[go: up one dir, main page]

WO2015162833A1 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents

固体酸化物形燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2015162833A1
WO2015162833A1 PCT/JP2015/000572 JP2015000572W WO2015162833A1 WO 2015162833 A1 WO2015162833 A1 WO 2015162833A1 JP 2015000572 W JP2015000572 W JP 2015000572W WO 2015162833 A1 WO2015162833 A1 WO 2015162833A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reforming
unit
fuel cell
raw material
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/000572
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
酒井　修
龍夫 藤田
鵜飼　邦弘
嘉久和　孝
泰一郎 坂本
大江　俊春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Panasonic Corp
Original Assignee
Toto Ltd
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd, Panasonic Corp filed Critical Toto Ltd
Priority to US15/037,918 priority Critical patent/US10096849B2/en
Priority to EP18186454.7A priority patent/EP3429008B1/en
Priority to EP15782495.4A priority patent/EP3136485B1/en
Priority to JP2016514686A priority patent/JP6023917B2/ja
Publication of WO2015162833A1 publication Critical patent/WO2015162833A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US16/118,058 priority patent/US10629926B2/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668—Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1604—Starting up the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1695—Adjusting the feed of the combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/13001—Energy recovery by fuel cells arranged in the combustion plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a solid oxide fuel cell (Solid Oxide Fuel Cell: hereinafter referred to as SOFC), and in particular, relates to an ignition process at start-up in the SOFC.
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • This SOFC supplies a reformed gas obtained by reforming a raw material such as city gas (13A) to one electrode side, and also supplies air (oxygen) to the other electrode side, thereby providing high temperature and high efficiency. It is configured to generate electricity.
  • water and carbon dioxide are generated by a chemical reaction between oxide ions that have passed through an oxide ion conductive solid electrolyte and hydrogen ions, thereby generating electricity and heat.
  • the generated electricity is taken out of the SOFC and supplied to various power loads.
  • the heat generated during power generation is used for heating raw materials, power generation air, reforming water, or the like (for example, see Patent Document 1).
  • the reformed gas generated in the reformer is supplied into the fuel cell unit through the fuel gas supply pipe. Further, air preheated by heat exchange with the exhaust gas by the air heat exchanger is introduced into the power generation chamber through the air introduction pipe.
  • the fuel cell unit includes a cylindrical inner electrode layer (fuel electrode) that forms a fuel gas flow path therein, a cylindrical outer electrode layer (air electrode), and an electrolyte layer provided therebetween. It is comprised from the some fuel cell which has.
  • the reformed gas that has not been used for power generation and the air that has not been used for power generation are combusted in the combustion chamber, and the reformer is heated by the combustion heat, or the air is preheated.
  • Patent Document 2 determines that ignition has occurred when the temperature of the combustion region has risen from the predetermined temperature T0 ° C to T1 ° C or higher within a predetermined time after the gas is ignited by the ignition heater, If it is not possible to determine ignition within a predetermined time, it is determined that no ignition has occurred. As described above, the fuel cell device according to Patent Document 2 can determine whether or not the ignition heater has not ignited and suppress the release of unburned gas.
  • the present invention provides a solid oxide fuel cell having an unprecedented new technology in consideration of characteristics in each phase from the start of a solid oxide fuel cell to power generation.
  • a solid oxide fuel cell includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and a modified raw material.
  • a reforming unit that generates the reformed gas, an ignition unit that ignites the raw material at the time of startup, and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a fuel cell module a raw material supply unit that supplies raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air that is supplied to the reforming unit A reforming air supply unit; and a water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, wherein the raw material supply unit supplies the raw material and the power generation air supply unit supplies the power generation air during startup.
  • the reforming air supply unit supplying air the reforming in said combustion unit.
  • a solid oxide fuel cell includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and a modified raw material. And a reforming section for generating a reformed gas, an ignition section for igniting the raw material at start-up, and a combustion section that is a space in which the raw material ignited by the ignition section is combusted together with power generation air.
  • a quality air supply unit a water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, an exhaust gas purification unit that purifies combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit, the raw material, and the reforming air
  • the power generation air And a flow rate control unit that controls the flow rate of the reforming water, and a purification unit temperature detection unit that is provided at the inlet of the exhaust gas purification unit and detects the inlet temperature of the exhaust gas purification unit, and after ignition After the inlet temperature of the exhaust gas purification unit detected by the purification unit temperature detection unit reaches a predetermined temperature, the water supply unit and the flow rate control unit supply or increase the amount of the reforming water.
  • a solid oxide fuel cell includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and a modified raw material.
  • a reforming unit that generates the reformed gas, an ignition unit that ignites the raw material at the time of startup, and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a fuel cell module a raw material supply unit that supplies raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air that is supplied to the reforming unit
  • a reforming air supply unit a water supply unit for supplying reforming water to the reforming unit, and a temperature detection unit for detecting the temperature of a heated body heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit
  • the control unit is configured obtained from the detection results received from the temperature sensing unit, wherein after the raw material supply on the basis of the temperature change in the predetermined time of the heated body, performs ignition determination.
  • a solid oxide fuel cell includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and a modified raw material.
  • a reforming unit that generates the reformed gas, an ignition unit that ignites the raw material at the time of startup, and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a fuel cell module a raw material supply unit that supplies raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air that is supplied to the reforming unit
  • a reforming air supply unit a water supply unit for supplying reforming water to the reforming unit, and a temperature detection unit for detecting the temperature of a heated body heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit
  • a control unit A storage unit that holds table information indicating a correspondence relationship between a predetermined temperature range that is determined as a range in which the fuel cell stack does not deteriorate during power generation and the temperature of the heated object, and the control unit includes Referring to the table information, the temperature of the heated object detected by the temperature detection unit is controlled so that the temperature of the fuel cell stack falls within the predetermined temperature range.
  • a solid oxide fuel cell includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and a modified raw material.
  • a reforming unit that generates the reformed gas, an ignition unit that ignites the raw material at the time of startup, and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a fuel cell module a raw material supply unit that supplies raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air that is supplied to the reforming unit
  • a reforming air supply unit a water supply unit for supplying reforming water to the reforming unit, and a temperature detection unit for detecting the temperature of a heated body heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit
  • a control unit A storage unit that holds table information indicating a correspondence relationship between the temperature of the heated object and the concentration of carbon monoxide in the combustion exhaust gas, and the control unit refers to the table information and refers to the combustion exhaust gas.
  • the temperature of the to-be-heated body detected by the temperature detection unit is controlled so that the carbon monoxide concentration therein becomes a predetermined value or less.
  • a solid oxide fuel cell includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and a modified raw material.
  • a reforming unit that generates the reformed gas, an ignition unit that ignites the raw material at the time of startup, and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a fuel cell module a raw material supply unit that supplies raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air that is supplied to the reforming unit
  • a reforming air supply unit a water supply unit for supplying reforming water to the reforming unit, and a temperature detection unit for detecting the temperature of a heated body heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit
  • the fuel cell stack shows a correspondence relationship between a predetermined temperature range determined as a range in which the fuel cell stack does not deteriorate and the temperature of the heated body, and the temperature of the heated body and the concentration of carbon monoxide in the combustion exhaust gas
  • a storage unit that holds table information indicating the correspondence relationship between the fuel cell stack and the control unit, with reference to the table information, the temperature of the fuel cell stack is within a predetermined temperature range, and in the combustion exhaust gas
  • the temperature of the heated object detected by the temperature detection unit is controlled so that the carbon monoxide concentration becomes a predetermined value or less.
  • the solid oxide fuel cell according to the present invention is configured as described above, and takes into account the characteristics in each phase from the start of the solid oxide fuel cell to power generation, and is a novel technology that has not been conventionally available.
  • the solid oxide fuel cell having the above can be provided.
  • Embodiment 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 1 of the present invention. It is a time chart which shows an example of the action
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • 6 is a graph showing the relationship between the concentration of CO discharged outside the system when the solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 2 of the present invention is started up and the temperature of the inlet portion of the exhaust gas purification unit (inlet temperature). . It is a schematic diagram which shows the whole structure of the solid oxide fuel cell (SOFC) which concerns on Embodiment 3 of this invention. 6 is a graph showing temperature characteristics of a reforming unit and a stack at the time of starting a solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 3. 6 is a graph showing temperature characteristics during power generation in a solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 3.
  • reforming air is supplied to the reformer at the time of startup, and power generation air is supplied to the power generation chamber and the combustion chamber (combustion unit) via the air heat exchanger. Is done. Thereafter, the supply of the raw material is also started, and the raw material is mixed with the reforming air and passed through the reformer, the fuel cell stack, and the fuel cell unit, respectively, and supplied to the combustion chamber.
  • the raw material is ignited by an ignition device in the combustion chamber, and the raw material and air (reforming air, power generation air) are combusted.
  • the raw material in the reformer and the reforming air are heated by the heat of the exhaust gas generated at this time, and the partial oxidation reforming reaction (POX) proceeds.
  • a predetermined temperature for example, 600 ° C.
  • a gas in which raw materials, reforming air, and water vapor are mixed in advance is supplied to the reformer, and the partial oxidation reforming reaction described above is performed.
  • An autothermal reforming reaction (ATR) in which the steam reforming reaction (SR) coexists proceeds.
  • the temperature of the reformer further rises to a predetermined temperature (for example, 700 ° C.)
  • the supply of the reforming air is stopped and the steam reforming reaction (SR) using only the reformed gas and steam is advanced. Start power generation.
  • Patent Document 1 considers suppression of carbon monoxide generation during stable operation of the SOFC, but does not consider generation of carbon monoxide during ignition at startup.
  • the present inventors have found that the amount of carbon monoxide generated during ignition can be suppressed by controlling the supply of reforming air during ignition of the raw material. Invented.
  • the inventor supplies or increases the reforming water to the reforming unit when the autothermal reforming reaction or the steam reforming reaction is performed in the reforming unit.
  • concentration in combustion exhaust gas may rise by an increase.
  • the temperature of the exhaust gas purification unit is monitored, and control is performed so that the reforming water is not supplied or increased until the temperature reaches a predetermined temperature by the heat of the combustion exhaust gas. It has been found that the carbon oxide concentration can be reduced. Further, by controlling in this way, it was discovered that the exhaust gas purification unit can be heated only with the heat of the combustion exhaust gas, and it is not necessary to provide a separate heater or the like, leading to the present invention.
  • the present inventor examined the relationship between the temperature of the reforming section heated by the heat of the combustion exhaust gas and the temperature of the fuel cell stack, and found that there was a correlation between the two. Furthermore, it has been found that there is a correlation between the temperature of the reforming section and the concentration of carbon monoxide in the combustion exhaust gas. That is, it has been found that the temperature and carbon monoxide concentration of the fuel cell stack can be managed by managing the temperature of the reforming section. It has also been found that the presence or absence of ignition in the combustion chamber can be determined from the temperature change of the reforming section during a predetermined time.
  • a solid oxide fuel cell includes a fuel cell stack that generates electricity by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and reforming the raw material to produce the reformed gas.
  • a fuel cell module comprising: a reforming unit that generates a gas; an ignition unit that ignites the raw material at start-up; and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air; A raw material supply unit that supplies a raw material to the fuel cell module; a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module; and a reforming air supply unit that supplies reforming air to the reforming unit; A water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, and at the time of startup, the raw material supply unit supplies the raw material, and the power generation air supply unit supplies the power generation air to the combustion unit. The raw material is ignited by the ignition part. After the reforming air supply unit supplying air the reforming in said combustion unit.
  • the raw material and power generation air are supplied to the combustion unit, the raw material is ignited by the ignition unit, and the raw material is burned together with the power generation air.
  • the sequence is such that reforming air is supplied to the combustion section after ignition.
  • the diffusion combustion between the raw material and power generation air can be promoted to improve the flame stability and suppress the generation of carbon monoxide. Therefore, the solid oxide fuel cell can suppress carbon monoxide generated during ignition.
  • the solid oxide fuel cell according to the second aspect is the solid oxide fuel cell according to the first aspect, in which the reforming air supply unit supplies the reforming air after ignition, Supplied to the combustion section such that the amount of increase in the range below the predetermined flow rate per unit time and the gradient indicating the rate of change in the flow rate of reforming air per unit time fall within the predetermined range. It may be configured to. If the magnitude of the gradient indicating the rate of change in the flow rate of reforming air per unit time is within a predetermined range, the flow rate of reforming air may be increased stepwise or curved. Or you may increase linearly (monotonically increasing). That is, the reforming air may be configured to be supplied so as to gradually increase instead of increasing the predetermined flow rate at a time.
  • the solid oxide fuel cell according to the third aspect is the solid oxide fuel cell according to the first or second aspect, wherein the power generation air supply unit uses the power generation air as a pre-purge before ignition. Then, after the reforming air supply unit supplies the reforming air, the reforming air supply unit stops the supply of the reforming air, while the raw material supply unit supplies the raw material. It may be configured such that, in the combustion section, the ignition section ignites the raw material and combusts together with the power generation air.
  • the solid oxide fuel cell according to the fourth aspect includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and reforming the raw material to improve the fuel cell stack.
  • a fuel cell module comprising: a reforming unit that generates a gaseous gas; an ignition unit that ignites the raw material at startup; and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a raw material supply unit that supplies a raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air supply that supplies reforming air to the reforming unit
  • a water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, an exhaust gas purification unit that purifies combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit, the raw material, the reforming air, and the power generation unit Air and the water for reforming
  • a flow rate control unit for controlling the flow rate; and a purification unit temperature detection unit that is provided at an inlet of the exhaust gas purification unit and detects an inlet temperature of the exhaust gas purification unit, and after the ignition, the temperature for the purification unit After the inlet temperature of the exhaust gas purification unit detected by the detection unit reaches a predetermined temperature, the water supply unit and the flow rate control unit supply or increase the amount of the reforming water.
  • the predetermined inlet temperature in the exhaust gas purification unit is a temperature at which the exhaust gas purification unit can secure a function of removing harmful substances such as carbon monoxide contained in the combustion exhaust gas.
  • the water supply unit and the flow rate control unit cooperate to supply or increase the amount of reforming water.
  • the steam is also spouted together with the reformed gas into the combustion section, so that the flame stability is lowered and the concentration of the generated carbon monoxide is increased.
  • the solid oxide fuel cell according to the present invention is a sequence in which the reforming water is supplied or increased after the inlet temperature of the exhaust gas purification unit reaches a predetermined temperature. Even if the carbon monoxide concentration increases, it can be removed by the exhaust gas purification unit.
  • the supply temperature of reforming water in which harmful gas such as carbon monoxide is likely to be generated while the purification performance is secured by increasing the inlet temperature of the exhaust gas purification unit.
  • the carbon monoxide concentration in the combustion exhaust gas exhausted outside the system (outside the fuel cell module) can be reduced in order to increase the amount.
  • the solid oxide fuel cell according to the fifth aspect may be configured such that in the solid oxide fuel cell according to the fourth aspect, a purification catalyst is provided in the exhaust gas purification unit.
  • the solid oxide fuel cell according to the sixth aspect includes a fuel cell stack that generates electricity by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and reforming the raw material to improve the fuel cell stack.
  • a fuel cell module comprising: a reforming unit that generates a gaseous gas; an ignition unit that ignites the raw material at startup; and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a raw material supply unit that supplies a raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air supply that supplies reforming air to the reforming unit
  • a water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, a temperature detection unit that detects the temperature of a heated body that is heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit, and a control unit
  • the control unit includes: Serial obtained from the detection results received from the temperature sensing unit, wherein after the raw material supply on the basis of the temperature change in the predetermined time of the heated body, performs ignition determination.
  • examples of the body to be heated include a reformer that is heated by using the heat of the combustion exhaust gas.
  • the temperature detected by the temperature detection part can be made into the internal temperature or the wall surface temperature, for example, when making a to-be-heated body into a modifier.
  • the temperature change detection target used for the determination criterion for determining the ignition is the temperature of the heated object heated by the combustion exhaust gas, for example, the internal temperature or the wall surface temperature change.
  • the solid oxide fuel cell according to the seventh aspect includes a fuel cell stack that generates electricity by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and reforming the raw material to improve the fuel cell stack.
  • a fuel cell module comprising: a reforming unit that generates a gaseous gas; an ignition unit that ignites the raw material at startup; and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a raw material supply unit that supplies a raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air supply that supplies reforming air to the reforming unit
  • a water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, a temperature detection unit that detects the temperature of a heated body that is heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit, and a control unit
  • the fuel during power generation A storage unit that holds table information indicating a correspondence relationship between a predetermined temperature range that is defined as a range in which the pond cell stack does not deteriorate and the temperature of the heated object, and the control unit stores the table information With reference, the temperature of the heated object detected by the temperature detection unit is controlled so that the temperature of the fuel cell stack is within the predetermined temperature range.
  • examples of the body to be heated include a reformer that is heated by using the heat of the combustion exhaust gas.
  • the temperature detected by the temperature detection part can be made into the internal temperature or the wall surface temperature, for example, when making a to-be-heated body into a modifier.
  • the storage unit that holds the table information since the storage unit that holds the table information is provided, it is possible to detect the temperature change of the heated object and grasp the temperature change of the fuel cell stack corresponding to the temperature change of the heated object. it can. For this reason, by monitoring the temperature change of the heated body, it is possible to control the temperature of the heated body or the temperature of the fuel cell stack to be within a predetermined temperature range during power generation.
  • the solid oxide fuel cell according to the seventh aspect can safely generate power while ensuring the durability of the fuel cell stack.
  • the solid oxide fuel cell according to the eighth aspect includes a fuel cell stack that generates electricity by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and reforming the raw material to reform the fuel cell stack.
  • a fuel cell module comprising: a reforming unit that generates a gaseous gas; an ignition unit that ignites the raw material at startup; and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a raw material supply unit that supplies a raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air supply that supplies reforming air to the reforming unit
  • a water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, a temperature detection unit that detects the temperature of a heated body that is heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit, and a control unit
  • the temperature of the heated object and the front A storage unit that stores table information indicating a correspondence relationship with the concentration of carbon monoxide in the combustion exhaust gas, and the control unit refers to the table information, and the concentration of carbon monoxide in the combustion exhaust gas is predetermined.
  • the temperature of the heated object detected by the temperature detection unit is controlled so as to be equal to or less than the value.
  • examples of the body to be heated include a reformer that is heated by using the heat of the combustion exhaust gas.
  • the temperature detected by the temperature detection part can be made into the internal temperature or the wall surface temperature, for example, when making a to-be-heated body into a modifier.
