專利名稱：固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，特別是涉;sj(于燃料電池的 驢部供給的氣體的供給控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般地，作為將燃料所具有的能量變換為電能的裝置，已公知的有燃料電池。通常， 燃料電池具有被設(shè)置為夾住電解質(zhì)的一對(duì)電極，使氫反應(yīng)氣體(燃料氣體)接觸一對(duì)電極 中的一方電極的表面，而使.含氧空氣接觸一對(duì)電極中的另一方電極的表面，從而產(chǎn)生電 化學(xué)反應(yīng)，燃料電池就是利用這種電化學(xué)反應(yīng)從電極間取出電能的一種電池。專利文獻(xiàn)1 中記載有具備改質(zhì)器的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，所公開(kāi)的運(yùn)行方法是為了防止改質(zhì)器的 溫度急劇上升現(xiàn)象而并行運(yùn)轉(zhuǎn)水蒸汽改質(zhì)和局部氧化改質(zhì)，同時(shí)增大作為吸熱反應(yīng)的水蒸 汽改質(zhì)的比例。
專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2000-40519號(hào)公報(bào)
但是，在專利文獻(xiàn)1的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法中，由于并用水蒸汽改質(zhì)和局部氧化 改質(zhì)，所以必須要有用來(lái)進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)的水，在無(wú)法對(duì)改質(zhì)器供給水的情況下，就不得 不使燃料電池系統(tǒng)停止運(yùn)行。
一般，在進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)的燃料電池系統(tǒng)中，水自供(用凝結(jié)水完全供給燃料電池所 必要的水)是很困難的，必須設(shè)置外部補(bǔ)水的管線，假如即便能夠進(jìn)行水自供，也要在凝 結(jié)水的生成部上花費(fèi)成本，或者在無(wú)水的情況下，就必須使系統(tǒng)停止運(yùn)行。另外的問(wèn)題是 供水系統(tǒng)受外界氣溫的影響而凍結(jié)的問(wèn)題、凝結(jié)水減少的問(wèn)題，或者為防止凍結(jié)而使用加 熱器引起的耗電增大的問(wèn)題等。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種考慮了水箱的貯水量的影響而可控的 并且水可完全自供的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)。
(1)有關(guān)權(quán)利要求1的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的特征在于具有具備改質(zhì)部的燃料 電池、把多種氣體和水供給改質(zhì)部的氣'水供給系統(tǒng)、可積蓄水的水箱；
所迷氣.水供給系統(tǒng)設(shè)置有把被 文質(zhì)氣體供給所述改質(zhì)部的被改質(zhì)氣體供給單元、把含 氧氣體供給所述改質(zhì)部的含氧氣體供給單元和把來(lái)自水箱的水原樣或制成水蒸汽供給所 述 文質(zhì)部的供水單元；還設(shè)置有控制單元，該控制單元根據(jù)用于4企測(cè)水箱中的貯水量的貯 水量傳感器的信號(hào)來(lái)控制切換所述含氧氣體供給單元和所述供水單元或者并用該兩單元、 以在所述改質(zhì)部?jī)?nèi)進(jìn)行所述被改質(zhì)氣體與所述含氧氣體和/或所述水的改質(zhì)反應(yīng)。
(2) 有關(guān)權(quán)利要求2的如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于
所述水箱積蓄由所述燃料電池的排熱回收而凝結(jié)的水。
(3) 有關(guān)權(quán)利要求3的如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 所述水箱積蓄從外部供水源供給的水。
(4) 有關(guān)權(quán)利要求4的如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 所述控制單元根據(jù)所述貯水量傳感器的信號(hào)判斷為所述水箱的貯水量少于預(yù)先設(shè)定的值 時(shí)，使所述供水單元停止，同時(shí)使所述含氧氣體供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)。
