(57)【要約】【課題】起動および停止時において改質器の加熱不足を防止することが容易な間接内部改質型ＳＯＦＣシステムおよびその運転方法を提供する。【解決手段】炭化水素系燃料から改質ガスを製造する改質触媒層を備える改質器と、改質器で得られる改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、を有し、改質器が固体酸化物形燃料電池から受熱可能な位置に配された、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムであって、改質触媒層を加熱する電気ヒーターであってそれぞれ独立して通電可能な複数の抵抗体を含む電気ヒーターと、改質触媒層の相異なる複数個所の温度をそれぞれ検知する複数の温度検知手段と、温度検知手段で検知された温度に基づいて複数の抵抗体のうちの任意の個所および数の抵抗体に選択的に通電することができるヒーター制御手段と、を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム。【選択図】図１
2010225285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
該改質器で得られる改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、を有し、
該改質器が該固体酸化物形燃料電池から受熱可能な位置に配された、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムであって、
該改質触媒層を加熱する電気ヒーターであって、それぞれ独立して通電可能な複数の抵抗体を含む電気ヒーターと、
改質触媒層の相異なる複数個所の温度をそれぞれ検知する複数の温度検知手段と、
該温度検知手段で検知された温度に基づいて、該複数の抵抗体のうちの任意の個所および数の抵抗体に選択的に通電することができるヒーター制御手段と、
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記ヒーター制御手段が、前記複数の抵抗体のそれぞれへの通電量を可変制御可能な
請求項１に記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記固体酸化物形燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃焼させるための燃焼領域と、
前記改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体と、を有し、
該改質器が該燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された、
請求項１または２記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムを起動もしくは停止する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
前記ヒーター制御手段を用いて、前記温度検知手段によって検知した温度に基づいて、前記複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、前記改質触媒層の熱不足を補う熱アシスト工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項５】
請求項３に記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムを起動する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
前記改質触媒層が、炭化水素系燃料を自己熱改質可能であり、
前記ヒーター制御手段を用いて、前記温度検知手段によって検知した温度に基づいて、前記複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、前記改質触媒層の熱不足を補う熱アシスト工程を有し、かつ、
ａ）該改質触媒層の温度が炭化水素系燃料の自己熱改質反応開始温度以上になったら、前記改質器で炭化水素系燃料を自己熱改質し、得られた改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に導入し、アノードオフガスを前記燃焼領域で燃焼させる工程を有し、
工程ａにおいて前記熱アシスト工程を行なう
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項６】
前記改質触媒層が炭化水素系燃料を部分酸化改質可能であり、
前記工程ａより前に、
ｂ）該改質触媒層の温度が炭化水素系燃料の部分酸化改質反応開始温度以上になったら、前記改質器で炭化水素系燃料を部分酸化改質し、得られた改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に導入し、アノードオフガスを前記燃焼領域で燃焼させる工程
