(57)【要約】【課題】  混入された気泡の影響を少なくして水を燃料改質器に送給する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。【解決手段】  原燃料を水蒸気改質するための燃料改質器４と、燃料改質器４にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池６と、燃料改質器４に改質用の水を送給するための水送給手段５２と、を備えた固体酸化物形燃料電池システム。水送給手段５２は、送給流路７８を通して水を送給するための送給ポンプ８０と、水の流れを検知するための水流センサ８４とを含み、ポンプコントローラは、水流センサ８４の検知信号に基づいて水に混入した気泡の数をカウントし、この気泡カウント値に基づいて追加作動信号を生成して送給ポンプ８０を追加作動する。【選択図】  図１
2010192265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を水蒸気改質するための燃料改質器と、該燃料改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池と、前記燃料改質器に改質用の水を送給するための水送給手段と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記水送給手段は、水を前記燃料改質器に導くための送給流路と、該送給流路を通して水を送給するための送給ポンプと、前記送給流路を通して流れる水の流れを検知するための水流センサとを備え、前記送給ポンプは間欠的に作動して前記燃料改質器に向けて水を送出するとともに、
前記水送給手段に関連してポンプコントローラを備え、該ポンプコントローラは、前記水流センサの検知信号に基づいて水に混入した気泡の数をカウントする気泡カウント手段と、前記送給ポンプを追加作動させるための追加作動信号を生成する追加作動信号生成手段とを有し、該追加作動信号生成手段は、前記気泡カウント手段の気泡カウント数に基づいて前記追加作動信号を生成す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】
前記ポンプコントローラは、前記水流センサの検知信号に基づいて検知した水に混入された気泡が、前記送給流路の排出口に到達したとき、又はその直前に、前記追加作動信号に基づいて前記送給ポンプを追加作動させ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】
前記ポンプコントローラには、水に混入された気泡が前記水流センサの配設位置から前記送給流路の排出口まで流れるのに要する到達時間又は前記送給ポンプの到達作動出力数が登録されており、前記水流センサの検知信号に基づいて水に混入された気泡を検知した場合に、この検知から前記到達時間経過後に、又はこの検知から前記送給ポンプの前記到達作動出力数の作動後に、前記ポンプコントローラは前記追加作動信号に基づいて前記送給ポンプを追加作動させる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】
前記気泡カウント手段は、前記送給ポンプが所定回数間欠的に作動する所定周期毎に水に混入した気泡の数をカウントし、前記追加作動信号生成手段は、前記所定周期における気泡カウント数が予め設定される設定数以上を検知した場合に、前記気泡カウント数に基づいて前記追加作動信号を生成す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原燃料を故質した改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う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燃料電池セルを収納容器内に収納した固体酸化物形燃料電池が知られている。この固体酸化物形燃料電池では、一般的に、固体電解質としてイットリアをドープしたジルコニアが用いられており、この固体電解質の一方側には燃料ガスを酸化するための燃料電極が設けられ、その他方側には空気（酸化材）中の酸素を還元するための酸素電極が設けられている（例えば、特許文献１参照）。この固体酸化物形燃料電池（燃料電池セル）の作動温度は約７００〜１０００℃と比較的高く、このような高温下において、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】
近年、このような固体酸化物形燃料電池を用いた固体酸化物形燃料電池システムが注目されている。この固体酸化物形燃料電池システムでは、原燃料ガスを改質するための燃料改質器が設けられている。この燃料改質器には原燃料ガス及び水蒸気が供給され、原燃料ガスの一部と水蒸気とが改質反応して改質され、改質された改質燃料ガスが固体酸化物形燃料電池の燃料電極側に送給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７３２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような固体酸化物形燃料電池システムにおいては、原燃料ガスの改質に用いる水（水蒸気）の必要量が少なく、発電電力が例えば１ｋＷクラスの固体酸化物形燃料電池を備えたものでは数ｃｃ／ｍｉｎ程度であり、この水を供給するための送給ポンプも特殊なものが用いられる。