  • the storage unit that holds the table information since the storage unit that holds the table information is provided, the temperature change of the heated body is detected, and the carbon monoxide concentration in the combustion exhaust gas corresponding to the temperature change of the heated body is grasped. Can do. For this reason, by monitoring the temperature change of the heated object, it is possible to control the carbon monoxide concentration in the combustion exhaust gas to be a predetermined value or less during power generation.
  • the solid oxide fuel cell according to the eighth aspect can safely generate power while suppressing the carbon monoxide concentration to a predetermined value or less.
  • a solid oxide fuel cell having a novel technique that has not been conventionally provided, which can suppress the carbon monoxide concentration to a predetermined value or less in consideration of characteristics during power generation, particularly during power generation of a solid oxide fuel cell is provided. There is an effect that can be done.
  • the solid oxide fuel cell according to the ninth aspect includes a fuel cell stack that generates power by reacting a reformed gas obtained by reforming a raw material and power generation air, and reforming the raw material to improve the fuel cell stack.
  • a fuel cell module comprising: a reforming unit that generates a gaseous gas; an ignition unit that ignites the raw material at startup; and a combustion unit that is a space in which the raw material ignited by the ignition unit is combusted together with power generation air.
  • a raw material supply unit that supplies a raw material to the fuel cell module, a power generation air supply unit that supplies power generation air to the fuel cell module, and a reforming air supply that supplies reforming air to the reforming unit
  • a water supply unit that supplies reforming water to the reforming unit, a temperature detection unit that detects the temperature of a heated body that is heated by combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion unit, and a control unit
  • the fuel cell cell stack Shows a correspondence relationship between a predetermined temperature range that is determined as a range that does not deteriorate and the temperature of the heated object, and shows a correspondence relationship between the temperature of the heated object and the concentration of carbon monoxide in the combustion exhaust gas
  • the temperature of the object to be heated detected by the temperature detection unit is controlled so as to be equal to or less than a predetermined value.
  • examples of the body to be heated include a reformer that is heated by using the heat of the combustion exhaust gas.
  • the temperature detected by the temperature detection part can be made into the internal temperature or the wall surface temperature, for example, when making a to-be-heated body into a modifier.
  • the temperature of the fuel cell stack corresponding to the temperature of the heated object is grasped from the temperature of the heated object detected by the temperature detection unit. be able to. For this reason, by monitoring the temperature change of the heated body, it is possible to control the temperature of the heated body or the temperature of the fuel cell stack to be within a predetermined temperature range during power generation.
  • the carbon monoxide concentration in the combustion exhaust gas corresponding to the temperature change of the heated object can be grasped. For this reason, by monitoring the temperature change of the heated object, it is possible to control the carbon monoxide concentration in the combustion exhaust gas to be a predetermined value or less during power generation.
  • the carbon monoxide concentration is not more than a predetermined value while controlling the temperature of the heated object or the temperature of the fuel cell stack to be within a predetermined temperature range. Therefore, it is possible to generate electricity safely.
  • the carbon monoxide concentration can be suppressed to a predetermined value or less, which is not new It is possible to provide a solid oxide fuel cell having various technologies.
  • the solid oxide fuel cell according to the tenth aspect is the solid oxide fuel cell according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the temperature of the heated object in the table information is the amount of power generation. It may be set corresponding to.
  • the solid oxide fuel cell according to the eleventh aspect is the solid oxide fuel cell according to any one of the sixth to tenth aspects, wherein the heated object is the reforming part. Good.
  • a solid oxide fuel cell according to a twelfth aspect is the solid oxide fuel cell according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the fuel cell stack is located upstream of the combustion section.
  • the fuel cell stack may be formed of a plurality of fuel cells, and a flame may be formed in the vicinity of the outlet of the fuel cells.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 1 of the present invention.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the SOFC has a fuel cell module 1 and an auxiliary unit 2.
  • a stack 4 in which a plurality of fuel cells 3 are electrically joined in series is installed in the fuel cell module 1.
  • the fuel cell 3 has, for example, a cylindrical inner electrode layer that forms a path through which the reformed gas flows, a cylindrical outer electrode layer, and an electrolyte layer provided therebetween,
  • the inner electrode layer can be a fuel electrode
  • the outer electrode layer can be an air electrode.
  • the reformed gas that has flowed through the inner electrode layer is ejected from an outlet 3a formed at the upper end of the cylindrical fuel cell 3, and the power generation air that has contacted the outer electrode layer is also a cylindrical fuel cell. 3 is sent from the outlet 3a side.
  • the fuel cell 3 is not limited to such a cylindrical cell, and may be a flat cell, for example.
  • a combustion chamber (combustion unit) 5 is provided in the upper portion of the stack 4, and an ignition unit 8 for igniting to burn the supplied raw material and air (power generation air) is provided in the combustion chamber 5.
  • a raw material for example, city gas (13A) can be used.
  • a reforming section 6 for reforming a raw material supplied from the outside through the auxiliary unit 2 to generate a reformed gas.
  • an air preheating unit 7 for preheating the power generation air supplied from the outside via the auxiliary unit 2 is provided above the reforming unit 6.
  • the combustion exhaust gas generated by burning the raw material and air in the combustion chamber 5 heats the reforming section 6 and the air preheating section 7 and is exhausted from the exhaust gas outlet section 20 of the fuel cell module 1 to the outside of the system.
  • the exhaust gas outlet unit 20 is provided with an exhaust gas purification unit 9, which is configured to remove harmful gases such as carbon monoxide contained in the combustion exhaust gas.
  • the auxiliary machine unit 2 includes a raw material supply unit 10, a reforming air supply unit 11, a power generation air supply unit 12, a water supply unit 13, a raw material flow rate control unit 14, a reforming air flow rate control unit 15, and a power generation air flow rate.
  • the controller 16 and the water flow rate controller 17 are provided.
  • the raw material flow rate control unit 14, the reforming air flow rate control unit 15, the power generation air flow rate control unit 16, and the water flow rate control unit 17 realize the flow rate control unit of the present invention.
  • the raw material supply unit 10 is for supplying the raw material to the fuel cell module 1.
  • the reforming air supply unit 11 is for supplying reforming air to the fuel cell module 1.
  • both the raw material and the reforming air are supplied to the fuel cell module 1, both are mixed upstream of the reforming unit 6, circulates from the reforming unit 6 through the inner electrode layer of the fuel cell 3, and the combustion chamber 5. Led to.
  • the power generation air supply unit 12 is for supplying power generation air to the fuel cell module 1.
  • the water supply unit 13 is for supplying reforming water (reforming water) to the fuel cell module 1.
  • the raw material supply unit 10, the reforming air supply unit 11, the power generation air supply unit 12, and the water supply unit 13 described above can be realized by, for example, a pump.
  • the flow rate of the fluid (raw material, air, water) supplied by the raw material supply unit 10, the reforming air supply unit 11, the power generation air supply unit 12, and the water supply unit 13 is as follows.
  • the air flow rate control unit 15, the power generation air flow rate control unit 16, and the water flow rate control unit 17 are each controlled and sent to the fuel cell module 1.
  • the raw material flow rate control unit 14, the reforming air flow rate control unit 15, the power generation air flow rate control unit 16, and the water flow rate control unit 17 can be realized by, for example, an electromagnetic valve.
  • the SOFC includes a main control unit (control unit) 19, and is configured to perform various controls of each unit included in the SOFC under a control instruction from the main control unit 19.
  • the main control unit 19 can be realized by a CPU or the like, for example.
  • the power generation air supply unit 12 of the auxiliary unit 2 supplies the power generation air into the fuel cell module 1 via the power generation air flow rate control unit 16.
  • the power generation air supplied into the fuel cell module 1 flows through the air preheating unit 7 and is sent to each of the plurality of fuel cells 3. Then, the power generation air is sent from the upper end of each fuel cell 3 to the combustion chamber 5 from the outlet 3 a side.
  • the ignition unit 8 is operated to ignite the raw material.
  • a flame is formed in the vicinity of the outlet 3a of each of the plurality of fuel cells 3 and can be burned at a predetermined air ratio (ratio of the actual air amount to the theoretical air amount required when the raw material is completely burned).
  • the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber 5 in this way heats the heated body such as the reforming unit 6 and the air preheating unit 7 installed above the combustion chamber 5, and then passes through the exhaust gas purification unit 9. It is discharged outside the fuel cell module 1.
  • the reforming section 6 is heated to the desired temperature (temperature required for performing the partial oxidation reforming reaction) by the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber 5 as described above, Supply to the fuel cell module 1 is started. That is, after the ignition, when the main control unit 19 determines that the detection result of the temperature detection sensor (temperature detection unit) 18 provided on the outer wall of the reforming unit 6 has reached the above-described desired temperature, The reforming air supply unit 11 and the reforming air flow rate control unit 15 are instructed to supply the reforming air to the fuel cell module 1. In response to an instruction from the main control unit 19, the reforming air flow rate control unit 15 adjusts, for example, the opening degree of the electromagnetic valve so that a predetermined flow rate of reforming air flows.
  • the reforming air supply unit 11 supplies reforming air into the fuel cell module 1 via the reforming air flow rate control unit 15.
  • the reforming air supplied into the fuel cell module 1 is sent to the reforming unit 6 and heated in the reforming unit 6.
  • the reforming unit 6 is heated by the combustion exhaust gas, whereby the reforming air and the raw material mixed in the reforming unit 6 are heated, and the partial oxidation reforming reaction proceeds.
  • the water supply unit 13 of the auxiliary unit 2 supplies the reforming water to the fuel cell module via the water flow rate control unit 17. 1 is supplied.
  • the reforming water supplied into the fuel cell module 1 is sent to the reforming unit 6. That is, when the main control unit 19 determines that the detection result of the temperature detection sensor 18 has reached a predetermined temperature (for example, 500 ° C.), the water supply unit 13 and the water flow rate control unit 17 are instructed to supply the reforming water as fuel.
  • the battery module 1 is supplied.
  • the water flow volume control part 17 adjusts the opening degree of a solenoid valve, for example so that the water for a reforming of a predetermined flow volume may distribute
  • the water supply unit 13 supplies reforming water into the fuel cell module 1 via the water flow rate control unit 17.
  • the reforming air supply unit 11 stops the supply of the reforming air. That is, when the main control unit 19 determines that the detection result of the temperature detection sensor 18 has reached a predetermined temperature (for example, 600 ° C.), the reforming air supply unit 11 and the reforming air flow rate control unit 15 are instructed. Then, the supply of reforming air to the fuel cell module 1 is stopped. Then, in response to an instruction from the main control unit 19, the reforming air flow rate control unit 15 closes, for example, a solenoid valve, and the reforming air supply unit 11 stops the supply of reforming air.
  • a predetermined temperature for example, 600 ° C.
  • the reforming unit 6 advances the steam reforming reaction using only the raw material and steam. After the reforming reaction in the reforming unit 6 shifts from the autothermal reforming reaction to the steam reforming reaction, power generation starts in the SOFC. At the time of power generation, fuel (reformed gas) that was not used for power generation and power generation air that was not used for power generation are combusted in the combustion chamber 5, and the reforming unit 6 and the air preheating unit are generated by the generated combustion exhaust gas. 7 is heated.
  • a plurality of fuel cells 3 are provided on the upstream side of the combustion chamber 5, and a flame is formed in the vicinity of the outlet 3 a of each fuel cell 3 in the combustion chamber 5. For this reason, the number of flames can be increased, the flame length can be further reduced, and the combustion chamber 5 can be made compact. As a result, the fuel cell module 1 can be made compact.
  • the reforming unit 6 sequentially proceeds in the order of the partial oxidation reforming reaction, the autothermal reforming reaction, and the steam reforming reaction as described above. Met.
  • the partial oxidation reforming reaction may be omitted, and the reforming reaction may be advanced from the autothermal reforming reaction.
  • FIG. 2 is a time chart showing an example of an operation at the time of startup of the solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 shows the period before and after ignition and until the reforming reaction carried out in the reforming unit 6 is switched from the partial oxidation reforming reaction to the autothermal reforming reaction.
  • a period can be distinguished from a period in which the raw material is combusted by ignition and a period in which the partial oxidation reforming reaction to the autothermal reforming reaction proceed.
  • the horizontal axis is the time axis, and the raw material flow rate is turned ON / OFF (whether or not raw material is supplied), the ignition unit 8 is turned ON / OFF, and the reforming air flow rate is ON / OFF (reforming air supply) ) And ON / OFF of the power generation air flow rate (whether or not the power generation air is supplied).
  • ON of the raw material flow rate, the reforming air flow rate, and the power generation air flow rate indicates that the raw material, reforming air, and power generation air are being supplied
  • OFF means the raw material flow rate and the reforming air flow rate.
  • the state in which the supply of air and power generation air is stopped is shown.
  • the section rising in the straight line extending in the horizontal axis indicating the passage of time of each of the raw material flow rate, the ignition part, the reforming air flow rate, and the power generation air flow rate is in the ON state
  • the falling section Corresponds to the OFF state.
  • pre-purge is performed to remove moisture and residual gas remaining inside and outside the fuel cell 3 using reforming air and power generation air.
  • reforming air is supplied to the fuel cell module 1 by the reforming air supply unit 11 and power generation air is supplied to the fuel cell module 1 by the power generation air supply unit 12.
  • the supplied reforming air and power generation air are sent into and out of the fuel battery cell 3 to exhaust and remove moisture, residual gas, and the like remaining inside and outside the fuel battery cell 3 to the outside.
  • the reforming air supply unit 11 stops the supply of the reforming air before the pre-purge ends and before the ignition by the ignition unit 8 is performed.
  • a predetermined time is set as a period for performing the pre-purge, and the main control unit 19 activates a time measuring unit (not shown) to manage the passage of the predetermined time.
  • the main control unit 19 instructs the reforming air supply unit 11 to stop the supply of the reforming air.
  • the reforming air supply unit 11 stops the supply of the reforming air.
  • the main control unit 19 instructs the ignition unit 8 to ignite.
  • the ignition unit 8 performs ignition in accordance with an instruction from the main control unit 19. While the ignition unit 8 is igniting, the main control unit 19 instructs the raw material supply unit 10 to supply the raw material to the fuel cell module 1.
  • the raw material supply unit 10 starts the supply of raw materials in response to an instruction from the main control unit 19.
  • the ignition part 8 stops ignition.
  • the main control unit 19 resumes supplying the reforming air to the reforming air supply unit 11. Instruct them to do so.
  • the reforming air supply unit 11 starts supplying reforming air in response to an instruction from the main control unit 19. Thereby, the partial oxidation reforming reaction is performed in the reforming unit 6.
  • the reforming air is continuously supplied to the fuel cell module 1 even at the time of ignition after the elapse of the pre-purge period.
  • the SOFC according to Embodiment 1 is configured to ignite and burn the raw material by the ignition unit in a state where the supply of the reforming air is stopped and only the raw material and power generation air are supplied. ing.
  • the reforming air is not supplied to the combustion chamber 5 in a state where the raw material is mixed, and it is avoided that the ignition stability is hindered. Can do.
  • power generation air enters the combustion chamber 5 from outside the flame as oxygen necessary for maintaining combustion, thereby improving flame stability and suppressing generation of carbon monoxide. .
  • the peak value of the generated carbon monoxide concentration was 250 ppm.
  • the peak value of the generated carbon monoxide concentration could be reduced to 50 ppm.
  • the mixed raw material and reforming air are jetted from the inside of the plurality of cylindrical fuel cells 3 to the combustion chamber 5, and the power generation air is supplied to the plurality of cylindrical fuel cells 3.
  • so-called premixed combustion is performed in which the fuel is sent from the outside to the combustion chamber 5, the ignition unit 8 is operated to ignite the raw material, and a flame is formed at the outlets 3 a of the plurality of fuel cells 3.
  • the SOFC according to the first embodiment is not configured to attract reforming air corresponding to primary air, but is configured to forcibly supply air, and power generation air corresponding to secondary air is also diffused and sucked. This is not a configuration for performing forced air supply.
  • the factors governing the ignition characteristics were examined in more detail.
  • the ignition limit and the peak value of carbon monoxide generation at the time of ignition were examined based on the primary air ratio based on the reforming air flow rate and the total air ratio obtained by adding the reforming air flow rate and the power generation air flow rate. It was found that the suppression of carbon monoxide generation is affected by the primary air ratio due to the reforming air flow rate. In other words, due to the difference in configuration from Bunsen burner and the like, mixing of reforming air into the raw material hinders ignition stability, and specifically when the primary air ratio becomes extremely small (0 to 0.1). It was found that the generation peak value of carbon monoxide can be suppressed.
  • the supply of reforming air is stopped at the time of ignition, so that the ignition stability is excellent, and as described above, carbon monoxide is generated at the time of ignition.
  • the peak value can be suppressed to 50 ppm.
  • the SOFC according to the first embodiment supplies power generation air and reforming air, performs pre-purge before starting the ignition of the raw material, and then stops only the supply of reforming air. Subsequently, the supply of the raw material is started, and the combustion is performed in the combustion chamber 5 together with the power generation air that is continuously supplied, and then the reforming air is supplied again.
  • pre-purge at the time of starting, the water
  • FIG. 3 is a time chart showing an example of an operation at the time of startup of the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows the period before and after ignition and the period until the autothermal reforming reaction is performed in the reforming unit 6 as in FIG. 2. The period for performing the pre-purge, the period for performing the ignition, and the raw material by the ignition. It is possible to distinguish between the period during which the fuel burns and the period during which the partial oxidation reforming reaction to the autothermal reforming reaction proceed.
  • the reforming air flow rate control unit 15 when the supply of reforming air is resumed after ignition, the reforming air flow rate control unit 15 is in accordance with an instruction from the main control unit 19. Gradually changes the opening, and the reforming air supply unit 11 supplies the reforming air to the fuel cell module 1. At this time, the reforming air flow rate control unit 15 adjusts the amount so as to increase by 0.1 NL / sec, for example, within a range where the flow rate of the reforming air per unit time is not more than a predetermined flow rate.
  • the SOFC according to the second embodiment has a purification unit temperature for detecting the temperature of the inlet portion of the exhaust gas purification unit 9 in the configuration of the SOFC according to the first embodiment. It is set as the structure further provided with the detection sensor (temperature detection part for purification
  • FIG. Based on the detection result of the purification unit temperature detection sensor 21, the main control unit 19 supplies the water supply unit 13 and the water flow rate control unit 17 with reforming water having a predetermined flow rate to reform the fuel cell module 1. It differs from the SOFC according to the first embodiment in that it instructs the unit 6 to supply it.
  • the main control unit 19 instructs the water supply unit 13 and the water flow rate control unit 17 based on the detection result of the purification unit temperature detection sensor 21 to reform the predetermined flow rate. Increase the amount of water at an appropriate time.
  • the SOFC according to the second embodiment has the same configuration as the SOFC according to the first embodiment. Therefore, the same members are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an overall configuration of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 2 of the present invention.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the amount of water for reforming is increased for the following reasons. That is, if a large amount of water for reforming is introduced at a stage where the temperature of the reforming unit 6 and the fuel cell 3 does not rise sufficiently, the operation stability and the flame temperature are lowered, and the concentration of carbon monoxide generated thereby. This is because there is a problem that becomes larger. Therefore, in the SOFC according to the second embodiment, the reforming water to be supplied based on the temperature of the exhaust gas purification unit 9 that rises with the reforming unit 6 and the fuel cell 3 while gradually supplying the reforming water. Increase the flow rate.
  • FIG. 5 shows the relationship between the CO concentration discharged outside the system when the solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 2 of the present invention is started up and the temperature of the inlet portion of the exhaust gas purification unit 9 (inlet temperature). It is a graph which shows. In FIG. 5, the horizontal axis of the graph represents time (t), the left vertical axis represents the CO concentration discharged outside the system (C), and the right vertical axis represents the inlet temperature (T) of the exhaust gas purification unit 9. .
  • the broken line indicates the time series change of the CO concentration in the SOFC cited as a comparative example for explaining the effect of the SOFC according to the second embodiment
  • the solid line indicates the time series of the CO concentration in the SOFC according to the second embodiment.
  • a change and a dashed-dotted line show the time-series change of the inlet temperature of the exhaust gas purification unit 9.
  • t1 is an elapsed time from the start of startup to ignition
  • t2 is an elapsed time from the start of startup to the start of supply of reforming water
  • t3 is a start of the SOFC according to the comparative example from the start of startup to reforming.
  • t4 indicates the elapsed time from the start of startup in the SOFC according to the comparative example until the amount of reforming water is further increased. As will be described later, this t4 is also the elapsed time from the start of start-up in the SOFC according to Embodiment 2 until the amount of reforming water is first increased.
  • C1 on the vertical axis indicating the CO concentration corresponds to a value at which the peak value of the CO concentration generated in the SOFC according to Embodiment 2 mainly appears
  • T1 on the vertical axis indicating the inlet temperature of the exhaust gas purification unit 9 is This corresponds to a predetermined temperature (for example, 120 ° C.) at which the function of the exhaust gas purification unit 9 can be secured.
  • the inlet temperature of the exhaust gas purification unit 9 is heated by the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber 5, gradually increases in temperature, and changes so as to become substantially constant after a certain amount of time has passed.
  • the time series change (solid line) of the CO concentration in the SOFC according to the second embodiment and the time series change (dashed line) of the CO concentration in the SOFC according to the comparative example are different in magnitude, but have two peaks. Appears.
  • the first peak is caused by CO generated at the time of ignition.