を有し、
工程ｂにおいて前記熱アシスト工程を行なう
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記改質触媒層が前記炭化水素系燃料を水蒸気改質可能であり、
前記工程ａより後に、
ｃ）該改質触媒層の温度が炭化水素系燃料の水蒸気改質反応開始温度以上になったら、前記改質器で炭化水素系燃料を水蒸気改質し、得られた改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に導入し、アノードオフガスを前記燃焼領域で燃焼させる工程
を有し、
工程ｃにおいて前記熱アシスト工程を行なう請求項６記載の方法。
【請求項８】
請求項３に記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムを停止させる間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
前記ヒーター制御手段を用いて、前記温度検知手段によって検知した温度に基づいて、前記複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、前記改質触媒層の熱不足を補う熱アシスト工程を有し、かつ、
ｉ）前記固体酸化物型燃料電池の発電を停止させ、かつ、前記改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を減らして相対的に小流量の炭化水素系燃料を改質器に供給し、もって該固体酸化物型燃料電池に供給する改質ガス量を減らして前記燃焼領域でのアノードオフガスの燃焼量を減らし、該固体酸化物形燃料電池を降温する工程、および、
ｉｉ）該固体酸化物型燃料電池が改質ガスを必要としない温度まで降温した後、該改質器に供給する炭化水素系燃料の供給を停止する工程
をこの順に有し、
工程ｉにおいて前記熱アシスト工程を行なう
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質器を燃料電池近傍に有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池を備える、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌｓ。以下、場合によりＳＯＦＣという。）には、通常、改質器において灯油や都市ガスなどの炭化水素系燃料（改質原料）を改質して発生させた水素含有ガス（改質ガス）が供給される。ＳＯＦＣでは、この改質ガスと空気を電気化学的に反応させて発電を行う。ＳＯＦＣは通常５５０℃〜１０００℃程度の高温で作動させる。
【０００３】
改質には、水蒸気改質、部分酸化改質など種々の反応が利用される。いずれも、ある一定以上の温度を必要とする。そのため、ＳＯＦＣの近傍（ＳＯＦＣからの熱輻射を受ける位置）に改質器を設置し、ＳＯＦＣからの輻射熱によって改質器を加熱する間接内部改質型ＳＯＦＣが開発されている（特許文献１参照）。また、間接内部改質型ＳＯＦＣにおいて、可燃分を含有するアノードオフガス（ＳＯＦＣのアノードから排出されるガス）を間接内部改質型ＳＯＦＣの筐体（モジュール容器）内で燃焼させ、この燃焼熱を熱源として改質器を加熱することが行われている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５８９９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、間接内部改質型ＳＯＦＣでは、ＳＯＦＣを熱源として改質器を加熱する。
【０００６】
しかし、間接内部改質型ＳＯＦＣの起動時においては、ＳＯＦＣの熱が期待できないため、ＳＯＦＣ以外の手段により改質触媒が活性を発現する温度まで触媒を昇温することが求められる。改質器を昇温するために、部分酸化改質反応あるいは自己熱改質反応といった発熱を伴う改質反応を改質器にて行い、改質ガスをＳＯＦＣに供給し、アノードオフガスを燃焼することが考えられる。しかしながら、部分酸化改質反応や自己熱改質反応で生成した改質ガスは、窒素、二酸化炭素、水蒸気といった熱容量が大きい非燃焼成分を含む。このため、改質ガスを燃焼領域で燃焼させても所望の温度が得られない、あるいは燃焼領域で燃焼を維持できない場合がある。
【０００７】
さらに、間接内部改質型ＳＯＦＣの停止時には、ＳＯＦＣの酸化劣化を抑制するため、ＳＯＦＣが所定温度になるまで還元ガス（水素を含む改質ガス）をＳＯＦＣに供給しつつ、ＳＯＦＣの温度を下げることが望まれる。このとき、未改質の燃料を含まない改質ガスを発生させるために、改質器への所定量の熱供給を維持することが望まれる。一方、ＳＯＦＣを効果的に冷却するためには、比較的高温となる改質ガスの供給量を減少させることが望まれる。つまり、改質ガスの量を絞りつつも確実に改質することが望まれ、このような際に改質器の加熱を良好に行えなくなるおそれがある。
