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，通过抑制热失控，可以延长重整器的耐用年数。本发明专利技术是一种固体氧化物型燃料电池，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备多个燃料电池单电池单元；重整部，配置在多个燃料电池单电池单元的上方，通过部分氧化重整反应以及水蒸气重整反应来生成氢；蒸发室，与重整部邻接配置；燃烧室，加热蒸发室；燃料供给部件；重整用氧化剂气体供给部件；供水部件；发电用氧化剂气体供给部件；及控制部件，在燃料电池模块的起动工序中，使燃料电池单电池单元升温至可进行发电的温度，控制部件在起动工序的整个期间内，控制重整用氧化剂气体供给部件及供水部件，避免在重整部内单独发生部分氧化重整反应。

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物型燃料电池
本专利技术涉及一种固体氧化物型燃料电池，尤其涉及通过使燃料和发电用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。
技术介绍
在日本国特开2004-319420号公报(专利文献1)中记载有燃料电池及其运行方法。该文献中所记载的燃料电池构成为，在起动工序中，经过在重整器内对燃料进行重整的多个工序，即部分氧化重整反应工序(POX工序)、自热重整反应工序(ATR工序)、水蒸气重整反应工序(SR工序)，而转入发电工序。在此，在专利文献1所记载的燃料电池中，在燃料电池模块内配置有重整器，该重整器通过使供给至各燃料电池单电池且在各燃料电池单电池中未利用于发电而残留的燃料气体(残余气体)在各燃料电池单电池的上端部燃烧而被加热。另外，在本说明书中，将上述利用残余气体的燃烧热量而将重整器加热至可进行重整的温度的类型的燃料电池称为“残余气体燃烧电池燃烧器方式”的燃料电池。在上述残余气体燃烧电池燃烧器方式的燃料电池中，在起动时，通过使残余气体(由于在起动时未进行发电，因此所供给的全部燃料成为残余气体)燃烧来加热常温的重整器。当重整器内的催化剂的温度通过该加热而上升至300℃左右时，在重整器内则会发生燃料和重整用空气进行反应的部分氧化重整反应(POX工序)。由于部分氧化重整反应是发热反应，因此在重整器内发生部分氧化重整反应时，通过该反应热量及残余气体的燃烧热量，重整器则会被强力加热。当重整器的温度通过该加热而进一步上升时，则会向重整器内供给重整用的水蒸气，在重整器内则会发生燃料和水蒸气进行反应的水蒸气重整反应。虽然该水蒸气重整反应是能够比部分氧化重整反应更高效地生成氢的反应，但是如果重整器内的催化剂的温度未上升至600℃左右则不会发生。另外，由于水蒸气重整反应是吸热反应，因此如果不是重整器及燃料电池模块内的温度充分上升的状态，则催化剂的温度急剧下降，无法进行稳定的水蒸气重整。于是，在残余气体燃烧电池燃烧器方式的燃料电池中，进行POX工序后，向重整器供给重整用空气及水蒸气，在重整器内使部分氧化重整反应及水蒸气重整反应同时发生(ATR工序)。在该ATR工序中，在部分氧化重整反应的发热、水蒸气重整反应的吸热以及残余气体的燃烧热量保持适度的平衡的同时，重整器及燃料电池模块内的温度上升。当重整器及燃料电池模块内的温度通过ATR工序而充分上升后，停止供给重整用空气，在重整器内仅发生水蒸气重整反应(SR工序)。此后，通过SR工序使各燃料电池单电池的温度上升至可进行发电的温度后，燃料电池转入发电工序，在发电工序中，只通过水蒸气重整反应来生成氢。如此，在不具有针对重整器的专用加热部件的残余气体燃烧电池燃烧器方式的燃料电池中，在起动工序的初期，通过利用在较低温度下发生的部分氧化重整反应的POX工序而从常温急速地加热重整器，之后执行利用水蒸气重整反应的重整(ATR工序、SR工序)。专利文献1：日本国特开2004-319420号公报但是，由于POX工序中的部分氧化重整反应产生大量的热量，因此在重整器内发生部分氧化重整反应时，其周围的催化剂的温度也急剧上升。如此，催化剂的温度上升时，则在该部分进一步促进部分氧化重整反应，温度高的部分被进一步加热。因此，在POX工序中，存在如下问题，重整器内容易陷入热失控状态。发生上述热失控时，在重整器整体的温度充分上升之前，重整器的温度变为局部过度上升。上述状态长期持续时，则存在如下问题，重整器的温度局部过度上升，因重整用催化剂的劣化而导致重整器的耐用年数变短，或者重整器有时会发生损伤。
技术实现思路