【０００６】
ところが、送給ポンプによる水の送給量が少ない場合、水に気泡が混入していると、この気泡の影響を受け易くなる。特に、固体酸化物形燃料電池の排気ガス（反応燃料ガス）に含まれた水蒸気を凝縮させて水分成分を得るようにしたシステムでは、凝縮水に排気ガス中の二酸化炭素などの気体成分が混入し易く、気体成分の影響を受け易くなる。気体成分の混入により燃料改質器に送給される水の送給量が少なくなると、燃料改質器における水蒸気の量が不足し、燃料改質器における改質触媒が充分に機能せず、未改質の燃料ガスが固体酸化物形燃料電池の燃料電極に送給され、固体酸化物形燃料電池の燃料電極の劣化が促進され、また継続して一定量の酸素が混入したときには、燃料改質器の改質触媒の失活にもつながる。
【０００７】
本発明の目的は、燃料改質器に改質用の水を所要の通りに送給することができ、これによって、水に混入された気泡の影響を少なく抑える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】
【０００８】
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は、原燃料を水蒸気改質するための燃料改質器と、該燃料改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池と、前記燃料改質器に改質用の水を送給するための水送給手段と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記水送給手段は、水を前記燃料改質器に導くための送給流路と、該送給流路を通して水を送給するための送給ポンプと、前記送給流路を通して流れる水の流れを検知するための水流センサとを備え、前記送給ポンプは間欠的に作動して前記燃料改質器に向けて水を送出するとともに、
前記水送給手段に関連してポンプコントローラを備え、該ポンプコントローラは、前記水流センサの検知信号に基づいて水に混入した気泡の数をカウントする気泡カウント手段と、前記送給ポンプを追加作動させるための追加作動信号を生成する追加作動信号生成手段とを有し、前記追加作動信号生成手段は、前記気泡カウント手段の気泡カウント数に基づいて前記追加作動信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
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、前記ポンプコントローラは、前記水流センサの検知信号に基づいて検知した水に混入された気泡が、前記送給流路の排出口に到達したとき、又はその直前に、前記追加作動信号に基づいて前記送給ポンプを追加作動させることを特徴とする。
【００１０】
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、前記ポンプコントローラには、水に混入された気泡が前記水流センサの配設位置から前記送給流路の排出口まで流れるのに要する到達時間又は前記送給ポンプの到達作動出力数が登録されており、前記水流センサの検知信号に基づいて水に混入された気泡を検知した場合に、この検知から前記到達時間経過後に、又はこの検知から前記送給ポンプの前記到達作動出力数の作動後に、前記ポンプコントローラは前記追加作動信号に基づいて前記送給ポンプを追加作動させることを特徴とする。
【００１１】
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、前記気泡カウント手段は、前記送給ポンプが所定回数間欠的に作動する所定周期毎に水に混入した気泡の数をカウントし、前記追加作動信号生成手段は、前記所定周期における気泡カウント数が予め設定される設定数以上を検知した場合に、前記気泡カウント数に基づいて前記追加作動信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
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、燃料改質器に改質用の水を送給するための水送給手段は、送給流路と、該送給流路を通して水を送給するための送給ポンプと、送給流路を通して流れる水の流れを検知するための水流センサとを備え、水送給手段に関連して備えるポンプコントローラは、水流センサの検知信号に基づいて水に混入した気泡の数をカウントする気泡カウント手段と、追加作動信号を生成する追加作動信号生成手段とを有するため、燃料改質器に送給される水に気泡が含まれていると、追加作動信号生成手段は含まれた気泡のカウント数に基づいて追加作動信号を生成し、この追加作動信号に基づいて送給ポンプが追加作動される。従って、気泡の存在により水の送給が少なくなるときには、送給ポンプが追加作動されて水が送給され、これによって、気泡の影響を少なく抑えながら燃料改質器に改質用の水を所要の通りに送給することができる。
