(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記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り発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第１気化器及び第２気化器が設けられ、前記第１気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第２気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第２気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第２気化器に関連して、前記第２気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させ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】
前記第２気化器により生成された水蒸気の温度を検知するための加熱制御用温度検知手段と、前記第２気化器により生成された水蒸気を補助的に加熱するための補助加熱手段と、を備え、前記加熱制御用温度検知手段の検知温度が加熱制御用設定温度よりも低下すると、前記補助加熱手段が作動され、前記第２気化器により生成された水蒸気が前記補助加熱手段によって加熱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】
前記補助加熱手段は、前記第２気化器に配設され、前記第２気化器により生成された水蒸気及び前記第２気化器に配設された前記燃焼触媒を加熱す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】
前記第２気化器により生成された水蒸気を前記改質器に送給するための水蒸気送給ラインを備え、前記補助加熱手段は、前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第２気化器の上流側における前記燃焼排ガス排出ラインの所定部位に配設され、前記水蒸気送給ラインを流れる水蒸気及び前記燃焼排ガス排出ラインの前記所定部位に配設された前記燃焼触媒を加熱す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５】
炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記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り発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱を温水として回収するための排熱回収手段と、を備え、前記排熱回収手段は、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱と水とで熱交換するための排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器での熱交換後の温水を貯湯する貯湯タンクと、前記排熱回収用熱交換器と前記貯湯タンクとの間で水を循環させるための循環ラインと、を有するコージェネレーションシステムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第１気化器及び第２気化器が設けられ、前記第１気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第２気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第２気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第２気化器に関連して、前記第２気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記排熱回収用熱交換器は、前記第２気化器よりも下流側における前記燃焼排ガス排出ラインに配設されていることを特徴とする請求項５に記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを改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及びこれを備えたコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸素イオンを伝導する膜として固体電解質を用いた燃料電池セルスタックを燃料電池ハウジング内に収容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、この固体電解質の片側に燃料ガスを酸化するための燃料極が設けられ、その他側に空気中の酸素（酸化材）を還元するための酸素極が設けられている。燃料電池セルスタックでは、７００〜１０００℃の高温で、燃料ガスを改質した改質燃料ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素と酸化材としての酸素とを電気化学反応させることにより発電が行われる。近年、このような固体酸化物形燃料電池システムは有望な発電技術として注目されており、例えばコージェネレーションシステムなどにも利用されている。
【０００３】
この固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料電池セルスタックでの作動温度を高く保つ必要があるために、この燃料電池セルスタックでの発電（電気化学反応）に使用されなかった余剰の燃料ガス（改質燃料ガス）が燃焼室で燃焼される。また、この燃焼室の付近には気化器及び改質器が配設されており、燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼熱を利用して、気化器にて水（改質用水）が気化されるとともに、改質器にて水蒸気を用いた改質反応が行われる（例えば、特許文献１参照）。また、この固体酸化物形燃料電池システムの起動時には、燃料電池セルスタックが発電可能な温度に上昇するまで、燃料ガスの燃焼反応やオートサーマルリフォーミング反応を用いて加熱される（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
このような固体酸化物形燃料電池システムの定常発電運転中においては、燃料電池セルスタックでの発電に使用されなかった余剰の燃料ガスは燃焼室で燃焼され、その燃焼熱が気化器における気化熱及び改質器における改質熱に利用される。燃焼室からの燃焼排ガスは燃料電池ハウジング外に排出され、この排出の際に、燃焼排ガスと酸化材としての空気との間で熱交換が行われる。この熱交換により加熱された空気は、燃料電池セルスタックの空気極側に送給される。
【０００５】
