(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で原燃料の熱量変動に対応可能な固体酸化物形燃料電池の提供。【解決手段】改質器３に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量に応じて、水蒸気改質のために改質器３に供給する原燃料及び水の供給条件を決定し、発電運転を行うときに供給条件に従って改質器３に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する固体酸化物形燃料電池であって、容器１内の所定部位の温度を測定する温度センサＴ１を備え、制御装置２０は、所定の熱量推定タイミングになると、特定の運転状態を所定期間継続した後に温度センサＴ１で所定部位の温度を測定し、予め定められた供給原燃料熱量と所定部位の温度との関係を参照して供給原燃料熱量を推定する熱量推定処理を行い、熱量推定処理の終了後は、当該熱量推定処理で推定した供給原燃料熱量に応じて供給条件を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを容器の内部に備え、
前記改質器に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を調節する原燃料流量調節部と、
前記改質器に供給する改質用水の単位時間当たりの流量を調節する水流量調節部と、
前記セルスタックの出力電流を調節する出力電流調節部と、
前記原燃料流量調節部及び前記水流量調節部及び前記出力電流調節部の動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記改質器に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量に応じて、水蒸気改質のために前記改質器に供給する原燃料及び水の供給条件を決定し、発電運転を行うときに前記供給条件に従って前記改質器に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する固体酸化物形燃料電池であって、
前記容器内の所定部位の温度を測定する温度センサを備え、
前記制御装置は、
所定の熱量推定タイミングになると、特定の運転状態を所定期間継続した後に前記温度センサで前記所定部位の温度を測定し、予め定められた前記供給原燃料熱量と前記所定部位の温度との関係を参照して前記供給原燃料熱量を推定する熱量推定処理を行い、
前記熱量推定処理の終了後は、当該熱量推定処理で推定した前記供給原燃料熱量に応じて前記供給条件を決定する固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記特定の運転状態は、前記改質器に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を前記原燃料流量調節部によって基準原燃料流量に調節し、前記改質器に供給する改質用水の単位時間当たりの流量を前記水流量調節部によって基準改質用水流量に調節し、前記セルスタックの出力電流を前記出力電流調節部によって基準出力電流に調節した状態で前記セルスタックでの発電を行わせる運転状態である請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記特定の運転状態は、発電した電力を出力しないアイドリング状態である請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記温度センサは、前記燃焼部の温度を測定する請求項１〜３の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、改質器で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを容器の内部に備え、改質器に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を調節する原燃料流量調節部と、改質器に供給する改質用水の単位時間当たりの流量を調節する水流量調節部と、セルスタックの出力電流を調節する出力電流調節部と、原燃料流量調節部及び水流量調節部及び出力電流調節部の動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、改質器に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量に応じて、水蒸気改質のために改質器に供給する原燃料及び水の供給条件を決定し、発電運転を行うときに供給条件に従って改質器に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給する燃料ガスを生成するための改質器では、炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする燃料ガスを生成している。