【００１３】
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、ポンプコントローラは、水流センサの検知信号に基づいて検知した気泡が、送給流路の排出口に到達したとき（又はこの排出口に達する直前に）、追加作動信号に基づいて送給ポンプを追加作動するので、燃料改質器内に気泡が流出するとき（又はその直前に）、追加作動される送給ポンプによって水が燃料改質器内に送給される。それゆえ、このように作動制御することによって、燃料改質器に改質用の水を所要の通りに送給することができる。
【００１４】
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、水流センサの検知信号に基づいて水に混入された気泡を検知した場合、この検知から所定の到達時間経過後（又はこの検知から送給ポンプの到達作動出力数の作動後）に、追加作動信号に基づいて送給ポンプが追加作動されるので、水に含まれた気泡が送給流路の排出口まで流れたとき、換言すると気泡が燃料改質器内に流出するときに送給ポンプが追加作動されて水が送給され、これによって、気泡の影響を少なく抑えることができる。
【００１５】
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、気泡カウント手段は、所定周期（例えば、送給ポンプが１０回間欠的に作動する周期）毎に水に混入した気泡の数をカウントし、追加作動信号生成手段は、所定周期における気泡カウント数が予め設定される設定数（例えば、３つ）以上のときに気泡カウント数に基づいて追加作動信号を生成するので、気泡のカウント毎に追加作動信号を生成する場合に比して、水流センサによる気泡の誤検知を少なくしながら気泡に対応した追加作動信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの概略を示す概略図。
【図２】図１の固体酸化物形燃料電池システムの制御系を示すブロック図。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、図１の固体酸化物形燃料電池システムにおける改質用の水の流れを説明するための説明図。
【図４】図１の固体酸化物形燃料電池システムにおける送給ポンプ、水流センサ及び燃料改質器の配置関係を説明するための説明図。
【図５】図２の制御系による制御を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの制御系を示すブロック図。
【図７】図６の固体酎化物形燃料電池システムにおけるポンプ作動信号と気泡の流れとの関係の一例を示す図。
【図８】図６の固体酸化物形燃料電池システムの制御系による制御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】
【００１７】
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。
【００１８】
第１の実施形態
まず、図１〜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１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの概略を示す概略図であり、図２は、図１の固体酸化物形燃料電池システムの制御系を示すブロック図であり、図３（ａ）及び（ｂ）は、図１の固体酸化物形燃料電池システムにおける改質用の水の流れを説明するための説明図であり、図４は、図１の固体酸化物形燃料電池システムにおける送給ポンプ、水流センサ及び燃料改質器の配置関係を説明するための説明図であり、図５は、図２の制御系による制御を示すフローチャートである。
【００１９】
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、原燃料としての原燃料ガス（例えば、天然ガス）を改質するための燃料改質器４と、燃料改質器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燃料電池６と、酸化材としての空気を固体酸化物形燃料電池６に送給するための送風装置８と、を備えている。固体酸化物形燃料電池６は、燃料電池本体１２と、この燃料電池本体１２内に配設された燃料電池スタック１４とから構成され、この燃料電池スタック１４は電気化学反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形燃料電池セルを配列して構成される。燃料電池本体１２は遮蔽壁１６を備え、遮蔽壁１６の内部には高温空間１８が規定されており、この高温空間１８に燃料電池スタック１４が配設されている。燃料電池スタック１４の燃料電池セルは、酸素イオンを伝導する固体電解質２０と、固体電解質２０の一方側に設けられた燃料電極（図示せず）と、固体電解質２０の他方側に設けられた酸素電極（図示せず）とを備えており、固体電解質２０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。
