(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料流量ハンチングに起因するセルスタックの損傷発生を抑制しつつ、システムのエラー停止を減らすことができる固体酸化物形燃料電池システムを提供する。【解決手段】固体酸化物形燃料電池システムは、改質燃料ガス及び空気中の酸素の酸化及び還元によって発電を行うセルスタックと、原燃料ガスを供給するための燃料ガスポンプ２８と、原燃料ガスの供給流量を計測する燃料ガス流量センサ３２と、燃料ガスポンプ２８を制御するコントローラ６６とを備える。コントローラ６６は、燃料流量指令値と燃料ガス流量センサの計測流量値との流量差を演算し、この流量差を用いて絶対値移動平均を演算し、絶対値移動平均値がエラー判定流量値Ｅを超えると、エラー停止信号生成手段８０がエラー停止信号を生成し、また絶対値移動平均値が警戒判定値Ｋを超え且つエラー判定値以下であると、警戒運転信号生成手段７８が警戒運転信号を生成する。【選択図】図２
2020123512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、水蒸気改質に用いる水蒸気を発生させるための気化器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び空気中の酸素の酸化及び還元によって発電を行うセルスタックと、前記改質器に原燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記セルスタックに空気を供給するための空気供給手段と、前記燃料ガス供給手段により供給される原燃料ガスの流量を計測する燃料ガス流量計測手段と、前記セルスタックでの発電反応後の燃料オフガス及び空気オフガスを燃焼させるためのオフガス燃焼部と、前記燃料ガス供給手段及び前記空気供給手段の作動を制御するためのコントローラと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記コントローラは、燃料流量指令値と前記燃料ガス流量計測手段の計測流量値との流量差を演算する流量差演算手段と、前記流量差演算手段により演算した流量差の絶対値移動平均を演算する絶対値移動平均演算手段と、前記絶対値移動平均演算手段により演算された絶対値移動平均値Ｓと警戒判定値Ｋ及びエラー判定値Ｅとを比較するための移動平均比較手段と、警戒運転を行うための警戒運転信号を生成する警戒運転信号生成手段と、エラー停止処理を行うためのエラー停止信号を生成するエラー停止信号生成手段と、を含んでおり、
前記絶対値移動平均値Ｓがエラー判定流量値Ｅを超える（Ｅ＜Ｓ）と、前記エラー停止信号生成手段は前記エラー停止信号を生成し、前記エラー停止信号に基づいて前記エラー停止処理が行われ、また前記絶対値移動平均値Ｓが前記警戒判定値Ｋを超え且つ前記エラー判定値以下である（Ｋ＜Ｓ≦Ｅ）と、前記警戒運転信号生成手段は前記警戒運転信号を生成し、前記警戒運転信号に基づいて前記警戒運転が行われることを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記オフガス燃焼部は、前記セルスタックからの燃料オフガス及び空気オフガスが導出されるオフガス燃焼域であり、前記セルスタックからの燃料オフガスが前記オフガス燃焼域にて燃焼されることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記セルスタックに関連する温度を検知する温度検知手段が設けられ、前記温度検知手段は、前記オフガス燃焼域の温度を検知するための燃焼域温度検知手段、排出される燃料オフガスを燃焼する排出燃焼部の温度を検知するための排出燃焼部温度検知手段及び前記セルスタックの温度を検知するためのセルスタック温度検知手段の少なくとも一つを含み、前記コントローラは、更に、前記オフガス燃焼域における部分失火の発生を判定するための部分失火判定手段を含んでおり、
前記部分失火判定手段は、前記燃焼域温度検知手段についてはその検知温度Ｔ１が第１部分失火判定温度値ＴＢ１より低いか（Ｔ１＜ＴＢ１）に基づき、前記排出燃焼部温度検知手段についてはその検知温度Ｔ２が第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超えるか（ＴＢ２＜Ｔ２）に基づき、また前記セルスタック温度検知手段についてはその検知温度Ｔ３が第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低いか（Ｔ３＜ＴＢ３）に基づき部分失火の判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
前記温度検知手段は、前記燃焼域温度検知手段、前記排出燃焼部温度検知手段及び前記セルスタック温度検知手段を含み、前記部分失火判定手段は、前記燃焼域温度検知手段の前記検知温度Ｔ１が前記第１部分失火判定温度値ＴＢ１より低い（Ｔ１＜ＴＢ１）、前記排出燃焼部温度検知手段の前記検知温度Ｔ２が前記第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超える（ＴＢ２＜Ｔ２）、また前記セルスタック温度検知手段の前記検知温度Ｔ３が前記第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低い（Ｔ３＜ＴＢ３）の３つの条件のうちの任意の一つの条件を満たす又は任意の二つの条件を満たす、或いは三つの全ての条件を満たしたときに部分失火の判定を行うことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
前記コントローラは、更に、前記セルスタックに供給される原燃料ガスの供給流量を増量補正するための燃料ガス増量補正設定手段を更に含み、前記警戒運転において前記部分失火判定手段が部分失火の判定を行うと、前記燃料ガス増量補正設定手段は、前記セルスタックに供給される原燃料ガスの供給流量を増量補正することを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原燃料を改質した改質燃料ガス及び酸化材ガスとしての空気の酸化及び還元によって発電を行うセルスタックを備えた固体酸化物形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸化物イオンを伝導する膜として固体電解質を用いた固体酸化物形のセルスタックを収納容器内に収納した固体酸化物形燃料電池システムが知られている。この固体酸化物形燃料電池システムにおいては、セルスタックは複数の燃料電池セルを積層して構成され、各燃料電池セルにおける固体電解質の片面側に燃料ガスを酸化するための燃料極が設けられ、その他面側に空気（酸化材ガス）中の酸素を還元するための酸素極が設けられている。この燃料電池セルの作動温度は約７００〜９００℃と比較的高く、このような高温下において、燃料ガス（改質燃料ガス）中の水素や一酸化炭素、炭化水素と空気中の酸素とが電気化学反応を起こすことによって発電が行われる。
【０００３】
家庭用システムとしても適した固体酸化物形燃料電池システムとして、原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材ガス（空気中の酸素）の酸化及び還元によって発電を行うセルスタックと、セルスタックの酸素極（空気極）側に酸化材ガスとしての空気を供給するための空気供給手段と、改質器に原燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段とを備え、セルスタック及び改質器が高温状態に保たれる高温空間に収容されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この固体酸化物形燃料電池システムでは、セルスタックの上側に、オフガス燃焼部としてのオフガス燃焼域が設けられ、このオフガス燃焼域の上方に改質器が配設されている。そして、改質器からの改質燃料ガスがセルスタックの燃料極側に送給され、空気供給手段からの空気がセルスタックの空気極側に送給され、このセルスタックにおける電気化学反応により発電が行われる。セルスタックの燃料極側からの燃料オフガス（即ち、アノードオフガス）及び空気極側からの空気オフガス（即ち、カソードオフガス）はオフガス燃焼域に導出されて燃焼され、この燃焼熱を利用して高温空間が高温状態に保たれるとともに、改質器などが加熱される。
