(57)【要約】      （修正有）【課題】水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる固体酸化物形燃料電池システムを提供する。【解決手段】アノード２とカソード４とを備え、アノードに供給される水素含有ガスとカソードに供給される酸素含有ガスとの間で発電反応を行う、固体酸化物形燃料電池６と、固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスから回収された水を貯えるタンク１２と、タンクから供給される水を用いて水蒸気を生成する蒸発器１３と、原料と蒸発器から供給される水蒸気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器８と、原料および酸素含有ガスの少なくともいずれか一方を供給する供給器１０と、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、原料および酸素含有ガスの少なくともいずれか一方の供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させる、制御器１４と、を備える、固体酸化物形燃料電池システム。【選択図】図１
2015041443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードとを備え、前記アノードに供給される水素含有ガスと前記カソードに供給される酸素含有ガスとの間で発電反応を行う、固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスから回収された水を貯えるタンクと、
前記タンクから供給される水を用いて水蒸気を生成する蒸発器と、
原料と前記蒸発器から供給される水蒸気とを用いて前記水素含有ガスを生成する改質器と、
前記原料および前記酸素含有ガスの少なくともいずれか一方を供給する供給器と、
前記タンクの水位が低下すると、前記供給器を制御して、前記原料および前記酸素含有ガスの少なくともいずれか一方の供給量を調整することで、前記オフガスの露点を上昇させる、制御器と、
を備える、固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項２】
前記供給器は、少なくとも前記原料を供給するように構成され、
前記制御器は、前記タンクの水位が低下すると、前記供給器を制御して、少なくとも前記原料の供給量を調整することで、前記オフガスの露点を上昇させるように構成されている、
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】
前記オフガスは前記アノードから排出されるアノードオフガスであり、
前記制御器は、前記タンクの水位が低下すると、前記供給器を制御して、前記固体酸化物形燃料電池における水素利用率を上昇させることで、前記オフガスの露点を上昇させるように構成されている、
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】
前記アノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼器を備え、
前記オフガスは前記燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、
前記制御器は、前記タンクの水位が低下すると、前記供給器を制御して、前記固体酸化物形燃料電池における水素利用率を低下させることで、前記オフガスの露点を上昇させるように構成されている、
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】
前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスにより燃焼させる燃焼器を備え、
前記供給器は、少なくとも前記酸素含有ガスを供給するように構成され、
前記オフガスは前記燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、
前記制御器は、前記タンクの水位が低下すると、前記供給器を制御して、前記固体酸化物形燃料電池における酸素利用率を上昇させることで、前記オフガスの露点を上昇させるように構成されている、
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】
前記カソードに前記酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路と、
前記酸素含有ガス供給路上に設けられ、前記酸素含有ガスを加熱する加熱器と、
前記加熱器よりも上流の前記酸素含有ガス供給路から分岐し、前記加熱器を介さずに、前記加熱器よりも下流の前記酸素含有ガス供給路へと合流するバイパス流路と、
前記加熱器を流れる酸素含有ガスの量と前記バイパス流路を流れる酸素含有ガスの量の比を制御する流量比調整器と、
を備える、請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
固体酸化物形燃料電池において、アノードに水素含有ガスを供給するとともにカソードに酸素含有ガスを供給して発電反応を行い、
固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスから回収された水をタンクに貯留し、
蒸発器により、前記タンクから供給される水を用いて水蒸気を生成し、
