[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发电的燃料电池。

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。

日本国特许第2005-5213号公报（专利文献1）中记载有包括固体电解质型燃料电池的发电·供热水热电联供系统。在此处记载的燃料电池中，尺寸长的电池电堆竖立在铅垂方向上，向其供给燃料气体及含氧气体。这些气体在电池电堆中发生反应，生成电力。而且，反应中未使用的燃料气体及含氧气体在电池电堆的上端部燃烧，该燃烧热量利用于加热重整器、电池电堆等。

而且，在日本国特许第2009-32555号公报（专利文献2）中记载有燃料电池装置。在该燃料电池装置中的起动处理工序中，用于供给燃料气体的重整器及燃料电池单电池升温至规定的温度。而且，在起动处理工序中，在重整器内随着温度的上升而切换执行部分氧化重整反应（POX）、自热重整反应（ATR）、水蒸气重整反应（SR），进行燃料的重整。

而且，在日本国特许第2009-32555号公报所记载的燃料电池装置中，当电堆的温度达到可开始发电的温度后开始基于电堆的发电。由此，在电堆被充分加热，并处于稳定的状态下，开始发电。

专利文献1：日本国特许第2005-5213号公报

专利文献2：日本国特许第2009-32555号公报

但是，如日本国特许第2005-5213号公报中记载的固体电解质型燃料电池那样，在燃料电池单电池的一端使发电中未使用的燃料燃烧，通过该燃烧热量加热燃料电池单电池的燃料电池中，存在难以加热远离燃料电池单电池燃烧部的部分的问题。即，如日本国特许第2005-5213号公报所记载的固体电解质型燃料电池那样，在燃料电池单电池的上端部使燃料燃烧，通过该燃烧热量加热燃料电池单电池的燃料电池中，存在燃料电池单电池下部难以被加热而容易在燃料电池单电池上产生温度不均匀的问题。该温度不均匀的问题在燃料电池单电池的尺寸长时尤为突出。

因此，在燃料电池起动到实际开始发电期间，使供给到燃料电池单电池的燃料燃烧，并使燃料电池单电池升温至可发电的温度的燃料电池中，如日本国特许第2009-32555号公报所记载的那样，存在为使燃料电池单电池的温度状态充分稳定而需要较长时间的问题。即，在集中加热燃料电池单电池一端部的燃料电池中，为使燃料电池单电池全体温度均匀地充分升温需要较长时间，因此，存在从起动到开始发电的起动时间变长的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种固体电解质型燃料电池，能够缩短从起动到开始发电的时间，并在充分稳定的状态下开始发电。

为了解决所述的课题，本发明提供一种固体电解质型燃料电池，其使燃料和发电用氧化剂气体进行反应来发电，其特征在于，具有：燃料电池模块，具有多个固体电解质型燃料电池单电池；重整器，利用通过使燃料和水蒸气进行化学反应而对燃料进行水蒸气重整的重整反应即SR来生成氢；燃料供给部件，通过向该重整器供给燃料，将由重整器重整的燃料送入固体电解质型燃料电池单电池；重整用氧化剂气体供给部件，向重整器供给重整用氧化剂气体；水蒸气供给部件，向重整器供给重整用水蒸气；发电用氧化剂气体供给部件，向固体电解质型燃料电池单电池供给发电用氧化剂气体；燃烧部，设置在固体电解质型燃料电池单电池的一端部，使发电中未使用的燃料燃烧；及控制部件，控制燃料供给部件、重整用氧化剂气体供给部件、水蒸气供给部件及发电用氧化剂气体供给部件，控制部件构成为，执行如下起动模式运行，在预先确定的温度范围内，在重整器内进行所述SR的重整反应，并使固体电解质型燃料电池单电池升温至可从燃料电池模块取出电力的发电开始温度，另一方面，执行如下发电模式运行，在超过发电开始温度的时刻结束起动模式运行，并从燃料电池模块取出电力，而且，控制部件构成为，在达到发电开始温度之前的起动模式运行中，执行通过从燃料电池模块取出比发电模式运行中的从燃料电池模块取出的电力小的微弱电力，而在固体电解质型燃料电池单电池中产生发电热量，并使固体电解质型燃料电池单电池升温的起动时发电。