この固体酸化物形燃料電池システムでは、燃料利用率（即ち、燃料ガスの価電子の消費速度に対してどれだけの発電電流を取り出すかの割合）が高いほど燃料電池セルスタックの発電効率が高くなる。一般に、この燃料利用率が高いと、発電に使用されない余剰の燃料ガスの量が少なくなるので、燃焼室での燃焼で得られる燃焼熱が少なくなる。それ故に、この燃料利用率が高くなり過ぎると、燃料電池ハウジング内の温度を一定に保つための熱量が不足し、燃料電池セルスタックの作動温度の低下を招き、その発電性能が低下するという問題が生じる。このようなことから、この燃料利用率は、定格発電能力などにもよるが、ある値以上に大きくすることが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９０８４号公報
【特許文献２】特開２００８−２４３５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の固体酸化物形燃料電池システムでは、次のような問題がある。上述のように、気化器及び改質器ではそれぞれ吸熱反応である気化反応及び改質反応が行われるので、燃料電池セルスタックの熱自立運転を行うためには、発電に使用されない余剰の燃料ガスを燃焼室で燃焼させ、この燃焼熱を利用して気化器及び改質器を加熱する必要がある。しかしながら、定常発電運転中における余剰の燃料ガスの量を多くすることは、燃料利用率の低下、即ち、燃料電池セルスタックにおける発電効率の低下を招くことになる。
【０００８】
この余剰の燃料ガスの量を少なくして発電効率を高めるためには、吸熱反応である気化反応を行う気化器を燃料電池ハウジング外に配設し、燃焼室から燃料電池ハウジング外に排出される燃焼排ガスの熱を利用して気化する方法が考えられる。しかしながら、部分負荷時の低負荷運転状態においては、定格負荷時の高負荷運転状態よりも燃料ガスの供給量が減少するため、燃焼排ガスの流量が減少することによりその保有熱量が減少し、気化器における熱交換温度が低下する。この状態で、低負荷運転状態から高負荷運転状態となって気化器に多量の水（改質用水）が送給されると、気化器へ送給する燃焼排ガスの量を増大させるのが間に合わず、瞬間的に気化不良が生じるおそれがある。このように気化不良が生じると、改質器への水蒸気の供給量が燃料ガスに含まれる炭素水素中の炭素の供給量よりも低くなり、これが原因となって燃料電池セルスタックが破損するおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させることにより、第２気化器における気化不良の発生を抑制することができる固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備えたコージェネレーション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】
【００１０】
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では、炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記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り発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第１気化器及び第２気化器が設けられ、前記第１気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第２気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第２気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第２気化器に関連して、前記第２気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させることを特徴とする。
【００１１】
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、前記第２気化器により生成された水蒸気の温度を検知するための加熱制御用温度検知手段と、前記第２気化器により生成された水蒸気を補助的に加熱するための補助加熱手段と、を備え、前記加熱制御用温度検知手段の検知温度が加熱制御用設定温度よりも低下すると、前記補助加熱手段が作動され、前記第２気化器により生成された水蒸気が前記補助加熱手段によって加熱されることを特徴とする。
【００１２】
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、前記補助加熱手段は、前記第２気化器に配設され、前記第２気化器により生成された水蒸気及び前記第２気化器に配設された前記燃焼触媒を加熱することを特徴とする。
【００１３】
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、前記第２気化器により生成された水蒸気を前記改質器に送給するための水蒸気送給ラインを備え、前記補助加熱手段は、前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第２気化器の上流側における前記燃焼排ガス排出ラインの所定部位に配設され、前記水蒸気送給ラインを流れる水蒸気及び前記燃焼排ガス排出ラインの前記所定部位に配設された前記燃焼触媒を加熱することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に記載のコージェネレーションシステムでは、炭化水素系燃料ガスと水蒸気とで改質反応させるための改質器と、前記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り発電を行うための複数個の燃料電池セルを備えた燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックにおいて発電に寄与しない余剰の燃料ガスを燃焼させるための燃焼室と、前記改質器、前記燃料電池セルスタック及び前記燃焼室を収容するために断熱材で覆われた燃料電池ハウジングと、前記燃焼室からの燃焼排ガスを前記燃料電池ハウジング外に排出するための燃焼排ガス排出ラインと、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱を温水として回収するための排熱回収手段と、を備え、前記排熱回収手段は、前記燃焼排ガス排出ラインより排出される燃焼排ガスの排熱と水とで熱交換するための排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器での熱交換後の温水を貯湯する貯湯タンクと、前記排熱回収用熱交換器と前記貯湯タンクとの間で水を循環させるための循環ラインと、を有するコージェネレーションシステムであって、