このように、間接内部改質型ＳＯＦＣの起動時および停止時のような過度的な状態においては、改質器の加熱が不足し、その結果、改質器の昇温が良好に行えなくなったり確実な改質が行えなくなったりする場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、起動および停止時において、改質器の加熱不足を防止することが容易な間接内部改質型ＳＯＦＣシステムおよびその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明により、次の間接内部改質型ＳＯＦＣシステムおよびその運転方法が提供される。
【００１０】
１）炭化水素系燃料から改質ガスを製造する、改質触媒層を備える改質器と、
該改質器で得られる改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、を有し、
該改質器が該固体酸化物形燃料電池から受熱可能な位置に配された、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムであって、
該改質触媒層を加熱する電気ヒーターであって、それぞれ独立して通電可能な複数の抵抗体を含む電気ヒーターと、
改質触媒層の相異なる複数個所の温度をそれぞれ検知する複数の温度検知手段と、
該温度検知手段で検知された温度に基づいて、該複数の抵抗体のうちの任意の個所および数の抵抗体に選択的に通電することができるヒーター制御手段と、
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム。
【００１１】
２）前記ヒーター制御手段が、前記複数の抵抗体のそれぞれへの通電量を可変制御可能な
１）に記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム。
【００１２】
３）前記固体酸化物形燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃焼させるための燃焼領域と、
前記改質器、固体酸化物形燃料電池および燃焼領域を収容する筐体と、を有し、
該改質器が該燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配された、
１）または２）記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システム。
【００１３】
４）上記１）から３）の何れかに記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムを起動もしくは停止する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
前記ヒーター制御手段を用いて、前記温度検知手段によって検知した温度に基づいて、前記複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、前記改質触媒層の熱不足を補う熱アシスト工程
を有する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【００１４】
５）上記３）に記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムを起動する間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
前記改質触媒層が、炭化水素系燃料を自己熱改質可能であり、
前記ヒーター制御手段を用いて、前記温度検知手段によって検知した温度に基づいて、前記複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、前記改質触媒層の熱不足を補う熱アシスト工程を有し、かつ、
ａ）該改質触媒層の温度が炭化水素系燃料の自己熱改質反応開始温度以上になったら、前記改質器で炭化水素系燃料を自己熱改質し、得られた改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に導入し、アノードオフガスを前記燃焼領域で燃焼させる工程を有し、
工程ａにおいて前記熱アシスト工程を行なう
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【００１５】
６）前記改質触媒層が炭化水素系燃料を部分酸化改質可能であり、
前記工程ａより前に、
ｂ）該改質触媒層の温度が炭化水素系燃料の部分酸化改質反応開始温度以上になったら、前記改質器で炭化水素系燃料を部分酸化改質し、得られた改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に導入し、アノードオフガスを前記燃焼領域で燃焼させる工程
を有し、
工程ｂにおいて前記熱アシスト工程を行なう
５）記載の方法。
【００１６】
７）前記改質触媒層が前記炭化水素系燃料を水蒸気改質可能であり、
前記工程ａより後に、