  • the second peak is caused by the reforming water supplied when the partial oxidation reforming reaction is shifted to the autothermal reforming reaction.
  • the flame stability is inhibited by the reforming water supply. It shows that the CO concentration has increased.
  • the first peak in the SOFC according to the comparative example is due to CO generated at the time of ignition.
  • the second peak is attributed to the reforming water supplied during the transition from the partial oxidation reforming reaction to the autothermal reforming reaction, and the first increase in the reforming water. Since the flame stability was inhibited and CO was generated at each of the time and the first increase, the CO concentration was greatly increased.
  • the SOFC according to the second embodiment is not affected by the increase in the CO concentration accompanying the initial increase in the reforming water.
  • the reforming water In response to the increase in the CO concentration accompanying the first increase in the value of the second peak, the value of the second peak is increased. The difference between the two will be described below.
  • the difference between the SOFC according to Embodiment 2 and the SOFC according to the comparative example is that the former does not increase the amount of reforming water at t3, but increases the amount of reforming water at t4, whereas the latter increases at t3. This is that the amount of water for reforming supplied to the reforming unit 6 is increased.
  • the steam stability is also lowered because the steam is also ejected from the outlet 3a of the fuel cell 3 together with the reforming air and the reformed gas (fuel).
  • the concentration of CO to be increased is also lowered.
  • the inlet temperature of the exhaust gas purification unit 9 is the activation temperature of the purification catalyst (oxidation catalyst) provided in the exhaust gas purification unit 9 at t3. It is lower than (for example, 120 ° C.), and the exhaust gas purification unit 9 does not sufficiently secure the exhaust gas purification function. For this reason, in the SOFC according to the comparative example, the CO concentration exhausted out of the system (outside the fuel cell module) at t3 cannot be reduced, and the CO concentration is 2 as shown by the broken line in the graph of FIG. The value is high at the first peak.
  • the inlet temperature of the exhaust gas purification unit 9 exceeds the activation temperature (T1) of the purification catalyst at t4, and the exhaust gas purification unit 9 Since the exhaust gas purification function is sufficiently ensured, the concentration of CO discharged outside the system can be reduced. As a result, as shown by the solid line in the graph of FIG. 5, the peak of the CO concentration due to the increase in the reforming water does not occur, and good exhaust gas characteristics are exhibited.
  • the second CO concentration peak is slightly generated due to the supply of the reforming water.
  • the SOFC according to Embodiment 2 is configured not to supply reforming water by advancing the partial oxidation reforming reaction until the inlet temperature of the exhaust gas purifying unit 9 reaches the activation temperature of the purifying catalyst.
  • the second CO concentration peak can be avoided.
  • the purification catalyst provided in the exhaust gas purification unit 9 for example, an oxidation catalyst mainly composed of noble metals can be used, and CO purification performance can be secured by this purification catalyst.
  • this purification catalyst it is necessary to set the temperature to a predetermined temperature or higher.
  • a heater for heating the exhaust gas purification unit 9 is separately provided and the purification catalyst is set to a predetermined temperature or higher by the heater when the SOFC is activated.
  • the SOFC according to the second embodiment as described above, in consideration of the characteristics of the reforming reaction to be performed, the amount of reforming water is not increased until a predetermined temperature at which the purification catalyst is activated is reached. A unique sequence was executed, which made it possible to eliminate the need for a heater.
  • the exhaust gas purification unit 9 is configured to include an oxidation catalyst mainly composed of noble metals as a purification catalyst. However, if the purification catalyst can ensure CO purification performance, The material and shape are not limited. Further, the exhaust gas purification unit 9 is configured to include a purification catalyst that is activated at a predetermined temperature. However, the exhaust gas purification unit 9 is not necessarily provided with a purification catalyst, and may be configured to effectively remove CO at a predetermined temperature or higher. Is optional.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an overall configuration of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to Embodiment 3 of the present invention.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • FIGS. 1 and 4 in order to explain the invention more clearly, in the fuel cell module 1, the flow paths of the raw material, reformed gas (fuel), reforming gas, reforming water, and power generation air are described. It is not specified in particular.
  • FIG. 7 is a graph showing the temperature characteristics of the reforming unit 6 and the stack 4 at the time of starting the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the third embodiment.
  • the SOFC according to the third embodiment is a table showing a correspondence relationship between the outer wall temperature of the reforming unit 6 and the stack temperature according to the operation time of the SOFC in the configuration of the SOFC according to the first embodiment.
  • a storage unit 30 that holds information 31 is provided.
  • the SOFC according to the third embodiment has the same configuration as the SOFC according to the first embodiment. Therefore, the same members are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the horizontal axis of the graph is time (t)
  • the vertical axis is temperature (T)
  • the broken line in the graph indicates the stack temperature
  • the solid line indicates the outer wall temperature of the reforming unit 6 that is the object to be heated.
  • t1 represents an elapsed time from the start of activation to ignition
  • t5 represents an elapsed time from the start of activation to the start of power generation.
  • the stack temperature is set in the vicinity of the fuel cell 3 (A in FIG. 6) located at the center in the horizontal direction and the center in the vertical direction of the stack 4 where the plurality of fuel cells 3 are arranged. ). Further, the outer wall temperature of the reforming section 6 was measured on the lower side (B in FIG. 6) of the reforming section 6 above the flame formed in the combustion chamber 5. And the table information 31 which shows the correspondence of both was created. Since the reforming water is evaporated at the inlet portion of the reforming section 6, the temperature was measured on the outer wall near the outlet portion where the reforming reaction is proceeding.
  • the stack temperature and the outer wall temperature of the reforming unit 6 each increase from the time when the SOFC according to Embodiment 3 is activated and the raw material is supplied and ignited (time t1). Since the heat capacity of the stack 4 is larger than the heat capacity of the outer wall of the reforming unit 6, the stack temperature gradually rises, whereas the outer wall temperature of the reforming unit 6 forms a flame immediately below the reforming unit 6. Has been rising rapidly. Thus, the outer wall of the reforming unit 6 has high responsiveness to temperature changes in the fuel cell module 1.
  • the temperature change of the outer wall temperature of the reforming unit 6 and the temperature change of the stack temperature are different in magnitude of change per unit time, but are correlated. That is, the outer wall temperature and the stack temperature of the reforming unit 6 cause the reforming unit 6 to proceed with the partial oxidation reforming reaction, the autothermal reforming reaction, the steam reforming reaction, and the reforming reaction after ignition of the raw material.
  • the power generation is started and the power generation is continued at the rated output (for example, 800 W)
  • the power is stabilized at a predetermined temperature (for example, 630 ° C.). That is, the temperature change of the stack temperature has a correlation with the temperature change of the outer wall temperature of the reforming unit 6.
  • table information 31 indicating the correspondence relationship between the temperature characteristics shown in FIG. 7 is prepared in advance and stored in the storage unit 30.
  • the main control unit 19 refers to the table information 31 so that the stack temperature can be grasped based on the outer wall temperature of the reforming unit 6 detected by the temperature detection sensor 18. It is configured.
  • the fuel cell module 1 is highly reliable by detecting the temperature of the reforming unit 6 having excellent responsiveness to a temperature change and making an ignition determination on the raw material based on the detected temperature change. Combustion detection can be realized.
  • the ignition determination in the SOFC according to the third embodiment will be described.
  • the temperature of the reforming unit 6 is set as a detection target of the temperature detection sensor 18, and the main control unit 19 determines a predetermined value of the reforming unit 6 after supplying the raw material based on the detection result of the temperature detection sensor 18. Understand temperature changes over time. And it is comprised so that the ignition control of the raw material by the ignition part 8 may be performed based on the temperature change which the main control part 19 grasped
  • the main control unit 19 determines that the outer wall temperature of the reforming unit 6 has increased by a predetermined temperature (for example, 15 ° C.) or more within a predetermined time (for example, 20 seconds) after supplying the raw material, the combustion chamber 5, it is determined that the raw material has been ignited.
  • a predetermined temperature for example, 15 ° C.
  • a predetermined time for example, 20 seconds
  • the main control unit 19 determines that ignition has not occurred.
  • the temperature of the combustion region (the combustion exhaust gas in the combustion chamber 5) can be considered as the detection target of the temperature detection sensor 18, but in this case, the responsiveness to the temperature change is the reforming unit 6. Even higher than the outer wall temperature.
  • the detection accuracy may be lowered.
  • the temperature detection sensor 18 is provided in the vicinity of the flame, there is a problem that flame stability is hindered and carbon monoxide is generated. Therefore, in the SOFC according to Embodiment 3, the temperature change of the temperature detection sensor 18 provided on the outer wall portion of the reforming unit 6 is used for ignition determination.
  • the detection target for detecting the temperature in order to perform the ignition determination is not limited to the outer wall of the reforming unit 6, and may be another member that changes in temperature with combustion in the combustion chamber 5.
  • the outer wall of the reforming unit 6 instead of the outer wall of the reforming unit 6, for example, the internal temperature or the inner wall temperature of the reforming unit 6 may be used.
  • the temperature detection sensor 18 used for the ignition determination is provided to detect the temperature of the reforming unit 6 in order to switch the reforming reaction performed in the reforming unit 6 as described in the first embodiment. You can share what is being used. For this reason, there is an advantage that the number of parts can be reduced without separately providing the temperature detection sensor 18 for the ignition determination.
  • the stack wall temperature is grasped by using the outer wall temperature of the reforming unit 6 that is highly responsive to temperature changes, and the raw material by the ignition unit 8 in the combustion chamber 5 is obtained. It was the structure which performs an ignition determination.
  • the stack temperature falls within a predetermined temperature range, for example, the endurance limit range, using the correspondence relationship between the outer wall temperature of the reforming unit 6 and the stack temperature. Configure to manage.
  • the endurance limit range indicates a range from the stack endurance upper limit temperature to the stack endurance lower limit temperature, and is a temperature range determined as a range in which the stack 4 does not deteriorate.
  • the stack temperature is set when the fuel cell module 1 is in a thermally stable state as in the case where power generation is continued at the rated output. It is important to operate so as to be within the endurance limit range.
  • the SOFC configuration according to the first modification of the third embodiment is the same as that of the SOFC configuration according to the third embodiment except that the contents of the table information 31 held by the storage unit 30 are different from those of the SOFC configuration according to the third embodiment. Become. For this reason, the same code
  • the storage unit 30 corresponds to the power generation amount and the temperature of the reforming unit 6 corresponding to the stack durability upper limit temperature and the stack durability lower limit temperature. Information indicating the relationship is held in the storage unit 30 as table information 31.
  • the storage unit 30 can use a main storage device such as a main memory, for example.
  • FIG. 8 is a graph showing temperature characteristics during power generation in the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the third embodiment.
  • the horizontal axis of the graph is the power generation amount (G)
  • the vertical axis is the outer wall temperature (T) of the reforming unit 6
  • the solid line of the graph is the upper limit temperature of the stack 4
  • the broken line of the graph is the endurance of the stack 4 It is the outer wall temperature of the reforming unit 6 corresponding to the lower limit temperature.
  • the stack durability upper limit temperature and the stack durability lower limit temperature are set to predetermined values for the stack 4 respectively.
  • the outer wall temperature of the reforming unit 6 corresponding to each of the stack durability upper limit temperature and the stack durability lower limit temperature is reformed from the utilization rate of fuel used for power generation, the utilization rate of power generation air, the combustion state, and the combustion chamber 5. It is governed by the heat balance in the fuel cell module 1 including heat transfer to the part 6, heat dissipation in the reforming part 6, and the like. For this reason, as shown in FIG. 8, the outer wall temperature of the reforming unit 6 corresponding to the stack durability upper limit temperature and the stack durability lower limit temperature changes according to the amount of power generation. In addition, as shown in FIG.
  • the outer wall temperature of the reforming unit 6 corresponding to the stack durability upper limit temperature and the stack durability lower limit temperature tends to decrease as the amount of power generation increases. This is because the fuel utilization rate increases as the amount of power generation increases in the SOFC, the fuel ratio decreases in the combustion chamber 5, and the moisture ratio increases. For this reason, the temperature of the flame formed in the combustion chamber 5 tends to decrease, and combustion tends to become unstable.
  • the outer wall temperature of the reforming unit 6 correlates with the stack temperature. Therefore, the outer wall temperature of the reforming unit 6 is controlled in accordance with the amount of power generation so that the stack temperature falls within an appropriate setting range (the range from the stack durability upper limit temperature to the stack durability lower limit temperature).
  • the change in the power generation amount is the outer wall temperature of the reforming unit 6 corresponding to TDR (Turn Down Ratio) required for the combustion equipment, and the variation range of the combustion amount is the stack durability upper limit temperature and the stack durability lower limit temperature, respectively.
  • TDR Transmission Down Ratio
  • the stack temperature is controlled to be within the endurance limit range (the range from the stack endurance upper limit temperature to the stack endurance lower limit temperature). Can do.
  • the fuel that was not used for power generation ejected from the outlet 3a in the upper part of the fuel cell 3 and the power generation air that was not used for power generation diffusely burned.
  • both the stack temperature and the temperature of the reforming unit 6 are decreased in proportion to the increase in the air ratio.
  • both the stack temperature and the temperature of the reforming unit 6 increase in proportion to the drop in the air ratio.
  • the temperature of the reforming unit 6 and the stack temperature corresponding to the temperature of the reforming unit 6 can be adjusted by adjusting the supplied air ratio during diffusion combustion during power generation. More specifically, the outer wall temperature of the reforming unit 6 is controlled as follows.
  • the air supply unit 12 and the power generation air flow rate control unit 16 are instructed to increase the flow rate of power generation air.
  • the power generation air flow rate control unit 16 increases the opening so that the flow rate of the power generation air to be supplied increases, and the power generation air supply unit 12 controls the power generation air flow rate control.
  • the reforming air having a flow rate instructed from the main control unit 19 is supplied to the fuel cell module 1 via the unit 16.
  • the main control unit 19 controls the raw material supply unit 10 and the raw material flow rate control.
  • the unit 14 is further instructed to reduce the flow rate of the raw material supplied.
  • the raw material flow rate control unit 14 decreases the opening so that the flow rate of the supplied raw material decreases, and the raw material supply unit 10 performs main control via the raw material flow rate control unit 14.
  • a raw material having a flow rate instructed by the unit 19 is supplied to the fuel cell module 1.
  • the main control unit 19 determines that the outer wall temperature of the reforming unit 6 is lower than the temperature corresponding to the stack durability lower limit temperature based on the detection result received from the temperature detection sensor 18, first, the power generation air supply unit 12 The power generation air flow rate control unit 16 is instructed to reduce the flow rate of the power generation air. Further, when it is determined that the detection result received from the temperature detection sensor 18 does not fall within the set temperature range even if the flow rate of the power generation air is decreased, the main control unit 19 controls the raw material supply unit 10 and the raw material flow rate control unit 14. To increase the flow rate of the raw material supplied.
  • the main control unit 19 can control the outer wall temperature of the reforming unit 6 so as to fall within a range from a temperature corresponding to the stack durability upper limit temperature to a temperature corresponding to the stack durability lower limit temperature. .
  • the main control unit 19 blows off the flame ( Blow Off), misfire due to quenching, etc. If it is determined that the combustion is abnormal, the main control unit 19 instructs the raw material supply unit 10 and the raw material flow rate control unit 14 to stop the supply of the raw material and stop the combustion.
  • the determination as to whether or not the above-described abnormal combustion has occurred is specifically performed as follows.
  • the outer wall temperature of the reforming unit 6 is set within the set temperature range corresponding to the endurance limit range corresponding to the power generation amount. For example, when the flow rate is changed by ⁇ 10% and the outer wall temperature of the reforming unit 6 does not return within the set temperature range, the main control unit 19 determines that the combustion is abnormal.
  • the main control unit 19 determines that the combustion is abnormal.
  • the stack temperature is controlled to be within the endurance limit range by adjusting the outer wall temperature of the reforming unit 6 to be within the set temperature range. It is not limited. For example, only the determination as to whether or not the stack temperature is outside the endurance limit range is made based on the outer wall temperature of the reforming unit 6.
  • the configuration is such that the temperature of the stack 4 is directly controlled to be within the endurance limit range by changing the flow rate of the power generation air or the raw material as described above. There may be. In the case of such a configuration, a temperature detection sensor is also provided in the stack 4 separately.
  • the carbon monoxide concentration of the combustion exhaust gas is set to a predetermined value (for example, 150 ppm) or less so that the reforming unit 6 It was found that the outer wall temperature can be controlled.
  • the SOFC according to Modification 2 of Embodiment 3 is modified so that the CO concentration in the combustion exhaust gas becomes a predetermined value or less from the correspondence relationship between the outer wall temperature of the reforming unit 6 and the CO concentration in the combustion exhaust gas.
  • the outer wall temperature of the mass part 6 is controlled. In this way, from the correspondence between the outer wall temperature of the reforming unit 6 and the CO concentration, the outer wall temperature of the reforming unit 6 is controlled so that the CO concentration becomes a predetermined value or less, so that the CO concentration is taken into consideration. It becomes possible to control the outer wall temperature of the reforming section 6.
  • the SOFC according to the second modification of the third embodiment has the same configuration as the SOFC according to the third embodiment except that the table information 31 held in the storage unit 30 is different. For this reason, the same code
  • the storage unit 30 holds information indicating the correspondence between the outer wall temperature of the reforming unit 6 and the CO concentration corresponding to the change in the air ratio as the table information 31.
  • the main control unit 19 performs combustion based on the detection result received from the temperature detection sensor 18 according to the air ratio of the power generation air supplied to the combustion chamber 5.
  • the CO concentration in the exhaust gas can be grasped.
  • the air ratio described above is such that the main control unit 19 manages the air flow rate supplied to the fuel cell module 1 by the power generation air supply unit 12 via the power generation air flow rate control unit 16, and the power generation amount in the SOFC And the air flow rate to be supplied.
  • the SOFC according to the third modification of the third embodiment has a configuration in which the first modification and the second modification of the third embodiment are combined, the outer wall temperature of the reforming unit 6 according to the amount of power generation, and the stack From the correspondence relationship between the temperature and the CO concentration in the combustion exhaust gas, the outer wall of the reforming unit 6 is set so that the stack temperature is within the endurance limit range according to the amount of power generation and the CO concentration in the combustion exhaust gas is equal to or less than a predetermined value. Configure to control temperature.
  • the SOFC according to the third modification of the third embodiment is the same as the SOFC according to the third embodiment shown in FIG. 6 except that the table information 31 held in the storage unit 30 is different. For this reason, the same code
  • the table information 31 corresponds to the outer wall temperature of the reforming unit 6 corresponding to the stack durability upper limit temperature and the stack durability lower limit temperature corresponding to the power generation amount, and the fluctuation of the air ratio. Information indicating the correspondence between the outer wall temperature of the reforming unit 6 and the CO concentration in the combustion exhaust gas is held.
  • the main control unit 19 refers to the table information 31 from the set power generation amount and the detection result received from the temperature detection sensor 18, and keeps the stack temperature within the endurance limit range while maintaining the CO concentration in the combustion exhaust gas.
  • the outer wall temperature of the reforming unit 6 can be controlled so as to be suppressed to a predetermined value or less.
  • the main control unit 19 preferentially adjusts the outer wall temperature of the reforming unit 6 so that the stack temperature is within the endurance limit range. Control.
  • the flame stability in the fuel cell module 1 is not good and the combustion range is narrow
  • the CO concentration in the combustion exhaust gas reaches a predetermined value (for example, 150 ppm)
  • the outer wall temperature of the reforming unit 6 is adjusted.
  • Preferential control is performed so that the CO concentration becomes a predetermined value or less.
  • the ignition determination described in the third embodiment and the first modification of the third embodiment It is desirable that the range (combustion detection range) in which the presence or absence of abnormal combustion described above can be determined is wide.
  • the temperature detection sensor is configured so that the outer wall temperature of the reforming unit 6 is below the reforming unit 6 and in the vicinity of the outlet of the reforming unit 6.
  • 18 is configured to measure the temperature, but is not limited to the vicinity of the outlet, and if the combustion status and the progress of the reforming reaction can be grasped, the internal temperature of the reforming unit 6,
  • a temperature detection sensor 18 may be provided so as to detect the inner wall temperature. Further, in the case where the temperature detection sensor 18 is provided on the outer wall of the reforming unit 6, it is preferable to detect the temperature of the contact portion with the outer wall by the temperature detection sensor 18, but the present invention is not limited to this.
  • the SOFC according to the present invention ignites a raw material at the time of start-up, heats a reforming part or the like with heat of generated combustion exhaust gas, and implements a reforming reaction, a domestic fuel cell system, a commercial fuel cell system, or various types It can be widely used for applications such as power supply systems.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