【００２０】
燃料電池スタック１４の燃料電極側２６の導入側は、改質燃料ガス流路２８を介して燃料改質器４に接続され、この燃料改質器４は、原燃料ガス流路３０を介して原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給源３２（例えば、埋設管や貯蔵タンクなど）に接続されている。また、燃料電池スタック１４の酸素電極側３６の導入側は、空気送給流路３８を介して空気を予熱するための空気予熱器４０に接続され、この空気予熱器４０は、空気供給流路４２を介して送風装置８に接続されている。
【００２１】
燃料電池スタック１４の燃料電極側２６及び酸素電極側３６の各排出側には燃焼室４４が設けられ、燃料電極側２６から排出された反応燃料ガス（残余燃料ガスを含む）と酸素電極側３６から排出された空気（酸素を含む）とが燃焼室４４に送給されて燃焼される。この燃焼室４４は燃焼排気ガス流路４６を介して空気予熱器４０に接続され、この空気予熱器４０には燃焼排気ガス排出流路４８が接続されている。
【００２２】
この固体酸化物形燃料電池システム２は、更に、燃焼室４４からの燃焼排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収するための凝縮回収手段５０と、凝縮回収された凝縮水を燃料改質器４に送給するための水送給手段５２とを備えている。凝縮回収手段５０は、燃焼排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮される熱交換器５４と、凝縮された凝縮水を回収して貯めるための凝縮水回収タンク５６とを備えている。熱交換器５４は燃焼排気ガス排出流路４８に配設され、この熱交換器５４には凝縮水回収流路５８を介して凝縮水回収タンク５６が接続されている。
【００２３】
また、熱交換器５４には貯湯タンク６４からの循環流路６６が接続されており、この循環流路６６には、貯湯タンク６４に貯められた水を循環流路６６を通して循環させるための循環ポンプ６８が配設されている。熱交換器５４においては、燃焼排気ガス排出流路４８を通して流れる燃焼排気ガスと循環流路６６を通して循環される水との間で熱交換され、この熱交換によって、固体酸化物形燃料電池６の稼動により発生した燃焼排気ガスの熱が温水として蓄熱される。
【００２４】
この貯湯タンク６４には水供給流路７２が接続され、この水供給流路７２には水（水道水）の供給を制御するための開閉弁７４が配設されている。また、この貯湯タンク６４には温水給湯流路７６が接続され、貯湯タンク６４に貯められた温水は、温水供給流路７６を通して出湯される。
【００２５】
また、水送給手段５２は、凝縮水回収タンク５６に貯められた凝縮水を燃料改質器４に導くための送給流路７８と、送給流路７８を通して凝縮水、即ち改質用の水を送給するための送給ポンプ８０とを備え、凝縮水回収タンク５６内の凝縮水が、送給ポンプ８０の作用によって送給流路７８を通して燃料改質器４に送給される。この送給流路７８には、必要に応じて、凝縮水に含まれた不純物を除去するための不純物除去手段６２が設けられ、この不純物除去手段６２は例えばイオン交換膜などから構成される。尚、水送給手段５２による凝縮水（即ち、改質用の水）の送給については、後に詳述する。
【００２６】
この固体酸化物形燃料電池システム２の稼動運転は、次のようにして行われる。原燃料ガス供給源３２からの原燃料ガスは、原燃料ガス流路３０を通して後述する凝縮水とともに燃料改質器４に供給される。燃料改質器４においては、原燃料ガスの一部と水（凝縮水）とが改質反応して改質され、このように改質された改質燃料ガスが改質燃料ガス流路２８を通して燃料電池スタック１４の燃料電極側２６に送給される。また、送風装置８からの空気は、空気供給流路４２を通して空気予熱器４０に供給され、この空気予熱器４０において燃焼排気ガスとの間で熱交換されて加温された後に、空気送給流路３８を通して燃料電池スタック１４の酸素電極側３６に送給される。
【００２７】
燃料電池スタック１４では、燃料電極側２６にて改質された改質燃料ガスが酸化され、またその酸素電極側３６にて空気中の酸素が還元され、燃料電極側２６の酸化及び酸素電極側３６の還元による電気化学反応により発電が行われる。固体酸化物形燃料電池６における電気化学反応は約７００〜１０００℃の高温状態で行われる。
【００２８】