改質器により、原料と前記蒸発器から供給される水蒸気とを用いて前記水素含有ガスを生成し、
前記タンクの水位が低下すると、前記原料および前記酸素含有ガスの少なくともいずれか一方の供給量を調整することで、前記オフガスの露点を上昇させる、
固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
前記タンクの水位が低下すると、少なくとも前記原料の供給量を調整することで、前記オフガスの露点を上昇させる、
請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
前記オフガスは、前記アノードから排出されるアノードオフガスであり、
前記タンクの水位が低下すると、前記固体酸化物形燃料電池における水素利用率を上昇させることで、前記オフガスの露点を上昇させる、
請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
前記オフガスは、前記アノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、
前記タンクの水位が低下すると、前記固体酸化物形燃料電池における水素利用率を低下させることで、前記オフガスの露点を上昇させる、
請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項１１】
前記オフガスは、前記アノードから排出されるアノードオフガスを前記カソードから排出されるカソードオフガスにより燃焼させる燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、
前記タンクの水位が低下すると、前記固体酸化物形燃料電池における酸素利用率を上昇させることで、前記オフガスの露点を上昇させる、
請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法。
【請求項１２】
前記固体酸化物形燃料電池における酸素利用率を上昇させる際に、酸素含有ガスを予熱する加熱器を流れる酸素含有ガスの量と、前記加熱器よりも上流の酸素含有ガス供給路から分岐し、前記加熱器を介さずに、前記加熱器よりも下流の前記酸素含有ガス供給路へと合流するバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量との比を制御する、
請求項１１に記載の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に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、タンクの水位が所定の高水位以上であることが水位センサにより検知されるとき、最高発電出力を出力制限せずに燃料電池の発電出力を制御し、タンクの水位が高水位よりも低い水位であることが水位センサにより検知されるとき、電力負荷の大きさに拘わらず、燃料電池の最高発電出力をこれの定格電力未満に出力制限する制御部とを具備する燃料電池システムを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３４７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、水を外部から供給する必要性を低減することはできても、負荷に対して発電出力が不十分となる場合がある。本発明は、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる固体酸化物形燃料電池システム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】
【０００５】
本発明による固体酸化物形燃料電池システムの一態様は、アノードとカソードとを備え、前記アノードに供給される水素含有ガスと前記カソードに供給される酸素含有ガスとの間で発電反応を行う、固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスから回収された水を貯えるタンクと、前記タンクから供給される水を用いて水蒸気を生成する蒸発器と、原料と前記蒸発器から供給される水蒸気とを用いて前記水素含有ガスを生成する改質器と、前記原料および前記酸素含有ガスの少なくともいずれか一方を供給する供給器と、前記タンクの水位が低下すると、前記供給器を制御して、前記原料および前記酸素含有ガスの少なくともいずれか一方の供給量を調整することで、前記オフガスの露点を上昇させる、制御器と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる固体酸化物形燃料電池システムを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、第１実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第２実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、第３実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、第４実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、第４実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成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】
