[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，在起动处理工序中，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法(POX)、自热法(ATR)、水蒸气重整法(SR)，进行燃料的重整。

而且，在日本国特开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，同时在超过可开始发电的温度后经过规定时间为止的期间，持续供给向重整器供给的燃料气体及向电堆供给的含氧气体的规定流量并进行发电的控制。由此，规定流量的持续供给结束后，在开始其后的负荷跟踪运行时得到了充分的发电量。

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2009-32555号公报

但是，即使在如日本国特开2009-32555号公报所记载的进行起动的固体电解质型燃料电池中也存在以下问题：在持续供给规定流量的燃料及氧化剂气体并发电后，在开始负荷跟踪运行时，固体电解质型燃料电池的运行变得不稳定。即，在从起动状态转入通常的发电状态时，燃料电池的运行存在容易变得不稳定这样的问题。尤其是在跟踪负荷使发电量变化的类型的燃料电池中，例如在负荷跟踪运行开始时的要求电力小时，所供给的燃料量随着负荷跟踪运行的开始而急剧减少。因此，由于用于加热重整器而燃烧的燃料量减少，且在重整器内发生的水蒸气重整反应为吸热反应，所以重整器及电堆的温度急剧下降，从而存在变得无法进行正常发电的情况。尤其是存在如下问题，如果在发电开始时电堆的温度下降，则使其恢复至可发电的温度需要较长的时间，因此，变得在长时间内无法进行正常的发电。

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，能够从起动状态顺利地转入发电状态。

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；燃料供给装置，供给发电所使用的燃料；重整器，对从该燃料供给装置供给的燃料进行重整，向固体电解质型燃料电池单电池供给重整后的燃料，同时配置在固体电解质型燃料电池单电池的上方，以便通过使在固体电解质型燃料电池单电池中未使用于发电而残余的燃料在固体电解质型燃料电池单电池的上端燃烧而被加热；供水装置，向该重整器供水；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，在使燃料电池模块的固体电解质型燃料电池单电池上升至可发电温度的起动时，控制燃料供给装置及供水装置，在重整器内进行只发生水蒸气重整反应的SR运行，其后开始发电，控制器控制燃料供给装置，以便在发电开始前使SR运行中的燃料供给量减少后，开始发电。

在如此构成的本发明中，控制器控制燃料供给装置、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，在固体电解质型燃料电池单电池中，使未使用于发电而残余的燃料燃烧，利用于加热重整器。而且，控制部在使固体电解质型燃料电池单电池上升至可发电温度的起动时，在重整器内进行只发生水蒸气重整反应的SR运行。在此，SR运行中的燃料供给量在发电开始前被减少后，开始发电。