燃料電極側２６からの反応燃料ガス及び酸素電極側３６からの空気は燃焼室４４に送給され、空気中の酸素を利用して余剰の燃料ガスが燃焼される。燃焼室４４からの燃焼排気ガスは燃焼排気ガス流路４６を通して空気予熱器４０に送給され、この空気予熱器４０において送風装置８からの空気との熱交換に利用されて燃焼排気ガス排出流路４８を通して熱交換器５４に送給される。熱交換器５４においては、貯湯タンク６４から循環流路６６を通して送給される水と燃焼排気ガス排出流路４８を流れる燃焼排気ガスとの間で熱交換が行われる。熱交換により加温された水（温水）は、循環流路６６を通して貯湯タンク６４に貯められる。また、熱交換により燃焼排気ガスの温度が露点まで低下されることによって、燃焼排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮回収されて凝縮水回収流路５８を通して凝縮水回収タンク５６に貯められ、凝縮回収後の燃焼排気ガスは燃焼排気ガス排出流路４８を通して大気に排出される。凝縮水回収タンク５６に貯められた凝縮水は、送給流路７８を通して不純物除去手段６２に送給され、この不純物除去手段６２によって凝縮水に含まれる不純物が除去される。不純物が除去された後の凝縮水は、送給ポンプ８０の作用によって送給流路７８を通して燃料改質器４に送給され、このようにして改質用の水として凝縮水を利用した自立運転が行われる。
【００２９】
次に、図２をも参照して、水送給手段５２による凝縮水（改質用の水）の送給制御について説明する。図示の水送給手段５２は、送給流路７８、送給ポンプ８０及び不純物除去手段６２に加えて、送給ポンプ８０を作動制御するためのポンプコントローラ８２及び送給流路７８を流れる凝縮水の流れを検知するための水流センサ８４を含んでいる。ポンプコントローラ８２は、例えばマイクロプロセッサから構成され、送給ポンプ８０を制御するための制御手段８６と、ポンプ作動信号を生成するポンプ作動信号生成手段８８と、送給流路７８を流れる凝縮水に混入した気泡の数をカウントする気泡カウント手段９０と、追加作動信号を生成する追加作動信号生成手段９２と、追加作動信号による追加出力をカウントする追加出力カウント手段９４とを含んでいる。送給ポンプ８０は、例えば定容積形電磁ポンプから構成され、１パルスのポンプ作動信号による作動によって所定容積Ｖ、例えば０．１ｃｃの凝縮水を燃料改質器４に向けて下流側に送出する。また、ポンプ作動信号生成手段８８は所定時間Ｔ（例えば、０．１秒）毎にポンプ作動信号を生成し、制御手段８６はこのポンプ作動信号に基づいて送給ポンプ８０を作動する。
【００３０】
また、気泡カウント手段９０は、水流センサ８４からの検知信号に基づいて後述するようにして凝縮水に混入して送給される気泡の数をカウントし、追加作動信号生成手段９２は、気泡カウント手段９０によりカウントされた気泡数に基づいて後述するようにして追加作動信号を生成し、追加出力カウント手段９４は追加作動信号に基づいて追加作動された送給ポンプ８０の追加出力をカウントする。
【００３１】
このポンプコントローラ８２は、更に、計時手段９６及びメモリ手段９８を含んでいる。計時手段９６は時刻を計時し、この計時は、ポンプ作動信号の生成、追加作動信号による送給ポンプ８０の追加作動などに利用される。また、メモリ手段９８には、送給ポンプ８０の作動間隔時間Ｔ（例えば、０．１秒）、後述する到達時間、気泡カウント数などが記憶される。
【００３２】
図３（ａ）及び（ｂ）を参照して、この実施形態では、送給ポンプ８０は上述したように作動されるので、この送給ポンプ８０の作動は間欠的になり、送給ポンプ８０による凝縮水（即ち、改質用の水）の送給は拍動的となり、送給ポンプ８０の作動毎に所定容積（例えば０．１ｃｃ）の凝縮水を矢印１０２で示す下流側に送出する。従って、この送給ポンプ８０による送給は、送給流路７８を規定する送給管１００内を矢印１０２で示す方向に燃料改質器４に向けて送給され、１パルスのポンプ作動信号による送給ポンプ８０の作動によって、例えば図３（ａ）及び（ｂ）に一点鎖線で示すように所定量送給される。例えば、送給流路７８の断面積Ｓ（即ち、送給管１００の管断面積）が０．１ｃｍ２であるとすると、１パルスのポンプ作動信号による作動によって、凝縮水は矢印１０２で示す方向に押し出されるように、送給距離Ｌとして１ｃｍ送給され（Ｌ＝Ｖ／Ｓ）、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態となり、この凝縮水中に気泡１０４が混入しているときには、この気泡１０４は、１パルスのポンプ作動信号による作動によって、例えば１ｃｍ下流側に移動する。尚、単位時間当たりの送給ポンプ８０の作動回教（即ち、ポンプ作動信号の発生数）、送給ポンプ８０の送出量などは、燃料改質器４における凝縮水（即ち、改質用の水）の必要量に応じて適宜設定される。
【００３３】