ｃ）該改質触媒層の温度が炭化水素系燃料の水蒸気改質反応開始温度以上になったら、前記改質器で炭化水素系燃料を水蒸気改質し、得られた改質ガスを前記固体酸化物形燃料電池に導入し、アノードオフガスを前記燃焼領域で燃焼させる工程
を有し、
工程ｃにおいて前記熱アシスト工程を行なう６）記載の方法。
【００１７】
８）上記３）に記載の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムを停止させる間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法であって、
前記ヒーター制御手段を用いて、前記温度検知手段によって検知した温度に基づいて、前記複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、前記改質触媒層の熱不足を補う熱アシスト工程を有し、かつ、
ｉ）前記固体酸化物型燃料電池の発電を停止させ、かつ、前記改質器に供給する炭化水素系燃料の流量を減らして相対的に小流量の炭化水素系燃料を改質器に供給し、もって該固体酸化物型燃料電池に供給する改質ガス量を減らして前記燃焼領域でのアノードオフガスの燃焼量を減らし、該固体酸化物形燃料電池を降温する工程、および、
ｉｉ）該固体酸化物型燃料電池が改質ガスを必要としない温度まで降温した後、該改質器に供給する炭化水素系燃料の供給を停止する工程
をこの順に有し、
工程ｉにおいて前記熱アシスト工程を行なう
間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、起動および停止時において、改質器の加熱不足を防止することが容易な間接内部改質型ＳＯＦＣシステムおよびその運転方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの一形態につき、その概要を示す模式図である。
【図２】図１に示したシステムの改質器部分を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００２１】
〔間接内部改質型ＳＯＦＣ〕
図１に、本発明の間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの一形態を模式的に示す。また図２にそのシステムの改質器部分を模式的に示す。
【００２２】
間接内部改質型ＳＯＦＣは、炭化水素系燃料から改質ガスを製造する改質器２を有する。改質器２は、改質触媒層３をその内部に備える。また、間接内部改質型ＳＯＦＣは、改質器２で得られる改質ガスを用いて発電するＳＯＦＣ１を有し、そしてＳＯＦＣ１から排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼領域９を有する。改質器２はＳＯＦＣから受熱可能な位置に配される。また、間接内部改質型ＳＯＦＣは、改質器、ＳＯＦＣおよび燃焼領域を収容する筐体１０を有する。そして、改質器が、燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配される。
【００２３】
炭化水素系燃料が改質器２に供給される。このとき、必要に応じて酸素含有ガス（空気など）や水蒸気も改質器に供給される。改質器２から得られる改質ガスが、ＳＯＦＣ１のアノードに供給される。アノードから排出されるアノードオフガスは、燃焼領域で燃焼可能である。
【００２４】
改質器２には、改質触媒層３を加熱する電気ヒーター４が搭載される。電気ヒーター４は複数の抵抗体を含む。図においては、９個の抵抗体４−１〜４−９が設けられる（抵抗体４−３〜４−８については、符号の図示を省略する）。複数の抵抗体は、それぞれ独立して通電可能とされる。
【００２５】
電気ヒーター４は、これら複数の抵抗体のうちの、任意の箇所かつ任意の数の抵抗体に、選択的に通電する（負荷をかける）ことが出来る機構を有する。この機構は、適宜の配線によって形成することができる。例えば、図示のように各抵抗体にそれぞれ独立に接続した配線によってこの機構を形成することができる。このような配線および抵抗体に対して通電をオンオフするスイッチングが可能なヒーター制御手段、あるいは、このような配線および抵抗体に対する通電量を制御できるヒーター制御手段を用いることができる（ヒーター制御手段については後述する）。
【００２６】
抵抗体としては、例えば抵抗線を用いることができる。
【００２７】
改質器２には、改質触媒層の相異なる複数個所の温度をそれぞれ検知する複数の温度検知手段（改質触媒層温度検知手段）５が設けられる。図においては、９個の温度検知手段５−１〜５−９が設けられる（温度検知手段５−３〜５−８については符号の図示を省略する）。
【００２８】
温度検知手段としては、改質触媒層の温度を検知できる、熱電対などの公知の温度センサーを適宜用いることができる。
【００２９】