水を気化させて前記改質器へ送給する水蒸気を生成するための第１気化器及び第２気化器が設けられ、前記第１気化器は、前記燃焼室における余剰の燃料ガスの燃焼により加熱されるように前記燃料電池ハウジング内に収容され、前記第２気化器は、前記燃焼排ガス排出ラインを通して流れる燃焼排ガスにより加熱されるように前記燃料電池ハウジング外に配設されており、
前記燃料電池ハウジング外に位置する前記第２気化器又はその上流側における前記燃焼排ガス排出ラインには、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を燃焼させるための燃焼触媒が配設されており、
更に、前記第２気化器に関連して、前記第２気化器にて生成された水蒸気の温度を検知するための燃料利用率制御用温度検知手段及び前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を制御するための制御手段が設けられ、前記燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、前記制御手段は、前記燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６に記載のコージェネレーションシステムでは、前記排熱回収用熱交換器は、前記第２気化器よりも下流側における前記燃焼排ガス排出ラインに配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
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及び請求項５に記載のコージェネレーションシステムによれば、燃料電池ハウジング外に位置する第２気化器又はその上流側における燃焼排ガス排出ラインには燃焼触媒が配設されているので、この燃焼触媒の作用によって燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼される。この燃焼排ガスの燃焼熱及びその保有熱量によって、第２気化器における熱交換温度を高めることができる。従って、例えば部分負荷時の低負荷運転状態から定格負荷時の高負荷運転状態に切り換えられた際に、多量の水（改質用水）が第２気化器に供給された場合であっても、この供給された水を確実に気化することができ、第２気化器における気化不良の発生を抑制することができる。また、燃料利用率制御用温度検知手段の検知温度が燃料利用率制御用設定温度よりも低下すると、制御手段は、燃料電池セルスタックでの燃料利用率を低下させる。このように燃料利用率を低下させることにより、燃料電池セルスタックでの発電に使用されない余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第２気化器における熱交換温度が上昇するので、第２気化器における気化不良の発生をより効果的に抑制することができる。
【００１８】
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、第２気化器により生成された水蒸気を補助的に加熱するための補助加熱手段が設けられているので、第２気化器により生成された水蒸気の温度が加熱制御用設定温度よりも低下した際には、この補助加熱ヒータからの熱によって水蒸気が加熱される。これにより、水の気化不良を抑制することができ、また所望温度の水蒸気を改質器に供給することができる。
【００１９】
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、補助加熱手段は第２気化器に配設されているので、第２気化器により生成された水蒸気及び第２気化器に配設された燃焼触媒が補助加熱手段によって加熱される。このように水蒸気を加熱することにより、水の気化不良を抑制することができる。また、燃焼触媒を加熱することにより、燃焼触媒の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システムの冷起動時においても燃焼触媒の活性を速やかに発現することができる。
【００２０】
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、補助加熱手段は、燃料電池ハウジング外に位置する第２気化器の上流側における燃焼排ガス排出ラインの所定部位に配設されているので、水蒸気送給ラインを流れる水蒸気及び上記所定部位に配設された燃焼触媒が補助加熱手段によって加熱される。このように水蒸気を加熱することにより、水の気化不良を抑制することができる。また、燃焼触媒を加熱することにより、燃焼触媒の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システムの冷起動時においても燃焼触媒の活性を速やかに発現することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項６に記載のコージェネレーションシステムによれば、排熱回収用熱交換器は、第２気化器よりも下流側における燃焼排ガス排出ラインに配設されているので、第２気化器の下流側にて燃焼排ガスが排熱回収用熱交換器により吸熱される。これにより、第２気化器を流れる燃焼排ガスの温度が高くなり、この第２気化器にて燃焼排ガスの排熱を水（改質用水）の気化に用いることができるとともに、第２気化器にて熱交換に利用された後の燃焼排ガスの排熱を排熱回収用熱交換器にて効果的に温水として回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。
【図４】図３の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。
【図６】図５の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図である。
【図８】図７の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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及びこれを備えたコージェネレーションシステムの各種実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
まず、図１及び図２を参照して、第１の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【００２５】
図１を参照すると、図示の固体酸化物形燃料電池システム２は、改質器４、燃料電池セルスタック６、空気予熱器８、第１気化器１０及び第２気化器１２を備えている。以下、固体酸化物形燃料電池システム２の構成について詳細に説明する。
【００２６】
改質器４は、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、例えば天然ガスなどのメタンを主成分とする炭化水素系燃料ガス（以下、「燃料ガス」という）が水蒸気改質される。この改質器４は、ガス・水蒸気送給ライン１４を介して第１気化器１０に接続されている。