　固体酸化物形燃料電池は、起動時に原料に着火させる着火部（８）と、原料を供給する原料供給部（１０）と、改質用空気を供給する改質用空気供給部（１１）と、発電用空気を供給する発電用空気供給部（１２）とを備え、起動時に原料供給部（１０）が原料を供給し、発電用空気供給部（１２）が発電用空気を供給して着火部（８）により原料に着火させ、着火後に改質用空気供給部（１１）が改質用空気を供給する。これにより、固体酸化物形燃料電池の起動から発電に至るまでにおける各フェーズでの特性を考慮し、安全性を高めることができる。

Description

固体酸化物形燃料電池
　本発明は固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下、ＳＯＦＣと称する）に関するものであり、特に、ＳＯＦＣにおける起動時の着火処理に関する。
　従来のＳＯＦＣとして、電解質に酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を設置した構成を有するものが提案されている。このＳＯＦＣは、一方の電極側に、都市ガス（１３Ａ）などの原料を改質して得た改質ガスを供給するとともに、他方の電極側に空気（酸素）を供給し、高温、高効率で発電するように構成されている。この従来のＳＯＦＣでは、酸化物イオン導電性固体電解質を通過した酸化物イオンと水素イオンとの化学反応により、水蒸気や二酸化炭素を生成して電気や熱を発生する。そして、発生した電気はＳＯＦＣの外部に取り出され各種の電力負荷に供給される。また、発電時に発生した熱は原料、発電用空気、または改質用水等の加熱に使用される（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に係るＳＯＦＣが備える燃料電池モジュールでは、改質器において生成された改質ガスが燃料ガス供給管を通じて燃料電池セルユニット内に供給される。さらに、空気用熱交換器により排ガスとの熱交換で予熱された空気が空気導入管を介して発電室に導入される。また、燃料電池セルユニットは、内部に燃料ガス流路を形成する円筒形の内側電極層（燃料極）と、円筒形の外側電極層（空気極）と、これらの間設けられた電解質層とを有する、複数の燃料電池セルから構成されている。特許文献１に係るＳＯＦＣでは、発電に利用されなかった改質ガスと、発電に利用されなかった空気とを燃焼室において燃焼させ、その燃焼熱により改質器を加熱したり、空気を予熱する空気用熱交換器を加熱したりする。また、特許文献１に係るＳＯＦＣでは、燃焼室における燃焼により発生した未燃ガスまたは一酸化炭素等の不完全燃焼ガスが外部に排出されることを防ぐように構成されている。すなわち、特許文献１に係るＳＯＦＣは、燃料電池セルスタックの温度が適正な温度範囲内となるように制御することを優先しつつ、発電用空気供給量を補正して、未燃ガスまたは不完全燃焼ガスの排出を抑制する構成となっている。
　また、未燃ガス等の発生を抑制するために、燃焼用に利用するガスの着火の有無を判定できる燃料電池装置の起動方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に係る燃料電池装置は、着火ヒータにより、ガスに着火した後、燃焼領域の温度が所定時間以内に所定温度Ｔ０℃からＴ１℃以上に温度が上昇した場合に着火したと判定し、所定時間内に着火と判定できなければ、未着火と判定する。このように、特許文献２に係る燃料電池装置は、着火ヒータによる未着火の有無を判定し、未燃ガスの放出を抑制することができる。
特開２０１３－１２４４４号公報 特開２００８－１３５２６８号公報
　本発明は、固体酸化物形燃料電池の起動から発電に至るまでにおける各フェーズでの特性を考慮し、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供する。
　ある態様に係る固体酸化物形燃料電池は、上記した課題を解決するために、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、を備え、起動時において前記原料供給部が原料を、前記発電用空気供給部が前記発電用空気をそれぞれ前記燃焼部に供給し、前記着火部により原料が着火された後、前記改質用空気供給部が前記改質用空気を前記燃焼部に供給する。
　ある態様に係る固体酸化物形燃料電池は、上記した課題を解決するために、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスを浄化する排ガス浄化部と、前記原料、前記改質用空気、前記発電用空気、および前記改質用水の流量をそれぞれ制御する流量制御部と、前記排ガス浄化部の入口に設けられ、該排ガス浄化部の入口温度を検知する浄化部用温度検知部と、を備え、着火後において、前記浄化部用温度検知部により検知された前記排ガス浄化部の入口温度が所定温度になった後に、前記水供給部および前記流量制御部は、前記改質用水を供給、または増量させる。
　ある態様に係る固体酸化物形燃料電池は、上記した課題を解決するために、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度検知部から受け付けた検知結果から得られた、原料供給後の前記被加熱体の所定時間における温度変化をもとに、着火判断を行なう。
　ある態様に係る固体酸化物形燃料電池は、上記した課題を解決するために、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、発電時において前記燃料電池セルスタックが劣化しない範囲として定められている所定の温度範囲と前記被加熱体の温度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記テーブル情報を参照して、前記燃料電池セルスタックの温度が前記所定の温度範囲内となるように、前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する。
　ある態様に係る固体酸化物形燃料電池は、上記した課題を解決するために、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、前記被加熱体の温度と前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記テーブル情報を参照して、前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下になるように、前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する。
　ある態様に係る固体酸化物形燃料電池は、上記した課題を解決するために、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、前記燃料電池セルスタックが劣化しない範囲として定められている所定の温度範囲と前記被加熱体の温度との対応関係を示すとともに、前記被加熱体の温度と前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記テーブル情報を参照して、前記燃料電池セルスタックの温度が所定の温度範囲内となり、かつ前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下になるように前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する。
　本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、以上に説明したように構成され、固体酸化物形燃料電池の起動から発電に至るまでにおける各フェーズでの特性を考慮し、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の全体構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の作動の一例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の作動の一例を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２における固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の全体構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時に系外へ排出されるＣＯ濃度と排ガス浄化部の入口部分の温度（入口温度）との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の全体構成を示す模式図である。 実施の形態３に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時における改質部およびスタックそれぞれの温度特性を示すグラフである。 実施の形態３に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）における発電時の温度特性を示すグラフである。
　（本発明の一形態を得るに至った経緯）
　本発明者は「背景技術」にて記載した特許文献１に係るＳＯＦＣの起動時に実施するシーケンス制御に関して鋭意研究したところ、以下の知見を得た。まず、特許文献１に係るＳＯＦＣの、起動時に実施するシーケンス制御について説明する。
　特許文献１に係るＳＯＦＣでは、起動時において、改質用空気が改質器へ供給されるとともに、発電用空気が空気用熱交換器を介して発電室および燃焼室（燃焼部）へと供給される。この後、原料の供給も開始され、改質用空気に原料が混合された状態で改質器および燃料電池セルスタック、および燃料電池セルユニットをそれぞれ通過して、燃焼室へと供給される。
　次に、燃焼室において点火装置により原料への着火が行われ、原料と空気（改質用空気、発電用空気）とを燃焼させる。このとき生成された排気ガスの有する熱により、改質器内の原料および改質用空気を加熱させ、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）を進行させる。改質器の温度が上昇して所定温度（例えば、６００℃）になると、原料と改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器に供給させ、上述した部分酸化改質反応と水蒸気改質反応（ＳＲ）とが共存するオートサーマル改質反応（ＡＴＲ）が進行する。さらに改質器の温度が上昇して所定温度（例えば、７００℃）になると、改質用空気の供給を停止し、改質ガスと水蒸気のみによる水蒸気改質反応（ＳＲ）を進行させた後、発電を開始する。
　この起動時におけるシーケンス制御において、本発明者は、着火時に一酸化炭素等の有害ガスが発生しやすいということを見出した。しかしながら、特許文献１では、ＳＯＦＣの安定動作時における一酸化炭素の発生の抑制については考慮されているが、起動時の着火時における一酸化炭素の発生については考慮されていない。
　以上の知見に基づいて、本発明者らは、原料への着火時に改質用空気の供給を制御することで、着火時において発生する一酸化炭素の量を抑制することができることを見出し、本発明に至った。
　また、本発明者は、改質部においてオートサーマル改質反応または水蒸気改質反応を実行する際に、改質用水を改質部に供給したり増量させたりするが、この改質用水の供給または増量により、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が上昇する場合があることを見出した。このため、改質用水を改質部に供給または増量する場合には、その時点までに排ガス浄化部を、燃焼排ガス中の一酸化炭素を除去する機能が確保できる所定温度まで加熱しておく必要がある。そこで、排ガス浄化部の温度を監視し、燃焼排ガスの熱により所定温度に達するまで改質用水の供給または増量を行わないように制御することで、燃料電池モジュールから排気される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を低減できることを見出した。また、このように制御することで排ガス浄化部を燃焼排ガスの有する熱でのみ加熱することができ、別途、ヒータなどを設ける必要もないことを発見し、本発明に至った。
　また、本発明者は、燃焼排ガスの熱により加熱される改質部の温度と燃料電池セルスタックの温度との関係を調べたところ両者に相関があることを見出した。さらには、改質部の温度と、燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度とも相関があることを見出した。つまり、改質部の温度を管理することで燃料電池セルスタックの温度および一酸化炭素濃度を管理することができることを見出した。また、所定時間における改質部の温度変化から燃焼室における着火の有無を判定することができることも見出した。
　そして、本発明では具体的には以下に示す態様を提供する。
　第１の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、を備え、起動時において前記原料供給部が原料を、前記発電用空気供給部が前記発電用空気をそれぞれ前記燃焼部に供給し、前記着火部により原料が着火された後、前記改質用空気供給部が前記改質用空気を前記燃焼部に供給する。
　上記構成によると、前記起動時において、原料、発電用空気のみを燃焼部へ供給させ着火部により原料に着火させ、該原料を発電用空気とともに燃焼させる。そして、着火後に改質用空気を燃焼部へ供給するといったシーケンスとなっている。このように、着火時に燃焼部に対して原料に改質用空気を混入させた状態で供給することを防ぐことができるため、改質用空気により着火安定性が阻害されることを回避することができるとともに、原料と発電用空気との拡散燃焼を促進して火炎安定性を高め、一酸化炭素の発生を抑制することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池は、着火時に発生する一酸化炭素を抑制することができる。
　よって、固体酸化物形燃料電池の起動から発電に至るまでで、特に着火時の特性を考慮し、一酸化炭素の発生を抑制できる、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供することができるという効果を奏する。
　また、第２の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、第１の態様に係る固体酸化物形燃料電池において、前記改質用空気供給部は、着火後において、前記改質用空気を、単位時間当たり所定流量以下となる範囲内で増加させかつ、単位時間当たりの該改質用空気の流量の変化率を示す傾きの大きさが所定の範囲内となるように、前記燃焼部に供給するように構成されていてもよい。なお、単位時間当たりの改質用空気の流量の変化率を示す傾きの大きさが所定の範囲内であれば、改質用空気の流量は、階段状に増加してもよいし、曲線状または直線状（単調増加）に増加してもよい。すなわち、改質用空気は、一度に所定流量増加させるのではなく、徐々に増加するように供給される構成であればよい。
　また、第３の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、第１または第２の態様に係る固体酸化物形燃料電池において、着火前においてプリパージとして前記発電用空気供給部が前記発電用空気を、前記改質用空気供給部が前記改質用空気をそれぞれ供給した後、該改質用空気供給部は前記改質用空気の供給を停止させる一方、前記原料供給部が前記原料の供給を開始し、前記燃焼部において前記着火部が前記原料を着火させ、前記発電用空気と共に燃焼させるように構成されていてもよい。
　また、第４の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスを浄化する排ガス浄化部と、前記原料、前記改質用空気、前記発電用空気、および前記改質用水の流量をそれぞれ制御する流量制御部と、前記排ガス浄化部の入口に設けられ、該排ガス浄化部の入口温度を検知する浄化部用温度検知部と、を備え、着火後において、前記浄化部用温度検知部により検知された前記排ガス浄化部の入口温度が所定温度になった後に、前記水供給部および前記流量制御部は、前記改質用水を供給、または増量させる。
　ここで、排ガス浄化部における所定の入口温度とは、排ガス浄化部が燃焼排ガスに含まる一酸化炭素等の有害物質を除去する機能が確保できる温度である。
　上記構成によると、着火後において、排ガス浄化部の入口温度が所定温度になった後に、水供給部と流量制御部とが協働して改質用水の供給または増量を行う構成である。ところで、改質用水を供給したり、増量させたりすると、燃焼部に改質ガスとともに、水蒸気も噴出するため火炎安定性が低下し、発生する一酸化炭素の濃度が高くなる。しかしながら、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、この改質用水の供給または増量を排ガス浄化部の入口温度が所定温度になった後で行うシーケンスとなっているため、仮に燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が高くなったとしても、排ガス浄化部により除去できる。
　すなわち、第４の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、排ガス浄化部の入口温度を高めて浄化性能を確保しておいて、一酸化炭素等の有害ガスが発生しやすい改質用水の供給、または増量を行うため、系外（燃料電池モジュール外）に排気される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を低下させることができる。
　よって、固体酸化物形燃料電池の動作における、特に部分酸化改質反応からオートサーマル改質反応に移行するフェーズにおいて、改質用水の供給または増量により一酸化炭素濃度が上昇するという特性を考慮し、排気される燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供することができるという効果を奏する。
　また、第５の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、第４の態様に係る固体酸化物形燃料電池において、前記排ガス浄化部に浄化用の触媒を設けるように構成されていてもよい。
　また、第６の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度検知部から受け付けた検知結果から得られた、原料供給後の前記被加熱体の所定時間における温度変化をもとに、着火判断を行なう。
