固體氧化物型燃料電池的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種固體氧化物型燃料電池，通過(guò)抑制重整器的溫度不均，可以延長(zhǎng)重整器的耐用年數(shù)或防止重整器損傷。本發(fā)明是一種固體氧化物型燃料電池（1），其特征在于，具有：燃料電池模塊（2）；重整器（20），利用POX工序、ATR工序及SR工序而生成氫；燃料供給裝置（38）；重整用氧化劑氣體供給裝置（44）；供水裝置（28）；發(fā)電用氧化劑氣體供給裝置（45）；及控制裝置（110），隨著燃料電池模塊內(nèi)的溫度上升，在預(yù)先決定的溫度區(qū)域內(nèi)，在重整器內(nèi)依次執(zhí)行POX工序、ATR工序、SR工序，升溫至可發(fā)電的溫度，控制裝置具備局部溫度上升抑制電路（110a），在POX工序中，通過(guò)在重整器內(nèi)局部發(fā)生水蒸氣重整，從而抑制重整器的局部溫度上升。
【專(zhuān)利說(shuō)明】固體氧化物型燃料電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種固體氧化物型燃料電池，尤其涉及通過(guò)使燃料和發(fā)電用氧化劑氣體進(jìn)行反應(yīng)而生成電力的固體氧化物型燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，固體氧化物型燃料電池(SOFC)構(gòu)成為，在起動(dòng)工序中，經(jīng)過(guò)在重整器中對(duì)燃料進(jìn)行重整的多個(gè)工序，即部分氧化重整反應(yīng)工序(Ρ0Χ工序)、自熱重整反應(yīng)工序(ATR工序)、水蒸氣重整反應(yīng)工序(SR工序)，而轉(zhuǎn)入發(fā)電工序(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0003]在SOFC中，通過(guò)依次執(zhí)行上述工序，能夠使配置在燃料電池模塊收納室內(nèi)的重整器、燃料電池電堆等升溫至動(dòng)作溫度。即，在固體氧化物型燃料電池起動(dòng)時(shí)，通過(guò)使燃料燃燒而加熱重整器，當(dāng)重整器溫度上升一定程度時(shí)，在重整器內(nèi)通過(guò)燃料和重整用空氣進(jìn)行反應(yīng)，從而發(fā)生發(fā)熱反應(yīng)即部分氧化重整反應(yīng)(Ρ0Χ工序)。之后，通過(guò)燃料的燃燒熱量及部分氧化重整反應(yīng)的反應(yīng)熱量，從而重整器溫度進(jìn)一步上升時(shí)，向重整器內(nèi)導(dǎo)入水，在重整器內(nèi)除部分氧化重整反應(yīng)以外，發(fā)生吸熱反應(yīng)即水蒸氣重整反應(yīng)(ATR工序)。當(dāng)重整器溫度進(jìn)一步上升時(shí)，停止供給重整用空氣，在重整器內(nèi)僅發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)(SR工序)。通過(guò)由該水蒸氣重整反應(yīng)生成的氫而在燃料電池電堆中進(jìn)行發(fā)電。
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特開(kāi)2004-319420號(hào)公報(bào)。
[0005]但是，起動(dòng)時(shí)在加熱重整器的POX工序中，重整器內(nèi)發(fā)生的部分氧化重整反應(yīng)存在不均，在重整器內(nèi)的發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)的部分，由于部分氧化重整反應(yīng)的發(fā)熱而溫度上升。重整器內(nèi)局部的溫度上升時(shí)，在該部分中部分氧化重整反應(yīng)被進(jìn)一步促進(jìn)，溫度高的部分被進(jìn)一步加熱。如此，在POX工序中，如果重整器內(nèi)一旦發(fā)生溫度不均，則由于部分氧化重整反應(yīng)的發(fā)熱而使溫度高的部分被進(jìn)一步加熱，因此，存在溫度不均被進(jìn)一步增強(qiáng)的傾向。如果上述狀態(tài)長(zhǎng)期持續(xù)，則存在如下問(wèn)題，重整器的溫度局部過(guò)度上升，因重整用催化劑劣化而導(dǎo)致重整器的耐用年數(shù)變短，或者重整器有時(shí)會(huì)發(fā)生損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因而，本發(fā)明的目的在于提供一種固體氧化物型燃料電池，通過(guò)抑制重整器的溫度不均，可以延長(zhǎng)重整器的耐用年數(shù)或防止重整器損傷。
[0007]為了解決上述課題，本發(fā)明是通過(guò)使燃料和發(fā)電用氧化劑氣體反應(yīng)而生成電力的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，具有:燃料電池模塊，具備燃料電池電堆；重整器，配置在該燃料電池模塊內(nèi)，利用POX工序、ATR工序及SR工序而生成氫，其中，該P(yáng)OX工序是通過(guò)使燃料和氧化劑氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行對(duì)燃料進(jìn)行部分氧化重整的重整反應(yīng)，該ATR工序是通過(guò)同時(shí)發(fā)生部分氧化重整及使燃料和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的水蒸氣重整而進(jìn)行對(duì)燃料進(jìn)行自熱重整的重整反應(yīng)，該SR工序是進(jìn)行僅發(fā)生水蒸氣重整的重整反應(yīng)；燃燒室，配置在燃料電池模塊內(nèi)，使經(jīng)過(guò)重整器及燃料電池電堆的燃料燃燒，加熱重整器；燃料供給裝置，通過(guò)向重整器供給燃料，從而將重整器中重整的燃料送入燃料電池電堆；重整用氧化劑氣體供給裝置，向重整器供給重整用氧化劑氣體；供水裝置，向重整器供給重整用水；發(fā)電用氧化劑氣體供給裝置，向燃料電池電堆供給發(fā)電用氧化劑氣體；及控制裝置，根據(jù)燃料電池模塊內(nèi)的溫度，控制燃料供給裝置、重整用氧化劑氣體供給裝置、供水裝置及發(fā)電用氧化劑氣體供給裝置，隨著燃料電池模塊內(nèi)的溫度上升，在預(yù)先決定的溫度區(qū)域內(nèi)，在重整器內(nèi)依次執(zhí)行POX工序、ATR工序、SR工序，使燃料電池電堆升溫至可發(fā)電的溫度，控制裝置具備局部溫度上升抑制電路，在POX工序中，當(dāng)重整器內(nèi)局部發(fā)生過(guò)度的溫度上升時(shí)，通過(guò)在該部分誘發(fā)水蒸氣重整，從而抑制重整器的局部溫度上升。
[0008]在如此構(gòu)成的本發(fā)明中，控制裝置分別控制燃料供給裝置、重整用氧化劑氣體供給裝置及供水制造，向重整器供給燃料、重整用氧化劑氣體、水?？刂蒲b置在起動(dòng)工序中，使重整器內(nèi)依次發(fā)生部分氧化重整、自熱重整、水蒸氣重整的各重整反應(yīng),依次執(zhí)行POX工序、ATR工序、SR工序，使燃料電池電堆升溫至可發(fā)電的溫度。控制裝置所具備的局部溫度上升抑制電路在POX工序中，當(dāng)局部發(fā)生過(guò)度的溫度上升時(shí)，通過(guò)在該部分局部誘發(fā)水蒸氣重整，從而利用水蒸氣重整所引起的吸熱反應(yīng)來(lái)抑制重整器的局部溫度上升，由此抑制重整器內(nèi)的溫度不均，可以使重整器整體穩(wěn)定且均勻地進(jìn)行溫度上升。而且，可以延長(zhǎng)重整器的耐用年數(shù)或防止重整器損傷。
[0009]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，局部溫度上升抑制電路在POX工序中，當(dāng)重整器內(nèi)發(fā)生局部過(guò)度的溫度上升時(shí)，則在該部分誘發(fā)局部的水蒸氣重整，通過(guò)水蒸氣重整所引起的吸熱反應(yīng)來(lái)抑制局部的溫度上升。由此，重整器的溫度不均被抑制，可以使重整器整體穩(wěn)定且均勻地進(jìn)行溫度上升。而且，可以延長(zhǎng)重整器的耐用年數(shù)或防止重整器損傷。
[0010]在本發(fā)明中，優(yōu)選重整器具備:蒸發(fā)部，使由供水裝置供給的水蒸發(fā)，同時(shí)由重整用氧化劑氣體供給裝置供給重整用氧化劑氣體；及重整部，與該蒸發(fā)部的下游側(cè)鄰接設(shè)置，通過(guò)催化劑對(duì)燃料進(jìn)行重整，從燃料供給裝置及重整用氧化劑氣體供給裝置供給的燃料及重整用氧化劑氣體經(jīng)由蒸發(fā)部而流入重整部的上游側(cè)。
[0011 ] 在如此構(gòu)成的本發(fā)明中，由于從燃料供給裝置及重整用氧化劑氣體供給裝置供給的燃料及重整用氧化劑氣體經(jīng)由蒸發(fā)部而流入重整部的上游側(cè)，因此在從蒸發(fā)部朝向重整部的流入口附近容易因局部過(guò)度的部分氧化重整而發(fā)生急劇的溫度上升。
[0012]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，在重整部上游側(cè)的流入口附近發(fā)生局部的溫度上升時(shí)，可以從蒸發(fā)部向該部分快速地供給水蒸氣。而且，由于在流入口附近發(fā)生局部的溫度上升時(shí)，與重整部鄰接設(shè)置的蒸發(fā)部的溫度也上升，因此促進(jìn)所供給的水蒸發(fā)，可以相對(duì)于局部的溫度上升供給更多的水蒸氣。