原燃料としては、ガス事業者が供給する都市ガスが用いられることが多い。通常、ガス事業者は都市ガスの熱量を例えば４５ＭＪなどの値に調整した上で消費者に供給し、その熱量の原燃料が改質器に供給される。そして、改質器には、その熱量の原燃料の流量に応じて決定される所定流量の改質用水を供給することで、最適なＳ／Ｃ値（スチーム／カーボン比率）の下で原燃料の水蒸気改質が行われる。尚、Ｓ／Ｃ値が小さくなり過ぎるとカーボン析出などによりセルスタックの耐久性が低下し、Ｓ／Ｃ値が大きくなり過ぎると発電効率が低下するという問題がある。
【０００３】
尚、改質器に供給される原燃料の組成が変化した場合、原燃料に含まれる炭素数及び水素数などが変化するため、水蒸気改質により生成される水素量が変化する。そのため、水蒸気改質により生成される水素量を、原燃料の組成の変化の前後で同じ値にしたいのであれば、改質器に供給する原燃料の流量を変化させなければならない。また、改質器に供給する水の量も適正な値にしなければならない。つまり、原燃料の組成が変化することでその熱量が変化した場合には、それに応じてＳ／Ｃ値を適正な値に調整しなければならない。
【０００４】
そのような問題に鑑みて、特許文献１には、原燃料の質量流量を計測する質量流量計と、質量流量計によって計測される質量流量に基づいて、原燃料に含まれる炭素分の質量流量を演算し、その演算された炭素分の質量流量の値に基づいて、水蒸気の流量を制御するための信号を、水蒸気流量調節器へ出力する制御演算手段とを備え、制御演算手段は、質量流量計によって計測される質量流量と、原燃料に含まれることが想定される炭素の近似的な質量比とに基づいて、原燃料中に含有されている炭素の質量流量を算出するように構成されている水素製造装置が記載されている。
【０００５】
尚、特許文献１に記載の水素製造装置では、原燃料に含まれることが想定される炭素分の質量を想定しているだけであり、実際に供給される原燃料の組成（熱量）は不明である。例えば、実際に供給される原燃料が、メタン、エタン、プロパンなどを様々な割合で混合することで熱量調整されたものである場合、供給される原燃料の組成（熱量）を想定することは実質的に困難である。
【０００６】
また、特許文献２には、原燃料の熱量を検知するための熱量検知手段を備える燃料電池が記載されている。この燃料電池では、熱量検知手段が検知した原燃料の熱量に応じてＳ／Ｃ値を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１６２９３８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３７９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載の燃料電池では、原燃料の熱量を検知する為の機器を特別に設置する必要があり、装置構成のコストアップにつながるといった課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な装置構成で原燃料の熱量変動に対応可能な固体酸化物形燃料電池を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを容器の内部に備え、前記改質器に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を調節する原燃料流量調節部と、前記改質器に供給する改質用水の単位時間当たりの流量を調節する水流量調節部と、前記セルスタックの出力電流を調節する出力電流調節部と、前記原燃料流量調節部及び前記水流量調節部及び前記出力電流調節部の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記改質器に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量に応じて、水蒸気改質のために前記改質器に供給する原燃料及び水の供給条件を決定し、発電運転を行うときに前記供給条件に従って前記改質器に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する固体酸化物形燃料電池であって、
前記容器内の所定部位の温度を測定する温度センサを備え、
