專利名稱：固體電解質(zhì)型燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體電解質(zhì)型燃料電池，尤其涉及一種通過由重整器重整后的燃料和空氣來進行發(fā)電的固體電解質(zhì)型燃料電池。
背景技術(shù)：
近年來，作為下一代能源，提出了各種可以使用燃料(氫氣)和空氣進行發(fā)電而得到電力的燃料電池與具備用于使該燃料電池運轉(zhuǎn)的輔助設(shè)備類的燃料電池裝置。日本國特開2008-53209號公報(專利文獻1)中記載有通過重整器對燃料進行水蒸氣重整，并通過所得到的氫氣進行發(fā)電的燃料電池裝置。專利文獻1 日本國特開2008-53209號公報

發(fā)明內(nèi)容
在此，雖然在后面進行詳述，但是在燃料電池裝置起動時，首先，向重整器內(nèi)供給燃料氣體與重整用空氣而進行部分氧化重整反應(yīng)(POX)，之后，向重整器內(nèi)供給燃料氣體、 重整用空氣及水(純水)，進行并用部分氧化重整反應(yīng)(POX)與后述的水蒸氣重整反應(yīng) (SR)的自熱重整反應(yīng)(ATR)，之后，向重整器內(nèi)供給燃料氣體與水(純水)，進行水蒸氣重整反應(yīng)(SR)。在燃料電池裝置中，向重整器供給燃料氣體的同時，如上所述，在進行部分氧化重整反應(yīng)(POX)及自熱重整反應(yīng)(ATR)時，還向重整器供給重整用空氣。在此，即使將向重整器供給燃料氣體的燃料供給裝置控制為一定，實際上導(dǎo)入到重整器的燃料供給量也依賴于重整器內(nèi)的壓力而發(fā)生變動。即，在與燃料氣體一起將空氣導(dǎo)入到重整器的狀態(tài)下，由于因?qū)肟諝舛鴮?dǎo)致重整器內(nèi)的壓力上升，所以變得難以向重整器內(nèi)導(dǎo)入燃料氣體。因此，存在如下問題，以在重整器內(nèi)進行適當(dāng)?shù)闹卣姆绞蕉O(shè)定的作為目標(biāo)的燃料供給量和實際上所供給的燃料供給量產(chǎn)生偏差。實際上所供給的燃料供給量偏離目標(biāo)值，重整用空氣和燃料氣體的平衡崩潰時，產(chǎn)生如下問題，在重整器內(nèi)發(fā)生碳析出，這使重整器的催化劑的劣化顯著加快。雖然這種重整器內(nèi)的壓力上升可通過增大重整器的容積而得到緩解，但是重整器大型化后，變得難以均勻地對其進行加熱，存在容易在重整器內(nèi)產(chǎn)生溫度不均的問題。而且，使重整器大型化時，存在燃料電池的裝置整體變?yōu)榇笮突膯栴}?；蛘?，通過使向重整器內(nèi)供給燃料氣體的燃料供給裝置為能夠克服重整器內(nèi)的壓力上升而送入燃料氣體的強力的裝置，從而使燃料供給量不易受到重整器內(nèi)的壓力的影響，但是使燃料供給裝置為強力的裝置時，存在燃料供給裝置大型化，同時價格昂貴的問題。本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，其目的在于提供一種固體電解質(zhì)型燃料電池，可實現(xiàn)重整器的小型化，并供給適量的燃料氣體。另外，在燃料電池裝置中，在進行自熱重整反應(yīng)(ATR)及水蒸氣重整反應(yīng)(SR)時，如上所述，需要向重整器供給水(純水)，尤其在供水量非常少的ATR區(qū)域中，需要連續(xù)地供給每分鐘幾毫升這樣的非常微量的水。為了準(zhǔn)確、穩(wěn)定地供給這種極微量的水，必須使用特殊的泵。于是，為了供給該極少量的水，可以考慮使用脈沖泵，通過脈沖控制間歇地噴射并供給水。然而，在進行水蒸氣重整時，所供給的水在重整器內(nèi)蒸發(fā)，該水汽化時體積急劇地增大，因此，重整器內(nèi)發(fā)生壓力變動。另外，向重整器供給的水在重整器內(nèi)的汽化器中蒸發(fā)， 通過混合蒸發(fā)后的水蒸氣和燃料氣體，而在重整器內(nèi)進行燃料氣體的重整。在此，由于汽化器與重整器內(nèi)進行重整的部分連通，所以因水蒸發(fā)而引起的汽化器內(nèi)的壓力上升影響到重整器內(nèi)整體。其在重整器和汽化器分體構(gòu)成時也發(fā)生同樣的現(xiàn)象。燃料供給裝置通常被控制為，測定實際的燃料供給量，對其進行反饋從而使燃料供給量與作為目標(biāo)的燃料供給量一致。在此，為了提高針對目標(biāo)燃料供給量的跟蹤性而單純地增大反饋增益時，引起如下問題，與向重整器內(nèi)間歇地供水所引起的急劇的壓力變化相對應(yīng)，燃料供給量被不穩(wěn)定地增減。S卩，壓力上升時燃料供給量檢測傳感器檢測出燃料氣體的供給量小于目標(biāo)值的狀態(tài)，隨后，判斷為燃料氣體處于不足，從而進行對燃料氣體進行追加供給的增量控制。但是， 由于實際上壓力在下一個瞬間下降所以變?yōu)槿菀坠┙o燃料氣體的狀態(tài)，因此，盡管原本不需要上述不足部分的燃料增加而還是進行了供給，結(jié)果產(chǎn)生了燃料氣體過剩供給的問題。本發(fā)明的第2目的在于提供一種固體電解質(zhì)型燃料電池，即使在伴隨著上述水的間歇導(dǎo)入而發(fā)生重整器內(nèi)的壓力變動時，也能夠穩(wěn)定地供給適量的燃料氣體。為了解決上述課題，本發(fā)明是一種通過由重整器重整后的燃料和空氣來進行發(fā)電的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有重整器，對燃料進行重整；燃料供給部件，向該重整器供給燃料；重整用空氣供給部件，向重整器供給重整用空氣；供水部件，向重整器供水；燃料供給量檢測傳感器，檢測由燃料供給部件向重整器內(nèi)供給的實際的燃料供給量； 燃料電池模塊，通過在重整器內(nèi)重整后的燃料進行發(fā)電；及控制部件，控制燃料供給部件、 重整用空氣供給部件及供水部件，將目標(biāo)量的燃料、重整用空氣及水送入重整器，控制部件將燃料供給部件控制為，使由燃料供給量檢測傳感器檢測出的實際的燃料供給量與作為目標(biāo)的燃料供給量一致，同時將燃料供給部件控制為，在通過重整用空氣供給部件向重整器供給重整用空氣時，重整用空氣供給量越大，則針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性越高。在如此構(gòu)成的本發(fā)明中，控制部件控制燃料供給部件、重整用空氣供給部件及供水部件，向重整器供給燃料、重整用空氣、水。而且，燃料供給量檢測傳感器檢測出向重整器內(nèi)供給的實際的燃料供給量，控制部件控制燃料供給部件，使所檢測出的實際的燃料供給量與作為目標(biāo)的燃料供給量一致。該控制部件將燃料供給部件控制為，在向重整器供給重整用空氣時，與未供給重整用空氣時相比，針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性變高。根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，在向重整器供給重整用空氣的狀態(tài)下，提高燃料供給量的跟蹤性。其結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，向因?qū)胫卣每諝舛箟毫ι仙龔亩y以導(dǎo)入燃料的重整器內(nèi)實際導(dǎo)入的燃料供給量快速地跟蹤作為目標(biāo)的燃料供給量，能夠使燃料準(zhǔn)確地流入重整器內(nèi)。另一方面，在未供給重整用空氣的區(qū)域中，降低跟蹤性，可避免伴隨著壓力變動而在燃料供給中發(fā)生波動現(xiàn)象。由此，可抑制因在重整器內(nèi)發(fā)生碳析出等而導(dǎo)致重整器劣化。在本發(fā)明中，優(yōu)選控制部件將燃料供給部件控制為，重整用空氣供給量越大，則針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性越高。根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，向重整器大量供給重整用空氣的狀態(tài)與重整用空氣的供給量較少的狀態(tài)相比，使燃料供給量的跟蹤性提高。其結(jié)果，根據(jù)重整用空氣的導(dǎo)入量，準(zhǔn)確地變更燃料供給量的跟蹤性，可以更確實地防止燃料不足或供給過剩。在本發(fā)明中，優(yōu)選還具有測定重整器內(nèi)的壓力的重整器壓力傳感器，控制部件將燃料供給部件控制為，由重整器壓力傳感器測定的重整器內(nèi)的平均內(nèi)壓越高，則針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性越高。