(5) 有關(guān)權(quán)利要求5的如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具有檢測(cè)所述燃料電池的發(fā)電量的發(fā)電量檢測(cè)單元；所述控制單元根據(jù)該發(fā)電量檢測(cè)單元 的信號(hào)判斷為當(dāng)所述發(fā)電量達(dá)到小于額定值(例如最大輸出)的一定比例(例如小于40% ) 時(shí)，所述控制單元使所述供水單元停止，同時(shí)使所述含氧氣體供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行改質(zhì)反 應(yīng)。
(6) 有關(guān)權(quán)利要求6的如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具有檢測(cè)所述燃料電池的溫度的燃料電池溫度傳感器；所述控制單元根據(jù)該燃料電池溫度 傳感器的信號(hào)判斷為當(dāng)該燃料電池的溫度達(dá)到低于預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，所述控制單元使所述 供水單元停止，同時(shí)使所述含氧氣體供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)。
(7) 有關(guān)權(quán)利要求7的如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具有檢測(cè)外界氣溫的外界氣溫傳感器；所述控制單元根據(jù)該外界氣溫傳感器的信號(hào)判斷為 當(dāng)外界氣溫達(dá)到低于預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，所述控制單元使所述供水單元停止，同時(shí)使所述含 氧氣體供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行 文質(zhì)反應(yīng)。
(8) 有關(guān)權(quán)利要求8的如權(quán)利要求1 ~ 7的任一項(xiàng)記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)， 其特征在于所述控制單元在所述含氧氣體供給單元與所述供水單元之間進(jìn)行切換的情況 下，使兩單元并行運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間。
按照權(quán)利要求1的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，把供水單元和含氧氣體供給單元相對(duì)改 質(zhì)部并列連接，從而能夠從積蓄水的水箱向供水單元供水。供水單元既可以把水原樣供給 改質(zhì)部，也可以制成水蒸汽之后供給 支質(zhì)部。另外，控制從供水單元和含氧氣體供給單元
各自向改質(zhì)部的供氣的控制單元可以根據(jù)水箱的貯水量傳感器的信號(hào)進(jìn)行供水單元與含 氧氣體供給單元的切換。
因此，在水箱的貯水量充分時(shí)，僅從供水單元向改質(zhì)部供水，從而能夠進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)。
另一方面，在達(dá)到水箱的貯水量不足狀態(tài)時(shí)，使供水單元停止而切換到含氧氣體供給
單元，從而能夠進(jìn)行局部氧化 Lt;系統(tǒng)可以運(yùn)轉(zhuǎn)，而不使改質(zhì)部和整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)。
并用供水單元和含氧氣體供給單元能夠補(bǔ)充來(lái)自水箱的水的供給量，同時(shí)能夠始終進(jìn) 行穩(wěn)定的改質(zhì)反應(yīng)。
按照權(quán)利要求2的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，把由燃料電池的排熱回收產(chǎn)生的凝結(jié)水 積蓄在水箱中，這樣能夠有效利用凝結(jié)水而不將其廢棄。雖然凝結(jié)水的供給量有變動(dòng)，但 是水箱的貯水量充分時(shí)，僅從供水單元向 文質(zhì)部供水或水蒸汽，就能夠進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)。
另一方面，在凝結(jié)水減少而達(dá)到水箱的貯水量不足狀態(tài)的情況下，使供水單元停止而 切換到含氧氣體供給單元，從而能夠進(jìn)行局部氧化改質(zhì)；貯水量恢復(fù)了的情況下能夠再次 切換到水蒸汽改質(zhì)，所以系統(tǒng)可以運(yùn)轉(zhuǎn)，而不使 丈質(zhì)部和整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)。這樣就能夠構(gòu)建 不必從外部供給補(bǔ)充水而完全自供水系統(tǒng)。