前記制御装置は、所定の熱量推定タイミングになると、特定の運転状態を所定期間継続した後に前記温度センサで前記所定部位の温度を測定し、予め定められた前記供給原燃料熱量と前記所定部位の温度との関係を参照して前記供給原燃料熱量を推定する熱量推定処理を行い、前記熱量推定処理の終了後は、当該熱量推定処理で推定した前記供給原燃料熱量に応じて前記供給条件を決定する点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、固体酸化物形燃料電池は、セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部を容器の内部に備え、その容器内の所定部位の温度を測定する温度センサを備える。また、燃焼部で燃焼されるオフガスの組成には、改質器に供給される原燃料の熱量（組成）が反映されると言える。そのため、特定の運転状態を所定期間継続した後に温度センサが測定する容器内の所定部位の温度と、改質器に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量との間には関連性があり、その関連性に基づけば供給原燃料熱量を推定できると言える。よって、制御装置は、所定の熱量推定タイミングになると、特定の運転状態を所定期間継続した後に温度センサで所定部位の温度を測定し、予め定められた供給原燃料熱量と所定部位の温度との関係を参照して供給原燃料熱量を推定する熱量推定処理を行い、熱量推定処理の終了後は、その熱量推定処理で推定した供給原燃料熱量に応じて供給条件を決定する。つまり、改質器に供給される原燃料の熱量を測定するための特別な機器を設けなくても、特定の運転状態を所定期間継続した後に温度センサが測定する容器内の所定部位の温度に基づいて、改質器に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量を推定できる。そして、水蒸気改質のために改質器に供給する原燃料及び水の供給条件を、推定した供給原燃料熱量に応じて決定できる。
従って、簡単な装置構成で原燃料の熱量変動に対応可能な固体酸化物形燃料電池を提供できる。
【００１２】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の別の特徴構成は、前記特定の運転状態は、前記改質器に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を前記原燃料流量調節部によって基準原燃料流量に調節し、前記改質器に供給する改質用水の単位時間当たりの流量を前記水流量調節部によって基準改質用水流量に調節し、前記セルスタックの出力電流を前記出力電流調節部によって基準出力電流に調節した状態で前記セルスタックでの発電を行わせる運転状態である点にある。
ここで、前記特定の運転状態は、発電した電力を出力しないアイドリング状態であれば好ましい。
【００１３】
上記特徴構成によれば、この特定の運転状態で固体酸化物形燃料電池が所定期間継続して運転されると、容器内部が熱的に安定した状態になる。つまり、改質器で生成されてセルスタックに供給される水素を主成分とする燃料ガスの量が一定になり、且つ、セルスタックの出力電流が基準出力電流に調節されることで、セルスタックでの発電反応で消費される水素量及び消費されなかった水素量が一定になる。その結果、燃焼部で、発電反応で消費されなかった分の水素を所定期間継続して燃焼させることで、その間に発生する燃焼熱量も一定になり、容器内部が熱的に安定した状態になる。その結果、容器内の所定部位の温度に基づいて、改質器に供給される供給原燃料熱量を正確に推定できる。
【００１４】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記温度センサは、前記燃焼部の温度を測定する点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、燃焼部で燃焼されるオフガスの組成には、改質器に供給される原燃料の熱量（組成）が反映されるため、そのオフガスを燃焼する燃焼部の温度を参照することで、改質器に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。
【図２】熱量推定処理を説明するフローチャートである。
【図３】供給原燃料熱量と温度センサで測定される温度との関係をプロットしたグラフである。
【図４】供給原燃料熱量と温度センサで測定される温度との関係を規定する関数のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池について説明する。
