(57)【要約】【課題】従来に比べて長寿命化が可能なリモート電源用の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１００は、改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池１０と、燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器２０と、固体酸化物形燃料電池１０のアノードオフガスを冷却する吸収式冷凍サイクル３２と、アノードオフガスの冷却によりアノードオフガスから回収された回収水の改質器２０への供給に用いる水供給経路２６と、吸収式冷凍サイクル３２の冷却能力を制御する制御器４０と、を備え、制御器４０は、吸収式冷凍サイクル３２の蒸発器３２Ａと再生器３２Ｂとの間の経路を流れる冷媒の流量の調整に用いる第１流量調整器３２Ｄ、および／または、蒸発器３２Ａをバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量の調整に用いる第２流量調整器を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、
燃料ガスを改質して前記改質ガスを生成する改質器と、
前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを冷却する吸収式冷凍サイクルと、
前記アノードオフガスの冷却により前記アノードオフガスから回収された回収水の前記改質器への供給に用いる水供給経路と、
前記吸収式冷凍サイクルの冷却能力を制御する制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記吸収式冷凍サイクルの蒸発器と再生器との間の経路を流れる冷媒の流量の調整に用いる第１流量調整器、および／または、前記蒸発器をバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量の調整に用いる第２流量調整器を制御する、固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記蒸発器の温度を検知する第１温度検知器を備え、
前記制御器は、前記第１温度検知器で検知された温度に基づいて、前記第１流量調整器を制御する、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】
前記吸収式冷凍サイクルの放熱器の温度を検知する第２温度検知器を備え、
前記制御器は、前記第２温度検知器で検知された温度に基づいて、前記第１流量調整器を制御する、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４】
前記制御器は、前記固体酸化物形燃料電池の発電量に基づいて、前記第１流量調整器を制御する、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５】
前記回収水の回収量を検知する水回収量検知器を備え、
前記制御器は、前記水回収量検知器で検知された水量に基づいて、前記第２流量調整器を制御する、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６】
前記改質器に供給される空気を用いて、前記改質器での前記燃料ガスの改質が行われる、請求項１−５のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
前記固体酸化物形燃料電池のカソードオフガスおよび前記蒸発器を通過したアノードオフガスを燃焼する燃焼器を備える、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８】
前記再生器が、前記燃焼器の燃焼排ガスの熱を用いて駆動される、請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項９】
前記回収水の回収量を検知する水回収量検知器と、前記再生器をバイアスする経路を流れる燃焼排ガスの流量の調整に用いる第３流量調整器と、を備え、
前記制御器は、前記水回収量検知器で検知された水量に基づいて、前記第３流量調整器を制御する、請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項１０】
固体酸化物形燃料電池において、改質ガスを用いて発電する工程と、
改質器を用いて燃料ガスを改質して前記改質ガスを生成する工程と、
吸収式冷凍サイクルを用いて前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを冷却する工程と、
前記アノードオフガスの冷却により前記アノードオフガスから水を回収し、前記回収水を前記改質器へ供給する工程と、を備え、
前記アノードオフガスを冷却する工程は、前記吸収式冷凍サイクルの蒸発器と再生器との間の経路を流れる冷媒の流量を前記蒸発器の蒸発温度に基づいて調整する工程、および／または、前記蒸発器をバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量を前記水の回収量に基づいて調整する工程と、を備える、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】
本発明は固体酸化物形燃料電池システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池システム（以下、「ＳＯＦＣシステム」という場合がある。）は、大別すると、定置用とポータブル用の二種類のシステムがある。
【０００３】
定置用システムは、主に、都市ガス（都市で配管を用いて供給されるガス）および市水等のインフラが整備された地域におけるコージェネレーションシステムに用いられ、ＳＯＦＣシステムにおける電力および熱が利用される（例えば、特許文献１を参照。）。よって、定置用システムでは、グリッド電力との比較におけるユーザーメリットが十分に発揮できるよう、発電高効率化、長寿命化、低コスト化、等が求められる。それ故、水蒸気改質（Steam  Reforming：SR）が常用される。これは、水蒸気改質が、最も高効率な改質方法であること、グリッドガス（都市ガス）の主成分がメタン故、適切なスチームカーボン比（Ｓ／Ｃ）によって数万時間レベルの長寿命化が図れること、改質水が市水から容易に得られること、等の理由による。
【０００４】
ポータブル用システムは、上記インフラに寄らずに自立して運転可能なように、例えば、レジャー、車載ＡＰＵ、軍事用等の電源として開発されている（例えば、特許文献２を参照。）。ポータブル用システムでは、簡素な構成による軽量化およびコンパクト化、インフラに依存しない自立運転の実現、等が求められる。それ故、部分酸化改質（Partially  Oxidization  Reforming：POX）が常用される。これは、部分酸化改質が、水インフラを必要としないこと、水系統を必要としないため構成が簡素であること、発熱反応であるため燃料電池スタックから改質器に対する熱の供給を行う必要がなく、定置用システムと異なり、燃料電池スタックと改質器との複合ユニットであるホットボックスを形成する必要がないこと、等の理由による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７３４１６号公報
【特許文献２】特開２００４−００６３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＳＯＦＣシステムでは、都市ガスおよび市水等のインフラに寄らない場合、通常、ＬＰＧやカセットガス等の可搬燃料が用いられる。これらのガスの主成分はプロパン、ブタン等であって、メタンに比べて炭素析出（コーキング）を起し易いという欠点がある。そして、このことが、リモート電源用のＳＯＦＣシステムの長寿命化への阻害要因の一つになっているが、上記のとおり、このタイプのＳＯＦＣシステムの長寿命化の要求は緩和される場合が多く（例えば、電池に要求される寿命は１０００ＨＲ内外）、電池寿命が問題視されることは、今まで少なかった。
【０００７】
しかし、本件発明者等は、かかるリモート電源用のＳＯＦＣシステムにおいても、長寿命化への潜在的な要求は存在すると考えている。換言すると、リモート電源用のＳＯＦＣシステムの長寿命化を可能にする技術の確立によって、新規なマーケットを開拓できると期待している。
【０００８】