[0013]在本發(fā)明中，優(yōu)選控制裝置控制燃料供給裝置及重整用氧化劑氣體供給裝置，在POX工序中，使重整用氧化劑氣體中的氧O2與燃料中的碳C的比02/C為0.4以上，以在重整器內(nèi)實(shí)現(xiàn)僅由部分氧化重整反應(yīng)進(jìn)行的燃料重整，在ATR工序中，使比02/C為0.2以上且小于0.4，局部溫度上升抑制電路在比02/C為0.4以上的狀態(tài)下，通過(guò)供水裝置向蒸發(fā)部供水。
[0014]在如此構(gòu)成的本發(fā)明中，在氧O2與碳C的比02/C處于僅能夠由部分氧化重整反應(yīng)進(jìn)行燃料重整的比率的狀態(tài)下，局部溫度上升抑制電路向蒸發(fā)部供水。因此，在重整器內(nèi)容易發(fā)生局部過(guò)度的溫度上升的狀態(tài)下，可以在發(fā)生過(guò)度的溫度上升時(shí)切實(shí)地發(fā)生水蒸氣重整，可以抑制對(duì)重整器內(nèi)的催化劑的不良影響。[0015]在本發(fā)明中，優(yōu)選局部溫度上升抑制電路在POX工序的整個(gè)期間內(nèi)，通過(guò)供水裝置向蒸發(fā)部供水。
[0016]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于在容易發(fā)生溫度上升的POX工序的整個(gè)期間內(nèi)供水，因此可以切實(shí)地防止過(guò)度的溫度上升所引起的重整器劣化。
[0017]在本發(fā)明中，優(yōu)選局部溫度上升抑制電路在燃料電池模塊內(nèi)的溫度上升至執(zhí)行POX工序的溫度區(qū)域之前，開(kāi)始向重整器供水。
[0018]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于在溫度上升至執(zhí)行POX工序的溫度區(qū)域之前開(kāi)始向重整器供水，因此可以切實(shí)地抑制局部過(guò)度的部分氧化重整所引起的重整器的過(guò)度升溫。
[0019]在本發(fā)明中，優(yōu)選局部溫度上升抑制電路在使導(dǎo)入至燃燒室內(nèi)的燃料點(diǎn)燃后，開(kāi)始向重整器供水。
[0020]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于在使燃料點(diǎn)燃后開(kāi)始向重整器供水，因此可以防止導(dǎo)入至重整器的水長(zhǎng)時(shí)間未被蒸發(fā)而滯留所引起的對(duì)重整器的不良影響，同時(shí)還可以切實(shí)地抑制重整器整體的溫度較低狀態(tài)下的局部過(guò)度的部分氧化重整。
[0021]在本發(fā)明中，優(yōu)選局部溫度上升抑制電路控制供水裝置，向重整器連續(xù)或間歇地供水，通過(guò)局部溫度上升抑制電路在每單位時(shí)間內(nèi)供給的水量比ATR工序中每單位時(shí)間內(nèi)供給的水量少。
[0022]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于連續(xù)或間歇地向重整器供水，因此可以防止一次性大量供水而在短期內(nèi)發(fā)生大量的水蒸氣重整所引起的重整器的急劇的溫度下降。另外，由于通過(guò)局部溫度上升抑制電路而供給的水量比ATR工序中的水量少，因此可以防止在POX工序中為了抑制局部過(guò)度的溫度上升而發(fā)生大量的水蒸氣重整從而重整器整體的升溫變慢。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物型燃料電池，通過(guò)抑制重整器的溫度不均，可以延長(zhǎng)重整器的耐用年數(shù)或防止重整器損傷。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置的整體構(gòu)成圖。
[0025]圖2是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置的燃料電池模塊的主視剖視圖。
[0026]圖3是沿圖2的II1-1II線(xiàn)的剖視圖。
[0027]圖4是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。
[0028]圖5是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置的燃料電池電堆的立體圖。
[0029]圖6是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置的框圖。
[0030]圖7是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置起動(dòng)時(shí)的動(dòng)作的時(shí)間圖。
[0031]圖8是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置停止時(shí)的動(dòng)作的時(shí)間圖。
[0032]圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置的重整器的立體圖。
[0033]圖10是在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置中拆下頂板而示出重整器內(nèi)部的立體圖。
[0034]圖11是在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置中表示重整器內(nèi)部的燃料流向的俯視剖視圖。[0035]圖12是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池裝置的起動(dòng)處理順序的動(dòng)作圖表。
[0036]符號(hào)說(shuō)明
[0037]1-固體氧化物型燃料電池；2_燃料電池模塊；4_輔助設(shè)備單元；7_絕熱材料(蓄熱材料);8_密封空間；10_發(fā)電室；12_燃料電池單電池集合體；14_燃料電池電堆；16_燃料電池單電池單元(固體氧化物型燃料電池單電池);18_燃燒室；20_重整器；20a-蒸發(fā)部；20b-重整部；22_空氣用換熱器；24_供水源；26_純水箱；28_水流量調(diào)節(jié)單元(供水裝置)；30-燃料供給源；38_燃料流量調(diào)節(jié)單元(燃料供給裝置)；40-空氣供給源；44_重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元(重整用氧化劑氣體供給裝置);45_發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元(發(fā)電用氧化劑氣體供給裝置);46_第I加熱器；48_第2加熱器；50_溫水制造裝置；52_控制箱；54_逆變器；83_點(diǎn)火裝置；84_燃料電池單電池；110-控制部(控制裝置);I IOa-局部溫度上升抑制電路；112_操作裝置；114_顯示裝置；116_通知裝置；126_電力狀態(tài)檢測(cè)傳感器；132_燃料流量傳感器(燃料供給量檢測(cè)傳感器)；138-壓力傳感器(重整器壓力傳感器)；142_發(fā)電室溫度傳感器；148_重整器溫度傳感器；150_外氣溫度傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面，參照【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)。
[0039]圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的整體構(gòu)成圖。如該圖1所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC) I具備燃料電池模塊2和輔助設(shè)備單元4。
[0040]燃料電池模塊2具備殼體6，在該殼體6內(nèi)部隔著絕熱材料7形成有密封空間8。在該密封空間8的下方部分即發(fā)電室10配置有利用燃料和氧化劑(空氣)進(jìn)行發(fā)電反應(yīng)的燃料電池單電池集合體12。該燃料電池單電池集合體12具備10個(gè)燃料電池電堆14 (參照?qǐng)D5)，該燃料電池電堆14由16根燃料電池單電池單元16 (參照?qǐng)D4)構(gòu)成。如此，燃料電池單電池集合體12具有160根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16全部串聯(lián)連接。
[0041]在燃料電池模塊2的密封空間8的上述發(fā)電室10的上方形成有燃燒室18，發(fā)電反應(yīng)中未使用的殘余的燃料和殘余的氧化劑(空氣)在該燃燒室18內(nèi)燃燒，生成排放氣體。
[0042]另外，在該燃燒室18的上方配置有對(duì)燃料進(jìn)行重整的重整器20，利用前述殘余氣體的燃燒熱量將重整器20加熱為可進(jìn)行重整反應(yīng)的溫度。而且，在該重整器20的上方配置有空氣用換熱器22，用于接收重整器20的熱量以加熱空氣，抑制重整器20的溫度下降。