図１は、固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。図示するように、固体酸化物形燃料電池は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器３と、改質器３で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セルＣを有するセルスタックと、セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部１９とを容器１の内部に備える。この容器１は、断熱性を有する材料を用いて構成されていることが好ましい。セルスタックは電力変換部３３を介して電力線３１に接続される。
【００１８】
電力変換部３３は、セルスタックで発生した電力を、所望の電圧、周波数、位相の電力に変換して電力線３１に出力できる。また、電力変換部３３は、セルスタックの出力電流を調節する出力電流調節部としても機能する。電力線３１は電力系統３０に連系されているので、電力線３１に接続される電力負荷装置３２には、電力系統３０及びセルスタックの少なくとも何れか一方から電力が供給される。電力変換部３３の動作は制御装置２０が制御する。
【００１９】
セルスタックは、改質器３で生成された燃料ガスが通流する燃料通流部（図示せず）を有するアノード５と、酸素（空気）が通流する空気通流部（図示せず）を有するカソード６とを備えた燃料電池セルＣを、複数個電気的に直列接続した状態で備えている。図示は省略するが、燃料電池セルＣは、アノード５とカソード６との間に固体電解質層を備えた固体酸化物型に構成される。燃料通流部を燃料ガスが通流することでアノード５に燃料ガスが供給され、空気通流部を空気が通流することでカソード６に酸素が供給される。セルスタックは、複数の燃料電池セルＣが燃料通流部の燃料ガス排出口５ａ及び空気通流部の空気排出口６ａが上向きになる姿勢で横方向に並ぶ状態で、容器１の内部に設置されている。
【００２０】
加えて、セルスタックの下部には、改質器３から燃料ガス流路Ｌ４を通して供給される燃料ガスを受け入れるガスマニホールド４が設けられる。複数の燃料電池セルＣは、ガスマニホールド４の上方側に上述のように並ぶ状態で配置され、ガスマニホールド４と複数の燃料電池セルＣにおける燃料通流部の下端のガス導入口（図示せず）とが連通接続されている。そして、ガスマニホールド４に供給された燃料ガスが複数の燃料電池セルＣの夫々の燃料通流部に対して下端のガス導入口から供給されて、各燃料通流部を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供されたのちの排出燃料ガスは、上端の燃料ガス排出口５ａから排出される。
【００２１】
容器１には、空気導入部７が設けられる、その空気導入部７には空気供給流路Ｌ５が接続される。空気供給流路Ｌ５の途中には、エアフィルタ１３とエアブロア１４とエア流量計１５とが設けられる。エアブロア１４の作動により、空気が空気供給流路Ｌ５を通して容器１内に供給される。エアフィルタ１３は、エアブロア１４によって空気供給流路Ｌ５に吸い込まれた空気中の塵などの異物を捕らえる。エア流量計１５は、容器１内に供給される空気の単位時間当たりの流量を測定する。複数の燃料電池セルＣの夫々における空気通流部の下端部近傍には、容器１内と空気通流部内とを連通する空気供給孔（図示せず）が設けられている。複数の燃料電池セルＣの夫々の空気通流部には容器１内の空気がこの空気供給孔を通して供給されて、各空気通流部を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供されたのちの排空気は、上端の空気排出口６ａから排出される。エア流量計１５の測定結果は制御装置２０に伝達され、エアブロア１４の動作は制御装置２０が制御する。
【００２２】
セルスタックの上方には、各燃料電池セルＣの燃料通流部の燃料ガス排出口５ａから排出される、発電反応に用いられなかった水素を含む排出燃料ガスと空気通流部の空気排出口６ａから排出される排空気とを燃焼させる燃焼空間が形成される。これら排出燃料ガスと排空気とが、セルスタックからのオフガスとなる。この燃焼空間には点火器１６も設けられる。つまり、セルスタックの上方の燃焼空間によって、セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部１９が実現される。加えて、後述するように、一体で構成された気化器２と改質器３とが、燃焼部１９として機能するセルスタックの上方の燃焼空間に隣接して設けられている。点火器１６の動作は制御装置２０が制御する。温度センサＴ１は燃焼部１９の温度を測定し、その測定結果は制御装置２０に伝達される。そして、燃焼部１９での燃焼が適正に行われているか否かの判定などに用いられる。
【００２３】