根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，燃料供給量的控制根據(jù)重整器內(nèi)的壓力而進行變更。其結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，重整器內(nèi)的平均壓力高時，則燃料供給量的跟蹤性更加提高。重整器內(nèi)的平均壓力除重整用空氣的導(dǎo)入量以外，還受重整器劣化所引起的孔眼堵塞等影響。根據(jù)本發(fā)明，還能夠與上述主要原因所引起的重整器內(nèi)的壓力上升相對應(yīng)，適當(dāng)?shù)乜刂迫剂瞎┙o量。在本發(fā)明中，優(yōu)選供水部件構(gòu)成為向重整器間歇地供水，控制部件將燃料供給部件控制為，重整用空氣供給量越大，則針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性越高，另一方面將燃料供給部件控制為，在通過供水部件向重整器供水時，針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性變低。根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于供水部件向重整器間歇地供水，所以可以使用廉價的供水部件來供給微小流量的水。而且，根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，重整用空氣的導(dǎo)入量越多，則使針對目標(biāo)燃料供給量的跟蹤性越高，另一方面，在向重整器間歇地供水的狀態(tài)下使針對目標(biāo)燃料供給量的跟蹤性降低。其結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，能夠在重整用空氣的導(dǎo)入量較多，重整器內(nèi)的壓力較高的狀態(tài)下，提高燃料供給量的跟蹤性從而進行確實的燃料供給，同時在間歇地導(dǎo)入水從而引起壓力急劇變化的狀態(tài)下，降低燃料供給量的跟蹤性從而避免燃料的過剩供給。根據(jù)本發(fā)明的固體電解質(zhì)型燃料電池，可以實現(xiàn)重整器的小型化，并向重整器供給適量的燃料。


圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池模塊的正面剖視圖。圖3是沿圖2的III-III線的剖視圖。圖4是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。圖5是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池電堆的立體圖。圖6是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的框圖。圖7是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置起動時的動作的時間圖。圖8是表示本發(fā)明實施方式的變形例的燃料電池裝置起動時的動作的時間圖。
圖9是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的供水裝置的概要圖。圖10是表示本發(fā)明一個實施方式的用于控制燃料電池裝置的燃料、水及重整用空氣的供給量的控制內(nèi)容的流程圖。圖11是表示本發(fā)明一個實施方式的在ATR區(qū)域中的重整器內(nèi)狀態(tài)等的時間圖。符號說明1-固體電解質(zhì)型燃料電池；2-燃料電池模塊；4-輔助設(shè)備單元；10-發(fā)電室； 12-燃料電池單電池集合體；14-燃料電池電堆；16-燃料電池單電池單元；18-燃燒室； 20-重整器；22-空氣用換熱器；24-供水源；26-純水箱；28-水流量調(diào)節(jié)單元；30-燃料供給源；38-燃料流量調(diào)節(jié)單元；40-空氣供給源；44-重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元；52-控制箱； 83-點火裝置；84-燃料電池單電池；110-控制部(控制部件)；130-重整用空氣流量傳感器；132-燃料流量傳感器(燃料供給量檢測傳感器)；134-水流量傳感器；138-壓力傳感器(重整器壓力傳感器)；142-發(fā)電室溫度傳感器；144-燃燒室溫度傳感器；148-重整器溫度傳感器；152-水箱；154-泵；156-R0膜(反浸透膜)；160-脈沖泵。
具體實施例方式下面，參照

本發(fā)明實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(以下稱為“S0FC” 或“燃料電池裝置”)。圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的SOFC的整體結(jié)構(gòu)圖。如該圖1所示，本發(fā)明一個實施方式的SOFCl具備燃料電池模塊2和輔助設(shè)備單元4。燃料電池模塊2具備殼體6，在該殼體6的內(nèi)部隔著絕熱材料(未圖示，但是絕熱材料不是必需的結(jié)構(gòu)，沒有也是可以的)形成有密封空間8。另外，也可以不設(shè)置絕熱材料。 在該密封空間8的下方部分即發(fā)電室10配置有利用燃料氣體和氧化劑(空氣)進行發(fā)電反應(yīng)的燃料電池單電池集合體12。該燃料電池單電池集合體12具備10個燃料電池電堆 14 (參照圖5)，該燃料電池電堆14由16根燃料電池單電池單元16 (參照圖4)構(gòu)成。如此，燃料電池單電池集合體12具有160根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16全部串聯(lián)連接。在燃料電池模塊2的密封空間8的上述發(fā)電室10的上方形成有燃燒室18，發(fā)電反應(yīng)中未使用的剩余的燃料氣體和剩余的氧化劑(空氣)在該燃燒室18內(nèi)燃燒，生成排放氣體。而且，在該燃燒室18的上方配置有對燃料氣體進行重整的重整器20，利用上述剩余氣體的燃燒熱量將重整器20加熱至可進行重整反應(yīng)的溫度。而且，在該重整器20的上方配置有用于接收燃燒熱量以加熱空氣的空氣用換熱器22。接下來，輔助設(shè)備4具備純水箱沈，貯存來自水管等供水源M的水并通過過濾器使其成為純水；及水流量調(diào)節(jié)單元觀(由電動機驅(qū)動的“水泵”等)，調(diào)節(jié)從該貯水箱供給的水的流量。而且，輔助設(shè)備4具備氣體截止閥32，截斷從城市煤氣等的燃料供給源30供給的燃料氣體；脫硫器36，用于從燃料氣體除去硫磺；及燃料流量調(diào)節(jié)單元38 (由電動機驅(qū)動的“燃料泵”等)，調(diào)節(jié)燃料氣體的流量。輔助設(shè)備4還具備截斷從空氣供給源40供給的氧化劑即空氣的電磁閥42 ；調(diào)節(jié)空氣流量的重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44 (由電動機驅(qū)動的“空氣鼓風(fēng)機”等)及發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45(由電動機驅(qū)動的“空氣鼓風(fēng)機”等)；加熱向重整器20供給的重整用空氣的第1加熱器46 ；及加熱向發(fā)電室供給的發(fā)電用空氣的第2加熱器48。雖然為了高效地進行起動時的升溫而設(shè)置這些第1加熱器46與第2加熱器48，但是也可以省略。接下來，在燃料電池模塊2上連接有溫水制造裝置50，向其供給排放氣體。向該溫水制造裝置50供給來自供水源M的自來水，該自來水利用排放氣體的熱量成為溫水，以供給未圖示的外部供熱水器的貯熱水箱。而且，在燃料電池模塊2上安裝有控制箱52，其用于控制燃料氣體的供給量等。而且，在燃料電池模塊2上連接有電力取出部(電力轉(zhuǎn)換部)即逆變器M，其用于向外部供給由燃料電池模塊發(fā)出的電力。接下來，根據(jù)圖2及圖3，說明本發(fā)明實施方式的SOFC的燃料電池模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖2是表示本發(fā)明一個實施方式的SOFC的燃料電池模塊的正面剖視圖，圖3是沿圖2 的III-III線的剖視圖。