なお、本明細書において、リモートとは、都市ガスおよび市水等のインフラに寄らずに自立して運転する機器やシステムの使用環境のことを指すものとする。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べて長寿命化が可能なリモート電源用のＳＯＦＣシステムおよびその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様（aspect）の固体酸化物形燃料電池システムは、改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、燃料ガスを改質して前記改質ガスを生成する改質器と、前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを冷却する吸収式冷凍サイクルと、前記アノードオフガスの冷却により前記アノードオフガスから回収された回収水の前記改質器への供給に用いる水供給経路と、前記吸収式冷凍サイクルの冷却能力を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記吸収式冷凍サイクルの蒸発器と再生器との間の経路を流れる冷媒の流量の調整に用いる第１流量調整器、および／または、前記蒸発器をバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量の調整に用いる第２流量調整器を制御する。
【００１１】
また、本発明の一態様の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法は、固体酸化物形燃料電池において、改質ガスを用いて発電する工程と、改質器を用いて燃料ガスを改質して前記改質ガスを生成する工程と、吸収式冷凍サイクルを用いて前記固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを冷却する工程と、前記アノードオフガスの冷却により前記アノードオフガスから水を回収し、前記回収水を前記改質器へ供給する工程と、を備え、前記アノードオフガスを冷却する工程は、前記吸収式冷凍サイクルの蒸発器と再生器との間の経路を流れる冷媒の流量を前記蒸発器の蒸発温度に基づいて調整する工程、および／または、前記蒸発器をバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量を前記水の回収量に基づいて調整する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様は、従来に比べて長寿命化が可能なリモート電源用のＳＯＦＣシステムおよびその運転方法を提供するという効果を奏する。
【００１３】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施の形態１のＳＯＦＣシステムの一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、実施の形態２のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態３のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態４のＳＯＦＣシステムの一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態４のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施の形態５のＳＯＦＣシステムの一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施の形態５のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、従来のＳＯＦＣシステムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、各実施の形態１−５の具体的な構成及び動作を説明する前に、本実施の形態に至った経緯を説明する。
【００１６】
本実施の形態では、上記のとおり、リモート電源用のＳＯＦＣシステムの長寿命化、とりわけ、ＬＰＧ改質を行う場合の改質系統の長寿命化が意図されている。この場合、鍵となるのは、以下の十分な生成水回収技術の確立であると考えられる。
【００１７】
ＬＰＧの主成分は、プロパン（Ｃ３Ｈ８）およびブタン（Ｃ４Ｈ１０）であるが、自動車用ＬＰＧガスの国際規格（IS14861-2000）に参照すると、若干量のＣ５以上の成分を含む。この重組成炭化水素の存在により、ＬＰＧ改質はメタン改質等に比べてコーキング（炭素析出）を起し易いので、大量の酸化剤が必要である。このため、不足の水に加えて、酸素（空気）を添加して行われるオートサーマル改質（Auto Thermal Reforming：ATR）が、コーキングを防止する好適な方法である。
【００１８】
なお、本明細書では、オートサーマル状態のことを、その源義通りに、水蒸気改質の吸熱反応と部分酸化改質の発熱反応の均衡状態を指すのではなく、単に水蒸気改質と部分酸化改質が併用される状態を指すものとする。
【００１９】
このとき、オートサーマル改質における水および空気の適量は、概ね、Ｓ／Ｃ（スチームカーボン比）が２．０−３．０程度、Ｏ／Ｃ（酸素カーボン比）が０．３−０．８程度となる量であって、水蒸気改質の基本条件に、水蒸気クラッキングで消費される水を補填するために空気を添加するような量論比で行われる。なお、Ｏ／Ｃが上がるほど、改質効率は落ちるので、空気添加は最低限の量で行う方が好ましい。
【００２０】
このような状況において、リモート電源用のＳＯＦＣシステムを前提とした場合（つまり、水自立を必須とする場合）、従来のＳＯＦＣシステムでは、ＳＯＦＣシステムの改質に用いる水回収は極めて難しいと考えられる。
【００２１】
これは、以下の理由による。
【００２２】
まず、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という場合がある。）では、改質ガス（水素）と空気（酸素）とが発電反応することにより、アノードにおいてのみ水が生成する。そして、従来、図１１に例示する如く、ＳＯＦＣ５０の高温のアノードオフガスはそのまま、アフターバーナ５２において、ＳＯＦＣ５０のカソードオフガスとともに燃焼され、燃焼排ガスが予熱器５３に送られる。
【００２３】
一方、冷却のため、ＳＯＦＣ５０のカソードには、量論比に対して大幅に過剰な空気（空気利用率Ｕｏ＝０．２−０．３程度）の供給を必要とする。
【００２４】
よって、図１１の例に倣い、多量のカソードオフガスを用いて、ＳＯＦＣ５０のアノードオフガスをそのまま、アフターバーナ５２で燃焼させると、アノードオフガス中のＳＯＦＣの生成水が空気（例えば、窒素ガス）によって希釈される。
【００２５】
つまり、図１１に示す如く、アノードオフガスをそのまま、アフターバーナ５２で燃焼させた場合、ガスの水蒸気分圧が大幅に低下する（つまり、ガスの露点が大幅に低下する）。従って、この場合、水蒸気分圧の低い燃焼排ガスが多量に発生することとなり、燃焼排ガス中の水を回収すべく、多量の燃焼排ガスを露点以下にまで冷却するのが困難である。
【００２６】
そこで、本件発明者等は、従来のＳＯＦＣシステムにおける効率的な水回収の問題を考慮すると、リモート電源用のＳＯＦＣシステムの長寿命化には、従来のＳＯＦＣシステムの構成の抜本的な見直しが不可欠であると判断している。
【００２７】
よって、第１の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、改質ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器と、固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを冷却する吸収式冷凍サイクルと、アノードオフガスの冷却によりアノードオフガスから回収された回収水の改質器への供給に用いる水供給経路と、吸収式冷凍サイクルの冷却能力を制御する制御器と、を備え、制御器は、吸収式冷凍サイクルの蒸発器と再生器との間の経路を流れる冷媒の流量の調整に用いる第１流量調整器、および／または、蒸発器をバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量の調整に用いる第２流量調整器を制御する。
【００２８】
かかる構成により、従来に比べて長寿命化が可能なリモート電源用の固体酸化物形燃料電池システムが得られる。
【００２９】
