(57)【要約】      （修正有）【課題】緊急停止時における空気極層の結晶構造の変化を防止することにより、緊急停止後に再稼働しても、固体酸化物形燃料電池の発電性能の低下を防止することが可能であるとともに、固体酸化物形燃料電池発電装置を小型化することが可能な固体酸化物形燃料電池発電装置およびその運転停止方法を提供する。【解決手段】少なくとも燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、空気バッファタンク３或いは空気ブロア４によって、空気極層へと空気を供給し、電磁弁６或いは電磁式スイッチ７によって、固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、空気の供給を一度停止し、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、空気の供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、空気の供給を停止することを特徴とする。【選択図】図１
2011210567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上記燃料極層に燃料ガスが供給され、上記酸化剤極層に酸化剤ガスが供給されることにより発電反応が生じる固体酸化物形燃料電池と、上記燃料極層に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段が設けられ、当該酸化剤ガス供給手段により得られた酸化剤ガスを酸化剤極層に供給する酸化剤ガス供給ラインとを備えてなり、
且つ上記酸化剤ガス供給手段には、少なくとも燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、上記固体酸化物形燃料電池の電圧の閾値に基づいて、上記酸化剤極層へと上記酸化剤ガスを供給するか否かを制御する酸化剤ガス供給制御手段が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電装置。
【請求項２】
上記酸化剤ガス供給制御手段および上記酸化剤ガス供給手段には、上記固体酸化物形燃料電池の発電反応により得られた電力を一部蓄電する蓄電池が設けられてい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発電装置。
【請求項３】
上記酸化剤ガス供給手段は、酸化剤ガスの圧力を安定化させて固体酸化物形燃料電池に供給する酸化剤ガスバッファタンクの前段部に、酸化剤ガスブロア或いはコンプレッサーを設けた酸化剤ガス供給ユニットであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池の運転停止方法であって、
少なくとも燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、上記酸化剤ガス供給ユニットによって、酸化剤極層へと酸化剤ガスを供給し、上記酸化剤ガス供給制御手段よって、上記固体酸化物形燃料電池の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を一度停止し、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を停止することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の運転停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料極層に燃料ガスを、酸化剤極層に酸化剤ガスを供給して発電を行う固体酸化物形燃料電池を備えた固体酸化物形燃料電池発電装置およびその運転停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体酸化物形燃料電池発電装置として、固体酸化物形燃料電池と、当該固体酸化物形燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、固体酸化物形燃料電池に空気(酸化剤ガス)を供給するための酸化剤ガス供給手段と、当該酸化剤ガス供給手段から供給された空気を空気極層（酸化剤極層）に導く酸化剤ガス供給ラインと、上記固体酸化物形燃料電池からの電力を外部負荷に導く電力供給ラインと、当該電力供給ラインに介装されて直流電力を交流電力へと変換するインバータとを備えたものが知られている。
【０００３】
