【手続補正書】
【提出日】平成22年9月6日(2010.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電する固体電解質型燃料電池であって、
固体電解質型の燃料電池モジュール内に配置された固体電解質型の燃料電池セルと、
燃料ガスを改質して上記燃料電池セルに供給する改質器であって、所定の温度帯域に応じて燃料ガスと酸化剤ガスを化学反応させることにより燃料ガスを部分酸化改質する改質反応であるＰＯＸ、及び、燃料ガスと水蒸気を化学反応させることにより燃料ガスを水蒸気改質する改質反応であるＳＲ、及び、上記ＰＯＸと上記ＳＲとを併用させることにより燃料ガスをオートサーマル改質する改質反応であるＡＴＲのいずれかの改質反応によって燃料ガスを水素に改質する上記改質器と、
上記改質器による改質状態を変更するための改質器温度を検出する改質器温度検出手段と、
上記燃料電池モジュールの運転を制御する制御手段と、を有し、
上記制御手段は、
上記燃料電池モジュールの運転の起動を制御する起動制御手段と、
上記燃料電池モジュールの運転の停止を制御する停止制御手段と、を備え、
上記起動制御手段は、燃料ガスを着火して燃焼させた後、上記改質器温度検出手段が検出した上記改質器温度が、上記ＰＯＸが開始するＰＯＸ開始温度よりも低い場合には、燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼により生じる燃焼熱によって上記改質器を昇温させる燃焼運転を実行し、
上記改質器温度が上記ＰＯＸ開始温度以上であり且つ上記水蒸気改質が可能な温度未満のＰＯＸ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＰＯＸを実行し、
上記改質器温度が上記水蒸気改質が可能な温度以上であり且つ所定の定常温度未満のＡＴＲ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＡＴＲを実行し、
上記改質器温度が、上記所定の定常温度以上である場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＳＲを実行し、
上記起動制御手段は、更に、上記燃料電池モジュールが高温状態からの停止に伴って上記停止制御手段による停止処理が実行され、上記ＰＯＸ温度帯域内で運転の再起動が実行された場合には、上記改質器温度が上記ＰＯＸ温度帯域内で且つ第1の所定温度よりも高い高温領域では上記通常起動時のＰＯＸによる起動を禁止すると共に、この通常起動時のＰＯＸよりも発熱量が少ない運転による再起動制御を実行することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
上記再起動制御は、上記改質器温度が上記ＰＯＸ温度帯域内にある場合には通常起動時のＰＯＸによる再起動を禁止すると共に、上記改質器温度が上記第１の所定温度よりも低い第２の所定温度に低下するまで上記停止制御手段による運転の停止を継続し、上記第２の所定温度以下となった後に上記通常起動時のＰＯＸとは異なる再起動時のＰＯＸによる再起動を実行する請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
上記第２の所定温度は、上記ＰＯＸ温度帯域よりも低い温度帯域に設けられていることを特徴とする請求項２記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
上記再起動制御は、上記改質器温度が上記のＰＯＸ温度帯域の上記第１の所定温度以上である場合には上記改質器に燃料ガス、酸化剤ガス、および水蒸気を供給してＡＴＲによる再起動を実行する請求項２に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項５】
上記再起動制御で行われるＰＯＸは、上記通常起動時のＰＯＸよりも酸化剤ガスの供給量を少なくするように構成されている請求項３又は請求項４記載の固体電解質型燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電する固体電解質型燃料電池であって、固体電解質型の燃料電池モジュール内に配置された固体電解質型の燃料電池セルと、燃料ガスを改質して上記燃料電池セルに供給する改質器であって、所定の温度帯域に応じて燃料ガスと酸化剤ガスを化学反応させることにより燃料ガスを部分酸化改質する改質反応であるＰＯＸ、及び、燃料ガスと水蒸気を化学反応させることにより燃料ガスを水蒸気改質する改質反応であるＳＲ、及び、上記ＰＯＸと上記ＳＲとを併用させることにより燃料ガスをオートサーマル改質する改質反応であるＡＴＲのいずれかの改質反応によって燃料ガスを水素に改質する上記改質器と、  上記改質器による改質状態を変更するための改質器温度を検出する改質器温度検出手段と、  