[0043]接下來(lái)，輔助設(shè)備單元4具備:純水箱26，貯存來(lái)自水管等供水源24的水并通過(guò)過(guò)濾器使其成為純水；及水流量調(diào)節(jié)單元28 (由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的“水泵”等)，調(diào)節(jié)從該貯水箱供給的水的流量。而且，輔助設(shè)備單元4具備:氣體截止閥32，截?cái)鄰某鞘忻簹獾鹊娜剂瞎┙o源30供給的燃料；脫硫器36，用于從燃料氣體除去硫；及燃料流量調(diào)節(jié)單元38 (由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的“燃料泵”等)，調(diào)節(jié)燃料氣體的流量。輔助設(shè)備單元4還具備:電磁閥42，截?cái)鄰目諝夤┙o源40供給的氧化劑即空氣；重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44及發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45 (由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的“空氣鼓風(fēng)機(jī)”等)，調(diào)節(jié)空氣的流量；第I加熱器46，加熱向重整器20供給的重整用空氣；及第2加熱器48，加熱向發(fā)電室供給的發(fā)電用空氣。上述第I加熱器46和第2加熱器48是為了高效地進(jìn)行起動(dòng)時(shí)的升溫而設(shè)置的，但是也可以省略。[0044]接下來(lái)，在燃料電池模塊2上連接有溫水制造裝置50，其被供給排放氣體。該溫水制造裝置50被供給來(lái)自供水源24的自來(lái)水，該自來(lái)水由于排放氣體的熱量而成為溫水，并被供給至未圖示的外部供熱水器的貯熱水箱。
[0045]而且，在燃料電池模塊2上安裝有控制箱52，其用于控制燃料氣體的供給量等。
[0046]而且，在燃料電池模塊2上連接有電力導(dǎo)出部(電力轉(zhuǎn)換部)即逆變器54，其用于向外部供給由燃料電池模塊發(fā)出的電力。
[0047]接下來(lái)，根據(jù)圖2及圖3，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖2是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池模塊的側(cè)視剖視圖，圖3是沿圖2的II1-1II線(xiàn)的剖視圖。
[0048]如圖2及圖3所示，在燃料電池模塊2的殼體6內(nèi)的密封空間8內(nèi)，如上所述，從下方依次配置有燃料電池單電池集合體12、重整器20、空氣用換熱器22。
[0049]重整器20安裝有用于向其上游端側(cè)導(dǎo)入純水的純水導(dǎo)入管60和用于導(dǎo)入將要重整的燃料氣體和重整用空氣的被重整氣體導(dǎo)入管62，而且，在重整器20的內(nèi)部從上游側(cè)依次形成有蒸發(fā)部20a和重整部20b，在上述蒸發(fā)部20a和重整部20b填充有重整催化劑。導(dǎo)入該重整器20的混合有水蒸氣(純水)的燃料氣體及空氣通過(guò)填充在重整器20內(nèi)的重整催化劑而被重整。作為重整催化劑適合使用在氧化鋁的球體表面賦予鎳的物質(zhì)，或在氧化鋁的球體表面賦予釕的物質(zhì)。
[0050]在該重整器20的下游端側(cè)連接有燃料氣體供給管64，該燃料氣體供給管64向下方延伸，進(jìn)而在形成于燃料電池單電池集合體12下方的分流器66內(nèi)水平延伸。在燃料氣體供給管64的水平部64a的下面上形成有多個(gè)燃料供給孔64b，從該燃料供給孔64b向分流器66內(nèi)供給重整后的燃料氣體。
[0051]在該分流器66的上方安裝有用于支撐上述燃料電池電堆14的具備貫穿孔的下支撐板68，分流器66內(nèi)的燃料氣體被供給至燃料電池單電池單元16內(nèi)。
[0052]接下來(lái)，在重整器20的上方設(shè)置有空氣用換熱器22。該空氣用換熱器22在上游側(cè)具備空氣匯集室70，在下游側(cè)具備2個(gè)空氣分配室72，上述空氣匯集室70和空氣分配室72通過(guò)6個(gè)空氣流路管74而連接。在此，如圖3所示，3個(gè)空氣流路管74成為一組(74a、74b、74c、74d、74e、74f )，空氣匯集室70內(nèi)的空氣從各組空氣流路管74流入各自的空氣分配室72。
[0053]在空氣用換熱器22的6個(gè)空氣流路管74內(nèi)流動(dòng)的空氣利用在燃燒室18燃燒而上升的排放氣體進(jìn)行預(yù)熱。
[0054]在各個(gè)空氣分配室72上連接有空氣導(dǎo)入管76，該空氣導(dǎo)入管76向下方延伸，其下端側(cè)與發(fā)電室10的下方空間連通，向發(fā)電室10導(dǎo)入預(yù)熱后的空氣。
[0055]接下來(lái)，在分流器66的下方形成有排放氣體室78。而且，如圖3所示，在沿殼體6長(zhǎng)度方向的面即前面6a和后面6b的內(nèi)側(cè)，形成有在上下方向上延伸的排放氣體通路80，該排放氣體通路80的上端側(cè)與配置有空氣用換熱器22的空間連通，下端側(cè)與排放氣體室78連通。而且，在排放氣體室78的下面大致中央連接有排放氣體排出管82，該排放氣體排出管82的下游端連接于圖1所示的上述溫水制造裝置50。
[0056]如圖2所示，用于使燃料氣體和空氣開(kāi)始燃燒的點(diǎn)火裝置83設(shè)置于燃燒室18。
[0057]下面，根據(jù)圖4對(duì)燃料電池單電池單元16進(jìn)行說(shuō)明。圖4是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。
[0058]如圖4所示，燃料電池單電池單元16具備燃料電池單電池84和分別連接于該燃料電池單電池84的上下方向端部的內(nèi)側(cè)電極端子86。
[0059]燃料電池單電池84是在上下方向上延伸的管狀結(jié)構(gòu)體，具備在內(nèi)部形成燃料氣體流路88的圓筒形內(nèi)側(cè)電極層90、圓筒形外側(cè)電極層92、位于內(nèi)側(cè)電極層90和外側(cè)電極層92之間的電解質(zhì)層94。該內(nèi)側(cè)電極層90是燃料氣體經(jīng)過(guò)的燃料極，為(_)極，另一方面，外側(cè)電極層92是與空氣接觸的空氣極，為(+ )極。
[0060]由于安裝在燃料電池單電池84的上端側(cè)和下端側(cè)的內(nèi)側(cè)電極端子86為相同結(jié)構(gòu)，所以在此對(duì)安裝于上端側(cè)的內(nèi)側(cè)電極端子86具體地進(jìn)行說(shuō)明。內(nèi)側(cè)電極層90的上部90a具備相對(duì)于電解質(zhì)層94和外側(cè)電極層92露出的外周面90b和上端面90c。內(nèi)側(cè)電極端子86隔著導(dǎo)電性密封材料96與內(nèi)側(cè)電極層90的外周面90b連接，而且，通過(guò)與內(nèi)側(cè)電極層90的上端面90c直接接觸而與內(nèi)側(cè)電極層90電連接。在內(nèi)側(cè)電極端子86的中心部形成有與內(nèi)側(cè)電極層90的燃料氣體流路88連通的燃料氣體流路98。
[0061]內(nèi)側(cè)電極層90例如由Ni和摻雜有從Ca或Y、Sc等稀土類(lèi)元素中選擇的至少一種元素的氧化鋯的混合體、Ni和摻雜有從稀土類(lèi)元素中選擇的至少一種元素的二氧化鈰的混合體、Ni和摻雜有從Sr、Mg、Co、Fe、Cu中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭的混合體中的至少一種形成。
[0062]電解質(zhì)層94例如由摻雜有從Y、Sc等稀土類(lèi)元素中選擇的至少一種元素的氧化錯(cuò)、摻雜有從稀土類(lèi)元素中選擇的至少一種元素的二氧化鋪、摻雜有從Sr、Mg中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭中的至少一種形成。
[0063]外側(cè)電極層92例如由摻雜有從Sr、Ca中選擇的至少一種元素的錳酸鑭、摻雜有從Sr,Co,Ni,Cu中選擇的至少一種元素的鐵酸鑭、摻雜有從Sr、Fe、N1、Cu中選擇的至少一種元素的鈷酸鑭、銀等中的至少一種形成。
[0064]下面，根據(jù)圖5對(duì)燃料電池電堆14進(jìn)行說(shuō)明。圖5是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的燃料電池電堆的立體圖。
[0065]如圖5所示，燃料電池電堆14具備16根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16的下端側(cè)及上端側(cè)分別被陶瓷制下支撐板68及上支撐板100支撐。在這些下支撐板68及上支撐板100上分別形成有內(nèi)側(cè)電極端子86可貫穿的貫穿孔68a及100a。
[0066]而且，在燃料電池單電池單元16上安裝有集電體102及外部端子104。該集電體102由與安裝于燃料極即內(nèi)側(cè)電極層90的內(nèi)側(cè)電極端子86電連接的燃料極用連接部102a和與空氣極即外側(cè)電極層92的外周面整體電連接的空氣極用連接部102b —體地形成?？諝鈽O用連接部102b由在外側(cè)電極層92的表面沿上下方向延伸的鉛垂部102c和從該鉛垂部102c沿外側(cè)電極層92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料極用連接部102a從空氣極用連接部102b的鉛垂部102c朝向燃料電池單電池單元16的位于上下方向的內(nèi)側(cè)電極端子86，向斜上方或斜下方直線(xiàn)延伸。
[0067]而且，在位于燃料電池電堆14 一端(圖5中左端的里側(cè)及跟前側(cè))的2個(gè)燃料電池單電池單元16的上側(cè)端及下側(cè)端的內(nèi)側(cè)電極端子86上分別連接有外部端子104。這些外部端子104與位于鄰接的燃料電池電堆14 一端的燃料電池單電池單元16的外部端子104(未圖示)連接，如上所述，160根燃料電池單電池單元16全部串聯(lián)連接。[0068]下面，根據(jù)圖6對(duì)安裝于本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的傳感器類(lèi)等進(jìn)行說(shuō)明。圖6是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的框圖。