この固体酸化物形燃料電池は、固体電解質の一方の面に燃料極層が配され、他方の面に酸化剤極層が配された発電セルとセパレータとが複数積層されて構成されるとともに、上記燃料極層に上記燃料ガス供給ラインを通じて燃料ガスが供給され、上記酸化剤極層に上記酸化剤ガス供給ラインを通じて酸化剤ガスが供給されることにより発電反応が生じるものである。そして、上記発電セルとセパレータを複数積層してなる積層体の両端部に位置するセパレータからインバータを備えた電力供給ラインを通じて外部負荷に電力を供給するものである。
【０００４】
ここで、上記固体電解質層は、ストロンチウム、マグネシウム、コバルトを添加したランタンガレート材料（ＬＳＧＭＣ）等で構成されている。
【０００５】
また、燃料極層は、Ｎｉのサーメット等で構成され、空気極層は、サマリウムストロンチウムコバルタイト(ＳＳＣ）等で構成されている。
【０００６】
一方、一般に酸化剤ガス供給手段としては、空気ブロア、空気バッファタンク等が使用されている。
【０００７】
このような固体酸化物形燃料電池発電装置は、長期間使用していると、下記表１に記載されている重故障が生じる可能性がある。なお、下記表１には、重故障が生じた際の燃料ガス供給ラインおよび酸化剤ガス供給ラインの状態も表記している。
【０００８】
【表１】
2011210567.tif 000003
【０００９】
これらの重故障Ａ〜Ｅが生じると、上記固体酸化物形燃料電池発電装置は、直ちに緊急停止して、負荷電流が停止されるとともに燃料ガスおよび空気の供給も停止される。
【００１０】
ここで、本発明者は、重故障Ａ〜Ｅによる緊急停止後に、負荷電流を停止させた状態において、燃料極層の酸化および空気極層の結晶構造の変化を防止するために、再度、燃料極層に燃料ガスを供給可能であるものに燃料ガスを供給し、空気極層に空気を供給可能であるものに空気を供給しながら固体酸化物形燃料電池の温度を降温させた。そして、各々発電セルの燃料極層側および空気極層側の状態を確認した。
【００１１】
重故障Ａにおいては、インバータに異常が生じているが、燃料ガス供給ラインおよび酸化剤ガス供給ライン共に異常がないため、緊急停止後も燃料ガス供給ラインに燃料ガスを、酸化剤ガス供給ラインに空気を供給しながら固体酸化物形燃料電池の温度を降温した。その結果、図３(ａ)に示すように、発電セルの燃料極層が酸化していないことが確認され、図３(ｂ)に示すように、空気極層が変色せず、ＸＲＤ分析でも結晶構造が変化していないことが確認された。
【００１２】
そして、重故障Ｂ〜重故障Ｅにおいては、燃料ガス供給ラインに異常が生じて燃料ガス供給ラインに燃料ガスを供給できないことから、燃料ガス供給ラインに燃料ガスを供給することなく固体酸化物形燃料電池の温度を降温した。すると、燃料極層に燃料ガスが存在しないために周囲の空気により燃料極層が酸化して黒く変色すると思われたが、図４(ａ)、図５（ａ）、図６（ａ）および図７(ａ)に示すように、燃料極層が殆ど酸化していないことが確認された。これは、固体酸化物形燃料電池の周囲および燃料ガス供給ラインに燃料ガスが残っていたために、その残存燃料ガスにより燃料極層が還元雰囲気に保持されたと推測される。
【００１３】
また、この重故障Ｂ〜重故障Ｅの中でも重故障Ｂおよび重故障Ｃにおいては、酸化剤ガス供給ラインに異常がないため、緊急停止後も空気極層に空気を供給しながら固体酸化物形燃料電池の温度を降温した。その結果、図４(ｂ)および図５(ｂ)に示すように、空気極層が変色せず、ＸＲＤ分析でも結晶構造が変化していないことが確認された。
【００１４】
さらに、重故障Ｄおよび重故障Ｅにおいては、空気ブロアが故障して酸化剤ガス供給ラインに空気を供給できないことから、酸化剤ガス供給ラインに空気を供給することなく固体酸化物形燃料電池の温度を降温した。すると、図６(ｂ)および図７(ｂ)に示すように、空気極層が黒く変色し、ＸＲＤ分析で結晶構造が変化していることが確認された。これは、上述のように、燃料極層に上記残余の燃料ガスが流入しているのに対し、空気ブロアが故障して、空気極層に十分な空気を供給することができない状態にあったため、上記空気極層自身の酸素イオンが燃料極層へと移動して、上記空気極層の結晶構造が不可逆に変化してしまったと推測される。
【００１５】
次に、本発明者は、空気極層の結晶構造が変化していない重故障Ｃと、空気極層の結晶構造が変化した重故障Ｄおよび重故障Ｅの発電セルの両端に各々セパレータを配してなる単セルの緊急停止前後のセル電圧を測定した。ここで、緊急停止前とは、緊急停止直前のことであり、緊急停止後とは緊急停止後に発電装置を再稼働した時のことである。なお、その際の運転条件を燃料利用率８０％、一分間に供給する単位面積あたりの燃料ガス(水素ガス)量を５．６ｃｃ／ｃｍ2・ｍｉｎに設定した。
【００１６】
すると、重故障Ｃのセル電圧は、緊急停止前後共に０．７０３Ｖであり、セル電圧が変化していないことが確認された
【００１７】