詳細に説明すると、水流センサ８４による水流の検知（換言すると、凝縮水に含まれた気泡の検知）は、例えば、次のようにして行われる。図４において、水流センサ８４の検知信号に基づいて気泡１０４を検知する（以下、水流れセンサ８４が気泡１０４を検知するという場合がある）と、この気泡１０４は水流センサ８４より下流側の送給流路７８（送給管１００）を通して燃料改質器４に送給される。このとき、送給流路７８の水流センサ８４の配設部位から排出口１４２までの距離をＬ１（ｃｍ）とすると、１パルスのポンプ作動信号による送給ポンプ８４の作動により凝縮水が１ｃｍ送出される（Ｌ＝Ｖ／Ｓ）ので、水流センサ８４にて検知された気泡１０４は、送給ポンプ８４が所定パルス数Ｐ（Ｐ＝Ｌ１／Ｌ）作動したときに送給流路７８（送給管１００）の排出口１４２に達して燃料改質器４内に流れる。このようなことから、気泡１０４が送給流路７８から排出されるとき、即ち水流センサ８４が気泡１０４を検知してから送給ポンプ８４が所定パルス数Ｐ作動したとき（換言すると、水流センサ８４が気泡１０４を検知してから所定到達時間Ｔｔ（Ｔｔ＝Ｐ×Ｔ（秒））経過したときに、この送給ポンプ８４を追加作動させると、送給ポンプ８４から送出された凝縮水が気泡１０４に続く凝縮水を排出口１４２から送出し、気泡１０４の存在による凝縮水の未送出を解消し、送給流路７８を通して凝縮水を燃料改質器４に所要の通りに送給することができる。
【００３４】
この送給ポンプ８４の追加作動は、気泡１０４に続く凝縮水が送給流路７８の排出口１４２から排出されるまで行うのが好ましく、それ故に、水流センサ８４が気泡１０４を一つ検知したときには、送給ポンプ８４が１パルス追加作動されるようにする（即ち、追加作動信号生成手段９２が一つの追加作動信号を生成する）ようにするのが好ましく、また気泡１０４を二つ、三つ・・・連続して検知したときには、送給ポンプ８４が、検知した気泡１０４の数と同じパルス数追加作動されるようにする（即ち、追加作動信号生成手段９２が二つ、三つ・・・の追加作動信号を生成する）ようにするのが望ましい。
【００３５】
次に、主として図１、図２及び図５を参照して、凝縮水に気泡１０４が混入しているときの送給ポンプ８４の追加作動の制御について説明する。水流センサ８４が気泡１０４を検出しないときには、追加作動信号生成手段９２は追加作動信号を生成することはない。従って、このときには、ポンプ作動信号生成手段８８が所定時間Ｔ（作動間隔時間）毎にポンプ作動信号を生成し、制御手段８６はかかるポンプ作動信号に基づいて送給ポンプ８４を作動し、凝縮水は所定時間Ｔ毎に押し出すようにして下流側に拍動される。
【００３６】
このような送給中に水流センサ８４が気泡１０４を検知すると、ステップＳ１からステップＳ２に進み、気泡カウント手段９０が気泡１０４の数のカウントを開始し、そのカウント値が「１」となり、このカウントの開始により計時手段９６による計時が開始される（ステップＳ３）。
【００３７】
この水流センサ８４が継続して気泡１０４を検知すると、ステップＳ４からステップＳ５に進み、気泡カウント手段９０が気泡１０４を続けてカウントし、カウント値が「１」加算され（ステップＳ２）、気泡１０４が検知されなくなるまでステップＳ４及びＳ５が繰り返し遂行され、水流センサ８４が気泡１０４を検知する毎に気泡カウント手段９０のカウント値が「１」ずつ加算される。
【００３８】
そして、水流センサ８４による気泡１０４の検知が終了する（即ち、気泡１０４を検知しなくなる）と、ステップＳ４からステップＳ６に進み、気泡カウント手段９０のカウント値がメモリ手段９８に記憶される（ステップＳ６）。
【００３９】
その後、水流センサ８４が気泡１０４を検知した後、所定到達時間Ｔｔを経過する（換言すると、水流センサ８４にて検知された気泡１０４が送給流路１００の排出口１４２まで移動する）と、ステップＳ７からステップＳ８に進み、追加作動信号生成手段９２が追加作動信号を生成する。このとき、追加作動信号生成手段９２は、気泡カウント手段９０の気泡カウント値に基づいて追加作動信号を生成し、この実施形態では、この気泡カウント数に対応した数の追加作動信号を生成する。例えば、気泡カウント手段９０の気泡カウント値が例えば「１」（又は「２」、「３」・・・）のときには、追加作動信号生成手段９２は１（又は２、３・・・）パルスの追加作動信号を生成する。
【００４０】
このように追加作動信号が生成されると、送給ポンプ８０の通常作動の後（ポンプ作動信号生成手段８８のポンプ作動信号による作動の後）に、追加作動信号に基づいて送給ポンプ８０が追加作動され（ステップＳ９）、この追加作動によって、追加出力カウント手段９４は出力カウント値を「１」加算する。そして、生成されたパルス数の追加作動信号に基づいて送給ポンプ８０が連続的に追加作動する（即ち、例えば３パルスの追加作動信号が生成されたときにおいて、送給ポンプ８０が３パルス追加作動される）と、ステップＳ１１からステップＳ１２に進み、送給ポンプ８０の追加作動が終了し、このようにして水流センサ８４にて検知された気泡１０４の大きさに基づいて送給ポンプ８０が追加作動され、気泡１０４に続く凝縮水の所定量（１パルスのポンプ作動信号による送給量）が燃料改質器４に送給され、混入された気泡１０４の影響を実質上無くして凝縮水を送給することができる。
【００４１】
