固体电解质型燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种固体电解质型燃料电池，其并不实施将燃料电池单电池集合体（燃料电池单电池）的结构自身加工为容易点火等的对策，而是能够通过简易的结构切实地抑制点火不良，同时能够切实地防止点火后熄火。具体为，本发明专利技术具有：燃料电池单电池集合体；重整器；燃料流量调节单元，向该重整器供给燃料气体；点火装置；及控制部，进行通过该点火装置点火并利用发电用空气使燃料气体燃烧的燃烧运行，之后，进行ＰＯＸ运行，之后，进行ＡＴＲ运行，之后，进行ＳＲ运行，该控制部控制燃料流量调节单元，以便在包括基于点火装置的点火时刻之前及之后的规定期间内使燃料气体的供给量增加并保持该状态，在经过该规定期间后使燃料气体的供给量减少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体电解质型燃料电池，尤其涉及一种使燃料气体和空气进行反 应来发电的固体电解质型燃料电池。
技术介绍
固体电解质型燃料电池(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，热能传递给燃料、SOFC及氧化剂等，使用于使它们的温度上升。在现有的SOFC中，在燃料电池模块内的密闭空间的下方部分配置有发电室，在该 发电室内配置有具备多个燃料电池单电池的燃料电池单电池集合体。而且，在这些燃料电 池单电池集合体的上方形成有燃烧室，发电反应中未使用的剩余的燃料气体和剩余的氧化 剂气体(空气)在燃料电池单电池集合体的上部自身直接燃烧，在燃烧室内生成排放气体。而且，在燃烧室的上方配置有将燃料气体重整为氢的重整器，利用燃烧室内的燃 烧热量将重整器加热至可进行重整的温度。但是，在这种现有的SOFC中，除在燃料电池单电池集合体的上部自身直接使剩余 的燃料气体和剩余的氧化剂气体燃烧以外，未设置以下用途的燃烧器等加热部件，即另行 加热燃烧室或重整器，或者在与外气温度大致相同的温度状态或低于外气温度的温度状态 下使燃料电池模块起动的冷却起动时在燃料电池单电池集合体的上部对燃料气体点火，或 者对点火后的防止熄火进行支援。因此，在单电池自身结构的差异所引起的点火部分的形 状不良，或在与外气温度大致相同的温度状态或低于外气温度的温度状态下使燃料电池模 块冷却起动时，尤其因为燃烧室内的不稳定气流的影响等，极难无一例外地使超过100根 的多个燃料电池单电池全体切实地点火，即使已点火，也会仅仅因气流等稍微紊乱而造成 马上熄火等，进行稳定的点火或保持稳定的点火状态具有极高的困难性。因此，为了抑制这种点火不良，在现有的SOFC中，例如像专利文献1所述，提出了 在点火时通过减少有可能吹灭燃料电池单电池的火焰的空气供给量，来抑制气流所引起的 点火不良。专利文献1 日本国特开2008-135268号公报但是，本专利技术人发现在上述的专利文献1的SOFC中，作为用于抑制点火不良的对 策，在点火动作时，即如果在即将对燃料电池单电池点火之前降低向燃料电池单电池供给 的空气量，则无法在多根燃料电池单电池全体上形成稳定的气流，而且即使多根中的一部 分单电池已点火，也很难使点火后的火焰随着气流在剩余的单电池全体上切实地延烧。还 发现如果在点火后增加空气量，则由于空气增加而产生气流紊乱，在点火性不好的单电池 上部容易地熄火这样的重要课题。3如此，在上述的专利文献1中，只提到在点火时增加向燃料电池单电池供给的燃 料，而对于实现气流稳定化这样的技术思想却没有任何公开和启示，没有解决上述的新课题。
技术实现思路
因此，本专利技术是为解决上述的新课题而进行的，目的在于提供一种固体电解质型 燃料电池(SOFC)，其并不实施将燃料电池单电池集合体(燃料电池单电池)的结构自身加 工为容易点火等的对策，而是能够通过简易的结构，切实地抑制点火不良，同时能够切实地 防止点火后熄火。为了达成上述目的，本专利技术提供一种使燃料气体和空气进行反应来发电的固体电 解质型燃料电池，其特征在于，具有燃料电池单电池集合体，具备多个固体电解质型燃料 电池单电池；重整器，配置在该燃料电池单电池集合体的上方，对燃料气体进行水蒸气重整 并供给到上述燃料电池单电池集合体；燃料气体供给部件，向上述重整器供给燃料气体； 供水部件，生成纯水并供给到上述重整器；重整用空气供给部件，向上述重整器供给重整用 空气；发电用空气供给部件，向上述燃料电池单电池集合体供给发电用空气；点火部件，对 从上述重整器向上述燃料电池单电池集合体的下部供给并到达上述燃料电池单电池集合 体上部的燃料气体点火从而使其燃烧；及控制部件，以通过上述点火部件点火从而进行使 燃料气体和重整用空气燃烧的燃烧运行，之后，向重整器内供给燃料气体和重整用空气从 而进行部分氧化重整反应(POX)运行，之后，向重整器内供给燃料气体、空气、水从而进行 自热重整反应(ATR)运行，之后，向重整器内供给燃料和水从而进行水蒸气重整反应(SR) 运行的形式，控制上述燃料气体供给部件、上述供水部件、上述重整用空气供给部件、上述 发电用空气供给部件、上述点火部件从而使固体电解质型燃料电池起动，上述控制部件控 制上述燃料气体供给部件，以便在包括基于上述点火部件的点火时刻且上述点火时刻位于 其中央附近的规定期间内使燃料气体的供给量保持为一定，在经过该规定期间后使燃料气 体的供给量减少。