JP2015197957A - 固体酸化物型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】 総合的なエネルギー効率を高めながら、過剰な温度上昇を防止することができる固体酸化物型燃料電池を提供する。【解決手段】 本発明は、固体酸化物型燃料電池(1)であって、燃料電池モジュール(2)と、燃料供給手段(38)と、第1発電用酸化剤ガス供給手段(45)と、残余燃料を燃焼させる燃焼部(18)と、第1発電用酸化剤ガスを昇温させる熱交換部(48)と、制御手段(110)と、を有し、制御手段は、過昇温推定手段と、発電及び冷却用の第2発電用酸化剤ガスを、熱交換部(22)をバイパスするバイパス流路(77)を介して、第1発電用酸化剤ガスよりも温度が低い状態で燃料電池モジュール(2)に供給することで燃料電池モジュール(2)の温度を低下させる強制冷却手段と、を有することを特徴としている。【選択図】 図2
Description
本発明は、固体酸化物型燃料電池に関し、特に発電運転中におけるモジュール内で発生する過昇温を効率よく抑制できる過昇温対策に関するものである。
固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
このSOFCにおいては、酸化物イオン導電性固体電解質を通過した酸素イオンと燃料との反応によって水蒸気又は二酸化炭素を生成し、電気エネルギー及び熱エネルギーが発生する。電気エネルギーは、SOFC外部に取り出されて、各種電気的用途に使用される。一方、熱エネルギーは、燃料、改質器、水及び酸化剤等の温度を上昇させるために使用される。
特開2012−216290号公報(特許文献1)には、燃料電池システムの負荷増加時における一般的な運転方法が記載されている。燃料電池システムの一般的な運転方法においては、発電量を増加させる場合には、まず、燃料電池への空気供給量を増加させ、次いで、水供給量、燃料供給量の順に供給量を増加させた後、燃料電池から取り出す電力を増加させている。この燃料電池システムの運転方法においては、このような順序で供給量を増加させることにより、空気枯渇、炭素析出、及び燃料枯渇の発生を防止している。
さらに、一般に固体酸化物型燃料電池は作動温度が高く、発電時には、燃料電池セルを高い作動温度に維持しておく必要がある。従って、燃料電池システムの総合的なエネルギー効率を上昇させるためには、燃料電池セルから外気へ発散される熱を少なくし、温度を維持するために必要となる燃料を減じることが重要なファクターとなる。このため、燃料電池セル等は、断熱性の高い筐体に収納することが好ましい。
燃料電池セル等を収納する筐体の断熱性を高めていくと、燃料電池セルに供給され、発電に利用されずに残った残余の燃料で上昇された筐体内の温度を維持する保温性能が高まるため、投入熱量を減じることができ、燃料効率を高めることができる。しかし、残余燃料が余剰となる状況や劣化によって発熱量が増加した状況においては、筐体内の温度が発電に適切な温度範囲から外れて上昇しすぎるという問題が発生する。筐体内の温度が過剰に上昇すると、筐体内の燃料電池セルや、改質器等が損傷される場合がある。また、過剰に上昇した温度は、筐体の断熱性が高く、極めて熱容量が大きいため、適正温度まで低下させることが容易ではなく、更なる過昇温を招く。
特許文献1では、このような過昇温が生じた場合には発電に必要な供給量以上に増加された増加分の空気を用いてモジュール内温度を冷やすことで、過昇温を防止することが開示されている。
空気供給量を増やすことによって、燃料電池セルに供給される空気の温度が低下するため、モジュール内温度を冷やすことはできる。しかし、この方式によれば、冷却量を増やすためには空気供給量を増加する必要があるが、空気供給量を増やしすぎるとモジュール内圧が高まり、燃料ガスがモジュール内に入り難くなり、燃料枯れを生じる懸念がある。また、空気供給量の増加は用いるブロアの性能によって限界があり、程度の大きい過昇温に対して対応するには、本来発電用の空気が供給できればこと足りるところを、冷却用に大流量を供給することができる過剰なスペックのブロアを備えておく必要がある。また、過剰なスペックのブロアを備えたとしても、対応できる過昇温には限界があるため、ブロアの性能に依らず温度低下量を向上させる技術が望まれている。
従って、本発明は、総合的なエネルギー効率を高めながら、燃料枯れを起こすことも、過剰なスペックの装置を用いることもなく、過剰な温度上昇を防止することができる固体酸化物型燃料電池を提供することを目的としている。
上述した課題を解決するために、本発明は、供給された燃料及び酸化剤ガスを利用して燃料電池セルで発電反応を生じさせて発電する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに発電に利用する燃料を供給する燃料供給手段と、酸化剤ガス供給源から燃料電池モジュールに発電に利用する第1酸化剤ガスを供給する第1発電用酸化剤ガス供給手段と、燃料供給手段により供給された燃料のうち、発電に使用されずに残った残余燃料を燃焼させることにより燃料電池モジュールを加熱する燃焼部と、第1発電用酸化剤ガス供給手段に設けられ、燃焼部で生じた排ガスと第1発電用酸化剤ガスとの間で熱交換を行う熱交換部と、燃料供給手段及び第1発電用酸化剤ガス供給手段を制御する制御手段と、を有する固体酸化物型燃料電池装置において、酸化剤ガス供給源から燃料電池モジュールに、発電に利用する第2発電用酸化剤ガスを供給する第2発電用酸化剤ガス供給手段を備え、制御手段は、燃料電池モジュール内の過剰な温度上昇の発生を推定する過昇温推定手段と、過昇温推定手段によって過剰な温度上昇の発生が推定された場合に、第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに流入させることにより、燃料電池モジュール内の温度を低下させる強制冷却手段と、を有し、第2発電用酸化剤ガス供給手段は、第1発電用酸化剤ガスよりも第2発電用酸化剤ガスの温度が低くなるよう、第2発電用酸化剤ガスが熱交換部の少なくとも一部をバイパスして燃料電池モジュールに流入されるように構成されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、燃料供給手段及び第1発電用酸化剤ガス供給手段、第2発電用酸化剤ガス供給手段は、燃料電池セルを用いた発電に利用するために、燃料電池モジュールに燃料、第1発電用酸化剤ガス及び第2発電用酸化剤ガスを夫々供給する。燃料電池モジュールは供給された燃料、第1発電用酸化剤ガス及び第2発電用酸化剤ガスにより発電すると共に、発電に利用されずに残った残余燃料は燃焼部で燃焼され、燃料電池モジュール内が加熱される。また、燃焼によって生じた排ガスは、燃料電池モジュールの上流で、第1発電用酸化剤ガスとの熱交換によって発電用酸化剤ガスを昇温させることに利用される。制御手段は、需要電力検出手段により検出された需要電力に基づいて燃料供給手段を制御する。過剰な温度上昇が発生すると、制御手段に備えられた過昇温推定手段によって過昇温の危険があると判断され、第1発電用酸化剤ガスよりも温度が低い第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに流入させることにより、燃料電池モジュール内の温度を低下させる強制冷却手段を作動させる。