上述した実施形態では、水流センサ８４が気泡１０４を検知してから所定到達時間Ｔｔを経過したときに、この送給ポンプ８４を追加作動させているが、気泡１０４を検知してから送給ポンプ１０４が所定パルス数Ｐ作動したときに、送給ポンプ８４を追加作動させるようにしてもよく、或いはこの所定到達時間Ｔｔの直前又は所定パルス数Ｐ作動する直前に送給ポンプ８４を追加作動させるようにしてもよい。
【００４２】
第２の実施形態
次に、図６〜図８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。図６は、第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの制御系を示すブロック図であり、図７（ａ）〜（ｃ）は、図６の固体酸化物形燃料電池システムにおけるポンプ作動信号と気泡の流れとの関係の一例をそれぞれ示す図であり、図８は、図６の固体酸化物形燃料電池システムの制御系による制御の流れを示すフローチャートである。尚、この第２の実施形態において、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。
【００４３】
この第２の実施形態においては、気泡カウント手段９０は送給ポンプ８０の作動の所定周期毎に気泡の数をカウントし、この気泡カウント値に基づいて上記所定周期毎に追加作動信号生成手段９２が追加作動信号を生成し、この追加作動信号に基づいて送給ポンプ８０が追加作動される。図６及び図７を参照して更に説明すると、この実施形態の固体酸化物形燃料電池システムのポンプコントローラ８２Ａは、制御手段８６、ポンプ作動信号生成手段８８、気泡カウント手段９０、追加作動信号生成手段９２及び追加出力カウント手段９４に加えて、追加作動判定手段１６２及び追加作動出力演算手段１６４を含んでいる。この実施形態における気泡カウント手段９０は、所定周期Ｔ０（この形態では、１０パルスのポンプ作動信号でもって１周期を構成している）毎に凝縮水に混入した気泡をカウントし、図７に示すように、１０パルスのポンプ作動信号による作動において、例えば図７に示すように水流センサ８４が連続的に気泡を三つカウントする、又は間隔をおいて気泡を三つ検知したときには、気泡カウント手段９０は気泡数を三つとカウントする。尚、図７において、実線で示すパルス信号は、ポンプ作動信号が生成されたときに水流センサ８４が水を検知したときを示し、波線で示すパルス信号は、ポンプ作動信号が生成されたときに水流センサ８４が気泡を検知したときを示している。
【００４４】
また、追加作動判定手段１６２は、周期Ｔ０毎に検知された気泡のカウント数に基づいて送給ポンプ８０を追加作動するか否かの判定を行い、この気泡カウント数が設定数以上、例えば「２」以上のときに追加作動を行うと判定し、このように判定することによって、凝縮水の流れの拍動に伴う水流センサ４の誤検知を防止することができる。尚、１周期Ｔ０を構成するポンプ作動信号の信号数、また１周期のポンプ作動信号数に対する追加作動と判定する気泡カウント数については適宜設定することができ、例えば、１周期のポンプ作動信号数を「２０」に、またこのときの気泡カウント数を「２」に設定することもできる。
【００４５】
追加作動出力演算手段１６４は、追加作動判定手段１６２の追加作動の判定により、気泡カウント手段９０の気泡カウント数に基づき追加作動の出力数、即ち追加作動信号の生成数を演算する。この追加作動の出力数は、気泡カウント手段９０の気泡カウント数と同数でもよく、或いはこの気泡カウント数の１．２倍又は１．４倍などと気泡カウント数よりも一定割合多くなるようにしてもよい。この形態では、追加作動信号生成手段９２は、追加作動出力演算手段１６４の追加作動出力数に基づいて同数のパルス状の追加作動信号を生成し、この追加作動信号に基づいて追加作動される。
【００４６】
ポンプコントローラ８２Ａの上述した構成に関連して、そのメモリ手段９８Ａには、１周期Ｔ０を構成する周期時間（換言すると、１周期Ｔ０を構成するポンプ作動信号のパルス数）、ポンプ作動信号の作動間隔時間、追加作動信号による送給ポンプ８０の追加出力の開始時間、各周期Ｔ０における気泡カウント手段９０の気泡カウント数及び追加作動出力演算手段１６４による追加作動出力数などが記憶される。
【００４７】
この実施形態では、第１の実施形態と同様に、追加出力の開始時間として、水流センサ８４が例えば特定周期Ｔｎ＋１の気泡を検知してからこの特定周期Ｔｎ＋１が送給流路の排出口まで送給されるまでの時間が設定され、このときには、特定周期Ｔｎ＋１の気泡を含む凝縮水が改質器に送給されるときに、送給ポンプ８０が追加作動されるようになる。この増加開始時間としては、気泡を検知した特定周期Ｔｎ＋１の次の周期Ｔｎ＋２において送給ポンプ８０を追加作動させるようにしてもよく、或いはこの特定周期Ｔｎ＋１が燃料改質器に送給されるまでの間の適宜のタイミングでもって送給ポンプ８０を追加作動するようにしてもよい。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り、それ故に、それらの詳細な説明は省略する。
