固体氧化物型燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种固体氧化物型燃料电池系统，可以执行关机停止，且还能避免空气极还原。本发明专利技术是一种固体氧化物型燃料电池系统(1)，其特征在于，具有燃料电池模块(2)、燃料供给装置(38)、供水装置(28)、空气供给装置(45)、重整器(20)以及对燃料供给装置、供水装置、空气供给装置及从燃料电池模块导出电力进行控制的控制器(110)，控制器具备关机停止电路(110a)，其在燃料电池电堆呈氧化抑制温度以上的状态下执行关机停止，关机停止后，在燃料极侧的压力与空气极侧的压力相比足够高，而不会发生空气向燃料极侧逆流的期间内，执行温度下降控制，排出残留在空气极侧的高温空气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体氧化物型燃料电池系统
本专利技术涉及一种固体氧化物型燃料电池系统，尤其涉及通过使对燃料进行水蒸气重整而生成的氢和氧化剂气体进行反应来发电的固体氧化物型燃料电池系统。
技术介绍
固体氧化物型燃料电池(SolidOxideFuelCell：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。在日本国特开2012-3850号公报(专利文献1)中记载有一种固体电解质型燃料电池。在该燃料电池中，使以高温进行动作的燃料电池停止时，继续供给少量的燃料及燃料重整用水，并向燃料电池电堆的空气极侧供给空气，利用该空气的冷却效果使燃料电池模块内的温度下降。即，在该燃料电池中，首先在停止工序中，在停止从燃料电池模块导出电力后也继续供给燃料，并通过大量输送冷却用空气来冷却燃料电池电堆。接下来，在使电堆温度下降至小于燃料电池单电池的氧化温度时使燃料供给停止，之后，在温度充分下降之前仅继续供给冷却用空气，使燃料电池安全地停止。另外，还已知有一种在停止工序中，使电力导出以及燃料、燃料重整用水及发电用空气(输送至空气极侧的空气)的供给在短时间内完全停止的进行所谓关机停止的燃料电池。在日本国特开2010-27579号公报(专利文献2)中记载有一种燃料电池系统。在该燃料电池系统中，在紧急停止时使向重整器供给燃料的输出泵、供给水蒸气重整用水的重整水泵、及向电堆的空气极侧输送空气的空气鼓风机停止。其后，通过紧急停止时工作控制使输出泵及重整水泵再次工作时，即使在截断从燃料供给源供给燃料气体的状态下，也向重整器输送吸附器所吸附的燃料气体，通过从重整水泵供给的水，进行水蒸气重整。由此，在截断燃料气体的供给后，也在规定期间内向电堆的燃料极供给重整燃料，防止因空气逆流而引起的燃料极氧化。而且，在日本国特开2012-138186号公报(专利文献3)中记载有一种高温工作型燃料电池系统。在该高温工作型燃料电池系统中，在紧急停止时使供给燃料气体的原燃料泵停止，另一方面，使向重整器供水的重整水泵工作。重整水泵工作时，所供给的水通过在重整器内蒸发而发生体积膨胀。因此，即使在截断从燃料供给源供给原燃料气体的状态下，残存在比重整器更靠下游侧的燃料气体供给管线中的燃料气体由于体积膨胀的水蒸气的压力而被压向燃料电池(电堆)侧。由此，防止因空气逆流而引起的燃料极氧化。专利文献1：日本国特开2012-3850号公报专利文献2：日本国特开2010-27579号公报专利文献3：日本国特开2012-138186号公报在日本国特开2012-3850号公报(专利文献1)记载的燃料电池中，由于在停止工序中也在燃料电池电堆下降至规定温度之前供给燃料，因此存在未贡献于发电的燃料浪费的问题。另外，在电堆温度充分下降之前停止燃料供给，并供给冷却用空气时，供给至燃料电池单电池的空气极侧的冷却用空气向燃料极侧逆流，逆流的空气使燃料电池单电池的燃料极氧化，会使单电池受损。因此，需要在燃料电池单电池的温度下降至小于氧化温度之前持续供给燃料，防止向燃料电池单电池的空气极侧供给的冷却用空气逆流。