[0069]如圖6所示，固體氧化物型燃料電池I具備控制部110，該控制部110連接有:操作裝置112，具備用于使用者操作的“開(kāi)”、“關(guān)”等操作按鈕；顯示裝置114，用于顯示發(fā)電輸出值(瓦特?cái)?shù))等的各種數(shù)據(jù)；及通知裝置116，在異常狀態(tài)時(shí)等發(fā)出警報(bào)(warning)。另外，該通知裝置116也可以是與位于遠(yuǎn)距離地點(diǎn)的管理中心連接，向該管理中心通知異常狀態(tài)的形式。
[0070]接下來(lái)，向控制部110輸入來(lái)自以下說(shuō)明的各種傳感器的信號(hào)。
[0071]首先，可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器120是用于檢測(cè)氣體泄漏的元件，安裝于燃料電池模塊2及輔助設(shè)備單元4。
[0072]CO檢測(cè)傳感器122是用于檢測(cè)原本經(jīng)過(guò)排放氣體通路80等向外部排出的排放氣體中的CO是否泄漏在覆蓋燃料電池模塊2及輔助設(shè)備單元4的外部殼體(未圖示)中的元件。
[0073]熱水貯存狀態(tài)檢測(cè)傳感器124是用于檢測(cè)未圖示的供熱水器的熱水溫度、水量等的元件。
[0074]電力狀態(tài)檢測(cè)傳感器126是用于檢測(cè)逆變器54及配電板(未圖示)的電流及電壓等的兀件。
[0075]發(fā)電用空氣流量檢測(cè)傳感器128是用于檢測(cè)向發(fā)電室10供給的發(fā)電用空氣的流量的元件。
[0076]重整用空氣流量傳感器130是用于檢測(cè)向重整器20供給的重整用空氣的流量的元件。
[0077]燃料流量傳感器132是用于檢測(cè)向重整器20供給的燃料氣體的流量的元件。
[0078]水流量傳感器134是用于檢測(cè)向重整器20供給的純水的流量的元件。
[0079]水位傳感器136是用于檢測(cè)純水箱26的水位的元件。
[0080]壓力傳感器138是用于檢測(cè)重整器20的外部上游側(cè)的壓力的元件。
[0081]排氣溫度傳感器140是用于檢測(cè)流入溫水制造裝置50的排放氣體的溫度的元件。
[0082]如圖3所示，發(fā)電室溫度傳感器142設(shè)置在燃料電池單電池集合體12附近的前面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)龋怯糜跈z測(cè)燃料電池電堆14附近的溫度，從而估計(jì)燃料電池電堆14 (即燃料電池單電池84自身)的溫度的元件。
[0083]燃燒室溫度傳感器144是用于檢測(cè)燃燒室18的溫度的元件。
[0084]排放氣體室溫度傳感器146是用于檢測(cè)排放氣體室78的排放氣體的溫度的元件。
[0085]重整器溫度傳感器148是用于檢測(cè)重整器20的溫度的元件，根據(jù)重整器20的入口溫度和出口溫度計(jì)算出重整器20的溫度。
[0086]外氣溫度傳感器150是當(dāng)固體氧化物型燃料電池(SOFC)配置在室外時(shí)用于檢測(cè)外氣溫度的元件。而且，也可以設(shè)置測(cè)定外氣濕度等的傳感器。
[0087]來(lái)自這些傳感器類(lèi)的信號(hào)發(fā)送至控制部110，控制部110根據(jù)這些信號(hào)的數(shù)據(jù)，向水流量調(diào)節(jié)單元28、燃料流量調(diào)節(jié)單元38、重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44、發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45發(fā)送控制信號(hào)，以控制這些單元的各流量。
[0088]下面，根據(jù)圖7說(shuō)明本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)起動(dòng)時(shí)的動(dòng)作。圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)起動(dòng)時(shí)的動(dòng)作的時(shí)間圖。
[0089]最初，為了加熱燃料電池模塊2，在無(wú)負(fù)荷狀態(tài)，即，使包括燃料電池模塊2的電路在開(kāi)路狀態(tài)下開(kāi)始運(yùn)行。此時(shí)，由于電路中未流動(dòng)電流，因此燃料電池模塊2不進(jìn)行發(fā)電。
[0090]首先，從重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44經(jīng)由第I加熱器46向燃料電池模塊2的重整器20供給重整用空氣。而且，與此同時(shí)從發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45經(jīng)由第2加熱器48向燃料電池模塊2的空氣用換熱器22供給發(fā)電用空氣，該發(fā)電用空氣到達(dá)發(fā)電室10及燃燒室18。
[0091]隨后，還從燃料流量調(diào)節(jié)單元38供給燃料氣體，混合有重整用空氣的燃料氣體經(jīng)過(guò)重整器20及燃料電池電堆14、燃料電池單電池單元16，到達(dá)燃燒室18。
[0092]之后，通過(guò)點(diǎn)火裝置83進(jìn)行點(diǎn)燃，使燃燒室18內(nèi)的燃料氣體和空氣(重整用空氣及發(fā)電用空氣)燃燒。通過(guò)該燃料氣體和空氣的燃燒生成排放氣體，利用該排放氣體加熱發(fā)電室10，而且，排放氣體在燃料電池模塊2的密封空間8內(nèi)上升時(shí)，在加熱重整器20內(nèi)的包含重整用空氣的燃料氣體的同時(shí)，還加熱空氣用換熱器22內(nèi)的發(fā)電用空氣。
[0093]此時(shí)，由于通過(guò)燃料流量調(diào)節(jié)單元38及重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44向重整器20供給混合有重整用空氣的燃料氣體，因此在重整器20中，進(jìn)行式(I)所示的部分氧化重整反應(yīng)Ρ0Χ。由于該部分氧化重整反應(yīng)POX是發(fā)熱反應(yīng)，因此起動(dòng)性良好。而且，通過(guò)燃料氣體供給管64向燃料電池電堆 14的下方供給該升溫后的燃料氣體，由此，燃料電池電堆14從下方被加熱，而且，由于燃燒室18也通過(guò)燃料氣體和空氣的燃燒而升溫，因此燃料電池電堆14還從上方被加熱，結(jié)果燃料電池電堆14可以大致均等地在上下方向上升溫。即使進(jìn)行該部分氧化重整反應(yīng)Ρ0Χ，在燃燒室18中也仍然持續(xù)保持燃料氣體和空氣的燃燒反應(yīng)。
[0094]CmHn+x02 — aC02+bC0+cH2 (I)
[0095]部分氧化重整反應(yīng)POX開(kāi)始后，當(dāng)通過(guò)重整器溫度傳感器148檢測(cè)到重整器20變?yōu)橐?guī)定溫度(例如600°C)時(shí)，通過(guò)水流量調(diào)節(jié)單元28、燃料流量調(diào)節(jié)單元38及重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44向重整器20供給預(yù)先混合有燃料氣體、重整用空氣及水蒸氣的氣體。此時(shí),在重整器20中，進(jìn)行并用有上述的部分氧化重整反應(yīng)POX和后述的水蒸氣重整反應(yīng)SR的自熱重整反應(yīng)ATR。由于該自熱重整反應(yīng)ATR可取得熱量?jī)?nèi)部平衡，因此在重整器20內(nèi)以熱量自足的狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)。即，當(dāng)氧(空氣)較多時(shí)基于部分氧化重整反應(yīng)POX的發(fā)熱占支配地位，當(dāng)水蒸氣較多時(shí)基于水蒸氣重整反應(yīng)SR的吸熱反應(yīng)占支配地位。由于在該階段中，已經(jīng)過(guò)起動(dòng)的初期階段，發(fā)電室10內(nèi)升溫至一定程度的溫度，因此即使吸熱反應(yīng)占支配地位也不會(huì)引起大幅度的溫度下降。而且，在自熱重整反應(yīng)ATR進(jìn)行中，在燃燒室18中也持續(xù)進(jìn)行燃燒反應(yīng)。
[0096]式(2)所示的自熱重整反應(yīng)ATR開(kāi)始后，當(dāng)通過(guò)重整器溫度傳感器146檢測(cè)到重整器20變?yōu)橐?guī)定溫度(例如，700°C)時(shí)，在停止重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44的重整用空氣供給的同時(shí)，增加水流量調(diào)節(jié)單元28的水蒸氣供給。由此，向重整器20供給不含空氣而僅包含燃料氣體和水蒸氣的氣體，在重整器20中，進(jìn)行式(3)的水蒸氣重整反應(yīng)SR。
[0097]CmHn+x02+yH20 ^ aC02+bC0+cH2 (2)
[0098]CmHn+xH20 ^ aC02+bC0+cH2(3)
[0099]由于該水蒸氣重整反應(yīng)SR是吸熱反應(yīng)，因此與來(lái)自燃燒室18的燃燒熱量取得熱平衡并進(jìn)行反應(yīng)。由于該階段是燃料電池模塊2起動(dòng)的最終階段，因此發(fā)電室10內(nèi)升溫至足夠高的溫度，因而，即使進(jìn)行吸熱反應(yīng)，也不會(huì)導(dǎo)致發(fā)電室10大幅度的溫度下降。而且，即使進(jìn)行水蒸氣重整反應(yīng)SR，在燃燒室18中也持續(xù)進(jìn)行燃燒反應(yīng)。