重故障Ｄのセル電圧は、緊急停止前が０．７２２Ｖであったのに対し、緊急停止後が０．７０８Ｖとなり、０．０１４Ｖ低下していることが確認された。
【００１８】
さらに、重故障Ｅのセル電圧は、緊急停止前が０．７３２Ｖであったのに対し、緊急停止後が０．６８８Ｖとなり、０．０４４Ｖも低下していることが確認された。
【００１９】
この結果、空気極層の結晶構造が変化することにより発電セルのセル電圧が低下してしまうということが確認された。
【００２０】
そこで、本発明者は、発電セルのセル電圧が殆ど変化しない重故障Ｃと、発電セルのセル電圧が大きく低下した重故障Ｅの空気極層の組成を測定した。
【００２１】
下記表２は、重故障Ｃの空気極層の組成を示すものであり、下記表３は、重故障Ｅの空気極の組成を示すものである。
【００２２】
【表２】
2011210567.tif 000004
【００２３】
【表３】
2011210567.tif 000005
【００２４】
双方を比較すると、Ａ部(中心部)の酸素成分は変らないものの、Ｂ部およびＣ部の酸素成分が、重故障Ｃの空気極層に比べて、重故障Ｅの空気極層の方が、酸素成分が２〜３ａｔ％少なくなっていることが確認された。
【００２５】
これらの結果とＸＲＤ評価結果から、空気極層の酸素成分が低下することによって、空気極層の結晶構造が変化して、イオン伝導性が低下することにより、緊急停止後に再稼働させた際、固体酸化物形燃料電池の発電性能の低下してしまうということが確認された。
【００２６】
そこで、本発明者は、下記特許文献１において、少なくとも燃料極層への燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際、空気極層に上記空気ブロア或いは空気バッファタンクの空気を上記残存燃料ガスが無くなるまで供給し続けることにより、空気極層の結晶構造の変化を防止し、緊急停止後に再稼働させても、固体酸化物形燃料電池の発電性能が低下することのない固体酸化物形燃料電池発電装置の運転停止方法を提案している。
【００２７】
さらには、上記空気ブロアに、上記固体酸化物形燃料電池発電装置の発電反応により得られた電力を一部蓄電する蓄電池を設けることにより、完全停電により緊急停止した際も、上記空気ブロアを稼働させることが可能な固体酸化物形燃料電池発電装置を提案している。
【００２８】
また、燃料極層への燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際、空気ブロアが故障して動かない状態にあっても、上記空気バッファタンクの空気を、空気極層に空気を上記残存燃料ガスが無くなるまで供給し続けることにより、空気極層の結晶構造の変化を防止し、緊急停止後に再稼働させても、固体酸化物形燃料電池の発電性能が低下することのない固体酸化物形燃料電池発電装置およびその運転停止方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２００９−８７８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
ところが、上記特許文献１に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置およびその運転方法は、上記残存燃料ガスが無くなるまで空気極層へと空気を供給し続けるために、空気バッファタンクを大きくする必要があるとともに、容量の大きな蓄電池を搭載する必要があった。そのため、固体酸化物形燃料電池発電装置が全体として大型化してしまうという問題点があった。
【００３１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、緊急停止時における空気極層の結晶構造の変化を防止することにより、緊急停止後に再稼働しても、固体酸化物形燃料電池の発電性能が低下することがなくなるとともに、固体酸化物形燃料電池発電装置を小型化することが可能な固体酸化物形燃料電池発電装置およびその運転停止方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置は、上記燃料極層に燃料ガスが供給され、上記酸化剤極層に酸化剤ガスが供給されることにより発電反応が生じる固体酸化物形燃料電池と、上記燃料極層に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段が設けられ、当該酸化剤ガス供給手段により得られた酸化剤ガスを酸化剤極層に供給する酸化剤ガス供給ラインとを備えてなり、且つ上記酸化剤ガス供給手段には、少なくとも燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、上記固体酸化物形燃料電池の電圧の閾値に基づいて、上記酸化剤極層に上記酸化剤ガスを供給するか否かを制御する酸化剤ガス供給制御手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００３３】