另外，虽然工作中的燃料电池电堆的温度在停止工序中下降至小于氧化温度之前的时间还依赖于燃料电池模块的绝热性能等，但是通常达到1小时乃至几小时，在此期间需要持续供给未贡献于发电的燃料。另一方面，由于在关机停止中，燃料及燃料重整用水的供给在短时间内被完全停止，因此可以抑制燃料浪费。另外，由于在关机停止中，在燃料电池电堆高温的状态下使燃料供给停止，因此在燃料供给停止的同时，使向燃料电池电堆的空气极侧输送的冷却用空气的供给也停止，避免空气向燃料极侧逆流以及燃料极氧化。但是，本申请专利技术人发现了如下新的技术课题，在进行关机停止时，即使在燃料供给停止时使向燃料电池电堆的空气极侧输送的空气停止，燃料电池单电池的燃料极也发生氧化从而使单电池劣化，这导致单电池受损。另一方面，在日本国特开2010-27579号公报(专利文献2)记载的燃料电池系统中，在截断来自燃料供给源的供给后也使输出泵工作，由此在一定期间内向电堆输送吸附器所吸附的燃料气体，可以防止燃料极氧化。但是，在该燃料电池系统中，为了预先贮藏燃料，需要预先特别设置吸附器。另外，通常由于燃料电池的热容量极大，因此在下降至可避免燃料极氧化的温度之前需要较长时间，很难预先在吸附器中吸附在该较长时间内持续供给的大量燃料。因此，在日本国特开2010-27579号公报记载的燃料电池系统中，无法充分抑制燃料极氧化。而且，在日本国特开2012-138186号公报(专利文献3)记载的高温工作型燃料电池系统中，在原燃料泵刚刚停止之后使重整水泵工作，利用在重整器内蒸发的水的体积膨胀，将残留的燃料压向电堆侧。因此，在该高温工作型燃料电池系统中，不需要用于预选吸附燃料的吸附器。但是，在该高温工作型燃料电池系统中，通过蒸发的水蒸气的压力，积极地推压残留的燃料，使从电堆流出的燃料燃烧。因而，在下降至不发生电堆氧化的温度之前持续供给残留的燃料是极为困难的，无法防止燃料极氧化。因而，本专利技术的目的在于提供一种固体氧化物型燃料电池系统，可以充分抑制燃料电池单电池氧化，并执行关机停止。
技术实现思路
为了解决上述课题，本专利技术是一种通过使燃料和氧化剂气体进行反应而生成电力的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备燃料电池电堆；燃料供给装置，向该燃料电池模块供给燃料；供水装置，向燃料电池模块供给水蒸气重整用水；氧化剂气体供给装置，向燃料电池电堆的氧化剂气体极侧供给氧化剂气体；重整器，配置在燃料电池模块内，使用从供水装置供给的水，对从燃料供给装置供给的燃料进行水蒸气重整，向燃料电池电堆的燃料极侧供给重整后的燃料；及控制器，对燃料供给装置、供水装置及氧化剂气体供给装置进行控制，同时对从燃料电池模块导出电力进行控制，控制器具备关机停止电路，该关机停止电路在燃料电池电堆呈氧化温度以上的状态下，执行使燃料供给及发电停止的关机停止，关机停止电路在即将关机停止之前，执行使燃料电池电堆的燃料极侧及氧化剂气体极侧的温度下降的停止前处理，以使所述燃料极侧的温度与所述氧化剂气体极侧的温度互相接近。在如此构成的本专利技术中，燃料及水通过燃料供给装置及供水装置而被分别供给至配置在燃料电池模块内的重整器，重整器对燃料进行水蒸气重整。重整后的燃料被供给至构成燃料电池电堆的各燃料电池单电池单元的燃料极侧。另一方面，氧化剂气体通过氧化剂气体供给装置而被供给至燃料电池电堆的氧化剂气体极侧。控制器具备关机停止电路，对燃料供给装置、供水装置、氧化剂气体供给装置及从燃料电池模块导出电力进行控制。另外，关机停止电路在即将关机停止之前，执行使燃料电池电堆的燃料极侧及氧化剂气体极侧的温度下降的停止前处理。在现有的固体氧化物型燃料电池系统中，进行关机停止时，使燃料供给、燃料重整用水的供给、从燃料电池模块导出电力以及氧化剂气体供给全部同时停止。