【０００５】
固体酸化物形燃料電池システムとして、セルスタックの上側にオフガス燃焼域を設けることに代えて、オフガス燃焼部としてのオフガス燃焼器を備えたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この固体酸化物形燃料電池システムでは、セルスタックの燃料極側からの燃料オフガス（アノードオフガス）が燃料オフガス送給流路を通して燃焼器に送給され、またセルスタックの空気極側からの空気オフガス（カソードオフガス）が空気オフガス送給流路を通して燃焼器に送給され、この燃焼器において燃料オフガスが空気オフガスにより燃焼され、この燃焼熱を利用して高温空間が高温状態に保たれるとともに、改質器などが加熱される。
【０００６】
このような固体酸化物燃料電池システムでは、高発電効率で稼働運転することができるが、高効率で運転するためには高燃料利用率で動作させる必要がある。セルスタックの発電効率は、燃料電池セルの平均発電電圧と燃料利用率との積にほぼ比例しており、この燃料利用率を高めていくと、燃料電池セルの燃料極側ガス中の水素（Ｈ２）が消費されて水（Ｈ２Ｏ）が生成されていく。
【０００７】
一般的に、固体酸化物形の燃料電池セルの燃料極は、金属ニッケル粒子がセラミックス粒子とともに存在するサーメット（金属ニッケルとセラミックスの混合物）が用いられており、それ故に、燃料利用率を高めて水に対する水素の比率（Ｈ２／Ｈ２Ｏ）が下がっていくと、金属ニッケル粒子が酸化しはじめることになる。燃料電池セルの燃料極側の金属ニッケル粒子が酸化すると、その電気抵抗が増大するので、燃料電池セルの燃料極側出口付近では発電が行われなくなり、そして次第に燃料電池セルの燃料極側におけるニッケル粒子が酸化する領域が広がり、発電が困難な領域が拡大していくことになる。尚、この明細書を通して、「燃料利用率」とは、燃料ガス供給流路を通して供給される原燃料ガスのうちセルスタックにて発電に寄与する（即ち、セルスタックにて発電により消費される）割合をいう。
【０００８】
また、このように酸化した燃料極は、発電時の他の条件（部分負荷運転状態、起動状態、停止状態など）において還元されて再びニッケル状態に戻り、このニッケル粒子の酸化及び還元が繰り返し行われ、この繰返し回数が多くなると、燃料電池セルの燃料極側材料に寸法変化が生じるおそれがある。この燃料極側材料に寸法変化が生じると、この燃料極と接合されている固体電解質に割れが生じ、その割れが原因となって剥離が起こり、セルスタックが破損に至るおそれが生じる。このようなことから、固体酸化物燃料電池システムの燃料利用率を高めることは、システムの発電効率を高めるためには必要であるが、高すぎるとセルスタックのダメージを招くおそれが生じる。
【０００９】
また、このような固体酸化物形燃料電池システムでは、オフガス燃料部においてセルスタックの燃料極側からの燃料オフガス（アノードオフガス）がその空気極側からの空気オフガス（カソードオフガス）により燃焼されるが、この燃料利用率を高めると、オフガス燃焼部での燃焼が希薄になっていき、燃焼不良、一部失火が生じ、更には失火に至るという問題が生じる。このような燃焼不良、一部失火などが生じると、セルスタックの周囲温度が低下し、最悪発電不良となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２８５３４０号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような固体酸化物形燃料電池システムにおいては、発電効率を高めて運転するためには燃料利用率を高める必要があるが、このように燃料利用率を高めた場合、セルスタックに供給される原燃料ガスの供給流量を安定させる必要がある。
【００１２】
固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料ガス供給手段として低圧の燃料ガスポンプが用いられ、この燃料ガスポンプとしてダイヤフラム式のものが用いられており、この場合、ダイヤフラム式ポンプの作動により供給される原燃料ガスに脈動が生じる。
【００１３】
また、原燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路には、供給される原燃料ガスの圧力を調整するための圧力調整器、原燃料ガスの供給停止を行うための電磁弁、原燃料ガスの逆流を防止するための逆止弁などが組み込まれ、またセルスタックの上流側には改質用水を気化させるための気化器が組み込まれる。これら圧力調整弁、電磁弁、逆止弁などではスプリングが組み込まれており、このスプリングが原燃料ガスの脈動発生の原因となり、また気化器では気化して水蒸気が発生する際の体積膨張が原燃料ガスの脈動原因となる。
【００１４】
このようなことから、原燃料ガスに脈動が生じるとその供給流量を正確に計測することができなくなるために、絞り部材（オリフィス、キャピラリー管など）、容量要素（バッファータンクなど）を組み合わせて用いて脈動を抑え、燃料ガスの供給流量の安定を図っているが、この脈動が大きくなって燃料流量にハンチングが発生すると、燃料ガス流量センサ（燃料ガス流量計）により燃料流量を正確に計測することができず、原燃料ガスの供給流量が燃料流量指令値よりも大きく低下することがある。特に、燃料利用率を高く設定して稼働運転する場合、原燃料ガスの供給流量が大きく低下すると、燃料利用率が大幅に上昇し、このことが原因となって、セルスタックが致命的なダメージを受けるおそれがある。この燃料流量ハンチングは、上述した条件が複合的に組み合わさって発生するものであり、かかる条件を完全に除去するのは困難である。
【００１５】
そのようなことから、従来においては、燃料流量ハンチングに対して次のように対処している。一般的に、燃料流量ハンチングが発生すると、燃料流量指令値と燃料ガス流量センサの計測値との流量差の絶対値移動平均が大きくなることから、この絶対値移動平均値を監視し、所定判定値を超えた場合に、原燃料ガスの供給流量が適正に制御できていないとしてエラー判定を行い、このエラー判定に基づいてシステムのエラー停止処理を行っていた。
【００１６】
しかし、家庭用の燃料電池システムの設置台数が多いことから、このエラー停止が頻繁に発生すると、メーカ（又は販売者）の保守点検の出動件数が増えて経済性が悪化する。そのために、燃料流量ハンチングが発生したときにセルスタックの保護に対して安全側でエラー停止させるのではなく、燃料流量ハンチングが顕著でない場合、エラー判定することなく燃料不足が発生しないように運転することが望まれる。
【００１７】
本発明の目的は、燃料流量ハンチングに起因するセルスタックの損傷発生を充分に抑制しつつ、システムのエラー停止の頻度を減らすことができる固体酸化物形燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１記載の固体酸化物形燃料電池システムは、原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、水蒸気改質に用いる水蒸気を発生させるための気化器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び空気中の酸素の酸化及び還元によって発電を行うセルスタックと、前記改質器に原燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記セルスタックに空気を供給するための空気供給手段と、前記燃料ガス供給手段により供給される原燃料ガスの流量を計測する燃料ガス流量計測手段と、前記セルスタックでの発電反応後の燃料オフガス及び空気オフガスを燃焼させるためのオフガス燃焼部と、前記燃料ガス供給手段及び前記空気供給手段の作動を制御するためのコントローラと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記コントローラは、燃料流量指令値と前記燃料ガス流量計測手段の計測流量との流量差を演算する流量差演算手段と、前記流量差演算手段により演算した流量差の絶対値移動平均を演算する絶対値移動平均演算手段と、前記絶対値移動平均演算手段により演算された絶対値移動平均値Ｓと警戒判定値Ｋ及びエラー判定値Ｅとを比較するための移動平均比較手段と、警戒運転を行うための警戒運転信号を生成する警戒運転信号生成手段と、エラー停止処理を行うためのエラー停止信号を生成するエラー停止信号生成手段と、を含んでおり、