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，通过抑制热失控并使重整器内的温度迅速地上升，可以延长重整器的耐用年数，或防止重整器损伤。为了解决上述课题，本专利技术是一种固体氧化物型燃料电池，是残余气体燃烧电池燃烧器方式的固体氧化物型燃料电池，供给至燃料电池单电池的燃料从一端流出，通过使流出的残余气体燃烧来加热重整部，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备在使燃料流过的内部通路上形成有燃料极的多个燃料电池单电池单元；重整部，配置在该燃料电池模块内的多个燃料电池单电池单元的上方，通过使燃料和重整用氧化剂气体进行化学反应而引起的部分氧化重整反应以及使燃料和重整用水蒸气进行化学反应而引起的水蒸气重整反应来生成氢；蒸发室，在多个燃料电池单电池单元的上方，与重整部邻接配置，使所被供给的水蒸发；燃烧室，配置在燃料电池模块内，使流过内部通路的燃料在各燃料电池单电池单元的上端燃烧，加热上方的重整部及蒸发室；燃料供给部件，通过向重整部供给燃料，从而将在重整部中重整的燃料送入各燃料电池单电池单元；重整用氧化剂气体供给部件，向重整部供给重整用氧化剂气体；供水部件，向蒸发室供给重整用水；发电用氧化剂气体供给部件，向多个燃料电池单电池单元的氧化剂气体极供给发电用氧化剂气体；及控制部件，在燃料电池模块的起动工序中，控制燃料供给部件、重整用氧化剂气体供给部件及供水部件，在重整部内发生部分氧化重整反应及水蒸气重整反应，使多个燃料电池单电池单元升温至可进行发电的温度，控制部件在起动工序的整个期间内，控制重整用氧化剂气体供给部件及供水部件，避免在重整部内单独发生部分氧化重整反应。在如此构成的本专利技术中，燃料供给部件及重整用氧化剂气体供给部件向重整部供给燃料及重整用氧化剂气体。另外，供水部件向与重整部邻接配置的蒸发室供给重整用水。在重整部重整后的燃料被供给至燃料电池模块所具备的多个燃料电池单电池单元。流过多个燃料电池单电池单元的形成有燃料极的内部通路的燃料在各燃料电池单电池单元的上端燃烧，加热上方的重整部及蒸发室。控制部件在燃料电池模块的起动工序中，控制燃料供给部件、重整用氧化剂气体供给部件及供水部件，在重整部内发生部分氧化重整反应及水蒸气重整反应，使多个燃料电池单电池单元升温至可进行发电的温度。另外，控制部件在起动工序的整个期间内，控制重整用氧化剂气体供给部件及供水部件，避免在重整部内单独发生部分氧化重整反应。以往，在使流过各燃料电池单电池单元的燃料(残余气体)燃烧且利用该燃烧热量加热重整部的类型的残余气体燃烧电池燃烧器方式的固体氧化物型燃料电池中，在起动工序中，在重整部内依次发生部分氧化重整反应(POX工序)、自热重整反应(ATR工序)、水蒸气重整反应(SR工序)，使燃料电池单电池单元的温度上升。在此，部分氧化重整反应在较低的温度下发生，并且是发热反应，因此，可以对燃料电池模块内进行强力加热。因此，使部分氧化重整反应单独发生的POX工序在从常温加热燃料电池单电池单元的初期阶段是必要的工序。但是，在重整部内单独发生部分氧化重整反应时，容易引起急剧的加热所导致的热失控，重整部内的催化剂发生劣化，由此，成为重整部耐用年数缩短的原因。本申请专利技术人针对上述残余气体燃烧电池燃烧器方式的固体氧化物型燃料电池固有的技术课题，首先为了能够在起动工序的初期生成水蒸气重整用的水蒸气，而将生成水蒸气的蒸发室配置在多个燃料电池单电池单元的上方，并且与重整部邻接配置。由此，在起动工序开始后，可以使蒸发室的温度急速上升。在本申请专利技术中，通过采用上述构成，并通过恰当地控制重整用氧化剂气体供给部件及供水部件，从而成功地不在重整部内使部分氧化重整反应单独发生便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物型燃料电池，是残余气体燃烧电池燃烧器方式的固体氧化物型燃料电池，供给至燃料电池单电池的燃料从一端流出，通过使流出的残余气体燃烧来加热重整部，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备在使燃料流过的内部通路上形成有燃料极的多个燃料电池单电池单元；重整部，配置在该燃料电池模块内的所述多个燃料电池单电池单元的上方，通过使所述燃料和重整用氧化剂气体进行化学反应而引起的部分氧化重整反应以及使所述燃料和重整用水蒸气进行化学反应而引起的水蒸气重整反应来生成氢；蒸发室，在所述多个燃料电池单电池单元的上方，与所述重整部邻接配置，使所被供给的水蒸发；燃烧室，配置在所述燃料电池模块内，使流过所述内部通路的燃料在所述各燃料电池单电池单元的上端燃烧，加热上方的所述重整部及所述蒸发室；燃料供给部件，通过向所述重整部供给燃料，从而将在所述重整部中重整的燃料送入所述各燃料电池单电池单元；重整用氧化剂气体供给部件，向所述重整部供给重整用氧化剂气体；供水部件，向所述蒸发室供给重整用水；发电用氧化剂气体供给部件，向所述多个燃料电池单电池单元的氧化剂气体极供给发电用氧化剂气体；及控制部件，在所述燃料电池模块的起动工序中，控制所述燃料供给部件、所述重整用氧化剂气体供给部件及所述供水部件，在所述重整部内发生部分氧化重整反应及水蒸气重整反应，使所述多个燃料电池单电池单元升温至可进行发电的温度，所述控制部件在所述起动工序的整个期间内，控制所述重整用氧化剂气体供给部件及所述供水部件，避免在所述重整部内单独发生部分氧化重整反应。...