本発明の固体酸化物型燃料電池によれば、強制冷却手段が第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに供給する際、第2発電用酸化剤ガスが熱交換部をバイパスするように供給することで、第1発電用酸化剤ガスと同じ酸化剤ガス供給源から導入した第2発電用酸化剤ガスの温度を第1発電用酸化剤ガスより低くする。温度の低い第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに流入させることで燃料電池モジュール内の温度を低下させるので、従来のように第1発電用酸化剤ガスの供給量を増やすことによって燃料電池モジュール内を冷却する場合に比べて、少ない流量で効果的に過剰な温度上昇を回避することができる。そのため、第1発電用酸化剤ガスを増量して燃料電池モジュール内の圧力が高まり、燃料ガスが燃料電池モジュール内に入り難くなることに起因して生じる燃料枯れを防ぐことができる。また、過剰なスペックのブロアを搭載する必要もなく、好適である。
上述した通り、第2発電用酸化剤ガスを供給することで過昇温の問題を解決することができるが、燃料電池セルに温度が低い第2発電用酸化剤ガスを直接当ててしまうと、直接第2発電用酸化剤ガスが当った部分が、直接当っていない部分に比べて冷やされすぎてしまい、第2発電用酸化剤ガスが直接当った部分と直接当っていない部分との間に温度差が生じて熱膨張量に差が生じ、応力がかかって燃料電池セルが破損してしまう懸念がある。
そこで本発明において、好ましくは、燃料電池モジュールに第2発電用酸化剤ガスを供給する前に、バイパスさせた第2発電用酸化剤ガスを昇温させる昇温手段を有することが好ましい。
このように構成された本発明によれば、温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
このように構成された本発明によれば、温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
さらに本発明では、昇温手段は、燃料電池モジュールに第2発電用酸化剤ガスを供給する前に、バイパスさせた第2発電用酸化剤ガスと第1発電用酸化剤ガスとを混合する混合部を備えることが好ましい。
このように構成された本発明によれば、第2発電用酸化剤ガスを第1発電用酸化剤ガスと合流させて混合し、第1発電用酸化剤ガスと第2発電用酸化剤ガスとの温度を均熱化させた状態で燃料電池モジュールに供給することができるため、既存の構成を兼用して温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
このように構成された本発明によれば、第2発電用酸化剤ガスを第1発電用酸化剤ガスと合流させて混合し、第1発電用酸化剤ガスと第2発電用酸化剤ガスとの温度を均熱化させた状態で燃料電池モジュールに供給することができるため、既存の構成を兼用して温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
また、第2発電用酸化剤ガスを供給する経路と燃料電池モジュールとの連通部を、第1発電用酸化剤ガスを供給する経路と燃料電池モジュールとの連通部とは別に設けると、第2発電用酸化剤ガスを供給しない間は供給経路の圧力が低いので、連通部を逆流して第2発電用酸化剤ガスを供給する経路に燃料電池モジュール内の雰囲気が流れる虞がある。燃料電池モジュール内の雰囲気が第2発電用酸化剤ガスの供給経路を逆流すると、燃料電池モジュール内の温度が低下し、熱効率が悪くなることが考えられる。本発明によれば、バイパスした後の第2発電用酸化剤ガスを第1発電用酸化剤ガスに合流させて、燃料電池モジュールと連通する供給経路を第1発電用酸化剤ガスの供給経路のみとしたことによって、燃料電池モジュール内の雰囲気が漏れ出し、温度が低下することを抑制することができる。
また、このように構成することによって、燃料電池モジュール内に第2発電用酸化剤ガスを供給する経路を、第1発電用酸化剤ガス供給手段と兼用することができるため、装置を簡素に構成することができる。
ところで、固体酸化物型燃料電池装置の起動時には部分酸化改質反応と水蒸気改質反応とを並存して改質するオートサーマル改質反応を行うため、改質用の酸化剤ガスを供給する改質用酸化剤ガス供給手段が設けられているが、燃料電池モジュール内が高温になり、オートサーマル改質反応よりも改質効率の高い水蒸気改質反応のみを行うことができるようになった後は、部分酸化改質反応を生じさせることがなくなるため、改質用酸化剤ガス供給手段は不要となる。
そこで、本発明において、好ましくは、改質用酸化剤ガス供給手段が不要となる水蒸気改質反応の期間においては、改質用酸化剤ガス供給手段を第2発電用酸化剤ガスの供給手段として兼用することもできる。こうすることで、第2発電用酸化剤ガスの供給手段を別途設ける必要がなく、簡素な構成で過昇温を抑制することができる。
そこで、本発明において、好ましくは、改質用酸化剤ガス供給手段が不要となる水蒸気改質反応の期間においては、改質用酸化剤ガス供給手段を第2発電用酸化剤ガスの供給手段として兼用することもできる。こうすることで、第2発電用酸化剤ガスの供給手段を別途設ける必要がなく、簡素な構成で過昇温を抑制することができる。
また、第2発電用酸化剤ガスの供給手段と第1発電用酸化剤ガス供給手段とは別の部材を用いることによって、第1発電用酸化剤ガス供給手段は、本来発電用に必要な性能を備えた最小限の装置で構成することができるため、安価でコンパクトにすることができる。