按照權(quán)利要求3的固體氧化物燃料電池系統(tǒng),把從外部供水源供給的水積蓄在水箱中。 這樣，在能夠確保外部供水源的地域(配備有水道設(shè)備等水基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備的地域)使用 的情況下，正常時(shí)能夠得到充分的貯水量，所以僅從供水單元向改質(zhì)部供水或水蒸汽，就 能夠進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)。
另一方面，即使在能夠確保外部供水源的地域，而在例如災(zāi)害或施工等斷水時(shí)，使得 水箱的貯水量不足狀態(tài)的情況下，使供水單元停止而切換到含氧氣體供給單元就能夠進(jìn)行 局部氧化改質(zhì)；恢復(fù)供水的情況下，能夠再次切換到水蒸汽改質(zhì)，所以系統(tǒng)可以運(yùn)轉(zhuǎn)，而 不使 支質(zhì)部和整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)。
在未配備水基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備的地域如偏僻地區(qū)、沙漠等使用的情況下，也能夠提供可 原樣對(duì)應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)。另外，即使例如必須把在配備有水基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備的地域使用 的燃料電池(進(jìn)4亍了水蒸汽改質(zhì)的燃料電池)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到未配備水基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備的地域 的情況下，只要是本系統(tǒng)，就能夠原樣使用。
另外，在從外部供水源供給的水(例如管道水、井水)的水質(zhì)變差時(shí)，可以進(jìn)行局部 氧化改質(zhì)，防止燃料電池元件的劣化等。水質(zhì)的變差例如可以由傳感器檢測(cè)'據(jù)此可以進(jìn) 行局部氧化改質(zhì)。
另外，在給水箱供水的供水管、供水單元的供水管凍結(jié)時(shí)，也可以通過(guò)停止供水單元
而切換到含氧氣供給單元進(jìn)行局部氧化改質(zhì)，另夕卜，凍結(jié)被解除后可以再次切換到水蒸氣 改質(zhì)，使改質(zhì)部和系統(tǒng)整體不必停止而持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
按照權(quán)利要求4的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，由于根據(jù)貯水量傳感器的信號(hào)檢測(cè)水箱 的貯水量，所以能夠正確且迅速地進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)與局部氧化改質(zhì)的切換。
按照權(quán)利要求5的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，由于發(fā)電量低于一定值的情況下，燃料 電池的性能降低，所以不進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的水蒸汽改質(zhì)而進(jìn)行發(fā)熱反應(yīng)的局部氧化改 質(zhì)，從而使鄰接改質(zhì)部的燃料電池的溫度不降低或者上升到合適的溫度，而能夠提高發(fā)電 反應(yīng)的效率。
按照權(quán)利要求6的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，由于燃料電池的溫度降低了的情況下， 燃料電池的性能降低，所以不進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的水蒸汽改質(zhì)而進(jìn)行作為發(fā)熱反應(yīng)的局部 氧化改質(zhì)，從而使鄰接改質(zhì)部的燃料電池的溫度不降低或者上升到合適的溫度，而能夠提 高發(fā)電反應(yīng)的效率。
按照權(quán)利要求7的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，在冬季或夜間等外界氣溫降低下來(lái)的情 況下，例如因水管道或供水管的凍結(jié)等而無(wú)法供水的情況下，從供水單元切換到含氧氣體 供給單元，就能夠進(jìn)行局部氧化改質(zhì)而不是水蒸汽改質(zhì)。這樣，就解決了因水的凍結(jié)而不 能水蒸汽改質(zhì)的問(wèn)題。既使在燃料電池的溫度因外界氣溫降低下來(lái)的情況下，進(jìn)行作為發(fā) 熱反應(yīng)的局部氧化改質(zhì)也是有利的。
按照權(quán)利要求8的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，在含氧氣體供給單元與供水單元之間進(jìn) 行切換的情況下，使兩單元并行運(yùn)轉(zhuǎn)一定期間，從而能夠避免急劇的變化對(duì)燃料電池產(chǎn)生 惡劣的影響，能夠慢慢地轉(zhuǎn)移改質(zhì)反應(yīng)。