例えば、本態様の固体酸化物形燃料電池システムでは、アノードオフガス中の水を回収してから、アノードオフガスをアフターバーナで燃焼できる。よって、アノードオフガスの露点が低下し、水回収が困難になるという問題を解消できる。
【００３０】
また、上記第１流量調整器の制御、および／または、上記第２流量調整器の制御により、外気温に関係なく、蒸発器において、アノードオフガスから適量の水を回収できる。
以上の結果、水インフラに寄らずに固体酸化物形燃料電池システムの水自立運転が可能になり、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、炭素析出（コーキング）が起こりにくい改質（例えば、オートサーマル改質）の適用が容易になる。
【００３１】
また、第２の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第１の態様において、蒸発器の温度を検知する第１温度検知器を備えてもよく、制御器が、第１温度検知器で検知された温度に基づいて、第１流量調整器を制御してもよい。
【００３２】
蒸発器の温度に基づいて、第１流量調整器を制御することにより、蒸発器の冷媒の蒸発圧力を調整できる。すると、蒸発器の冷媒の蒸発性能が変化し、ひいては、蒸発器の温度が変化するので、蒸発器による冷媒の冷却能力を所望の性能に制御できる。
【００３３】
また、第３の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第１の態様において、吸収式冷凍サイクルの放熱器の温度を検知する第２温度検知器を備えてもよく、制御器が、第２温度検知器で検知された温度に基づいて、第１流量調整器を制御してもよい。
【００３４】
第１流量調整器の操作量の変化に対し、放熱器の温度は、蒸発器の温度と負の相関関係がある。よって、放熱器の温度を知ることにより、蒸発器の温度を間接的に予測できる。
よって、放熱器の温度に基づいて、第１流量調整器を制御することにより、放熱器および蒸発器の圧力を調整できる。そして、蒸発器の圧力の調整により、蒸発器の冷媒の蒸発性能が変化し、ひいては、蒸発器の温度が変化するので、蒸発器による冷媒の冷却能力を所望の性能に制御できる。
【００３５】
また、第４の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第１の態様において、制御器が、固体酸化物形燃料電池の発電量に基づいて、第１流量調整器を制御してもよい。
【００３６】
かかる第１流量調整器の制御により、外気温に関係なく、固体酸化物形燃料電池において、所望の発電量を得ることができるよう、アノードオフガスから適量の水を回収できる。
【００３７】
また、第５の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第１の態様において、回収水の回収量を検知する水回収量検知器を備えてもよく、制御器が、水回収量検知器で検知された水量に基づいて、第２流量調整器を制御してもよい。
【００３８】
第２流量調整器を制御することにより、蒸発器をバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量を調整できる。すると、蒸発器によるアノードオフガスからの水回収量を所望量に制御できる。
【００３９】
また、第６の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第１の態様−第５の態様のいずれかにおいて、改質器に供給される空気を用いて、改質器での燃料ガスの改質が行われてもよい。
【００４０】
かかる構成により、本態様の固体酸化物形燃料電池システムに、コーキングが起こりにくいオートサーマル改質を適用できる。
【００４１】
また、第７の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第１の態様において、固体酸化物形燃料電池のカソードオフガスおよび蒸発器を通過したアノードオフガスを燃焼する燃焼器を備えてもよい。
【００４２】
また、第８の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第７の態様において、再生器が、燃焼器の燃焼排ガスの熱を用いて駆動されてもよい。
【００４３】
かかる構成により、燃焼器の燃焼排ガスの熱を、吸収式冷凍サイクルの冷媒の再生に有効に利用できる。
【００４４】
また、第９の態様の固体酸化物形燃料電池システムは、第８の態様において、回収水の回収量を検知する水回収量検知器と、再生器をバイアスする経路を流れる燃焼排ガスの流量の調整に用いる第３流量調整器と、を備えてもよく、制御器が、水回収量検知器で検知された水量に基づいて、第３流量調整器を制御してもよい。
【００４５】
第２流量調整器６８を制御することにより、再生器をバイパスする経路を流れる燃焼排ガスの流量を調整できる。すると、蒸発器の冷媒の蒸発性能が変化し、ひいては、蒸発器によるアノードオフガスからの水回収量を所望量に制御できる。
【００４６】
また、第１０の態様の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法は、固体酸化物形燃料電池において、改質ガスを用いて発電する工程と、改質器を用いて燃料ガスを改質して改質ガスを生成する工程と、吸収式冷凍サイクルを用いて固体酸化物形燃料電池のアノードオフガスを冷却する工程と、アノードオフガスの冷却によりアノードオフガスから水を回収し、回収水を改質器へ供給する工程と、を備え、上記アノードオフガスを冷却する工程は、吸収式冷凍サイクルの蒸発器と再生器との間の経路を流れる冷媒の流量を蒸発器の蒸発温度に基づいて調整する工程、および／または、蒸発器をバイパスする経路を流れるアノードオフガスの流量を水の回収量に基づいて調整する工程と、を備える。
【００４７】
これにより、従来に比べて長寿命化が可能なリモート電源用の固体酸化物形燃料電池システムが得られる。
【００４８】
例えば、本態様の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法では、アノードオフガス中の水を回収してから、アノードオフガスをアフターバーナで燃焼できる。よって、アノードオフガスの露点が低下し、水回収が困難になるという問題を解消できる。
【００４９】
また、上記冷媒の流量の制御、および／または、上記アノードオフガスの流量の制御により、外気温に関係なく、蒸発器において、アノードオフガスから適量の水を回収できる。
【００５０】
以上の結果、水インフラに寄らずに固体酸化物形燃料電池システムの水自立運転が可能になり、固体酸化物形燃料電池システムの運転において、炭素析出（コーキング）が起こりにくい改質（例えば、オートサーマル改質）の適用が容易になる。
【００５１】
以下、各実施の形態１−５の具体例について図面を参照しながら説明する。
【００５２】
なお、以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する場合がある。
【００５３】
（実施の形態１）
［装置構成］
図１は、実施の形態１のＳＯＦＣシステムの一例を示すブロック図である。
【００５４】
図１に示すように、ＳＯＦＣシステム１００は、ＳＯＦＣ１０と、ＳＯＦＣ１０の燃料系統と、ＳＯＦＣ１０の酸化剤ガス（空気）系統と、制御器４０と、を備える。
【００５５】
ＳＯＦＣ１０は、固体酸化物形燃料電池であれば、どのような構造のものでもよい。例えば、平板型（積層型）、円筒型、フラットチューブ型等の公知の様々なタイプの固体酸化物形燃料電池を用いることができる。よって、ＳＯＦＣ１０の詳細な説明および図示は省略する。
【００５６】
制御器４０は、ＳＯＦＣシステム１００の動作を制御する。例えば、制御器４０は、後述の吸収式冷凍サイクル３２の冷却能力を制御する。制御器４０は、制御機能を有するものであればどのようなものでもよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）と、を備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵ等が例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。また、制御器４０は、集中制御を行う単独の制御装置で構成されていてもいいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御装置で構成されていてもいい。