【００２７】
燃料電池セルスタック６は、電気化学反応によって発電を行うための複数個の固体酸化物形燃料電池セル（図示せず）を集電部材を介して積層することにより構成されている。この燃料電池セルスタック６は、酸素イオンを伝導する固体電解質（図示せず）と、固体電解質の片側に設けられた燃料極（図示せず）と、固体電解質の他側に設けられた酸素極（図示せず）と、を備え、固体電解質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。
【００２８】
燃料電池セルスタック６の燃料極の導入側は、改質燃料ガス送給ライン１６を介して改質器４に接続されている。また、燃料電池セルスタック６の酸素極の導入側は、空気送給ライン１８を介して空気（酸化材）を予熱するための空気予熱器８に接続されている。この空気予熱器８は、空気供給ライン２０を介して送風ブロア２２に接続されている。送風ブロア２２の回転数を制御することによって、空気供給ライン２０を通して供給される空気の量が制御される。
【００２９】
燃料電池セルスタック６の燃料極及び酸素極の各排出側には燃焼室２４が設けられ、燃料電池セルスタック６の燃料極側から排出された余剰の燃料ガス（即ち、燃料電池セルスタック６での発電に使用されなかった燃料ガス）と酸素極側から排出された空気（酸素を含む）とがこの燃焼室２４に送給されて燃焼される。燃焼室２４は第１燃焼排ガス排出ライン２６を介して空気予熱器８に接続され、更に、空気予熱器８は、第２燃焼排ガス排出ライン２８を介して第２気化器１２に接続されている。空気予熱器８においては、空気供給ライン２０を通して供給される空気と第１燃焼排ガス排出ライン２６を通して送給される燃焼排ガスとの間で熱交換が行われ、この熱交換によって加温された空気は、空気送給ライン１８を通して燃料電池セルスタック６の酸素極側に送給される。
【００３０】
第１気化器１０は、燃料ガス供給ライン３０を介して燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源３２に接続されている。燃料ガス供給ライン３０には、脱硫器３４、燃料ガス供給用ポンプ３５及び燃料流量センサ３６が配設されている。この燃料ガス供給ライン３０には、更に、２連の開閉弁４０，４２が配設されている。２連の開閉弁４０，４２は開閉自在に構成され、燃料ガス供給ライン３０を開放・遮断することにより、燃料ガスの供給・供給停止を行う。脱硫器３４は、燃料ガス中に含まれる硫黄成分を除去する。燃料ガス供給用ポンプ３５は、燃料ガス供給ライン３０を流れる燃料ガスを昇圧し、燃料流量センサ３６の流量が設定の値となるように、燃料ガス供給源３２からの燃料ガスを燃料ガス供給ライン３０を通して第１気化器１０に供給する。この第１気化器１０は、水蒸気送給ライン４４を介して第２気化器１２に接続されており、第２気化器１２にて生成された水蒸気（後述する）が水蒸気送給ライン４４を通して送給される。
【００３１】
上述した改質器４、燃料電池セルスタック６、空気予熱器８及び第１気化器１０はそれぞれ、燃料電池ハウジング４６に収容されている。燃料電池ハウジング４６の内壁面は断熱材で覆われて高温室４８を規定し、改質器４、燃料電池セルスタック６、空気予熱器８及び第１気化器１０が高温室４８内で高温状態に保たれる。第１気化器１０及び改質器４は燃焼室２４の付近に配設されており、このように配設することによって、燃焼室２４における燃料ガスの燃焼熱によって第１気化器１０及び改質器４が加熱される。これにより、第１気化器１０では、燃焼室２４における燃料ガスの燃焼熱によって、第２気化器１２より送給された水蒸気が更に加熱されることにより、改質用の水蒸気が生成される。
【００３２】
第２気化器１２は、水供給ライン５０を介して改質用水供給源５２（例えば、水道管や水タンクなど）に接続され、この水供給ライン５０には、水（改質用水）を供給するための水供給ポンプ５４が配設されている。改質用水供給源５２からの水は、水供給ライン５０を通して第２気化器１２に供給される。第２気化器１２内の燃焼排ガスが流れる排ガス流路（図示せず）には燃焼触媒５６が充填されており、この燃焼触媒５６は、例えば白金やパラジウム等の貴金属系燃焼触媒、又は例えばマンガンや鉄等の卑金属系燃焼触媒から形成される。特に、白金及びパラジウムは、各種ガス成分に対して活性が高く、３００℃以下の低温域でも利用することができる。また、第２気化器１２内の水蒸気（水を含む）が流れる水蒸気流路（図示せず）の近傍には、温度検知センサ５８（燃料利用率制御用温度検知手段を構成する）が配設されている。この温度検知センサ５８は、第２気化器１２にて生成されて水蒸気流路を流れる水蒸気の温度を検知する。なお、温度検知センサ５８は、水蒸気の温度低下を確実に検知するために、水蒸気の温度が最も低下し得る箇所、例えば、水蒸気流路が金属製の筐体（図示せず）に支持される箇所などに配設するのが好ましい。また、第２気化器１２内の排ガス流路及び水蒸気流路は、燃焼触媒５８を介して相互に熱伝達可能に構成されている。
【００３３】
この第２気化器１２は燃料電池ハウジング４６外に配設されており、このように配設することによって、第２気化器１２における水の気化には、第２燃焼排ガス排出ライン２８を流れる燃焼排ガスの熱が利用され、燃料電池ハウジング４６内の熱が利用されることがない。第２燃焼排ガス排出ライン２８からの燃焼排ガスが第２気化器１２内の排ガス流路を流れると、この排ガス流路に充填された燃焼触媒５６の作用によって、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼される。燃焼排ガスの保有熱量及びその燃焼熱は燃焼触媒５６を介して第２気化器１２内の水蒸気流路に伝達され、この伝達された熱によって、改質用水供給源５２より水供給ライン５０を通して供給される水が気化されて水蒸気が生成される。
【００３４】
また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２では、燃料電池セルスタック６での燃料利用率を制御するためのコントローラ６０（制御手段を構成する）が設けられている。なお、燃料利用率とは、燃料電池セルスタック６に供給される燃料ガスの量に対する、この燃料電池セルスタック６で発電に消費される燃料ガスの量の割合である。コントローラ６０は、温度検知センサ５８の検知温度に基づいて、燃料ガス供給用ポンプ３５の出力を制御して燃料電池セルスタック６への燃料ガスの供給量を制御することにより、燃料利用率を制御する。本実施形態では、温度検知センサ５８の検知温度が第１設定温度（例えば１２０℃）以上になると、コントローラ６０は燃料利用率を上昇させて第２設定値（例えば７７％）に設定し、また温度検知センサ５８の検知温度が第２設定温度（例えば１１０℃）（燃料利用率制御用設定温度を構成する）以下になると、コントローラ６０は燃料利用率を低下させて第１設定値（例えば６５％）に設定する。このように燃料利用率を低下させると、燃料電池セルスタック６にて発電に消費される燃料ガスの割合が減少するため、余剰の燃料ガスの量が増大する。これにより、第１気化器１０における熱交換温度を上昇させることができるとともに、燃焼室２４から排出される燃焼排ガスの保有熱量が増大して、第２気化器１２における熱交換温度を上昇させることができる。