本発明の固体酸化物型燃料電池によれば、総合的なエネルギー効率を高めながら、過剰な温度上昇を防止することができる。
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)を示す全体構成図である。この図1に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
図1は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)を示す全体構成図である。この図1に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材7を介して密封空間8が形成されている。この密封空間8の下方部分である発電室10には、燃料ガスと酸化剤(空気)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が配置されている。この燃料電池セル集合体12は、10個の燃料電池セルスタック14(図5参照)を備え、この燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16(図4参照)から構成されている。このように、燃料電池セル集合体12は、160本の燃料電池セルユニット16を有し、これらの燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されている。
燃料電池モジュール2の密封空間8の上述した発電室10の上方には、燃焼室18が形成され、この燃焼室18で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤(空気)とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、この燃焼室18の上方には、燃料ガスを改質する改質器20が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、改質器20の熱を受けて空気を加熱し、改質器20の温度低下を抑制するための空気用熱交換器22が配置されている。
また、この燃焼室18の上方には、燃料ガスを改質する改質器20が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、改質器20の熱を受けて空気を加熱し、改質器20の温度低下を抑制するための空気用熱交換器22が配置されている。
次に、補機ユニット4は、水道等の水供給源24からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁32と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器36と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)を備えている。さらに、補機ユニット4は、空気供給源40から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁42と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット44及び発電用空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)と、改質器20に供給される改質用空気を加熱する第1ヒータ46と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第2ヒータ48とを備えている。これらの第1ヒータ46と第2ヒータ48は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
次に、燃料電池モジュール2には、排気ガスが供給される温水製造装置50が接続されている。この温水製造装置50には、水供給源24から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
次に、図2及び図3により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図2は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図3は、図2のIII-III線に沿って断面図である。
図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2のハウジング6内の密封空間8には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体12、改質器20、空気用熱交換器22が配置されている。
図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2のハウジング6内の密封空間8には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体12、改質器20、空気用熱交換器22が配置されている。
改質器20は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管60と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管62が取り付けられ、また、改質器20の内部には、上流側から順に、蒸発部20aと改質部20bを形成され、これらの蒸発部20aと改質部20bには改質触媒が充填されている。この改質器20に導入された水蒸気(純水)が混合された燃料ガス及び空気は、改質器20内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
この改質器20の下流端側には、燃料ガス供給管64が接続され、この燃料ガス供給管64は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内で水平に延びている。燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、改質された燃料ガスがマニホールド66内に供給される。
このマニホールド66の上方には、上述した燃料電池セルスタック14を支持するための貫通孔を備えた下支持板68が取り付けられており、マニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット16内に供給される。