容器１には、燃焼部１９にて発生した燃焼排ガスを外部に排出させる排気部８が下面部等に形成されている。そして、容器１内には、排気部８から外部に排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素ガス等を除去する燃焼触媒部９（例えば、白金系触媒）が設けられている。温度センサＴ２は容器１内部の温度、例えば、セルスタックの側方の温度を測定し、その測定結果は制御装置２０に伝達される。
【００２４】
図１では、気化器２と改質器３とを別個に記載しているが、例えば、気化器２を構成する容器１と、改質器３を構成する容器１とを単一の筐体で構成してもよい。つまり、気化器２と改質器３とを構成する単一の筐体の内部空間を、通気性を有する仕切部材等を用いて上流側区域と下流側区域とに仕切り、上流側区域を気化器２とし、下流側区域を改質器３として形成してもよい。そして、気化器２には、原燃料が供給される原燃料流路Ｌ１と、改質用水が供給される改質用水流路Ｌ２とが引き込まれる。
【００２５】
気化器２は、供給される改質用水を、燃焼部１９から伝えられる燃焼熱を用いて加熱して蒸発させる。改質用水タンク１７に貯えられている改質用水は、改質用水タンク１７に連結される改質用水流路Ｌ２を介して気化器２に供給される。具体的には、改質用水ポンプ１８が動作することで改質用水タンク１７に貯えられている改質用水が改質用水流路Ｌ２を通流して気化器２の内部に流入する。改質用水ポンプ１８の動作は制御装置２０が制御する。このように、改質用水ポンプ１８は、改質器３に供給する改質用水の単位時間当たりの流量を調節する水流量調節部として機能する。
【００２６】
気化器２には原燃料流路Ｌ１を介して原燃料も供給される。原燃料流路Ｌ１の途中には原燃料流量計１１と原燃料ブロア１２とが設けられている。原燃料流量計１１には例えば原燃料の熱拡散作用を利用して測定を行う熱式質量流量計が用いられる。更に、原燃料ブロア１２の下流側の原燃料流路Ｌ１には、原燃料（例えば、都市ガス等）に含まれる硫黄化合物を取り除くための脱硫器１０が設けられている。そして、原燃料ブロア１２が動作することで、原燃料が原燃料流路Ｌ１を通流し且つ脱硫器１０で脱硫された後で気化器２の内部に流入する。原燃料流量計１１は、気化器２に供給される原燃料の単位時間当たりの流量を測定し、その測定結果は制御装置２０に伝達される。原燃料流量計１１が熱式質量流量計である場合、制御装置２０は、記憶している供給原燃料熱量の値を参照して、原燃料の流量を決定する。制御装置２０は、原燃料流量計１１を用いて測定される原燃料の流量が目標の流量になるように原燃料ブロア１２の動作を制御する。このように、原燃料ブロア１２は、改質器３に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を調節する原燃料流量調節部として機能する。以上のようにして、気化器２では、制御装置２０によって単位時間当たりの供給量が制御された原燃料及び水蒸気が混合された混合ガスが生成され、混合ガス流路Ｌ３を介して改質器３に供給される。
【００２７】
改質器３は、気化器２から供給される混合ガスに含まれる原燃料の水蒸気改質処理を行う。図示は省略するが、改質器３の内部には改質触媒が充填されており、この改質触媒の触媒作用によって原燃料が改質処理される。また、気化器２と同様に、改質器３にも、燃焼部１９で発生した燃焼熱が伝達される。温度センサＴ３は改質器３の温度（例えば、改質触媒の温度）を測定し、その測定結果は制御装置２０に伝達される。そして、改質器３の温度が適正か否かの判定などに用いられる。
【００２８】
〔発電運転〕
制御装置２０は、固体酸化物形燃料電池を発電運転させるとき、改質器３（気化器２）に供給する単位時間当たりの原燃料の流量と、改質器３（気化器２）に供給する単位時間当たりの水の流量とを、所定の供給条件に従って決定する。例えば、この供給条件はＳ／Ｃ値（スチーム／カーボン比率）である。よって、制御装置２０は、セルスタックの出力電力及び出力電流を調節するとき、電力変換部３３の動作を制御するとともに、その出力電力及び出力電流を発生させるのに必要な量の水素及び燃焼部１９で燃焼させるために必要な量の水素（即ち、発電反応に用いられなかった水素）を改質器３で生成させるために、そのＳ／Ｃ値に従って改質器３に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する。
【００２９】