【００５７】
ＳＯＦＣ１０の燃料系統は、図１に示す如く、改質器２０と、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを冷却する冷却系統１５０と、を備える。
【００５８】
改質器２０は、燃料ガスを改質して、水素含有ガスである改質ガスを生成する。具体的には、改質器２０において、燃料ガスの改質反応が行われ、改質ガスが生成される。改質反応は、本例では、オートサーマル改質反応が例示されている。よって、ＳＯＦＣシステム１００には、さらに、改質器２０に空気を供給する空気供給器（図示せず）が設けられ、これにより、改質器２０に供給される空気を用いて、改質器２０でのオートサーマル改質が行われる。改質器２０からの改質ガスは、ＳＯＦＣ１０のアノードに送られ、ＳＯＦＣ１０の発電反応に用いられる。なお、燃料ガスは、プロパンおよびブタンを主成分とするＬＰＧ等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスである。
冷却系統１５０は、燃料予熱器２１と、第１オフガス冷却器２２と、全熱交換器２３と、第２オフガス冷却器２４と、ドレインタンク２５と、水供給経路２６と、蒸発器３２Ａと、を備える。
【００５９】
なお、蒸発器３２Ａは、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを冷却する吸収式冷凍サイクル３２に組み込まれているが、その詳細は後述する。
【００６０】
燃料予熱器２１は、ＬＰＧ等の燃料ガスとアノードオフガスとの間で熱交換することを目的とした機器である。つまり、低温の燃料ガスが、燃料予熱器２１の受熱流体であり、高温のアノードオフガスが、燃料予熱器２１の加熱流体である。これにより、ＳＯＦＣ１０を出た直後の高温（例えば、６００−１０００℃）のアノードオフガスが、燃料予熱器２１を用いて冷却される。換言すると、改質器２０に供給される前のオートサーマル改質用の燃料ガスが、燃料予熱器２１を用いて加熱される。なお、本例では、燃料予熱器２１に入る前の燃料ガスに、オートサーマル改質用の空気および水が添加されている。
【００６１】
第１オフガス冷却器２２は、燃料予熱器２１からのアノードオフガスを適温（例えば、１００℃内外）にまで冷却する。そして、第１オフガス冷却器２２からのアノードオフガスは全熱交換器２３へ送られる。これにより、全熱交換器２３の前段側で、アノードオフガスを、全熱交換器２３の使用に適した温度（例えば、１００℃内外）にまで冷却できる。
【００６２】
なお、第１オフガス冷却器２２は、上記アノードオフガスを冷却できる機器であればいなかる構成でも構わない。第１オフガス冷却器２２は、例えば、アノードオフガスの熱を外部に放熱するラジエータでもよい。
【００６３】
全熱交換器２３は、アノードオフガスとオートサーマル改質用の空気との間で熱および水を同時に交換することを目的とした機器である。
【００６４】
つまり、全熱交換器２３は、アノードオフガスの冷却器として機能する。また、全熱交換器２３は、図示しない選択透過膜を備え、アノードオフガスの熱および水を用いて、上記空気を加熱および加湿する機器としても機能する。この場合、低温の空気が、全熱交換器２３の受熱流体であり、高温のアノードオフガスが、全熱交換器２３の加熱流体である。これにより、燃料予熱器２１からのアノードオフガスが、全熱交換器２３を用いて適温（例えば、５０℃内外）にまで冷却される。一方、全熱交換器２３において、アノードオフガス中の水が選択透過膜を透過して空気へ移動し、これにより、燃料ガスと混合する前の空気が、アノードオフガスの熱および水を用いて加熱および加湿される。
【００６５】
なお、全熱交換器２３の作動流体に、オートサーマル改質用の燃料ガスではなく、本実施の形態の如く、オートサーマル改質用の空気を用いる方が、以下の理由により好ましい。
【００６６】
オートサーマル改質では、燃料ガスの量に比べて空気の量が圧倒的に多い。よって、全熱交換器２３の作動流体に空気を用いる方が、燃料ガスを用いる場合に比べて、アノードオフガス中の水を多量に回収でき、このような回収水をオートサーマル改質反応に利用できる。また、全熱交換器２３での水の回収量が多い程、全熱交換器２３の後段の第２オフガス冷却器２４の容量を小さくできる。
【００６７】
第２オフガス冷却器２４は、全熱交換器２３からのアノードオフガスを適温にまで冷却する。そして、第２オフガス冷却器２４からのアノードオフガスは、吸収式冷凍サイクル３２の蒸発器３２Ａにおいて更に冷却され、ＳＯＦＣ１０の酸化剤ガス系統へ送られる。
なお、第２オフガス冷却器２４は、上記アノードオフガスを冷却できる機器であればいなかる構成でも構わない。第２オフガス冷却器２４は、例えば、アノードオフガスの熱を外部に放熱するラジエータでもよい。
【００６８】
このようにして、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを適温（例えば、３０℃内外）にまで冷却することにより、アノードオフガスから適量の水を回収できる。その結果、水インフラに寄らずにＳＯＦＣシステム１００の水自立運転が可能になる。
【００６９】
ドレインタンク２５は、上記アノードオフガスの冷却により、アノードオフガス中の水蒸気の凝縮に基づいて発生する凝縮水を回収し貯留する。また、水供給経路２６は、上記アノードオフガスの冷却により、アノードオフガスから回収された回収水を改質器２０へ供給するための流路である。なお、水供給経路２６上に、適宜の流量制御器（図示せず）を設けてもよい。
【００７０】
以上により、回収水は、燃料予熱器２１に入る前の燃料ガスに添加され、回収水を用いて、改質器２０での燃料ガスのオートサーマル改質が行われる。
【００７１】
一方、ＳＯＦＣ１０の酸化剤ガス系統は、図１に示す如く、アフターバーナ３０と、酸化剤ガス予熱器３１と、再生器３２Ｂと、を備える。
【００７２】
なお、再生器３２Ｂは、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを冷却する吸収式冷凍サイクル３２に組み込まれているが、その詳細は後述する。
【００７３】
アフターバーナ３０は、ＳＯＦＣ１０のカソードオフガスおよび上記冷却系統１５０の蒸発器３２Ａを通過したアノードオフガスを燃焼する燃焼器である。本実施の形態では、図１に示すように、冷却系統１５０を用いて、アノードオフガス中の水を回収してから、アフターバーナ３０でアノードオフガスが燃焼される。アフターバーナ３０の高温の燃焼排ガスは、酸化剤ガス予熱器３１に送られる。
【００７４】
酸化剤ガス予熱器３１は、酸化剤ガス（ここでは、空気）と燃焼排ガスとの間で熱交換することを目的とした機器である。つまり、低温の酸化剤ガスが、酸化剤ガス予熱器３１の受熱流体であり、高温の燃焼排ガスが、酸化剤ガス予熱器３１の加熱流体である。これにより、酸化剤ガス供給器（図示せず）からの酸化剤ガスが、酸化剤ガス予熱器３１を用いて、適温（例えば、７００℃）にまで加熱され、その後、酸化剤ガスは、ＳＯＦＣ１０のカソードに送られ、ＳＯＦＣ１０の発電反応に用いられる。なお、燃焼排ガスは、再生器３２Ｂを経て、外部に排出される。
【００７５】
次に、ＳＯＦＣシステム１００の吸収式冷凍サイクル３２について説明する。
【００７６】
図２は、実施の形態１のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの構成の一例を示す図である。
【００７７】
図１および図２に示すように、吸収式冷凍サイクル３２は、蒸発器３２Ａと、再生器３２Ｂと、放熱器３２Ｃと、流量調整器３２Ｄと、温度検知器３２Ｅと、を備える。
【００７８】
なお、ここでは、吸収式冷凍サイクル３２の冷媒にアンモニアを用い、アンモニアの吸収液に水を用いる場合を例に説明する。
【００７９】
再生器３２Ｂは、上記酸化剤ガス予熱器３１からの高温の燃焼排ガスとの熱交換により、冷媒（ここでは、アンモニア）を含む水溶液を加熱する。すると、アンモニアは、水よりも沸点が低いので、アンモニアガスが、放熱器３２Ｃへと供給され、沸点が低い水は、吸収器へと戻る。これにより、アンモニアガスが、水と分離される。つまり、再生器３２Ｂは、アフターバーナ３０の燃焼排ガスの熱を用いて駆動され、これにより、アンモニア液が再生される。よって、燃焼排ガスの熱を、アンモニア液の再生に有効に利用できる。
【００８０】
放熱器３２Ｃでは、アンモニアガスが、空冷等により熱を放出して液化する。そして、アンモニア液が蒸発器３２Ａへと送られる。
【００８１】