ヒーター制御手段６は、温度検知手段で検知された温度に基づいて、複数の抵抗体のうちの任意の個所および数の抵抗体に選択的に通電することを可能とする。つまり、ヒーター制御手段は、複数の抵抗体のうちの一部もしくは全部を選択し、選択された抵抗体には通電し、選択されない抵抗体には通電しないという制御を行なう。これにより、改質触媒層に部分的な熱不足があった場合に、熱が不足している部分を選択的に加熱し、部分的な熱不足を補うことができる。つまり、改質触媒層がヒーター４以外の熱源によって加熱されているときに、部分的に加熱不足となることがあっても、その部分を選択的に加熱して、不足した熱を補うことができる。
【００３０】
ヒーター制御手段が、それぞれの抵抗体への通電を単にオンオフすることもできるが、通電量を可変制御できることが、改質器の負荷量の変化や外乱に対して随意対応できること及びヒーターの電力消費量を削減できる観点から好ましい。
【００３１】
具体的には、検知された改質触媒層温度は、信号としてヒーター制御手段６に送られる。ヒーター制御手段６は、これら信号を利用して、改質器２に搭載された電気ヒーター４の抵抗体４−１〜４−９のうちの、通電する抵抗体およびその通電量を制御する。
【００３２】
以下、場合により、改質触媒層の熱不足を補うことを「熱アシスト」という。また熱アシストを行なう電気ヒーターを熱アシスト用電気ヒーターと呼ぶことがある。
【００３３】
ヒーター制御手段としては、制御用コンピュータやシーケンサ、インバータなど、間接内部改質型ＳＯＦＣもしくはＳＯＦＣシステムにおいて、制御に用いられる公知の制御手段を適宜用いることができる。
【００３４】
前述したように、本発明による間接内部改質型ＳＯＦＣシステムは、改質器に熱アシスト用電気ヒーターを搭載しており、このヒーターはそれぞれ独立して通電可能な複数個の抵抗体の集まりとすることができる。また、間接内部改質型ＳＯＦＣシステムは、複数の抵抗体のうちの、任意の箇所および数の抵抗体に選択的に負荷をかけることが出来る機構を有する。これにより、触媒の温度状態を観察しつつ、適切で、かつ、消費電力が少ないヒーターによる熱アシストを行なう運転が可能となる。
【００３５】
例えば、起動運転または停止運転において、改質触媒層において燃焼を行なうことで改質触媒層を加熱する際に、触媒層の上流側部分で燃焼が完了し、触媒層の下流側部分では燃焼がおきないことがある。このような場合に、燃焼の起こっている触媒層の上流側部分には電気ヒーターによる熱アシストを掛けずに、燃焼の起こっていない下流側部分に選択的に電気ヒーターによる熱アシストを掛け、起動または停止時のヒーター消費電力を削減することが可能となる。
【００３６】
〔炭化水素系燃料〕
炭化水素系燃料としては、改質ガスの原料としてＳＯＦＣの分野で公知の、分子中に炭素と水素を含む（酸素など他の元素を含んでもよい）化合物もしくはその混合物から適宜選んで用いることができ、炭化水素類、アルコール類など分子中に炭素と水素を有する化合物を用いることができる。例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油等の炭化水素燃料、また、メタノール、エタノール等のアルコール、ジメチルエーテル等のエーテル等である。
【００３７】
なかでも灯油やＬＰＧは、入手容易であり好ましい。また、独立して貯蔵可能であるため、都市ガスのラインが普及していない地域において有用である。さらに、灯油やＬＰＧを利用したＳＯＦＣ発電装置は、非常用電源として有用である。特には、取り扱いも容易である点で、灯油が好ましい。
【００３８】
改質原料として用いる炭化水素系燃料は、必要に応じて脱硫したうえで改質器に供給することができる。また、炭化水素系燃料が液体である場合には、適宜気化したうえで改質器に供給することができる。
【００３９】
〔改質器〕
改質器は、炭化水素系燃料から水素を含む改質ガスを製造する。
【００４０】
改質器においては、水蒸気改質、部分酸化改質、および、水蒸気改質反応に部分酸化反応が伴う自己熱改質のいずれを行ってもよい。
【００４１】
改質器には、水蒸気改質能を有する水蒸気改質触媒、部分酸化改質能を有する部分酸化改質触媒、部分酸化改質能と水蒸気改質能とを併せ持つ自己熱改質触媒を適宜用いることができる。
【００４２】
改質器の構造は、改質器として公知の構造を適宜採用できる。例えば、密閉可能な容器内に改質触媒を収容する領域を有し、改質に必要な流体の導入口と改質ガスの排出口を有する構造とすることができる。
【００４３】
改質器の材質は、改質器として公知の材質から、使用環境における耐性を考慮して適宜選んで採用できる。
【００４４】
改質器の形状は、直方体状や円管状など適宜の形状とすることができる。
【００４５】
炭化水素系燃料（必要に応じて予め気化される）および水蒸気、さらに必要に応じて空気等の酸素含有ガスをそれぞれ単独で、もしくは適宜混合した上で改質器（改質触媒層）に供給することができる。また、改質ガスはＳＯＦＣのアノードに供給される。
【００４６】
改質器から得られる改質ガスが、ＳＯＦＣのアノードに供給される。一方、ＳＯＦＣのカソードには空気などの酸素含有ガスが供給される。発電時には、発電に伴いＳＯＦＣが発熱し、その熱がＳＯＦＣから改質器へと、輻射伝熱などにより伝わる。こうしてＳＯＦＣ排熱が改質器を加熱するために利用される。ガスの取り合い等は適宜配管等を用いて行う。