圖1是本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)的概略框圖。
圖2是本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)的概略框圖。符號(hào)說(shuō)明
1...燃料電池系統(tǒng) 10...氣.水供給系統(tǒng) 12...被改質(zhì)氣體供給單元 13...含氧氣體供給單元 14...供水單元 15...供氣控制單元
21...燃料電池
22…改質(zhì)部
50…水箱
51...貯水量傳感器
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)1的簡(jiǎn)化框圖。在燃料電池主體20內(nèi)設(shè)置 有用一對(duì)電極夾住電解質(zhì)的小單元的集合體即燃料電池21,內(nèi)含改質(zhì)觸媒的改質(zhì)部22與 燃料電池21相鄰接。這樣，就能夠把燃料電池21的發(fā)電反應(yīng)產(chǎn)生的熱和剩余氣體的燃燒 熱用于 文質(zhì)部22內(nèi)的gtt反應(yīng)。
系統(tǒng)還設(shè)置有對(duì)燃料電池主體20供給多種氣體和水的氣'水供給系統(tǒng)10,用連接在 燃料電池主體20上的適宜的供給管分別供給各種氣體或水，從空氣供給單元11對(duì)燃料電 池21供給含氧的空氣。再對(duì)燃料電池21供給在改質(zhì)部22內(nèi)改質(zhì)過(guò)的富氫燃料氣體，由 此來(lái)產(chǎn)生發(fā)電反應(yīng)，把高溫氣體排放出去。
在氣.水供給系統(tǒng)10中還包含對(duì)改質(zhì)部22供給各種氣體和水的多個(gè)供給單元12-14,被改質(zhì)氣體供給單元12供給改質(zhì)反應(yīng)所用的被改質(zhì)氣體，該被 文質(zhì)氣體不僅可以用 城市煤氣、丙烷氣體等一開(kāi)始就是氣體狀的燃料，而且可以用把煤油、石油等液體狀的燃 料氣化的氣體；含氧氣體供給單元13供給空氣等含氧氣體；供水單元14供給水或水蒸汽， 在供給水蒸汽的情況下，供水單元14設(shè)置有蒸發(fā)器14a，以下說(shuō)明供水單元14把水原樣 供給到改質(zhì)部22的實(shí)施例，但是，即使在供給水蒸汽的情況下，也可進(jìn)行同樣的控制。
從供水單元14供給改質(zhì)部22的水必須進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)(CH4 + H20—3H2 + CO); 另 一方面，從含氧氣體供給單元13供給改質(zhì)部22的含氧氣體必須進(jìn)行局部氧化改質(zhì)(CH4 + 02—2H2 + C02 )。
對(duì) 文質(zhì)部22的水的供給和停止可以通過(guò)使設(shè)置在例如供水單元14內(nèi)的送出泵等運(yùn) 轉(zhuǎn)和停止來(lái)進(jìn)行控制，或者通過(guò)適宜的閥門(mén)的開(kāi)閉來(lái)進(jìn)行控制；對(duì)改質(zhì)部22的含氧氣體 的供給和停止可以通過(guò)使設(shè)置在例如含氧氣體供給單元13內(nèi)的送出泵等運(yùn)轉(zhuǎn)和停止來(lái)進(jìn) 行控制，或者通過(guò)適宜的閥門(mén)的開(kāi)閉來(lái)進(jìn)行控制。另外，這些送出泵的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止或?qū)T(mén) 的開(kāi)閉例如可以分別用來(lái)自包含氣.水供給系統(tǒng)10內(nèi)的控制裝置的供氣控制單元15的電 控信號(hào)C1和C2來(lái)控制。這樣，就能夠有選擇地向改質(zhì)部22供給水和含氧氣體某一方或 雙方。系統(tǒng)還設(shè)置有用來(lái)從來(lái)自燃料電池21的排氣中回收凝結(jié)水的排熱回收單元40,由排 熱回收單元40生成的凝結(jié)水被送到水箱50內(nèi)積蓄起來(lái)。然后，經(jīng)由供水單元14送到改 質(zhì)部22，作為水蒸汽改質(zhì)用的水。
水箱50內(nèi)還設(shè)置有檢測(cè)凝結(jié)水的積蓄量的貯水量傳感器51,貯水量傳感器51是像 浮控開(kāi)關(guān)那樣根據(jù)水箱50內(nèi)的水的一定的貯水量進(jìn)行通、斷控制的傳感器，預(yù)先設(shè)定一 定的貯水量， 一旦貯水量傳感器51檢測(cè)到預(yù)先設(shè)定的貯水量，就把該檢測(cè)信號(hào)傳送到供 氣控制單元15。