如圖2及圖3所示，在燃料電池模塊2的殼體6的密封空間8內(nèi)，如上所述，從下方依次配置有燃料電池單電池集合體12、重整器20、空氣用換熱器22。重整器20安裝有用于向其上游端側(cè)導(dǎo)入純水的純水導(dǎo)入管60和用于導(dǎo)入將要重整的燃料氣體和重整用空氣的被重整氣體導(dǎo)入管62，而且，在重整器20的內(nèi)部從上游側(cè)依次形成有蒸發(fā)部20a和重整部20b，在重整部20b填充有重整催化劑。導(dǎo)入該重整器20的混合有水蒸氣(純水)的燃料氣體及空氣通過填充在重整器20內(nèi)的重整催化劑而被重整。 作為重整催化劑適合使用在氧化鋁的球體表面賦予鎳的物質(zhì)，或在氧化鋁的球體表面賦予釕的物質(zhì)。在該重整器20的下游端側(cè)連接有燃料氣體供給管64，該燃料氣體供給管64向下方延伸，進而在形成于燃料電池單電池集合體12下方的分流器66內(nèi)水平延伸。在燃料氣體供給管64的水平部64a的下方面形成有多個燃料供給孔64b，從該燃料供給孔64b向分流器66內(nèi)供給重整后的燃料氣體。在該分流器66的上方安裝有用于支撐上述燃料電池電堆14的具備貫穿孔的下支撐板68，分流器66內(nèi)的燃料氣體被供給到燃料電池單電池單元16內(nèi)。接下來，在重整器20的上方設(shè)置有空氣用換熱器22。該空氣用換熱器22在上游側(cè)具備空氣匯集室70，在下游側(cè)具備2個空氣分配室72，這些空氣匯集室70和空氣分配室72通過6個空氣流路管74連接。在此，如圖3所示，3個空氣流路管74成為一組(74a、 7仙、74(、74(1、7如、740，空氣匯集室70內(nèi)的空氣從各組空氣流路管74流入各自的空氣分配室72。在空氣用換熱器22的6個空氣流路管74內(nèi)流動的空氣利用在燃燒室18燃燒而上升的排放氣體進行預(yù)熱。在各個空氣分配室72上連接有空氣導(dǎo)入管76，該空氣導(dǎo)入管76向下方延伸，其下端側(cè)與發(fā)電室10的下方空間連通，向發(fā)電室10導(dǎo)入預(yù)熱后的空氣。接下來，在分流器66的下方形成有排放氣體室78。而且，如圖3所示，在沿殼體6 長度方向的面即前面6a和后面6b的內(nèi)側(cè)，形成有在上下方向上延伸的排放氣體通路80，該排放氣體通路80的上端側(cè)與配置有空氣用換熱器22的空間連通，下端側(cè)與排放氣體室78 連通。而且，在排放氣體室78的下面大致中央連接有排放氣體排出管82，該排放氣體排出管82的下游端連接于圖1所示的上述溫水制造裝置50。如圖2所示，用于使燃料氣體和空氣開始燃燒的點火裝置83設(shè)置于燃燒室18。下面，根據(jù)圖4對燃料電池單電池單元16進行說明。圖4是表示本發(fā)明一個實施方式的SOFC的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。如圖4所示，燃料電池單電池單元16具備燃料電池單電池84和分別連接于該燃料電池單電池84的上下方向端部的內(nèi)側(cè)電極端子86。燃料電池單電池84是在上下方向上延伸的管狀結(jié)構(gòu)體，具備在內(nèi)部形成燃料氣體流路88的圓筒形內(nèi)側(cè)電極層90、圓筒形外側(cè)電極層92、位于內(nèi)側(cè)電極層90和外側(cè)電極層92之間的電解質(zhì)層94。該內(nèi)側(cè)電極層90是燃料氣體經(jīng)過的燃料極，為(-)極，另一方面，外側(cè)電極層92是與空氣接觸的空氣極，為(+)極。由于安裝在燃料電池單電池單元16的上端側(cè)和下端側(cè)的內(nèi)側(cè)電極端子86為相同結(jié)構(gòu)，所以在此具體地說明安裝于上端側(cè)的內(nèi)側(cè)電極端子86。內(nèi)側(cè)電極層90的上部90a具備相對于電解質(zhì)層94和外側(cè)電極層92露出的外周面90b和上端面90c。內(nèi)側(cè)電極端子86 隔著導(dǎo)電性密封材料96與內(nèi)側(cè)電極層90的外周面90b連接，而且，通過與內(nèi)側(cè)電極層90 的上端面90c直接接觸而與內(nèi)側(cè)電極層90電連接。在內(nèi)側(cè)電極端子86的中心部形成有與內(nèi)側(cè)電極層90的燃料氣體流路88連通的燃料氣體流路98。內(nèi)側(cè)電極層90例如由Ni和摻雜有從Ca或YJc等稀土類元素中選擇的至少一種元素的氧化鋯的混合體、Ni和摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二氧化鈰的混合體、Ni和摻雜有從Sr、Mg、Co、Fe、Cu中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭的混合體中的至少一種形成。電解質(zhì)層94例如由摻雜有從Y、Sc等稀土類元素中選擇的至少一種元素的氧化鋯、摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二氧化鈰、摻雜有從Sr、Mg中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭中的至少一種形成。外側(cè)電極層92例如由摻雜有從Sr、Ca中選擇的至少一種元素的錳酸鑭、摻雜有從 Sr、Co、Ni、Cu中選擇的至少一種元素的鐵酸鑭、摻雜有從Sr、!^e、Ni、Cu中選擇的至少一種元素的鈷酸鑭、銀等中的至少一種形成。下面，根據(jù)圖5對燃料電池電堆14進行說明。圖5是表示本發(fā)明一個實施方式的 SOFC的燃料電池電堆的立體圖。如圖5所示，燃料電池電堆14具備16根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16的下端側(cè)及上端側(cè)分別被陶瓷制下支撐板68及上支撐板100支撐。在這些下支撐板68及上支撐板100上分別形成有內(nèi)側(cè)電極端子86可貫穿的貫穿孔68a及100a。而且，在燃料電池單電池單元16上安裝有集電體102及外部端子104。該集電體 102由與安裝于燃料極即內(nèi)側(cè)電極層90的內(nèi)側(cè)電極端子86電連接的燃料極用連接部10 和與空氣極即外側(cè)電極層92的外周面整體電連接的空氣極用連接部102b —體地形成?？諝鈽O用連接部102b由在外側(cè)電極層92的表面沿上下方向延伸的鉛垂部102c和從該鉛垂部102c沿外側(cè)電極層92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料極用連接部10 從空氣極用連接部102b的鉛垂部102c朝向燃料電池單電池單元16的位于上下方向的內(nèi)側(cè)電極端子86，向斜上方或斜下方直線延伸。而且，在位于燃料電池電堆14 一端(圖5中左端的里側(cè)及跟前側(cè))的2個燃料電池單電池單元16的上側(cè)端及下側(cè)端的內(nèi)側(cè)電極端子86上分別連接有外部端子104。這些外部端子104與位于鄰接的燃料電池電堆14 一端的燃料電池單電池單元16的外部端子 104(未圖示)連接，如上上述，160根燃料電池單電池單元16全部串聯(lián)連接。下面，根據(jù)圖6對安裝于本實施方式的SOFC的傳感器類等進行說明。圖6是表示本發(fā)明一個實施方式的SOFC的框圖。如圖6所示，固體電解質(zhì)型燃料電池1具備控制部件即控制部110，該控制部110 連接有操作裝置112，具備用于使用者操作的“開”、“關(guān)”等操作按鈕；顯示裝置114，用于顯示發(fā)電輸出值(瓦特數(shù))等的各種數(shù)據(jù)；及警報裝置116，在異常狀態(tài)時等發(fā)出警報 (warning)。另外，該警報裝置116也可以是與位于遠距離地點的管理中心連接，向該管理中心通知異常狀態(tài)的形式。接下來，向控制部110輸入來自以下說明的各種傳感器的信號。首先，可燃氣體檢測傳感器120是用于檢測氣體泄漏的元件，安裝于燃料電池模塊2及輔助設(shè)備單元4。CO檢測傳感器122是用于檢測原本經(jīng)過排放氣體通路80等向外部排出的排放氣體中的CO是否泄漏在覆蓋燃料電池模塊2及輔助設(shè)備單元4的外部殼體(未圖示)中的元件。