前記絶対値移動平均値Ｓがエラー判定流量値Ｅを超える（Ｅ＜Ｓ）と、前記エラー停止信号生成手段は前記エラー停止信号を生成し、前記エラー停止信号に基づいて前記エラー停止処理が行われ、また前記絶対値移動平均値Ｓが前記警戒判定値Ｋを超え且つ前記エラー判定値以下である（Ｋ＜Ｓ≦Ｅ）と、前記警戒運転信号生成手段は前記警戒運転信号を生成し、前記警戒運転信号に基づいて前記警戒運転が行われることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記オフガス燃焼部は、前記セルスタックからの燃料オフガス及び空気オフガスが導出されるオフガス燃焼域であり、前記セルスタックからの燃料オフガスが前記オフガス燃焼域にて燃焼されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記セルスタックに関連する温度を検知する温度検知手段が設けられ、前記温度検知手段は、前記オフガス燃焼域の温度を検知するための燃焼域温度検知手段、排出される燃料オフガスを燃焼する排出燃焼部の温度を検知するための排出燃焼部温度検知手段及び前記セルスタックの温度を検知するためのセルスタック温度検知手段の少なくとも一つを含み、前記コントローラは、更に、前記オフガス燃焼域における部分失火の発生を判定するための部分失火判定手段を含んでおり、
前記部分失火判定手段は、前記燃焼域温度検知手段についてはその検知温度Ｔ１が第１部分失火判定温度値ＴＢ１より低いか（Ｔ１＜ＴＢ１）に基づき、前記排出燃焼部温度検知手段についてはその検知温度Ｔ２が第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超えるか（ＴＢ２＜Ｔ２）に基づき、また前記セルスタック温度検知手段についてはその検知温度Ｔ３が第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低いか（Ｔ３＜ＴＢ３）に基づき部分失火の判定を行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記温度検知手段は、前記燃焼域温度検知手段、前記排出燃焼部温度検知手段及び前記セルスタック温度検知手段を含み、前記部分失火判定手段は、前記燃焼域温度検知手段の前記検知温度Ｔ１が前記第１部分失火判定温度値ＴＢ１より低い（Ｔ１＜ＴＢ１）、前記排出燃焼部温度検知手段の前記検知温度Ｔ２が前記第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超える（ＴＢ２＜Ｔ２）、また前記セルスタック温度検知手段の前記検知温度Ｔ３が前記第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低い（Ｔ３＜ＴＢ３）の３つの条件のうちの任意の一つの条件を満たす又は任意の二つの条件を満たす、或いは三つの全ての条件を満たしたときに部分失火の判定を行うことを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明の請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記コントローラは、更に、前記セルスタックに供給される原燃料ガスの供給流量を増量補正するための燃料ガス増量補正設定手段を更に含み、前記警戒運転において前記部分失火判定手段が部分失火の判定を行うと、前記燃料ガス増量補正設定手段は、前記セルスタックに供給される原燃料ガスの供給流量を増量補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、燃料ガス供給手段及び空気供給手段の作動を制御するためのコントローラが流量差演算手段、絶対値移動平均演算手段及び移動平均比較手段を含み、流量差演算手段は燃料流量指令値と燃料ガス流量計測手段の計測流量との流量差を演算し、絶対値移動平均演算手段は、流量差演算手段により演算した流量差の絶対値移動平均を演算するので、燃料流量ハンチングが生じたときにはこの流量差が生じ、この燃料流量ハンチングが大きくなると、この流量差も大きくなって流量差の絶対値移動平均（例えば、２〜１０秒間程度の移動平均）も大きくなり、この流量差の絶対値移動平均を用いることにより燃料流量ハンチングの発生状態を調べることができる。
【００２４】
そして、移動平均比較手段がこの絶対値移動平均演算手段により演算された流量差の絶対値移動平均値Ｓと警戒判定値Ｋ及びエラー判定値Ｅとを比較し、この絶対値移動平均値Ｓがエラー判定流量値Ｅを超える（Ｅ＜Ｓ）と、エラー停止信号生成手段がエラー停止信号を生成してエラー停止処理が行われるので、燃料流量ハンチングに起因する燃料不足によるセルスタックの損傷発生を抑制することができる。また、この絶対値移動平均値Ｓが警戒判定値Ｋを超え且つエラー判定値以下である（Ｋ＜Ｓ≦Ｅ）と、警戒運転信号生成手段が警戒運転信号を生成し、この警戒運転信号に基づいて警戒運転が行われるので、この警戒運転において燃料ハンチングの発生状態を監視し、燃料流量ハンチングによる悪影響を少なく抑えることができる。
【００２５】
また、本発明の請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、オフガス燃焼部がセルスタックからの燃料オフガス及び空気オフガスが導出されるオフガス燃焼域であるので、このオフガス燃焼域にてセルスタックからの燃料オフガスを空気オフガスにより燃焼させることができる。
【００２６】
また、本発明の請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、セルスタックに関連する温度を検知する温度検知手段は、オフガス燃焼域の温度を検知するための燃焼域温度検知手段、排出される燃料オフガスを燃焼する排出燃焼部の温度を検知するための排出燃焼部温度検知手段及びセルスタックの温度を検知するためのセルスタック温度検知手段の少なくとも一つを含んでいるので、この温度検知手段を用いてオフガス燃焼部における燃料オフガスの燃焼状態を検知することができる。また、部分失火判定手段は、燃焼域温度検知手段についてはその検知温度Ｔ１が第１部分失火判定温度値ＴＢ１より低いか（Ｔ１＜ＴＢ１）に基づき、排出燃焼部温度検知手段についてはその検知温度Ｔ２が第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超えるか（ＴＢ２＜Ｔ２）に基づき、またセルスタック温度検知手段についてはその検知温度Ｔ３が第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低いか（Ｔ３＜ＴＢ３）に基づき部分失火の判定を行うので、オフガス燃焼部における部分失火の発生を検知することができる。
【００２７】