以下描述實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。通常在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)中，停止從含氧氣體供給單元13 向改質(zhì)部22供給含氧氣體，而由供水單元14供水，由此來(lái)進(jìn)行水蒸汽改質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，這是因 為水蒸汽^Lt的發(fā)電效率高而損耗小。進(jìn)行水蒸汽 文質(zhì)消耗水箱50內(nèi)的凝結(jié)水，另一方 面，由排熱回收單元40生成凝結(jié)水，這些凝結(jié)水被積蓄在水箱50內(nèi)。
因某些條件(后述)而使水箱內(nèi)的凝結(jié)水的!^水量減少，達(dá)到低于預(yù)先設(shè)定值的低水 位，此時(shí)，貯水量傳感器51的開(kāi)關(guān)接通，檢測(cè)信號(hào)被傳送到供氣控制單元15 (箭頭S1 )。 這樣，供氣控制單元15感知凝結(jié)水的貯水量少，停止運(yùn)轉(zhuǎn)供水單元14,而開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)含氧 氣體供給單元13 (箭頭C1、 C2)。從而，從水蒸汽改質(zhì)切換到局部氧化 文質(zhì)。
在供氣的急劇變化對(duì)燃料電池21產(chǎn)生惡劣影響的情況下，使雙方供給單元13、 14 并行運(yùn)轉(zhuǎn)一定期間，逐漸向局部氧化改質(zhì)反應(yīng)切換。或者也可以分別慢慢地減少、升高水 蒸汽改質(zhì)與局部氧化改質(zhì)反應(yīng)的比例。在局部氧化改質(zhì)過(guò)程中，不使用水箱50內(nèi)的凝結(jié) 水，而由排熱回收單元40生成凝結(jié)水，從而使水箱50內(nèi)的凝結(jié)水增加起來(lái)。
一旦水箱50內(nèi)的貯水量達(dá)到超過(guò)預(yù)先設(shè)定的值的高水位，貯水量傳感器51的開(kāi)關(guān) 接通，檢測(cè)信號(hào)被傳送到供氣控制單元15 (箭頭S1)。此時(shí)，供氣控制單元15感知凝結(jié) 水的貯水量增加了 ，停止含氧氣體供給單元13的運(yùn)轉(zhuǎn)，而開(kāi)始供水單元14的運(yùn)轉(zhuǎn)(箭頭 C1、 C2)。結(jié)果，從局部氧化改質(zhì)切換到水蒸汽 夂質(zhì)。
在供氣的急劇變化對(duì)燃料電池21產(chǎn)生惡劣影響的情況下，使雙方供氣單元13、 14 并行運(yùn)轉(zhuǎn)一定期間，逐漸向水蒸汽改質(zhì)反應(yīng)切換?；蛘咭部梢苑謩e慢慢地升高、減少水蒸 汽改質(zhì)與局部氧化改質(zhì)反應(yīng)的比例。
另外，在產(chǎn)生了達(dá)到發(fā)電量低于額定值的規(guī)定比例如40%以下的發(fā)電量減少的情況
下，因?yàn)樗羝馁|(zhì)是吸熱反應(yīng)，所以與改質(zhì)部22鄰接的燃料電池21的溫度降低到
650°C，電池的性能愈發(fā)地降低。為了防止這種情況發(fā)生，檢測(cè)出燃料電池21的發(fā)電量或
燃料電池21的溫度，停止供水單元14的運(yùn)轉(zhuǎn)，而開(kāi)始含氧氣體供給單元13的運(yùn)轉(zhuǎn)，從
水蒸汽改質(zhì)切換到局部氧化改質(zhì)。燃料電池21的發(fā)電量例如由發(fā)電量監(jiān)測(cè)器31來(lái)檢測(cè)'
其檢測(cè)信號(hào)被送到供氣控制單元15 (箭頭S2)。燃料電池21的溫度例如由熱電偶等燃料 電池溫度傳感器23來(lái)檢測(cè)，其檢測(cè)信號(hào)被送到供氣控制單元15 (箭頭S3 )。
因?yàn)榫植垦趸馁|(zhì)是發(fā)熱反應(yīng)，所以鄰接于改質(zhì)部22的燃料電池21的溫度并不降 低，能夠進(jìn)行發(fā)電反應(yīng)。在急劇的變化對(duì)燃料電池21產(chǎn)生惡劣影響的情況下，使這些供 氣單元13和供水單元14并行運(yùn)轉(zhuǎn)一定期間，逐漸切換到局部氧化反應(yīng)。或者也可以分別 慢慢地減少、升高水蒸汽改質(zhì)與局部氧化 Lt反應(yīng)的比例。只要燃料電池21的溫度恢復(fù) 到例如70(TC,就逆切換到水蒸汽改質(zhì)。
另夕卜，在外界氣溫降下來(lái)時(shí)，例如用熱敏電阻等外界氣溫傳感器70來(lái)檢測(cè)外界氣溫， 把險(xiǎn)測(cè)信號(hào)傳送到供氣控制單元15 (箭頭S4)。供氣控制單元15根據(jù)該信號(hào)停止供水單 元14的運(yùn)轉(zhuǎn)，而開(kāi)始含氧氣體供給單元13的運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)果，從水蒸汽改質(zhì)切換到局部氧化 文質(zhì)。這樣，就解決了因水的凍結(jié)而不能進(jìn)行水蒸汽 文質(zhì)的問(wèn)題。另外，因外界氣溫而使 燃料電池21的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度降下來(lái)的情況下，也是同樣情況。在急劇的變化對(duì)燃料電池21產(chǎn) 生惡劣影響的情況下，使雙方供給單元13、 14并行運(yùn)轉(zhuǎn)一定期間，逐漸切換到局部氧化 改質(zhì)反應(yīng)?；蛘咭部梢苑謩e慢慢地減少、升高水蒸汽 支質(zhì)與局部氧化改質(zhì)反應(yīng)的比例。在 燃料電池21的外界氣溫恢復(fù)到例如4。C以上的情況下，就逆切換到水蒸汽改質(zhì)。這樣的控 制方法不僅可以檢測(cè)外界氣溫，而且可以檢測(cè)水箱50的水溫等。