次に、改質器20の上方には、空気用熱交換器22が設けられている。この空気用熱交換器22は、上流側に空気集約室70、下流側に空気分配室72を備え、これらの空気集約室70と空気分配室72は、6個の空気流路管74により接続されている。ここで、図3に示すように、6個の空気流路管74が一組(74a,74b,74c,74d,74e,74f)となっており、空気集約室70内の空気が各組の空気流路管74から空気分配室72へ流入する。
空気用熱交換器22の6個の空気流路管74内を流れる空気は、燃焼室18で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
空気分配室72には、燃料電池モジュール2の両側壁内に配置された空気導入管76が接続され、この空気導入管76は、下方に延び、その下端側が、発電室10の下方空間に連通し、発電室10に余熱された空気を導入する。
空気分配室72には、燃料電池モジュール2の両側壁内に配置された空気導入管76が接続され、この空気導入管76は、下方に延び、その下端側が、発電室10の下方空間に連通し、発電室10に余熱された空気を導入する。
また、空気分配室72には、被改質ガス導入管62から分岐し、熱交換器22の熱交換領域にあたる空気流路管74をバイパスして接続されたバイパス流路77が接続されている。また、被改質ガス導入管62とバイパス流路77との分岐部分には、図示はしないが、流路を切り替える流路切替弁が制御部110によって切替可能操作可能に設けられている。
次に、マニホールド66の下方には、排気ガス室78が形成されている。また、図3に示すように、ハウジング6の長手方向に沿った面である前面6aと後面6bの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路80が形成され、この排気ガス室通路80の上端側は、空気用熱交換器22が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室78と連通している。また、排気ガス室78の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管82が接続され、この排気ガス排出管82の下流端は、図1に示す上述した温水製造装置50に接続されている。
図2に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。
図2に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。
次に図4により燃料電池セルユニット16について説明する。図4は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図4に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
図4に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
燃料電池セル16の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子86は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子86について具体的に説明する。内側電極層90の上部90aは、電解質層94と外側電極層92に対して露出された外周面90bと上端面90cとを備えている。内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して内側電極層90の外周面90bと接続され、さらに、内側電極層90の上端面90cとは直接接触することにより、内側電極層90と電気的に接続されている。内側電極端子86の中心部には、内側電極層90の燃料ガス流路88と連通する燃料ガス流路98が形成されている。
内側電極層90は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
電解質層94は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
外側電極層92は、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
次に図5により燃料電池セルスタック14について説明する。図5は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図5に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板68及び上支持板100により支持されている。これらの下支持板68及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴68a及び100aがそれぞれ形成されている。
図5に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板68及び上支持板100により支持されている。これらの下支持板68及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴68a及び100aがそれぞれ形成されている。
さらに、燃料電池セルユニット16には、集電体102及び外部端子104が取り付けられている。この集電体102は、燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86と電気的に接続される燃料極用接続部102aと、空気極である外側電極層92の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部102bとにより一体的に形成されている。空気極用接続部102bは、外側電極層92の表面を上下方向に延びる鉛直部102cと、この鉛直部102cから外側電極層92の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部102dとから形成されている。また、燃料極用接続部102aは、空気極用接続部102bの鉛直部102cから燃料電池セルユニット16の上下方向に位置する内側電極端子86に向って斜め上方又は斜め下方に向って直線的に延びている。