【０００８】
上記従来技術の課題を鑑みて本発明者らが鋭意検討をした結果、本発明者らは、以下の点に想到した。なお、本明細書では、特に明示しない限り、生成量、生成水量、生成する水の量、供給量、流量等は、それぞれ、単位時間当たりの生成量、単位時間当たりの生成水量、単位時間当たりに生成する水の量、単位時間当たりの供給量、単位時間当たりの流量等を意味する。
【０００９】
まず、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガス（アノードオフガスおよび燃焼排ガス等）に含まれる水分を凝縮させて得られる凝縮水を貯留するようにタンクを構成し、蒸発器において、該タンクから供給される水を用いて水蒸気を生成して改質器に供給する場合を考える。
【００１０】
上記構成において、オフガスの露点が上昇すると、例えば同じ温度までオフガスを冷却した場合に、より多くの凝縮水が生成することになり、凝縮水の生成量は増加する。よって、タンクの水位が低下したときに、原料および酸素含有ガスの少なくともいずれか一方の供給量を調整し、オフガスの露点を上昇させることで、凝縮水の生成量を増加させることができる。
【００１１】
オフガスの露点は、発電により生成する水の量が一定であっても、上昇させることができる。例えば、オフガスの流量を減らしたり、オフガスを燃焼器において燃焼させることにより生成する水の量等を増加させたりすることで、オフガスの露点を上昇させることができる。換言すれば、オフガスの露点を上昇させるにあたり、固体酸化物形燃料電池の発電出力は必ずしも制限する必要はない。
【００１２】
なお、固体酸化物形燃料電池の発電出力は、固体酸化物形燃料電池から取り出す電流量を制御することにより調整されうる。固体酸化物形燃料電池から取り出す電流量は、発電により消費される水素分子（Ｈ２）および酸素分子（Ｏ２）等の量と、すなわち、電池反応により生成される水（Ｈ２Ｏ）の量と、正の相関を有する。
【００１３】
上記構成では、固体酸化物形燃料電池の発電出力を必ずしも制限することなく、凝縮水の生成量を増加させることができる。よって、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる。
【００１４】
より具体的には例えば、発電出力を大きく変化させなくても、固体酸化物形燃料電池への水素含有ガスの供給量を減らし、アノードオフガスの生成量を減らすことで、すなわち固体酸化物形燃料電池における水素利用率を上昇させることで、アノードオフガスの露点は上昇し、凝縮水の生成量が増加する。
【００１５】
あるいは例えば、発電出力を大きく変化させなくても、固体酸化物形燃料電池への水素含有ガスの供給量を増やし、燃焼器へのアノードオフガスの供給量を増やすことで、すなわち固体酸化物形燃料電池における水素利用率を低下させることで、燃焼排ガスの露点は上昇し、凝縮水の生成量が増加する。
【００１６】
あるいは例えば、発電出力を大きく変化させなくても、固体酸化物形燃料電池への酸素含有ガスの供給量を減らし、燃焼器へのカソードオフガスの供給量を減らすことで、すなわち固体酸化物形燃料電池における酸素利用率を低下させることで、燃焼排ガスの露点は上昇し、凝縮水の生成量が増加する。
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ、各実施形態について説明する。各実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例である。以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に省略しうる構成要素として説明される。図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、アノードとカソードとを備え、アノードに供給される水素含有ガスとカソードに供給される酸素含有ガスとの間で発電反応を行う、固体酸化物形燃料電池と、固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスから回収された水を貯えるタンクと、タンクから供給される水を用いて水蒸気を生成する蒸発器と、原料と蒸発器から供給される水蒸気とを用いて水素含有ガスを生成する改質器と、原料および酸素含有ガスの少なくともいずれか一方を供給する供給器と、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、原料および酸素含有ガスの少なくともいずれか一方の供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させる、制御器と、を備える。
【００１９】
供給器は、原料のみを供給する構成であってもよいし、酸素含有ガスのみを供給する構成であってもよいし、原料と酸素含有ガスの両方を供給する構成であってもよい。供給器は、原料と酸素含有ガスの少なくともいずれか一方に加え、原料と酸素含有ガス以外のもの（水等）を供給する構成であってもよい。
【００２０】
固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスとは、固体酸化物形燃料電池６の下流側を流れるガスをいい、より具体的には例えば、固体酸化物形燃料電池６から排出されたガスおよびこれを燃焼することにより得られるガスとしうる。
【００２１】