[0100]如此，燃料電池模塊2利用點(diǎn)火裝置83點(diǎn)火后，通過(guò)依次進(jìn)行部分氧化重整反應(yīng)Ρ0Χ、自熱重整反應(yīng)ATR、水蒸氣重整反應(yīng)SR，使發(fā)電室10內(nèi)的溫度逐漸上升。之后，當(dāng)發(fā)電室10內(nèi)及燃料電池單電池84的溫度達(dá)到比使燃料電池模塊2穩(wěn)定工作的額定溫度低的規(guī)定發(fā)電溫度后，使包括燃料電池模塊2的電路閉合，開(kāi)始燃料電池模塊2的發(fā)電，由此，電流流過(guò)電路。通過(guò)燃料電池模塊2的發(fā)電，燃料電池單電池84自身也發(fā)熱，燃料電池單電池84的溫度也上升。其結(jié)果，達(dá)到使燃料電池模塊2工作的額定溫度例如600°C至800°C。
[0101]此后，為了保持額定溫度，供給比燃料電池單電池84中消耗的燃料氣體及空氣的量多的燃料氣體及空氣，使燃燒室18中的燃燒持續(xù)。另外，在發(fā)電中以重整效率高的水蒸氣重整反應(yīng)SR進(jìn)行發(fā)電。
[0102]下面，根據(jù)圖8說(shuō)明本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)的運(yùn)行停止時(shí)的動(dòng)作。圖8是表示本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)運(yùn)行停止時(shí)的動(dòng)作的時(shí)間圖。
[0103]如圖8所示，進(jìn)行燃料電池模塊2的運(yùn)行停止時(shí)，首先，操作燃料流量調(diào)節(jié)單元38及水流量調(diào)節(jié)單元28，使燃料氣體及水蒸氣流向重整器20的供給量減少。
[0104]而且，進(jìn)行燃料電池模塊2的運(yùn)行停止時(shí)，在使燃料氣體及水蒸氣流向重整器20的供給量減少的同時(shí)，使發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45向燃料電池模塊2內(nèi)供給發(fā)電用空氣的供給量增大，利用空氣冷卻燃料電池單電池集合體12及重整器20，使它們的溫度下降。其后，當(dāng)重整器20的溫度下降至規(guī)定溫度例如400°C時(shí)，停止向重整器20供給燃料氣體及水蒸氣，結(jié)束重整器20的水蒸氣重整反應(yīng)SR。該發(fā)電用空氣的供給持續(xù)至重整器20的溫度下降至規(guī)定溫度例如200°C，在變?yōu)樵撘?guī)定溫度時(shí)，停止從發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45供給發(fā)電用空氣。
[0105]如此，在本實(shí)施方式中，由于進(jìn)行燃料電池模塊2的運(yùn)行停止時(shí)，并用重整器20所進(jìn)行的水蒸氣重整反應(yīng)SR和基于發(fā)電用空氣的冷卻，因此能夠在較短的時(shí)間內(nèi)使燃料電池模塊的運(yùn)行停止。
[0106]下面，參照?qǐng)D9至圖11說(shuō)明重整器20的詳細(xì)構(gòu)成。
[0107]圖9是重整器20的立體圖，圖10是拆下頂板而示出重整器20內(nèi)部的立體圖。圖11是表示重整器20內(nèi)部的燃料流向的俯視剖視圖。
[0108]如圖9所示，重整器20是長(zhǎng)方體狀的金屬制箱，在內(nèi)部填充有用于對(duì)燃料進(jìn)行重整的重整催化劑。而且，在重整器20的上游側(cè)連接有用于導(dǎo)入水的純水導(dǎo)入管60以及用于導(dǎo)入燃料及重整用空氣的被重整氣體導(dǎo)入管62。而且，在重整器20的下游側(cè)連接有燃料氣體供給管64，使在內(nèi)部重整后的燃料流出。而且，在重整器20上沿長(zhǎng)度方向設(shè)置有8個(gè)通氣口 20c。上述通氣口 20c設(shè)置為從重整器20的底面貫穿至上面，使在重整器20下方的燃燒室18 (圖2)中燃燒的燃燒氣體順暢地向重整器20的上方排出，各通氣口 20c未與重整器20的內(nèi)部連通。
[0109]如圖10所示，在重整器20內(nèi)部的上游側(cè)設(shè)置有蒸發(fā)部20a，與該蒸發(fā)部20a鄰接并在下游側(cè)設(shè)置有重整部20b。通過(guò)在蒸發(fā)部20a的內(nèi)部配置多個(gè)隔板，從而形成有曲折的通路。導(dǎo)入至重整器20的水在溫度上升的狀態(tài)下在蒸發(fā)部20a內(nèi)蒸發(fā)而成為水蒸氣。而且，導(dǎo)入至重整器20的燃料氣體、重整用空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)部20a的曲折的通路并與水蒸氣混
口 ο
[0110]另一方面，在重整部20b的內(nèi)部也通過(guò)配置多個(gè)隔板而形成有曲折的通路，在該通路中填充有催化劑。蒸發(fā)部20a中混合的燃料氣體及重整用空氣經(jīng)過(guò)重整部20b的通路并進(jìn)行部分氧化重整反應(yīng)。另外，從蒸發(fā)部20a導(dǎo)入燃料氣體、水蒸氣及重整用空氣的混合物時(shí)，在重整部20b中發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)及水蒸氣重整反應(yīng)。而且，從蒸發(fā)部20a導(dǎo)入燃料氣體及水蒸氣的混合物時(shí)，在重整部20b中僅發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)。
[0111]如圖11所示，向重整器20的蒸發(fā)部20a導(dǎo)入的燃料氣體、水及重整用空氣最初沿重整器20的橫切方向蜿蜒流動(dòng)，之后向2個(gè)通路分支，并沿重整器20的長(zhǎng)度方向蜿蜒前行。進(jìn)而，通路再次合流，在重整器20的中央部分連接于重整部20b。導(dǎo)入至重整部20b的燃料等在重整部20b的中央沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)后，分支為2個(gè)并折返，2個(gè)通路再次折返以朝向重整部20b的下游端，在此合流并流入至燃料氣體供給管64。燃料經(jīng)過(guò)如此蜿蜒的通路，并通過(guò)填充在通路中的催化劑而被重整。
[0112]下面，參照?qǐng)D7及圖12，詳細(xì)說(shuō)明在本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池(SOFC)起動(dòng)時(shí)重整器內(nèi)發(fā)生的重整反應(yīng)。
[0113]圖12是表示燃料電池I的起動(dòng)處理順序的動(dòng)作圖表。如圖12所示,起動(dòng)工序構(gòu)成為，控制裝置即控制部110按時(shí)間順序執(zhí)行各運(yùn)行控制狀態(tài)(燃燒運(yùn)行工序、POXl工序、P0X2工序、ATRl工序、ATR2工序、SRl工序、SR2工序),從而轉(zhuǎn)入發(fā)電工序。
[0114]另外，POXl工序及P0X2工序是在重整器20內(nèi)進(jìn)行部分氧化重整反應(yīng)的工序(Ρ0Χ工序)。而且，ATRl工序及ATR2工序是在重整器20內(nèi)進(jìn)行自熱重整反應(yīng)的工序(ATR工序)。而且，SRl工序及SR2工序是在重整器20內(nèi)進(jìn)行水蒸氣重整反應(yīng)的工序(SR工序)。雖然上述各POX工序、ATR工序、SR工序分別細(xì)分為2個(gè)，但是不限于此，也可以細(xì)分為3個(gè)以上，還可以是未細(xì)分的構(gòu)成。如此，控制部110隨著燃料電池模塊2內(nèi)的溫度上升，在預(yù)先決定的溫度區(qū)域內(nèi)，在重整器20內(nèi)依次執(zhí)行POX工序、ATR工序、SR工序，使燃料電池電堆14升溫至可發(fā)電的溫度。
[0115]首先，在圖7的時(shí)刻h使燃料電池I起動(dòng)時(shí)，控制部110向重整用氧化劑氣體供給裝置即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44及發(fā)電用氧化劑氣體供給裝置即發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45發(fā)送信號(hào)，使它們起動(dòng)，向燃料電池模塊2供給重整用空氣(氧化劑氣體)及發(fā)電用空氣。另外，在本實(shí)施方式中，在時(shí)刻h開(kāi)始供給的重整用空氣的供給量被設(shè)定為18.0(L/min)，發(fā)電用空氣的供給量被設(shè)定為100.0 (L/min)(參照?qǐng)D12的“燃燒運(yùn)行”工序)。
[0116]之后，在時(shí)刻&，控制部110向燃料流量調(diào)節(jié)單元38發(fā)送信號(hào)，開(kāi)始向重整器20供給燃料。由此，燃料及重整用空氣經(jīng)由被重整氣體導(dǎo)入管62而被導(dǎo)入重整器20，被送入重整器20的燃料及重整用空氣介由重整器20、燃料氣體供給管64、分流器66而被送入各燃料電池單電池單元16內(nèi)，即被送入燃料電池電堆14。被送入各燃料電池單電池單元16內(nèi)的燃料及重整用空氣從各燃料電池單電池單元16的燃料氣體流路98上端流出。另外，在本實(shí)施方式中，在時(shí)刻\開(kāi)始供給的燃料的供給量被設(shè)定為6.0 (L/min)(參照?qǐng)D12的“燃燒運(yùn)行”工序)。