在如此构成的本专利技术中，首先，控制燃料气体供给部件，以便在包括基于点火部件 的点火时刻，且点火时刻位于其中央附近的规定期间内，将燃料气体的供给量保持为一定， 在经过该规定期间后减少燃料气体的供给量，因此，即使在很难进行点火的燃料电池单电 池集合体的上部，燃料也比经过规定期间后浓，可容易地直接进行点火。之后，在包括点火 时刻且点火时刻位于其中央附近的规定期间内，将燃料气体的供给量保持为一定，例如，能 够使燃烧室的气流稳定，能够防止伴随点火后的不稳定的气流变化而熄火，同时燃料电池 单电池集合体的各燃料电池单电池的延烧变得容易。结果当多个燃料电池单电池中的任意 一个点火后，同时结合高浓度燃料的切实作用，能够在其它的多个燃料电池单电池全体上 切实地延烧。而且，由于在包括基于点火部件的点火时刻，且点火时刻位于其中央附近的规 定期间内，将燃料气体的供给量保持为一定，所以能够抑制燃料气体的流量变化，例如，能 够实现燃烧室的气流稳定化，能够使点火更加容易。另外，虽然在规定期间内将燃料气体的 供给量保持为一定从而实现了气流稳定化，但是如果在规定期间刚开始后便点火，则气流 还没有充分稳定有可能很难点火。而且，如果在规定期间就要结束时点火，则在刚点火之后 气流发生变化，由于刚点火之后温度还没有充分上升，所以有可能因为气流变化而马上熄火。因此，通过在规定期间的中央区域点火，能够抑制规定期间之前的气流影响或规定期间 之后的气流变化的影响，能够变得容易点火并防止点火后熄火。而且，并不实施将燃料电池单电池集合体的结构自身加工为容易点火等的对策而 是能够通过简易的结构，切实地抑制点火不良，同时能够防止因点火后的熄火等引起不稳 定燃烧并切实地防止CO的产生。在本专利技术中，优选还具有判断上述燃料电池单电池集合体是否已点火的点火判断 部件，上述规定期间包括从上述点火时刻的规定时间之前至上述点火判断部件判断为上述 已点火之后的规定时间。在如此构成的本专利技术中，由于即使点火判断部件判断为燃料电池单电池集合体已 点火，也在其后的规定时间内将燃料气体的供给量保持为一定从而使点火稳定，所以能够 进行切实的点火，同时能够防止因伴随刚点火之后的燃料气体供给量变化的气流变化而熄 火。在本专利技术中，优选上述规定期间包括上述重整器内的温度变为可进行上述部分氧 化重整反应(POX)运行的规定温度以上为止的期间。在如此构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体电解质型燃料电池，是使燃料气体和空气进行反应来发电的固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：燃料电池单电池集合体，具备多个固体电解质型燃料电池单电池；重整器，配置在该燃料电池单电池集合体的上方，对燃料气体进行水蒸气重整并供给到上述燃料电池单电池集合体；燃料气体供给部件，向上述重整器供给燃料气体；供水部件，生成纯水并供给到上述重整器；重整用空气供给部件，向上述重整器供给重整用空气；发电用空气供给部件，向上述燃料电池单电池集合体供给发电用空气；点火部件，对从上述重整器向上述燃料电池单电池集合体的下部供给并到达上述燃料电池单电池集合体上部的燃料气体点火从而使其燃烧；及控制部件，以通过上述点火部件点火从而进行使燃料气体和重整用空气燃烧的燃烧运行，之后，向重整器内供给燃料气体和重整用空气从而进行部分氧化重整反应运行，之后，向重整器内供给燃料气体、空气、水从而进行自热重整反应运行，之后，向重整器内供给燃料气体和水从而进行水蒸气重整反应运行的形式，控制上述燃料气体供给部件、上述供水部件、上述重整用空气供给部件、上述发电用空气供给部件、上述点火部件从而使固体电解质型燃料电池起动，上述控制部件控制上述燃料气体供给部件，以便在包括基于上述点火部件的点火时刻且上述点火时刻位于其中央附近的规定期间内使燃料气体的供给量保持为一定，在经过该规定期间后使燃料气体的供给量减少。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：重住司，大江俊春，土屋胜久，中野清隆，川村昌之，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：发明
国别省市：JP