　ここで被加熱体とは、例えば、燃焼排ガスが保有する熱を利用して加熱される改質器等が例示できる。また、温度検知部によって検知される温度は、例えば、被加熱体を改質器とする場合、その内部温度またはその壁面温度とすることができる。
　上記構成によると、着火判断を行う判断基準に利用する温度変化の検知対象を燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度、例えば内部温度や壁面温度変化としている。このように燃焼領域の温度変化を検知対象とせず、被加熱体の温度変化を検知対象とするため、温度検知部により燃焼部において形成される火炎の安定性を阻害することを防ぐことができる。
　したがって、火炎安定性の阻害に起因する一酸化炭素の発生を抑制しつつ確度よく着火判断を行うことができ、安全性の高い固体酸化物形燃料電池を提供できる。
　よって、固体酸化物形燃料電池の起動から発電に至るまでにおける、特に着火時において、着火時の特性を考慮し、一酸化炭素の発生を抑制しつつ確度よく着火判断を行うことができる、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供することができるという効果を奏する。
　また、第７の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、発電時において前記燃料電池セルスタックが劣化しない範囲として定められている所定の温度範囲と前記被加熱体の温度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記テーブル情報を参照して、前記燃料電池セルスタックの温度が前記所定の温度範囲内となるように、前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する。
　ここで被加熱体とは、例えば、燃焼排ガスが保有する熱を利用して加熱される改質器等が例示できる。また、温度検知部によって検知される温度は、例えば、被加熱体を改質器とする場合、その内部温度またはその壁面温度とすることができる。
　上記構成によると、テーブル情報を保持する記憶部を備えているため、被加熱体の温度変化を検知し、該被加熱体の温度変化に対応する燃料電池セルスタックの温度変化を把握することができる。このため、被加熱体の温度変化を監視することで、発電時において該被加熱体の温度または燃料電池セルスタックの温度が所定の温度範囲内となるように制御することができる。
　したがって、第７の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、燃料電池セルスタックの耐久性を確保しながら安全に発電を行うことができる。
　よって、特に固体酸化物形燃料電池の発電時において、発電時の特性を考慮し、燃料電池セルスタックの耐久性を確保できる、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供することができるという効果を奏する。
　また、第８の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、前記被加熱体の温度と前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記テーブル情報を参照して、前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下になるように、前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する。
　ここで被加熱体とは、例えば、燃焼排ガスが保有する熱を利用して加熱される改質器等が例示できる。また、温度検知部によって検知される温度は、例えば、被加熱体を改質器とする場合、その内部温度またはその壁面温度とすることができる。
　上記構成によると、テーブル情報を保持する記憶部を備えているため、被加熱体の温度変化を検知し、該被加熱体の温度変化に対応する燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を把握することができる。このため、被加熱体の温度変化を監視することで、発電時において燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下となるように制御することができる。
　したがって、第８の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、一酸化炭素濃度を所定値以下に抑制しつつ安全に発電を行うことができる。
　よって、特に固体酸化物形燃料電池の発電時において、発電時の特性を考慮し、一酸化炭素濃度を所定値以下に抑制できる、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供することができるという効果を奏する。
　また、第９の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、制御部と、前記燃料電池セルスタックが劣化しない範囲として定められている所定の温度範囲と前記被加熱体の温度との対応関係を示すとともに、前記被加熱体の温度と前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記テーブル情報を参照して、前記燃料電池セルスタックの温度が所定の温度範囲内となり、かつ前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下になるように前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する。
　ここで被加熱体とは、例えば、燃焼排ガスが保有する熱を利用して加熱される改質器等が例示できる。また、温度検知部によって検知される温度は、例えば、被加熱体を改質器とする場合、その内部温度またはその壁面温度とすることができる。
　上記構成によると、テーブル情報を保持する記憶部を備えているため、温度検知部により検知された被加熱体の温度から、該被加熱体の温度に対応する燃料電池セルスタックの温度を把握することができる。このため、被加熱体の温度変化を監視することで、発電時において該被加熱体の温度または燃料電池セルスタックの温度が所定の温度範囲内となるように制御することができる。
　さらにまた、被加熱体の温度変化に対応する燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度を把握することができる。このため、被加熱体の温度変化を監視することで、発電時において燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下となるように制御することができる。
　したがって、第９の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、被加熱体の温度または燃料電池セルスタックの温度が所定の温度範囲内となるように制御しつつ、一酸化炭素濃度を所定値以下に抑制し、安全に発電を行うことができる。
　よって、特に固体酸化物形燃料電池の発電時において、発電時の特性を考慮し、燃料電池セルスタックの耐久性を確保するとともに、一酸化炭素濃度を所定値以下に抑制できる、従来にない新規な技術を有する固体酸化物形燃料電池を提供することができるという効果を奏する。
　また、第１０の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、第７から第９のいずれか１つの態様に係る固体酸化物形燃料電池において、前記テーブル情報における被加熱体の温度は、発電量に対応して設定されていてもよい。
　また、第１１の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、第６から第１０のいずれか１つの態様に係る固体酸化物形燃料電池において、前記被加熱体が前記改質部であってもよい。
　また、第１２の態様に係る固体酸化物形燃料電池は、第１から第１１のいずれか１つの態様に係る固体酸化物形燃料電池において、前記燃焼部の上流側に前記燃料電池セルスタックが設けられ、該燃料電池セルスタックは複数の燃料電池セルから構成されており、前記燃料電池セルの出口近傍に火炎が形成されるように構成されていてもよい。
　以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　（実施の形態１）
　（固体酸化物形燃料電池の構成）
　図１は、本発明の実施の形態１における固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の全体構成を示す模式図である。なお、図１では、発明をより明確に説明するため、燃料電池モジュール１において原料、改質ガス、改質用空気、改質用水、および発電用空気の流通経路については特には明記していない。
　図１に示すように、ＳＯＦＣは燃料電池モジュール１と、補機ユニット２とを備えてなる構成である。燃料電池モジュール１内には、複数の燃料電池セル３が電気的に直列に接合されてなるスタック４が設置されている。燃料電池セル３は、例えば、内部に改質ガスが流通する経路を形成する円筒形の内側電極層と、円筒形の外側電極層と、これらの間に設けられた電解質層とを有し、内側電極層が燃料極、外側電極層が空気極となるように構成することができる。そして、内側電極層を流通した改質ガスが円筒形の燃料電池セル３の上方端部に形成された出口部３ａから噴出され、外側電極層を接触した発電用空気も円筒形の燃料電池セル３の出口部３ａ側から送出されるようになっている。なお、燃料電池セル３はこのような円筒型セルに限定されるものではなく例えば、平板型セルであってもよい。
　スタック４の上部には燃焼室（燃焼部）５が設けられており、燃焼室５内には供給された原料と空気（発電用空気）とを燃焼させるために着火するための着火部８が備えられている。原料としては、例えば都市ガス（１３Ａ）を利用することができる。燃焼室５の上部には、補機ユニット２を介して外部から供給された原料を改質して改質ガスを生成する改質部６が設けられている。さらに改質部６の上部には補機ユニット２を介して外部から供給された発電用空気を予熱する空気予熱部７が設けられる。そして、燃焼室５において原料と空気とを燃焼させることで発生した燃焼排ガスは、改質部６および空気予熱部７をそれぞれ加熱し、燃料電池モジュール１の排ガス出口部２０から系外に排気される。なお、排ガス出口部２０には排ガス浄化部９が設けられており、燃焼排ガス中に含まれる一酸化炭素などの有害ガスを除去できるように構成されている。
　補機ユニット２は、原料供給部１０と改質用空気供給部１１と発電用空気供給部１２と水供給部１３と原料流量制御部１４と改質用空気流量制御部１５と発電用空気流量制御部１６と水流量制御部１７とを備えてなる構成である。なお、原料流量制御部１４と改質用空気流量制御部１５と発電用空気流量制御部１６と水流量制御部１７とによって本発明の流量制御部を実現する。
　原料供給部１０は、燃料電池モジュール１に原料を供給するためのものである。改質用空気供給部１１は、燃料電池モジュール１に改質用空気を供給するためのものである。原料および改質用空気が共に燃料電池モジュール１に供給される場合、改質部６の上流で両者が混合され、改質部６から燃料電池セル３の内側電極層を流通し、燃焼室５へと導かれる。なお、改質部６において改質反応が実施されていない場合、燃料電池セル３の内側電極層を原料が流通し、改質反応が進行すると改質ガスが流通することとなる。発電用空気供給部１２は、燃料電池モジュール１に発電用空気を供給するためのものである。水供給部１３は、燃料電池モジュール１に改質用の水（改質用水）を供給するためのものである。
　上記した原料供給部１０、改質用空気供給部１１、発電用空気供給部１２、および水供給部１３は、例えば、ポンプなどにより実現できる。また原料供給部１０、改質用空気供給部１１、発電用空気供給部１２、および水供給部１３により供給される流体（原料、空気、水）の流量は、原料流量制御部１４、改質用空気流量制御部１５、発電用空気流量制御部１６、および水流量制御部１７それぞれによって制御され、燃料電池モジュール１に送出される。原料流量制御部１４、改質用空気流量制御部１５、発電用空気流量制御部１６、および水流量制御部１７は、例えば電磁弁などにより実現できる。
　また、ＳＯＦＣは主制御部（制御部）１９を備え、主制御部１９からの制御指示の下、ＳＯＦＣが備える各部の各種制御が実施されるように構成されている。なお、主制御部１９は、例えばＣＰＵ等により実現できる。
　（起動時の動作処理）
　次に、上記した構成を有する実施の形態１に係るＳＯＦＣの起動時の主な動作処理について説明する。まず、起動時には、原料と発電用空気とが燃焼室５に供給される。具体的には、補機ユニット２の原料供給部１０が、都市ガス（１３Ａ）等の原料を、原料流量制御部１４を介して燃料電池モジュール１内に供給する。燃料電池モジュール１内に供給された原料は、改質部６を通過した後、燃料電池セル３それぞれを流通し、各燃料電池セル３の上方端部の出口部３ａから燃焼室５へと噴出する。一方、補機ユニット２の発電用空気供給部１２が、発電用空気を、発電用空気流量制御部１６を介して燃料電池モジュール１内に供給する。燃料電池モジュール１内に供給された発電用空気は、空気予熱部７を流通し複数の燃料電池セル３それぞれへと送出させられる。そして、発電用空気は、各燃料電池セル３の上方端部の出口部３ａ側から燃焼室５へと送出される。
　このように燃焼室５内へ原料と発電用空気とが供給されると、着火部８を作動させて原料に着火する。これにより複数の燃料電池セル３それぞれの出口部３ａの近傍に火炎を形成し、所定の空気比（原料が完全燃焼する時に必要な理論空気量に対する実空気量の比）で燃焼させることができる。このようにして燃焼室５において生成された燃焼排ガスは燃焼室５の上方に設置された改質部６および空気予熱部７等の被加熱体を加熱した後、排ガス浄化部９を通過し、燃料電池モジュール１の外部に排出される。
　以上のようにして燃焼室５において生成された燃焼排ガスにより改質部６が所望の温度（部分酸化改質反応を行うために必要な温度）となるまで加熱された後、改質用空気の燃料電池モジュール１への供給が開始される。すなわち着火後、改質部６の外壁に設けられた温度検知センサ（温度検知部）１８の検知結果が上記した所望の温度に達したと主制御部１９が判定した場合、補機ユニット２の改質用空気供給部１１および改質用空気流量制御部１５に指示して改質用空気を燃料電池モジュール１へ供給させる。主制御部１９からの指示に応じて、改質用空気流量制御部１５は、所定流量の改質用空気が流通するように例えば、電磁弁の開度を調整する。そして、主制御部１９からの指示に応じて、改質用空気供給部１１は、改質用空気を、改質用空気流量制御部１５を介して燃料電池モジュール１内に供給する。燃料電池モジュール１内に供給された改質用空気は、改質部６に送出され、改質部６内で加熱される。この時点では燃焼排ガスにより改質部６が加熱されており、これにより改質部６内において混合された改質用空気と原料とが加熱され、部分酸化改質反応が進行することとなる。
　改質部６内の温度がさらに上昇して所定温度（例えば、５００℃）になると、補機ユニット２の水供給部１３は、改質用水を、水流量制御部１７を介して燃料電池モジュール１内に供給する。燃料電池モジュール１内に供給された改質用水は、改質部６に送出される。つまり、温度検知センサ１８の検知結果が所定温度（例えば、５００℃）に達したと主制御部１９が判定した場合、水供給部１３および水流量制御部１７に指示して改質用水を燃料電池モジュール１へ供給させる。そして、主制御部１９からの指示に応じて、水流量制御部１７は、所定流量の改質用水が流通するように例えば、電磁弁の開度を調整する。そして、主制御部１９からの指示に応じて、水供給部１３は、改質用水を、水流量制御部１７を介して燃料電池モジュール１内に供給する。このように改質部６に改質用水が供給されることにより、上述した部分酸化改質反応に加えて、水蒸気改質反応も併存して実施されるオートサーマル改質反応が進行する。
　さらに、改質部６内の温度が上昇して所定温度（例えば、６００℃）になると、改質用空気供給部１１は、改質用空気の供給を停止する。つまり、温度検知センサ１８の検知結果が所定温度（例えば、６００℃）に達したと主制御部１９が判定した場合、改質用空気供給部１１および改質用空気流量制御部１５に指示して改質用空気の燃料電池モジュール１への供給を停止させる。そして、主制御部１９からの指示に応じて、改質用空気流量制御部１５は、例えば、電磁弁を閉じ、改質用空気供給部１１は改質用空気の供給を停止させる。このように改質用空気の供給が停止すると、改質部６は、原料と水蒸気のみによる水蒸気改質反応を進行させる。改質部６における改質反応がオートサーマル改質反応から水蒸気改質反応に移行した後、ＳＯＦＣでは発電が開始する。発電時では、発電に利用されなかった燃料（改質ガス）と、発電に利用されなかった発電用空気とを燃焼室５において燃焼し、生成した燃焼排ガスによって改質部６、および空気予熱部７が加熱される。
　上記したように、燃焼室５よりも上流側に複数の燃料電池セル３を設け、燃焼室５における各燃料電池セル３の出口部３ａの近傍にて火炎を形成する構成である。このため、火炎の個数を多くすることができ、火炎長をより小さくすることができ、燃焼室５のコンパクト化を図ることができる。その結果、燃料電池モジュール１のコンパクト化を実現できる。
　なお、実施の形態１に係るＳＯＦＣでは、起動時では、改質部６において、上記したように部分酸化改質反応、オートサーマル改質反応、水蒸気改質反応の順に、逐次反応が進行する構成であった。しかしながら部分酸化改質反応を省略し、オートサーマル改質反応から改質反応を進行させていく構成とすることもできる。
　次に、図２を参照して上記したＳＯＦＣにおける起動時の動作処理において、各流体（原料、発電用空気、改質用空気）が流通するタイミングを説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の作動の一例を示すタイムチャートである。