制御装置２０は、固体酸化物形燃料電池の運転状態を連系状態とアイドリング状態との何れか一方に切り替えることができる。例えば、連系状態は、セルスタックの発電電力を電力変換部３３から上述した電力負荷装置３２や電力系統３０などに供給する状態であり、アイドリング状態は、セルスタックの発電電力を電力変換部３３から電力負荷装置３２や電力系統３０などに供給せずに補機などで内部消費する状態である。固体酸化物形燃料電池の補機としては、上述した原燃料ブロア１２及びエアブロア１４及び改質用水ポンプ１８などがある。つまり、固体酸化物形燃料電池を運転している間に動作する補機でも電力は消費されるため、セルスタックの発電電力を電力変換部３３から電力負荷装置３２や電力系統３０などに供給していなくても、セルスタックで発電された電力を補機で消費しながら固体酸化物形燃料電池の運転を継続することができる。
【００３０】
〔熱量推定処理〕
改質器３に供給される原燃料の組成が変化した場合、原燃料に含まれる炭素数及び水素数などが変化するため、水蒸気改質により生成される水素量が変化する。そのため、水蒸気改質により生成される水素量を、原燃料の組成の変化の前後で同じ値にしたいのであれば、改質器３に供給する原燃料の流量を変化させなければならない。また、改質器３に供給する水の量も適正な値にしなければならない。つまり、原燃料の組成が変化することでその熱量が変化した場合には、それに応じてＳ／Ｃ値を適正な値に調整しなければならない。
【００３１】
そのような問題に鑑みて、記憶装置２１には、改質器３に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量毎に設定された、水蒸気改質のために改質器３に供給する原燃料及び水の供給条件（例えばＳ／Ｃ値）が記憶されている。そして、制御装置２０は、供給原燃料熱量に応じた原燃料及び水の供給条件（Ｓ／Ｃ値）を記憶装置２１から読み出し、発電運転を行うときにはその供給条件に従って改質器３に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する。例えば、セルスタックの発電電力を増減するときには、Ｓ／Ｃ値を維持しつつ、その発電電力に見合った値に改質器３に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を増減させる。
このように、制御装置２０は、改質器３に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量に応じて、水蒸気改質のために改質器３に供給する原燃料及び水の供給条件を決定し、発電運転を行うときに供給条件に従って改質器３に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する。
【００３２】
加えて、本実施形態の制御装置２０は、改質器３に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量を推定する熱量推定処理を所定のタイミングで行って、発電運転を行うときの制御の元になる供給原燃料熱量を逐次更新する。
【００３３】
図２は、熱量推定処理を説明するフローチャートである。
工程＃１０において制御装置２０は、原燃料の熱量である供給原燃料熱量を推定するための熱量推定タイミングであるか否かを判定する。例えば、１日に１回、午前２時などのタイミングを熱量推定タイミングに設定しておくことができる。そして、制御装置２０は、熱量推定タイミングになったと判定した場合には（工程＃１０で「Ｙｅｓ」と判定した場合には）、工程＃１１に移行する。それに対して、制御装置２０は、熱量推定タイミングになっていないと判定した場合には（工程＃１０で「Ｎｏ」と判定した場合には）、このフローチャートの最初にリターンする。
【００３４】
工程＃１１において制御装置２０は、固体酸化物形燃料電池の運転を特定の運転状態に移行させる。そして、制御装置２０は、この特定の運転状態を所定期間（例えば、３０分間など）継続させる（工程＃１２）。本実施形態において、特定の運転状態は、改質器３に供給する原燃料の単位時間当たりの流量を原燃料ブロア（原燃料流量調節部）１４によって基準原燃料流量に調節し、改質器３に供給する改質用水の単位時間当たりの流量を改質用水ポンプ（水流量調節部）１８によって基準改質用水流量に調節し、セルスタックの出力電流を電力変換部（出力電流調節部）３３によって基準出力電流に調節した状態でセルスタックでの発電を行わせる運転状態である。例えば、特定の運転状態は、発電した電力を出力しないアイドリング状態である。
【００３５】
固体酸化物形燃料電池が上記特定の運転状態で所定期間継続して運転されると、容器１内部が熱的に安定した状態になる。つまり、改質器３で生成されてセルスタックに供給される水素を主成分とする燃料ガスの量が一定になり、且つ、セルスタックの出力電流が電力変換部（出力電流調節部）３３によって基準出力電流に調節されることで、セルスタックでの発電反応で消費される水素量及び消費されなかった水素量（可燃性ガスの量）が一定になる。その結果、燃焼部１９で、発電反応で消費されなかった分の水素を所定期間継続して燃焼させることで、その間に発生する燃焼熱量も一定になり、燃焼部１９の温度も一定になる。