在供氣的急劇變化對(duì)燃料電池21產(chǎn)生惡劣影響的情況下，使雙方供氣單元13、供水 單元14并行運(yùn)轉(zhuǎn)一定期間，逐漸向局部氧化 文質(zhì)反應(yīng)切換?；蛘咭部梢苑謩e慢慢地減少、 升高水蒸汽改質(zhì)與局部氧化改質(zhì)反應(yīng)的比例。作為進(jìn)行這種運(yùn)行的具體的控制方法，在高
于預(yù)先設(shè)定的溫度范圍(例如50(TC-70(TC)的情況下，根據(jù)改質(zhì)部所具備的溫度檢測(cè) 器的檢測(cè)值來(lái)減少含氧氣體的供給量，而增加供水量。另一方面，在低于預(yù)先設(shè)定的溫度 范圍的情況下，增加含氧氣體的供給量，而減少供水量。在不產(chǎn)生碳析出等惡劣影響的范 圍內(nèi)實(shí)施含氧氣體的供給量和供水量。
也就是說(shuō)，在 文質(zhì)部中設(shè)置有熱電偶等溫度檢測(cè)器， 一旦停止供水單元而使含氧氣體 供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行 文質(zhì)反應(yīng)時(shí)，最好控制含氧氣體供給量和供水量，來(lái)使溫度檢測(cè)器的 檢測(cè)值不超出預(yù)先設(shè)定的規(guī)定范圍。
含氧氣體供給單元與供水單元之間進(jìn)行切換的情況下，容易因改質(zhì)器的溫度條件而產(chǎn) 生碳析出之類(lèi)的惡劣影響。但是，在改質(zhì)器中設(shè)置溫度檢測(cè)器就能夠一面進(jìn)行含氧氣體供 給量、供水量的控制一面轉(zhuǎn)移改質(zhì)反應(yīng)，使該檢測(cè)值納入預(yù)先設(shè)定的溫度范圍之內(nèi)，從而 無(wú)損傷且安全地切換改質(zhì)方式。
作為家庭用，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)最好具有例如0.5-1.5kW發(fā)電性能，最好用作
小型分散型電源。
在上述的圖1的實(shí)施方式中，說(shuō)明了水箱積蓄由燃料電池的排熱回收凝結(jié)的水的情
況，而圖2是本發(fā)明的其他實(shí)施方式的框圖。按照?qǐng)D2的實(shí)施方式，把從外部供水源60 供給的水貯存在水箱50中，對(duì)于其他的構(gòu)成，與圖1的實(shí)施方式相同。外部供水源60是 例如管道水或井水的設(shè)備，通過(guò)連接適宜的配管把水供給到水箱50內(nèi)。這種情況下，例 如在配備有供水^4設(shè)施(水管道設(shè)備)的設(shè)備的地域使用的情況下，在未配備水基礎(chǔ)設(shè) 施的設(shè)備的地域如偏僻地區(qū)、沙漠等使用的情況下，都能夠提供可對(duì)應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)。 另外，即使在因自然災(zāi)害等發(fā)生了斷水的情況下，燃料電池系統(tǒng)也能夠不停止地運(yùn)行，在 自然災(zāi)害時(shí)等非常時(shí)期，也能夠確實(shí)地確保電源。在因配管內(nèi)的水凍結(jié)等而無(wú)法供水的情 況下，燃料電池系統(tǒng)也能夠不停止地運(yùn)行。
另外，雖未圖示，但是本發(fā)明也可以是把圖1的實(shí)施方式與圖2的實(shí)施方式合并起 來(lái)的系統(tǒng)。即，水箱可以既積蓄排熱回收的凝結(jié)水，也積蓄外部供水源供給的水。這種情 況下，水箱，如圖1所示，與排熱回收單元相連接，還如圖2所示，與外部供水源相連接。 也可以設(shè)置能夠選擇.切換積蓄來(lái)自任意一方的水的適宜的閥門(mén)及其控制裝置。在這樣的系 統(tǒng)中，在積蓄著凝結(jié)水的水箱的水位因某種原因降低得超過(guò)了一定值的情況下，接入一個(gè) 浮控開(kāi)關(guān)，而從由外部供水源把7jc供給到水箱。