　図２では、着火前後と、改質部６で実施される改質反応が部分酸化改質反応からオートサーマル改質反応に切り替わるまでの期間について示しており、プリパージを実施する期間、着火を行う期間、着火により原料が燃焼する期間、部分酸化改質反応～オートサーマル改質反応を進行させる期間に区別することができる。図２では、横軸を時間軸として、上から原料流量のＯＮ／ＯＦＦ（原料供給の有無）、着火部８のＯＮ／ＯＦＦ、改質用空気流量のＯＮ／ＯＦＦ（改質用空気の供給の有無）、発電用空気流量のＯＮ／ＯＦＦ（発電用空気の供給の有無）の時系列変化を示している。なお、原料流量、改質用空気流量、発電用空気流量のＯＮとは、原料、改質用空気、発電用空気の供給が行われている状態を示し、ＯＦＦとは、原料、改質用空気、発電用空気の供給が停止されている状態を示す。図２では、原料流量、着火部、改質用空気流量、発電用空気流量それぞれの時間経過を示す横軸方向に延びた直線において立ち上がっている区間がＯＮの状態であり、立ち下がっている区間がＯＦＦ状態に相当する。
　まず、ＳＯＦＣでは、着火部８による着火が行われる前に、改質用空気および発電用空気を利用して燃料電池セル３内外に残存する水分や残留ガス等の除去を行うプリパージを行う。具体的には、プリパージ期間では、改質用空気供給部１１により改質用空気が、発電用空気供給部１２により発電用空気がそれぞれ燃料電池モジュール１に供給される。そして、これら供給された改質用空気および発電用空気を、燃料電池セル３内外に送出することで燃料電池セル３内外に残存する水分や残留ガス等を外部に排気させ、除去する。プリパージが終わり、かつ着火部８による着火が行われる前に、改質用空気供給部１１は改質用空気の供給を停止する。なお、プリパージを行う期間として所定時間が設定されており、主制御部１９が不図示の計時部を起動させて所定時間の経過を管理する。そして、プリパージを行う所定時間が経過すると、主制御部１９は、改質用空気の供給を停止させるように改質用空気供給部１１に対して指示する。この指示に応じて、改質用空気供給部１１は、改質用空気の供給を停止させる。
　改質用空気の供給が停止されると、主制御部１９は、着火部８に着火するように指示する。着火部８は主制御部１９からの指示に応じて着火を行う。着火部８で着火が行われている間に、主制御部１９は、原料供給部１０に燃料電池モジュール１への原料の供給を指示する。原料供給部１０は、主制御部１９からの指示に応じて、原料の供給を開始する。燃焼室５において原料と発電用空気とが供給され、着火部８の着火により原料が燃焼すると、着火部８は着火を停止する。そして、原料と発電用空気とが燃焼し、生成された燃焼排ガスにより改質部６が所定温度になると、主制御部１９は、改質用空気供給部１１に改質用空気の供給を再開させるように指示する。改質用空気供給部１１は、主制御部１９からの指示に応じて、改質用空気の供給を開始する。これにより改質部６において部分酸化改質反応が実施される。
　ところで、例えば特許文献１に開示された従来のＳＯＦＣでは、プリパージ期間の経過後の着火時おいても、継続して改質用空気を燃料電池モジュール１に供給していた。これに対して、実施の形態１に係るＳＯＦＣでは、改質用空気の供給を停止させ、原料および発電用空気のみを供給した状態で、着火部により原料を着火させ、燃焼させるように構成されている。このため、実施の形態１に係るＳＯＦＣでは、着火時において、原料に改質用空気が混入された状態で燃焼室５に供給されることがなく、着火安定性を阻害することを回避することができる。また、着火後において、燃焼室５には燃焼の維持に必要な酸素として火炎の外から発電用空気が拡散によって入ってきており火炎安定性を高め、一酸化炭素の発生を抑制することができる。
　（一酸化炭素の発生について）
　ここで、以下において実施の形態１に係るＳＯＦＣのように着火時に改質用空気の供給を停止させる構成と、従来のように着火時にも改質用空気の供給を停止させない構成とを比較し、一酸化炭素の発生について説明する。
　着火時において従来のように６NL/minの流量の改質用空気も原料とともに供給して着火させると、発生した一酸化炭素濃度のピーク値は２５０ppmとなった。これに対して、実施の形態１に係るＳＯＦＣのように、着火時において改質用空気の供給を停止させた場合、発生した一酸化炭素濃度のピーク値を５０ppmまで低減することができた。
　従来の構成では起動時には、混合させた原料と改質用空気とを複数の円筒型の燃料電池セル３の内側から燃焼室５へ噴出させ、発電用空気を複数の円筒型の燃料電池セル３の外側から燃焼室５へ送出させ、着火部８を作動させて原料に着火させ、複数の燃料電池セル３の出口部３ａに火炎を形成する、いわゆる予混合燃焼を行なっていた。
　例えばブンゼンバーナ等で予混合燃焼させる場合、原料が噴出する時の動圧によって発生する圧力差で燃焼用一次空気（改質用空気に相当）を誘引し、周囲から燃焼用二次空気（発電用空気に相当）を拡散吸引して火炎を形成する。これに対して、実施の形態１に係るＳＯＦＣでは、一次空気に相当する改質用空気を誘引する構成ではなく、強制給気する構成であり、二次空気に相当する発電用空気も拡散吸引する構成ではなく、強制給気する構成である。このため、燃焼室５において燃料電池セル３の出口部３ａにおける低流速領域でしか着火できず、燃料電池セル３の出口部３ａから燃料電池セル３内に火炎が逆流する逆火が発生する可能性がある。そこで、この逆火抑制のため、燃料電池セル３の出口部３ａを細管で形成し、出口部３ａにおける消炎距離を所定距離以下とする必要がある。このように燃料電池セル３の出口部３ａを細管とすると、逆火抑制には効果的であるが、原料に改質用空気を混合させると、着火時の火炎安定性が阻害され、一酸化炭素発生量の増加をもたらすと考えられる。
　そこで、ＳＯＦＣにおいて、着火特性（一酸化炭素の発生）を支配する要因をより詳細に検証した。つまり、改質用空気流量による一次空気比と、改質用空気流量と発電用空気流量とを加えたトータル空気比とにより、着火限界、及び着火時の一酸化炭素発生ピーク値を調べたところ、一酸化炭素発生の抑制には、改質用空気流量による一次空気比の影響を受けることが分かった。つまり、ブンゼンバーナ等とは構成の相違から、原料への改質用空気の混入が着火安定性を阻害しており、具体的には一次空気比が著しく小さくなる時（０から０．１）に一酸化炭素の発生ピーク値を抑制できることが分かった。
　上記した検証結果を踏まえ、図２で説明したように、着火時に改質用空気の供給を停止させる構成とすることで、着火安定性に優れ、既述したように着火時の一酸化炭素発生ピーク値を５０ppmに抑制することができる。
　以上のように、実施の形態１に係るＳＯＦＣは、発電用空気と改質用空気とを供給して原料の着火前にプリパージを行なった後、改質用空気の供給だけを停止させる。次いで、原料の供給を開始し、継続して供給されている発電用空気とともに燃焼室５で燃焼させ、その後に再度、改質用空気を供給するシーケンスとしている。このようにプリパージを起動時に行うことにより、燃料電池セル３内に残存していた水分や残留ガスを除去し、着火安定性を高め、一酸化炭素の発生を抑制することもできる。
　（変形例１）
　実施の形態１に係るＳＯＦＣでは、図２に示すように着火後に再度、供給する改質用空気は、改質部６が所望の温度まで加熱された時点で所定流量、燃料電池モジュール１へ供給される構成であった。しかしながら、図３に示すように単位時間当たりの流量が所定流量以下となる範囲内で、かつ、例えば、単調増加するように燃料電池モジュール１へ徐々に供給するように構成されてもよい。図３は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の作動の一例を示すタイムチャートである。図３は、図２と同様に、着火の前後と改質部６においてオートサーマル改質反応が実施されるまでの期間について示しており、プリパージを実施する期間、着火を行う期間、着火により原料が燃焼する期間、部分酸化改質反応～オートサーマル改質反応を進行させる期間に区別することができる。
　図３に示すように、実施の形態１の変形例に係るＳＯＦＣでは、着火後に改質用空気の供給を再開する際、主制御部１９からの指示に応じて改質用空気流量制御部１５が開度を徐々に変化させ、改質用空気供給部１１が改質用空気を燃料電池モジュール１に供給する。このとき、改質用空気流量制御部１５は、改質用空気の単位時間当たりの流量が所定流量以下となる範囲内で、例えば、０．１NL/secずつ増量するように調整する。
　このように、着火後に改質用空気を徐々に増量させて燃料電池モジュール１に供給することにより、火炎安定性の低下を回避でき、一酸化炭素の発生をさらに抑制することができる。
　（実施の形態２）
　上記した実施の形態１に係るＳＯＦＣおよび変形例１に係るＳＯＦＣでは、ＳＯＦＣの起動時、特に着火前後と改質部６で部分酸化改質反応を進行させる期間において、改質用空気の供給タイミングを工夫することで一酸化炭素の発生を抑制する構成について説明した。
　実施の形態２に係るＳＯＦＣは、図４に示すように、実施の形態１に係るＳＯＦＣの構成において、排ガス浄化部９の入口部分に、この入口部分の温度を検知するための浄化部用温度検知センサ（浄化部用温度検知部）２１をさらに備えた構成とする。そして、この浄化部用温度検知センサ２１の検知結果に基づき、主制御部１９が水供給部１３および水流量制御部１７に対して、所定の流量の改質用水を燃料電池モジュール１の改質部６に供給するように指示する点で実施の形態１に係るＳＯＦＣと異なる。特に、実施の形態２に係るＳＯＦＣは、浄化部用温度検知センサ２１の検知結果に基づき、主制御部１９が水供給部１３および水流量制御部１７に指示して、所定の流量の改質用水を適切なタイミングで増量させる。それ以外については、実施の形態２に係るＳＯＦＣは実施の形態１に係るＳＯＦＣと同様な構成となるため、同様な部材には同じ符号を付しその説明については省略する。
　図４は、本発明の実施の形態２における固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の全体構成を示す模式図である。図１と同様に、発明をより明確に説明するため、燃料電池モジュール１において原料、改質ガス（燃料）、改質用ガス、改質用水、および発電用空気の流通経路については特には明記していない。
　なお、この改質用水の増量は以下の理由で行う。すなわち、改質部６および燃料電池セル３等の温度が十分に上昇しない段階で多量の改質用水を流入させると作動安定性および火炎温度の低下を招き、それによって発生する一酸化炭素の濃度が大きくなるという問題があるからである。そこで、実施の形態２に係るＳＯＦＣでは、改質用水を徐々に供給しつつ、改質部６および燃料電池セル３等とともに温度上昇する排ガス浄化部９の温度に基づき、供給する改質用水の流量を増量させる。
　（改質用水の増量タイミング）
　次に、図５を参照して、上記した構成を有する実施の形態２に係るＳＯＦＣにおいて、改質部６に供給する改質用水の増量を行うタイミングについて説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時に系外へ排出されるＣＯ濃度と排ガス浄化部９の入口部分の温度（入口温度）との関係を示すグラフである。図５において、グラフの横軸は時間（ｔ）、左側の縦軸は系外に排出されるＣＯ濃度（Ｃ）、右側の縦軸は排ガス浄化部９の入口温度（Ｔ）を示している。
　またこのグラフにおいて、破線は実施の形態２に係るＳＯＦＣの効果を説明するための比較例として挙げたＳＯＦＣにおけるＣＯ濃度の時系列変化、実線は実施の形態２に係るＳＯＦＣにおけるＣＯ濃度の時系列変化、一点鎖線は排ガス浄化部９の入口温度の時系列変化を示す。なお、図５に示すグラフにおいて、ｔ１は起動開始から着火までの経過時間、ｔ２は起動開始から改質用水を供給開始するまでの経過時間、ｔ３は比較例に係るＳＯＦＣにおける起動開始から改質用水を最初に増量するまでの経過時間、ｔ４は比較例に係るＳＯＦＣにおける起動開始から改質用水をさらに増量するまでの経過時間を示す。また、後述するが、このｔ４は、実施の形態２に係るＳＯＦＣにおける起動開始から改質用水を最初に増量するまでの経過時間でもある。
　ＣＯ濃度を示す縦軸におけるＣ１は、実施の形態２に係るＳＯＦＣにおいて発生するＣＯ濃度のピーク値が主として出現する値に相当しており、排ガス浄化部９の入口温度を示す縦軸におけるＴ１は、排ガス浄化部９の機能が確保できる所定温度（例えば１２０℃）に相当する。図５に示すように、排ガス浄化部９の入口温度は、燃焼室５で生成された燃焼排ガスにより加熱され、徐々に温度上昇し、ある程度時間が経過するとほぼ一定となるように変化する。
　また、図５において、実施の形態２に係るＳＯＦＣにおけるＣＯ濃度の時系列変化（実線）および比較例に係るＳＯＦＣにおけるＣＯ濃度の時系列変化（破線）ではともに大きさは異なるが、２つのピークが現れる。実施の形態２に係るＳＯＦＣにおいて、１つ目のピークは着火時に発生したＣＯに起因するものである。２つ目のピークは、部分酸化改質反応からオートサーマル改質反応に移行する際に供給された改質用水に起因するものであり、改質用水の供給により、火炎安定性が阻害されてＣＯ濃度が上昇したことを示している。
　一方、比較例に係るＳＯＦＣにおける１つ目のピークは、着火時に発生したＣＯに起因するものである。２つ目のピークは、部分酸化改質反応からオートサーマル改質反応に移行する際に供給された改質用水、ならびに改質用水の最初の増量に起因するものであり、改質用水の供給時および最初の増量時それぞれにおいて火炎安定性が阻害されてＣＯが発生したためＣＯ濃度が大きく上昇している。
　図５に示すように、実施の形態２に係るＳＯＦＣでは、改質用水の最初の増量に伴うＣＯ濃度の上昇の影響を受けておらず、逆に、比較例に係るＳＯＦＣでは、改質用水の最初の増量に伴うＣＯ濃度の上昇を受けて、２つ目のピークの値が大きくなっている。この両者の違いについて以下に説明する。
　実施の形態２に係るＳＯＦＣと比較例に係るＳＯＦＣとの相違は、前者はｔ３では改質用水を増量させずに、ｔ４で改質用水を増量させているのに対して、後者はｔ３で改質部６に供給する改質用水を増量させている点である。改質部６に供給する改質用水を増量させると、燃料電池セル３の出口部３ａから改質用空気および改質ガス（燃料）とともに、水蒸気も噴出するため火炎安定性が低下し、発生するＣＯの濃度が高くなる。ここで比較例に係るＳＯＦＣのように、ｔ３で改質用水を増量させると、ｔ３では排ガス浄化部９の入口温度が排ガス浄化部９に備えられている浄化用触媒（酸化触媒）の活性温度（例えば、１２０℃）よりも低く、排ガス浄化部９において排ガス浄化の機能が十分に確保されていない。このため、比較例に係るＳＯＦＣでは、ｔ３において系外（燃料電池モジュール外）に排気されるＣＯ濃度を低減させることができず、図５のグラフにおいて破線で示されるように、ＣＯ濃度は２つ目のピークで高い値となっている。
　一方、実施の形態２に係るＳＯＦＣのようにｔ４で改質用水を増量させると、ｔ４では排ガス浄化部９の入口温度が浄化用触媒の活性温度（Ｔ１）を超えており、排ガス浄化部９において排ガス浄化の機能が十分に確保されているため、系外に排出されるＣＯ濃度を低減させることができる。その結果、図５のグラフにおいて実線で示すように、改質用水の増量に起因したＣＯ濃度のピークが発生せずに良好な排ガス特性を示す。
　なお、上記したように実施の形態２に係るＳＯＦＣのＣＯ濃度の時系列変化を示す実線において、改質用水の供給に起因してわずかに２番目のＣＯ濃度ピークが発生している。ここで、実施の形態２に係るＳＯＦＣを、排ガス浄化部９の入口温度が浄化用触媒の活性温度に達するまで、部分酸化改質反応を進行させて改質用水を供給しないように構成することで、２番目のＣＯ濃度ピークも回避させることができる。
　なお、排ガス浄化部９の内部に備えられる浄化用触媒は、例えば貴金属を主とした酸化用の触媒を用いることができ、この浄化用触媒によりＣＯの浄化性能を確保することができる。また、この浄化用触媒が浄化性能を確保するためには、所定温度以上とする必要がある。このため、排ガス浄化部９を加熱するための加熱ヒータを別途備え、ＳＯＦＣの起動時において、この加熱ヒータにより浄化用触媒が所定温度以上とする構成が考えられる。しかしながら、実施の形態２に係るＳＯＦＣでは、上記したように、実施する改質反応の特性を考慮し、浄化用触媒が活性化する所定温度に達するまで改質用水の増量を行わないようにする独自のシーケンスを実行しており、これにより加熱ヒータを不要にすることができた。
　なお、実施の形態２に係るＳＯＦＣでは、排ガス浄化部９は、浄化用触媒として、貴金属を主とした酸化用の触媒を備える構成であったが、浄化用触媒はＣＯ浄化性能を確保できれば、その材料、形状を限定するものではない。また、排ガス浄化部９は、所定温度で活性化する浄化用触媒を備える構成であったが、必ずしも浄化用触媒を備える必要はなく、所定温度以上でＣＯを有効に除去できる構成のものであれば任意である。
　（実施の形態３）
　次に、実施の形態３に係るＳＯＦＣとして、改質器（被加熱体）６の温度変化に基づき、スタック４の温度変化を把握するとともに、燃焼室５において着火部８により原料に着火されたか否かに関する判定である着火判定処理を行う構成を有するＳＯＦＣについて図６および図７を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の全体構成を示す模式図である。図１および図４と同様に、発明をより明確に説明するため、燃料電池モジュール１において原料、改質ガス（燃料）、改質用ガス、改質用水、および発電用空気の流通経路については特には明記していない。また、図７は、実施の形態３に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時における改質部６およびスタック４それぞれの温度特性を示すグラフである。
　図６に示すように実施の形態３に係るＳＯＦＣは、実施の形態１に係るＳＯＦＣの構成において、ＳＯＦＣの稼働時間に応じた改質部６の外壁温度とスタック温度との対応関係を示すテーブル情報３１を保持する記憶部３０を備えている。それ以外については、実施の形態３に係るＳＯＦＣは、実施の形態１に係るＳＯＦＣと同様な構成となるため、同様な部材には同じ符号を付しその説明については省略する。
　まず、燃焼室５で生成された燃焼排ガスによる被加熱体である改質部６の外壁温度と、スタック４の温度（スタック温度）との関係について、図７を参照して説明する。図７において、グラフの横軸は時間（ｔ）、縦軸は温度（Ｔ）であり、グラフ中における破線はスタック温度、実線は被加熱体である改質部６の外壁温度を示す。ｔ１は起動開始から着火までの経過時間、ｔ５は起動開始から発電を開始するまでの経過時間を示している。
　なお、実施の形態３では、スタック温度を複数の燃料電池セル３が配置されたスタック４の水平方向における中央部でかつ、鉛直方向の中央部に位置する燃料電池セル３近傍（図６におけるＡ）で測定した。また、改質部６の外壁温度を燃焼室５において形成される火炎の上方となる改質部６の下側（図６におけるＢ）で測定した。そして、両者の対応関係を示すテーブル情報３１を作成した。なお、改質部６の入口部分では改質用水が蒸発しているため、改質反応が進行している出口部分の近傍の外壁で温度を測定した。