熱水貯存狀態(tài)檢測傳感器IM是用于檢測未圖示的供熱水器的熱水溫度、水量等的元件。電力狀態(tài)檢測傳感器1 是用于檢測逆變器M及配電板(未圖示)的電流及電壓等的元件。發(fā)電用空氣流量檢測傳感器1 是用于檢測向發(fā)電室10供給的發(fā)電用空氣的流量的元件。重整用空氣流量傳感器130是用于檢測向重整器20供給的重整用空氣的流量的元件。燃料供給量檢測傳感器即燃料流量傳感器132是用于檢測向重整器20供給的燃料氣體的流量的元件。水流量傳感器134是用于檢測向重整器20供給的純水(水蒸氣)的流量的元件。水位傳感器136是用于檢測純水箱26的水位的元件。重整器壓力傳感器即壓力傳感器138是用于檢測重整器20的外部上游側(cè)的壓力的元件。排氣溫度傳感器140是用于檢測流入溫水制造裝置50的排放氣體的溫度的元件。如圖3所示，發(fā)電室溫度傳感器142設(shè)置在燃料電池單電池集合體12附近的前面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?，是用于檢測燃料電池電堆14附近的溫度，從而推斷燃料電池電堆14(即燃料電池單電池84自身)的溫度的元件。燃燒室溫度傳感器144是用于檢測燃燒室18的溫度的元件。排放氣體室溫度傳感器146是用于檢測排放氣體室78的排放氣體的溫度的元件。重整器溫度傳感器148是用于檢測重整器20的溫度的元件，根據(jù)重整器20的入口溫度和出口溫度計算出重整器20的溫度。外氣溫度傳感器150是當(dāng)固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)配置在室外時用于檢測外氣溫度的元件。而且，也可以設(shè)置測定外氣濕度等的傳感器。來自這些傳感器類的信號發(fā)送至控制部110，控制部110根據(jù)基于這些信號的數(shù)據(jù)，向水流量調(diào)節(jié)單元觀、燃料流量調(diào)節(jié)單元38、重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44、發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45發(fā)送控制信號，以控制這些單元的各流量。而且，控制部110向逆變器M發(fā)送控制信號，以控制電力供給量。下面，根據(jù)圖7說明本實施方式的SOFC起動時的動作。圖7是表示本發(fā)明一個實施方式的SOFC起動時的動作的時間圖。首先，說明本實施方式的SOFC的起動時的概要。SOFC在起動時，經(jīng)過對燃料氣體進行點火的燃燒運行、部分氧化重整反應(yīng)(POX)、自熱重整反應(yīng)(ATR)、水蒸氣重整反應(yīng) (SR)而轉(zhuǎn)向發(fā)電運行。在此，在部分氧化重整反應(yīng)(POX)區(qū)域中，向重整器20供給燃料氣體與重整用空氣，在重整器20中，進行式(1)所示的部分氧化重整反應(yīng)Ρ0Χ。由于該部分氧化重整反應(yīng) POX是發(fā)熱反應(yīng)，所以起動性良好。CmHn+x02 — aC02+bC0+cH2 (1)下面，自熱重整反應(yīng)ATR為并用上述的部分氧化重整反應(yīng)POX與后述的水蒸氣重整反應(yīng)SR的區(qū)域，具有供水量少的自熱重整反應(yīng)ATRl ；及在該ATRl之后運行且供水量多于ATRl的自熱重整反應(yīng)ATR2。在這些ATRl與ATR2的區(qū)域中，向重整器20供給燃料氣體、 重整用空氣及水，在重整器20中，進行式(2)所示的自熱重整反應(yīng)ATR(ATR1、ATR2)。由于該自熱重整反應(yīng)ATR可取得熱量內(nèi)部平衡，所以在重整器20內(nèi)在熱量自足的狀態(tài)下進行反應(yīng)。CmHn+x02+yH20 — aC02+bC0+cH2 (2)下面，水蒸氣重整反應(yīng)SR具有燃料氣體及水的供給量多的水蒸氣重整反應(yīng)SRl ； 及在該SRl之后運行且燃料氣體及水的供給量少于SRl的水蒸氣重整反應(yīng)SR2。在這些SRl 與SR2的區(qū)域中，向重整器20供給燃料氣體與水(停止重整用空氣的供給)，在重整器20 中，進行式(3)所示的水蒸氣重整反應(yīng)SR(SR1、SR2)。由于該水蒸氣重整反應(yīng)SR是吸熱反應(yīng)，所以在與來自燃燒室18的燃燒熱量取得熱平衡的同時進行反應(yīng)。CmHn+xH20 — aC02+bC0+cH2 (3)下面，根據(jù)圖7對在上述燃燒運行、部分氧化重整反應(yīng)(POX)、自熱重整反應(yīng) (ATR)、水蒸氣重整反應(yīng)(SR)各區(qū)域中的燃料氣體、重整用空氣、水的供給進行詳細說明。在圖7的時刻t0，使固體電解質(zhì)型燃料電池1起動時，由重整用空氣供給部件即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44及發(fā)電用空氣供給部件即發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45向燃料電池模塊2供給重整用空氣及發(fā)電用空氣。另外，在本實施方式中，在時刻to開始供給的重整用空氣的供給量為lOL/min，發(fā)電用空氣的供給量為lOOL/min。之后，在時刻tl，燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38開始向重整器20供給燃料氣體。送入各燃料電池單電池單元16內(nèi)的燃料及重整用空氣分別從各燃料電池單電池單元16的上端流出。另外，在本實施方式中，在時刻tl開始供給的燃料氣體的供給量設(shè)定為 6L/min。而且，在時刻t2，點火裝置83對從燃料電池單電池單元16流出的燃料進行點火。由此，燃料在燃燒室18內(nèi)燃燒，在加熱配置在其上方的重整器20的同時，燃燒室18、發(fā)電室10及配置在其中的燃料電池電堆14的溫度也上升(圖7的時刻t2 t3)。通過加熱重整器20，當(dāng)重整器20的溫度上升至300°C左右時，在重整器20內(nèi)發(fā)生部分氧化重整反應(yīng) (POX)(圖7的時刻t3)。由于部分氧化重整反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)，所以重整器20由于部分氧化重整反應(yīng)的發(fā)生還被該反應(yīng)熱量加熱(P0X1區(qū)域)。當(dāng)溫度進一步上升使重整器20的溫度達到350°C時，在減少燃料供給量的同時， 增加重整用空氣供給量(圖7的時刻t4)。由此，燃料供給量變更為5L/min，重整用空氣供給量變更為18L/min。這些供給量是用于發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)所適當(dāng)?shù)墓┙o量。即，在部分氧化重整反應(yīng)開始發(fā)生的初期的溫度區(qū)域中，通過多供給燃料，在形成燃料確實地被點火的狀態(tài)的同時，維持該供給量來使點火穩(wěn)定(P0X1區(qū)域)。而且，在穩(wěn)定地被點火而溫度上升后，作為用于發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)所需的充分的燃料供給量，抑制燃料的浪費(P0X2 區(qū)域)。之后，在圖7的時刻t5，當(dāng)重整器20的溫度達到600°C以上，且燃料電池單電池單元16的溫度達到250°C以上時，在減少重整用空氣供給量的同時，供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元28開始供水。由此，重整用空氣供給量變更為8L/min，供水量變?yōu)?CC/min(ATRl區(qū)域)。通過向重整器20內(nèi)導(dǎo)入水(水蒸氣)，在重整器20內(nèi)還發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)。艮口， 在ATRl區(qū)域下，發(fā)生混合有部分氧化重整反應(yīng)與水蒸氣重整反應(yīng)的自熱重整(ATR)。而且，在圖7的時刻t6，當(dāng)重整器20的溫度達到600°C以上，且燃料電池單電池單元16的溫度達到400°C以上時，減少燃料供給量。