固体氧化物型燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种固体氧化物型燃料电池，可保持热量自足而稳定地进行运行，并使综合能效提高。为了解决上述课题，本发明专利技术是一种固体氧化物型燃料电池(1)，其特征在于，具有：燃料电池模块(2)；燃料供给部件(38)；燃烧部(18)，使剩余燃料燃烧而进行加热；蓄热材料(7)；需求电力检测部件(126)；温度检测部件(142)；及控制部件(110)，控制燃料供给部件，在发电电力较大时使燃料利用率变高，在较小时变低，同时使输出电力延迟于燃料供给量变化，控制部件具备蓄热量估计部件(110b)，其根据检测温度来估计蓄热量，当估计出在蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种固体氧化物型燃料电池，尤其涉及生成响应于需求电力的可变发电电力的固体氧化物型燃料电池。
技术介绍
固体氧化物型燃料电池(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2010-92836号公报(专利文献I)中记载有燃料电池装置。该燃料电池装置是根据需求电力使发电电力发生变化的类型的固体氧化物型燃料电池，公开有在发电电力较少的低负荷区域中，与发电电力较大的高负荷区域相比，进行使燃料利用率降低的运行。即在专利文献I中，在发电电力较少的状态下，使所供给的燃料中的使用于发电的比率降低，但是另一方面，通过构成为未使用于发电而使用于加热燃料电池模块的燃料几乎没有降低，将较多比率的燃料使用于加热燃料电池模块，可使燃料电池模块热量自足，从而保持于可发电的温度。具体为，在发电电力较少的区域中，由于伴随发电的燃料电池单电池单元所产生的发电热量减少，因此燃料电池模块内的温度处于容易降低的倾向，因此，即使在发电电力较少的区域，也由于保持一定的燃料利用率时引起燃料电池模块内的温度降低，保持可发电的温度变得困难，因此即使牺牲燃料利用率，也使燃料电池模块的加热用燃料增多而实现热量自足。在日本国特开2010-92836号公报记载的燃料电池装置中，为了解决该问题，构成为在发电电力较少的低负荷区域中使燃料利用率降低，防止燃料电池模块过度的温度降低，并稳定地保持一定的高温状态。另一方面，在日本国特开2010-205670号公报(专利文献2)中记载有燃料电池系统及燃料电池的运行方法。在该燃料电池系统中，取得燃料电池电负荷的积分值，根据所取得的积分值控制燃料利用率。燃料利用率的控制根据燃料电池电负荷的积分值来估计燃料电池的温度，根据估计结果控制燃料利用率。因此，可不使用温度传感器地实现燃料电池的热量自足运行。而且，控制部件在电负荷的积分值为规定值以上时，将燃料利用率修正为燃料电池可进行热量自足运行的基准值以上的值。此时，由于燃料电池的温度上升，因此燃料电池具有余热，即使将燃料利用率修正为可进行热量自足运行的基准值以上的值，也能保持热量自足运行。由此，使燃料电池系统的系统效率提高。专利文献1:日本国特开2010-92836号专利文献2:日本国特开2010-205670号但是，如前面所记载，如日本国特开2010-92836号所记载的燃料电池那样，由于使燃料利用率降低即使可实现热量自足，也使对发电没有贡献的燃料增加，因此进行使燃料利用率降低的运行时，存在如下问题，导致固体氧化物型燃料电池的综合能效降低。如此，由于使燃料利用率降低后的状态的运行越长则综合能效越低，因此还导致损害通常能效比高分子膜型燃料电池(PEFC)高的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的优异性。尤其在设想将固体氧化物型燃料电池使用于家庭时，在家人睡觉时的深夜等I天中的规定时间，一定会发生在发电电力较少的状态下使用燃料电池的情况，由于这使固体氧化物型燃料电池的综合能效显著地降低，因此即使在这种发电电力较少的状态下，对于固体氧化物型燃料电池也希望可以实现燃料利用率高的高效率运行的优良技术。另一方面，在日本国特开2010-205670号所记载的燃料电池中，根据燃料电池电负荷的积分值控制燃料利用率，可省略温度传感器。而且，在电负荷的积分值为规定值以上时，提高燃料利用率。因此，由于在积分值为规定值以上的状态下减少燃料供给量，因此可使系统效率提闻。但是在日本国特开2010-205670号的燃料电池中，由于未使用温度传感器，而是根据电负荷的积分值控制燃料利用率，因此存在无法使系统效率充分提高的问题。尤其在使燃料供给量增加后，使电负荷(发电电力等)延迟增大的燃料电池系统中，无法使效率充分提高。即，由于在使电负荷(发电电力等)相对于燃料供给量延迟增加的系统中，在燃料供给量的积分值和电负荷的积分值之间产生较大的偏差，因此很难准确地掌握燃料电池系统的余热，很难期待效率的充分的改善效果。而且，在需用电力急剧减少时，为了防止电流逆流而需要使发电电流迅速降低，此时由于物理响应性的差而必然从发电电流的减少开始延迟使燃料供给量降低，因此燃料供给量和电负荷积分之间产生较大的偏差。具体为，在日本国特开2010-205670号公报记载的专利技术中，根据发电量估计由燃料电池单电池发电时产生的发电热量(焦耳热)，由此估计余热。对此，由于通过燃料电池装置的发电延迟而产生的热量是通过使未使用于发电而残留的剩余燃料燃烧而产生的燃烧热量，因此无法使用日本国特开2010-205670号公报所公开的技术来估计起动工序中所蓄积的热量。而且，根据并不准确地掌握的燃料电池系统的余热使燃料利用率提高时，有可能会引起燃料电池电堆急剧的温度降低，从而损伤单电池。