【００３５】
図２をも参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２の発電運転は、次のようにして行われる。固体酸化物形燃料電池システム２を起動すると（ステップＳ１）、送風ブロア２２が作動され、送風ブロア２２からの空気が空気供給ライン２０、空気予熱器８及び空気送給ライン１８を通して燃料電池セルスタック６の酸素極側に供給される（ステップＳ２）。燃料電池セルスタック６の酸素極側から排出された空気は、燃焼室２４に送給される。また、２連の開閉弁４０，４２が開状態に保持されるとともに燃料ガス供給用ポンプ３５が作動され、燃料ガス供給源３２からの燃料ガスは、脱硫器３４にて脱硫された後に燃料ガス供給ライン３０を通して第１気化器１０に供給される。第１気化器１０に供給された燃料ガスは、ガス・水蒸気送給ライン１４、改質器４及び改質燃料ガス送給ライン１６を通して燃料電池セルスタック６の燃料極側に供給される（ステップＳ３）。燃料電池セルスタック６の燃料極側から排出された燃料ガスは、燃焼室２４に送給される。
【００３６】
このように空気及び燃料ガスが供給された状態において、燃焼室２４に配設された点火装置（図示せず）が点火作動されることにより、燃料電池セルスタック６の空気極側から排出された空気を燃焼用空気として、燃料電池セルスタック６の燃料極側から排出された燃料ガスが燃焼される（ステップＳ４）。この燃焼室２４における燃料ガスの燃焼熱によって、燃料電池セルスタック６、改質器４及び第１気化器１０が加熱される。
【００３７】
燃焼室２４から排出された燃焼排ガスは、第１燃焼排ガス排出ライン２６、空気予熱器８及び第２燃焼排ガス排出ライン２８を通して第２気化器１２に送給される。このように送給されると、第２気化器１２内の排ガス流路に充填された燃焼触媒５６の作用によって、燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼される。燃焼排ガスの保有熱量及びその燃焼熱によって第２気化器１２内の温度が上昇すると、改質用水供給源５２からの水が水供給ライン５０を通して第２気化器１２に供給される（ステップＳ５）。この第２気化器１２においては、燃焼排ガスの保有熱量及びその燃焼熱によって水が気化されて水蒸気が生成され、生成された水蒸気が水蒸気送給ライン４４を通して第１気化器１０に送給される。
【００３８】
第１気化器１０においては、燃焼室２４における燃料ガスの燃焼熱によって、燃料ガスが加熱されるとともに、第２気化器１２から送給された水蒸気が更に加熱されて改質用の水蒸気が生成される。この加熱された燃料ガス及び生成された水蒸気は、ガス・水蒸気送給ライン１４を通して改質器４に送給される。
【００３９】
また、改質器４においては、燃焼室２４における燃料ガスの燃焼熱によって、燃料ガスと水蒸気とで水蒸気改質反応が行なわれる。改質された燃料ガス（改質燃料ガス）は、改質燃料ガス送給ライン１６を通して燃料電池セルスタック６の燃料極側に送給される。また、空気予熱器８においては、送風ブロア２２からの空気と燃焼室２４より排出されて第１燃焼排ガス排出ライン２６を通して流れる燃焼排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空気は、空気送給ライン１８を通して燃料電池セルスタック６の酸素極側に送給される。そして、燃料電池セルスタック６の燃料極側から排出された燃料ガスは、燃料電池セルスタック６の酸素極側から排出された空気を燃焼用空気として燃焼される。
【００４０】
このようにして燃料電池セルスタック６の温度が作動温度に達すると、ステップＳ６からステップＳ７に進み、固体酸化物形燃料電池システム２の定常発電運転が行われる。この定常発電運転においては、燃料ガス供給源３２からの燃料ガスは、燃料流量センサ３６の流量が設定の値となるように燃料ガス供給用ポンプ３５の出力が制御されることによりその流量が制御されて、燃料ガス供給ライン３０を通して第１気化器１０に供給される。また、改質用水供給源５２からの水は、水供給ライン５０を通して第２気化器１２に供給され、この第２気化器１２において上述のようにして水が気化されて水蒸気となる。第２気化器１２からの水蒸気は、水蒸気送給ライン４４を通して第１気化器１０に送給されて更に加熱される。そして、第１気化器１０からの燃料ガス及び水蒸気はガス・水蒸気送給ライン１４を通して改質器４に送給され、この改質器４により改質された燃料ガス（改質燃料ガス）が改質燃料ガス送給ライン１６を通して燃料電池セルスタック６の燃料極側に送給される。また、送風ブロア２２からの空気は、空気供給ライン２０を通して空気予熱器８に供給され、この空気予熱器８において第１燃焼排ガス排出ライン２６を通して流れる燃焼排ガスとの間で熱交換される。熱交換により加温された空気は、空気送給ライン１８を通して燃料電池セルスタック６の酸素極側に送給される。
【００４１】
燃料電池セルスタック６の燃料極側では改質された燃料ガスが酸化され、その酸素極側では空気中の酸素が還元され、この燃料極側の酸化及び酸素極側の還元による電気化学反応により発電が行われる。燃料電池セルスタック６の燃料極側及び酸素極側よりそれぞれ排出される余剰の燃料ガス及び空気は燃焼室２４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。この燃焼室２４における燃料ガスの燃焼熱によって第１気化器１０及び改質器４が加熱される。燃焼室２４での燃焼反応に伴って生じる燃焼排ガスは、第１燃焼排ガス排出ライン２６を通して空気予熱器８に送給され、この空気予熱器８において送風ブロア２２から供給される空気との熱交換に利用される。その後に、この燃焼排ガスは第２燃焼排ガス排出ライン２８を通して第２気化器１２に送給され、この第２気化器１２において水の気化に利用された後に大気に排出される。
【００４２】
定常発電運転の初期において、第２気化器１２により生成された水蒸気の温度が充分に上昇していない状態、即ち、温度検知センサ５８の検知温度が第１設定温度（例えば１２０℃）以下であるときには、コントローラ６０は、燃料電池セルスタック６での燃料利用率を低下させて第１設定値（例えば６５％）に制御する（ステップＳ８）。これにより、固体酸化物形燃料電池システム２は、燃料利用率が低下された第１の運転状態で運転される（ステップＳ９）。上述のように、燃料利用率を低下させると、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第２気化器１２における熱交換温度が上昇するので、第２気化器１２により生成された水蒸気の温度を高めることができる。