而且，在減少重整用空氣供給量的同時， 增加供水量。由此，燃料供給量變更為4L/min，重整用空氣供給量變更為4L/min，供水量變?yōu)?CC/min(ATR2區(qū)域)。通過減少重整用空氣供給量并增加供水量，在重整器20內(nèi)，部分氧化重整反應(yīng)的比率減少，水蒸氣重整反應(yīng)的比率增加。之后，在圖7的時刻t7，當(dāng)重整器20的溫度達到650°C以上，且燃料電池單電池單元16的溫度達到600°C以上時，停止供給重整用空氣。而且，在減少燃料供給量的同時，增加供水量。由此，燃料供給量變更為3L/min，供水量變更為Scc/min (SRl區(qū)域)。通過停止供給重整用空氣，在重整器20內(nèi)，不再發(fā)生部分氧化重整反應(yīng)，僅發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)(SR)。而且，在圖7的時刻偽，當(dāng)重整器20的溫度達到650°C以上，且燃料電池單電池單元16的溫度達到700°C以上時，在減少燃料供給量的同時，使供水量也減少。而且，使發(fā)電用空氣的供給量也減少。由此，燃料供給量變更為發(fā)電待機燃料供給量即2. 3L/min，供水量變更為6. 3CC/min，發(fā)電用空氣供給量變更為80L/min(SR2區(qū)域)。此后，從燃料電池模塊2向逆變器M輸出電力，開始發(fā)電(圖7的時刻t9)。根據(jù)要求電力來決定、供給在發(fā)電開始后的燃料供給量、發(fā)電用空氣供給量及供水量。下面，根據(jù)圖8對本實施方式變形例的SOFC的起動時的動作進行說明。圖8是表示本發(fā)明實施方式的變形例的SOFC起動時的動作的時間圖。如該圖8所示，在該本實施方式的變形例中，自熱重整反應(yīng)(ATR)不具有稱為ATRl 與ATR2的2個區(qū)域，在該ATR區(qū)域中，發(fā)電用空氣、燃料、水、重整用空氣各自的供給量不發(fā)生變化，而將一定量向重整器20進行供給。而且，水蒸氣重整反應(yīng)(SR)也不具有稱為SRl與SR2的2個區(qū)域，在該SR區(qū)域中， 發(fā)電用空氣、燃料、水各自的供給量不發(fā)生變化，而將一定量向重整器20進行供給。
下面，根據(jù)圖9對本實施方式的供水裝置(水流量調(diào)節(jié)單元28)進行詳細說明。圖 9是表示本發(fā)明一個實施方式的SOFC的供水裝置的概要圖。如圖9所示，供水裝置(水流量調(diào)節(jié)單元28)具備暫時儲存自來水的水箱152; 供水泵154 ；用于凈化該被供給的水而生成純水的RO膜(反浸透膜)156 ；暫時儲存所生成的純水的純水箱沈；及通過脈沖控制將該純水間歇地向燃料電池模塊2的重整器20供給的脈沖泵160。另外，也具備用于防止水及純水凍結(jié)的換熱器162、加熱器164。下面，根據(jù)圖10對本實施方式的在P0X(P0X1、P0X2)區(qū)域、ATR(ATR1、ATR2)區(qū)域、 SR(SR1、SR2)區(qū)域及發(fā)電區(qū)域中的燃料、水及重整用空氣的供給量的控制內(nèi)容進行說明。圖 10是表示本發(fā)明一個實施方式的用于控制燃料電池裝置中的燃料、水及重整用空氣的供給量的控制內(nèi)容的流程圖。在圖10中，S表示各步驟。首先，在燃料電池裝置起動時，在Sl中，判斷是否是POX區(qū)域。如上所述，如果重整器20的溫度為300°C以上，則判斷為POX區(qū)域。如果是POX區(qū)域，則進入S2，在S2中，如果重整器20的溫度為350°C以下，則由于是POXl區(qū)域，因此進入S3。在S3中，設(shè)定POXl 區(qū)域中的控制增益。對于燃料，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益τ a設(shè)定為與基準(zhǔn)的控制增益Tal相同的值(Ta = τ al)。對于重整用空氣，將重整用空氣供給部件即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44的控制增益Tb設(shè)定為與基準(zhǔn)的控制增益τΜ相同的值(Tb= Tbl)0另外，在POX區(qū)域中不向重整器20供水。而且，用于使燃料供給量、重整用空氣供給量分別跟蹤目標(biāo)值的控制增益為，使其增加時，針對目標(biāo)值變化的跟蹤性變高， 偏離目標(biāo)值時返回目標(biāo)值的速度變快。而且，使控制增益減少時，針對目標(biāo)值變化的跟蹤性變低，燃料供給量、重整用空氣供給量的變化變緩。接下來，在S2中，判斷為不是POXl區(qū)域時，進入S4，在S4中，設(shè)定P0X2區(qū)域中的控制增益。對于燃料，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益τ a設(shè)定為高于基準(zhǔn)的控制增益Tal的值(τ&= TalXl.5)。對于重整用空氣，將重整用空氣供給部件即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44的控制增益Tb設(shè)定為高于基準(zhǔn)的控制增益τΜ的值(Tb =TblXl.5)。接下來，在Sl中，在判斷為不是POX區(qū)域時進入S5，并判斷是否是ATR區(qū)域。如上所述，如果重整器20的溫度為600°C以上，并且燃料電池單電池單元16的溫度(=發(fā)電室溫度)為250°C以上，600°C以下，則判斷為ATR區(qū)域，進入S6。在S6中，如果重整器20 的溫度為600°C以上，并且燃料電池單電池單元16的溫度(=發(fā)電室溫度)為250°C以上 400°C以下，則判斷為ATRl區(qū)域，進入S7。在S7中，設(shè)定ATRl區(qū)域中的控制增益。即，對于燃料，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益τ a設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益Tal的較小值(τ& = τ al Χ0. 6)。對于重整用空氣，同樣將重整用空氣供給部件即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44 的控制增益Tb設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益τΜ的較小值(Tb = τΜΧ0.9)。而且，對于水，也同樣將供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元觀的控制增益τ c設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益 Tcl的較小值(Tc = τ clXO. 8)。這樣，在ATRl區(qū)域中，降低燃料的控制增益，以便抑制由于伴隨供水的壓力變動的主要原因而供給過剩燃料等的影響，并與此相應(yīng)地也降低燃料控制增益以外的增益，將影響最大的燃料控制增益τ a的降低量設(shè)定為大于重整空氣及水的控制增益的降低量。
另一方面，在S6中，判斷為不是ATRl區(qū)域時，進入S8。S卩，重整器20的溫度為 600°C以上，并且燃料電池單電池單元16的溫度(=發(fā)電室溫度)為400°C以上，則由于不是ATRl區(qū)域而是ATR2區(qū)域，所以進入S8。在S8中，設(shè)定ATR2區(qū)域中的控制增益。即，對于燃料，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益τ a設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益Tal的較小值(τ& = τ al Χ0. 7)。對于重整用空氣，同樣將重整用空氣供給部件即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44 的控制增益Tb設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益τΜ的較小值(Tb = τΜΧ0.9)。而且，對于水，也同樣將供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元觀的控制增益τ c設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益 Tcl的較小值Gc= τ clXO. 9)。