また、請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置において、上記酸化剤ガス供給制御手段および上記酸化剤ガス供給手段には、上記固体酸化物形燃料電池の発電反応により得られた電力を一部蓄電する蓄電池が設けられていることを特徴とするものである。
【００３４】
そして、請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置は、請求項２または請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置において、上記酸化剤ガス供給手段が、空気の圧力を安定化させて固体酸化物形燃料電池に供給する酸化剤ガスバッファタンクの前段部に、酸化剤ガスブロア或いはコンプレッサーを設けた酸化剤ガス供給ユニットであることを特徴とするものである。
【００３５】
また、請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池発電装置の運転停止方法は、少なくとも燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、上記酸化剤ガス供給ユニットによって、酸化剤極層へと酸化剤ガスを供給し、上記酸化剤ガス供給制御手段よって、上記固体酸化物形燃料電池の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を一度停止し、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を停止することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１に記載の発明によれば、上記酸化剤ガス供給手段に、少なくとも燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、上記固体酸化物形燃料電池の電圧の閾値に基づいて、上記酸化剤ガスを供給するか否かを制御する酸化剤ガス供給制御手段が設けられているために、当該酸化剤ガス供給制御手段によって上記酸化剤極層に供給する酸化剤ガスの供給量を調整することが可能となる。
【００３７】
また、請求項２に記載の発明によれば、上記酸化剤ガス供給制御手段および上記酸化剤ガス供給手段には、上記固体酸化物形燃料電池の発電反応により得られた電力を一部蓄電する蓄電池が設けられているために、完全停電により燃料ガスの供給が止って緊急停止した場合であっても、上記酸化剤ガス供給制御手段および上記酸化剤ガス供給手段を稼働させることが可能となる。
【００３８】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、上記酸化剤ガス供給手段が、酸化剤ガスの圧力を安定化させて固体酸化物形燃料電池に供給する酸化剤ガスバッファタンクの前段部に、酸化剤ガスブロア或いはコンプレッサーを設けた酸化剤ガス供給ユニットであるために、燃料ガスの供給が止って緊急停止した際に、酸化剤ガスブロア或いはコンプレッサーが故障によって稼働できない状況にあっても、上記酸化剤ガスバッファタンクの酸化剤ガスを酸化剤極層に供給することが可能である。
【００３９】
そして、請求項４に記載の発明によれば、上記酸化剤ガス供給ユニットによって、酸化剤極層へと酸化剤ガスを供給しているために、上記残存燃料ガスが燃料極層へと流入して、上記酸化剤ガスの酸素イオンが上記燃料極層へと移動しても、上記酸化剤ガスの酸素イオンが酸化剤極層へ供給され続けることから、酸化剤極層の結晶構造の変化を防止することが可能となる。この結果、緊急停止後に再稼働させても、固体酸化物形燃料電池の発電性能が低下することを防止することが可能となる。
【００４０】
また、上記酸化剤ガス供給制御手段よって、上記固体酸化物形燃料電池の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を一度停止し、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、上記酸化剤ガスの供給を停止しているために、上記酸化剤ガスの供給量を必要最低限にすることが可能となり、上記酸化剤ガス供給ユニットの酸化剤ガスバッファタンクを小型化することが可能となる。
【００４１】
さらに、酸化剤ガスを供給する時間（累計）も低減されるために、完全停電の際に、酸化剤ガスブロアを稼働させるための電力を低減することが可能となり、従来に比べて容量の小さな蓄電池を搭載することが可能となる。
【００４２】