【００４３】
そして、温度検知センサ５８の検知温度が第１設定温度以上になると、ステップＳ１０からステップＳ１１に進み、コントローラ６０は、燃料電池セルスタック６での燃料利用率を上昇させて第２設定値（例えば７７％）に制御する。これにより、固体酸化物形燃料電池システム２は、燃料利用率が上昇された第２の運転状態で運転される（ステップＳ１２）。このように燃料利用率を上昇させることにより、燃料電池セルスタック６にて発電に消費される燃料ガスの割合が増大し、燃料電池セルスタック６での発電効率が高められる。
【００４４】
また、部分負荷時の低負荷運転状態では、定格負荷時の高負荷運転状態よりも燃料ガスの供給量が低下するため、燃焼排ガスの量が減少することによりその保有熱量が減少し、第２気化器１２における熱交換温度が低下する。このような場合などにおいて、温度検知センサ５８の検知温度が第２設定温度（例えば１１０℃）以下になると、ステップＳ１３からステップＳ８に戻り、コントローラ６０は、燃料電池セルスタック６での燃料利用率を低下させて第１設定値に制御し、固体酸化物形燃料電池システム２は第１の運転状態で運転される（ステップＳ９）。これにより、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第２気化器１２における熱交換温度が上昇するので、第２気化器１２における気化不良の発生を抑制することができる。
【００４５】
上述したように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２では、第２気化器１２には燃焼触媒５６が配設されているので、この燃焼触媒５６の作用によって燃焼排ガス中に含まれる可燃成分が燃焼されることにより、第２気化器１２における熱交換温度を高めることができる。従って、例えば部分負荷時の低負荷運転状態から定格負荷時の高負荷運転状態に切り換えられた際に、改質用水供給源５２から多量の水が第２気化器１２に供給された場合であっても、この供給された水を確実に気化することができ、第２気化器１２における気化不良の発生を抑制することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、第２気化器１２に燃焼触媒５６を配設するように構成したが、燃料電池ハウジング４６外に位置する、第２気化器１２の上流側における第２燃焼排ガス排出ライン２８に燃焼触媒５６を配設するように構成してもよい。
［第２の実施形態］
次に、図３及び図４を参照して、第２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。図３は、本発明の第２の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図４は、図３の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。なお、以下に示す各実施形態において、上記第１の実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
図３を参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ａでは、燃料電池ハウジング４６外に位置する、第２気化器１２よりも上流側における第２燃焼排ガス排出ライン２８の所定部位及び水蒸気送給ライン４４には、補助加熱ヒータ６２（補助加熱手段を構成する）が配設されている。また、第２燃焼排ガス排出ライン２８の上記所定部位には燃焼触媒５６が配設されている。補助加熱ヒータ６２は、例えば電気ヒータなどから構成されており、水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気及び第２燃焼排ガス排出ライン２８の上記所定部位に配設された燃焼触媒５６をそれぞれ加熱する。なお、補助加熱ヒータ６２には、燃料電池セルスタック６にて発電された電力の一部が供給され、この電力によって補助加熱ヒータ６２が作動される。また、第２気化器１２内の水蒸気流路（図示せず）の近傍には第１温度検知センサ６４が配設され、この第１温度検知センサ６４は、第２気化器１２にて生成されて水蒸気流路を流れる水蒸気の温度を検知する。補助加熱ヒータ６２内における水蒸気送給ライン４４の近傍には第２温度検知センサ６６（加熱制御用温度検知手段を構成する）が配設され、この第２温度検知センサ６６は、水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度を検知する。
【００４８】
コントローラ６０Ａは、第１温度検知センサ６４の検知温度に基づいて燃料利用率を制御し、第２温度検知センサ６６の検知温度に基づいて補助加熱ヒータ６２の作動を制御する。第１温度検知センサ６４の検知温度が第１設定温度（例えば１２０℃）以上になると、コントローラ６０Ａは燃料利用率を上昇させて第２設定値（例えば７７％）に設定する。また、第２温度検知センサ６６の検知温度が第２設定温度（例えば１３０℃）（加熱制御用設定温度を構成する）以下になると、コントローラ６０Ａは補助加熱ヒータ６２の作動を開始させ、また第２温度検知手段６６の検知温度が第３設定温度（例えば１５０℃）以上になると、コントローラ６０Ａは補助加熱ヒータ６２の作動を停止させる。
【００４９】
図４をも参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ａの発電運転は、次のようにして行われる。固体酸化物形燃料電池システム２Ａの定常発電運転においては、まず、上記第１の実施形態と同様に、ステップＳ２１〜ステップＳ２５が行われる。ステップＳ２６において、例えば部分負荷時の低負荷運転状態において第２気化器１２における熱交換温度が低下して、第２温度検知センサ６６の検知温度が第２設定温度以下になると、ステップＳ２６からステップＳ２７に進み、コントローラ６０Ａは補助加熱ヒータ６２の作動を開始する。補助加熱ヒータ６２が作動されると、補助加熱ヒータ６２からの熱によって水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気が加熱され、これにより、水の気化不良を抑制することができる。また、補助加熱ヒータ６２からの熱によって第２燃焼排ガス排出ライン２８の上記所定部位に配設された燃焼触媒５６が加熱され、これにより、燃焼触媒５６の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システム２Ａの冷起動時においても燃焼触媒５６の活性を速やかに発現することができる。
【００５０】
水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度が上昇し、第２温度検知センサ６６の検知温度が第３設定温度以上になると、ステップＳ２８からステップＳ２９に進み、コントローラ６０Ａは補助加熱ヒータ６２の作動を停止する。その後はステップＳ２５に戻り、上述したステップＳ２５〜ステップＳ２９が繰り返し行われる。