また、本発明の請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、温度検知手段は、燃焼域温度検知手段、排出燃焼部温度検知手段及びセルスタック温度検知手段を含み、部分失火判定手段は、燃焼域温度検知手段の検知温度Ｔ１が第１部分失火判定温度値ＴＢ１より低い（Ｔ１＜ＴＢ１）、排出燃焼部温度検知手段の検知温度Ｔ２が第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超える（ＴＢ２＜Ｔ２）、またセルスタック温度検知手段の検知温度Ｔ３が第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低い（Ｔ３＜ＴＢ３）の３つの条件のうちの任意の一つの条件を満たす又は任意の二つの条件を満たす、或いは三つ全ての条件を満たすときに部分失火の判定を行うので、燃焼域温度検知手段、排出燃焼部温度検知手段及びセルスタック温度検知手段の検知温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づいてオフガス燃焼域における部分失火の発生を確実に検知することができる。
【００２８】
更に、本発明の請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、警戒運転において部分失火判定手段が部分失火の判定を行うと、燃料ガス増量補正設定手段は、セルスタックに供給される原燃料ガスの供給流量を増量補正するので、セルスタックに供給される原燃料ガスの供給流量が増え、これにより、燃料流量ハンチングによる燃料不足を補い、燃料流量ハンチングによるセルスタックへの悪影響を少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第１の実施形態の全体を簡略的に示す全体図。
【図２】図１の固体酸化物形燃料電池システムの制御系を簡略的に示すブロック図。
【図３】図２の制御系によるシステムの制御の流れを示すフローチャート。
【図４】本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第２の実施形態の制御系を簡略的に示すブロック図。
【図５】図４の制御系による制御の一部の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの実施形態について説明する。まず、図１を参照して、第１の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。
【００３１】
図１において、図示の固体酸化物形燃料電池システム２は、原燃料ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガスなど）を消費して発電を行うものであり、燃料ガスを改質するための改質器４と、この改質器４にて改質された改質燃料ガス及び酸化材としての空気の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形のセルスタック６とを備えている。
【００３２】
セルスタック６は、燃料電池反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形の燃料電池セル８を集電部材を介して積層して構成され、酸素イオンを伝導する固体電解質１０と、この固体電解質１０の一方側に設けられた燃料極１２と、固体電解質の他方側に設けられた空気極１４備え、固体電解質１０として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。
【００３３】
このセルスタック６の燃料極１２側は、改質燃料ガス送給流路１６介して改質器４に接続され、この形態では、改質器４は、改質用水を気化するための気化器１８と一体的に構成されている。尚、気化器１８は、改質器４と別体に構成し、気化器１８にて気化された水蒸気を、水蒸気送給流路（図示せず）を通して改質器４に送給するようにしてもよい。
【００３４】
気化器１８は、燃料ガス供給流路２０を介して原燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源（図示せず）（例えば、埋設管や貯蔵タンクなどから構成される）に接続され、燃料ガス供給源からの原燃料ガスが燃料ガス供給流路２０を通して気化器１８に供給される。尚、この燃料ガス供給流路２０を改質器４に接続し、燃料ガス供給源からの原燃料ガスを改質器４に直接的に供給するようにしてもよい。
【００３５】
また、この気化器１８は、水供給流路２２を介して水供給源（図示せず）（例えば、水タンクや水回収タンクなどから構成される）に接続され、水供給源からの改質用水が水供給流路２２を通して気化器１８に供給される。改質器４には改質触媒が収容され、改質触媒として例えばアルミナにルテニウムを担持させたものが用いられ、この改質触媒によって、燃料ガス供給流路２０を通して供給される原燃料ガスが水蒸気により水蒸気改質される。
【００３６】
燃料ガス供給流路２０には、気化器１８から上流側に向けて順に脱硫器２４、絞り部材２６、燃料ガスポンプ２８（燃料ガス供給手段を構成する）、圧力調整部材としてのゼロガバナ３０、燃料ガス流量センサ３２（燃料ガス流量計測手段を構成する）及び遮断弁３４が配設されている。脱硫器２４は、原燃料ガスに含まれる硫黄成分（付臭剤中の硫黄成分）を除去し、燃料ガスポンプ２８は、燃料ガス供給流路２０を流れる原燃料ガスを昇圧して気化器１８に供給する。
【００３７】
また、ゼロガバナ３０は、燃料ガス供給源（図示せず）から燃料ガス供給流路１４を通して供給される原燃料ガスを所定圧力（大気圧付近）に調整し、燃料ガス流量センサ３２は、燃料ガス供給流路１４を通して供給される原燃料ガスの流量を測定し、遮断弁３２は、閉状態になると燃料ガス供給流路２０を遮断して燃料ガスの供給を停止する。また、燃料ガスポンプ２８の下流側に位置する絞り部材２６は、燃料ガス供給流路１４を流れる原燃料ガスの流量を安定させるために設けられ、この絞り部材２６として例えばキャピラリー管が用いられる。また、燃料ガス流量センサ３２は、例えば熱式流量センサから構成することができる。
【００３８】
更に、水供給流路２２には水ポンプ３６が配設され、この水ポンプ３６によって、水供給源（図示せず）からの改質用水が水供給流路２２を通して気化器１８に供給される。尚、原燃料ガスを安定的して供給することができるときには、絞り部材２６を省略するようにしてもよく、またゼロガバナ３０の上流側に、絞り部材又はバッファ−タンクを設けるようにしてもよい。
【００３９】
このセルスタック６の空気極１４側は、空気供給流路３８を介して空気供給手段としての空気ブロア４０に接続され、この空気供給流路３８に空気流量センサ４２（空気流量計測手段を構成する）が配設されている。空気ブロア４０は、酸化材としての空気を空気供給流路３８を通してセルスタック６の空気極１４側に供給し、空気流量センサ４２は、空気供給流路３８を流れる空気の流量を計測する。
【００４０】
この実施形態では、燃料ガスポンプ２８（及び水ポンプ３６、空気ブロア４０）の回転制御は、駆動電流のデューティ比（所謂、駆動デューティ比）でもって制御され、駆動デューティ比が大きくなると、燃料ガスポンプ２８（及び水ポンプ３６、空気ブロア４０）の回転数が大きくなって原燃料ガス（及び改質用水、空気）の供給流量が増え、一方駆動デューティ比が小さくなると、燃料ガスポンプ２８（及び水ポンプ３６、空気ブロア４０）の回転数が小さくなって原燃料ガス（及び改質用水、空気）の供給流量が少し、このようにして原燃料ガス（及び改質用水、空気）の供給流量が制御される。
【００４１】
セルスタック６の上方には、オフガス燃焼域４４（オフガス燃焼部を構成する）が配設され、改質器４及び気化器１８は、このオフガス燃焼域４４の上方に配設されている。セルスタック６の燃料極１２側から導出される燃料オフガス（即ち、アノードオフガス）は、このオフガス燃焼域４４に流れ、またセルスタック６の空気極１４側から導出される空気オフガス（即ち、カソードオフガス）も、このオフガス燃焼域４４に流れ、このオフガス燃焼域４４において、セルスタック６の燃料極１２側からの燃料オフガス（燃料ガスを含んでいる）がその空気極１４側からの空気オフガス（酸素を含んでいる）により燃焼され、この燃料オフガスの燃焼熱を利用して気化器１２及び改質器４が加熱される。
【００４２】