さらに、燃料電池セルスタック14の端(図5では左端の奥側及び手前側)に位置する2個の燃料電池セルユニット16の上側端及び下側端の内側電極端子86には、それぞれ外部端子104が接続されている。これらの外部端子104は、隣接する燃料電池セルスタック14の端にある燃料電池セルユニット16の外部端子104(図示せず)に接続され、上述したように、160本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されるようになっている。
次に図6により本実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)に取り付けられたセンサ類等について説明する。図6は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)を示すブロック図である。
図6に示すように、固体酸化物型燃料電池1は、制御部110を備え、この制御部110には、使用者が操作するための「ON」や「OFF」等の操作ボタンを備えた操作装置112、発電出力値(ワット数)等の種々のデータを表示するための表示装置114、及び、異常状態のとき等に警報(ワーニング)を発する報知装置116が接続されている。なお、この報知装置116は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
図6に示すように、固体酸化物型燃料電池1は、制御部110を備え、この制御部110には、使用者が操作するための「ON」や「OFF」等の操作ボタンを備えた操作装置112、発電出力値(ワット数)等の種々のデータを表示するための表示装置114、及び、異常状態のとき等に警報(ワーニング)を発する報知装置116が接続されている。なお、この報知装置116は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
次に、制御部110には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ120は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4に取り付けられている。
CO検出センサ122は、本来排気ガス通路80等を経て外部に排出される排気ガス中のCOが、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4を覆う外部ハウジング(図示せず)へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ124は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
先ず、可燃ガス検出センサ120は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4に取り付けられている。
CO検出センサ122は、本来排気ガス通路80等を経て外部に排出される排気ガス中のCOが、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4を覆う外部ハウジング(図示せず)へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ124は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
電力状態検出センサ126は、インバータ54及び分電盤(図示せず)の電流及び電圧等を検知するためのものである。
発電用空気流量検出センサ128は、発電室10に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ130は、改質器20に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ132は、改質器20に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
発電用空気流量検出センサ128は、発電室10に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ130は、改質器20に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ132は、改質器20に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
水流量センサ134は、改質器20に供給される純水の流量を検出するためのものである。
水位センサ136は、純水タンク26の水位を検出するためのものである。
圧力センサ138は、改質器20の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ140は、温水製造装置50に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
水位センサ136は、純水タンク26の水位を検出するためのものである。
圧力センサ138は、改質器20の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ140は、温水製造装置50に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
発電室温度センサ142は、図3に示すように、燃料電池セル集合体12の近傍の前面側と背面側に設けられ、燃料電池セルスタック14の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック14(即ち燃料電池セル84自体)の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ144は、燃焼室18の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ146は、排気ガス室78の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ148は、改質器20の温度を検出するためのものであり、改質器20の入口温度と出口温度から改質器20の温度を算出する。
外気温度センサ150は、固体酸化物型燃料電池(SOFC)が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
