【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制御を実行し、
上記改質状態温度が上記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装置による停止処理が実行され、上記改質器温度が上記ＰＯＸ温度帯域内にあるときに運転の再起動が実行された場合には、上記通常起動時に上記ＰＯＸ温度帯域内において行われるＰＯＸをスキップしてＡＴＲによって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、上記改質器温度が少なくとも上記ＰＯＸ温度帯域内において通常起動時のＰＯＸの代わりにＡＴＲによる再起動を実行し、この再起動制御で行われるＡＴＲの少なくとも一部は、通常起動時のＡＴＲよりも発熱量が多くなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
上記再起動制御で行われるＡＴＲは、上記通常起動時のＡＴＲよりも燃料ガスの供給量を多くするように構成されている請求項２記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
上記再起動制御で行われるＡＴＲは、上記通常起動時のＡＴＲよりも酸化剤ガスの供給量を多くするように構成されている請求項２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ＡＴＲは、上記通常起動時のＡＴＲより水の供給量を少なくするように構成されている請求項２記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項６】
上記再起動制御で行われるＡＴＲは、上記改質器温度が予め決定された所定温度以上に上昇した時点で通常起動時のＡＴＲに変更される請求項２記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項７】
上記再起動制御は、予め決定された燃料ガスの供給量、酸化剤ガスの供給量、及び、水の供給量を変更させることなく一定量を維持してＡＴＲによる再起動を実行する請求項２記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項８】
上記再起動制御は、通常起動時のＰＯＸ温度帯域内において第１のＡＴＲによる再起動を実行し、通常起動時のＡＴＲ温度帯域内において第２のＡＴＲによる再起動を実行し、上記再起動制御で行われる第１のＡＴＲは、上記第２のＡＴＲより水の供給量を少なくするように構成されている請求項２に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項９】
上記再起動制御で行われるＡＴＲは、その初期の酸化剤ガスの供給量が後期の酸化剤ガスの供給量よりも多くなるように構成されている請求項２記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１０】
更に、上記改質器に供給する酸化剤ガスを加熱する酸化剤ガス加熱手段を有し、上記再起動制御は、上記酸化剤ガス加熱手段で酸化剤ガスを加熱する加熱温度を上記通常起動時のＡＴＲよりも高く設定してＡＴＲによる再起動を実行する請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１１】
更に、純水を生成して上記改質器に供給する水供給手段を有し、この水供給手段は、上記改質器に水を導入する水配管と、この水配管を保温する保温手段と、を備えている請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１２】
更に、複数の燃料電池セルを備えたセル集合体の下部を支持すると共に燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼によって生成された排気ガスが排出される排気ガス室を形成するセル集合体支持手段を有し、上記保温手段は、上記水配管を上記排気ガス室内に経由させるように配置することにより、改質器に供給される水の温度低下を抑制するように構成されている請求項１１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１３】
更に、上記セル集合体を収容するハウジング部材を備え、このハウジング部材を形成する対向する一対の側面には上記排気ガス室に連通する排気ガス通路が配置され、他の側面には、上記水配管の通路が配置されている請求項１２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器と、上記燃料電池モジュールの運転を制御する制御装置と、を有し、上記制御装置は、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装置と、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装置と、を備え、上記起動制御装置は、燃料ガスを着火して燃焼させた後、上記改質器温度検出器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制御を実行し、上記改質状態温度が上記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、上記起動制御装置は、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装置による停止処理が実行され、上記改質器温度が上記ＰＯＸ温度帯域内にあるときに運転の再起動が実行された場合には、上記通常起動時のＰＯＸをスキップしてＡＴＲによって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、改質器の高温状態からの停止に伴って停止制御装置による停止処理が実行されている状態でＰＯＸ温度帯域内で運転の再起動が行われた際には、通常起動時のＰＯＸをスキップして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ＡＴＲの実行による再起動を行うように構成されている。この結果、通常起動時のＰＯＸを行わないことによって、見かけ上の温度が低くても大きな余熱を持つことに起因して発生する燃料電池セルに酸化の影響を与えることを防止できるとともに、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、起動時間を大幅に短縮することができる。さらに、起動からの失火に基づいて再起動を行った場合には、改質状態温度が通常起動時のＰＯＸ温度帯域内にあっても、燃料電池セルや改質器などの燃料電池モジュールの余熱を利用できる可能性が低いため、通常起動時のＰＯＸとは異なる再起動制御を禁止することにより燃料電池セルへのダメージを抑制することができる。
【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】削除
【補正の内容】
【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】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明において、好ましくは、上記再起動制御は、上記改質器温度が少なくとも上記ＰＯＸ温度帯域内において通常起動時のＰＯＸの代わりにＡＴＲによる再起動を実行し、この再起動制御で行われるＡＴＲの少なくとも一部は、通常起動時のＡＴＲよりも発熱量が多くなるように構成されていることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、再起動時に燃料電池セルや改質器に残存している余熱を積極的に利用した通常起動時のＡＴＲとは異なるＡＴＲを実行することにより、水供給に伴って改質器等の温度降下を抑制でき温度回復を一層適切に行うことができる。
【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】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明において、好ましくは、上記再起動制御で行われるＡＴＲは、上記改質器温度が予め決定された所定温度以上上昇した時点で通常起動時のＡＴＲに変更される。
このように構成された本発明においては、再起動制御で行われるＡＴＲにおいて、改質器等への負担を抑えたＡＴＲを実行すると共に、改質状態温度の期待された温度上昇が図れた時点で通常起動時のＡＴＲに変更され、積極的なＡＴＲを実行するため、改質器等の温度低下を招くことなく迅速で安定した昇温を図ることができる。