これらの結果、固体酸化物形燃料電池発電装置を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の固体酸化物形燃料電池の単セルを示す断面図である。
【図３】重故障により緊急停止した従来の固体酸化物形燃料電池の発電セルを示すもので、(ａ)が燃料極層側を示す平面図であり、(ｂ)が空気極層側を示す平面図である。
【図４】他の重故障により緊急停止した従来の固体酸化物形燃料電池の発電セルを示すもので、(ａ)が燃料極層側を示す平面図であり、(ｂ)が空気極層側を示す平面図である。
【図５】他の重故障により緊急停止した従来の固体酸化物形燃料電池の発電セルを示すもので、(ａ)が燃料極層側を示す平面図であり、(ｂ)が空気極層側を示す平面図である。
【図６】他の重故障により緊急停止した従来の固体酸化物形燃料電池の発電セルを示すもので、(ａ)が燃料極層側を示す平面図であり、(ｂ)が空気極層側を示す平面図である。
【図７】他の重故障により緊急停止した従来の固体酸化物形燃料電池の発電セルを示すもので、(ａ)が燃料極層側を示す平面図であり、(ｂ)が空気極層側を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電装置の一実施形態について図１〜図２を用いて説明する。
図１に示すように、本発明の固体酸化物形燃料電池発電装置は、缶体１の内部に収容された固体酸化物形燃料電池２と、缶体１外に配された空気バッファタンク(酸化剤ガスバッファタンク)３の前段部に空気ブロア(酸化剤ガスブロア)４を設けた酸化剤ガス供給ユニット５、電磁弁(酸化剤ガス供給制御手段)６、電磁式スイッチ(酸化剤ガス供給制御手段)７、コンバータ８、蓄電池９、および系統電源１０とによって概略構成されている。
【００４５】
この固体酸化物形燃料電池２は、図２に示すように、固体電解質層１１の一方の面に燃料極層１２を、他方の面に空気極層(酸化剤極層)１３を配置した発電セル１４の外側に、各々燃料極集電体１５と空気極集電体１６を配置し、これらの集電体１５、１６の外側にセパレータ１７を配置することにより単セル１８が構成され、図１に示すように、この単セル１８を複数積層させ、その積層体をフランジ１９ａ、１９ｂで挟み込むことにより構成されている。
【００４６】
ここで、固体電解質層１１は、ストロンチウム、マグネシウム、コバルトを添加したランタンガレート材料（ＬＳＧＭＣ）によって構成されている。
【００４７】
また、燃料極層１２は、Ｎｉのサーメットで構成され、空気極層１３は、サマリウムストロンチウムコバルタイト(ＳＳＣ）によって構成されている。
【００４８】
さらに、燃料極集電体１５および空気極集電体１６は、多孔質焼結板によって構成されている。
【００４９】
そして、セパレータ１７は、ステンレス板によって構成されるとともに、燃料極層１２に燃料ガスを供給する燃料ガス通路１９および空気極層１３に空気(酸化剤ガス)を供給する酸化剤ガス通路２０が穿設されている。また、セパレータ１７は、発電セル１４から外れた位置に、燃料ガス孔(図示せず)および酸化剤ガス孔(図示せず)が穿設され、各々セパレータ１７の燃料ガス孔同士の間および酸化剤ガス孔同士の間が、絶縁性のセラミックからなるマニホールドリング(図示せず)を間に介して連通されることにより、燃料ガスマニホールド(図示せず)および酸化剤ガスマニホールド(図示せず)が形成されている。
【００５０】
また、固体酸化物形燃料電池２の最下部側に配されたフランジ１９ａには、上記燃料ガスマニホールドに燃料ガスを供給する燃料ガス流路(図示せず)が穿設されている。そして、この燃料ガス流路の開口には、当該燃料ガス流路に燃料ガスを導入するための燃料ガス供給ライン２１が接続されている。
【００５１】
さらに、固体酸化物形燃料電池２の最上部側に配されたフランジ１９ｂには、上記酸化剤ガスマニホールドに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路(図示せず)が穿設されている。そして、この酸化剤ガス流路には、当該酸化剤ガス流路に空気を導入するための酸化剤ガス供給ライン２２ａの一端部が配管されている。
【００５２】
一方、空気ブロア４は、吸入口から空気を取り込み、排出口から空気バッファタンク３に空気を供給するもので、上記排出口に空気バッファタンク３に空気を供給するための酸化剤ガス供給ライン２２ｂの一端部が配管されている。
【００５３】
そして、空気バッファタンク３は、空気ブロア４から供給された空気の圧力を安定化させてフランジ１９ｂの酸化剤ガス流路へと供給するもので、入口側に酸化剤ガス供給ライン２２ｂの他端部が配管され、出口側に酸化剤ガス供給ライン２２ａの他端部が配管されている。
【００５４】