【００４８】
次に、図６とともに図８を参照して、この第２の実施形態における送給ポンプ８４の追加作動の制御について説明する。この実施形態では、周期Ｔ０毎に気泡の混入の検知が行われ、各周期Ｔ０において気泡を検知した場合における制御は、例えば次の通りに行われる。ポンプコントローラ８２Ａのポンプ作動信号生成手段８８は所定時間Ｔ（作動間隔時間）毎にポンプ作動信号を生成し、生成されるポンプ作動信号の周期の初めになると、ステップＳ２１からステップＳ２２に進み、この周期Ｔ０における気泡の検知が開始される。そして、水流センサ８４が上述したようにして凝縮水に混入した気泡を検知し、気泡を検知したときには、ステップＳ２２からステップＳ２３に移り、気泡カウント手段９０により気泡カウント値が「１」加算され、この周期Ｔ０が終了するまでステップＳ２４からステップＳ２２に戻り、気泡の検知が継続して行われる。
【００４９】
このようにして凝縮水に含まれた気泡を検知するので、この周期Ｔ０中に気泡が全く含まれていない（即ち、水流センサ８４が気泡を検知しない）ときには、ステップＳ２５からステップＳ２６を経てステップＳ２７に移り、送給ポンプ８０が追加作動されることはない。また、この周期Ｔ０中に気泡が含まれていた（即ち、水流センサ８４が気泡を検知した）ときには、ステップＳ２４からステップＳ２８に、又はステップＳ２５ステップＳ２６を経てステップＳ２８に移り、この周期Ｔ０における気泡カウント手段９０の気泡カウント値がメモリ手段９８Ａに記憶される。
【００５０】
このように周期Ｔ０における気泡の数がカウントされると、追加作動判定手段１６２は、この気泡カウント値と判定の設定数（例えば、「２」）とを比較する。そして、気泡カウント値が設定数以上のときには、追加判定手段１６２は追加作動と判定し、ステップＳ３０に進み、後述するように送給ポンプ８０の追加作動が行われるが、気泡カウント値が設定数よりも小さいときには、追加作動判定手段１６２は追加作動なしと判定し、ステップＳ２７に移って送給ポンプ８０が追加作動されることはない。
【００５１】
追加作動判定手段１６２の追加判定の後にステップＳ３１に進むと、追加作動出力演算手段１６４は、気泡カウント手段９０によりカウントされた気泡カウント値に基づいて上述したようにして追加作動出力数を演算し、この追加作動出力数がメモリ手段９８Ａに記憶される。追加作動数は必要最小限ではなく、気泡カウント数よりも十分に多い特定の数でもよい。ただしこの場合は、水量の増加による影響をカバーする分だけ、ガス量、反応空気量も増加する必要がある。
【００５２】
このようにして水流センサ８４が周期Ｔ０において気泡を検知した後、追加出力開始時間に達する（追加出力開始時間に達するまでは、凝縮水に混入した気泡は、図９に示すように送給流路を通して移動されることとなる）と、ステップＳ３２からステップＳ３３に進み、追加作動信号生成手段９２は、追加作動出力演算手段１６４により演算された追加作動出力数に基づいて上述したようにして追加作動信号を生成し、生成された追加作動信号に基づいて制御手段８６は送給ポンプ８０を追加作動する。ステップＳ３４からステップＳ３７までの送給ポンプ８０の追加作動は、上述した第１の実施形態におけるステップＳ９からステップ１２と同様に行われ、この第２の実施形態の固体酸化物形燃料電池システムにおいても、第１の実施形態と同様に、混入された気泡の影響を実質上無くして凝縮水を燃料改質器に送給することができる。
【００５３】
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、本発明はかかる実施形態に限定されず、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。
【００５４】
例えば、上述した実施形態では、燃焼排気ガスに含まれた水蒸気を凝縮させて生じる凝縮水を燃料改質器に送給する形態のシステムに適用しているが、このような形態に限定されず、水供給源からの水を燃料改質器に送給する形態のシステムにも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
２  固体酸化物形燃料電池システム
４  燃料改質器
６  固体酸化物形燃料電池
８  送風装置
５０  凝縮回収手段
５２  水送給手段
５６  凝縮水回収タンク
７８  送給流路
８０  送給ポンプ
８２，８２Ａ  ポンプコントロト一ラ
８４  水流センサ
８８  ポンプ作動信号生成手段
９０  気泡カウント手段
９２  追加作動信号生成手段
９４  追加出力カウント手段
１０４  気泡
１６２  追加作動判定手段
１６４  追加作動出力演算手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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