蒸発器３２Ａは、アンモニアが蒸発（気化）することにより、上記第１オフガス冷却器２４からのアノードオフガスを冷却する。一方、気化したアンモニアガスは、吸収器へと送られる。
【００８２】
吸収器では、アンモニアガスが水に吸収され、アンモニア水溶液が、再生器３２Ｂに送られる。
【００８３】
以上のサイクルを連続的に行うことによって、吸収式冷凍サイクル３２の蒸発器３２Ａは、第２オフガス冷却器２４からのアノードオフガスを外気温に関係なく強制的に適温（例えば、３０℃内外）まで冷却できる。これにより、外気温に関係なく、蒸発器３２Ａにおいて、アノードオフガスから適量の水を回収できる。
【００８４】
流量調整器３２Ｄは、蒸発器３２Ａと再生器３２Ｂとの間の経路に配されて、再生器３２Ｂから蒸発器３２Ａに向けて、この経路を流れるアンモニア（冷媒）の流量の調整に用いられる。例えば、蒸発器３２Ａと放熱器３２Ｃとの間の経路に流量調整器３２Ｄを配し、これにより、本経路を流れるアンモニア液の流量を調整するとよい。流量調整器３２Ｄは、アンモニアの流量を調整できれば、いかなる構成でも構わない。流量調整器３２Ｄは、例えば、流量調整用の膨張弁でもよい。
【００８５】
温度検知器３２Ｅは、蒸発器３２Ａの温度を検知する。温度検知器３２Ｅは、蒸発器３２Ａの温度を検知できれば、いかなる構成でも構わない。温度検知器３２Ｅは、例えば、熱電対やサーミスタでもよい。
【００８６】
本実施の形態のＳＯＦＣシステム１００では、制御器４０は、温度検知器３２Ｅの検知温度（蒸発器３２Ａの温度）に基づいて、本検知温度が蒸発器温度の基準範囲となるよう、流量調整器３２Ｄの操作量（例えば、膨張弁の開度）を制御している。このような流量調整器３２Ｄの操作量の制御により、蒸発器３２Ａのアンモニアの蒸発圧力を調整できる。すると、蒸発器３２Ａのアンモニアの蒸発性能が変化し、ひいては、蒸発器３２Ａの温度が変化するので、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力を所望の性能に制御できる。
【００８７】
なお、流量調整器３２Ｄの操作量と蒸発器３２Ａの蒸発圧力との関係は、アンモニア冷媒の状態変化を示す公知のモリエル線図（図示せず）を参酌することによって、容易に理解できるので、詳細な説明は省略する。
【００８８】
従って、本実施の形態では、ＳＯＦＣ１０内の生成水は全てアノードオフガス中に含まれること、アノードオフガスの水蒸気分圧が極めて高いこと（アノードオフガスの露点は通常、８０−９０℃程度）、アノードオフガス量が、アフターバーナ３０の燃焼排ガス量に比べて少量であること、等の理由により、アノードオフガス中の水蒸気を効率的に凝縮でき、効率的に水回収できる。
【００８９】
また、本実施の形態のＳＯＦＣシステム１００は、上記構成により、外気温に関係なく、蒸発器３２Ａにおいて、アノードオフガスから適量の水を回収できる。例えば、外気温が高温の環境においても、水インフラに寄らずにＳＯＦＣシステム１００の水自立運転が可能なように、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力を所望の性能に制御できる。
【００９０】
以上により、本実施の形態のＳＯＦＣシステム１００では、Ｓ／Ｃ（スチームカーボン比）が２．０−３．０程度、Ｏ／Ｃ（酸素カーボン比）が０．３−０．８程度のオートサーマル改質が可能となる。その結果、本実施の形態のＳＯＦＣシステム１００の寿命を、従来のリモート電源用のＳＯＦＣシステムに比べて長寿命化できる。
【００９１】
［動作］
以下、本実施の形態のＳＯＦＣシステム１００の運転方法（動作）を説明する。なお、以下の動作は、制御器４０の制御によって行われる。
【００９２】
図示しない燃料供給源から、ＬＰＧ等の燃料ガスが燃料予熱器２１に供給される。このとき、図示しない空気供給器から燃料ガスに空気が添加され、ドレインタンク２５から燃料ガスに水が添加される。燃料予熱器２１において燃料ガスが加熱され、その後、燃料ガスは、改質器２０に供給される。改質器２０において、燃料ガスをオートサーマル改質して改質ガスが生成される。なお、ＳＯＦＣ１０は、改質器２０で生成された改質ガスを用いて発電する。
【００９３】
ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスは、冷却系統１５０において冷却される。
【００９４】
このとき、冷却系統１５０の燃料予熱器２１において、アノードオフガスの熱が、オートサーマル改質用の燃料ガスの加熱に利用される。
【００９５】
また、アノードオフガスは、第１オフガス冷却器２２で冷却された後、冷却系統１５０の全熱交換器２３において、アノードオフガスの熱および水が、オートサーマル改質用の空気の加熱および加湿に利用される。
【００９６】
次いで、アノードオフガスは、第２オフガス冷却器２４で冷却された後、蒸発器３２Ａで冷却される。
【００９７】
そして、冷却系統１５０のドレインタンク２５において、アノードオフガス中の水が回収され、回収水が水供給経路２６を用いて改質器２０に送られ、オートサーマル改質用の水として再利用される。
【００９８】
一方、図示しない酸化剤ガス供給源から、酸化剤ガス（空気）が酸化剤ガス予熱器３１に供給される。酸化剤ガス予熱器３１において、酸化剤ガスが加熱される。なお、ＳＯＦＣ１０は、酸化剤ガス予熱器３１で加熱された酸化剤ガスを用いて発電する。
【００９９】
ＳＯＦＣ１０のカソードオフガスは、アフターバーナ３０において、冷却系統１５０の蒸発器３２Ａを通過したアノードオフガスと混合され、混合ガスが燃焼される。
【０１００】
アフターバーナ３０の燃焼排ガスの熱は、酸化剤ガス予熱器３１において、ＳＯＦＣ１０の発電反応用の酸化剤ガスの加熱に利用される。
【０１０１】
次いで、燃焼排ガスの熱は、再生器３２Ｂにおいて、アンモニア液の再生に利用され、外部に排出される。
【０１０２】
次に、ＳＯＦＣシステム１００の吸収式冷凍サイクル３２の動作例について説明する。
上記のとおり、吸収式冷凍サイクル３２の蒸発器３２Ａでは、アンモニアの気化（蒸発）により、第２オフガス冷却器２４からのアノードオフガスの熱が奪われ、これにより、アノードオフガスが適温（例えば、３０℃内外）にまで冷却される。このとき、アンモニアの蒸気は水に吸収され、この溶液が、吸収式冷凍サイクル３２の再生器３２Ｂに送られる。
【０１０３】
また、上記のとおり、吸収式冷凍サイクル３２の再生器３２Ｂでは、酸化剤ガス予熱器３１からの高温（例えば、２００−３００℃）の燃焼排ガスの熱によりアンモニアおよび水を含む上記の溶液が加熱され、これにより、アンモニアが分留される。そして、アンモニア液が蒸発器３２Ａに送られる。
【０１０４】
図３は、実施の形態１のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１０５】
ＳＯＦＣシステム１００の運転（発電）が開始すると、ステップＳ３０１において、制御器４０は、温度検知器３２Ｅの検知温度Ｔｅｖａ（蒸発器３２Ａの温度）が、所定の設定温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。設定温度Ｔ１は、例えば、−１０℃であるが、これは例示であって、本例に限定されない。本設定温度Ｔ１は、ＳＯＦＣシステム１００の構成に適合するように適宜設定すればよい。
【０１０６】
検知温度Ｔｅｖａが、設定温度Ｔ１以下の場合（Ｔ１≧Ｔｅｖａ）、蒸発器３２Ａの温度が、アノードオフガス中の水回収に十分な温度にまで冷却されていると判断される。そして、この場合、流量調整器３２Ｄの操作量を、蒸発器３２Ａの圧力を上げる方向に調整される。具体的には、ステップＳ３０２において、流量調整器３２Ｄの一例である膨張弁の開度が、大きくなる方向に膨張弁が制御される。例えば、膨張弁の開度をパルス数に基づいて調整する場合（例えば、ゼロパルスで全閉、４８０パルスで全開）、パルス数を（Ｘ）から（Ｘ＋２）に変更すると、膨張弁の開度が僅かに、大きくなる。その後、ステップＳ３０１に戻り、ステップＳ３０１の判定動作が、再実行される。
【０１０７】
このようにして、蒸発器３２Ａの昇圧により、蒸発器３２Ａの温度が上昇するので、蒸発器３２Ａの過度の温度低下による霜の付着を抑制できる。
【０１０８】
検知温度Ｔｅｖａが、設定温度Ｔ１よりも高い場合（Ｔ１＜Ｔｅｖａ）、次の判定ステップＳ３０３に進み、制御器４０は、温度検知器３２Ｅの検知温度Ｔｅｖａが、所定の設定温度Ｔ２よりも高いか否かを判定する。設定温度Ｔ２は、例えば、０℃であるが、これは例示であって、本例に限定されない。本設定温度Ｔ２は、ＳＯＦＣシステム１００の構成に適合するように適宜設定すればよい。
