即使控制上的重整器温度看起来处于可实施POX运行的状态，也由于从停止运行控制中进行再起动时，燃料电池单电池、电堆的一部分处于高温状态，因此作为燃料重整器的温度处在部分氧化反应开始温度以上且小于水蒸气重整可能温度的温度区域内而进行POX时，由于POX是投入空气并伴随部分氧化的发热反应，因此有时对单电池给予氧化影响，或者变为异常的高温状态，这使单电池自身的耐久性、发电能力逐渐降低。还应实现解决该课题，进而大幅度地缩短再起动所需的时间。

另一方面，在上述的专利文献1及专利文献2中，对如下思想没有示出任何说明，即在为了在再起动时保护单电池并实现再起动的进一步的迅速化而从高温降低温度时的再起动时，即使处在通常起动时的POX温度区域内也禁止通常起动时的POX，执行与通常起动时的POX不同的再起动控制这一思想，从而无法解决上述的新课题。

发明内容

于是，本发明是为了解决上述的新课题而进行的，其目的在于提供一种固体电解质型燃料电池(SOFC)，在伴随从高温降低温度的停止时，通过转而执行与通常起动时的POX不同的再起动控制，减轻对单电池的负担并提高耐久性，同时通过用于再起动而设定的再起动用控制进行再起动，因此，可防止对单电池的影响并缩短起动时间。