燃焼室温度センサ144は、燃焼室18の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ146は、排気ガス室78の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ148は、改質器20の温度を検出するためのものであり、改質器20の入口温度と出口温度から改質器20の温度を算出する。
外気温度センサ150は、固体酸化物型燃料電池(SOFC)が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
これらのセンサ類からの信号は、制御部110に送られ、制御部110は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット28、燃料流量調整ユニット38、改質用空気流量調整ユニット44、発電用空気流量調整ユニット45に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。
次に、図29を参照して、燃料電池モジュールの強制冷却の手順を説明する。
まず、図29のステップS41においては、検出温度Tdが読み込まれる。次いで、ステップS42においては、ステップS41で読み込まれた検出温度Tdと、所定時間前の検出温度Tdが比較される。
この比較は、発電を効率に行うために予め設定した適正温度範囲から外れた過昇温の危険があるか否かを判断するためのものであり、例えば劣化によって生じた過昇温や、負荷追従運転によって生じた過昇温を推定する。すなわち、ステップS42は過昇温推定手段として作動する。
ステップS41で読み込まれた検出温度Tdと所定時間前の検出温度Tdの差が、所定の閾値温度以下の場合、つまり適性温度範囲で運転している場合には図29のフローチャートの1回の処理が終了する。
まず、図29のステップS41においては、検出温度Tdが読み込まれる。次いで、ステップS42においては、ステップS41で読み込まれた検出温度Tdと、所定時間前の検出温度Tdが比較される。
この比較は、発電を効率に行うために予め設定した適正温度範囲から外れた過昇温の危険があるか否かを判断するためのものであり、例えば劣化によって生じた過昇温や、負荷追従運転によって生じた過昇温を推定する。すなわち、ステップS42は過昇温推定手段として作動する。
ステップS41で読み込まれた検出温度Tdと所定時間前の検出温度Tdの差が、所定の閾値温度以下の場合、つまり適性温度範囲で運転している場合には図29のフローチャートの1回の処理が終了する。
一方、ステップS42において検出温度Tdと所定時間前の検出温度Tdの差が、所定の閾値温度を超える場合、つまり過昇温が推定される場合には、ステップS43に進む。
ステップS43においては、改質用空気流量調整ユニット42を介して発電及び冷却用の第2空気(第2発電用酸化剤ガス)を燃料電池モジュール2内に供給することで、燃料電池モジュール2内の温度低下を図り、図29のフローチャートの1回の処理が終了する。
空気供給源40から改質用空気流量調整ユニット42を介して流れる第2空気は、バイパス流路77を流れて空器導入間76に合流し、燃料電池モジュール2内に到達する。その際、空気供給源40から空器導入間76との合流部分までの間には第2空気を加熱する要素はないため、第2空気は空気供給源40から取り込まれた後、加熱されずに空器導入間76に合流する。
第2空気が、空気供給源40の温度に近い温度で空器導入間76に合流する一方で、発電用空気は、空気供給源40から取り込まれた後、過昇温と判断されていないときと同様、発電用空気を加熱する空気熱交換器22によって加熱される。加熱された発電用空気は、加熱されていない第2空気と混合されることによって温度が低下する。温度が低下した発電用空気が燃料電池モジュール2内に供給されることによって、燃料電池モジュール2内の温度を低下し、過昇温の状態を解消することができる。
このとき、発電用空気と第2空気との流量割合を、発電用空気を下げるように調整することで冷却効果が上がるため、過昇温の程度がひどくなったときに有効である。
上述した課題を解決するために、本発明は、供給された燃料及び酸化剤ガスを利用して燃料電池セルで発電反応を生じさせて発電する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに発電に利用する燃料を供給する燃料供給手段と、酸化剤ガス供給源から燃料電池モジュールに発電に利用する第1酸化剤ガスを供給する第1発電用酸化剤ガス供給手段と、燃料供給手段により供給された燃料のうち、発電に使用されずに残った残余燃料を燃焼させることにより燃料電池モジュールを加熱する燃焼部と、第1発電用酸化剤ガス供給手段に設けられ、燃焼部で生じた排ガスと第1発電用酸化剤ガスとの間で熱交換を行う熱交換部と、燃料供給手段及び第1発電用酸化剤ガス供給手段を制御する制御手段と、を有する固体酸化物型燃料電池装置において、酸化剤ガス供給源から燃料電池モジュールに、発電に利用する第2発電用酸化剤ガスを供給する第2発電用酸化剤ガス供給手段を備え、制御手段は、燃料電池モジュール内の過剰な温度上昇の発生を推定する過昇温推定手段と、過昇温推定手段によって過剰な温度上昇の発生が推定された場合に、第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに流入させることにより、燃料電池モジュール内の温度を低下させる強制冷却手段と、を有し、第2発電用酸化剤ガス供給手段は、第1発電用酸化剤ガスよりも第2発電用酸化剤ガスの温度が低くなるよう、第2発電用酸化剤ガスが熱交換部の少なくとも一部をバイパスして燃料電池モジュールに流入されるように構成されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、燃料供給手段及び第1発電用酸化剤ガス供給手段、第2発電用酸化剤ガス供給手段は、燃料電池セルを用いた発電に利用するために、燃料電池モジュールに燃料、第1発電用酸化剤ガス及び第2発電用酸化剤ガスを夫々供給する。燃料電池モジュールは供給された燃料、第1発電用酸化剤ガス及び第2発電用酸化剤ガスにより発電すると共に、発電に利用されずに残った残余燃料は燃焼部で燃焼され、燃料電池モジュール内が加熱される。また、燃焼によって生じた排ガスは、燃料電池モジュールの上流で、第1発電用酸化剤ガスとの熱交換によって発電用酸化剤ガスを昇温させることに利用される。制御手段は、需要電力検出手段により検出された需要電力に基づいて燃料供給手段を制御する。過剰な温度上昇が発生すると、制御手段に備えられた過昇温推定手段によって過昇温の危険があると判断され、第1発電用酸化剤ガスよりも温度が低い第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに流入させることにより、燃料電池モジュール内の温度を低下させる強制冷却手段を作動させる。