【技术特征摘要】
2012.07.19 JP 2012-160899;2012.07.19 JP 2012-16081.一种固体氧化物型燃料电池，是残余气体燃烧电池燃烧器方式的固体氧化物型燃料电池，供给至燃料电池单电池的燃料从一端流出，通过使流出的残余气体燃烧来加热重整部，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备在使燃料流过的内部通路上形成有燃料极的多个燃料电池单电池单元；重整部，配置在该燃料电池模块内的所述多个燃料电池单电池单元的上方，通过使所述燃料和重整用氧化剂气体进行化学反应而引起的部分氧化重整反应以及使所述燃料和重整用水蒸气进行化学反应而引起的水蒸气重整反应来生成氢；蒸发室，在所述多个燃料电池单电池单元的上方，与所述重整部邻接配置，使所被供给的水蒸发；燃烧室，配置在所述燃料电池模块内，使流过所述内部通路的燃料在所述各燃料电池单电池单元的上端燃烧，加热上方的所述重整部及所述蒸发室；燃料供给部件，通过向所述重整部供给燃料，从而将在所述重整部中重整的燃料送入所述各燃料电池单电池单元；重整用氧化剂气体供给部件，向所述重整部供给重整用氧化剂气体；供水部件，向所述蒸发室供给重整用水；发电用氧化剂气体供给部件，向所述多个燃料电池单电池单元的氧化剂气体极供给发电用氧化剂气体；及控制部件，在使内置于所述燃料电池模块中的所述燃料电池单电池单元从常温状态上升至可进行发电的温度的起动工序中，控制所述燃料供给部件、所述重整用氧化剂气体供给部件及所述供水部件，在所述重整部内发生部分氧化重整反应及水蒸气重整反应，使所述多个燃料电池单电池单元升温至可进行发电的温度，所述控制部件在所述起动工序的整个期间内，控制所述重整用氧化剂气体供给部件及所述供水部件，避免在所述重整部内单独发生部分氧化重整反应。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，所述控制部件作为所述重整部内的燃料重整工序仅执行在所述重整部内同时发生部分氧化重整反应及水蒸气重整反应的ATR工序以及在所述重整部内仅发生水蒸气重整反应的SR工序。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，所述控制部件控制所述重整用氧化剂气体供给部件，使重整用氧化剂气体的供给量在所述重整部内实现仅由部分氧化重整反应进行的燃料重整，与重整用氧化剂气体中的氧O2和燃料中的碳C的比值O2/C＝0.4相比，始终使氧O2的比例变少。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，所述控制部件将所述ATR工序分成多个阶段来执行，在所述ATR工序的初期阶段，控制所述供水部件，使供水量变为最少。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，所述控制部件在所述重整部的温度达到发生部分氧化重整反应的温度之前使所述供水部件开始供水，避免在所述重整部内单独发生部分氧化重整反应。6.根据权利要求5所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述控制部件在使流过所述各燃料电池单电池单元的内部通路的燃料点燃后，在所述重整部的温度达到发生部分氧化重整反应的温度之前使所述供水部件开始供水。7.根据权利要求6所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述控制部件在执行使流过所述各燃料电池单电池单元的内部通路的燃料点燃的点火工序之前使所述供水部件工作，在所述点火工序中使所述供水部件停止，并且在点燃后使所述供水部件开始供水。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，所述控制部件在从所述ATR工序的初期阶段即A...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤木阳祐，阿部俊哉，大塚俊治，土屋胜久，松尾卓哉，渡边直树，大村肇，田中修平，星子琢也，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：发明
国别省市：