而且，为了减少燃料供给量的积分值和电负荷积分值之间的偏差，而减少使电负荷增加时的延迟时，会在使燃料充分遍布于各燃料电池单电池之前，从燃料电池单电池引出电流，有可能会在单电池中发生燃料枯竭。而且，相反在相对于燃料电池电堆的温度上升，所利用的余热较少时，存在燃料电池电堆的温度过度上升的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实用上极为有用的固体氧化物型燃料电池，可保持热量自足而稳定地进行运行，并使综合能效提高。本专利技术的又一个目的在于提供一种固体氧化物型燃料电池，可切实地保持热量自足，并充分活用所蓄积的热量，同时还避免过度的温度上升。为了解决上述课题，本专利技术是一种生成响应于需求电力的可变发电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，通过所供给的燃料进行发电；燃料供给部件，向该燃料电池模块供给燃料；发电用氧化剂气体供给部件，向燃料电池模块供给发电用氧化剂气体；燃烧部，使由燃料供给部件供给的未利用于发电而残留的剩余燃料燃烧，对燃料电池模块内进行加热；蓄热材料，蓄积燃料电池模块中产生的热量；需求电力检测部件,检测需求电力；温度检测部件,检测燃料电池模块的温度；及控制部件,根据由该需求电力检测部件检测出的需求电力，控制燃料供给部件，在发电电力较大时使燃料利用率变高，在发电电力较小时使燃料利用率变低，同时在根据需求电力的变化使燃料供给量变化后，使从燃料电池模块实际输出的电力延迟变化，控制部件具备蓄热量估计部件，其根据由温度检测部件检测出的检测温度，估计蓄积在蓄热材料中的蓄热量，当通过该蓄热量估计部件估计出在蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，与未蓄积可利用的热量时相比，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。在如此构成的本专利技术中，燃料供给部件及发电用氧化剂气体供给部件分别向燃料电池模块供给燃料及发电用氧化剂气体。燃料电池模块通过所供给的燃料及发电用氧化剂气体进行发电，同时未利用于发电而残留的剩余燃料在燃烧部燃烧，所产生的热量被蓄积在蓄热材料中。控制部件根据由需求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.29 JP 2010-218367;2011.03.31 JP 2011-077951.一种固体氧化物型燃料电池，是生成响应于需求电力的可变发电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，通过所供给的燃料进行发电； 燃料供给部件，向该燃料电池模块供给燃料； 发电用氧化剂气体供给部件，向上述燃料电池模块供给发电用氧化剂气体； 燃烧部，使由上述燃料供给部件供给的未利用于发电而残留的剩余燃料燃烧，对上述燃料电池模块内进行加热； 蓄热材料，蓄积上述燃料电池模块中产生的热量； 需求电力检测部件，检测需求电力； 温度检测部件，检测上述燃料电池模块的温度； 及控制部件，根据由该需求电力检测部件检测出的需求电力，控制上述燃料供给部件，在发电电力较大时使燃料利用率变高，在发电电力较小时使燃料利用率变低，同时在根据需求电力的变化使燃料供给量变化后，使从上述燃料电池模块实际输出的电力延迟变化， 上述控制部件具备蓄热量估计部件，其根据由上述温度检测部件检测出的检测温度，估计蓄积在上述蓄热材料中的蓄热量，当通过该蓄热量估计部件估计出在上述蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，与未蓄积可利用的热量时相比，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述蓄热量估计部件根据上述检测温度的履历，估计蓄积在上述蓄热材料中的蓄热量。3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，由上述蓄热量估计部件估计的蓄热量越大，则上述控制部件越大幅度地提高燃料利用率。4.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述控制部件除由上述蓄热量估计部件估计的蓄热量、需求电力以外，根据规定的条件确定燃料利用率。5.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述控制部件在由上述蓄热量估计部件估计的估计蓄热量较大的区域中，与估计蓄热量较小的区域相比，相对于估计蓄热量的变化大幅度地使燃料利用率变化。6.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述蓄热量估计部件除上述检测温度的履历以外，加进最近的检测温度的变化来估计蓄热量，上述控制部件在最近的检测温度的变化较大时，与变化较少时相比，大幅度地变更燃料利用率。7.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述控制部件在发电电力较小的区域中，与发电电力较大的区域相比，可在较大范围内变更燃料利用率。8.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述控制部件在上述燃料电池模块已劣...

【专利技术属性】
技术研发人员：大塚俊治，土屋胜久，重住司，大江俊春，中野清隆，松尾卓哉，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：
国别省市：