　図７に示すように、実施の形態３に係るＳＯＦＣを起動させ、原料を供給して着火した時点（ｔ１の時点）からスタック温度および改質部６の外壁温度それぞれが上昇していく。スタック４の熱容量は改質部６の外壁の熱容量よりも大きいため、スタック温度は徐々に上昇していくのに対し、改質部６の外壁温度は、改質部６の直下に火炎が形成されており、急激に上昇する。このように、改質部６の外壁は、燃料電池モジュール１における温度変化に対する応答性が高くなっている。
　ここで、図７を参照すると、改質部６の外壁温度の温度変化とスタック温度の温度変化は単位時間あたりの変化の大きさは異なるが両者は相関している。つまり、改質部６の外壁温度とスタック温度とは、原料への着火後、改質部６において部分酸化改質反応、オートサーマル改質反応、水蒸気改質反応と、改質反応を進行させるにともない、図７に示すように上昇していき、発電を開始して定格出力（例えば、８００Ｗ）で発電を継続すると、所定温度（例えば、６３０℃）で安定する。つまり、スタック温度の温度変化は改質部６の外壁温度の温度変化と相関性がある。このため、例えば燃焼に伴う急激な温度変化に対して応答性の優れた改質部６の温度を検知することにより、スタック温度の温度変化を確度よく、すばやく把握することができる。そこで、この図７に示す両者の温度特性の対応関係を示すテーブル情報３１を予め用意し、記憶部３０に保持しておく。そして、実施の形態３に係るＳＯＦＣでは、主制御部１９はテーブル情報３１を参照して、温度検知センサ１８により検知された改質部６の外壁温度に基づきスタック温度を把握することができるように構成されている。
　さらに温度変化に対して応答性の優れた改質部６の温度を検知し、この検知した温度変化に基づき、原料に対する着火判定を行う構成とすることで、燃料電池モジュール１において信頼性の高い燃焼検知を実現できる。以下において、実施の形態３に係るＳＯＦＣにおける着火判定について説明する。
　（着火判定）
　実施の形態３に係るＳＯＦＣは、改質部６の温度を温度検知センサ１８の検知対象とし、温度検知センサ１８の検知結果に基づき、主制御部１９が原料供給後の改質部６の所定時間における温度変化を把握する。そして、主制御部１９が把握した温度変化に基づき着火部８による原料への着火判断を行なうように構成されている。例えば、主制御部１９は、原料供給後、所定時間（例えば、２０秒）以内に、所定温度（例えば、１５℃）以上、改質部６の外壁温度が増加したと判定した場合、燃焼室５において原料に着火したと判断する。一方、主制御部１９は、所定時間（例えば、２０秒）以内に、改質部６の外壁温度が所定温度（例えば、１５℃）未満しか増加しなかった場合、未着火と判断する。
　例えば、上記した着火判定において、燃焼領域（燃焼室５内の燃焼排ガス）の温度を温度検知センサ１８の検知対象とすることも考えられるが、この場合、温度変化に対する応答性は改質部６の外壁温度よりもさらに高くなる。しかしながら、燃焼室５に形成される火炎位置と温度検知センサ１８の位置とが所定距離以上離れている場合、検知精度が低下する場合がある。逆に、火炎の近傍に温度検知センサ１８を設けた場合、火炎安定性が阻害され、一酸化炭素が発生するという問題がある。そこで、実施の形態３に係るＳＯＦＣでは、改質部６の外壁部に設けた温度検知センサ１８の温度変化を、着火判定に利用する。
　しかしながら、着火判定を行うために温度検知を行う検知対象はこの改質部６の外壁に限定されるものではなく、燃焼室５における燃焼に伴い温度変化する他の部材であってもよい。あるいは、改質部６の外壁ではなく、例えば、改質部６の内部温度や内壁温度であっても良い。なお、着火判定に利用する温度検知センサ１８は、実施の形態１にて述べたように、改質部６で実施する改質反応を切り替えるために改質部６の温度を検知するために設けられているものを共用できる。このため、着火判定のために別途、温度検知センサ１８を設ける必要がなく部品点数を低減できるという利点がある。
　（変形例１）
　実施の形態３に係るＳＯＦＣでは、上記したように、温度変化に対する応答性が高い改質部６の外壁温度を利用して、スタック温度を把握したり、燃焼室５における着火部８による原料の着火判定を行ったりする構成であった。実施の形態３の変形例１に係るＳＯＦＣは、上記した改質部６の外壁温度とスタック温度との対応関係を利用して、スタック温度が所定の温度範囲、例えば、耐久限界範囲内となるように管理するように構成する。なお、耐久限界範囲とは、スタック耐久上限温度からスタック耐久下限温度までの範囲を示しており、スタック４が劣化しない範囲として定められている温度範囲である。実機として燃料電池セル３の長寿命化を確保するためには、定格出力で発電が継続されている時のように燃料電池モジュール１が熱的に安定状態となっている場合において、スタック温度が耐久限界範囲内となるように作動させることが重要となる。
　実施の形態３の変形例１に係るＳＯＦＣの構成は、実施の形態３に係るＳＯＦＣの構成と比較して記憶部３０が保持するテーブル情報３１の内容が異なる点を除けば、同様の構成となる。このため構成部材には同じ符号を付しその説明については省略する。詳細は後述するが、実施の形態３の変形例１に係るＳＯＦＣでは、記憶部３０は、発電量と、スタック耐久上限温度およびスタック耐久下限温度それぞれに応じた改質部６の温度との対応関係を示す情報をテーブル情報３１として記憶部３０に保持している。なお、記憶部３０は、例えば、メインメモリなどの主記憶装置を利用することができる。
　ここで、実施の形態３の変形例１に係るＳＯＦＣが有するテーブル情報３１について図８を参照して説明する。図８は、実施の形態３に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）における発電時の温度特性を示すグラフである。図８において、グラフの横軸は発電量（Ｇ）、縦軸は改質部６の外壁温度（Ｔ）であり、グラフの実線はスタック４の耐久上限温度、グラフの破線はスタック４の耐久下限温度に対応する改質部６の外壁温度である。
　スタック耐久上限温度およびスタック耐久下限温度は、それぞれスタック４に対して所定値が設定されている。しかしながら、スタック耐久上限温度およびスタック耐久下限温度それぞれに対応する改質部６の外壁温度は、発電に利用される燃料の利用率、発電用空気の利用率、燃焼状態、燃焼室５から改質部６への伝熱、改質部６における放熱等を含む燃料電池モジュール１における熱収支等に支配される。このため、図８に示すように、スタック耐久上限温度およびスタック耐久下限温度それぞれに対応する改質部６の外壁温度は、発電量に応じて変化する。なお、図８に示すように、スタック耐久上限温度およびスタック耐久下限温度それぞれに対応する改質部６の外壁温度は、発電量の増加に伴い、低下する傾向にある。これは、ＳＯＦＣにおいて発電量が増加とともに燃料の利用率が高まり、燃焼室５において燃料比率が少なくなるとともに、水分の比率が高くなる。このため、燃焼室５において形成される火炎の温度が低下し、燃焼が不安定になりやすいという傾向があるからである。
　ところで、発電時において発電量が変化すると、スタック４の温度が変化し、スタック４の温度がスタック耐久上限温度からスタック耐久下限温度までの範囲を超える場合がある。ＳＯＦＣの信頼性の基準となるスタック温度が変化すると、このスタック温度と相関する改質部６の外壁温度も変化する。そこで、スタック温度を適切な設定範囲（スタック耐久上限温度からスタック耐久下限温度の範囲）となるように、発電量に応じて改質部６の外壁温度を制御する。
　すなわち、発電量の変化は、燃焼機器に対して要求されるＴＤＲ（Turn Down Ratio）に対応する改質部６の外壁温度とし、燃焼量の変動範囲をスタック耐久上限温度およびスタック耐久下限温度それぞれに対応した改質部６の外壁温度で設定する。このため、発電量に応じて改質部６の外壁温度を制御することで、スタック温度をその耐久限界範囲内（スタック耐久上限温度からスタック耐久下限温度までの範囲）となるように制御することができる。
　（制御方法）
　次に、実施の形態３の変形例１に係るＳＯＦＣにおける、改質部６の外壁温度の制御方法について説明する。
　発電時には燃料電池セル３の上方部分の出口部３ａから噴出する発電に利用されなかった燃料と、発電に利用されなかった発電用空気とが拡散燃焼する。この拡散燃焼時における空気比を増加させると、スタック温度および改質部６の温度はともに、この空気比の増加に比例して低下する。逆に空気比を低下させると、スタック温度および改質部６の温度はともに、この空気比の低下に比例して大きくなる。このため、発電時の拡散燃焼時において、供給する空気比を調整することで改質部６の温度、該改質部６の温度に対応するスタック温度を調整することができる。より具体的には以下のようにして改質部６の外壁温度を制御する。
　より具体的には、主制御部１９が温度検知センサ１８から受け付けた検知結果に基づき、改質部６の外壁温度がスタック耐久上限温度に対応する温度を上回ったと判定した場合、まず、発電用空気供給部１２および発電用空気流量制御部１６に指示して発電用空気の流量を増加させる。発電用空気流量制御部１６は、主制御部１９からの指示に応じて、供給する発電用空気の流量が増加するように開度を大きくし、発電用空気供給部１２は発電用空気流量制御部１６を介して主制御部１９から指示された流量の改質用空気を燃料電池モジュール１に供給する。
　また、発電用空気の流量を増加させても温度検知センサ１８から受け付けた検知結果が設定温度範囲内（耐久限界範囲内）とならない場合、主制御部１９は、原料供給部１０および原料流量制御部１４に対して供給する原料の流量を減少させるようにさらに指示する。原料流量制御部１４は、主制御部１９からの指示に応じて、供給する原料の流量が減少するように開度を小さくし、原料供給部１０は、原料流量制御部１４を介して主制御部１９から指示された流量の原料を燃料電池モジュール１に供給する。
　一方、主制御部１９が温度検知センサ１８から受け付けた検知結果に基づき、改質部６の外壁温度がスタック耐久下限温度に対応する温度を下回ったと判定した場合、まず、発電用空気供給部１２および発電用空気流量制御部１６に指示して発電用空気の流量を減少させる。また、発電用空気の流量を減少させても温度検知センサ１８から受け付けた検知結果が設定温度範囲にならないと判定した場合、主制御部１９は、原料供給部１０および原料流量制御部１４に対して供給する原料の流量を増加させるように指示する。
　以上のようにして、主制御部１９は、改質部６の外壁温度を、スタック耐久上限温度に対応する温度からスタック耐久下限温度に対応する温度までの範囲に収まるように制御することができる。
　なお、上記した制御を行ったとしても発電量に応じた改質部６の外壁温度が、耐久限界範囲内に対応する設定温度範囲内とならない場合、主制御部１９は、火炎の吹飛び（Blow Off）、消炎（Quenching）による失火等を含め、異常燃焼と判断する。異常燃焼と判断した場合、主制御部１９は、原料供給部１０および原料流量制御部１４に指示して原料の供給を中止させ、燃焼を停止させる。
　上記した異常燃焼か否かについての判定は、具体的には以下のように行う。すなわち、発電用空気の流量を減少または増加させることで、改質部６の外壁温度を、発電量に応じた耐久限界範囲内に対応する設定温度範囲内とする構成の場合、発電用空気の流量を例えば、±１０％変化させ、改質部６の外壁温度が設定温度範囲内に戻らないとき、主制御部１９は、異常燃焼と判定する。また、原料の流量を減少または増加させることで、改質部６の外壁温度を発電量に応じた耐久限界範囲内に対応する設定温度範囲内とする構成の場合、原料の流量を例えば、±５％変化させ、改質部６の外壁温度が設定温度範囲内に戻らないとき、主制御部１９は、異常燃焼と判定する。
　なお、上記では、改質部６の外壁温度が設定温度範囲内となるように調整することで、スタック温度を耐久限界範囲内となるように制御する構成であったが、このような制御に限定されものではない。例えは、スタック温度が耐久限界範囲外となったか否かについての判定のみ、改質部６の外壁温度に基づいて行う。そして、耐久限界範囲外となったと判定された場合、上記したように発電用空気または原料の流量を変更させることで、直接、スタック４の温度が耐久限界範囲内に収まるように制御する構成であってもよい。このように構成される場合、スタック４にも別途、温度検知センサを設けることとなる。
　（変形例２）
　ところで、本発明者は、被加熱体である改質部６の外壁温度と燃焼排ガス中のＣＯ濃度との間にも相関があることを見出した。すなわち、改質部６の外壁温度と、燃焼排ガス中に含まれるＣＯ濃度との関係について検討した。その結果、ＳＯＦＣの燃焼室５に供給される発電用空気の空気比を増加させると、改質部６の外壁温度は低下するが、改質ガスと発電用空気との拡散が促進されて燃焼排ガス中のＣＯ濃度が低下する。一方、ＳＯＦＣの燃焼室５に供給される発電用空気の空気比を低下させると、改質部６の外壁温度は増加するが、改質ガスと発電用空気との拡散反応が不十分になって燃焼排ガス中のＣＯ濃度が増加することが分かった。このため、この改質部６の外壁温度と、燃焼排ガス中のＣＯ濃度との関係に基づき、燃焼排ガスの一酸化炭素濃度が所定値（例えば、１５０ppm）以下になるように改質部６の外壁温度を制御することができることが分かった。
　そこで、実施の形態３の変形例２に係るＳＯＦＣは、改質部６の外壁温度と燃焼排ガス中のＣＯ濃度との対応関係から、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が所定値以下になるように改質部６の外壁温度を制御する構成とする。このように、改質部６の外壁温度とＣＯ濃度との対応関係から、ＣＯ濃度が所定値以下となるように改質部６の外壁温度を制御する構成とすることで、ＣＯ濃度を考慮した改質部６の外壁温度の制御が可能となる。
　なお、実施の形態３の変形例２に係るＳＯＦＣは、記憶部３０に保持するテーブル情報３１が異なる点を除けば実施の形態３に係るＳＯＦＣと同様の構成である。このため実施の形態３と同様の構成部材には同じ符号を付しその説明については省略する。実施の形態３の変形例２に係るＳＯＦＣでは、テーブル情報３１として空気比の変動に応じた改質部６の外壁温度とＣＯ濃度との対応関係を示す情報を記憶部３０は保持する。このため、実施の形態３の変形例２に係るＳＯＦＣでは、主制御部１９は、燃焼室５に供給される発電用空気の空気比に応じて、温度検知センサ１８から受け付けた検知結果から燃焼排ガス中のＣＯ濃度を把握することができる。なお、上記した空気比は、主制御部１９が発電用空気供給部１２により発電用空気流量制御部１６を介して燃料電池モジュール１に供給される空気流量を管理しており、ＳＯＦＣにおける発電量と供給する空気流量とに基づき求めることができる。
　（変形例３）
　次に、実施の形態３の変形例３に係るＳＯＦＣについて説明する。実施の形態３の変形例３に係るＳＯＦＣは、実施の形態３の変形例１と変形例２とを組み合わせた構成となっており、発電量に応じた改質部６の外壁温度と、スタック温度と、燃焼排ガス中のＣＯ濃度との対応関係から、発電量に応じてスタック温度が耐久限界範囲内となり、かつ燃焼排ガス中のＣＯ濃度が所定値以下になるように改質部６の外壁温度を制御するように構成する。
　実施の形態３の変形例３に係るＳＯＦＣは、記憶部３０に保持するテーブル情報３１が異なる点を除けば、図６に示す実施の形態３に係るＳＯＦＣの構成と同様である。このため、実施の形態３と同様の構成部材には同じ符号を付しその説明については省略する。実施の形態の変形例３に係るＳＯＦＣは、テーブル情報３１として、発電量に応じたスタック耐久上限温度およびスタック耐久下限温度に対応する改質部６の外壁温度と、空気比の変動に応じた改質部６の外壁温度と、燃焼排ガス中のＣＯ濃度との対応関係を示す情報を保持する。そして、主制御部１９は、設定されている発電量と温度検知センサ１８から受け付けた検知結果とからテーブル情報３１を参照して、スタック温度を耐久限界範囲内としつつ、燃焼排ガス中のＣＯ濃度を所定値以下となるに抑制するように改質部６の外壁温度をことができる。
　つまり、燃料電池モジュール１において火炎安定性に優れ、燃焼範囲が広い場合、主制御部１９は、改質部６の外壁温度を調整し、スタック温度が耐久限界範囲内となるように優先的に制御する。一方、燃料電池モジュール１において火炎安定性が良好ではなく、燃焼範囲が狭い場合、燃焼排ガス中のＣＯ濃度が所定値（例えば、１５０ppm）に達すると、改質部６の外壁温度を調整して、ＣＯ濃度が所定値以下となるように優先的に制御する。このように制御することにより、実施の形態３の変形例３に係るＳＯＦＣは、安全性と製品寿命を両立させることが可能となる。
　なお、実機において、原料を供給する原料供給部１０または空気を供給する発電用空気供給部１２の性能のばらつきを考慮すると、実施の形態３で上記した着火判定や実施の形態３の変形例１で上記した異常燃焼の有無を判定できる範囲（燃焼検知範囲）が広いことが望ましい。
　また実施の形態３、実施の形態３の変形例１～３に係るＳＯＦＣでは、改質部６の外壁温度を改質部６の下側で、かつ改質部６の出口近傍に温度検知センサ１８を設けて、温度を測定する構成であったが、出口近傍に限定されるものではなく、燃焼状況と改質反応の進行状況とを把握することができれば、改質部６の内部温度、内壁温度を検知するように温度検知センサ１８を設けてもよい。また、改質部６の外壁に温度検知センサ１８を設ける構成の場合、外壁との接触部分の温度を温度検知センサ１８により検知することが好ましいが、これに限定されない。
　なお、上記した実施の形態１、２、３で説明したＳＯＦＣの構成をそれぞれ適宜、組み合わせてもよい。また、上記説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明に係るＳＯＦＣは、起動時に原料を着火し、生成した燃焼排ガスの有する熱により改質部等を加熱し、改質反応を実施する家庭用燃料電池システム、業務用燃料電池システム、あるいは各種電源供給システム等の用途に広く利用できる。
　１　　　燃料電池モジュール
　２　　　補機ユニット
　３　　　燃料電池セル
　３ａ　　出口部
　４　　　スタック
　５　　　燃焼室
　６　　　改質部
　７　　　空気予熱部
　８　　　着火部
　９　　　排ガス浄化部
　１０　　原料供給部
　１１　　改質用空気供給部
　１２　　発電用空気供給部
　１３　　水供給部
　１４　　原料流量制御部
　１５　　改質用空気流量制御部
　１６　　発電用空気流量制御部
　１７　　水流量制御部
　１８　　温度検知センサ
　１９　　主制御部
　２０　　排ガス出口部
　２１　　浄化部用温度検知センサ
　３０　　記憶装置
　３０　　記憶部
　３１　　テーブル情報