【００３６】
以下の表１には、原燃料の熱量と、固体酸化物形燃料電池が上記特定の運転状態で所定期間（例えば、３０分間など）継続して運転された後に温度センサＴ１で測定される温度との関係例を示す。このように、原燃料の熱量が大きいほど、温度センサＴ１で測定される温度は高くなる関係を示す。つまり、固体酸化物形燃料電池が上記特定の運転状態で所定期間継続して運転された後に温度センサＴ１で測定される温度と、原燃料の熱量との間には関連性があり、その関連性を参照して供給原燃料熱量を推定できるといえる。
【００３７】
また、本実施形態において温度センサＴ１の測定結果を採用するのは、燃焼部１９で燃焼されるオフガスの組成には、改質器３に供給される原燃料の熱量（組成）が反映されるため、そのオフガスを燃焼する燃焼部１９の温度を参照することで、実際に改質器３に供給されている原燃料の熱量を正確に推定できると思われるからである。
尚、改質器３に供給される原燃料の熱量が変化することで、記憶装置２１に記憶している、現時点で改質器３に供給されていると想定している原燃料の熱量（供給原燃料熱量）と、実際の原燃料の熱量との間に乖離が生じている場合には、熱式質量流量計を利用した原燃料流量計１１の測定結果に基づいて制御装置２０が認識する原燃料の流量と、実際の原燃料の流量との間にも乖離が生じていると思われる。そのため、工程＃１１において固体酸化物形燃料電池を特定の運転状態で所定期間運転させたときに現れる表１に示したような燃焼部１９の温度（Ｔ１）の違いには、上述した原燃料の熱量の違いと、原燃料の熱量が変動したことで生じた原燃料の流量の違いとが含まれるとも言える。
【００３８】
【表１】
2019067617.tif 000003
【００３９】
よって、制御装置２０は、容器１内の所定部位の温度を測定する温度センサＴ１の測定結果を得て（工程＃１３）、供給原燃料熱量を推定する（工程＃１４）。図３は、表１に示した供給原燃料熱量と温度センサＴ１で測定される温度との関係をプロットしたグラフである。更に、図３には、プロットした各点を含むように設定した温度範囲を描いている。具体的には、各温度範囲Ａ〜Ｇは以下の表２に示す温度で設定されている。そして、記憶装置２１には、表２に示したような、供給原燃料熱量と温度範囲との関係が記憶されている。例えば、制御装置２０は、工程＃１３において測定された温度が６７２℃であったとき、記憶装置２１に記憶されている以下の表２のような、予め定められた供給原燃料熱量と所定部位の温度との関係を参照して、工程＃１３において測定された温度（６７２℃）が「温度範囲Ｄ」にあること、即ち、現在供給されている原燃料の熱量が４３（ＭＪ／ｍ３）であると推定する。そして、制御装置２０は、記憶装置２１に記憶している現在の原燃料の熱量の値を「４３（ＭＪ／ｍ３）」に更新する。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
その後、制御装置２０は、上述した特定の運転状態（アイドリング状態）を解除して、固体酸化物形燃料電池の運転を通常の発電運転状態に戻す（工程＃１５）。そして、以後は更新した供給原燃料熱量に応じた原燃料及び水の供給条件（Ｓ／Ｃ値）を記憶装置２１から読み出し、その供給条件に従って改質器３に供給する原燃料の流量及び改質用水の流量を決定する。また、制御装置２０は、更新後の供給原燃料熱量の値を参照して、熱式質量流量計である原燃料流量計１１の測定結果から原燃料の流量を決定する。
【００４２】
以上のように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池は、セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部１９を容器１の内部に備え、その容器１内の所定部位の温度を測定する温度センサＴ１を備える。また、燃焼部１９で燃焼されるオフガスの組成には、改質器３に供給される原燃料の熱量（組成）が反映されると言える。そのため、特定の運転状態を所定期間継続した後に温度センサＴ１が測定する容器１内の所定部位の温度と、改質器３に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量との間には関連性があり、その関連性に基づけば供給原燃料熱量を推定できると言える。よって、改質器３に供給される原燃料の熱量を測定するための特別な機器を設けなくても、特定の運転状態を所定期間継続した後に温度センサＴ１が測定する容器１内の所定部位の温度に基づいて、改質器３に供給される原燃料の熱量である供給原燃料熱量を推定できる。