上記燃料電池モジュールの運転を制御する制御手段と、を有し、上記制御手段は、    上記燃料電池モジュールの運転の起動を制御する起動制御手段と、上記燃料電池モジュールの運転の停止を制御する停止制御手段と、を備え、上記起動制御手段は、燃料ガスを着火して燃焼させた後、上記改質器温度検出手段が検出した上記改質器温度が、上記ＰＯＸが開始するＰＯＸ開始温度よりも低い場合には、燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼により生じる燃焼熱によって上記改質器を昇温させる燃焼運転を実行し、上記改質器温度が上記ＰＯＸ開始温度以上であり且つ上記水蒸気改質が可能な温度未満のＰＯＸ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＰＯＸを実行し、上記改質器温度が上記水蒸気改質が可能な温度以上であり且つ所定の定常温度未満のＡＴＲ温度帯域内にある場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＡＴＲを実行し、上記改質器温度が、上記所定の定常温度以上である場合には、上記改質器を昇温させるために通常起動時のＳＲを実行し、上記起動制御手段は、更に、上記燃料電池モジュールが高温状態からの停止に伴って上記停止制御手段による停止処理が実行され、上記ＰＯＸ温度帯域内で運転の再起動が実行された場合には、上記改質器温度が少なくとも上記ＰＯＸ温度帯域内における第1の所定温度よりも高い、上記ＰＯＸ温度帯域内の高温領域では上記通常起動時のＰＯＸによる起動を禁止して、この通常起動時に上記ＰＯＸ温度帯域内で行われるＰＯＸよりも発熱量が少ない運転による再起動制御を実行することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、燃料電池モジュールが高温の状態から停止され停止制御手段によって停止処理が実行されている際に、通常起動時のＰＯＸ温度帯域内で再起動が発生した際には、改質器温度が通常起動時のＰＯＸ温度帯域内にあっても、ＰＯＸ温度帯域内で且つ、第1の所定温度よりも高い高温領域にある場合は通常起動時に用いられるＰＯＸの実行を禁止すると共に、この通常起動時のＰＯＸよりも発熱量が少ない運転による再起動制御を実行するように構成している。この結果、通常起動時のＰＯＸをそのまま実行した場合に比べて、見かけ上の温度が低くても燃料電池セルや改質器の一部などに蓄えられた大きな余熱に起因して燃料電池セルに酸化の影響を与えたり、予期しない高温状態にしてしまうことによるセルへの負担を軽減することができ、セルの耐久性を向上させることができる。また、燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用した再起動制御を実行するように工夫したことにより、セルに影響を与えることなく燃料電池モジュールの温度回復を早めて起動時間を短縮することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明において、好ましくは、上記再起動制御は、上記改質器温度が上記ＰＯＸ温度帯域内にある場合には通常起動時のＰＯＸによる再起動を禁止すると共に、上記改質器温度が上記第１の所定温度よりも低い第２の所定温度に低下するまで上記停止制御手段による運転の停止を継続し、上記第２の所定温度以下となった後に上記通常起動時のＰＯＸとは異なる再起動時のＰＯＸによる再起動を実行する。
このように構成された本発明においては、起動制御手段による運転の再起動時に、通常起動時のＰＯＸ温度帯域では通常起動時のＰＯＸによる再起動を禁止する共に、改質器温度が上記第１の所定温度よりも低い第２の所定温度に低下するのを待った後に再起動を実行するため、高温状態でＰＯＸを実行することによるセルへのダメージを抑制しつつ速やかに再起動を行うことができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明において、好ましくは、上記再起動制御は、上記改質器温度が上記ＰＯＸ温度帯域の上記第１の所定温度以上である場合には上記改質器に燃料ガス、酸化剤ガス、および水蒸気を供給してＡＴＲによる再起動を実行する。
このように構成された本発明おいては、再起動時に燃料電池セルや改質器に残存している余熱が積極的に利用できる通常起動時のＰＯＸの温度帯域では、改質器に燃料ガス、酸化剤ガス、および水蒸気を供給してＡＴＲを実行するように通常起動時のＰＯＸ温度帯域内の第１の所定温度以上までＡＴＲの運転範囲を拡大し、酸化影響のない第２の所定温度未満では再起動時のＰＯＸによる再起動を図り、第１の所定温度と上記第２の所定温度の中間温度では再起動を禁止して停止処理制御によって温度降下を図った上で再起動を行うことによってセルへの影響を抑えながら安定した状態でかつ短時間で温度上昇を図ることができる。