オフガス燃焼域４４にて燃焼された燃焼排気ガスは、排気ガス排出流路４６を通して大気に排出される。この排気ガス排出流路４６にはオフガス燃焼部としての排出燃焼部４８が設けられ、この排出燃焼部４８には、図示していないが、燃料オフガス（燃焼排気ガスに含まれる燃料ガス）の燃焼を促進させるための燃焼触媒が設けられている。従って、排気ガス排出流路４６を通して排出される燃焼排気ガスは、この排出燃焼部４８にて燃焼され、燃料ガス成分が完全に燃焼された燃焼排気ガスが大気中に排出される。
【００４３】
この実施形態では、この排気ガス排出流路４６に関連して熱交換器５０（空気用熱交換器）が設けられている。この熱交換器５０は、排気ガス排出流路４６を流れる燃焼排気ガスと空気供給流路３８を通して流れる空気との間で熱交換を行い、この熱交換により加熱された空気がセルスタック６の空気極１４側に送給される。
【００４４】
この実施形態では、改質器４、セルスタック６、気化器１８及び熱交換器５０が高温ハウジング５２に収容されている。この高温ハウジング５２は、金属製（例えば、ステンレス鋼製）であり、その内面は断熱部材で覆われ、その内側に高温空間５４を規定し、改質器４、セルスタック６、気化器１８及び熱交換器５０がかかる高温空間５４内で高温状態に保たれる。
【００４５】
この固体酸化物形燃料電池システム２では、更に、改質器４からセルスタック６に送給される改質燃料ガスの一部が燃料ガス供給流路２０に流れるように構成されている。改質燃料ガス送給流路１６から分岐して戻し流路５６が設けられ、この戻し流路５６の下流側が燃料ガス供給流路２０（具体的には、ゼロガバナ３０の配設部位と燃料ガスポンプ２８の配設部位との間の部位）に接続されている。この戻し流路５６は、高温ハウジング５２外に導出されて燃料ガス供給流路２０に接続され、この戻し流路５６（具体的には、高温ハウジング５２外の部位）にドレンセパレータ５８が配設されている。
【００４６】
このように構成されているので、改質燃料ガス送給流路３８を流れる改質燃料ガスの一部は、戻し流路５６を通して燃料ガス供給流路２０に流れ、この戻し流路５６を通して流れる間に大気により冷却され、冷却により改質燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮される。発生した凝縮水はドレンセパレータ５８にて除去され、凝縮水が除去された改質燃料ガスが燃料ガス供給流路２０に戻されて燃料ガス供給流路２０を流れる原燃料ガスに混合される。尚、ドレンセパレータ５８にて除去した凝縮水は、外部に排出するようにしてもよいが、水回収タンク（図示せず）に回収し、この回収した凝縮水を改質用水として利用するようにしてもよい。
【００４７】
次に、この固体酸化物形燃料電池システム２の発電運転について説明する。発電運転のときには、燃料ガス供給源（図示せず）からの原燃料ガスが、燃料ガスポンプ２８によって燃料ガス供給流路２０を通して供給され、かく供給される原燃料ガスには、上述したようにして戻し流路５６を通してリサイクルされる改質燃料ガスが混合され、混合された混合燃料ガスが燃料ガスポンプ２８に送給され、燃料ガスポンプ２８により昇圧された混合燃料ガスが燃料ガス供給流路２０を通して脱硫器２４に送給される。
【００４８】
脱硫器２４においては、脱硫剤によって混合燃料ガス中に含まれた硫黄成分が除去される。脱硫すべき混合燃料ガス中には水素が含まれている（換言すると、改質燃料ガスを含んでいる）ので、脱硫剤は優れた脱硫作用を安定して発揮し、混合燃料ガス中に含まれた硫黄成分を所望の通りに除去することができる。
【００４９】
脱硫器２４にて脱硫された原燃料ガス（混合燃料ガス）は、燃料ガス供給流路２０を通して気化器１８に送給される。この気化器１８には、また、水供給流路２２を通して改質用水が供給され、かかる気化器１８にて気化されて水蒸気となり、発生した水蒸気及び原燃料ガス（混合燃料ガス）が混合されて改質器４に送給される。
【００５０】
改質器４においては、原燃料ガス（混合燃料ガス）が水蒸気により水蒸気改質され、水蒸気改質された原燃料ガスが改質燃料ガス送給流路１６を通してセルスタック６の燃料極１２側に送給され、この改質燃料ガス送給流路１６を流れる改質燃料ガスの一部が戻り流路５６を通して燃料ガス供給流路２０にリサイクルされる。また、このセルスタック６の空気極１４側には、空気供給流路３８を通して空気が送給される。
【００５１】
セルスタック６においては、燃料極１２側を流れる改質燃料ガス及び空気極１４側を流れる空気（空気中の酸素）の酸化及び還元によって発電が行われ、発電により得られた直流の電力は、図示していないが、パワーコンディショナーを通して交流電力に変換されて家庭用の需要端に供給される。
【００５２】
セルスタック６の燃料極１２からの燃料オフガス（燃料ガスを含んでいる）及びその空気極１４側からの空気オフガスはオフガス燃焼域４４に流れ、このオフガス燃焼域４４にて燃料オフガスが空気オフガスにより燃焼され、オフガス燃焼域４４からの燃焼排気ガスが排気ガス排出流路４６を通して大気に排出される。
【００５３】
この発電運転中においては、熱交換器５０において、排気ガス排出流路４６を流れる燃焼排気ガスと空気供給流路３８を流れる空気との間で熱交換が行われ、この熱交換により加熱された空気がセルスタック６の空気極１４側に送給される。
【００５４】
この第１の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムでは、オフガス燃焼域４４からの燃焼排気ガスを排気ガス排出流路４６を通してそのまま排出しているが、この排気ガス排出流路４６に排熱回収用熱交換器（図示せず）するとともに、この排熱回収用熱交換器に関連して貯湯装置を設け、この排熱回収用熱交換器において排気ガス排出流路４６を流れる燃焼排気ガスと貯湯装置からの水との間で熱交換を行い、この熱交換により燃焼排気ガスの排熱を回収して温水として貯湯装置で貯えるようにしてもよい。
【００５５】
また、この第１の実施形態では、セルスタック６の燃料極１２からの燃料オフガス及びその空気極１４からの空気オフガスをセルスタック６の上方のオフガス燃焼域４４にて燃焼させているが、このような構成に代えて、オフガス燃焼部としてオフガス燃焼器（図示せず）を設け、セルスタック６の燃料極１２側からの燃料オフガスを燃料オフガス送給流路（図示せず）を通してオフガス燃焼器に送給するとともに、その空気極１４側からの空気オフガスを空気オフガス送給流路（図示せず）を通してオフガス燃焼器に送給し、このオフガス燃焼器にて燃料オフガスを空気オフガスにより燃焼させるようにしてもよい。
【００５６】
また、この第１の実施形態では、セルスタック６に送給する改質燃料ガスの一部を戻し流路５６を通して燃料ガス供給流路２０に戻しているが、必ずしもこのように構成する必要はなく、戻し流路５６を省略するようにしてもよい。
【００５７】
この固体酸化物形燃料電池システム２においては、燃料ガス供給流路２０を流れる原燃料ガスの燃料流量ハンチングに起因するシステムのエラー停止の頻度を減らすために、更に、次のように構成されている。
【００５８】
図１とともに図２を参照して更に説明すると、セルスタック６に関連して、燃料オフガスの燃焼状態を検知するための温度検知手段６２が設けられている。この第１の実施形態では、温度検知手段６２はオフガス燃焼域４４の温度を検知するための燃焼域温度検知センサ６４（燃焼域温度検知手段を構成する）から構成され、この燃焼域温度検知センサ６４がオフガス燃焼域４４に配設されている。
【００５９】
温度検知手段６２（燃焼域温度検知センサ６４）からの検知信号は、システムを制御するためのコントローラ６６に送給され、このコントローラ６６には、燃料ガス流量センサ３２（燃料ガス流量計測手段）及び空気流量センサ４２（空気流量計測手段）からの検知信号も送給される。
【００６０】
図示のコントローラ６６は、例えば、マイクロプロセッサなどから構成され、作動制御手段６８、燃料利用率設定手段７０、流量差演算手段７２、絶対値移動平均演算手段７４、移動平均比較手段７６、警戒運転信号生成手段７８及びエラー停止信号生成手段８０を含んでいる。作動制御手段６８は、燃料ガスポンプ２８、空気ブロア４０及び水ポンプ３６を作動制御し、例えば燃料ガス流量センサ３２の計測流量を用いて燃料ガスポンプ２８を後述する如く作動制御する。