【００４７】
〔ＳＯＦＣ〕
ＳＯＦＣとしては、公知のＳＯＦＣを適宜選んで採用できる。ＳＯＦＣでは、一般的に、酸素イオン導電性セラミックスもしくはプロトンイオン導電性セラミックスが電解質として利用される。
【００４８】
ＳＯＦＣは単セルであってもよいが、実用上は複数の単セルを配列させたスタック（円筒型の場合はバンドルと呼ばれることもあるが、本明細書でいうスタックはバンドルも含む）が好ましく用いられる。この場合、スタックは１つでも複数でもよい。
【００４９】
ＳＯＦＣの形状も、立方体状スタックに限らず、適宜の形状を採用できる。
【００５０】
〔筐体〕
筐体（モジュール容器）としては、ＳＯＦＣ、改質器および燃焼領域を収容可能な適宜の容器を用いることができる。その材料としては、例えばステンレス鋼など、使用する環境に耐性を有する適宜の材料を用いることができる。容器には、ガスの取り合い等のために、適宜接続口が設けられる。
【００５１】
モジュール容器の内部と外界（大気）とが連通しないように、モジュール容器が気密性を持つことが好ましい。
【００５２】
〔燃焼領域〕
燃焼領域は、ＳＯＦＣのアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼可能な領域である。例えば、アノード出口を筐体内に開放し、アノード出口近傍の空間を燃焼領域とすることができる。酸素含有ガスとして例えばカソードオフガスを用いてこの燃焼を行なうことができる。このために、カソード出口を筐体内に開放することができる。
【００５３】
アノードオフガスを燃焼させるために、イグナイターなどの着火手段を適宜用いることができる。
【００５４】
〔改質器の配置〕
間接内部改質型ＳＯＦＣでは、改質器がＳＯＦＣから受熱可能な位置に配置する。このために、改質器をＳＯＦＣから熱輻射を受ける位置に配置することができるが、その熱輻射を最も受ける位置に改質器を置くことが熱エネルギーロスの観点から好ましい。
【００５５】
改質器が、燃焼領域で発生する燃焼熱を受熱可能な位置に配されることが好ましい。このために、改質器を燃焼領域から熱輻射を受ける位置に配置することができる。このとき、燃焼領域と改質器の間に遮蔽物を配置しないことが好ましい。つまり、燃焼領域と改質器とが、遮蔽物を挟むことなく対向することが好ましい。ただし、必要な配管等は適宜配置される。改質器と燃焼領域とを、できるだけ近い位置に配することが好ましい。
【００５６】
〔改質触媒〕
改質器で用いることのできる水蒸気改質触媒、部分酸化改質触媒、自己熱改質触媒のいずれも、それぞれ公知な非貴金属もしくは貴金属改質触媒を用いることができる。
【００５７】
〔他の機器〕
間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの公知の構成要素は、必要に応じて適宜設けることができる。具体例を挙げれば、液体を気化させる気化器、各種流体を加圧するためのポンプ、圧縮機、ブロワなどの昇圧手段、流体の流量を調節するため、あるいは流体の流れを遮断／切り替えるためのバルブ等の流量調節手段や流路遮断／切り替え手段、熱交換・熱回収を行うための熱交換器、気体を凝縮する凝縮器、スチームなどで各種機器を外熱する加熱／保温手段、炭化水素系燃料（改質原料）や燃焼用燃料の貯蔵手段、計装用の空気や電気系統、制御用の信号系統、制御装置、出力用や動力用の電気系統、燃料中の硫黄分濃度を低減する脱硫器などである。
【００５８】
〔間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの運転方法〕
本発明の間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの運転方法は、間接内部改質型ＳＯＦＣシステムを起動もしくは停止する方法であって、
前記ヒーター制御手段を用いて、前記温度検知手段によって検知した温度に基づいて、前記複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、前記改質触媒層の熱不足を補う熱アシスト工程を有する。
【００５９】
〔間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの起動運転〕
間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの起動においては、先ず改質触媒層を加熱して昇温する。この加熱のために、電気ヒーターなどの加熱手段を用いることができる。この電気ヒーターには起動専用の起動用ヒーター（不図示）、もしくは、熱アシスト用電気ヒーター４を用いることができる。また、これら両者を併用することもできる。この他、炭化水素系燃料（改質原料）がガス体の場合、改質器２およびＳＯＦＣ１を経て炭化水素系燃料（改質原料）を燃焼領域９に供給し、燃焼領域で改質原料を燃焼させ、その燃焼熱をこの加熱のために用いることができる。
【００６０】