制御器は、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、オフガスの露点を上昇させる。そのための手段としては、原料の供給量を調整することとしてもよいし、酸素含有ガスの供給量を調整することとしてもよいし、原料と酸素含有ガスの両方の供給量を調整することとしてもよい。
【００２２】
上記固体酸化物形燃料電池システムにおいて、供給器は、少なくとも原料を供給するように構成され、制御器は、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、少なくとも原料の供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させるように構成されていてもよい。
【００２３】
第１実施形態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、アノードに水素含有ガスを供給するとともにカソードに酸素含有ガスを供給して発電反応を行い、固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスから回収された水をタンクに貯留し、蒸発器により、該タンクから供給される水を用いて水蒸気を生成し、改質器により、原料と蒸発器から供給される水蒸気とを用いて水素含有ガスを生成し、タンクの水位が低下すると、原料および酸素含有ガスの少なくともいずれか一方の供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させる。
【００２４】
上記固体酸化物形燃料電池システムの運転方法において、タンクの水位が低下すると、少なくとも原料の供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させてもよい。
【００２５】
図１は、第１実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図１を参照しつつ、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システム１００について説明する。
【００２６】
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池システム１００は、固体酸化物形燃料電池６と、改質器８と、原料供給器１０と、タンク１２と、制御器１４とを備える。原料供給器１０は、供給器の一例である。
【００２７】
固体酸化物形燃料電池６は、アノード２とカソード４とを備える。固体酸化物形燃料電池６は、アノード２に供給される水素含有ガスと、カソード４に供給される酸素含有ガスと、の間で発電反応を行う。水素含有ガスは、改質器８から供給される。酸素含有ガスは、例えば、空気とすることができる。酸素含有ガスは、固体酸化物形燃料電池システム１００の外部から供給されてもよいし、ブロワおよびポンプ等からなる酸素含有ガス供給器（図示せず）から供給されてもよい。
【００２８】
固体酸化物形燃料電池６は、例えば、アノード２とカソード４との間で発電反応を行って発電する複数の燃料電池単セルを直列に接続したスタックを含むように構成される。スタックは、アノードオフガスとカソードオフガスとがそれぞれ混合されることなく排出される密閉型であってもよいし、アノードオフガスとカソードオフガスとが混合された後に排出される開放型であってもよい。開放型スタックの場合、アノードオフガスとカソードオフガスは混合されたのち、スタック直後の燃焼器で燃焼されてもよい。
【００２９】
燃料電池単セルには、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を電解質等に用いた公知の構成を採用しうる。燃料電池単セルの材料としては、イットリビウムやスカンジウムをドープしたジルコニア、あるいはランタンガレート系の固体電解質を用いることもできる。イットリア安定化ジルコニアを用いた燃料電池単セルでは、電解質の厚みにも依存するが、例えば、摂氏６００度から摂氏１０００度程度の温度範囲で発電反応が行われる。
【００３０】
固体酸化物形燃料電池６の発電により得られた電力は、図示されない端子を介して外部負荷へと供給される。外部負荷としては、例えば、携帯電話の基地局を構成する装置とすることができる。
【００３１】
改質器８は、原料と蒸発器１３から供給される水蒸気とを用いて水素含有ガスを生成する。原料は、原料供給器１０から供給される。水蒸気の元となる水は、少なくともその一部が、タンク１２から供給される。生成された水素含有ガスは、固体酸化物形燃料電池６のアノード２へと供給される。改質器８とアノード２とは、水素含有ガス供給路により接続されていてもよい。改質器８へ供給される水蒸気の一部は、タンク１２以外から供給された水に由来してもよい。改質器８へ供給される水蒸気の全部が、タンク１２から供給される水に由来してもよい。
【００３２】
原料は、例えば、ＬＰＧガス、プロパンガス、ブタンガス、メタンを主成分とする都市ガス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、灯油、アルコール等とすることができる。灯油、アルコール等の液体原料を用いる場合には、改質器８に供給される前に、液体原料が加熱されて気化されてもよい。
【００３３】
改質器８では、例えば、原料と水蒸気とを用いて、水蒸気改質反応（Steam Reforming）が行われてもよい。
【００３４】