【０１０９】
検知温度Ｔｅｖａが、設定温度Ｔ２よりも高い場合（Ｔ２＜Ｔｅｖａ）、蒸発器３２Ａの温度が、アノードオフガス中の水回収に十分な温度にまで冷却されていないと判断される。そして、この場合、流量調整器３２Ｄの操作量を、蒸発器３２Ａの圧力を下げる方向に調整される。具体的には、ステップＳ３０３において、流量調整器３２Ｄの一例である膨張弁の開度が、小さくなる方向に膨張弁が制御される。例えば、膨張弁の開度をパルス数に基づいて調整する場合（例えば、ゼロパルスで全閉、４８０パルスで全開）、パルス数を（Ｘ）から（Ｘ−２）に変更すると、膨張弁の開度が僅かに、小さくなる。その後、ステップＳ３０１に戻り、ステップＳ３０１の判定動作が、再実行される。
【０１１０】
このようにして、蒸発器３２Ａの圧力降下により、蒸発器３２Ａの温度が低下するので、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力が向上し、アノードオフガス中の水回収量を増やすことができる。
【０１１１】
検知温度Ｔｅｖａが、設定温度Ｔ２以下の場合（Ｔ２≧Ｔｅｖａ）、蒸発器３２Ａの温度が、アノードオフガス中の水回収に適した温度にまで冷却されていると判断され、そのまま、ステップＳ３０１に戻り、ステップＳ３０１の判定動作が、再実行される。
【０１１２】
（実施の形態２）
［装置構成］
本実施の形態のＳＯＦＣシステムは、下記の構成以外は、実施の形態１のＳＯＦＣシステム１００と同様に構成することができる。よって、装置の全体構成の図示は省略する。
図４は、実施の形態２のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの構成の一例を示す図である。
【０１１３】
本実施の形態のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクル３２’は、図２の温度検知器３２Ｅに代えて、温度検知器３２Ｆを備える。図４の吸収式冷凍サイクル３２’の他の構成は、図２の吸収式冷凍サイクル３２と同じなので説明を省略する。
温度検知器３２Ｆは、放熱器３２Ｃの温度を検知する。温度検知器３２Ｆは、放熱器３２Ｃの温度を検知できれば、いかなる構成でも構わない。温度検知器３２Ｆは、例えば、熱電対やサーミスタでもよい。
【０１１４】
上記モリエリ線図の参酌により、流量調整器３２Ｄの操作量の変化に対し、放熱器３２Ｃの温度は、蒸発器３２Ａの温度と負の相関関係があることがわかる。よって、放熱器３２Ｃの凝縮温度を知ることにより、蒸発器３２Ａの蒸発温度を間接的に予測できる。
【０１１５】
そこで、本実施の形態のＳＯＦＣシステムでは、制御器４０は、温度検知器３２Ｆの検知温度（放熱器３２Ｃの温度）に基づいて、本検知温度が放熱器温度の基準範囲となるよう、流量調整器３２Ｄの操作量（例えば、膨張弁の開度）を制御している。このような流量調整器３２Ｄの操作量の制御により、放熱器３２Ｃおよび蒸発器３２Ａの圧力を調整できる。そして、蒸発器３２Ａの圧力の調整により、蒸発器３２Ａのアンモニアの蒸発性能が変化し、ひいては、蒸発器３２Ａの温度が変化するので、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力を所望の性能に制御できる。
【０１１６】
従って、本実施の形態のＳＯＦＣシステムは、上記構成により、実施の形態１と同様、外気温に関係なく、蒸発器３２Ａにおいて、アノードオフガスから適量の水を回収できる。例えば、外気温が高温の環境においても、水インフラに寄らずにＳＯＦＣシステムの水自立運転が可能なように、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力を所望の性能に制御できる。
【０１１７】
［動作］
以下、本実施の形態のＳＯＦＣシステムの運転方法（動作）の一例を説明する。なお、以下の動作は、制御器４０の制御によって行われる。
【０１１８】
図５は、実施の形態２のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１１９】
ＳＯＦＣシステムの運転（発電）が開始すると、ステップＳ５０１において、制御器４０は、温度検知器３２Ｆの検知温度Ｔｇｃ（放熱器３２Ｃの温度）が、所定の設定温度Ｔ３よりも高いか否かを判定する。設定温度Ｔ３は、例えば、４０℃であるが、これは例示であって、本例に限定されない。本設定温度Ｔ３は、ＳＯＦＣシステムの構成に適合するように適宜設定すればよい。
【０１２０】
検知温度Ｔｇｃが、設定温度Ｔ３よりも高い場合（Ｔ３＜Ｔｇｃ）、放熱器３２Ｃの温度が異常な高温ゆえ、高圧状態にあると判断される。そして、この場合、流量調整器３２Ｄの操作量を、放熱器３２Ｃの圧力を下げる方向に調整される。具体的には、ステップＳ５０２において、流量調整器３２Ｄの一例である膨張弁の開度が、大きくなる方向に膨張弁が制御される。例えば、膨張弁の開度をパルス数に基づいて調整する場合（例えば、ゼロパルスで全閉、４８０パルスで全開）、パルス数を（Ｘ）から（Ｘ＋２）に変更すると、膨張弁の開度が僅かに、大きくなる。その後、ステップＳ５０１に戻り、ステップＳ５０１の判定動作が、再実行される。
【０１２１】
このようにして、放熱器３２Ｃの圧力降下により、放熱器３２Ｃの配管の圧力損傷等を抑制できるので、吸収式冷凍サイクル３２’の運転が安定化する。
【０１２２】
検知温度Ｔｇｃが、設定温度Ｔ３以下の場合（Ｔ３≧Ｔｇｃ）、次の判定ステップＳ５０３に進み、制御器４０は、温度検知器３２Ｆの検知温度Ｔｇｃが、所定の設定温度Ｔ４以下であるか否かを判定する。設定温度Ｔ４は、例えば、３０℃であるが、これは例示であって、本例に限定されない。本設定温度Ｔ４は、ＳＯＦＣシステムの構成に適合するように適宜設定すればよい。
【０１２３】
検知温度Ｔｇｃが、設定温度Ｔ４以下の場合（Ｔ４≧Ｔｇｃ）、放熱器３２Ｃの温度が、吸収式冷凍サイクル３２’の運転を十分な行える程、高くないと判断される。つまり、放熱器３２Ｃで得られる熱量が低く、それに伴って、蒸発器３２Ａで行われる熱交換量も低下するので、蒸発器３２Ａでのアノードオフガスからの水回収が十分に行われていないと判断される。そして、この場合、流量調整器３２Ｄの操作量を、蒸発器３２Ａの圧力を下げる方向に調整される。具体的には、ステップＳ５０４において、流量調整器３２Ｄの一例である膨張弁の開度が、小さくなる方向に膨張弁が制御される。例えば、膨張弁の開度をパルス数に基づいて調整する場合（例えば、ゼロパルスで全閉、４８０パルスで全開）、パルス数を（Ｘ）から（Ｘ−２）に変更すると、膨張弁の開度が僅かに、小さくなる。その後、ステップＳ５０１に戻り、ステップＳ５０１の判定動作が、再実行される。
【０１２４】
このようにして、蒸発器３２Ａの圧力降下により、蒸発器３２Ａの温度が低下するので、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力が向上し、アノードオフガス中の水回収量を増やすことができる。
【０１２５】
検知温度Ｔｇｃが、設定温度Ｔ４よりも高い場合（Ｔ４＜Ｔｅｖａ）、放熱器３２Ｃの温度が、好適な温度範囲にあると判断され、そのまま、ステップＳ５０１に戻り、ステップＳ５０１の判定動作が、再実行される。
【０１２６】
本実施の形態のＳＯＦＣシステムの動作は、上記の点以外は、実施の形態１と同様の動作であってもよい。
【０１２７】
（実施の形態３）
［装置構成］
本実施の形態のＳＯＦＣシステムは、下記の構成以外は、実施の形態１のＳＯＦＣシステム１００と同様に構成することができる。よって、装置構成の図示は省略する。
【０１２８】
制御器４０は、図示しないＳＯＦＣシステム１００のインバータ回路からの信号によりＳＯＦＣ１０で発電する電力を検出する発電量検出器（図示せず）を備える。そして、制御器４０は、ＳＯＦＣ１０の発電量に基づいて、本発電量が所望の値となるよう、流量調整器３２Ｄの操作量（例えば、膨張弁の開度）を制御している。具体的には、制御器４０は、基準発電量との比較において、発電量の検出値が小さい場合、アノードオフガスからの水回収が十分に行われていないと判断して、流量調整器３２Ｄの操作量を制御する。
【０１２９】
従って、本実施の形態のＳＯＦＣシステムは、上記構成により、ＳＯＦＣ１０において、所望の発電量を得ることができるよう、アノードオフガスから適量の水を回収できる。
【０１３０】
［動作］
以下、本実施の形態のＳＯＦＣシステムの運転方法（動作）を説明する。なお、以下の動作は、制御器４０の制御によって行われる。
【０１３１】
図６は、実施の形態３のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１３２】
ＳＯＦＣシステムの運転（発電）が開始されると、ステップＳ６０１において、制御器４０は、ＳＯＦＣ１０の発電量Ｗcellが、基準発電量Ｗ１以下であるか否かを判定する。基準発電量Ｗ１は、例えば、１５００Ｗであるが、これは例示であって、本例に限定されない。基準発電量Ｗ１は、ＳＯＦＣシステムの構成に適合するように適宜設定すればよい。
【０１３３】
ＳＯＦＣ１０の発電量Ｗcellが基準発電量Ｗ１以下の場合（Ｗ１≧Ｗcell）、蒸発器３２Ａでのアノードオフガスからの水回収が十分に行われていないと判断される。そして、この場合、流量調整器３２Ｄの操作量を、蒸発器３２Ａの圧力を下げる方向に調整される。具体的には、ステップＳ６０２において、流量調整器３２Ｄの一例である膨張弁の開度が、小さくなる方向に膨張弁が制御される。例えば、膨張弁の開度をパルス数に基づいて調整する場合（例えば、ゼロパルスで全閉、４８０パルスで全開）、パルス数を（Ｘ）から（Ｘ−２）に変更すると、膨張弁の開度が僅かに、小さくなる。その後、ステップＳ６０１に戻り、ステップＳ６０１の判定動作が、再実行される。
【０１３４】
このようにして、蒸発器３２Ａの圧力降下により、蒸発器３２Ａの温度が低下するので、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力が向上し、アノードオフガス中の水回収量を増やすことができる。その結果、ＳＯＦＣ１０の発電量Ｗcellを増やすことができる。
【０１３５】
ＳＯＦＣ１０の発電量Ｗcellが基準発電量Ｗ１よりも多い場合（Ｗ１＜Ｗcell）、ＳＯＦＣ１０の発電量が、好適な値であると判断され、そのまま、ステップＳ６０１に戻り、ステップＳ６０１の判定動作が、再実行される。
【０１３６】
本実施の形態のＳＯＦＣシステムの動作は、上記の点以外は、実施の形態１または実施の形態２と同様の動作であってもよい。
【０１３７】
（実施の形態４）
［装置構成］
図７は、実施の形態４のＳＯＦＣシステムの一例を示すブロック図である。
【０１３８】
本実施の形態のＳＯＦＣシステム２００は、下記の構成以外は、実施の形態１のＳＯＦＣシステム１００と同様に構成することができる。
【０１３９】
図７に示すように、本実施形態のＳＯＦＣシステム２００は、第１バイパス経路６４と、流量調整器６５と、水回収量検知器６６と、を備える。
【０１４０】
第１バイパス経路６４は、吸収式冷凍サイクル３２”の蒸発器３２Ａの入口（アノードオフガスの流れの上流側）と出口（アノードオフガスの流れの下流側）との間を接続し、蒸発器３２Ａをバイパスするようにアノードオフガスを流すための流路である。第１バイパス経路６４の上流端は、第２オフガス冷却器２４から送られたアノードオフガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。第１バイパス経路６４の下流端は、蒸発器３２Ａからアフターバーナ３０に至るまでのアノードオフガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。
【０１４１】
流量調整器６５は、蒸発器３２Ａをバイパスする第１バイパス経路６４を流れるアノードオフガスの流量の調整に用いられる。流量調整器６５は、第１バイパス経路６４内のアノードオフガスの流量を調整できれば、いかなる構成でも構わない。流量調整器６５は、例えば、流量調整用のバイパス弁でもよい。
【０１４２】
水回収量検知器６６は、冷却系統２５０において、アノードオフガスから回収される水の回収量を検知する。水回収量は直接的に検知されてもいいし、間接的に検知されてもいい。水回収量の間接的な検知方法として、例えば、蒸発器３２Ａの温度から水回収量を予測する方法がある。水回収量の直接的な検知方法として、例えば、ドレインタンク２５の重量を測定する方法やトレインタンク２５内の水の水位を検知する方法がある。
【０１４３】
そこで、本実施の形態のＳＯＦＣシステム２００では、制御器４０は、水回収量検知器６６で検知された水量に基づいて、本検知水量が所望の値となるよう、流量調整器６５の操作量（例えば、バイパス弁の開度）を制御している。流量調整器６５の操作量の制御により、蒸発器３２Ａをバイパスする第１バイパス経路６４を流れるアノードオフガスの流量を調整できる。すると、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスからの水回収量を所望量に制御できる。
【０１４４】
従って、本実施の形態のＳＯＦＣシステム２００は、上記構成により、実施の形態１と同様、外気温に関係なく、蒸発器３２Ａにおいて、アノードオフガスから適量の水を回収できる。例えば、外気温が高温の環境においても、水インフラに寄らずにＳＯＦＣシステム２００の水自立運転が可能なように、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力を所望の性能に制御できる。
【０１４５】
また、流量調整器６５の操作量の制御により、蒸発器３２Ａに入るアノードオフガスの流量を微調整できるので、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスからの水回収量を連続的かつ高精細に調整できる。よって、ドレインタンク２５の小容量化が可能であり、ＳＯＦＣシステム２００のコストを低減できる。
【０１４６】
なお、本実施の形態のＳＯＦＣシステム２００では、吸収式冷凍サイクル３２”は、蒸発器３２Ａと、放熱器３２Ｃと、再生器３２Ｂとを備える例が図示されている。しかし、吸収式冷凍サイクル３２”は、実施の形態１の吸収式冷凍サイクル３２と同様、流量調整器３２Ｄと、温度検知器３２Ｅと、を更に備えていいし、実施の形態２の吸収式冷凍サイクル３２’と同様、流量調整器３２Ｄと、温度検知器３２Ｆと、を更に備えてもいい。つまり、本実施の形態のＳＯＦＣシステム２００では、制御器４０は、上記吸収式冷凍サイクル３２”の冷却能力の制御の他、実施の形態１の吸収式冷凍サイクル３２の冷却能力の制御または実施の形態２の吸収式冷凍サイクル３２’の冷却能力の制御も行ってもよい。
【０１４７】
［動作］
以下、本実施の形態のＳＯＦＣシステム２００の運転方法（動作）を説明する。なお、以下の動作は、制御器４０の制御によって行われる。
【０１４８】
図８は、実施の形態４のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１４９】
ＳＯＦＣシステム２００の運転（発電）が開始されると、ステップＳ８０１において、制御器４０は、水回収量検知器６６の検知水量Ａｅｖａが、基準設定値Ａ１よりも高いか否かを判定する。基準設定値Ａ１は、例えば、単位時間当たりの水回収量（例えば、１０ｇ／ｈ等）であるが、これは例示であって、本例に限定されない。基準設定値Ａ１は、ＳＯＦＣシステム２００の構成に適合するように適宜設定すればよい。
【０１５０】
水回収量検知器６６の検知水量Ａｅｖａが基準設定値Ａ１よりも高い場合（Ａ１＜Ａｅｖａ）、蒸発器３２Ａでのアノードオフガスからの水回収量が多いと判断される。そして、この場合、流量調整器６５の操作量を、蒸発器３２Ａをバイパスする第１バイパス経路６４を流れるアノードオフガスの流量を多くする方向に調整される。具体的には、ステップＳ８０２において、流量調整器６５の一例であるバイパス弁を開く方向に、バイパス弁が制御される。その後、ステップＳ８０１に戻り、ステップＳ８０１の判定動作が、再実行される。
【０１５１】
これにより、蒸発器３２Ａを通過するアノードオフガスの量が減少するので、水回収量を所望の量に減量できる。
【０１５２】
水回収量検知器６６の検知水量Ａｅｖａが基準設定値Ａ１以下の場合（Ａ１≧Ａｅｖａ）、蒸発器３２Ａでのアノードオフガスからの水回収量が少ないと判断される。そして、この場合、流量調整器６５の操作量を、蒸発器３２Ａをバイパスする第１バイパス経路６４を流れるアノードオフガスの流量を少なくする方向に調整される。具体的には、ステップＳ８０３において、流量調整器６５の一例であるバイパス弁を閉じる方向に、バイパス弁が制御される。その後、ステップＳ８０１に戻り、ステップＳ８０１の判定動作が、再実行される。
【０１５３】
これにより、蒸発器３２Ａを通過するアノードオフガスの量が増加するので、水回収量を所望の量に増量できる。
【０１５４】
本実施の形態のＳＯＦＣシステム２００の動作は、上記の点以外は、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３と同様の動作であってもよい。
【０１５５】
（実施の形態５）
［装置構成］
図９は、実施の形態５のＳＯＦＣシステムの一例を示すブロック図である。
【０１５６】
本実施の形態のＳＯＦＣシステム３００は、下記の構成以外は、実施の形態４のＳＯＦＣシステム２００と同様に構成することができる。
【０１５７】
図９に示すように、本実施形態のＳＯＦＣシステム３００は、第２バイパス経路６７と、流量調整器６８と、を備える。
【０１５８】
第２バイパス経路６７は、吸収式冷凍サイクル３２”の再生器３２Ｂの入口（燃焼排ガスの流れの上流側）と出口（燃焼排ガスの流れの下流側）との間を接続し、再生器３２Ｂをバイパスするように燃焼排ガスを流すための流路である。第２バイパス経路６７の上流端および下流端は、燃焼排ガスが流れる流路であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。
【０１５９】
流量調整器６８は、再生器３２Ｂをバイパスする第２バイパス経路６７を流れる燃焼排ガスの流量の調整に用いられる。流量調整器６８は、第２バイパス経路６７内の燃焼排ガスの流量を調整できれば、いかなる構成でも構わない。流量調整器６８は、例えば、流量調整用のバイパス弁でもよい。
【０１６０】
そこで、本実施の形態のＳＯＦＣシステム３００では、制御器４０は、水回収量検知器６６で検知された水量に基づいて、本検知水量が所望の値となるよう、流量調整器６８の操作量（例えば、バイパス弁の開度）を制御している。流量調整器６８の操作量の制御により、再生器３２Ｂをバイパスする第２バイパス経路６７を流れる燃焼排ガスの流量を調整できる。すると、蒸発器３２Ａのアンモニアの蒸発性能が変化し、ひいては、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスからの水回収量を所望量に制御できる。
【０１６１】
従って、本実施の形態のＳＯＦＣシステム３００は、上記構成により、実施の形態１と同様、外気温に関係なく、蒸発器３２Ａにおいて、アノードオフガスから適量の水を回収できる。例えば、外気温が高温の環境においても、水インフラに寄らずにＳＯＦＣシステム３００の水自立運転が可能なように、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力を所望の性能に制御できる。
【０１６２】
また、流量調整器６８の操作量の制御により、再生器３２Ｂに入る燃焼排ガスの流量を微調整できるので、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスからの水回収量を連続的かつ高精細に調整できる。よって、ドレインタンク２５の小容量化が可能であり、ＳＯＦＣシステム３００のコストを低減できる。
【０１６３】
［動作］
以下、本実施の形態のＳＯＦＣシステム３００の運転方法（動作）を説明する。なお、以下の動作は、制御器４０の制御によって行われる。
【０１６４】
図１０は、実施の形態５のＳＯＦＣシステムの吸収式冷凍サイクルの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１６５】
ＳＯＦＣシステム３００の運転（発電）が開始されると、ステップＳ１００１において、制御器４０は、水回収量検知器６６の検知水量Ａｅｖａが、基準設定値Ａ１よりも高いか否かを判定する。基準設定値Ａ１は、例えば、単位時間当たりの水回収量（例えば、１０ｇ／ｈ等）であるが、これは例示であって、本例に限定されない。基準設定値Ａ１は、ＳＯＦＣシステム３００の構成に適合するように適宜設定すればよい。
【０１６６】
水回収量検知器６６の検知水量Ａｅｖａが基準設定値Ａ１よりも高い場合（Ａ１＜Ａｅｖａ）、蒸発器３２Ａでのアノードオフガスからの水回収量が多いと判断される。そして、この場合、流量調整器６８の操作量を、再生器３２Ｂをバイパスする第２バイパス経路６７を流れる燃焼排ガスの流量を多くする方向に調整される。具体的には、ステップＳ１００２において、流量調整器６８の一例であるバイパス弁を開く方向に、バイパス弁が制御される。その後、ステップＳ１００１に戻り、ステップＳ１００１の判定動作が、再実行される。
【０１６７】
これにより、再生器３２Ｂを通過する燃焼排ガスの量が減少するので、再生器３２Ｂでのアンモニア水溶液を加熱する熱量も減る。すると、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力が下がり、アノードオフガス中の水回収量を所望の量に減量できる。
【０１６８】
水回収量検知器６６の検知水量Ａｅｖａが基準設定値Ａ１以下の場合（Ａ１≧Ａｅｖａ）、蒸発器３２Ａでのアノードオフガスからの水回収量が少ないと判断される。そして、この場合、流量調整器６８の操作量を、再生器３２Ｂをバイパスする第２バイパス経路６７を流れる燃焼排ガスの流量を少なくする方向に調整される。具体的には、ステップＳ１００３において、流量調整器６８の一例であるバイパス弁を閉じる方向に、バイパス弁が制御される。その後、ステップＳ１００１に戻り、ステップＳ１００１の判定動作が、再実行される。
【０１６９】
これにより、再生器３２Ｂを通過する燃焼排ガスの量が増加するので、再生器３２Ｂでのアンモニア水溶液を加熱する熱量も増える。すると、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスの冷却能力が向上し、アノードオフガス中の水回収量を所望の量に増量できる。
【０１７０】
本実施の形態のＳＯＦＣシステム３００の動作は、上記の点以外は、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３または実施の形態４と同様の動作であってもよい。
【０１７１】
なお、上記の各実施の形態１−５では、改質器２０において、オートサーマル改質が行われる例を述べたが、これに限らない。例えば、改質器２０の改質反応は、空気供給を必要としない水蒸気改質であってもよい。
【０１７２】
また、上記の各実施の形態１−５では、アノードオフガスに含まれる水蒸気の凝縮による凝縮水を回収し貯留するドレインタンク２５を用いる例を述べたが、これに限定されない。ドレインタンク２５の配設は任意である。例えば、上記実施の形態４、５に述べた、蒸発器３２Ａによるアノードオフガスからの水回収量を連続的かつ高精細に制御する方法の最適化により、ドレインタンク２５を設けない構成の実用化が可能であると考えられる。また、アノードオフガス中の凝縮水が適宜の配管内において回収され、このような回収水を、重力の作用により燃料ガスに適量、添加できるよう、ＳＯＦＣシステムの配管を設計可能であれば、ドレインタンク２５を設けなくても構わない。
【０１７３】
また、上記の各実施の形態１−５では、ＳＯＦＣ１０のアノードオフガスを冷却する冷却系統として、吸収式冷凍サイクル以外にも様々な冷却器（熱交換器）が例示されているが、本冷却系統は、かかる冷却器の具体的な構成に限定されない。
【０１７４】
更に、上記の各実施の形態１−５は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても、構わない。
【０１７５】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明の一態様は、従来に比べて長寿命化が可能なリモート電源用のＳＯＦＣシステムおよびその運転方法として有用である。
【符号の説明】
【０１７７】
１０  固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
２０  改質器
２１  燃料予熱器
２２  第１オフガス冷却器
２３  全熱交換器
２４  第２オフガス冷却器
２５  ドレインタンク
２６  水供給経路
３０  アフターバーナ
３１  酸化剤ガス予熱器
３２、３２’、３２”  吸収式冷凍サイクル
３２Ａ  蒸発器
３２Ｂ  再生器
３２Ｃ  放熱器
３２Ｄ、６５、６８  流量調整器
４０  制御器
１５０、２５０  冷却系統
１００、２００、３００  固体酸化物形燃料電池(ＳＯＦＣシステム)
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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