本発明の固体酸化物型燃料電池によれば、強制冷却手段が第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに供給する際、第2発電用酸化剤ガスが熱交換部をバイパスするように供給することで、第1発電用酸化剤ガスと同じ酸化剤ガス供給源から導入した第2発電用酸化剤ガスの温度を第1発電用酸化剤ガスより低くする。温度の低い第2発電用酸化剤ガスを燃料電池モジュールに流入させることで燃料電池モジュール内の温度を低下させるので、従来のように第1発電用酸化剤ガスの供給量を増やすことによって燃料電池モジュール内を冷却する場合に比べて、少ない流量で効果的に過剰な温度上昇を回避することができる。そのため、第1発電用酸化剤ガスを増量して燃料電池モジュール内の圧力が高まり、燃料ガスが燃料電池モジュール内に入り難くなることに起因して生じる燃料枯れを防ぐことができる。また、過剰なスペックのブロアを搭載する必要もなく、好適である。
上述した通り、第2発電用酸化剤ガスを供給することで過昇温の問題を解決することができるが、燃料電池セルに温度が低い第2発電用酸化剤ガスを直接当ててしまうと、直接第2発電用酸化剤ガスが当った部分が、直接当っていない部分に比べて冷やされすぎてしまい、第2発電用酸化剤ガスが直接当った部分と直接当っていない部分との間に温度差が生じて熱膨張量に差が生じ、応力がかかって燃料電池セルが破損してしまう懸念がある。
そこで本発明において、好ましくは、燃料電池モジュールに第2発電用酸化剤ガスを供給する前に、バイパスさせた第2発電用酸化剤ガスを昇温させる昇温手段を有することが好ましい。
このように構成された本発明によれば、温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
このように構成された本発明によれば、温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
さらに本発明では、昇温手段は、燃料電池モジュールに第2発電用酸化剤ガスを供給する前に、バイパスさせた第2発電用酸化剤ガスと第1発電用酸化剤ガスとを混合する混合部を備えることが好ましい。
このように構成された本発明によれば、第2発電用酸化剤ガスを第1発電用酸化剤ガスと合流させて混合し、第1発電用酸化剤ガスと第2発電用酸化剤ガスとの温度を均熱化させた状態で燃料電池モジュールに供給することができるため、既存の構成を兼用して温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
このように構成された本発明によれば、第2発電用酸化剤ガスを第1発電用酸化剤ガスと合流させて混合し、第1発電用酸化剤ガスと第2発電用酸化剤ガスとの温度を均熱化させた状態で燃料電池モジュールに供給することができるため、既存の構成を兼用して温度の低い第2発電用酸化剤ガスが直接燃料電池セルに当らないようにすることが可能となる。これによって、燃料電池セルの部位間に温度差が生じることを抑制することも可能となるため、燃料電池モジュールの温度低下を図りつつ、燃料電池セルが破損することを抑制することができる。
また、第2発電用酸化剤ガスを供給する経路と燃料電池モジュールとの連通部を、第1発電用酸化剤ガスを供給する経路と燃料電池モジュールとの連通部とは別に設けると、第2発電用酸化剤ガスを供給しない間は供給経路の圧力が低いので、連通部を逆流して第2発電用酸化剤ガスを供給する経路に燃料電池モジュール内の雰囲気が流れる虞がある。燃料電池モジュール内の雰囲気が第2発電用酸化剤ガスの供給経路を逆流すると、燃料電池モジュール内の温度が低下し、熱効率が悪くなることが考えられる。本発明によれば、バイパスした後の第2発電用酸化剤ガスを第1発電用酸化剤ガスに合流させて、燃料電池モジュールと連通する供給経路を第1発電用酸化剤ガスの供給経路のみとしたことによって、燃料電池モジュール内の雰囲気が漏れ出し、温度が低下することを抑制することができる。
また、このように構成することによって、燃料電池モジュール内に第2発電用酸化剤ガスを供給する経路を、第1発電用酸化剤ガス供給手段と兼用することができるため、装置を簡素に構成することができる。
ところで、固体酸化物型燃料電池装置の起動時には部分酸化改質反応と水蒸気改質反応とを並存して改質するオートサーマル改質反応を行うため、改質用の酸化剤ガスを供給する改質用酸化剤ガス供給手段が設けられているが、燃料電池モジュール内が高温になり、オートサーマル改質反応よりも改質効率の高い水蒸気改質反応のみを行うことができるようになった後は、部分酸化改質反応を生じさせることがなくなるため、改質用酸化剤ガス供給手段は不要となる。
そこで、本発明において、好ましくは、改質用酸化剤ガス供給手段が不要となる水蒸気改質反応の期間においては、改質用酸化剤ガス供給手段を第2発電用酸化剤ガスの供給手段として兼用することもできる。こうすることで、第2発電用酸化剤ガスの供給手段を別途設ける必要がなく、簡素な構成で過昇温を抑制することができる。
そこで、本発明において、好ましくは、改質用酸化剤ガス供給手段が不要となる水蒸気改質反応の期間においては、改質用酸化剤ガス供給手段を第2発電用酸化剤ガスの供給手段として兼用することもできる。こうすることで、第2発電用酸化剤ガスの供給手段を別途設ける必要がなく、簡素な構成で過昇温を抑制することができる。
また、第2発電用酸化剤ガスの供給手段と第1発電用酸化剤ガス供給手段とは別の部材を用いることによって、第1発電用酸化剤ガス供給手段は、本来発電用に必要な性能を備えた最小限の装置で構成することができるため、安価でコンパクトにすることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。例えば、上述した実施形態においては、空気熱交換器22の空気流路管74全てをバイパスして空気分配室72で合流させるようにしたが、発電用空気と第2空気との合流部分の位置は、合流するときの第2空気の温度をどの程度に調整する必要があるかによって種々設計可能である。空気熱交換器22の主な加熱部である空気流路管74を一部バイパスして加熱部の途中で合流させる、若しくは空気熱交換器22に流入させた後、空気熱交換器22の空気流路管74の途中からバイパスして空気熱交換器22の下流で合流させるようにすれば、例えば燃料電池セルに直接吹き付けても壊れない程度の温度まで第2空気を加熱することもできる。また、上述した実施形態のように、空気熱交換器22の空気流路管74全てをバイパスして空気分配室72やその下流に配置された空器導入管76で合流させるようにすれば、冷却効果を高めることができる。例えば空器導入管76の下流端に近い、燃料電池モジュール2内に供給する直前に合流部分を設けるようにすれば、冷却効果を最大限に発揮させることができるため、カバーできる過昇温の範囲が最大限広がる。