改質器８では、例えば、原料に含まれる炭化水素と、水蒸気と酸素とを用いて、酸化的水蒸気改質反応（Oxidative Steam Reforming）が行われてもよい。酸化的水蒸気改質反応を利用した場合、熱収支の点で改質反応が進行しやすくなり、水蒸気改質を利用する場合よりも改質器８を小型化できる。また、原料中に硫黄化合物が含まれていても、ＳＯ２に変換されやすくなり、スタック内の触媒が被毒されにくくなる。
【００３５】
改質器８は、例えば、容器中に改質触媒が充填されて構成される。改質触媒は、例えば、白金およびロジウムの少なくとも一方を含浸したアルミナ担体を用いることができる。なお、改質触媒は特に限定されず、例えば、水蒸気改質反応および酸化的水蒸気改質反応の少なくともいずれか一方を進行させることのできる多様な触媒を用いることができる。
【００３６】
改質器８の上流に、改質器８に供給される原料中の硫黄化合物を除去する脱硫器が設けられてもよい。脱硫器としては、例えば、常温吸着脱硫器および水添脱硫器等を用いることができる。脱硫器の具体的構成については、種々の公知の構成を採用できるので、詳細な説明を省略する。
【００３７】
改質器８の下流に改質器８で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器を設けても構わない。ＣＯ低減器は、例えば、シフト反応により一酸化炭素を低減させる変成器と、酸化反応及びメタン化反応の少なくともいずれか一方により一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備えてもよい。
【００３８】
原料供給器１０は、少なくとも原料を改質器８へと供給する。原料供給器１０は、改質器へ供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器と流量調整弁により構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器は、例えば、定容積型等のポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。原料ガスは、原料ガス供給源より供給される。原料ガス源は、所定の供給圧を有しており、例えば、原料ガスボンベ、原料ガスインフラ等が挙げられる。
【００３９】
原料供給器１０は、制御器１４の制御により、改質器８への原料の供給量（例えば、１分あたりに供給する原料の容積）を調整できるように構成されている。このため、原料供給器１０は、制御器１４と通信可能に接続されていてもよい。
【００４０】
タンク１２は、固体酸化物形燃料電池６から排出されるオフガスから回収された水（液体の水）を貯える。オフガスとは、固体酸化物形燃料電池６の下流側を流れるガスをいい、より具体的には例えば、固体酸化物形燃料電池６から排出されたガスおよびこれを燃焼することにより得られるガスとしうる。より具体的には、オフガスには、例えば、アノードオフガス、アノードオフガスを燃焼させて得られる燃焼排ガス等が含まれる。
【００４１】
オフガスから回収される水は、電池反応により生成した液水だけでなく、オフガスに含まれる水分から凝縮した凝縮水を含んでもよい。
【００４２】
オフガスから水を回収する構成は特に限定されない。具体的には、例えば、オフガスに含まれる水分を凝縮させる構成が、オフガスを冷媒で冷却してオフガスに含まれる水分を凝縮させる凝縮器であってもよい。凝縮器は、オフガスを冷媒で冷却する機器であればいなかる構成でも構わない。凝縮器は、例えば、冷媒としての大気によりオフガスを空冷する直接方式でもよいし、オフガスを一次冷媒としての水、不凍液等で冷却し、水、不凍液等を二次冷媒としての水、大気等で冷却する間接方式であってもよい。
【００４３】
また、冷媒を用いてオフガスを冷却する凝縮器を用いず、オフガスが流れるガス配管を用いてもよい。オフガスは、このガス配管を流れる間にガス配管の周囲温度との温度差で、自然冷却され、オフガス中の水分が凝縮する。
【００４４】
タンク１２に貯えられた水は、その少なくとも一部が、蒸発器１３へと供給される。タンク１２と蒸発器１３とは、直接接続されていてもよいし、凝縮水供給路により接続されていてもよい。タンク１２から改質器８へと水を移動させる手段は特に限定されない。例えば、タンク１２を改質器８よりも上方に設け、タンク１２に貯溜された凝縮水が重力により改質器８へと供給されてもよい。あるいは例えば、凝縮水供給路に設けられたポンプ等によりタンク１２に貯溜された凝縮水が改質器８へと供給されてもよい。ポンプとしては、プランジャ式ポンプ、ギアポンプ、および、マグネット式ポンプ等を用いることができる。
【００４５】
タンク１２には、水位検出器（図示せず）が設けられていてもよい。水位検出器は、タンク１２の水位を検出し、得られた水位に関する情報を、制御器１４へと提供してもよい。水位検出器としては、フロート水位計、圧力計、電気伝導度センサ等を用いることができる。
【００４６】
蒸発器１３は、タンク１２から供給される水を用いて水蒸気を生成する。蒸発器１３は改質器１２と一体に構成されていてもよい。蒸発器１３としては、例えば、公知の構成を用いることができるので、詳細な説明は省略する。
【００４７】
制御器１４は、タンク１２の水位が低下すると、原料供給器１０を制御して、原料の供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させる。制御器１４は、タンク１２の水位が上昇すると、原料供給器１０を制御して、原料の供給量を調整することで、オフガスの露点を低下させてもよい。制御器１４は、原料供給器１０を制御し、原料の供給量を調整して、オフガスの露点を制御することにより、タンク１２の水位を所定の範囲に維持してもよい。