【００６１】
また、燃料利用率設定手段７０は、セルスタック６で消費される原燃料ガスの燃料利用率を設定する。この燃料利用率は、セルスタック６に供給される原燃料ガスのうちセルスタック６で発電に寄与する割合（即ち、燃料極１２で消費される割合）であって、セルスタック６の発電電流と燃料流量とで決まる値である。
【００６２】
更に、流量差演算手段７２は、この燃料利用率に基づき設定される燃料流量指令値と燃料ガス流量センサ３２の計測流量値との流量差を演算し、絶対値移動平均演算手段７４は、この流量差の絶対値移動平均、例えば２〜１０秒間（例えば、５秒間）の移動平均を演算する。燃料ガス供給流路２０を通して流れる燃料ガスに燃料流量ハンチングが生じると、この燃料流量指令値と燃料ガス流量センサ３２の計測流量値との流量差が大きくなり、これにより、この流量差の絶対値移動平均も大きくなり、この流量差の絶対値移動平均を用いて燃料流量ハンチングの発生状態を検知している。
【００６３】
また、移動平均比較手段７６は、絶対値移動平均演算手段７４により演算された流量差の絶対値移動平均値Ｓと警戒判定値Ｋ及びエラー判定値Ｅとを比較する。エラー判定値Ｅとは、燃料流量ハンチングが発生して燃料ガス流量センサ３２により燃料流量を計測することができないと判断する値であり、また警戒判定値Ｋとは、燃料流量ハンチングが少し発生して燃料ガス流量センサ３２により燃料流量を計測することができるが正確に計測することができないと判断する値であり、例えばエラー判定値Ｅの３０〜６０％程度の値に設定される。
【００６４】
この実施形態では、流量差の絶対値移動平均値Ｓがエラー判定値Ｅを超える（Ｅ＜Ｓ）と、燃料流量ハンチングが大きく発生し、原燃料ガスの供給流量を制御することができないとしてエラー停止信号生成手段８０がエラー停止信号を生成する。また、この流量差の絶対値移動平均値Ｓがエラー判定値Ｅ以下で且つ警戒判定値Ｋを超えている（Ｋ＜Ｓ≦Ｅ）と、燃料流量ハンチングが少し発生し、燃料流量ハンチングが大きくなるおそれがあるかを監視する必要があるとして警戒運転信号生成手段７８が警戒運転信号を生成する。
【００６５】
このコントローラ６６は、更に、温度比較手段８２、部分失火判定手段８４、失火判定手段８６、燃料ガス増量補正設定手段８８、計時手段９０及びメモリ手段９２を含んでいる。温度比較手段８２は、燃焼域温度検知センサ６４（温度検知手段６２）により計測された検知温度値Ｔと部分失火判定温度値ＴＢ及び失火判定温度値ＴＳとを比較する。部分失火判定温度値ＴＢとは、オフガス燃焼域４４における燃料オフガスの燃焼状態が部分的に失火していると判定する温度値であって、燃料オフガスの通常の燃焼状態のときの燃焼温度が例えば７５０℃前後であるときには、この部分失火判定温度値ＴＢは例えば６７０℃前後に設定される。また、失火判定温度値ＴＳとは、この燃料オフガスの燃焼状態が失火していると判定する温度値であって、この失火判定温度ＴＳは部分失火判定温度値ＴＢよりも２０〜３０℃程度低い例えば６５０℃前後に設定される。
【００６６】
更に、部分失火判定手段８４は、燃焼域温度検知センサ６２の検知温度値Ｔが部分失火判定温度値ＴＢよりも低く且つ失火判定温度値ＴＳ以上であるときに部分失火の判定を行い、また失火判定手段８６は、この検知温度値Ｔが失火判定温度値ＴＳよりも低くなると失火の判定を行う。
【００６７】
更にまた、計時手段９０は時間を計時し、例えば流量差の絶対値移動平均を演算する際の移動平均時間（例えば、５秒間）などを計時する。また、メモリ手段９２には、種々の判定基準値、例えば警戒判定値Ｋ、エラー判定値Ｅ、部分失火判定温度値ＴＢ及び失火判定温度値ＴＳなどが登録される。
【００６８】
次に、主として図２及び図３を参照して、上述した固体酸化物形燃料電池システム２の稼働運転について説明する。固定酸化物形燃料電池システム２の稼働運転においては、コントローラ６６の燃料利用率設定手段７０により燃料利用率が設定され（ステップＳ１）、設定された燃料利用率となるようにセルスタック６の発電運転が行われる（ステップＳ２）。即ち、設定された燃料利用率で発電運転が行われるように、作動制御手段６８は、燃料ガスポンプ２８を作動させて原燃料ガスの供給流量を制御し、空気ブロア４０を作動させて空気の供給流量を制御し、また水ポンプ３６を作動させて改質用水の供給流量を制御する。
【００６９】
この稼働運転中においては、燃料ガス流量センサ３２（燃料ガス流量計測手段）が燃料ガス供給流路２０を通して供給される原燃料ガスの供給流量が計測され（ステップＳ３）、この燃料ガス流量センサ３２からの計測信号がコントローラ６６に送給される。このように計測信号が送られると、流量差演算手段７２は、燃料流量指令値と燃料ガス流量センサ３２の計測流量値との流量差を演算し（ステップＳ４）、絶対値移動平均演算手段７４は、例えば５秒間にわたる流量差の絶対値移動平均値Ｓを演算する（ステップＳ５）。
【００７０】
このようにして流量差の絶対値移動平均値Ｓが演算されると、移動平均比較手段７６は、この流量差の絶対値移動平均値Ｓと警戒判定値Ｋとを比較する（ステップＳ６）。そして、この流量差の絶対値移動平均値Ｓが警戒判定値Ｋ以下である（Ｓ≦Ｋ）場合、原燃料ガスの供給流量が正確に計測されていて燃料流量ハンチングが発生していないとしてステップＳ７からステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３からステップＳ７が繰返し遂行される。
【００７１】
また、この流量差の絶対値移動平均値Ｓが警戒判定値Ｋを超えている（Ｋ＜Ｓ）場合、ステップＳ７からステップＳ８に進み、移動平均比較手段７６は、次に流量差の絶対値移動平均値Ｓとエラー判定値Ｅとを比較する。そして、この流量差の絶対値移動平均値Ｓがエラー判定値Ｅをも超えている（Ｅ＜Ｓ）と、燃料流量ハンチングが大きく発生していて原燃料ガスの供給流量を計測することができないとしてステップＳ９からステップＳ１０に進む。このときには、移動平均比較手段７２の比較結果に基づいてエラー判定が行われ、エラー停止信号生成手段８０はエラー判定に基づきエラー停止信号を生成し、このエラー停止信号に基づいて固体酸化物形燃料電池システム２のエラー停止処理が所要の通りに行われる。
【００７２】
一方、この流量差の移動平均値Ｓがエラー判定値Ｅ以下である（Ｓ≦Ｅ）（即ち、流量差の移動平均値Ｓが警戒判定値Ｋを超え且つエラー判定値Ｅ以下である）と、ステップＳ９からステップＳ１２に移る。このときには、燃料流量ハンチングが少し発生していて大きくなるかを監視する必要があるために、この比較結果に基づいて警戒判定が行われ、警戒運転信号生成手段７８は警戒判定に基づき警戒運転信号を生成し、この警戒運転信号に基づいて固体酸化物形燃料電池システム２の警戒運転が行われ、この警戒運転においては、燃料流量ハンチングによりオフガス燃焼域４４において燃料オフガスの失火が発生していないかを見ながら燃料流量のハンチング状態を監視するようになる。
【００７３】
警戒運転が行われると、燃焼域温度検知センサ６４（温度検知手段６２）は、オフガス燃焼域４４の温度を検知し（ステップＳ１３）、その検知信号がコントローラ６６に送給される。このようにして検知信号が送給されると、温度比較手段８２は、燃焼域温度検知センサ６２の検知温度値Ｔと部分失火判定温度値ＴＢとを比較する（ステップＳ１４）。
【００７４】
そして、この検知温度値Ｔが部分失火判定温度値ＴＢ以上である（ＴＢ≦Ｔ）場合、オフガス燃焼域４４が所望の温度状態に保たれている、即ちオフガス燃焼域４４においてセルスタック６の燃料極１２側からの燃料オフガスがその空気極１４側からの空気オフガスにより適切に燃焼しているということであり、この場合、ステップＳ１５からステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜ステップＳ９及びステップＳ１２〜ステップＳ１５が繰返し遂行され、この警戒運転が継続して行われる。