而且，因某種原因無(wú)法從外部供水源(例 如水管道)供水，水箱的水位因某種原因降低得超過(guò)了一定值的情況下，可以接入一個(gè)浮 控開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行局部氧化改質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括設(shè)有改質(zhì)部的燃料電池，把多種氣體和水供應(yīng)給所述改質(zhì)部的氣·水供給系統(tǒng)，可積蓄水的水箱；所述氣·水供給系統(tǒng)設(shè)置有把被改質(zhì)氣體供應(yīng)給所述改質(zhì)部的被改質(zhì)氣體供給單元、把含氧氣體供應(yīng)給所述改質(zhì)部的含氧氣體供給單元和把來(lái)自水箱的水原樣或制成水蒸汽供應(yīng)給所述改質(zhì)部的供水單元；還設(shè)置有控制單元，該控制單元根據(jù)用于檢測(cè)所述水箱的貯水量的貯水量傳感器的信號(hào)來(lái)控制切換所述含氧氣體供給單元和所述供水單元、或者使該兩單元并行運(yùn)轉(zhuǎn)，以在所述改質(zhì)部?jī)?nèi)進(jìn)行所述被改質(zhì)氣體與所述含氧氣體和/或所述水的改質(zhì)反應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述水箱積蓄由所述 燃料電池的排熱回收而凝結(jié)的水。
3. 如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述水箱積蓄從外部 供水源供給的水。
4. 如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述控制單元根據(jù) 所述貯水量傳感器的信號(hào)判斷出所述水箱的貯水量少于預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，所述控制單元就 使所述供水單元停止，同時(shí)使所述含氧氣體供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)。
5. 如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括用于檢測(cè) 所述燃料電池的發(fā)電量的發(fā)電量檢測(cè)單元；當(dāng)所述控制單元根據(jù)該發(fā)電量檢測(cè)單元的信號(hào) 判斷出所述發(fā)電量小于額定的一定比例時(shí)，所述控制單元就使所述供水單元停止，同時(shí)使 所述含氧氣體供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)。
6. 如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括用于檢 測(cè)所述燃料電池的溫度的燃料電池溫度傳感器；當(dāng)所述控制單元根據(jù)該燃料電池溫度傳感 器的信號(hào)判斷出該燃料電池的溫度低于預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，所述控制單元就使所述供水單元 停止，同時(shí)使所述含氧氣體供給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)。
7. 如權(quán)利要求1記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括用于檢 測(cè)外界氣溫的外界氣溫傳感器；當(dāng)所述控制單元根據(jù)該外界氣溫傳感器的信號(hào)判斷出外界 氣溫低于預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，所述控制單元就使所述供水單元停止，同時(shí)使所述含氧氣體供 給單元運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)。
8. 如權(quán)利要求1 ~7的任一項(xiàng)記載的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述控 制單元在將所述含氧氣體供給單元與所述供水單元之間進(jìn)行切換的情況下，使兩單元并行 運(yùn)轉(zhuǎn)一定期間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)考慮了水箱的貯水量的影響而可控，并且水可完全自供，該系統(tǒng)包括設(shè)有改質(zhì)部(22)的燃料電池(21)、把多種氣體和水供給改質(zhì)部(22)的氣·水供給系統(tǒng)(10)、可積蓄水的水箱(50)；氣·水供給系統(tǒng)(10)設(shè)置有供給被改質(zhì)氣體的被改質(zhì)氣體供給單元(12)、供給含氧氣體的含氧氣體供給單元(13)和供給來(lái)自水箱(50)的水的供水單元(14)；還設(shè)置有控制單元(15)，該控制單元(15)根據(jù)用于檢測(cè)水箱(50)中的貯水量的貯水量傳感器(51)的信號(hào)來(lái)控制切換含氧氣體供給單元(13)和供水單元(14)或者并用該兩供給單元(13、14)，以在改質(zhì)部(22)中進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101171715SQ20068001565
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者重久高志, 高橋成門(mén) 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社