【００４８】
制御器１４は、原料供給器１０と通信可能に接続されていてもよい。制御器１４は、タンク１２が備える水位検出手段と通信可能に接続されていてもよい。制御器１４は、制御機能を有するものであればよく、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）とを備えていてもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器１４は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００４９】
制御器１４が原料の供給量を調整することによりオフガスの露点を上昇させる具体的な方法は、固体酸化物形燃料電池システム１００の具体的構成等に応じて適宜に採用することができる。
【００５０】
例えば、凝縮水をアノードオフガスから回収する場合には、固体酸化物形燃料電池６の発電出力に対して固体酸化物形燃料電池６への水素含有ガスの供給量を相対的に減らすことで、すなわち水素利用率Ｕｆ（例えば、単位時間当たりに発電により消費される水素分子Ｈ２の量［モル］／単位時間当たりに固体酸化物形燃料電池６へ供給される水素含有ガス中に含まれる水素分子Ｈ２の量［モル］として定義されうる。また、これは水素分子Ｈ２の量と電流量の相関式で言い換える事もできる。具体的には、Ｕｆ∝｛［Ｉ（単位時間当たりに固体酸化物形燃料電池６で発電される電流量[A]）×Ｎ（セル数）］／［ｍ（原料中の水素分子のモル分率[%]）×Ｆ（単位時間当たりに固体酸化物形燃料電池６へ供給される原料流量[SLM]）］｝となる、以下同様）を上昇させることで、アノードオフガスの生成量を減らすことが考えられる。この場合、アノードオフガスに含まれる生成水量に対し、アノードオフガスの生成量が相対的に少なくなる。よって、アノードオフガスの露点が上昇する。なお、生成水とは発電反応により生成される水をいう。
【００５１】
あるいは例えば、凝縮水を、アノードオフガスを燃焼させた燃焼排ガスから回収する場合には、固体酸化物形燃料電池６の発電出力に対して固体酸化物形燃料電池６への水素含有ガスの供給量を相対的に増やすことで、すなわち水素利用率Ｕｆを低下させることで、燃焼により生成する水の量を増やすことが考えられる。この場合、燃焼排ガスの生成量に対し、燃焼排ガスに含まれる生成水量と燃焼により生成する水の量の合計が相対的に大きくなる。よって、燃焼排ガスの露点が上昇する。ここで、燃焼により生成する水とは、例えばアノードオフガス中に含まれる未利用の水素含有ガスおよび原料等に含まれる水素が酸素と反応して生成する水等をいう。
【００５２】
発電により消費される水素分子Ｈ２の量は電流量（発電出力）と正の相関を有する。すなわち、水素利用率Ｕｆには、発電出力と水素含有ガスの供給量という２つの情報を含む。発電出力は、発電により生成される水の量と正の相関を有する。水素利用率Ｕｆを制御することで、オフガスの露点を発電出力とは独立して調整することができる。
【００５３】
アノードオフガスおよび／または燃焼排ガスの露点が上昇すると、凝縮水の生成量が増加し、タンク１２の内部の貯溜されている凝縮水の量が減少する速度が小さくなる。上述の通り、アノードオフガスおよび／または燃焼排ガスの露点を上昇させる上で、固体酸化物形燃料電池６の発電出力を制限する必要は必ずしもないため、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性は小さくなる。なお、「凝縮水の量が減少する速度が小さくなる」とは、凝縮水の量が増加する速度が大きくなる場合を含む（以下、同様）。
【００５４】
上記のような構成により、固体酸化物形燃料電池システム１００は、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる。
【００５５】
図２は、第１実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図２を参照しつつ、第１実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システム１００の運転方法について説明する。以下の運転方法は、例えば、制御器１４が記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、固体酸化物形燃料電池システム１００の各部を制御することにより実現されうる。
【００５６】
固体酸化物形燃料電池システム１００の運転が開始されると、改質器８により、原料と蒸発器１３から供給される水蒸気とを用いて水素含有ガスが生成される（図示せず）。固体酸化物形燃料電池６において、アノード２に水素含有ガスを供給するとともにカソード４に酸素含有ガスを供給することで、発電反応が行われる（図示せず）。固体酸化物形燃料電池６から排出されるオフガスから回収された水がタンク１２に貯留される（図示せず）。タンク１２内の水は、蒸発器１３に供給される（図示せず）。
【００５７】
かかる運転が行われている中で、水位制御動作が開始されると（スタート）、タンク１２の水位が低下しているか否かの判定が行われる（ステップＳ１０１）。該判定は、具体的には例えば、タンク１２に設けられた水位検出器により検出された水位に関する情報に基づいて、制御器１４により行われてもよい。
【００５８】
ステップＳ１０１による判定結果がＮＯの場合には、水位制御動作が終了する（エンド）。
【００５９】