そして、改質触媒層が炭化水素系燃料を自己熱改質可能な場合、工程ａを行うことができる。すなわち、改質触媒層が自己熱改質することが可能な温度以上になったら、改質器で炭化水素系燃料（改質原料）を自己熱改質し、得られた改質ガスをＳＯＦＣに導入し、アノードオフガスを燃焼領域で燃焼させる。
【００６１】
炭化水素系燃料（改質原料）に加えて自己熱改質に必要な水蒸気や酸素含有ガス（空気や酸素ガスなど）は適宜改質器に供給する。
【００６２】
工程ａにおいては、自己熱改質反応による発熱と燃焼領域で発生する燃焼熱により、改質器２、特には改質触媒層３が加熱される。なお、この際、改質器に搭載された改質器温度検知手段５により検知した改質触媒層の温度に基づいて、複数の抵抗体のうちの一以上の抵抗体を選択して通電することにより、改質触媒層の熱不足を補う（熱アシストを行なう）。つまり加熱不足により比較的温度が低い部位を選択的に加熱する。具体的には、改質器に搭載された改質器温度検知手段により改質触媒層の温度状態を検知し、検知された改質触媒層温度は信号としてヒーター制御手段６に送られる。ヒーター制御手段は、これら信号を利用して、改質器に搭載された熱アシスト用電気ヒーター４の出力箇所および負荷量（通電する抵抗体およびその通電量）を制御し、改質器の任意の場所における熱不足を補う熱アシスト工程が実施される。
【００６３】
改質触媒層が、炭化水素系燃料（改質原料）を部分酸化改質することもできる場合、工程ａより前に、工程ｂを行うこともできる。すなわち、改質触媒層の温度が炭化水素系燃料（改質原料）の部分酸化改質反応開始温度以上になったら、改質器で炭化水素系燃料（改質原料）を部分酸化改質し、得られた改質ガスをＳＯＦＣ１に導入し、アノードオフガスを燃焼領域９で燃焼させる。
【００６４】
一般的に、部分酸化改質反応開始温度の方が、自己熱改質反応開始温度より低温であり、また部分酸化改質は吸熱反応を伴わないので、工程ｂを行うことは起動時間短縮のために好ましい。
【００６５】
炭化水素系燃料（改質原料）に加えて部分酸化改質に必要な酸素含有ガス（空気や酸素ガスなど）は適宜改質器に供給する。
【００６６】
工程ｂにおいては、部分酸化改質による発熱と燃焼領域で発生する燃焼熱により、改質器２、特には改質触媒層３が加熱される。なお、この際、改質器に搭載された改質器温度検知手段５により改質触媒層の温度状態を検知し、加熱不足により比較的温度が低い部位を選択的に加熱する熱アシスト工程を行う。すなわち、工程ｂにおいても熱アシストを行なう。具体的には、改質器に搭載された改質器温度検知手段により改質触媒層の温度状態を検知し、検知された改質触媒層温度は信号としてヒーター制御手段６に送られる。ヒーター制御手段は、これら信号を利用して、改質器に搭載された熱アシスト用電気ヒーター４の出力箇所および負荷量（通電する抵抗体およびその通電量）を制御し、改質器の任意の場所における熱不足を補う熱アシスト工程が実施される。
【００６７】
ＳＯＦＣには比較的高温の改質ガスが供給されるので、ＳＯＦＣも加熱される。加えて、燃焼領域で発生する燃焼熱によってＳＯＦＣを加熱することもできる。
【００６８】
改質触媒層が、炭化水素系燃料（改質原料）を水蒸気改質することも可能である場合には、工程ａの後に工程ｃを行うこともできる。すなわち、改質触媒層の温度が炭化水素系燃料（改質原料）の水蒸気改質反応開始温度以上になったら、改質器で炭化水素系燃料を水蒸気改質し、得られた改質ガスを固体酸化物形燃料電池に導入し、アノードオフガスを燃焼領域で燃焼させる。
【００６９】
炭化水素系燃料（改質原料）に加えて、水蒸気改質に必要な水蒸気は適宜改質器に供給する。工程ａでは自己熱改質を行っており、従って水蒸気と酸素含有ガスが改質器に供給される。よって、酸素含有ガスの供給を停止することによって、工程ａから工程ｃに移行することができる。
【００７０】
工程ｃにおいては、燃焼領域で発生する燃焼熱により、改質器２、特には改質触媒層３が加熱される。ＳＯＦＣ１には比較的高温の改質ガスが供給されるので、ＳＯＦＣも加熱される。加えて、燃焼領域９で発生する燃焼熱によってＳＯＦＣを加熱することもできる。なお、この際、改質器に搭載された改質器温度検知手段５により改質触媒層の温度状態を検知し、加熱不足により比較的温度が低い部位を選択的に加熱する熱アシスト工程を行う。すなわち、工程ｃにおいても熱アシストを行なう。具体的には、改質器に搭載された改質器温度検知手段により改質触媒層の温度状態を検知し、検知された改質触媒層温度は信号としてヒーター制御手段６に送られる。ヒーター制御手段は、これら信号を利用して、改質器に搭載された熱アシスト用電気ヒーター４の出力箇所および負荷量（通電する抵抗体およびその通電量）を制御し、改質器の任意の場所における熱不足を補う熱アシスト工程が実施される。
【００７１】
水蒸気改質は、改質ガス中の水素濃度を高めやすい改質方法である。よって、工程ｃによって、改質ガス中の水素濃度を高めておくことが容易である。このうえでＳＯＦＣにて発電を行えば発電効率の点で有利である。
【００７２】