[0117]進(jìn)而，在時(shí)刻t2，控制部110向點(diǎn)火裝置83發(fā)送信號(hào)，對(duì)從燃料電池單電池單元16流出的燃料進(jìn)行點(diǎn)火。由此，在燃燒室18內(nèi)使燃料燃燒，利用其熱量，在加熱配置在其上方的重整器20的同時(shí)，燃燒室18、發(fā)電室10及配置在其中的各燃料電池單電池單元16的溫度，即燃料電池電堆14的溫度也開(kāi)始上升(參照?qǐng)D7的時(shí)刻t2?t3)。包括燃料氣體流路98的燃料電池單電池單元16及其上端部位相當(dāng)于燃燒部。
[0118]之后，內(nèi)置于控制部110的局部溫度上升抑制電路IlOa (圖6)在時(shí)刻t2的點(diǎn)火后，在經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)，在時(shí)刻t3向水流量調(diào)節(jié)單元28發(fā)送信號(hào)，開(kāi)始向重整器20供水。另外，在本實(shí)施方式中，在時(shí)刻t3開(kāi)始供水的供給量被設(shè)定為1.0 (cc/min)(參照?qǐng)D12的“燃燒運(yùn)行”工序)。另外，在本實(shí)施方式中，水流量調(diào)節(jié)單元28構(gòu)成為間歇地一滴一滴供給純水，每I分鐘的供給量為l.0cc。作為變形例，也可以如下構(gòu)成水流量調(diào)節(jié)單元28，即連續(xù)向重整器20供水。
[0119]介由水流量調(diào)節(jié)單元28而被導(dǎo)入重整器20的蒸發(fā)部20a的水與蒸發(fā)部20a的溫度上升一起一點(diǎn)點(diǎn)被蒸發(fā)。通過(guò)開(kāi)始向蒸發(fā)部20a導(dǎo)入水，從而燃料、重整用空氣、水被供給至蒸發(fā)部20a，它們的混合物流入重整器20的重整部20b。但是，由于在時(shí)刻t3，重整部20b的溫度還沒(méi)有充分上升，因此在重整部20b中，既不發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)，也不發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)。如此，局部溫度上升抑制電路IlOa在燃料電池模塊2內(nèi)的溫度處于ATR工序被執(zhí)行的溫度區(qū)域之前，即上升至開(kāi)始POX工序的300°C之前，開(kāi)始向重整器20供水。
[0120]之后，通過(guò)加熱重整器20，當(dāng)重整器20的溫度(以下稱(chēng)為“重整器溫度”)上升至300°C左右時(shí)，在重整器20的重整部20b內(nèi)發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)(POX)(圖7的時(shí)刻t4:開(kāi)始POXl工序)。在該P(yáng)OXl工序中，燃料供給量也被保持于6.0 (L/min)，重整用空氣供給量也被保持于18.0 (L/min)，供水量也被保持于1.0 (cc/min)(參照?qǐng)D12的“P0X1”工序)。由于部分氧化重整反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)，因此重整器20通過(guò)發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)而還被該反應(yīng)熱量加熱(圖7的時(shí)刻t4?t6)。
[0121]另外，雖然除燃料及重整用空氣以外，還向重整器20導(dǎo)入水，但是由于在時(shí)刻t4?t6，重整部20b的溫度較低，因此在重整部20b內(nèi)，不會(huì)整體且連續(xù)地發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)。但是，在重整部20b內(nèi)變?yōu)榘l(fā)生部分氧化重整反應(yīng)時(shí)，則由于該反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)，因此在部分氧化重整反應(yīng)大量發(fā)生的部分中，局部上重整部20b的溫度大幅上升。由于該溫度上升，從而在溫度上升的部分發(fā)生更多的部分氧化重整反應(yīng)，該部分的溫度進(jìn)一步上升。由于發(fā)生上述現(xiàn)象，因而在重整部20b內(nèi)產(chǎn)生局部溫度上升至發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)的溫度即500?600°C的部分。
[0122]由于這種溫度上升局部發(fā)生在重整部20b內(nèi)，因此不會(huì)反映于重整器溫度傳感器148 (圖6)的檢測(cè)溫度。因此，由重整器溫度傳感器148檢測(cè)出的溫度如圖7的時(shí)刻t4?t6所示，以較低的溫度進(jìn)行推移。在重整部20b內(nèi)發(fā)生局部的溫度上升時(shí)，由于除燃料及重整用空氣以外，還向重整部20b導(dǎo)入有水蒸氣，因此在溫度上升至可進(jìn)行水蒸氣重整反應(yīng)的溫度的部分，局部發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)。在此，由于水蒸氣重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)時(shí)，該部分的溫度下降。當(dāng)發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)，重整部20b的溫度下降至不發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)的溫度時(shí),所發(fā)生的水蒸氣重整反應(yīng)結(jié)束。如此,重整部20b內(nèi)的局部溫度上升的部分通過(guò)暫時(shí)發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)而被局部冷卻，使重整部20b內(nèi)的溫度均勻化。另外，假設(shè)即便在重整部20b內(nèi)的較廣的范圍內(nèi)發(fā)生過(guò)度的溫度上升，也由于水一點(diǎn)點(diǎn)(1.0cc/min)被供給，因此不會(huì)急劇地發(fā)生大量的水蒸氣重整反應(yīng)，重整部20b的溫度也不會(huì)急劇地下降。[0123]另外，如上所述，POXl工序中的燃料供給量為6.0 (L/min)，重整用空氣供給量為18.0(L/min)，重整用空氣中的氧O2與燃料中的碳C的比02/C為約0.54(參照?qǐng)D12的“02/C”欄)。在此，比02/C=l是指對(duì)應(yīng)于如下?tīng)顟B(tài)，即燃料中的碳原子C的數(shù)量與重整用空氣中的氧分子O2的數(shù)量相等。因而，理論上在比02/C=0.5的狀態(tài)下，燃料中所有的碳原子C與重整用空氣中所有的氧分子O2進(jìn)行反應(yīng)，由此燃料中所有的碳變?yōu)橐谎趸?，?2/C低于
0.5時(shí)則產(chǎn)生剩余的碳，產(chǎn)生碳析出等的問(wèn)題。但是，實(shí)際上由于重整用空氣中包含的微量的水分等與燃料中的碳進(jìn)行反應(yīng)，因此不會(huì)引起碳析出，有時(shí)可以使比02/c的值下降至約
0.4左右。本實(shí)施方式的POXl工序中的比02/C=0.54這樣的值是如下氧O2與碳C的比率，即使在未向重整部20b內(nèi)供給水蒸氣重整用水蒸氣的狀態(tài)下，也能切實(shí)地避免碳析出，并對(duì)燃料進(jìn)行部分氧化重整。
[0124]在溫度進(jìn)一步上升，重整器溫度達(dá)到350°C時(shí)(P0X2轉(zhuǎn)移條件)，控制部110向燃料流量調(diào)節(jié)單元38發(fā)送信號(hào)，使燃料供給量減少，同時(shí)向重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44發(fā)送信號(hào)，使重整用空氣供給量減少(圖7的時(shí)刻t5:開(kāi)始P0X2工序)。由此，燃料供給量變更為
5.0(L/min)，重整用空氣供給量變更為15.0 (L/min)(參照?qǐng)D12的“P0X2”工序)。在上述供給量的變更后，也保持氧O2與碳C的比02/C=0.54，該供給量是用于發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)的恰當(dāng)?shù)墓┙o量。即，通過(guò)在開(kāi)始發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)的初期的溫度區(qū)域中，使所供給的燃料的比率較多，從而形成切實(shí)地使燃料點(diǎn)燃的狀態(tài)，同時(shí)保持其供給量從而使點(diǎn)燃穩(wěn)定(參照?qǐng)D12的“P0X1”工序)。而且，在穩(wěn)定地點(diǎn)燃且溫度上升后，作為用于生成部分氧化重整反應(yīng)所需的足夠的燃料氣體供給量抑制了燃料的浪費(fèi)(參照?qǐng)D12的“P0X2”工序)。另夕卜，在該P(yáng)0X2工序中，也發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)所引起的重整部20b內(nèi)的局部溫度上升，弓I起與其相伴發(fā)生的水蒸氣重整反應(yīng)所引起的局部冷卻。但是，由于通過(guò)水蒸氣重整反應(yīng)所引起的冷卻，該部分的溫度快速下降，因此水蒸氣重整反應(yīng)立即結(jié)束，從而不會(huì)連續(xù)發(fā)生。