1 固体酸化物型燃料電池
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
7 断熱材(蓄熱材)
8 密封空間
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット(固体酸化物型燃料電池セル)
18 燃焼室(燃焼部)
20 改質器
22 空気用熱交換器
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット(水供給手段)
30 燃料供給源
38 燃料流量調整ユニット(燃料供給手段)
40 空気供給源
44 改質用空気流量調整ユニット
45 発電用空気流量調整ユニット(発電用酸化剤ガス供給手段)
46 第1ヒータ
48 第2ヒータ
50 温水製造装置
52 制御ボックス
54 インバータ
77 バイパス流路
83 点火装置
84 燃料電池セル
110 制御部(制御手段)
112 操作装置
114 表示装置
116 警報装置
126 電力状態検出センサ(需要電力検出手段)
132 燃料流量センサ(燃料供給量検出センサ)
138 圧力センサ(改質器圧力センサ)
140 排気温度センサ(温度検出手段)
142 発電室温度センサ(温度検出手段)
148 改質器温度センサ(温度検出手段)
150 外気温度センサ
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
7 断熱材(蓄熱材)
8 密封空間
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット(固体酸化物型燃料電池セル)
18 燃焼室(燃焼部)
20 改質器
22 空気用熱交換器
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット(水供給手段)
30 燃料供給源
38 燃料流量調整ユニット(燃料供給手段)
40 空気供給源
44 改質用空気流量調整ユニット
45 発電用空気流量調整ユニット(発電用酸化剤ガス供給手段)
46 第1ヒータ
48 第2ヒータ
50 温水製造装置
52 制御ボックス
54 インバータ
77 バイパス流路
83 点火装置
84 燃料電池セル
110 制御部(制御手段)
112 操作装置
114 表示装置
116 警報装置
126 電力状態検出センサ(需要電力検出手段)
132 燃料流量センサ(燃料供給量検出センサ)
138 圧力センサ(改質器圧力センサ)
140 排気温度センサ(温度検出手段)
142 発電室温度センサ(温度検出手段)
148 改質器温度センサ(温度検出手段)
150 外気温度センサ
Claims (4)
- 供給された燃料及び酸化剤ガスを利用して燃料電池セルで発電反応を生じさせて発電する燃料電池モジュールと、
上記燃料電池モジュールに発電に利用する燃料を供給する燃料供給手段と、
酸化剤ガス供給源から上記燃料電池モジュールに発電に利用する第1酸化剤ガスを供給する第1発電用酸化剤ガス供給手段と、
上記燃料供給手段により供給された燃料のうち、発電に使用されずに残った残余燃料を燃焼させることにより上記燃料電池モジュールを加熱する燃焼部と、
上記第1発電用酸化剤ガス供給手段に設けられ、上記燃焼部で生じた排ガスと上記第1発電用酸化剤ガスとの間で熱交換を行う熱交換部と、
上記燃料供給手段及び上記第1発電用酸化剤ガス供給手段を制御する制御手段と、を有する固体酸化物型燃料電池装置において、
上記酸化剤ガス供給源から上記燃料電池モジュールに、発電に利用する第2発電用酸化剤ガスを供給する第2発電用酸化剤ガス供給手段を備え、
上記制御手段は、上記燃料電池モジュール内の過剰な温度上昇の発生を推定する過昇温推定手段と、
上記過昇温推定手段によって過剰な温度上昇の発生が推定された場合に、上記第2発電用酸化剤ガスを上記燃料電池モジュールに流入させることにより、上記燃料電池モジュール内の温度を低下させる強制冷却手段と、を有し、
上記第2発電用酸化剤ガス供給手段は、上記第1発電用酸化剤ガスよりも上記第2発電用酸化剤ガスの温度が低くなるよう、上記第2発電用酸化剤ガスが上記熱交換部の少なくとも一部をバイパスして上記燃料電池モジュールに流入されるように構成されていることを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置。 - 上記燃料電池モジュールに上記第2発電用酸化剤ガスを供給する前に、バイパスさせた上記第2発電用酸化剤ガスを昇温させる昇温手段を有することを特徴とする、請求項1記載の固体酸化物型燃料電池。
- 上記昇温手段は、上記燃料電池モジュールに上記第2発電用酸化剤ガスを供給する前に、バイパスさせた上記第2発電用酸化剤ガスを上記第1発電用酸化剤ガスとを混合する混合部を備えていることを特徴とする請求項2記載の固体酸化物型燃料電池。
- 部分酸化改質反応及び/又は水蒸気改質反応によって上記燃料を改質する改質部と、
上記改質器に改質反応用の空気を供給する改質用空気供給手段と、
上記改質器に水蒸気改質反応用の水を供給する改質用水供給手段と、をさらに備え、
上記制御部は、起動時には部分酸化改質反応と水蒸気改質反応とを改質器内で並存させて改質を行うオートサーマル改質反応を行って上記燃料電池モジュール内を昇温させ、所定の温度に達した後に部分酸化改質反応を止めて水蒸気改質反応のみを行うよう制御し、
上記第2発電用酸化剤ガスは、上記所定の温度に達した後、上記改質用空気供給手段を用いて上記燃料電池モジュールに供給されることを特徴とする、請求項3に記載された固体酸化物型燃料電池装置。
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