〔間接内部改質型ＳＯＦＣシステムの停止運転〕
次に、停止の際の運転方法、すなわち、間接内部改質型ＳＯＦＣシステムで発電を行っている状態から、停止させる際の運転方法について述べる。間接内部改質型ＳＯＦＣの停止時には、ＳＯＦＣの酸化劣化を抑制するため、ＳＯＦＣが所定温度になるまで還元ガス（水素を含む改質ガス）をＳＯＦＣに供給し、ＳＯＦＣの温度を下げる。この際に、未改質の燃料を含まない改質ガスを発生させるために、改質器への所定量の熱供給を維持することが望まれる。一方、ＳＯＦＣを効果的に冷却するためには、比較的高温となる改質ガスの供給量を減少させる必要がある。すなわち、停止の際には改質ガスの量を絞りつつも確実に改質することが求められ、このような際に改質器の加熱を良好に行えなくなる可能性がある。そのため、改質触媒層の温度状態を把握し、加熱不足の箇所を効率的に加熱することが望まれる。
【００７３】
停止運転では、工程ｉおよびｉｉをこの順に行う。工程ｉにおいて、改質器２に搭載された改質器温度検知手段５により改質触媒層３の温度状態を検知し、加熱不足により比較的温度が低い部位を選択的に加熱する熱アシスト工程を行う。
ｉ）ＳＯＦＣの発電を停止させ、かつ、改質器に供給されている炭化水素系燃料量を減らして相対的に小流量の炭化水素系燃料を改質器に供給し、もってＳＯＦＣに供給する改質ガス量を減らして燃焼領域でのアノードオフガスの燃焼量を減らし、間接内部改質型ＳＯＦＣを降温する工程。
ｉｉ）ＳＯＦＣが改質ガスを必要としない温度まで降温した後、改質器に供給されている炭化水素系燃料の供給を停止する工程。
【００７４】
工程ｉでは、ＳＯＦＣの発電を停止させ、かつ、改質器に供給されている炭化水素系燃料（改質原料）量を減らして、相対的に小流量の炭化水素系燃料を改質器に供給する。つまり、停止運転開始時における改質器への炭化水素系燃料供給量より少ない流量（ゼロではない）の炭化水素系燃料を改質器に供給する。これにより、ＳＯＦＣに供給する改質ガス量を減らし（ゼロにはしない）、燃焼領域でのアノードオフガスの燃焼量を減らし（ゼロにはしない）、間接内部改質型ＳＯＦＣを降温する。
【００７５】
工程ｉにおいて、ＳＯＦＣの酸化劣化を防止するために、相対的に小流量の炭化水素系燃料を改質器に供給し、改質器において改質を行って還元性ガスである改質ガスを製造する。そして、改質ガスをＳＯＦＣに供給しながら、間接内部改質型ＳＯＦＣを降温する。
【００７６】
工程ｉにおいて、改質に必要な酸素含有ガスや水蒸気は適宜供給する。なお、工程ｉにおいては適宜の改質方法を採用することができ、水蒸気改質、自己熱改質、部分酸化改質のいずれの改質方法を採用してもよい。
【００７７】
間接内部改質型ＳＯＦＣを降温する際、つまり工程ｉにおいて、加熱不足により比較的温度が低い部位を選択的に加熱する熱アシスト工程を行う。すなわち、改質器２に搭載された改質器温度検知手段５により改質触媒層３の温度状態を検知し、検知された改質触媒層温度は信号としてヒーター制御手段６に送られる。ヒーター制御手段は、これら信号を利用して、改質器に搭載された熱アシスト用電気ヒーター４の出力箇所および負荷量（通電する抵抗体およびその通電量）を制御し、改質器の任意の場所における熱不足を補う熱アシスト工程を実施する。改質器の熱アシスト工程により、改質の確実性を向上させることができ、改質器の必要熱量を維持しながら、ＳＯＦＣの冷却を効果的に行なうことができる。
【００７８】
そして、ＳＯＦＣが改質ガスを必要としない温度まで降温したら、改質器に供給されている炭化水素系燃料の供給を停止する（工程ｉｉ）。また、この際に改質器に搭載されたヒーター出力を停止し、熱アシスト工程を停止する。
【００７９】
ＳＯＦＣが改質ガスを必要としない温度はＳＯＦＣ温度検知手段８によりヒーター制御手段６が適宜判断する。
【００８０】
温度検知手段としては、改質触媒層の温度を検知できる、熱電対などの公知の温度センサーを適宜用いることができる。
【００８１】
以上説明したように、本発明によって、起動および停止時において、改質器の温度を安定にかつ適切に維持するための機構を有する間接内部改質型ＳＯＦＣシステムを得ることができる。またそれを好適に運転する方法、特には起動方法および停止方法が開示される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、例えば定置用もしくは移動体用の発電装置やコージェネレーションシステムに利用される間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムに適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１…固体酸化物形燃料電池
２…改質器
３…改質触媒
４…熱アシスト用電気ヒーター
５…改質触媒層温度検知手段
６…ヒーター制御手段
７…ヒーター電源
８…ＳＯＦＣ温度検知手段
９…燃焼領域
１０…筐体
【図１】
2010225285.tif 000003
【図２】
2010225285.tif 000004