在现有技术中，在停止燃料及电力导出的同时还停止氧化剂气体供给是因为在电力导出刚刚停止之后的燃料电池电堆温度比氧化温度高的状态下，使燃料停止而仅供给氧化剂气体时，氧化剂气体向燃料电池单电池单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物型燃料电池系统，是通过使燃料和氧化剂气体进行反应而生成电力的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备燃料电池电堆；燃料供给装置，向该燃料电池模块供给燃料；供水装置，向所述燃料电池模块供给水蒸气重整用水；氧化剂气体供给装置，向所述燃料电池电堆的氧化剂气体极侧供给氧化剂气体；重整器，配置在所述燃料电池模块内，使用从所述供水装置供给的水，对从所述燃料供给装置供给的燃料进行水蒸气重整，向所述燃料电池电堆的燃料极侧供给重整后的燃料；及控制器，以对所述燃料供给装置、所述供水装置及所述氧化剂气体供给装置进行控制，同时对从所述燃料电池模块导出电力进行控制的方式进行编程，所述控制器具备关机停止电路，该关机停止电路在所述燃料电池电堆呈氧化温度以上的状态下，执行使燃料供给及发电停止的关机停止，所述关机停止电路在即将进行所述关机停止之前，执行使所述燃料电池电堆的燃料极侧及氧化剂气体极侧的温度下降的停止前处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.09 JP 2012-088079;2013.01.15 JP 2013-004931.一种固体氧化物型燃料电池系统，是通过使燃料和氧化剂气体进行反应而生成电力的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备燃料电池电堆；燃料供给装置，向该燃料电池模块供给燃料；供水装置，向所述燃料电池模块供给水蒸气重整用水；氧化剂气体供给装置，向所述燃料电池电堆的氧化剂气体极侧供给氧化剂气体；重整器，配置在所述燃料电池模块内，使用从所述供水装置供给的水，对从所述燃料供给装置供给的燃料进行水蒸气重整，向所述燃料电池电堆的燃料极侧供给重整后的燃料；及控制器，以对所述燃料供给装置、所述供水装置及所述氧化剂气体供给装置进行控制，同时对从所述燃料电池模块导出电力进行控制的方式进行编程，所述控制器具备关机停止电路，该关机停止电路在所述燃料电池电堆呈氧化温度以上的状态下，执行使燃料供给及发电停止的关机停止，所述关机停止电路在即将进行所述关机停止之前，执行使所述燃料电池电堆的燃料极侧及氧化剂气体极侧的温度下降的停止前处理，以使所述燃料极侧的温度与所述氧化剂气体极侧的温度互相接近。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，所述关机停止电路在所述停止前处理中，使来自所述燃料电池模块的电力导出量下降。3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，所述关机停止电路在所述停止前处理中，将下降后的一定的电力导出量保持规定期间后，执行所述关机停止。4.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，所述关机停止电路在所述停止前处理中，向所述燃料电池电堆供给比对应于所导出的电力的量多的氧化剂气体。5.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，所述关机停止电路构成为，在进行所述关机停止后，通过向所述重整器供水而使水蒸发，执行抑制所述燃料电池电堆的燃料极侧的压力下降的压力保持控制，所述关机停止电路在所述停止前处理中，执行供水确保工序，确保执行所述压力保持控制所需量的水。6.根据权利要求5所述的固体氧化物型燃料电池系统，其特征在于，作为所述压力保持控制所使用的水，利用通过使来自所述燃料电池模块的排气冷却而生成的结露水...

【专利技术属性】
技术研发人员：松尾卓哉，大塚俊治，土屋胜久，赤木阳祐，岛津惠美，小林千寻，盐野光伸，表敷浩二，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP