(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要電力に応じて発電電力を変化させる固体酸化物型燃料電池であって、
燃料電池セルスタックを備えた燃料電池モジュールと、
上記燃料電池セルスタックに供給する燃料を改質する改質器と、
この改質器により改質された燃料を蓄積し、上記燃料電池セルスタックを構成する各燃料電池セルユニットに分配する分散室と、
上記改質器に燃料を供給する燃料供給手段と、
上記燃料電池セルスタックに発電用の酸化剤ガスを供給する発電用酸化剤ガス供給手段と、
需要電力に応じた電力を生成するように、上記燃料供給手段、及び上記発電用酸化剤ガス供給手段を制御する制御手段と、を有し、
上記制御手段は、発電電力を需要電力に追従させるべく、発電電力を増加させる場合において、燃料供給量を増加させた後、所定の電力遅延時間遅れて、増加された燃料供給量に対応する電力まで発電電力を増加させ、この制御を繰り返すことにより発電電力を需要電力に近づける遅延制御手段と、現在の発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合には、上記遅延制御手段による電力遅延時間を上記中間帯域における電力遅延時間よりも長い時間に設定する遅延時間補正手段と、を備えたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
【請求項２】
上記遅延制御手段は、発電電力を増加させる場合において、発電用酸化剤ガス供給量を増加させた後、所定の燃料遅延時間遅れて燃料供給量を増加させるように構成され、上記遅延時間補正手段は、発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合には、上記遅延制御手段による燃料遅延時間を延長する請求項１記載の固体酸化物型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池に係わり、特に、需要電力に応じて発電電力を変化させる固体酸化物型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
【０００３】
特開２０１１−７６９３４号公報（特許文献１）には、固体電解質型燃料電池が記載されている。この燃料電池においては、需要電力の増加に応じて発電電力を増加させる際に、燃料電池モジュールに供給する燃料供給量を増加させた後、所定時間遅れて、増加された燃料供給量により発電可能な電力（燃料供給量に対応する電力）まで電力取り出し量を増加させている。この固体電解質型燃料電池において、燃料供給量の増加の後、所定時間遅れて、燃料電池モジュールから取り出す電力を増加させているのは、供給された燃料が、燃料電池セルスタックを構成する各燃料電池セルユニットに行き渡るまでの時間を考慮したものである。即ち、供給された燃料は、まず、改質器において改質され、その後、所定の管路を通って各燃料電池セルユニットに分配される。このため、燃料供給量を増加させた後、増加された燃料が各燃料電池セルユニットに到達するまでにはタイムラグが存在する。
【０００４】
従って、燃料供給量を増加させた後、電力取り出し量を増加させるまでの遅延時間が十分でない場合には、各燃料電池セルユニットが、増加された燃料に対応した大きな電力が取り出し可能な状態になる前に、燃料電池セルスタックから増加された電力が取り出されてしまう。このため、各燃料電池セルユニットは、一時的に燃料枯れ（燃料不足）の状態となり、燃料電池セルユニットが劣化されてしまい、場合によっては損傷される。
【０００５】
一方、燃料供給量を増加させた後、電力取り出し量を増加させるまでの遅延時間が長すぎる場合には、燃料供給量が増加され、各燃料電池セルユニットが、増加された燃料に対応した大きな電力が取り出し可能な状態であるにも関わらず、実際に取り出される電力量が抑制されることになる。このため、供給された燃料のうち、発電に寄与しない余剰燃料の量が増加するので、燃料電池の総合的なエネルギー効率が低下するという問題がある。加えて、発電に利用されずに残った余剰燃料は、燃料電池モジュール内を加熱するために利用されるので、燃料電池モジュール内の温度が過剰に上昇するという問題を引き起こす。
【０００６】
このため、特開２０１１−７６９３４号公報記載の固体電解質型燃料電池においては、これらの問題を回避すべく、燃料供給量増加後の遅延時間が選択されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−７６９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特開２０１１−７６９３４号公報記載の固体電解質型燃料電池においては、依然として、燃料枯れの回避と、余剰燃料の抑制を十分に両立することができないという問題がある。
【０００９】
従って、本発明は、各燃料電池セルユニットにおける燃料枯れを回避しながら、十分に余剰燃料を抑制することができる固体酸化物型燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明は、需要電力に応じて発電電力を変化させる固体酸化物型燃料電池であって、燃料電池セルスタックを備えた燃料電池モジュールと、燃料電池セルスタックに供給する燃料を改質する改質器と、この改質器により改質された燃料を蓄積し、燃料電池セルスタックを構成する各燃料電池セルユニットに分配する分散室と、改質器に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池セルスタックに発電用の酸化剤ガスを供給する発電用酸化剤ガス供給手段と、需要電力に応じた電力を生成するように、燃料供給手段、及び発電用酸化剤ガス供給手段を制御する制御手段と、を有し、制御手段は、発電電力を需要電力に追従させるべく、発電電力を増加させる場合において、燃料供給量を増加させた後、所定の電力遅延時間遅れて、増加された燃料供給量に対応する電力まで発電電力を増加させ、この制御を繰り返すことにより発電電力を需要電力に近づける遅延制御手段と、現在の発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合には、遅延制御手段による電力遅延時間を中間帯域における電力遅延時間よりも長い時間に設定する遅延時間補正手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
このように構成された本発明においては、制御手段が、燃料供給手段、及び発電用酸化剤ガス供給手段を制御して、燃料及び発電用酸化剤ガスを、燃料電池モジュールに内蔵された燃料電池セルスタックに供給し、需要電力に応じた電力を生成させる。制御手段に備えられた遅延制御手段は、発電電力を需要電力に追従させるべく、発電電力を増加させる場合において、燃料供給量を増加させた後、所定の電力遅延時間遅れて、増加された燃料供給量に対応する電力まで発電電力を増加させる。また、遅延時間補正手段は、発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合には、遅延制御手段による電力遅延時間を延長する。
【００１２】
本件発明者は、このように、燃料供給量を増加させた後、増加された燃料供給量に対応する電力まで発電電力を増加させるまでの電力遅延時間を、発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合に延長することにより、燃料枯れを回避しながら、十分に余剰燃料を抑制できることを見出した。まず、発電電力が大きい領域においては、発電に必要な燃料の量が多くなるため、供給される燃料の絶対量が多く、このような多量の燃料を改質器内において十分に改質し、各燃料電池セルユニットに送り込むために必要な時間が長くなる。このため、発電電力が大きい領域においては、電力遅延時間が延長される。
【００１３】
一方、発電電力が小さい領域においては、発電に必要な燃料の量が少なくなるため、改質に要する時間も短く、電力遅延時間を短縮することができると考えられていた。しかしながら、実際には、発電電力が小さい領域において、電力遅延時間が短い場合には、各燃料電池セルユニットにおいて燃料枯れが発生してしまい、必要な電力遅延時間は、発電電力の中間帯域よりも寧ろ長くなることが見出された。
【００１４】
これは、発電電力が小さい領域においては、燃料供給量が極めて少なくなることに起因している。まず、供給される燃料が送り込まれる改質器内には、水蒸気改質に使用される水蒸気が充満しており、改質器内部の圧力は高くなっている。このため、流量が低下されている燃料は改質器に導入されにくくなり、改質された燃料が改質器から流出する流速も低下する。さらに、改質器から流出した燃料は、分散室に流入して蓄積され、燃料電池セルユニットに分配される。この分散室は、供給される燃料の脈動や不均質を吸収する重要な機能を果たすものであるが、燃料供給量が低下した状態においては、分散室内の圧力が低下し、分散室に流入した燃料が、各燃料電池セルユニットに分配されるまでの時間遅れが長くなってしまう。これらの理由から、発電電力が小さい領域においても電力遅延時間の延長が必要であることが見出された。
【００１５】
従って、本発明によれば、発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合に、電力遅延時間が延長されるので、燃料枯れを回避しながら、十分に余剰燃料を抑制することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、遅延制御手段は、発電電力を増加させる場合において、発電用酸化剤ガス供給量を増加させた後、所定の燃料遅延時間遅れて燃料供給量を増加させるように構成され、遅延時間補正手段は、発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合には、遅延制御手段による燃料遅延時間を延長する。
【００１７】
本件発明者は、発電用酸化剤ガス供給量を増加させた後、燃料供給量を増加させるまでの時間である燃料遅延時間についても、同様に、延長する必要があることを見出した。各燃料電池セルユニットに沿って流れる発電用の酸化剤ガスの流れは、各燃料電池セルユニットの燃料極側の出口付近に負圧を発生させる。燃料極側の出口付近に発生した負圧は、各燃料電池セルユニットの燃料極側に沿って流れてくる燃料を吸引するように作用する。このため、燃料供給量の増加に対して発電用酸化剤ガスの増加を先行させる燃料遅延時間を設定しておくことにより、各燃料電池セルユニットの燃料極側における流れを円滑にし、燃料枯れの発生を抑制することができる。また、燃料枯れが発生しやすい発電電力が中間帯域よりも大きい領域及び小さい領域において、燃料遅延時間を延長することにより、より確実に燃料枯れ抑制の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の固体酸化物型燃料電池によれば、各燃料電池セルユニットにおける燃料枯れを回避しながら、十分に余剰燃料を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による燃料電池装置を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による燃料電池装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態による燃料電池装置の起動時の動作を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の一実施形態による燃料電池装置の停止時の動作を示すタイムチャートである。
【図９】需要電力の変化と、燃料供給量、及び燃料電池モジュールから実際に取り出される電流の関係を模式的に示したグラフである。
【図１０】遅延制御における燃料、発電用空気、及び水供給量と、発電量の関係を詳細に示したタイムチャートである。
【図１１】遅延時間補正手段による遅延時間設定のフローチャートである。
【図１２】遅延時間補正手段における発電電力と遅延時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
【００２１】
燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材７を介して密封空間８が形成されている。この密閉空間８の下方部分である発電室１０には、燃料と酸化剤（空気）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、１０個の燃料電池セルスタック１４（図５参照）を備え、この燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６（図４参照）から構成されている。このように、燃料電池セル集合体１２は、１６０本の燃料電池セルユニット１６を有し、これらの燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
【００２２】
燃料電池モジュール２の密封空間８の上述した発電室１０の上方には、燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料と残余の酸化剤（空気）とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、この燃焼室１８の上方には、燃料を改質する改質器２０が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器２０の上方には、改質器２０の熱を受けて空気を加熱し、改質器２０の温度低下を抑制するための空気用熱交換器２２が配置されている。
【００２３】
次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された燃料を遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）と、改質器２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
【００２４】
次に、燃料電池モジュール２には、排気ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
【００２５】
次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図２は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿って断面図である。
図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール２のハウジング６内の密閉空間８には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体１２、改質器２０、空気用熱交換器２２が配置されている。
【００２６】
改質器２０は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管６０と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管６２が取り付けられ、また、改質器２０の内部には、上流側から順に、蒸発部２０ａと改質部２０ｂを形成され、これらの蒸発部２０ａと改質部２０ｂには改質触媒が充填されている。この改質器２０に導入された水蒸気（純水）が混合された燃料ガス及び空気は、改質器２０内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
【００２７】
この改質器２０の下流端側には、燃料ガス供給管６４が接続され、この燃料ガス供給管６４は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内で水平に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、改質された燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。
【００２８】
このマニホールド６６の上方には、上述した燃料電池セルスタック１４を支持するための貫通孔を備えた下支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。
【００２９】
次に、改質器２０の上方には、空気用熱交換器２２が設けられている。この空気用熱交換器２２は、上流側に空気集約室７０、下流側に２つの空気分配室７２を備え、これらの空気集約室７０と空気分配室７２は、６個の空気流路管７４により接続されている。ここで、図３に示すように、３個の空気流路管７４が一組（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ）となっており、空気集約室７０内の空気が各組の空気流路管７４からそれぞれの空気分配室７２へ流入する。
【００３０】
空気用熱交換器２２の６個の空気流路管７４内を流れる空気は、燃焼室１８で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
空気分配室７２のそれぞれには、空気導入管７６が接続され、この空気導入管７６は、下方に延び、その下端側が、発電室１０の下方空間に連通し、発電室１０に余熱された空気を導入する。
【００３１】
次に、マニホールド６６の下方には、排気ガス室７８が形成されている。また、図３に示すように、ハウジング６の長手方向に沿った面である前面６ａと後面６ｂの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路８０が形成され、この排気ガス室通路８０の上端側は、空気用熱交換器２２が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室７８と連通している。また、排気ガス室７８の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管８２が接続され、この排気ガス排出管８２の下流端は、図１に示す上述した温水製造装置５０に接続されている。
図２に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。
【００３２】
次に図４により燃料電池セルユニット１６について説明する。図４は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図４に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００３３】
燃料電池セル１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。
【００３４】
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００３５】
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００３６】
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
【００３７】
次に図５により燃料電池セルスタック１４について説明する。図５は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図５に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板６８及び上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴６８ａ及び１００ａがそれぞれ形成されている。
【００３８】
さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される燃料極用接続部１０２ａと、空気極である外側電極層９２の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部１０２ｂとにより一体的に形成されている。空気極用接続部１０２ｂは、外側電極層９２の表面を上下方向に延びる鉛直部１０２ｃと、この鉛直部１０２ｃから外側電極層９２の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部１０２ｄとから形成されている。また、燃料極用接続部１０２ａは、空気極用接続部１０２ｂの鉛直部１０２ｃから燃料電池セルユニット１６の上下方向に位置する内側電極端子８６に向って斜め上方又は斜め下方に向って直線的に延びている。
【００３９】
さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図５では左端の奥側及び手前側）に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４（図示せず）に接続され、上述したように、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
【００４０】
次に図６により本実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）に取り付けられたセンサ類等について説明する。図６は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。
図６に示すように、固体酸化物型燃料電池１は、制御部１１０を備え、この制御部１１０には、使用者が操作するための「ＯＮ」や「ＯＦＦ」等の操作ボタンを備えた操作装置１１２、発電出力値（ワット数）等の種々のデータを表示するための表示装置１１４、及び、異常状態のとき等に警報（ワーニング）を発する報知装置１１６が接続されている。なお、この報知装置１１６は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
【００４１】
次に、制御部１１０には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ１２０は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４に取り付けられている。
ＣＯ検出センサ１２２は、本来排気ガス通路８０等を経て外部に排出される排気ガス中のＣＯが、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４を覆う外部ハウジング（図示せず）へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ１２４は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
【００４２】
電力状態検出センサ１２６は、インバータ５４及び分電盤（図示せず）の電流及び電圧等を検知するためのものである。
発電用空気流量検出センサ１２８は、発電室１０に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ１３０は、改質器２０に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ１３２は、改質器２０に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
【００４３】
水流量センサ１３４は、改質器２０に供給される純水の流量を検出するためのものである。
水位センサ１３６は、純水タンク２６の水位を検出するためのものである。
圧力センサ１３８は、改質器２０の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ１４０は、温水製造装置５０に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
【００４４】
発電室温度センサ１４２は、図３に示すように、燃料電池セル集合体１２の近傍の前面側と背面側に設けられ、燃料電池セルスタック１４の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック１４（即ち燃料電池セル８４自体）の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ１４４は、燃焼室１８の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ１４６は、排気ガス室７８の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ１４８は、改質器２０の温度を検出するためのものであり、改質器２０の入口温度と出口温度から改質器２０の温度を算出する。
外気温度センサ１５０は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
【００４５】
これらのセンサ類からの信号は、制御部１１０に送られ、制御部１１０は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８、改質用空気流量調整ユニット４４、発電用空気流量調整ユニット４５に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。
【００４６】
次に図７により本実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）による起動時の動作を説明する。図７は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートである。
最初は、燃料電池モジュール２を温めるために、無負荷状態で、即ち、燃料電池モジュール２を含む回路を開いた状態で、運転を開始する。このとき、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュール２は発電を行わない。
【００４７】
先ず、改質用空気流量調整ユニット４４から改質用空気を第１ヒータ４６を経由して燃料電池モジュール２の改質器２０へ供給する。また、同時に、発電用空気流量調整ユニット４５から発電用空気を第２ヒータ４８を経由して燃料電池モジュール２の空気用熱交換器２２へ供給し、この発電用空気が、発電室１０及び燃焼室１８に到達する。
この直ぐ後、燃料流量調整ユニット３８からも燃料ガスが供給され、改質用空気が混合された燃料ガスが、改質器２０及び燃料電池セルスタック１４、燃料電池セルユニット１６を通過して、燃焼室１８に到達する。
【００４８】
次に、点火装置８３により着火して、燃焼室１８にある燃料ガスと空気（改質用空気及び発電用空気）とを燃焼させる。この燃料ガスと空気との燃焼により排気ガスが生じ、この排気ガスにより、発電室１０が暖められ、また、排気ガスが燃料電池モジュール２の密封空間８内を上昇する際、改質器２０内の改質用空気を含む燃料ガスを暖めると共に、空気熱交換器２２内の発電用空気も暖める。
【００４９】
このとき、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、改質用空気が混合された燃料ガスが改質器２０に供給されているので、改質器２０において、式（１）に示す部分酸化改質反応ＰＯＸが進行する。この部分酸化改質反応ＰＯＸは、発熱反応であるので、起動性が良好となる。また、この昇温した燃料ガスが燃料ガス供給管６４により燃料電池セルスタック１４の下方に供給され、これにより、燃料電池セルスタック１４が下方から加熱され、また、燃焼室１８も燃料ガスと空気が燃焼して昇温されているので、燃料電池セルスタック１４は、上方からも加熱され、この結果、燃料電池セルスタック１４は、上下方向において、ほぼ均等に昇温可能となっている。この部分酸化改質反応ＰＯＸが進行しても、燃焼室１８では継続して燃料ガスと空気との燃焼反応が持続される。
【００５０】
ＣmＨn＋ｘＯ2  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2                （１）
【００５１】
部分酸化改質反応ＰＯＸの開始後、改質器温度センサ１４８により改質器２０が所定温度（例えば、６００℃）になったことを検知したとき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、燃料ガスと改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器２０に供給する。このとき、改質器２０においては、上述した部分酸化改質反応ＰＯＸと後述する水蒸気改質反応ＳＲとが併用されたオートサーマル改質反応ＡＴＲが進行する。このオートサーマル改質反応ＡＴＲは、熱的に内部バランスが取れるので、改質器２０内では熱的に自立した状態で反応が進行する。即ち、酸素（空気）が多い場合には部分酸化改質反応ＰＯＸによる発熱が支配的となり、水蒸気が多い場合には水蒸気改質反応ＳＲによる吸熱反応が支配的となる。この段階では、既に起動の初期段階は過ぎており、発電室１０内がある程度の温度まで昇温されているので、吸熱反応が支配的であっても大幅な温度低下を引き起こすことはない。また、オートサーマル改質反応ＡＴＲが進行中も、燃焼室１８では燃焼反応が継続して行われている。
【００５２】
式（２）に示すオートサーマル改質反応ＡＴＲの開始後、改質器温度センサ１４６により改質器２０が所定温度（例えば、７００℃）になったことを検知したとき、改質用空気流量調整ユニット４４による改質用空気の供給を停止すると共に、水流量調整ユニット２８による水蒸気の供給を増加させる。これにより、改質器２０には、空気を含まず燃料ガスと水蒸気のみを含むガスが供給され、改質器２０において、式（３）の水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
【００５３】
ＣmＨn＋ｘＯ2＋ｙＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2       （２）
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2              （３）
【００５４】
この水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるので、燃焼室１８からの燃焼熱と熱バランスをとりながら反応が進行する。この段階では、燃料電池モジュール２の起動の最終段階であるため、発電室１０内が十分高温に昇温されているので、吸熱反応が進行しても、発電室１０が大幅な温度低下を招くこともない。また、水蒸気改質反応ＳＲが進行しても、燃焼室１８では継続して燃焼反応が進行する。
【００５５】
このようにして、燃料電池モジュール２は、点火装置８３により点火した後、部分酸化改質反応ＰＯＸ、オートサーマル改質反応ＡＴＲ、水蒸気改質反応ＳＲが、順次進行することにより、発電室１０内の温度が徐々に上昇する。次に、発電室１０内及び燃料電池セル８４の温度が燃料電池モジュール２を安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュール２を含む回路を閉じ、燃料電池モジュール２による発電を開始し、それにより、回路に電流が流れる。燃料電池モジュール２の発電により、燃料電池セル８４自体も発熱し、燃料電池セル８４の温度も上昇する。この結果、燃料電池モジュール２を作動させる定格温度、例えば、６００℃〜８００℃になる。
【００５６】
この後、定格温度を維持するために、燃料電池セル８４で消費される燃料ガス及び空気の量よりも多い燃料ガス及び空気を供給し、燃焼室１８での燃焼を継続させる。なお、発電中は、改質効率の高い水蒸気改質反応ＳＲで発電が進行する。
【００５７】
次に、図８により本実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を説明する。図８は、本実施形態により固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。
図８に示すように、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、先ず、燃料流量調整ユニット３８及び水流量調整ユニット２８を操作して、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させる。
【００５８】
また、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させると同時に、改質用空気流量調整ユニット４４による発電用空気の燃料電池モジュール２内への供給量を増大させて、燃料電池セル集合体１２及び改質器２０を空気により冷却し、これらの温度を低下させる。その後、改質器２０の温度が所定温度、例えば、４００℃まで低下したとき、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給を停止し、改質器２０の水蒸気改質反応ＳＲを終了する。この発電用空気の供給は、改質器２０の温度が所定温度、例えば、２００℃まで低下するまで、継続し、この所定温度となったとき、発電用空気流量調整ユニット４５からの発電用空気の供給を停止する。
【００５９】
このように、本実施形態においては、燃料電池モジュール２の運転停止を行うとき、改質器２０による水蒸気改質反応ＳＲと発電用空気による冷却とを併用しているので、比較的短時間に、燃料電池モジュールの運転を停止させることができる。
【００６０】
次に、図９乃至図１２を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池１の制御を説明する。
図９は、需要電力の変化と、燃料供給量、及び燃料電池モジュールから実際に取り出される電流の関係を模式的に示したグラフである。
【００６１】
図９に示すように、燃料電池モジュール２は、図９の最上段に示す需要電力に応じた電力を生成できるように制御される。制御手段である制御部１１０は、需要電力に基づいて、燃料電池モジュール２が生成すべき目標の電流である燃料供給電流値Ｉｆを、図９の２段目のグラフに示すように設定する。燃料供給電流値Ｉｆは、概ね需要電力の変化に追従するように設定されるが、燃料電池モジュール２の応答速度は需要電力の変化に対して極めて緩慢であるため、需要電力の短周期の急激な変化には追従せず、需要電力に緩やかに追従するように設定される。また、需要電力が固体酸化物型燃料電池の定格発電電力を超えた場合には、燃料供給電流値Ｉｆは定格発電電力に対応する電流値まで追従し、それ以上の電流値に設定されることはない。
【００６２】
制御部１１０は、図９の３段目のグラフに示すように、燃料供給手段である燃料流量調整ユニット３８を制御して、燃料供給電流値Ｉｆに対応する電力が生成できる流量の燃料供給量Ｆｒを燃料電池モジュール２に供給する。なお、燃料供給量に対する実際に発電に使用される燃料の割合である燃料利用率が一定であるとすれば、燃料供給電流値Ｉｆと燃料供給量Ｆｒは比例する。図９のグラフは、燃料供給電流値Ｉｆと燃料供給量Ｆｒが比例するものとして描かれているが、実際には、燃料利用率は運転状態に応じて変更される。
【００６３】
さらに、図９の最下段のグラフに示すように、制御部１１０は、燃料電池モジュール２から取り出すことができる電流値である取出可能電流Ｉｉｎｖをインバータ５４に対して指示する信号を出力する。インバータ５４は、時々刻々急激に変化する需要電力に応じ、取出可能電流Ｉｉｎｖの範囲内で燃料電池モジュール２から電流（電力）を取り出す。需要電力が取出可能電流Ｉｉｎｖを上回る部分については、系統電力から供給され、これが買電力となる。ここで、図９に示すように、制御部１１０がインバータ５４に指示する取出可能電流Ｉｉｎｖは、電流が増加傾向にある場合、燃料供給量Ｆｒの変化に対して所定時間遅れて変化するように設定される。例えば、図９の時刻ｔ１０においては、燃料供給電流値Ｉｆ及び燃料供給量Ｆｒが上昇を始めた後、遅れて、取出可能電流Ｉｉｎｖの増加が開始される。また、時刻ｔ１２においても、燃料供給電流値Ｉｆ及び燃料供給量Ｆｒの増加の後、遅れて、取出可能電流Ｉｉｎｖの増加が開始される。このように、燃料供給量Ｆｒを増加させた後、実際に燃料電池モジュール２から取り出す電力を増加させるタイミングを遅らせている。これにより、燃料電池モジュール２に供給された燃料が改質器２０において改質され、その後、改質された燃料が分散室であるマニホールド６６に流入し、燃料電池セルスタック１４を構成する各燃料電池セルユニット１６に分配されるまでの時間遅れに対処している。また、燃料が各燃料電池セルユニット１６に分配された後、実際の発電反応が可能になるまでにも時間を要し、電力を増加させるタイミングは、この時間も考慮して設定されている。これにより、各燃料電池セルユニット１６において燃料枯れが発生し、燃料電池セルユニット１６が損傷されるのを確実に防止している。なお、図９は、燃料供給量Ｆｒの増加と、取出可能電流Ｉｉｎｖの増加のタイミングをマクロ的、概略的に示したものであり、詳細については後述する。
【００６４】
次に図１０乃至図１２を参照して、制御部による燃料、発電用空気、水供給量、及び取出可能電流の制御の詳細を説明する。
図１０は、制御部による遅延制御の一例を示すタイムチャートである。図１１は、遅延時間補正手段による遅延時間設定のフローチャートである。図１２は、遅延時間補正手段における発電電力と遅延時間の関係を示すグラフである。
【００６５】
本実施形態において、制御部１１０は、遅延制御を実行する遅延制御手段１１０ａと、遅延制御手段１１０ａによる電力遅延時間を補正する遅延時間補正手段１１０ｂと、を備えている（図６）。
【００６６】
まず、図１０を参照して、遅延制御手段１１０ａにより実行される第１遅延制御を説明する。図１０に示すタイムチャートは、その上段に需要電力、中段に買電力、下段に燃料、発電用空気、水供給量、及び取出可能電流Ｉｉｎｖを示している。
【００６７】
まず、図１０の時刻ｔ２１において需要電力が増加し始めるが、取出可能電流Ｉｉｎｖは、この増加に直ちに追従することはないため、燃料電池モジュール２から取り出される電力に変化はなく、需要電力の増加分は全て系統電力により賄われるため、需要電力と共に買電力も増加する。次いで、時刻ｔ２２において、燃料電池モジュール２による発電電力を増加させるべく、制御部１１０に内蔵されている遅延制御手段１１０ａは、水供給手段である水流量調整ユニット２８に信号を送り、水供給量を増加させる。この時点においても、取出可能電流Ｉｉｎｖは増加されていないため、需要電力と共に買電力が増加する。
【００６８】
次に、時刻ｔ２２から所定時間後の時刻ｔ２３において、遅延制御手段１１０ａは、発電用酸化剤ガス供給手段である発電用空気流量調整ユニット４５に信号を送り、空気供給量を増加させる。この時点においても、取出可能電流Ｉｉｎｖは増加されていないため、需要電力の増加分は全て買電力により賄われている。さらに、時刻ｔ２３から所定の燃料遅延時間後の時刻ｔ２４において、遅延制御手段１１０ａは、燃料供給手段である燃料流量調整ユニット３８に信号を送り、燃料供給量を増加させる。この時点においても、取出可能電流Ｉｉｎｖは増加されていないため、需要電力の増加分は全て買電力により賄われている。
【００６９】
次いで、時刻ｔ２４から所定の電力遅延時間後の時刻ｔ２５において、遅延制御手段１１０ａは、インバータ５４に信号を送り、取出可能電流Ｉｉｎｖを２０ｍＡ増加させる。取出可能電流Ｉｉｎｖの増加と共に、燃料電池モジュール２から実際に取り出される電流も増加するため、需要電力の増加分の一部が固体酸化物型燃料電池１により賄われ、買電力が減少する。このように、時刻ｔ２５において取出可能電流Ｉｉｎｖを増加させるために、前もって、水、発電用空気、燃料の各供給量を増加させ、その後所定時間遅延して取出可能電流Ｉｉｎｖを増加させている。これにより、増加された燃料が改質器２内で改質され、燃料電池セルスタック１４の各燃料電池セルユニット１６に行き渡った後に、取出可能電流Ｉｉｎｖが増加され、燃料電池モジュール２から実際に取り出される電流も増加される。なお、時刻ｔ２２、ｔ２３、ｔ２４における水、発電用空気、燃料の各増加量は、発電電流を２０ｍＡ増加させることができる量に設定されている。
【００７０】
さらに、時刻ｔ２５においては、取出可能電流Ｉｉｎｖを更に増加させるべく、水供給量が、もう１段階増加される。同様に、時刻ｔ２６、ｔ２７において、発電用空気、燃料の供給量が夫々増加され、時刻ｔ２８において、取出可能電流Ｉｉｎｖが更に２０ｍＡ増加される。これにより買電力が減少する。このように、図１０に示す例においては、取出可能電流Ｉｉｎｖは、十数秒間に１回、２０ｍＡずつ５段階増加されることにより、時刻ｔ２９において、取出可能電流Ｉｉｎｖが需要電力の増加分に追いつき、買電力は、時刻ｔ２１におけるレベルまで低下する。このように、遅延制御においては、水供給量、発電用空気供給量、及び燃料供給量を増加させた後、所定の電力遅延時間遅れて、増加された燃料供給量に対応する電力まで取出可能電流Ｉｉｎｖ（発電電力）を増加させ、この制御を繰り返すことにより取出可能電流Ｉｉｎｖを需要電力に対応する電流に近づける。なお、本実施形態の固体酸化物型燃料電池１においては、系統電力への逆潮流等を防止するため、燃料電池モジュール２による発電電力は、需要電力が少ない場合でも常に需要電力よりも１００Ｗ少なく設定されるので、買電力が０になることはない。
【００７１】
次に、図１１及び図１２を参照して、遅延時間補正手段１１０ｂによる遅延時間の補正を説明する。
図１０において説明したように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池１においては、発電電力を増加させる場合において、燃料供給量が増加された後、所定の電力遅延時間（図１０における時刻ｔ２４とｔ２５の間、時刻ｔ２７とｔ２８の間等）遅れて燃料電池モジュール２から取り出される発電電力が増加される。また、本実施形態においては、発電用の空気供給量が増加された後、所定の燃料遅延時間（図１０における時刻ｔ２３とｔ２４の間、時刻ｔ２６とｔ２７の間等）遅れて燃料供給量が増加される。制御部１１０に内蔵されている遅延時間補正手段１１０ｂは、これらの電力遅延時間及び燃料遅延時間を、発電電力に応じて補正するように構成されている。
【００７２】
まず、図１１のステップＳ１においては、燃料電池モジュール２による発電電力が増加傾向にあるか否かが、遅延時間補正手段１１０ｂによって判断される。発電電力が増加傾向にある場合には、ステップＳ２に進み、増加傾向にない場合には、図１１に示すフローチャートの１回の処理を終了する。即ち、発電電力が増加傾向にない場合には遅延制御も実行されないため、遅延時間の補正も実行されない。
【００７３】
次に、ステップＳ２においては、図１２に示すグラフを使用して、発電電力に基づいて、遅延時間補正係数αが読み込まれる。本実施形態においては、各発電電力に対する遅延時間補正係数αの値は、図１２に示すように設定されている。
【００７４】
次いで、ステップＳ３においては、ステップＳ２において読み込まれた遅延時間補正係数αを使用して、補正された電力遅延時間ＴＨ及び燃料遅延時間ＴＧが計算される。電力遅延時間ＴＨは、予め設定されている基本電力遅延時間ＴＨ０に遅延時間補正係数αを乗じることによって計算される。また、燃料遅延時間ＴＧは、予め設定されている基本燃料遅延時間ＴＧ０に遅延時間補正係数αを乗じることによって計算される。なお、本実施形態においては、基本電力遅延時間ＴＨ０＝１０秒であり、基本燃料遅延時間ＴＧ０＝５秒である。
【００７５】
図１２に示すように、本実施形態においては、遅延時間補正係数αの値は、発電電力が中間的な値である３５０Ｗにおいて１に設定され、発電電力が３５０Ｗよりも大きい場合、及び小さい場合には、遅延時間補正係数αの値は１よりも大きい値になるように設定されている。従って、本実施形態においては、電力遅延時間ＴＨは、発電電力が中間帯域である場合に最も短く、発電電力が中間帯域よりも大きい場合及び小さい場合には、延長される。同様に、本実施形態においては、燃料遅延時間ＴＧは、発電電力が中間帯域である場合に最も短く、発電電力が中間帯域よりも大きい場合及び小さい場合に延長される。なお、本実施形態においては、発電電力１００Ｗにおける遅延時間補正係数α＝１．３発電電力７００Ｗにおける遅延時間補正係数α＝１．５に設定されている。このように、本実施形態においては、発電電力が中間帯域よりも大きい場合には、中間帯域より小さい場合よりも、大幅に延長される。
【００７６】
本件発明者は、図１２に一例を示すように電力遅延時間及び燃料遅延時間を補正することにより、各燃料電池セルユニット１６における燃料枯れを回避しながら、十分に余剰燃料を抑制できることを見出したものである。即ち、発電電力が大きい領域においては、発電に必要な燃料の量が多くなるため、供給される燃料の絶対量が多く、このような多量の燃料を改質器２０内において十分に改質し、各燃料電池セルユニット１６に送り込むために必要な時間が長くなる。このため、発電電力が大きい領域においては、電力遅延時間を延長するように遅延時間補正係数αが設定されている。
【００７７】
一方、発電電力が小さい領域においては、発電に必要な燃料の量が少なくなるため、改質に要する時間も短く、電力遅延時間を短縮することができると考えられていた。しかしながら、実際には、発電電力が小さい領域において、電力遅延時間が短い場合には、各燃料電池セルユニット１６において燃料枯れが発生してしまい、必要な電力遅延時間は、発電電力の中間帯域よりも寧ろ長くなることが本件発明者により見出された。
【００７８】
これは、発電電力が小さい領域においては、燃料供給量が極めて少なくなることに起因している。ここで、供給される燃料が送り込まれる改質器２０の蒸発部２０ａ（図２）内においては、水蒸気改質に使用される水の蒸発が行われており、内部の圧力が高くなっている。このため、流量が低下されている燃料は蒸発部２０ａ内に導入されにくくなり、改質された燃料が改質器２０から流出する流速も低下する。さらに、改質器２０から流出した燃料は、燃料ガス供給管６４（図２）を通って、分散室であるマニホールド６６に導入される。マニホールド６６は、改質器２０から流出した燃料を多数の燃料電池セルユニット１６に分配するように構成されていると共に、供給される燃料の脈動や不均質を吸収するために、適切な内容積が確保されている。しかしながら、燃料供給量が低下した状態においては、内容積の大きいマニホールド６６内の圧力が低下し、マニホールド６６に流入した燃料が、各燃料電池セルユニット１６に分配されるまでの時間遅れが長くなってしまう。これらの理由から、発電電力が小さい領域において遅延時間補正係数αを大きく設定し、電力遅延時間ＴＨを延長する必要があるものと考えられる。
【００７９】
また、発電用空気供給量を増加させた後、燃料供給量を増加させるまでの時間である燃料遅延時間ＴＧについても、同様に延長する必要がある。発電用の空気は、発電用空気流量調整ユニット４５（図１）によって燃料電池モジュール２内に送り込まれ、燃料電池モジュール２に送り込まれた空気は、空気用熱交換器２２により予熱される。空気用熱交換器２２によって予熱された空気は、空気導入管７６（図２）によって燃料電池セルスタック１４の下部に導かれ、空気導入管７６の水平部分に設けられた多数の吹出口７６ａ（図２）から燃料電池セルスタック１４に向けて噴射される。燃料電池セルスタック１４の下部に向けて噴射された発電用の空気は、燃料電池セルスタック１４を構成する各燃料電池セルユニット１６の間を上方に流れ、燃料電池セルスタック１４の上方に至る。このように、各燃料電池セルユニット１６の周囲を上方に向かって流れる発電用の空気の流れは、各燃料電池セルユニット１６の上端部に負圧を発生させる。各燃料電池セルユニット１６の上端部に発生した負圧は、各燃料電池セルユニット１６の内部を上端に向かって流れてくる燃料を吸引するように作用する。このため、燃料供給量の増加に対して発電用空気供給量の増加を先行させる燃料遅延時間ＴＧを設定しておくことにより、各燃料電池セルユニット１６内部の燃料の流れを円滑にし、燃料枯れの発生を抑制することができる。また、燃料枯れが発生しやすい発電電力が中間帯域よりも大きい領域及び小さい領域において、燃料遅延時間ＴＧを延長することにより、より確実に燃料枯れ抑制の効果を得ることができる。
【００８０】
次に、ステップＳ４においては、ステップＳ３において計算された電力遅延時間ＴＨ及び燃料遅延時間ＴＧを使用して、遅延制御が実行され、図１１に示すフローチャートの１回の処理が終了する。
【００８１】
本発明の実施形態の固体酸化物型燃料電池１によれば、燃料供給量を増加させた後、増加された燃料供給量に対応する電力まで発電電力を増加させるまでの電力遅延時間ＴＨ（図１０における時刻ｔ２４とｔ２５の間、時刻ｔ２７とｔ２８の間等）を、発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合に延長（図１２）しているので、燃料枯れを回避しながら、十分に余剰燃料を抑制することができる。
【００８２】
また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池１によれば、発電用酸化剤ガス供給量を増加させた後、燃料供給量を増加させるまでの時間である燃料遅延時間ＴＧ（図１０における時刻ｔ２３とｔ２４の間、時刻ｔ２６とｔ２７の間等）を、発電電力が所定の中間帯域の発電電力よりも大きい場合及び小さい場合に延長（図１２）しているので、燃料枯れを回避しながら、十分に余剰燃料を抑制することができる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、燃料供給量、発電用空気供給量、及び水供給量は、ステップ状に上昇されていたが、これらのうちの少なくとも１つをランプ波状に上昇するように、本発明を構成することもできる。
【符号の説明】
【００８４】
１    固体酸化物型燃料電池
２    燃料電池モジュール
４    補機ユニット
７    断熱材（蓄熱材）
８    密封空間
１０    発電室
１２    燃料電池セル集合体
１４    燃料電池セルスタック
１６    燃料電池セルユニット（固体酸化物型燃料電池セル）
１８    燃焼室（燃焼部）
２０    改質器
２２    空気用熱交換器
２４    水供給源
２６    純水タンク
２８    水流量調整ユニット（水供給手段）
３０    燃料供給源
３８    燃料流量調整ユニット（燃料供給手段）
４０    空気供給源
４４    改質用空気流量調整ユニット
４５    発電用空気流量調整ユニット（発電用酸化剤ガス供給手段）
４６    第１ヒータ
４８    第２ヒータ
５０    温水製造装置
５２    制御ボックス
５４    インバータ
６６    マニホールド（分散室）
７６    空気導入管
７６ａ  吹出口
８３    点火装置
８４    燃料電池セル
１１０    制御部（制御手段）
１１０ａ  遅延制御手段
１１０ｂ  遅延時間補正手段
１１２    操作装置
１１４    表示装置
１１６    警報装置
１２６    電力状態検出センサ（買電力検出手段）
１３２    燃料流量センサ（燃料供給量検出センサ）
１３８    圧力センサ（改質器圧力センサ）
１４０    排気温度センサ
１４２    発電室温度センサ（温度検出手段）
１４８    改質器温度センサ（温度検出手段）
１５０    外気温度センサ
【図１】
0005991511.tif 000002
【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】
0005991511.tif 000009
【図９】
0005991511.tif 000010
【図１０】
0005991511.tif 000011
【図１１】
0005991511.tif 000012
【図１２】
0005991511.tif 000013