Claims (12)

  1. 　原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、
    　前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、を備え、
    　起動時において前記原料供給部が原料を、前記発電用空気供給部が前記発電用空気をそれぞれ前記燃焼部に供給し、前記着火部により原料が着火された後、前記改質用空気供給部が前記改質用空気を前記燃焼部に供給する固体酸化物形燃料電池。
  2. 　前記改質用空気供給部は、着火後において、前記改質用空気を、単位時間当たり所定流量以下となる範囲内で増加させかつ、単位時間当たりの該改質用空気の流量の変化率を示す傾きの大きさが所定の範囲内となるように、前記燃焼部に供給する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
  3. 　着火前においてプリパージとして前記発電用空気供給部が前記発電用空気を、前記改質用空気供給部が前記改質用空気をそれぞれ供給した後、該改質用空気供給部は前記改質用空気の供給を停止させる一方、前記原料供給部が前記原料の供給を開始し、前記燃焼部において前記着火部が前記原料を着火させ、前記発電用空気と共に燃焼させる請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池。
  4. 　原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、
    　前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、
    　前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスを浄化する排ガス浄化部と、
    　前記原料と前記改質用空気と前記発電用空気と前記改質用水の流量をそれぞれ制御する流量制御部と、
    　前記排ガス浄化部の入口に設けられ、該排ガス浄化部の入口温度を検知する浄化部用温度検知部と、を備え、
    　着火後において、前記浄化部用温度検知部により検知された前記排ガス浄化部の入口温度が所定温度になった後に、前記水供給部および前記流量制御部は、前記改質用水を供給、または増量させる固体酸化物形燃料電池。
  5. 　前記排ガス浄化部に浄化用の触媒を設けた請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池。
  6. 　原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、
    　前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、
    　前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、
    　制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記温度検知部から受け付けた検知結果から得られた、原料供給後の前記被加熱体の所定時間における温度変化をもとに、着火判断を行なう固体酸化物形燃料電池。
  7. 　原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、
    　前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、
    　前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、
    　制御部と、
    　発電時において前記燃料電池セルスタックが劣化しない範囲として定められている所定の温度範囲と前記被加熱体の温度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　前記テーブル情報を参照して、前記燃料電池セルスタックの温度が前記所定の温度範囲内となるように、前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する固体酸化物形燃料電池。
  8. 　原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、
    　前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、
    　前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、
    　制御部と、
    　前記被加熱体の温度と前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　前記テーブル情報を参照して、前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下になるように、前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する固体酸化物形燃料電池。
  9. 　原料を改質した改質ガスと発電用空気とを反応させて発電する燃料電池セルスタックと、該原料を改質して該改質ガスを生成する改質部と、起動時に該原料に着火させる着火部と、該着火部により着火された原料が発電用空気とともに燃焼させられる空間である燃焼部と、を有する燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池モジュールに原料を供給する原料供給部と、
    　前記燃料電池モジュールに発電用空気を供給する発電用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用空気を供給する改質用空気供給部と、
    　前記改質部に改質用水を供給する水供給部と、
    　前記燃焼部における燃焼により生成された燃焼排ガスにより加熱される被加熱体の温度を検知する温度検知部と、
    　制御部と、
    　前記燃料電池セルスタックが劣化しない範囲として定められている所定の温度範囲と前記被加熱体の温度との対応関係を示すとともに、前記被加熱体の温度と前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度との対応関係を示すテーブル情報を保持する記憶部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　前記テーブル情報を参照して、前記燃料電池セルスタックの温度が所定の温度範囲内となり、かつ前記燃焼排ガス中の一酸化炭素濃度が所定値以下になるように前記温度検知部により検知された前記被加熱体の温度を制御する固体酸化物形燃料電池。
  10. 　前記テーブル情報における被加熱体の温度は、発電量に対応して設定されている請求項７から９のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
  11. 　前記被加熱体が前記改質部である請求項６から１０のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
  12. 　前記燃焼部の上流側に前記燃料電池セルスタックが設けられ、該燃料電池セルスタックは複数の燃料電池セルから構成されており、
    　前記燃料電池セルの出口近傍に火炎が形成される請求項１から１１のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
     
PCT/JP2015/000572 2014-04-25 2015-02-09 固体酸化物形燃料電池 Ceased WO2015162833A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/037,918 US10096849B2 (en) 2014-04-25 2015-02-09 Solid oxide fuel cell system
EP18186454.7A EP3429008B1 (en) 2014-04-25 2015-02-09 Solid oxide fuel cell
EP15782495.4A EP3136485B1 (en) 2014-04-25 2015-02-09 Solid oxide fuel cell
JP2016514686A JP6023917B2 (ja) 2014-04-25 2015-02-09 固体酸化物形燃料電池
US16/118,058 US10629926B2 (en) 2014-04-25 2018-08-30 Solid oxide fuel cell system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-090930 2014-04-25
JP2014090930 2014-04-25

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/037,918 A-371-Of-International US10096849B2 (en) 2014-04-25 2015-02-09 Solid oxide fuel cell system
US16/118,058 Division US10629926B2 (en) 2014-04-25 2018-08-30 Solid oxide fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015162833A1 true WO2015162833A1 (ja) 2015-10-29

Family

ID=54332016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/000572 Ceased WO2015162833A1 (ja) 2014-04-25 2015-02-09 固体酸化物形燃料電池

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10096849B2 (ja)
EP (2) EP3136485B1 (ja)
JP (1) JP6023917B2 (ja)
WO (1) WO2015162833A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017201620A (ja) * 2016-04-28 2017-11-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 高温動作型燃料電池システムおよび高温動作型燃料電池システムの運転方法
US20180309145A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. High-temperature operation fuel cell system
JP2019220365A (ja) * 2018-06-21 2019-12-26 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール及びその運転方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10865985B2 (en) * 2018-02-20 2020-12-15 General Electric Technology Gmbh System and method for operating a combustion chamber
KR102727968B1 (ko) * 2019-05-29 2024-11-07 현대자동차주식회사 연료전지용 개질기의 운전 제어 시스템

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006073215A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム
JP2008135268A (ja) * 2006-11-28 2008-06-12 Kyocera Corp 燃料電池装置の起動方法
JP2009295534A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Yamatake Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
JP2010277844A (ja) * 2009-05-28 2010-12-09 Toto Ltd 固体電解質型燃料電池
JP2012079420A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Toto Ltd 固体酸化物形燃料電池装置
JP2013211165A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Dainichi Co Ltd 燃料電池システム
JP2014022234A (ja) * 2012-07-19 2014-02-03 Toto Ltd 固体酸化物型燃料電池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080112859A1 (en) 2005-02-16 2008-05-15 Shigenori Onuma Fuel Gas Processing Apparatus
JP2006233011A (ja) 2005-02-24 2006-09-07 Aisin Seiki Co Ltd 燃料ガス処理装置
JP4703409B2 (ja) 2006-01-16 2011-06-15 株式会社荏原製作所 燃焼装置、改質器、燃料電池発電システム、及び改質器の運転方法
JP5628791B2 (ja) * 2009-03-25 2014-11-19 パナソニック株式会社 水素生成装置、それを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法
CN102272040B (zh) 2009-03-30 2014-07-23 松下电器产业株式会社 氢生成装置、燃料电池系统以及氢生成装置的运转方法
US9214690B2 (en) 2010-09-30 2015-12-15 Toto Ltd. Solid oxide fuel cell device
JP5675490B2 (ja) * 2011-05-13 2015-02-25 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
JP5748055B2 (ja) 2011-06-30 2015-07-15 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池
JP6015907B2 (ja) 2012-07-19 2016-10-26 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池
US9780391B2 (en) 2012-07-19 2017-10-03 Toto Ltd. Solid oxide fuel cell device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006073215A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム
JP2008135268A (ja) * 2006-11-28 2008-06-12 Kyocera Corp 燃料電池装置の起動方法
JP2009295534A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Yamatake Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
JP2010277844A (ja) * 2009-05-28 2010-12-09 Toto Ltd 固体電解質型燃料電池
JP2012079420A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Toto Ltd 固体酸化物形燃料電池装置
JP2013211165A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Dainichi Co Ltd 燃料電池システム
JP2014022234A (ja) * 2012-07-19 2014-02-03 Toto Ltd 固体酸化物型燃料電池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3136485A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017201620A (ja) * 2016-04-28 2017-11-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 高温動作型燃料電池システムおよび高温動作型燃料電池システムの運転方法
US20180309145A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. High-temperature operation fuel cell system
JP2018186079A (ja) * 2017-04-21 2018-11-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 高温動作型燃料電池システム
US10700368B2 (en) * 2017-04-21 2020-06-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. High-temperature operation fuel cell system
JP2019220365A (ja) * 2018-06-21 2019-12-26 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール及びその運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10629926B2 (en) 2020-04-21
EP3136485A1 (en) 2017-03-01
EP3429008A1 (en) 2019-01-16
US20160293981A1 (en) 2016-10-06
EP3429008B1 (en) 2022-11-02
JP6023917B2 (ja) 2016-11-09
JPWO2015162833A1 (ja) 2017-04-13
US20180375126A1 (en) 2018-12-27
EP3136485B1 (en) 2018-10-31
US10096849B2 (en) 2018-10-09
EP3136485A4 (en) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6023917B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP6138378B2 (ja) 燃料電池システム
JP5847617B2 (ja) 燃料電池システム
JP2008273763A (ja) 改質装置および燃料電池システム
JP5213345B2 (ja) 燃料電池装置
JP7162170B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP6960610B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
JP2015144092A (ja) 燃料電池装置
JP6638464B2 (ja) 燃料電池システム
JP6776769B2 (ja) 燃料電池装置
JP6701804B2 (ja) 燃料電池システム
JP5309799B2 (ja) 改質装置および燃料電池システム
WO2012132409A1 (ja) 水素生成装置及びその運転方法
JP6424492B2 (ja) 燃料電池システム
JP2007273281A (ja) 燃料電池発電装置
US10700368B2 (en) High-temperature operation fuel cell system
JP6458252B2 (ja) 水素生成装置と、それを備えた燃料電池システム、および、それらの運転方法
JP6444197B2 (ja) 燃料電池モジュール
JP2010218790A (ja) 燃料電池発電システム
JP2010257823A (ja) 燃料電池システムの燃焼装置
JP5402197B2 (ja) 改質装置および燃料電池システム
JP7003655B2 (ja) 燃料電池システム
JP6678299B2 (ja) 水素生成装置
JP2008105861A (ja) 改質装置
JP5285790B2 (ja) 燃料電池発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15782495

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016514686

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015782495

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15037918

Country of ref document: US

Ref document number: 2015782495

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE