[发明专利]固体氧化物燃料电池系统及其启动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池系统(以下称为“SOFC系统”)及其启动控制方法。

背景技术

SOFC系统由于其高发电效率而作为低CO₂排放的下一代固定放置用电源受到关注。通过近年来活跃的技术研发，在600～1000℃的高温工作引发的耐久性的问题也逐渐被克服，并且该工作温度自身也稳步趋于低温化的倾向。

作为该SOFC系统，已知有专利文献1中记载的系统。

该系统包括下述部分：重整器，其通过重整反应生成富氢燃料气体(重整气)；燃料电池堆，其使来自该重整器的燃料气体与空气反应以发电(燃料电池单元的组合体)；以及，模块外壳，其包围上述重整器和燃料电池堆，在其内部使剩余燃料气体燃烧而将重整器和燃料电池堆维持在高温状态。另外，这些是系统的主要部分，将这些统称为热模块。

此外，构成燃料电池堆的单元是燃料极支承型的固体氧化物燃料电池单元，包括电池支承体，所述电池支承体由多孔性物质形成，在内部具有使来自前述重整器的燃料气体从一端流向另一端的气体流路，该多孔性物质是至少含镍金属的组成的多孔性物质，在该电池支承体上层叠燃料极层、固体氧化物电解质层、空气极层而构成。另外，在气体流路的另一端使剩余燃料气体燃烧来加热前述重整器和燃料电池堆。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许公报：特许第4565980号公报

发明内容

发明要解决的问题

以SOFC系统为首的固定放置用的燃料电池系统由于用户的选择，或者为了最大限度发挥节能效果，或者由于设备、实用上的故障等各种事由，要求以某一频率停止系统。

因此，为了将SOFC系统作为固定放置用的发电装置进行实用化，以重复启动停止为前提，必须要具有10年左右的耐久性。

本发明人等发现，在SOFC系统的燃料电池堆中，在停止发电后，一旦停止向燃料电池堆供给重整气，则空气自外部扩散流入燃料电池单元的燃料极，在高温下由该空气导致含镍金属的组成的电池支承体被氧化，由此导致电池或者电池堆结构体受损伤的可能性提高。

而且发现，该电池损伤的程度取决于停止发电后的电池支承体氧化的程度，等于或高于某一氧化度时，电池损伤的频率急剧攀升。

电池支承体的氧化的程度是指，即，在停止发电后由于空气向燃料极层扩散导致电池支承体中的镍金属被氧化的程度，可以使用由下述式定义的Ni氧化度进行定义。

Ni氧化度＝(电池支承体中含有的Ni原子当中以NiO形式存在的摩尔数)/(电池支承体中的全部Ni原子的摩尔数)×100(％)

还弄清楚了，为了提高系统耐久性，应抑制系统停止时的镍金属的氧化。

然而，使系统停止时的镍金属的氧化量为0是困难的，此外，在高温下使系统紧急关机(由于发生重大故障而同时停止电流扫描、停止供给燃料和水)时，镍金属的氧化量增加。

因此，本发明人等弄清楚了，通过改良在系统启动时对在系统停止时被氧化了的镍金属进行还原时的控制，也可以提高系统耐久性。

本发明从这种角度出发，要解决的技术问题在于通过系统启动时的控制长期确保良好的发电性能，提高系统耐久性。

用于解决问题的方案

因此，本发明为固体氧化物燃料电池系统，其包括下述部分：重整器，其通过重整反应生成富氢燃料气体；燃料电池堆，其包括形成有燃料气体的通路、由多孔性物质形成的电池支承体，使燃料气体与空气反应以发电，该多孔性物质是含镍金属的组成的多孔性物质；以及，模块外壳，其包围重整器和燃料电池堆，在其内部向燃料电池堆供给由重整器加热了的燃料气体并使燃料电池堆中的剩余燃料气体燃烧，由此将前述重整器和前述燃料电池堆升温并维持在高温状态。具体方案如下。

检测燃料电池堆的温度(堆温度检测部)。

控制从重整器向燃料电池堆供给的燃料气体供给量(燃料气体供给量控制部)。

在系统启动时，在将前述燃料电池堆升温的过程中，将通过规定温度带的时间控制为基于前述系统启动前的镍金属的氧化程度所设定的时间以上(启动控制部)，前述温度带是前述电池支承体中被氧化了的镍金属被前述燃料气体还原的温度带。

发明的效果

根据本发明，在系统启动时形成被来自重整器的燃料气体还原的规定温度带之后，使在系统停止时被氧化了的电池支承体中的镍金属用规定时间以上的时间通过该温度带。