[0125]之后，在圖7的時(shí)刻t6，當(dāng)重整器溫度達(dá)到600°C以上且電堆溫度達(dá)到250°C以上時(shí)(ATR1轉(zhuǎn)移條件)，控制部Il0向供水裝置即水流量調(diào)節(jié)單元28發(fā)送信號(hào)，使供水量增力口(開(kāi)始ATRl工序)。由此，供水量變更為2.0 (cc/min)。如此，通過(guò)局部溫度上升抑制電路而預(yù)先供給的每單位時(shí)間內(nèi)的水量被設(shè)定為比ATRl工序中供給的每單位時(shí)間內(nèi)的水量少。之后，控制部110從供水量增加開(kāi)始延遲規(guī)定時(shí)間向重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44發(fā)送信號(hào)，使重整用空氣供給量減少。由此，重整用空氣供給量變更為7.0 (L/min)(參照?qǐng)D12的“ATR1”工序)。由重整器溫度傳感器148檢測(cè)出的重整器溫度上升至600°C以上，即重整器20的溫度整體上升至600°C左右時(shí)，在重整部20b內(nèi)，整體且連續(xù)地發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)。
[0126]另外，ATRl工序中的重整用空氣中的氧O2與燃料中的碳C的比02/C為約0.25(參照?qǐng)D12的“02/C”欄)。由于在該比02/C=0.25的狀態(tài)下，使用于部分氧化重整用的氧不足，因此如果未發(fā)生水蒸氣重整則在重整部20b內(nèi)發(fā)生碳析出。因而，在ATRl工序中，通過(guò)充分供給水蒸氣重整用水蒸氣，從而并用部分氧化重整和水蒸氣重整而進(jìn)行燃料重整。
[0127]如此，當(dāng)重整部20b內(nèi)的溫度上升，而且，重整器20周?chē)臏囟纫采仙龝r(shí)，即使因重整部20b內(nèi)的水蒸氣重整反應(yīng)而發(fā)生吸熱，重整部20b內(nèi)的溫度也不容易下降，從而連續(xù)地發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)。即，在圖12的“ATR1”工序中，在重整部20b內(nèi)整體進(jìn)行部分氧化重整反應(yīng)及水蒸氣重整反應(yīng)連續(xù)混合發(fā)生的自熱重整(ATR)。另外，在ATRl工序開(kāi)始時(shí)，使供水量增加后，延遲規(guī)定時(shí)間后使重整用空氣供給量減少。由此，因供水量增加而導(dǎo)致水蒸氣重整反應(yīng)所引起的吸熱增加后，延遲規(guī)定時(shí)間后使部分氧化重整反應(yīng)所引起的發(fā)熱減少，避免吸熱的增加和發(fā)熱的減少同時(shí)發(fā)生所引起的急劇的溫度下降。
[0128]另外，在ATRl工序中，在重整部20b內(nèi)整體連續(xù)發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)及水蒸氣重整反應(yīng)時(shí)，部分氧化重整反應(yīng)所引起的發(fā)熱和水蒸氣重整反應(yīng)所引起的吸熱接近均衡，由重整器溫度傳感器148檢測(cè)出的溫度上升與P0X2工序相比變得極為平緩。如此，雖然在POXl、P0X2工序中也處于局部混合有部分氧化重整反應(yīng)和水蒸氣重整反應(yīng)的狀態(tài)，但是POX工序中的水蒸氣重整反應(yīng)屬于局部存在，與整體上混合有部分氧化重整反應(yīng)和水蒸氣重整反應(yīng)的ATR工序本質(zhì)上完全不同。
[0129]而且，在圖7的時(shí)刻t7，當(dāng)重整器溫度達(dá)到600°C以上，且電堆溫度達(dá)到400°C以上時(shí)(ATR2轉(zhuǎn)移溫度)，控制部110向燃料流量調(diào)節(jié)單元38發(fā)送信號(hào)，使燃料氣體供給量減少。而且，控制部110向重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44發(fā)送信號(hào)，使重整用空氣供給量減少，同時(shí)向水流量調(diào)節(jié)單元28發(fā)送信號(hào)，使供水量增加(開(kāi)始ATR2工序)。由此，燃料供給量變更為
4.0(L/min)，重整用空氣供給量變更為5.0 (L/min),供水量變更為3.0 (cc/min)(參照?qǐng)D12的“ATR2”工序)。由此，ATR2工序中的重整用空氣中的氧O2與燃料中的碳C的比O2/C變?yōu)榧s0.23 (參照?qǐng)D12的“02/C”欄)。通過(guò)使重整用空氣供給量減少并使供水量增加，從而在重整器20內(nèi)，發(fā)熱反應(yīng)即部分氧化重整反應(yīng)的比率減少，吸熱反應(yīng)即水蒸氣重整反應(yīng)的比率增加。由此，重整器溫度的上升被抑制，另一方面，通過(guò)利用從重整器20接收的氣體流而使燃料電池電堆14升溫，電堆溫度以追上重整器溫度的方式升溫，因此，兩者的溫度差縮小，兩者穩(wěn)定地進(jìn)行升溫。
[0130]之后，在圖7的時(shí)刻t8，重整器溫度與電堆溫度的溫度差縮小，在重整器溫度達(dá)到650°C以上且電堆溫度達(dá)到600°C以上時(shí)(SRl轉(zhuǎn)移條件)，控制部110向重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44發(fā)送信號(hào)，停止供給重整用空氣。而且，控制部110向燃料流量調(diào)節(jié)單元38發(fā)送信號(hào)，使燃料供給量減少，同時(shí)向水流量調(diào)節(jié)單元28發(fā)送信號(hào)，使供水量增加(開(kāi)始SRl工序)。由此，燃料供給量變更為3.0 (L/min)，供水量變更為8.0 (cc/min)(參照?qǐng)D12的“SR1”工序)。通過(guò)停止供給重整用空氣，在重整器20內(nèi)不再發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)，開(kāi)始僅發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)的SR。
[0131]進(jìn)而，在圖7的時(shí)刻t9，重整器溫度與電堆溫度的溫度差進(jìn)一步縮小，當(dāng)重整器溫度達(dá)到SR2轉(zhuǎn)移重整器溫度即650°C以上，且電堆溫度達(dá)到SR2轉(zhuǎn)移單電池溫度即650°C以上時(shí)(SR2轉(zhuǎn)移條件)，控制部110向燃料流量調(diào)節(jié)單元38發(fā)送信號(hào)，使燃料供給量減少，同時(shí)向水流量調(diào)節(jié)單元28發(fā)送信號(hào)，使供水量也減少。而且，控制部110向發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45發(fā)送信號(hào)，使發(fā)電用空氣的供給量也減少(開(kāi)始SR2工序)。由此，燃料供給量變更為2.3 (L/min)，供水量變更為6.3 (cc/min)，發(fā)電用空氣供給量變更為80.0 (L/min)(參照?qǐng)D12的“SR2”工序)。
[0132]控制部110在SR2工序中，將各供給量保持規(guī)定的發(fā)電轉(zhuǎn)移時(shí)間以上，并且當(dāng)重整器溫度達(dá)到650°C以上，且電堆溫度達(dá)到700°C以上時(shí)(發(fā)電工序轉(zhuǎn)移條件)，從燃料電池模塊2向逆變器54輸出電力，轉(zhuǎn)入發(fā)電工序從而開(kāi)始發(fā)電(圖7的時(shí)刻t1(l:開(kāi)始發(fā)電工序)。其后，控制部110向燃料流量調(diào)節(jié)單元38及水流量調(diào)節(jié)單元28發(fā)送信號(hào)從而變更燃料供給量及供水量，執(zhí)行負(fù)荷跟蹤運(yùn)行，以能夠生成與需求電力相應(yīng)的電力。[0133]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池I，局部溫度上升抑制電路IlOa在POX工序中，當(dāng)重整器20內(nèi)局部發(fā)生過(guò)度的溫度上升時(shí)，則在該部分誘發(fā)局部的水蒸氣重整，通過(guò)水蒸氣重整所引起的吸熱來(lái)抑制局部的溫度上升。由此，重整器20的溫度不均被抑制，可以延長(zhǎng)重整器20的耐用年數(shù)或防止重整器20損傷。
[0134]另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池1，在燃料電池模塊2內(nèi)的重整器20的溫度上升至執(zhí)行ATR工序的600°C之前開(kāi)始供水(圖7的時(shí)刻t3)。因此，在ATR工序中，在重整器20內(nèi)整體且連續(xù)地開(kāi)始發(fā)生水蒸氣重整之前向重整器20供水，如果發(fā)生局部的溫度上升，則在此處發(fā)生局部的水蒸氣重整，可以使該部分的溫度下降。由此，通過(guò)在溫度上升至執(zhí)行ATR工序的溫度區(qū)域(圖9，重整器溫度600°C以上)之前開(kāi)始供水這樣簡(jiǎn)單的控制，可以有效地抑制重整器20的溫度不均。
[0135]而且，在本實(shí)施方式中，局部溫度上升抑制電路IlOa開(kāi)始向重整器20供水的時(shí)期是在溫度上升至執(zhí)行POX工序的溫度區(qū)域(圖9，重整器溫度300°C以上)之前，由此，可以更加切實(shí)地抑制局部過(guò)度的部分氧化重整所引起的重整器20的過(guò)度升溫。此外，在本實(shí)施方式中，由于在使燃料點(diǎn)燃(圖7的時(shí)刻t2)之后開(kāi)始向重整器20供水(圖7的時(shí)刻t3)，因此可以防止導(dǎo)入至重整器20的水長(zhǎng)時(shí)間未被蒸發(fā)而滯留所引起的對(duì)重整器20的不良影響，同時(shí)還可以切實(shí)地抑制重整器20整體的溫度較低狀態(tài)下的局部過(guò)度的部分氧化重整。