［第３の実施形態］
次に、図５及び図６を参照して、第３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。図５は、本発明の第３の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図６は、図５の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【００５１】
図５を参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ｂでは、補助加熱ヒータ６２Ｂは第２気化器１２Ｂに内蔵され、補助加熱ヒータ６２Ｂからの熱によって第２気化器１２Ｂ内の燃焼触媒５６が加熱されるように構成されている。また、コントローラ６０Ｂに関連して、補助加熱ヒータ６２Ｂの作動時間を計測するためのタイマ（図示せず）が設けられている。コントローラ６０Ｂは、第１温度検知センサ６４Ｂの検知温度及びタイマの計測時間に基づいて燃料利用率を制御し、第２温度検知センサ６６Ｂ（加熱制御用温度検知手段を構成する）の検知温度に基づいて補助加熱ヒータ６２Ｂの作動を制御する。第１温度検知センサ６４Ｂの検知温度が第１設定温度（例えば１２０℃）以上になると、コントローラ６０Ｂは燃料利用率を上昇させて第２設定値（例えば７７％）に設定して第２の運転状態となる。この第２の運転状態において、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第２設定温度（例えば１３０℃）（加熱制御用設定温度を構成する）以下になると、コントローラ６０Ｂは補助加熱ヒータ６２Ｂの作動を開始させ、タイマによる時間の計測が開始される。第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第３設定温度（例えば１５０℃）以上になった場合には、コントローラ６０Ｂは補助加熱ヒータ６２Ｂの作動を停止させる。あるいは、タイマによる計測時間が所定の設定時間（例えば５分）を超えた場合には、コントローラ６０Ｂは燃料利用率を低下させて第１設定値（例えば６５％）に設定して第１の運転状態となり、この第１の運転状態において、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第３設定温度以上になると、コントローラ６０Ｂは補助加熱ヒータ６２Ｂの作動を停止させる。
【００５２】
図６をも参照して、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ｂの発電運転について説明する。固体酸化物形燃料電池システム２Ｂの定常発電運転においては、まず、上記第１の実施形態と同様に、ステップＳ４１〜ステップＳ４５が行われる。ステップＳ４６において、例えば部分負荷時の低負荷運転状態において第２気化器１２Ｂにおける熱交換温度が低下して、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第２設定温度以下になると、ステップＳ４６からステップＳ４７に進み、補助加熱ヒータ６２Ｂの作動が開始されるとともに、タイマによって補助加熱ヒータ６２Ｂの作動時間が計測される（ステップＳ４８）。補助加熱ヒータ６２Ｂが作動されると、補助加熱ヒータ６２Ｂからの熱によって第２気化器１２Ｂ内を流れる水蒸気が加熱されるとともに、第２気化器１２Ｂ内の燃焼触媒５６が加熱される。このように燃焼触媒５６を加熱することにより、燃焼触媒５６の活性を一定に保つことができ、また固体酸化物形燃料電池システム２Ｂの冷起動時においても燃焼触媒５６の活性を速やかに発現することができる。
【００５３】
水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度が上昇し、タイマの計測時間が設定時間以内において第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第３設定温度以上になると、ステップＳ４９からステップＳ５０に進み、補助加熱ヒータ６２Ｂの作動が停止されるとともに、タイマがリセットされる（ステップＳ５１）。その後はステップＳ４５に戻る。
【００５４】
ステップＳ４９において、設定時間が経過しても水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度が第３設定温度まで上昇しない、即ち、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第３設定温度以下であり且つタイマの計測時間が設定時間を超えると、ステップＳ４９からステップＳ５２を経てステップＳ５３に進む。コントローラ６０Ｂは、燃料電池セルスタック６での燃料利用率を低下させて第１設定値に制御し、固体酸化物形燃料電池システム２Ｂは第１の運転状態で運転される（ステップＳ５４）。これにより、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第２気化器１２Ｂにおける熱交換温度を上昇させて、水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度を上昇させることができる。
【００５５】
水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度が上昇し、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第３設定温度以上になると、ステップＳ５５からステップＳ５６に進み、補助加熱ヒータ６２Ｂの作動が停止されるとともに、タイマがリセットされる（ステップＳ５７）。その後はステップＳ４４に戻る。
【００５６】
なお、第２気化器１２Ｂの上流側における第２燃焼排ガス排出ライン２８に燃焼触媒５６を配設するように構成した場合には、燃料電池ハウジング４６外に位置する、第２気化器１２Ｂの上流側における第２燃焼排ガス排出ライン２８及び水蒸気送給ライン４４に補助加熱ヒータ６２Ｂを配設するようにしてもよい。
［第４の実施形態］
次に、図７及び図８を参照して、第４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。図７は、本発明の第４の実施形態による固体酸化物形燃料電池システムの構成を簡略的に示すブロック図であり、図８は、図７の固体酸化物形燃料電池システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【００５７】