【００７５】
この警戒運転中に、流量差の絶対値移動平均値Ｓが警告判定値Ｋ以下になる（Ｓ≦Ｋ）と、燃料流量ハンチングが収まったとしてステップＳ７からステップＳ３に戻り、システムの警戒運転が終了する。
【００７６】
また、この警戒運転中に燃焼域温度検知センサ６４の検知温度値Ｔが部分失火判定温度値ＴＢ（例えば、６７０℃）より低くなる（Ｔ＜ＴＢ）と、ステップＳ１５からステップＳ１６に進み、温度比較手段８２は、次に燃焼域温度検知センサ６４の検知温度値Ｔと失火判定温度値ＴＳとを比較する。そして、この検知温度値Ｔが失火判定温度値ＴＳよりも低下している（Ｔ＜ＴＳ）と、オフガス燃焼域４４の燃焼温度が大きく低下して燃料オフガスが失火状態であるとしてステップＳ１７からステップＳ１８に進む。このときには、温度比較手段８２の比較結果に基づいて失火判定手段８６が失火判定を行い、この失火判定に基づいて固体酸化物形燃料電池システム２の失火停止処理が所要の通りに行われる（ステップＳ１９）。
【００７７】
一方、燃焼域温度検知センサ６４の検知温度値Ｔが失火判定温度値ＴＳ以上である（ＴＳ≦Ｔ）（即ち、この検知温度値Ｔが部分失火温度値ＴＢより低く且つ失火判定温度値ＴＳ以上である）と、オフガス燃焼域４４の燃焼温度が低下して燃料オフガスが部分失火状態であるとしてステップＳ１７からステップＳ２０に移る。このときには、部分失火判定手段８４がこの判定結果に基づいて部分失火判定を行い、この部分失火状態を解消して安定した燃焼状態に戻るように燃料ガスの増量補正が行われる（ステップＳ２１）。
【００７８】
即ち、燃料ガス増量補正設定手段８８は、原料ガスの供給流量の増量補正を行い（この増量補正は、例えば燃料利用率設定手段により設定される燃料利用率を下げることによって行うようにしてもよい）、これにより、セルスタック６の燃料極１２側を通過してオフガス燃焼域４４に流れる燃料ガスの量が増え、燃料オフガスの燃焼が安定した状態に戻り、その後ステップＳ１３に戻る。
【００７９】
このように警戒運転中に部分失火が発生したときに燃料ガスの供給流量を増大することにより、この燃料流量ハンチングによる部分失火乃至失火を抑えることができ（換言すると、燃料不足による悪影響を抑えることができ）、これにより、従来に比してエラー判定の設定値を大きくすることができ、その結果、燃料流量ハンチングに起因するシステムのエラー停止の頻度を少なくすることが可能となる。
【００８０】
次に、図４及び図５を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態では、温度検知手段は、オフガス燃焼域の燃焼温度を検知する燃焼域温度検知センサに加えて、排出燃焼部の温度を検知する排出燃焼部温度検知センサ及びセルスタックの温度を検知するセルスタック温度検知センサを含んでおり、これら燃焼域温度検知センサ、排出燃焼部温度検知センサ及びセルスタック温度検知センサの検知温度に基づいて燃焼オフガスの部分失火状態及び失火状態を検知するように構成されている。尚、この第２の実施形態において、上述した第１の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
図４において、この第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムでは、温度検知手段６２Ａとして燃焼域温度検知センサ６４、排出燃焼部温度検知センサ１０２及びセルスタック温度検知センサ１０４が用いられる。
【００８２】
燃焼域温度検知センサ６４は、上述した同様にオフガス燃焼域４４（図１参照）に配設され、このオフガス燃焼域４４における燃焼温度を検知する。オフガス燃焼域４４の燃焼状態が不安定になって部分失火状態になるとオフガス燃焼域４４の燃焼温度が低下し、この燃焼状態が更に不安定になって失火状態になるとその燃焼温度が更に低下する。このようなことから、この燃焼域温度検知センサ６４に関連して、部分失火判定の基準となる第１部分失火判定温度値ＴＢ１（例えば、６７０℃前後）及び失火判定の基準となる第１失火判定温度値ＴＳ１（例えば、６５０℃前後）が設定される。
【００８３】
排出燃焼部温度検知センサ１０２は、排出燃焼部４８（図１参照）の燃焼触媒（図示せず）付近に配設され、この排出燃焼部４８における燃焼温度を検知する。オフガス燃焼域４４の燃焼状態が不安定になって部分失火状態になると、燃料オフガスがオフガス燃焼域４４で完全に燃焼されずにこの排出燃焼部４８まで流れて燃焼されるようになり、この排出燃焼部４８における燃焼温度が上昇し、この燃焼状態が更に不安定になって失火状態になると、排出燃焼部４８まで流れる燃料オフガスが多くなってその燃焼温度が更に上昇する。このようなことから、この排出燃焼部温度検知センサ１０２に関連して、部分失火判定の基準となる第２部分失火判定温度値ＴＢ２（例えば、２１０℃前後）及び失火判定の基準となる第２失火判定温度値ＴＳ２（例えば、２８０℃前後）が設定される。
【００８４】
また、セルスタック温度検知センサ１０４は、セルスタック６（図１参照）付近に配設され、このセルスタック６の作動温度を検知する。オフガス燃焼域４４の燃焼状態が不安定になって部分失火状態になると、オフガス燃焼域４４での燃焼温度が低下しセルスタック６を高温状態に保持することができなくなり、これにより、セルスタック６の作動温度が低下し、この燃焼状態が更に不安定になって失火状態になると、オフガス燃焼域４４の燃焼温度が更に低下し、これにより、セルスタック６の作動温度が更に低下する。このようなことから、このセルスタック温度検知センサ１０４に関連して、部分失火判定の基準となる第３部分失火判定温度値ＴＢ３（例えば、６４０℃前後）及び失火判定の基準となる第３火判定温度値ＴＳ３例えば、６３０℃前後）が設定される。尚、これら第１〜第３部分失火判定温度値ＴＢ１，ＴＢ２，ＴＢ３及び第１〜第３失火判定温度値ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３は、メモリ手段９２Ａに登録される。
【００８５】
この第２の実施形態では、上述した構成に関連して、温度比較手段８２は、燃焼域温度検知センサ６４の検知温度Ｔ１については第１部分失火判定温度値ＴＢ１及び第１失火判定温度値ＴＳ１との比較をし、排出燃焼部温度検知センサ１０２の検知温度Ｔ２については第２部分失火判定温度値ＴＳ２及び第２失火判定温度値ＴＳ２との比較をし、またセルスタック温度検知センサ１０４の検知温度Ｔ３については第３部分失火判定温度値ＴＢ３及び第３失火判定温度値ＴＳ３との比較をする。この第２の実施形態のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
【００８６】
次いで、図４とともに図５を参照して、この第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの稼働運転について説明する。第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの稼働運転においては、警戒運転においてのみ第１の実施形態と相違し、燃料流量指令値と燃料ガス流量センサ３２の計測流量値との流量差を演算し、この流量差の絶対値移動平均値Ｓを演算し、演算した流量差の絶対値移動平均値Ｓと警戒判定値Ｋ及びエラー判定値Ｅとを比較し、流量差の絶対値移動平均値Ｓが警戒判定値Ｋを超え且つエラー判定値以下である（Ｋ＜Ｓ≦Ｅ）と警戒運転を行い、この流量差の絶対値移動平均値Ｓがエラー判定値Ｅを超えるとエラー停止処理を行うように制御する。以下、第１の実施形態と相違するこの警戒運転について説明する。
【００８７】
この警戒運転においては、燃料流量ハンチングが少し発生していて大きくなるかを監視する必要があるための運転が行われ、温度検知手段６２Ａが所定部分の温度を検知する（ステップＳ３１）。即ち、燃焼域温度検知センサ６４はオフガス燃焼域４４（図１）の温度を検知し、排出燃焼部温度検知センサ１０２は排出燃焼部４８（図１）の温度を検知し、セルスタック温度検知センサ１０４はセルスタック６（図１）の温度を検知し、これら燃焼域温度検知センサ６４、排出燃焼部温度検知センサ１０２及びセルスタック温度検知センサ１０４の検知信号がコントローラ６６Ａに送給される。