また、電磁弁６は、酸化剤ガス供給ライン２２ａの中段部に介装され、固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に内部の弁体が閉じ、高くなった場合に弁体が開くようになっている。
【００５５】
他方、固体酸化物形燃料電池２の単セル１８を複数積層してなる積層体の両端部のセパレータ１７には、固体酸化物形燃料電池２によって得られた電力をコンバータ８へと供給する電力供給ライン２３ａの一端部が配線されている。
【００５６】
また、コンバータ８は、固体酸化物形燃料電池２の発電反応により得られた電力の入力電圧を希望値の出力電圧に変換して出力するもので、入力側に電力供給ライン２３ａの他端部が配線されている。そして、出力側に希望値の出力電圧に変換した電力を、直流出力を交流出力に変換するインバータ(図示せず)を介して、外部へと出力する電力供給ライン２３ｂ、および出力側に固体酸化物形燃料電池２より得られた電力の一部を蓄電池９へと導く電力供給ライン２３ｃの一端部が配線されている。
【００５７】
そして、蓄電池９は、固体酸化物形燃料電池２より得られた電力の一部を蓄電させて、緊急停止した際に、空気ブロア４、電磁弁６、電磁式スイッチ７に電力を出力する電源で、入力側に電力供給ライン２３ｃの他端部が配線されている。そして、出力側に空気ブロア４に電力を導く電力供給ライン２３ｄ、電磁弁６に電力を導く電力供給ライン２３ｅ、および電磁式スイッチ７に電力を導く電力供給ライン２３ｆが配線されている。
【００５８】
さらに、電磁式スイッチ７は、電力供給ライン２３ｄの中段部に介装され、固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合にスイッチがＯＦＦになって電力供給ライン２３ｄが閉鎖され、高くなった場合にスイッチがＯＮになって電力供給ライン２３ｄが開放されるようになっている。
【００５９】
また、系統電源１０は、通常稼働時に空気ブロア４に電力を供給するものであり、出力側に空気ブロア４に電力を導く電力供給ライン２３ｇが配線されている。
【００６０】
以上の構成からなる固体酸化物形燃料電池発電装置によれば、空気ブロア４、燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、固体酸化物形燃料電池２の電圧の閾値に基づいて、空気極層１３へと空気を供給するか否かを制御する電磁式スイッチ７を設けるとともに、空気バッファタンク３に、燃料ガスの供給が止まって緊急停止した際に、固体酸化物形燃料電池２の電圧の閾値に基づいて、空気極層１３へと空気を供給するか否かを制御する電磁弁６を設けているために、当該電磁式スイッチ７および電磁弁６によって、空気極層１３に供給する空気の供給量を調整することが可能となる。
【００６１】
また、空気ブロア４および電磁弁６および電磁式スイッチ７に、固体酸化物形燃料電池２の発電反応により得られた電力を一部蓄電する蓄電池９を接続しているために、完全停電により燃料ガスの供給が止って緊急停止した場合であっても、空気ブロア４および電磁弁６および電磁式スイッチ７を稼働させることが可能となる。
【００６２】
さらに、空気の圧力を安定化させて固体酸化物形燃料電池２に供給する空気バッファタンク３の前段部に、空気ブロア４を設けた酸化剤ガス供給ユニット５を設けているために、燃料ガスの供給が止って緊急停止した際に、空気ブロア４が故障によって使用できない状況となっても、空気バッファタンク３の空気を空気極層１３へと供給することが可能である。
【００６３】
次に以上の構成からなる固体酸化物形燃料電池発電装置の運転停止方法の一実施形態を説明する。
まず、燃料ガスの供給が止まって緊急停止した場合に系統電源１０を用いて、或いは完全停電により燃料ガスの供給が止って緊急停止した場合は蓄電池９を用いて、空気ブロア４を稼働させて、それにより得られた空気を空気バッファタンク３に供給し、空気バッファタンク３において、空気の圧力を安定化させた後に、空気極層１３へと空気を供給する。
【００６４】
そして、固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、電磁弁６を閉じる或いは電磁式スイッチ７をＯＦＦにすることにより、空気の供給を一度停止する。次いで、燃料ガス供給ライン２１の残存燃料ガスと空気極層１３の空気によって、発電が生じ、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、電磁弁６を開く或いは電磁式スイッチ７をＯＮにすることにより、空気の供給を行なう工程を繰り返す。
【００６５】
そして、最終的に、上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、電磁弁６を閉じる或いは電磁式スイッチ７をＯＦＦにすることにより、空気の供給を停止する。