[0136]另外，在本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池I中，由于從燃料流量調(diào)節(jié)單元38及重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44供給的燃料及重整用空氣介由蒸發(fā)部20a而經(jīng)過(guò)重整部流入口流入鄰接的重整部20b，因此在從蒸發(fā)部20a朝向重整部20b的流入口附近存在如下傾向，由于局部過(guò)度的部分氧化重整而容易發(fā)生急劇的溫度上升。根據(jù)本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池1，在重整部流入口附近發(fā)生局部的溫度上升時(shí)，可以從蒸發(fā)部20a向該部分快速地供給水蒸氣。而且，由于在重整部上游側(cè)的流入口附近發(fā)生局部的溫度上升時(shí)，與重整部20b鄰接設(shè)置的蒸發(fā)部20a的溫度也上升，因此促進(jìn)所供給的水蒸發(fā)，可以相對(duì)于局部的溫度上升供給更多的水蒸氣。
[0137]另外，在本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池I中，由于通過(guò)水流量調(diào)節(jié)單元28間歇地向重整器20供水，因此可以防止一次性大量供水而在短期內(nèi)發(fā)生大量的水蒸氣重整所引起的重整器20的急劇的溫度下降。而且，由于通過(guò)局部溫度上升抑制電路IlOa而供給的水量(圖9，1.0cc/min)比ATRl工序及ATR2工序中的水量(圖9，分別為2.0cc/min、
3.0cc/min)少，因此可以防止在POX工序中為了抑制局部過(guò)度的溫度上升而發(fā)生大量的水蒸氣重整從而重整器整體的升溫變慢。
[0138]而且，在本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池I中，在POX工序中也發(fā)生局部的水蒸氣重整，從上述POX工序轉(zhuǎn)入ATR工序時(shí)(圖7的時(shí)刻t6)，在使供水量增加而使水蒸氣重整增加的同時(shí)，使重整用空氣供給量減少而使部分氧化重整減少時(shí)，重整器20的溫度有可能會(huì)急劇下降。根據(jù)本實(shí)施方式，由于重整用空氣供給量延遲減少，因此水蒸氣重整增加后也殘存有部分氧化重整，可以防止重整器20發(fā)生急劇的溫度下降。
[0139]另外，在本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池I中，控制部110在POX工序中將重整用氧化劑氣體中的氧O2與燃料中的碳C的比02/C設(shè)定為0.4以上的0.54，在重整器20內(nèi)實(shí)現(xiàn)僅由部分氧化重整反應(yīng)進(jìn)行的燃料重整。另外，在ATR工序中，將比02/C設(shè)定為0.2以上，小于0.4的0.25 (ATR1工序)或0.23 (ATR2工序)。局部溫度上升抑制電路IlOa在比02/C為0.4以上的狀態(tài)下，向蒸發(fā)部20a供水。如此，在本實(shí)施方式中，在氧O2與碳C的比02/C處于僅能夠由部分氧化重整反應(yīng)進(jìn)行燃料重整的比率的狀態(tài)下，局部溫度上升抑制電路IlOa向蒸發(fā)部20a供水。因此，在重整器20內(nèi)容易發(fā)生局部過(guò)度的溫度上升的狀態(tài)下，可以在發(fā)生過(guò)度的溫度上升時(shí)切實(shí)地發(fā)生水蒸氣重整，可以抑制對(duì)重整器20內(nèi)的催化劑的不良影響。
[0140]而且，根據(jù)本實(shí)施方式的固體氧化物型燃料電池1，由于在容易發(fā)生溫度上升POXl工序、P0X2工序的整個(gè)期間(圖7的時(shí)刻t4?t6)內(nèi)進(jìn)行供水，因此可以切實(shí)地防止過(guò)度的溫度上升所引起的重整器20的劣化。
[0141]以上，說(shuō)明了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，但是可以對(duì)上述的實(shí)施方式施加各種變更。尤其在上述的實(shí)施方式中，雖然在燃燒室的點(diǎn)燃后，在經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)開(kāi)始基于局部溫度上升抑制電路IlOa的供水，但是供水也可以在點(diǎn)燃前后或者POX工序中開(kāi)始。
【權(quán)利要求】
1.一種固體氧化物型燃料電池，是通過(guò)使燃料和發(fā)電用氧化劑氣體反應(yīng)而生成電力的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，具有: 燃料電池模塊，具備燃料電池電堆； 重整器，配置在該燃料電池模塊內(nèi)，利用POX工序、ATR工序及SR工序而生成氫，其中，該P(yáng)OX工序是通過(guò)使上述燃料和氧化劑氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行對(duì)燃料進(jìn)行部分氧化重整的重整反應(yīng)，該ATR工序是通過(guò)同時(shí)發(fā)生上述部分氧化重整及使燃料和水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的水蒸氣重整而進(jìn)行對(duì)燃料進(jìn)行自熱重整的重整反應(yīng)，該SR工序是進(jìn)行僅發(fā)生上述水蒸氣重整的重整反應(yīng)； 燃燒室，配置在上述燃料電池模塊內(nèi)，使經(jīng)過(guò)上述重整器及上述燃料電池電堆的燃料燃燒，加熱上述重整器； 燃料供給裝置，通過(guò)向上述重整器供給燃料，從而將在上述重整器中重整的燃料送入上述燃料電池電堆； 重整用氧化劑氣體供給裝置，向上述重整器供給重整用氧化劑氣體； 供水裝置，向上述重整器供給重整用水； 發(fā)電用氧化劑氣體供給裝置，向上述燃料電池電堆供給發(fā)電用氧化劑氣體； 及控制裝置，根據(jù)上述燃料電池模塊內(nèi)的溫度，控制上述燃料供給裝置、上述重整用氧化劑氣體供給裝置、上述供水裝置及上述發(fā)電用氧化劑氣體供給裝置，隨著上述燃料電池模塊內(nèi)的溫度上升，在預(yù)先決定的溫度區(qū)域內(nèi)，在上述重整器內(nèi)依次執(zhí)行上述POX工序、上述ATR工序、上述SR工序，使上述燃料電池電堆升溫至可發(fā)電的溫度， 上述控制裝置具備局部溫度上升抑制電路，在上述POX工序中，當(dāng)上述重整器內(nèi)局部發(fā)生過(guò)度的溫度上升時(shí)，通過(guò)在該部分誘發(fā)水蒸氣重整，從而抑制上述重整器的局部溫度上升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，上述重整器具備:蒸發(fā)部，使由上述供水裝置供給的水蒸發(fā)，同時(shí)由上述重整用氧化劑氣體供給裝置供給重整用氧化劑氣體；及重整部，與該蒸發(fā)部的下游側(cè)鄰接設(shè)置，通過(guò)催化劑對(duì)燃料進(jìn)行重整，從上述燃料供給裝置及上述重整用氧化劑氣體供給裝置供給的燃料及重整用氧化劑氣體經(jīng)由上述蒸發(fā)部而流入上述重整部的上游側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，上述控制裝置控制上述燃料供給裝置及上述重整用氧化劑氣體供給裝置，在上述POX工序中，使重整用氧化劑氣體中的氧O2與燃料中的碳C的比02/C為0.4以上，以在上述重整器內(nèi)實(shí)現(xiàn)僅由部分氧化重整反應(yīng)進(jìn)行的燃料重整，在上述ATR工序中，使上述比02/C為0.2以上且小于0.4，上述局部溫度上升抑制電路在上述比02/C為0.4以上的狀態(tài)下，通過(guò)上述供水裝置向上述蒸發(fā)部供水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，上述局部溫度上升抑制電路在上述POX工序的整個(gè)期間內(nèi)，通過(guò)上述供水裝置向上述蒸發(fā)部供水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，上述局部溫度上升抑制電路在上述燃料電池模塊內(nèi)的溫度上升至執(zhí)行上述POX工序的溫度區(qū)域之前，開(kāi)始向上述重整器供水。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，上述局部溫度上升抑制電路在使導(dǎo)入至上述燃燒室內(nèi)的燃料點(diǎn)燃后，開(kāi)始向上述重整器供水。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體氧化物型燃料電池，其特征在于，上述局部溫度上升抑制電路控制上述供水裝置，向上述重整器連續(xù)或間歇地供水，通過(guò)上述局部溫度上升抑制電路在每單位時(shí)間內(nèi)供給的水量 比上述ATR工序中每單位時(shí)間內(nèi)供給的水量少。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK103782435SQ201280043218
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月7日
【發(fā)明者】大塚俊治, 土屋勝久, 松尾卓哉, 赤木陽(yáng)祐 申請(qǐng)人:Toto株式會(huì)社