JP2012142217A5 - - Google Patents

Description

従来、固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）は、起動工程において、燃料を改質器において改質する工程、すなわち、水蒸気改質反応工程（ＳＲ工程）を経て、発電工程へ移行するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ＳＯＦＣでは、この工程を実行することにより、燃料電池モジュール収納室内に配置された改質器や燃料電池セルスタック等を動作温度まで昇温させることができる。ＳＯＦＣの動作温度は６００〜８００℃であり、起動工程において、燃料電池セルスタック等をこの温度まで昇温させた後、発電工程が開始される。

上述した課題を解決するために、本発明は、燃料と発電用の酸化剤ガスを反応させることにより電力を生成する固体酸化物型燃料電池装置であって、複数の固体電解質型燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールと、水蒸気改質を発生させる改質反応であるＳＲ１、及び、ＳＲ１よりも少量の燃料を水蒸気改質する改質反応であるＳＲ２を発生させることによって水素を生成する改質器と、この改質器に燃料を供給することにより、改質器で改質された燃料を固体電解質型燃料電池セルに送り込む燃料供給手段と、改質器に改質用の水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、固体電解質型燃料電池セルに発電用の酸化剤ガスを供給する発電用酸化剤ガス供給手段と、燃料供給手段、水蒸気供給手段、及び発電用酸化剤ガス供給手段を制御して、予め決定された温度帯域において、改質器内でＳＲ１、ＳＲ２の順序で改質反応を生じさせて燃料電池モジュールから電力を取出可能な発電開始温度まで固体電解質型燃料電池セルを昇温させる起動工程を実行する一方で、起動工程を終了した後、燃料電池モジュールから電力を取出す発電工程を開始するように構成された制御手段と、を有し、制御手段は、起動工程中のＳＲ２において、燃料供給量を一定に維持すると共に、固体電解質型燃料電池セルが発電開始温度に到達している場合でも所定の発電移行時間以上ＳＲ２を実行し、発電工程における所定の制御パラメータの初期値を、ＳＲ２期間中における制御パラメータの推移に基づいて計算することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、制御手段が、燃料供給手段、水蒸気供給手段を夫々制御して、燃料、水蒸気を改質器に供給し、起動工程中に改質器内において、ＳＲ１、ＳＲ２の各改質反応を順次発生させ水素を生成させる。起動工程により、燃料電池モジュールに備えられた固体電解質型燃料電池セルの温度が発電開始温度まで上昇した後、燃料電池モジュールから電力を取出す発電工程が開始される。制御手段は、起動工程中のＳＲ２において、燃料供給量を一定に維持すると共に、固体電解質型燃料電池セルが発電開始温度に到達している場合でも所定の発電移行時間以上ＳＲ２を実行する。制御手段は、発電工程における所定の制御パラメータの初期値を、ＳＲ２期間中における制御パラメータの推移に基づいて計算する。

Claims (5)

1. 燃料と発電用の酸化剤ガスを反応させることにより電力を生成する固体酸化物型燃料電池装置であって、
   複数の固体電解質型燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールと、
   水蒸気改質を発生させる改質反応であるＳＲ１、及び、ＳＲ１よりも少量の燃料を水蒸気改質する改質反応であるＳＲ２を発生させることによって水素を生成する改質器と、
   この改質器に燃料を供給することにより、上記改質器で改質された燃料を上記固体電解質型燃料電池セルに送り込む燃料供給手段と、
   上記改質器に改質用の水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
   上記固体電解質型燃料電池セルに発電用の酸化剤ガスを供給する発電用酸化剤ガス供給手段と、
   上記燃料供給手段、上記水蒸気供給手段、及び上記発電用酸化剤ガス供給手段を制御して、予め決定された温度帯域において、上記改質器内で上記ＳＲ１、上記ＳＲ２の順序で改質反応を生じさせて上記燃料電池モジュールから電力を取出可能な発電開始温度まで上記固体電解質型燃料電池セルを昇温させる起動工程を実行する一方で、上記起動工程を終了した後、上記燃料電池モジュールから電力を取出す発電工程を開始するように構成された制御手段と、を有し、
   上記制御手段は、上記起動工程中の上記ＳＲ２において、燃料供給量を一定に維持すると共に、上記固体電解質型燃料電池セルが上記発電開始温度に到達している場合でも所定の発電移行時間以上ＳＲ２を実行し、上記発電工程における所定の制御パラメータの初期値を、上記ＳＲ２期間中における上記制御パラメータの推移に基づいて計算することを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置。
   
2. 上記制御手段は、上記改質器の温度が所定のＳＲ２移行改質器温度を超え、且つ、上記固体電解質型燃料電池セルの温度が所定のＳＲ２移行セル温度を超えると、上記ＳＲ１から上記ＳＲ２に移行するように構成される一方、上記改質器の温度が所定のＳＲ２強制移行温度を超えた場合には、上記固体電解質型燃料電池セルの温度が上記ＳＲ２移行セル温度に到達する前に上記ＳＲ２に移行させる請求項１記載の固体酸化物型燃料電池装置。
   
3. 上記制御手段は、上記起動工程中の、上記ＳＲ２を生じさせている間に、上記燃料電池モジュールに所定の微弱電力を発電させる請求項２記載の固体酸化物型燃料電池装置。
4. 上記制御手段は、上記制御パラメータの初期値を、上記ＳＲ２期間中における上記制御パラメータの移動平均により計算する請求項１記載の固体酸化物型燃料電池装置。
5. さらに、上記燃料電池モジュールで発生した熱を蓄積する蓄熱材を有し、上記制御手段は、上記ＳＲ２期間中における上記燃料電池モジュールの温度を積算することにより、上記制御パラメータの初期値として上記蓄熱材の蓄熱量を推定する請求項１記載の固体酸化物型燃料電池装置。