【００６６】
次に以上の構成から成る固体酸化物形燃料電池発電装置の空気ブロア４が故障した際の運転停止方法について説明する。
まず、空気バッファタンク３に残存する空気を空気極層１３へと供給する。
【００６７】
そして、固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、電磁弁６を閉じることにより、空気の供給を一度停止する。次いで、燃料ガス供給ライン２１の残存燃料ガスと空気極層１３の空気によって、発電反応が生じ、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、電磁弁６を開くことにより、空気の供給を行なう工程を繰り返す。
【００６８】
そして、最終的に、上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、電磁弁６を閉じることにより空気の供給を停止する。
【００６９】
以上の構成からなる固体酸化物形燃料電池発電装置の運転停止方法によれば、蓄電池７或いは系統電源１０によって空気ブロア４を稼働させて、空気バッファタンク３に空気を供給し、空気バッファタンク３において、空気の圧力を安定化させた後に、空気極層１３へと空気を供給しているために、上記残存燃料ガスが燃料極層へと流入して、上記酸化剤ガスの酸素イオンが上記燃料極層へと移動しても、上記酸化剤ガスの酸素イオンが酸化剤極層へ供給され続けることから、酸化剤極層の結晶構造の変化を防止することが可能となる。この結果、緊急停止後に再稼働させても、固体酸化物形燃料電池２の発電性能が低下を防止することが可能となる。
【００７０】
また、電磁弁６或いは電磁式スイッチ７よって、固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、空気の供給を一度停止し、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、空気の供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、空気の供給を停止しているために、上記空気の供給量を必要最低限にすることが可能となり、空気バッファタンク３を小型化することが可能となる。
【００７１】
さらに、空気を供給する時間も低減されるために、緊急停止の際に、空気ブロア４を稼働させるための電力も低減することが可能となり、容量の小さな蓄電池９を搭載することが可能となる。
【００７２】
これらの結果、固体酸化物形燃料電池発電装置を小型化することが可能となる。
【実施例】
【００７３】
(実施例１)
実施例１においては、φ１２０ｍｍの発電セル１４を備えた単セル１８を４０層積層した上述の固体酸化物形燃料電池発電装置を使用し、発電反応が行なわれている固体酸化物形燃料電池２の負荷電流、燃料ガスの供給および空気の供給を一度停止して、仮想的な完全停電状態にした後に、空気バッファタンク３の空気を流量５ＮＬＭに設定して空気極層１３へと供給した。そして、固体酸化物形燃料電池２の電圧が４Ｖより低くなった場合に、電磁弁６の弁体を閉じて上記空気の供給を一度停止し、再度電圧が上昇して４Ｖより高くなった場合に、電磁弁６の弁体を開いて上記空気の供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が４Ｖより高くなることが無くなったら、電磁弁６の弁体を閉じて上記空気の供給を停止した。そして、上記空気の供給が停止するまでの空気を供給した時間（累計）を測定した。
【００７４】
なお、実施例１においては、ストロンチウム、マグネシウム、コバルトを添加したランタンガレート材料（ＬＳＧＭＣ）からなる固体電解質層１１と、Ｎｉのサーメットからなる燃料極層１２と、サマリウムストロンチウムコバルタイト(ＳＳＣ）からなる空気極層１３とによって構成されたφ１２０ｍｍの発電セル１４を使用した単セル１８を４０層積層した固体酸化物形燃料電池２を用いたため、固体酸化物形燃料電池の閾値を４Ｖ（セル電圧では、０．１Ｖ）に設定したが、固体酸化物形燃料電池の設置数、単セルの積層数、発電セルの材料および大きさに伴い、トータル電圧の大きさがそれぞれ異なるため、それに伴い、上記閾値も各々固体酸化物形燃料電池に適した値に設定する必要がある。
【００７５】
ここで、比較例１として、従来の固体酸化物形燃料電池発電装置を使用して、上記と同様に仮想的な完全停電状態にした後に、空気バッファタンクの空気を流量５ＮＬＭに設定して空気極層へと供給し続け、固体酸化物形燃料電池２の電圧が４Ｖより低くなったら、上記空気の供給を停止した。そして、上記空気の供給が停止するまでの空気の供給時間を測定した。
【００７６】