這樣，在ATR2區(qū)域中，將燃料控制增益的降低量設(shè)定為大于重整空氣及水的控制增益的降低量。而且，使ATR2區(qū)域的燃料控制增益及水的控制增益的降低量與ATRl區(qū)域的燃料控制增益的降低量相比更緩和地變小。這是與在供水量增加的同時壓力變動的主要原因被緩和相對應(yīng)的。接下來，在S5中，在判斷為不是ATR區(qū)域時進入S9，并判斷是否是SR區(qū)域。如上所述，在重整器20的溫度為650°C以上，并且燃料電池單電池單元16的溫度(=發(fā)電室溫度)為600°C以上時，由于是SR區(qū)域，所以進入S10，并設(shè)定SRl與SR2區(qū)域的控制增益。對于燃料，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益τ a設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益τ al的較小值(τ&= τ alXO. 9)。對于水，將供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元觀的控制增益τ c設(shè)定為與基準(zhǔn)的控制增益Tcl相同的值(Tc = τ Cl)。另外，在SRl及SR2區(qū)域中，不供給重整用空氣。接下來，在S9中，在判斷為不是SR區(qū)域時，由于是發(fā)電運行區(qū)域，所以進入S11。 在Sll中，判斷發(fā)電室10及重整器20的溫度是否達到了可發(fā)電的溫度。在已達到可發(fā)電的溫度時，進入S12，在S12中，對于燃料，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益τ a設(shè)定為與基準(zhǔn)的控制增益ial相同的值(τ&= τ al)。對于水，也同樣將供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元觀的控制增益τ c設(shè)定為與基準(zhǔn)的控制增益τ cl相同的值(Tc = τ cl) ο接下來，進入S13，在S13中，通過修正系數(shù)Ca對上述S1、S4、S7、S8、S10或S12中設(shè)定的針對燃料的控制增益Ta進行修正(τ&= TaXCa)。修正系數(shù)Ca是根據(jù)由重整器壓力傳感器即壓力傳感器138檢測出的重整器20內(nèi)的平均壓力而決定的系數(shù)，在本實施方式中設(shè)定為，在重整器20內(nèi)的壓力時為1，與壓力上升成比例地增加，在壓力20kPa 時為2。接下來，進入S14，在S14中，分別以設(shè)定的控制增益控制燃料流量調(diào)節(jié)單元38、重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44及水流量調(diào)節(jié)單元觀而向重整器20供給燃料、重整用空氣、及水。下面，再次參照圖7對在本實施方式的從POX區(qū)域轉(zhuǎn)向ATR區(qū)域時及從ATR區(qū)域轉(zhuǎn)向SR區(qū)域時等的燃料、重整用空氣及水的供給量(目標(biāo)供給量)的變更量進行說明。首先，在從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時(圖7的時刻t6)及從ATR2轉(zhuǎn)向SRl時(圖7的時刻t7)，燃料的供給量(目標(biāo)供給量)分別變更為降低到目標(biāo)供給量。從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時的燃料向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量(目標(biāo)值變更增益)是小于從ATR2轉(zhuǎn)向SRl 時的值。具體而講，在圖7中，用A表示的單位時間變更量是小于用B表示的單位時間變更量的值(傾斜緩慢)。接下來，首先在從POX轉(zhuǎn)向ATRl時(圖7的時刻偽)及從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時(圖 7的時刻t6)，供水量(目標(biāo)供給量)分別增加到目標(biāo)供給量。從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時的水向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量(目標(biāo)值變更增益)是小于從POX轉(zhuǎn)向ATRl時的值。具體而講，在圖7中，用D表示的單位時間變更量是小于用C表示的單位時間變更量的值(傾斜緩慢)。而且，在從ATR2轉(zhuǎn)向SRl時(圖7的時刻t7)，供水量(目標(biāo)供給量)變更為增加到目標(biāo)供給量。從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時的水向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量(目標(biāo)值變更增益)是小于從ATR2轉(zhuǎn)向SRl時的值。具體而講，在圖7中，用D表示的單位時間變更量是小于用E表示的單位時間變更量的值(傾斜緩慢)。接下來，在從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時(圖7的時刻t6)及從ATR2轉(zhuǎn)向SRl時(圖7的時刻t7)，重整用空氣的供給量(目標(biāo)供給量)分別變更為降低到目標(biāo)供給量。從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時的燃料向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量(目標(biāo)值變更增益)是小于從ATR2 轉(zhuǎn)向SRl時的值。具體而講，在圖7中，用F表示的單位時間變更量是小于用G表示的單位時間變更量的值(傾斜緩慢)。接下來，參照圖7至圖11說明上述的本實施方式的燃料電池裝置的作用(動作)。 圖11是表示本發(fā)明一個實施方式的在ATR區(qū)域中的重整器內(nèi)狀態(tài)等的時間圖。首先，以往，在供水量非常少的ATR區(qū)域中，雖然為了正確、穩(wěn)定地供給每分鐘數(shù)毫升這樣的極微量的水，必須使用高價的特殊的泵，但是在本實施方式中，由于如圖10所示地代替現(xiàn)有的高價的特殊的泵而使用脈沖泵160，通過脈沖控制來間歇地向重整器20供水，所以可采用構(gòu)造簡單且廉價的泵，而且控制也實現(xiàn)了簡易的脈沖控制。接下來，在本實施方式中，如圖10所示，在ATRl及ATR2區(qū)域中，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益τ a設(shè)定為低于基準(zhǔn)的控制增益τ al的較小值(τ a =Tal X 0.6及Ta= Tal X 0.7)。所以在ATR區(qū)域中，向重整器20內(nèi)供給燃料時，使燃料供給量針對目標(biāo)供給量的跟蹤性降低。通過圖11，說明在此時的ATR(ATR1及ATR2)區(qū)域中的重整器內(nèi)的狀態(tài)。首先，對于供水，通過供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元觀的脈沖泵160，根據(jù)脈沖狀的供水控制信號來間歇地將極少量的水向重整器20內(nèi)供給。由于該水在重整器內(nèi)成為水蒸氣，所以重整器20內(nèi)的壓力在供水后緊接著上升。由于該重整器內(nèi)的壓力上升，變得燃料難以向重整器20內(nèi)供給。所以，在圖11中，像作為燃料供給量(對比例使用基準(zhǔn)的控制增益)所表示的那樣，由燃料供給量檢測傳感器檢測出在壓力上升時燃料的供給量少于目標(biāo)值的狀態(tài)，在此之后緊接著判斷為燃料不足并進行追加供給燃料的增量控制。但是，實際上由于壓力在接下來的瞬間降低而成為燃料易于供給的狀態(tài)，所以盡管本來并不需要不足部分的燃料增加卻進行了供給，其結(jié)果，造成燃料氣體的過剩供給。