図７を参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ｃはコージェネレーションシステムに適用されており、燃焼排ガスの排熱を回収するための排熱回収手段６８が設けられている。排熱回収手段６８は、第２燃焼排ガス排出ライン２８を流れる燃焼排ガスの排熱と水とで熱交換するための排熱回収用熱交換器７０と、排熱回収用熱交換器７０での熱交換後の温水を貯湯するための貯湯タンク７２と、排熱回収用熱交換器７０と貯湯タンク７２との間で水を循環させるための循環ライン７４と、を有している。循環ライン７４には、水を送り出すための循環ポンプ７６が配設されている。循環ポンプ７６が作動すると、貯湯タンク７２内の水が循環ライン７４を通して流れ、排熱回収用熱交換器７０にて循環ライン７４を流れる水と第２燃焼排ガス排出ライン２８を流れる燃焼排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温水は、循環ライン７４を通して貯湯タンク７２内に流入され、このようにして燃焼排ガスの排熱が温水として貯湯タンク７２内に貯えられる。
【００５８】
なお、排熱回収用熱交換器７０は、第２燃焼排ガス排出ライン２８における第２気化器１２Ｂの配設部位より下流側に配設するのが好ましい。このように配設することにより、第２気化器１２Ｂの下流側にて燃焼排ガスが排熱回収用熱交換器７０により吸熱されるので、第２気化器１２Ｂを流れる燃焼排ガスの温度が高くなり、この第２気化器１２Ｂにて燃焼排ガスの排熱を水（改質用水）の気化に用いることができるとともに、第２気化器１２Ｂにて熱交換に利用された後の燃焼排ガスの排熱を排熱回収用熱交換器７０にて効果的に温水として回収することができる。
【００５９】
コントローラ６０Ｃは、第１及び第２温度検知センサ６４Ｂ，６６Ｂの検知温度に基づいて燃料利用率を制御し、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度に基づいて補助加熱ヒータ６２Ｂの作動を制御する。第１温度検知センサ６４Ｂの検知温度が第１設定温度（例えば１２０℃）以上になると、コントローラ６０Ｃは燃料利用率を上昇させて第２設定値（例えば７７％）に設定する。また、第２温度検知センサ６６Ｂ（加熱制御用温度検知手段及び燃料利用率制御用温度検知手段を構成する）の検知温度が第２設定温度（例えば１３０℃）（加熱制御用設定温度及び燃料利用率制御用設定温度を構成する）以下になると、コントローラ６０Ｃは補助加熱ヒータ６２Ｂの作動を開始させると同時に、燃料利用率を低下させて第１設定値（例えば６５％）に設定し、また第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第３設定温度（例えば１５０℃）以上になると、コントローラ６０Ｃは補助加熱ヒータ６２Ｂの作動を停止させると同時に、燃料利用率を上昇させて第２設定値に設定する。
【００６０】
図８をも参照すると、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム２Ｃの発電運転は、次のようにして行われる。固体酸化物形燃料電池システム２Ｃの定常発電運転においては、まず、上記第１の実施形態と同様に、ステップＳ６１〜ステップＳ６５が行われる。ステップＳ６６において、例えば部分負荷時の低負荷運転状態において第２気化器１２Ｂにおける熱交換温度が低下して、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第２設定温度以下になると、ステップＳ６６からステップＳ６７に進み、補助加熱ヒータ６２Ｂの作動が開始されると同時に、燃料利用率が低下されて第１設定値に設定され、固体酸化物形燃料電池システム２Ｃが第１の運転状態で運転される（ステップＳ６８）。補助加熱ヒータ６２Ｂが作動されることにより、補助加熱ヒータ６２Ｂからの熱によって第２気化器１２Ｂ内を流れる水蒸気が加熱されるとともに、第２気化器１２Ｂ内の燃焼触媒５６が加熱される。また、燃料利用率が低下されることにより、余剰の燃料ガスの量が増大して燃焼排ガスの保有熱量が増大し、第２気化器１２Ｂにおける熱交換温度が上昇されて、水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度が上昇される。
【００６１】
水蒸気送給ライン４４を流れる水蒸気の温度が上昇し、第２温度検知センサ６６Ｂの検知温度が第３設定温度以上になると、ステップＳ６９からステップＳ７０に進み、補助加熱ヒータ６２Ｂの作動が停止されると同時に、燃料利用率が上昇されて第２設定値に設定され、固体酸化物形燃料電池システム２Ｃが第２の運転状態で運転される（ステップＳ６５）。
【００６２】
なお、第２気化器１２Ｂの上流側における第２燃焼排ガス排出ライン２８に燃焼触媒５６を配設するように構成した場合には、燃料電池ハウジング４６外に位置する、第２気化器１２Ｂの上流側における第２燃焼排ガス排出ライン２８及び水蒸気送給ライン４４に補助加熱ヒータ６２Ｂを配設するようにしてもよい。
【００６３】
以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システム及びこれを備えたコージェネレーションシステムの各種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。
【００６４】
例えば、２系統の水供給ライン（改質用水供給源、水供給ポンプなどを含む）を設けるように構成し、一方の水供給ラインからの水を第１気化器１０に供給し、他方の水供給ラインからの水を第２気化器１２（１２Ｂ）に供給するようにしてもよい。かかる場合には、第２気化器１２（１２Ｂ）を水蒸気送給ライン４４を介して改質器４に接続し、第２気化器１２（１２Ｂ）からの水蒸気を水蒸気送給ライン４４を通して改質器４に送給するように構成してもよい。
【００６５】
また例えば、上記各実施形態では、燃料ガス供給ライン３０を第１気化器１０に接続しているが、このような構成に代えて、この燃料ガス供給ライン３０を改質器４に接続し、燃料ガス供給源３２からの燃料ガスを改質器４に直接的に送給するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  固体酸化物形燃料電池システム
４  改質器
６  燃料電池セルスタック
１０  第１気化器
１２，１２Ｂ  第２気化器
２４  燃焼室
３４  脱硫器
３５  燃料ガス供給用ポンプ
３６  燃料流量センサ
４６  燃料電池ハウジング
５６  燃焼触媒
５８  温度検知センサ
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ  コントローラ
６２，６２Ａ  補助加熱ヒータ
６４，６４Ｂ  第１温度検知センサ
６６，６６Ｂ  第２温度検知センサ
６８  排熱回収手段
７０  排熱回収用熱交換器
７２  貯湯タンク
７４  循環ライン
【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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