[发明专利]燃料电池系统及其起动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用重整煤油等烃系燃料得到的重整气体进行发电 的燃料电池系统及其起动方法。

背景技术

在固体氧化物电解质形燃料电池(Solid Oxide Fue l Cell。以下根据情况不同有时称为SOFC。)系统中，通常包 含用于重整煤油或民用煤气等烃系燃料产生含氢气体(重整气体)的重整 器和用于使重整气体和空气进行电化学上的发电反应的SOFC。

SOFC通常以550～1000℃的高温使其工作。

虽然重整利用水蒸气重整(SR)、部分氧化重整(POX)、自热重 整(ATR)等各种反应，但有时为了使用重整催化剂而必需加热至显现 催化剂活性的温度。

这样，有时重整器和SOFC均必需在起动时升温。在专利文献1中 记载了可有效且在短时间内进行水蒸气重整的SOFC系统的起动方法。

此外，水蒸气重整是非常大的吸热反应。另外，反应温度较高，达到 550～750℃，必需高温的热源。因此，已知有在SOFC的附近设 置重整器(内部重整器)且主要将来自SOFC的辐射热作为热源加热重 整器的内部重整型SOFC(专利文献2)。

专利文献1：(日本)特开2006-190605号公报

专利文献2：(日本)特开2004-319420号公报

发明内容

通常，在SOFC系统起动时，在将SOFC升温至工作温度时，为 了防止电池燃料极的氧化劣化，预先使氢等还原性气体在阳极中流通。

作为升温时的氢供给源，可考虑氢气瓶、氢吸藏·吸附·发生材料、 电解氢等各种氢供给源，但如果想在民用中使系统普及，则最好将燃料重 整气体作为供给源。

在起动时在重整器中重整燃料且将得到的重整气体为了防止阳极劣 化而供给到SOFC的情况下，例如在为间接内部重整型SOFC的情况 下，在来自内部重整器的传热的作用下，SOFC也被同时加热，结果阳 极上升至氧化劣化点以上，在阳极处于例如空气或水蒸气等氧化性气体气 氛下的情况下，有时阳极会发生氧化劣化。因而，最好尽可能地从早期开 始制造重整气体。

另外，另一方面，如果烃系燃料未被重整成规定的组成而未重整部分 被供给到SOFC，则尤其在使用煤油等高次烃作为烃系燃料的情况下， 有时也会因碳析出而发生流道闭塞或阳极劣化。因此，即使在起动时，也 必需可靠地进行重整的方法。

这样，在起动时，最好尽可能地从早期开始制造重整气体，另一方面， 最好可靠地进行重整。这不仅限于SOFC，对于具有溶融碳酸盐型燃料 电池(MCFC)等高温型燃料电池的燃料电池系统而言也是一样的。

本发明的目的在于提供一种起动具有具备重整催化剂层的重整器和 高温型燃料电池的燃料电池系统的方法，其是从早期开始可靠地进行重整 且能够更可靠地防止阳极的氧化劣化的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种进行该方法所优选的燃料电池系 统。

利用本发明可提供以下方法及装置。

(1)一种燃料电池系统的起动方法，其特征在于，所述燃料电池系 统具有：具备重整催化剂层且对烃系燃料进行重整而制造含氢气体的重整 器以及使用该含氢气体进行发电的高温型燃料电池，所述起动方法包括： a)边测定重整催化剂层的温度边升温重整催化剂层的工序、b)基于已 测定的重整催化剂层的温度计算能够在重整催化剂层中进行重整的烃系 燃料的流量的工序、及c)将该已算出的流量的烃系燃料供给到重整催化 剂层进行重整，将得到的重整气体供给到高温型燃料电池的阳极的工序， 边反复进行所述工序b及c，边使烃系燃料向重整催化剂层中的供给量增 加，直至烃系燃料向重整催化剂层中的供给量成为起动结束时的流量。

(2)根据(1)所述的方法，其中，

进一步具有：d)在进行工序c之前向重整催化剂层供给在工序c中 进行重整所必需的流量的蒸汽及/或含氧气体的工序。

(3)根据(1)或(2)所述的方法，其中，

作为所述重整催化剂层使用能够促进水蒸气重整反应的重整催化剂 层，

在重整起动结束时的流量的烃系燃料时，进行水蒸气重整。

(4)根据(3)所述的方法，其中，

作为所述重整催化剂层使用能够促进水蒸气重整反应及部分氧化重 整反应的重整催化剂层，