その結果、実施例１の空気供給時間が１０分間となり、比較例１の空気供給時間が４０分となった。
【００７７】
これにより、実施例１の固体酸化物形燃料電池発電装置の空気バッファタンク３は、空気の流量を５ＮＬＭに設定して１０分間供給していることから、仮にバッファタンク圧が１０気圧充填のものである場合、バッファタンク容量５Ｌ(＝５ＮＬＭ×１０ｍｉｎ÷１０気圧)のものを使用可能であることが確認できた。
【００７８】
一方、比較例１の固体酸化物形燃料電池発電装置の空気バッファタンクは、空気の流量５ＮＭＬに設定して４０分間供給していることから、仮にバッファタンク圧が１０気圧充填のものである場合、バッファタンク容量２０Ｌ（＝５ＮＭＬ×４０ｍｉｎ÷１０気圧）のものを使用する必要があることが確認できた。
【００７９】
この結果、固体酸化物形燃料電池発電装置は、少なくとも燃料ガスの供給が止って緊急停止した際に、空気バッファタンク３によって空気を供給し、電磁弁６によって固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、空気の供給を一度停止し、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、空気の供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、空気の供給を停止することにより、空気の供給量を必要最低限にすることが可能となり、空気バッファタンクを小型化することが可能であることが実証できた。
【００８０】
（実施例２）
実施例２においては、実施例１の固体酸化物形燃料電池発電装置の空気バッファタンク３を空気ブロア４に変更し、電磁弁６を電磁式スイッチ７に変更して、同様の運転条件の運転停止方法を行なった。そして、空気の供給が停止するまでの消費電力を測定した。
【００８１】
一方、比較例２は、比較例１と同様に従来の固体酸化物形燃料電池発電装置を使用し、空気バッファタンクを空気ブロアに変更して、同様の運転条件の運転停止方法を行なった。そして、空気の供給が停止するまでの消費電力を測定した。但し、空気ブロアの定格電力は２０Ｗであり、１ｈ運転したときの消費電力は２０Ｗｈとなる。
【００８２】
実施例２の固体酸化物形燃料電池発電装置の蓄電池９は、空気の流量５ＮＬＭに設定して１０分間供給していることから、容量が３．３３Ｗｈ（＝２０Ｗｈ×１／６ｈ）のものを使用可能であることが確認できた。
【００８３】
また、比較例２の固体酸化物形燃料電池発電装置の蓄電池は、空気の流量５ＮＬＭに設定して４０分間供給していることから、容量が１３．３Ｗｈ（＝２０Ｗｈ×２／３ｈ）のものを使用する必要があることが確認できた。
【００８４】
この結果、固体酸化物形燃料電池発電装置は、少なくとも燃料ガスの供給が止って緊急停止した際に、空気ブロア４によって空気を供給し、電磁式スイッチ７によって固体酸化物形燃料電池２の電圧が予め定められた閾値より低くなった場合に、空気の供給を一度停止し、再度上記電圧が上昇して上記閾値より高くなった場合に、空気の供給を行なう工程を繰り返し、最終的に上記電圧が上記閾値より高くなることが無くなった場合に、空気の供給を停止することにより、完全停電の際に空気ブロア４を稼働させるための電力を低減することが可能となり、容量の小さな蓄電池９を搭載することが可能となることが実証できた。
【００８５】
なお、本実施形態においては、酸化剤ガス供給手段として、空気バッファタンク３の前段部に、空気ブロア４を設けた酸化剤ガス供給ユニット５を用いたが、これに限らず、空気を供給できるものであれば、固体酸化物形燃料電池発電装置に空気バッファタンク３単体のみ、或いは空気ブロア４単体のみ搭載したものであっても、空気バッファタンク３に電磁弁６を設け、空気ブロア４に電磁式スイッチ７を設けることによって、空気の供給量を必要最低限にすることが可能である。
【００８６】
また、本実施形態においては、固体酸化物形燃料電池２の電圧に基づいて閾値を設定したが、単セル１８のセル電圧に基づいて閾値を設定しても対応可能である。
【符号の説明】
【００８７】
２  固体酸化物形燃料電池
３  空気バッファタンク（酸化剤ガスバッファタンク）
４  空気ブロア（酸化剤ガスブロア）
５  酸化剤ガス供給ユニット
６  電磁弁（酸化剤ガス供給制御手段）
７  電磁式スイッチ（酸化剤ガス供給制御手段）
９  蓄電池
１２  燃料極層
１３  空気極層（酸化剤極層）
２１  燃料ガス供給ライン
２２ａ  酸化剤ガス供給ライン
２２ｂ  酸化剤ガス供給ライン
【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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