為了防止這樣的作為燃料供給量的對比例所表示的燃料的過剩供給，在本實施方式中，像在圖11中作為燃料供給量(本實施方式)所表示的那樣，由于在ATR區(qū)域中，通過降低燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益來對目標(biāo)供給量產(chǎn)生跟蹤滯后，所以可以防止燃料的過剩供給，燃料的過剩供給起因于上述的在供水后緊接著發(fā)生的重整器內(nèi)的壓力上升。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，由于在由脈沖泵160向重整器供水后(在規(guī)定期間之間)，通過降低控制增益來抑制燃料供給量的變化，所以可以防止上述的在供水后緊接著發(fā)生的燃料的過剩供給，其結(jié)果，即使是通過構(gòu)造簡單且廉價的泵進行的間歇控制，在ATR區(qū)域中，也可以進行穩(wěn)定的燃料供給及穩(wěn)定的自熱重整反應(yīng)。下面，在本實施方式中，如圖10所示，在向重整器20供給重整用空氣的P0X1、 P0X2區(qū)域中，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益(τ a = τ al及τ a = TalX1.5)設(shè)定為大于未供給重整用空氣的其它的起動控制區(qū)域。其結(jié)果，根據(jù)本實施方式，向因?qū)胫卣每諝舛箟毫ι仙龔亩y以導(dǎo)入燃料的重整器20內(nèi)實際導(dǎo)入的燃料供給量快速地跟蹤作為目標(biāo)的燃料供給量，能夠使燃料準(zhǔn)確地流入重整器20內(nèi)。另一方面，在未供給重整用空氣的區(qū)域中，通過將控制增益設(shè)定為較小而降低跟蹤性，可以避免伴隨著因?qū)胨鸬募眲〉膲毫ψ儎拥娜剂线^剩供給。而且，在本實施方式中，如圖10所示，在向重整器20大量供給重整用空氣的P0X2 區(qū)域中，將燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益(Ta= TalX1.5)設(shè)定為大于重整用空氣供給量較少的POXl區(qū)域中的控制增益(τ a = τ al)，提高跟蹤性。其結(jié)果， 根據(jù)本實施方式，根據(jù)重整用空氣的導(dǎo)入量，準(zhǔn)確地變更燃料供給量的跟蹤性，可以更確實地防止燃料不足或供給過剩。而且，在本實施方式中，如圖10所示，根據(jù)重整器20內(nèi)的壓力，通過修正系數(shù)Ca 對燃料供給量的控制增益進行修正(步驟Si； )。其結(jié)果，根據(jù)本實施方式，重整器20內(nèi)的平均壓力高時，則燃料供給量的跟蹤性變得更高。重整器20內(nèi)的平均壓力除重整用空氣的導(dǎo)入量以外，還受重整器20劣化所引起的孔眼堵塞等影響。根據(jù)本實施方式，還能夠與上述主要原因所引起的重整器20內(nèi)的壓力上升相對應(yīng)，適當(dāng)?shù)乜刂迫剂瞎┙o量。而且，在本實施方式中，如圖10所示，重整用空氣的導(dǎo)入量越多，則使針對目標(biāo)燃料供給量的跟蹤性越高(步驟S3、S4)，另一方面，在向重整器20供水的狀態(tài)下，使針對目標(biāo)燃料供給量的跟蹤性降低(步驟S7、S8、S10)。其結(jié)果，根據(jù)本實施方式，能夠在重整用空氣的導(dǎo)入量較多，重整器20內(nèi)的壓力較高的狀態(tài)下，提高燃料供給量的跟蹤性從而進行確實的燃料供給，同時在導(dǎo)入水從而引起壓力急劇變化的狀態(tài)下，降低燃料供給量的跟蹤性從而避免燃料的過剩供給。接下來，在本實施方式中，如圖10所示，在ATR(ATR1及ATR2)區(qū)域中，使燃料供給部件即燃料流量調(diào)節(jié)單元38的控制增益(τ&= τ alXO. 6及τ a = τ al XO. 7)低于 POX區(qū)域(Ta= 及SR區(qū)域ha = xal)0其結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，在ATR區(qū)域中，由于使燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益與在起動時的其他區(qū)域即POX區(qū)域及SR區(qū)域相比最低，所以即使在需要供給極微量的水的ATR區(qū)域，也可以確實地防止燃料的過剩供給和控制波動，燃料的過剩供給和控制波動起因于間歇地向重整器20內(nèi)供水而產(chǎn)生的壓力變動。接下來，如上所述，在ATR區(qū)域中，可以認為由于使燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益低于其他區(qū)域，所以根據(jù)燃料流量傳感器132將燃料供給量維持在正確狀態(tài)的控制能力降低，其結(jié)果造成起因于控制滯后的控制不良。但是，在本實施方式中， 如圖8所示，在ATR區(qū)域中，分別不變更由重整用空氣供給部件即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元 44供給的空氣供給量及由供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元28供給的供水量而成為一定量。其結(jié)果，在本實施方式中，在ATR區(qū)域中，通過分別不變更對燃料供給量的控制產(chǎn)生影響的空氣供給量及供水量而保持一定量，且不積極使燃料供給量產(chǎn)生變更，可以確實地防止由于降低燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益而發(fā)生的控制不良。另外，在本實施方式中，如圖7所示，在ATRl及ATR2各自的區(qū)域中，同樣分別不變更由重整用空氣供給部件即重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44供給的空氣供給量及由供水部件即水流量調(diào)節(jié)單元觀供給的供水量而成為一定量。由此，可以得到同樣的效果。接下來，如圖7所示，在本實施方式中，在從POX轉(zhuǎn)向ATRl時(圖7的時刻t5)，及從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時(圖7的時刻t6)，變更水的目標(biāo)供給量，此時，使從POX轉(zhuǎn)向ATRl時的水向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量小于從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時。其結(jié)果，在本實施方式中，雖然通過在ATR區(qū)域中降低了燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益，尤其是在從POX轉(zhuǎn)向ATRl時的變更目標(biāo)燃料供給量時，有可能發(fā)生燃料供給的跟蹤滯后，但是由于減小了從POX轉(zhuǎn)向ATRl時的水向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量(目標(biāo)值變更增益)，所以可以確實地防止伴隨燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益降低而向目標(biāo)燃料供給量的跟蹤滯后。接下來，如圖7所示，在本實施方式中，在從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時(圖7的時刻t6)， 及從ATR2轉(zhuǎn)向SR時(圖7的時刻t7)，在分別變更燃料、空氣及水各自的目標(biāo)供給量的同時，在從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時及從ATR2轉(zhuǎn)向SR時，分別減小燃料、空氣、水向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量，并且，使從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時的這些向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量小于從ATR2轉(zhuǎn)向SR時。