そして、水蒸気改質のために改質器３に供給する原燃料及び水の供給条件を、推定した供給原燃料熱量に応じて決定できる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の固体酸化物形燃料電池は、供給原燃料熱量の推定手法が上記実施形態と異なっている。以下に第２実施形態の固体酸化物形燃料電池について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、記憶装置２１に、供給原燃料熱量と温度センサＴ１で測定される温度との関係を規定する関数が記憶されている。よって、制御装置２０は、温度センサＴ１で測定した温度をその関数に代入することで、供給原燃料熱量を導出できる。例えば、供給原燃料熱量：ｙと温度センサＴ１で測定される温度：ｘとの関係を規定する関数（図４に示す関数）は以下のようなものである。
【００４５】
ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ
ａ＝０．０００２１３５
ｂ＝−０．２３２８７７４５
ｃ＝１０３．５１１５６０９３
【００４６】
例えば、制御装置２０は、工程＃１３において測定された温度が６７２℃であったとき、記憶装置２１に記憶されている図４の関数を参照して、現在供給されている原燃料の熱量である供給原燃料熱量を「４３．４３１０９８５３（ＭＪ／ｍ３）」と導出し、少数点以下を四捨五入して、現在供給されている原燃料の熱量が４３（ＭＪ／ｍ３）であると推定する。そして、制御装置２０は、記憶装置２１に記憶している現在の原燃料に関する供給原燃料熱量の値を「４３（ＭＪ／ｍ３）」に更新する。
【００４７】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成については適宜変更可能である。
例えば、図１に示したような気化器２、改質器３、セルスタックなどの位置関係は、本発明の固体酸化物形燃料電池についての理解を容易にするために便宜的に記載しただけであり、実際の位置関係を正確に記載したものではない。
【００４８】
＜２＞
上記実施形態では、供給原燃料熱量を推定するときに参照する温度として、温度センサＴ１で測定される燃焼部１９の温度を用いる例を説明したが、供給原燃料熱量の変動の影響を受ける他の箇所で測定した温度を用いてもよい。
例えば、制御装置２０は、固体酸化物形燃料電池が上述した特定の運転状態で所定期間継続して運転された後に温度センサＴ２が測定する容器１内部の温度（セルスタックの側方の温度）や、温度センサＴ３が測定する改質器３の温度（改質触媒の温度）を参照して、供給原燃料熱量を推定することもできる。このとき、温度センサＴ２が測定する容器１内部の温度（セルスタックの側方の温度）や、温度センサＴ３が測定する改質器３の温度（改質触媒の温度）も、供給原燃料熱量が大きいほど高くなる関係を示す。
【００４９】
＜３＞
上記実施形態では、１日に１回、午前２時などのタイミングが熱量推定タイミングに設定されている例を説明したが、熱量推定タイミングの頻度や実施時刻などは適宜変更可能である。例えば、毎週月曜日の午前５時を熱量推定タイミングに設定することや、毎月の１５日の午前５時を熱量推定タイミングに設定することなどでも構わない。
【００５０】
＜４＞
上記実施形態では、供給原燃料熱量と、固体酸化物形燃料電池が特定の運転状態で所定期間継続して運転された後に温度センサで測定される温度との関係例について具体的な数値を挙げて説明したが、それらの数値は例示目的で記載したものであり適宜変更可能である。
【００５１】
＜５＞
上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用でき、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変できる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、簡単な装置構成で原燃料の熱量変動に対応可能な固体酸化物形燃料電池に利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  容器
３  改質器
１４  原燃料ブロア（原燃料流量調節部）
１８  改質用水ポンプ（水流量調節部）
１９  燃焼部
２０  制御装置
Ｃ  燃料電池セル
ＣＳ  セルスタック
Ｔ１  温度センサ
Ｔ２  温度センサ
Ｔ３  温度センサ
３３  電力変換部（出力電流調節部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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