[发明专利]固体氧化物型燃料电池装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池，尤其涉及在所供给的燃料中加入水蒸气并进行重整，通过重整后的燃料生成电力的固体氧化物型燃料电池。

背景技术

固体氧化物型燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell：以下也称为“SOFC”）是作为电解质使用氧化物离子导电性固体电解质，在其两侧安装电极，向一侧供给燃料气体，向另一侧供给氧化剂（空气、氧等），在较高的温度下进行动作的燃料电池。

在日本国特开2010-277846号公报（专利文献1）中，记载有燃料电池装置。在该燃料电池装置的起动工序中，在重整器内依次发生燃料的部分氧化重整反应、部分氧化重整反应及水蒸气重整反应同时存在的自热重整反应、以及水蒸气重整反应，使重整器及燃料电池电堆的温度提高至可进行发电工序的温度。而且，在该燃料电池装置中，控制燃料供给部件、重整用空气供给部件及供水部件，可以分别供给目标燃料供给量、目标空气供给量及目标供水量。

但是，在日本国特开2010-277846号公报记载的燃料电池装置中，由于通过脉冲泵间歇地供给水蒸气重整用水，因此重整用水供给后，其在短期间内被蒸发，存在蒸发室及重整器内的压力暂时上升的问题。即，由于在重整器内的压力上升时燃料变得难以供给至重整器内，因此压力上升时燃料供给量检测传感器检测出燃料供给量变为比目标值少的状态，随后判断为燃料不足从而进行追加供给燃料的增量控制。但是，由于实际上压力在下一个瞬间降低所以燃料变为容易进行供给的状态，因此，尽管原本不需要上述不足部分的燃料增加而还是进行了供给，结果产生了燃料过剩供给的问题。

这种燃料过剩供给的问题在供水量尤其少的起动工序中的自热重整反应时发生。因此，在日本国特开2010-277846号公报记载的燃料电池装置中，在起动工序的自热重整反应中，通过抑制燃料供给部件的燃料供给量变更，从而进行稳定的自热重整反应。

专利文献1：日本国特开2010-277846号公报

但是，本申请发明人发现了如下新课题，日本国特开2010-277846号公报所记载的这种瞬间的水蒸发（暴沸）所产生的危害不仅存在于间歇供水的情况，还发生在连续供水的情况下。而且，还发现了如下新课题，瞬间的水蒸发所产生的危害不仅存在于起动工序的自热重整反应，还发生在发电运行中，这关系到燃料电池单电池的劣化。还发现了如下技术课题，在发电运行中，如日本国特开2010-277846号公报所记载的发明那样，很难抑制燃料供给量的变更，无法充分解决瞬间的水蒸发所产生的危害。

发明内容

于是，本发明的目的在于提供一种固体氧化物型燃料电池，在发电运行中，通过避免水蒸气重整用水的暴沸所产生的危害，从而可以抑制燃料电池单电池劣化。

为了解决上述课题，本发明是一种在所供给的燃料中加入水蒸气并进行重整，通过重整后的燃料生成电力的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备燃料电池电堆；燃料供给部件，用于供给燃料；重整器，通过在从该燃料供给部件供给的燃料中加入水蒸气并进行重整而生成包含大量氢的重整气体，将其供给至燃料电池电堆；蒸发室，设置在该重整器的上游侧，将在内部蒸发的水蒸气供给至重整器；供水部件，向该蒸发室供水；及控制部件，控制燃料供给部件及供水部件，同时控制从燃料电池模块取出的电力，控制部件具备：暴沸判定部件，判定蒸发室内的水发生过度且急剧的蒸发；及取出电力限制部件，在通过该暴沸判定部件判定出水的过度暴沸时，限制从燃料电池模块取出的电力。

在如此构成的本发明中，控制部件控制燃料供给部件及供水部件，同时控制从燃料电池模块取出的电力。从供水部件供给的水通过设置在重整器上游侧的蒸发室而被蒸发，重整器通过蒸发室中蒸发的水蒸气对从燃料供给部件供给的燃料进行水蒸气重整，并供给至内置在燃料电池模块中的燃料电池电堆。控制部件所具备的暴沸判定部件判定蒸发室内的水的过度暴沸，取出电力限制部件在判定出水的过度暴沸时，限制从燃料电池模块取出的电力。

蒸发室内发生的水的急剧蒸发即暴沸是因为蒸发室内的温度不均、压力变动等而引发的现象，即使在连续供水时，也很难充分抑制该现象。本申请发明人发现了如下新的技术课题，这种暴沸即使在燃料电池模块的发电运行中也频繁地发生，在蒸发室内发生较大的暴沸时，对燃料电池电堆也产生不良影响。这是因为蒸发室内发生较大的暴沸时，重整器内的压力上升一定期间，该期间内，燃料变得难以导入至重整器内，由此，燃料电池电堆暂时处于“燃料枯竭”状态或“燃料不足”状态。由于发生“燃料枯竭”或“燃料不足”，导致燃料电池电堆劣化，燃料电池电堆的耐用年数缩短。