在此，如圖7所示，由于從ATR2轉(zhuǎn)向SR時的供水多于從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時，所以， 供水的間歇時間變密，重整器20內(nèi)的壓力變動被緩和，在壓力高的狀態(tài)下趨于穩(wěn)定，所以也可以緩解伴隨壓力變動的燃料過剩供給的問題。因此，在本實施方式中，由于在降低燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益的同時，使從ATRl轉(zhuǎn)向ATR2時的向目標(biāo)供給量變更的單位時間變更量(目標(biāo)值變更增益)小于從ATR2轉(zhuǎn)向SR時，所以能夠以高水準(zhǔn)很好地平衡并解決伴隨壓力變動而發(fā)生的燃料的過剩供給和波動產(chǎn)生的問題與燃料相對于目標(biāo)供給量跟蹤滯后的問題。接下來，如圖10所示，在本實施方式中，使在ATR2區(qū)域中的燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益降低量小于ATRl區(qū)域的控制增益降低量。在此，如圖7所示， ATR2區(qū)域的供水多于ATRl區(qū)域，所以，供水的間歇機會變密，在壓力高的狀態(tài)下趨于穩(wěn)定， 所以也可以緩和伴隨壓力變動的燃料過剩供給。所以，在本實施方式中，通過使在ATR2區(qū)域中的燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益降低量小于ATRl區(qū)域的控制增益降低量，可以抑制燃料過剩供給與抑制燃料向目標(biāo)燃料值的跟蹤性能降低來同時實現(xiàn)跟蹤滯后的緩和。接下來，如圖10所示，在本實施方式中，在使ATR區(qū)域及SR區(qū)域中的燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益低于POX區(qū)域的同時，使SR區(qū)域中的燃料供給部件的控制增益降低量小于ATR區(qū)域的控制增益降低量。在此，如圖7所示，由于SR區(qū)域的供水多于ATR區(qū)域，由此，供水的間歇機會變密，在壓力高的狀態(tài)下趨于穩(wěn)定，所以也可以緩和起因于壓力變動的燃料過剩供給。所以，在本實施方式中，通過使SR區(qū)域的燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益降低量小于ATR區(qū)域的控制增益降低量，可以在抑制伴隨壓力變動的燃料過剩供給的同時，可以使燃料向目標(biāo)供給量的跟蹤滯后緩和這樣的相反的課題高水準(zhǔn)地共存。接下來，如圖10所示，在本實施方式中，在ATR區(qū)域中使重整用空氣供給部件(重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44)的控制增益低于POX區(qū)域。在此，在ATR區(qū)域中，由于與燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益同樣，降低重整用空氣供給部件(重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44)的控制增益，所以可以防止起因于間歇地向重整器內(nèi)供水而產(chǎn)生的壓力變動的空氣過剩供給。接下來，如圖10所示，在ATR區(qū)域中，使燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益降低量大于重整用空氣供給部件(重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44)的控制增益降低量。在此，由于伴隨間歇的供水而產(chǎn)生的重整器內(nèi)的壓力變動，從而向重整器內(nèi)供給的重整用空氣的供給量也與燃料的供給量一起發(fā)生變動。所以，在本實施方式中，由于也降低了重整器用空氣供給部件(重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44)的控制增益，所以可以進一步確實地防止過?？諝獾墓┙o及波動的發(fā)生。而且，由于與燃料的供給量相比重整器用空氣的供給量非常多，所以重整空氣比燃料更難以受到由于水蒸發(fā)而產(chǎn)生的壓力變動的影響。所以，在本實施方式中，由于使重整器用空氣供給部件(重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44)的控制增益降低量小于燃料供給部件(燃料流量調(diào)節(jié)單元38)的控制增益降低量，所以可以確實地防止沒必要地對目標(biāo)重整用空氣供給量產(chǎn)生跟蹤滯后的問題。另外，在本實施方式中，雖然使燃料、水、空氣的控制增益獨立地各個變更，但是也可以根據(jù)水流量、空氣壓力僅變更針對燃料供給量的控制增益。如此，可以實現(xiàn)控制的簡單化和穩(wěn)定化。
權(quán)利要求
1.一種固體電解質(zhì)型燃料電池，是通過由重整器重整后的燃料和空氣來進行發(fā)電的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有重整器，對燃料進行重整； 燃料供給部件，向該重整器供給燃料； 重整用空氣供給部件，向上述重整器供給重整用空氣； 供水部件，向上述重整器供水；燃料供給量檢測傳感器，檢測由上述燃料供給部件向上述重整器內(nèi)供給的實際的燃料供給量；燃料電池模塊，通過在上述重整器內(nèi)重整后的燃料進行發(fā)電； 及控制部件，控制上述燃料供給部件、上述重整用空氣供給部件及上述供水部件，將目標(biāo)量的燃料、重整用空氣及水送入上述重整器，上述控制部件將上述燃料供給部件控制為，使由上述燃料供給量檢測傳感器檢測出的實際的燃料供給量與作為目標(biāo)的燃料供給量一致，同時將上述燃料供給部件控制為，在通過上述重整用空氣供給部件向上述重整器供給重整用空氣時，重整用空氣供給量越大，則針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性越高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，還具有測定上述重整器內(nèi)的壓力的重整器壓力傳感器，上述控制部件將上述燃料供給部件控制為，由上述重整器壓力傳感器測定的重整器內(nèi)的平均內(nèi)壓越高，則針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性越高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述供水部件構(gòu)成為向上述重整器間歇地供水，上述控制部件將上述燃料供給部件控制為，重整用空氣供給量越大，則針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性越高，另一方面將上述燃料供給部件控制為，在通過上述供水部件向上述重整器供水時， 針對作為目標(biāo)的燃料供給量的實際的燃料供給量的跟蹤性變低。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體電解質(zhì)型燃料電池，可使重整器小型化，并供給適量的燃料。本發(fā)明是一種通過由重整器(20)重整后的燃料和空氣來進行發(fā)電的固體電解質(zhì)型燃料電池(1)，其特征在于，具有重整器；燃料供給部件(38)；重整用空氣供給部件(44)；供水部件(28)，向重整器供水；燃料供給量檢測傳感器(132)，檢測實際的燃料供給量；燃料電池模塊(2)；及控制部件(110)，控制各供給部件，將目標(biāo)量的燃料、重整用空氣及水送入重整器，控制部件將燃料供給部件控制為，使燃料供給量與作為目標(biāo)的燃料供給量一致，同時將燃料供給部件控制為，在向重整器供給重整用空氣時，與未供給時相比，針對目標(biāo)燃料供給量的燃料供給量的跟蹤性變高。
文檔編號H01M8/10GK102195059SQ20111005282
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者中野清隆, 土屋勝久, 大塚俊治, 大江俊春, 松尾卓哉, 重住司 申請人:Toto株式會社