【００８８】
これら検知信号が送給されると、温度比較手段８２は、燃焼域温度検知センサ６２の検知温度値Ｔ１と第１部分失火判定温度値ＴＢ１とを比較し、またセルスタック温度検知センサ１０４の検知温度値Ｔ３と第３部分失火判定温度値ＴＢ３とを比較する（ステップＳ３２）。そして、燃焼域温度検知センサ６２の検知温度値Ｔ１が第１部分失火判定温度値ＴＢ１よりも低い（Ｔ１＜ＴＢ１）、又はセルスタック温度検知センサ１０４の検知温度値Ｔ３が第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低い（Ｔ３＜ＴＢ３）と、ステップＳ３３からステップＳ３４に進み、次に、温度比較手段８２は、燃焼域温度検知センサ６２の検知温度値Ｔ１と第１失火判定温度値ＴＳ１とを比較し、またセルスタック温度検知センサ１０４の検知温度値Ｔ３と第３失火判定温度値ＴＢＳとを比較する。
【００８９】
燃焼域温度検知センサ６２の検知温度値Ｔ１が第１失火判定温度値ＴＳ１よりも低い（Ｔ１＜ＴＳ１）、又はセルスタック温度検知センサ１０４の検知温度値Ｔ３が第３失火判定温度値ＴＳ３よりも低い（Ｔ３＜ＴＳ３）と、オフガス燃焼域４４での燃焼が失火状態であるとしてステップＳ３５からステップＳ３６に進む。このときには、失火判定手段８６は、温度比較手段８２の比較結果に基づき失火判定を行い、この失火判定に基づいてシステムの失火停止処理が所要の通りに行われる（ステップＳ３７）。
【００９０】
一方、燃焼域温度検知センサ６４の検知温度値Ｔ１が第１失火判定温度値ＴＳ１以上であり（ＴＳ１≦Ｔ１）（即ち、この検知温度値Ｔ１が第１部分失火温度値ＴＢ１よりも低く且つ第１失火判定温度値ＴＳ１以上である）、且つセルスタック温度検知センサ１０４の検知温度値Ｔ３が第３失火判定温度値ＴＳ３以上である（ＴＳ３≦Ｔ３）（即ち、この検知温度値Ｔ３が第３部分失火温度値ＴＢ３よりも低く且つ第３失火判定温度値ＴＳ３以上である）と、オフガス燃焼域４４の燃焼温度が低下して燃料オフガスが部分失火状態であるとしてステップＳ３５からステップＳ３８に移る。このときには、部分失火判定手段８４は、この判定結果に基づいて部分失火判定を行い、この部分失火状態を解消して安定した燃焼状態に戻るように燃料ガスの増量補正が行われる（ステップＳ３９）。
【００９１】
また、ステップＳ３３において燃焼域温度検知センサ６２の検知温度値Ｔ１が第１部分失火判定温度値ＴＢ１以上（ＴＢ１≦Ｔ）で、且つセルスタック温度検知センサ１０４の検知温度値Ｔ３が第３部分失火判定温度値ＴＢ３以上である（ＴＢ３≦Ｔ３）と、ステップＳ３３からステップＳ４０に移り、温度比較手段８２は、排出燃焼部温度検知センサ１０２の検知温度値Ｔ２と第２部分失火判定温度値ＴＢ２とを比較する。そして、排出燃焼部温度検知センサ１０２の検知温度値Ｔ２が第２部分失火判定温度値ＴＢ２以下である（Ｔ２≦ＴＢ２）と、オフガス燃焼域４４での燃焼が安定しているとしてステップＳ４１を経て燃料流量ハンチングの発生状態の確認の流れに戻る（即ち、図３のフローチャートにおけるステップＳ３に戻る）。
【００９２】
また、排出燃焼部温度検知センサ１０２の検知温度値Ｔ２が第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超えている（ＴＢ２＜Ｔ２）と、ステップＳ４０からステップＳ４１を経てステップＳ４２に進み、次に、温度比較手段８２は、排出燃焼部温度検知センサ１０２の検知温度値Ｔ２と第２失火判定温度値ＴＳ２とを比較する。そして、排出燃焼部温度検知センサ１０２の検知温度値Ｔ２が第２失火判定温度値ＴＳ２よりも高い（ＴＳ２＜Ｔ２）と、オフガス燃焼域４４での燃焼が失火状態であるとしてステップＳ４３からステップＳ３６に移って失火判定が行われ、固体酸化物形燃料電池システム２の失火停止処理が行われる（ステップＳ３７）。
【００９３】
一方、排出燃焼部温度検知センサ１０４の検知温度値Ｔ２が第２失火判定温度値ＴＳ２以下であり（Ｔ２≦ＴＳ２）（即ち、この検知温度値Ｔ２が第２部分失火温度値ＴＢ２よりも高く且つ第２失火判定温度値ＴＳ２以下である）と、オフガス燃焼域４４の燃料オフガスが部分失火状態であるとしてステップＳ４３からステップＳ３８に移って部分失火判定が行われ、上述したようにして燃料ガスの増量補正が行われる（ステップＳ３９）。
【００９４】
以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００９５】
例えば、上述した第２の実施形態では、部分失火判定手段８４は、燃焼域温度検知センサ６２（燃焼域温度検知手段）の検知温度値Ｔ１が第１部分失火判定温度値ＴＢ１より低いか、排出燃焼部温度検知センサ１０２（排出燃焼部温度検知手段）の検知温度値Ｔ２が第２部分失火判定温度値ＴＢ２を超えるか、またセルスタック温度検知センサ１０４（セルスタック温度検知手段）の検知温度値Ｔ３が第３部分失火判定温度値ＴＢ３よりも低いかの３つの条件の一つを満たすと、オフガス燃焼域４４の燃焼が部分失火状態であると判定しているが、これら３つの条件のうち任意の二つの条件を満たしたときに部分失火状態と判定するようにしてもよく、或いはこれら三つの条件の全てを満たしたときに部分失火状態と判定するようにしてもよい。
【００９６】
また、例えば、この第２の実施形態では、失火判定手段８４は、燃焼域温度検知センサ６２（燃焼域温度検知手段）の検知温度値Ｔ１が第１失火判定温度値ＴＳ１より低いか、排出燃焼部温度検知センサ１０２（排出燃焼部温度検知手段）の検知温度値Ｔ２が第２失火判定温度値ＴＳ２を超えるか、またセルスタック温度検知センサ１０４（セルスタック温度検知手段）の検知温度値Ｔ３が第３失火判定温度値ＴＢ３よりも低いかの３つの条件の一つを満たすと、オフガス燃焼域４４の燃焼が失火状態であると判定しているが、これら３つの条件のうちの任意の二つの条件を満たしたときに失火状態と判定するようにしてもよく、或いはこれら三つの条件の全てを満たしたときに失火状態と判定するようにしてもよい。
【００９７】
更に、第１の実施形態では燃焼域温度検知センサ６４（燃焼域温度検知手段）を用い、第２の実施形態では燃焼域温度検知センサ６４（燃焼域温度検知手段）、排出燃焼部温度検知センサ１０２（排出燃焼部温度検知手段）及びセルスタック温度検知センサ１０４（セルスタック温度検知手段）を用いて、オフガス燃焼部４４における燃焼の部分失火状態及び失火状態を検知しているが、この部分失火状態及び失火状態の検知は、燃焼域温度検知センサ６４、排出燃焼部温度検知センサ１０２及びセルスタック温度検知センサ１０４のうちの任意の一つの検知センサ又は任意の二つの検知センサを用いることにより行うことができる。
【符号の説明】
【００９８】
２  固体酸化物形燃料電池システム
４  改質器
６  セルスタック
８  燃料電池セル
１２  燃料極
１４  空気極
１８  気化器
２０  燃料ガス供給流路
２８  燃料ガスポンプ（燃料ガス供給手段）
３２  燃料ガス流量センサ（燃料ガス流量計測手段）
３６  水ポンプ
４０  空気ブロア
４４  オフガス燃焼域
４８  排出燃焼部
６２  温度検知手段
６４  燃焼域温度検知センサ（燃焼域温度検知手段）
６６，６６Ａ  コントローラ
７２  流量差演算手段
７４  絶対値移動平均演算手段
７６  移動平均比較手段
７８  警戒運転信号生成手段
８０  エラー停止信号生成手段
８２  温度比較手段
８４  部分失火判定手段
８６  失火判定手段
８８  燃料ガス増量補正設定手段
１０２  排出燃焼部温度検知センサ（排出燃焼部温度検知手段）
１０４  セルスタック温度検知センサ（セルスタック温度検知手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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