ステップＳ１０１による判定結果がＹＥＳの場合には、原料供給量を調整することでオフガスの露点が上昇させられ（ステップＳ１０２）、水位制御動作が終了する（エンド）。原料供給量を調整することでオフガスの露点を上昇させる方法については、上述した通りであるので、詳細な説明は省略する。
【００６０】
［変形例］
第１実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムは、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムにおいて、供給器は、少なくとも酸素含有ガスを供給するように構成され、制御器は、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、少なくとも酸素含有ガスの供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させるように構成されている。
【００６１】
第１実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法において、タンクの水位が低下すると、少なくとも酸素含有ガスの供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させる。
【００６２】
図３は、第１実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図３を参照しつつ、第１実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システム２００について説明する。
【００６３】
図３に示すように、固体酸化物形燃料電池システム２００は、原料供給器１０を酸素含有ガス供給器１８に置き換え、制御器１４の制御対象を酸素含有ガス供給器１８とした点以外は、固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の構成とすることができる。よって、図１と図３とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【００６４】
酸素含有ガス供給器１８は、少なくとも酸素含有ガスを固体酸化物形燃料電池６のカソード４へと供給する。酸素含有ガス供給器１８としては、例えば、エアーポンプ、ブロワ等を用いることができる。酸素含有ガス供給器１８と改質器８とは、酸素含有ガス供給路により接続されていてもよい。酸素含有ガス供給器１８は、制御器１４の制御により、カソード４への酸素含有ガスの供給量（例えば、１分あたりに供給する酸素含有ガスの容積）を調整できるように構成されている。このため、カソード４は、制御器１４と通信可能に接続されていてもよい。
【００６５】
制御器１４は、タンク１２の水位が低下すると、酸素含有ガス供給器１８を制御して、酸素含有ガスの供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させる。制御器１４は、タンク１２の水位が上昇すると、酸素含有ガス供給器１８を制御して、酸素含有ガスの供給量を調整することで、オフガスの露点を低下させてもよい。制御器１４は、酸素含有ガス供給器１８を制御し、酸素含有ガスの供給量を調整して、オフガスの露点を制御することにより、タンク１２の水位を所定の範囲に維持してもよい。
【００６６】
酸素含有ガスの供給量を調整することによりオフガスの露点を上昇させる具体的な方法は、固体酸化物形燃料電池システム２００の具体的構成等に応じて適宜に採用することができる。
【００６７】
例えば、凝縮水を、アノードオフガスを燃焼させた燃焼排ガスから回収する場合には、固体酸化物形燃料電池６の発電出力に対して固体酸化物形燃料電池６への酸素含有ガスの供給量を相対的に減らすことで、すなわち酸素利用率Ｕｏ（例えば、単位時間当たりに発電により消費される酸素分子Ｏ２の量［モル］／単位時間当たりに固体酸化物形燃料電池６へ供給される酸素含有ガス中に含まれる酸素分子Ｏ２の量［モル］として定義されうる。また、これは酸素分子Ｏ２の量と電流量の相関式で言い換える事もできる。具体的には、Ｕｏ∝｛［Ｉ（単位時間当たりに固体酸化物形燃料電池６で発電される電流量[A]）×Ｎ（セル数）］／［ｎ（カソードに供給される酸素含有ガス中の酸素分子のモル分率[%]）×Ｆ（単位時間当たりにカソードに供給される酸素含有ガスの流量[SLM]）］｝となる、以下同様）を上昇させることで、燃焼排ガスの生成量を減らすことが考えられる。この場合、アノードオフガスに含まれる生成水量に対し、燃焼排ガスの生成量が相対的に小さくなる。よって、燃焼排ガスの露点が上昇する。
【００６８】
発電により消費される酸素分子Ｏ２の量は電流量（発電出力）と正の相関を有する。すなわち、酸素利用率Ｕｏには、発電出力と酸素含有ガスの供給量という２つの情報を含む。発電出力は、発電により生成される水の量と正の相関を有する。酸素利用率Ｕｏを制御することで、オフガスの露点を発電出力とは独立して調整することができる。
【００６９】
制御器１４は、酸素含有ガス供給器１８と通信可能に接続されていてもよい。制御器１４は、タンク１２が備える水位検出手段と通信可能に接続されていてもよい。その他、本変形例の制御器１４は、第１実施形態の制御器１４と同様の構成とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【００７０】
燃焼排ガスの露点が上昇すると、凝縮水の生成量が増加し、タンク１２の内部の貯溜されている凝縮水の量が減少する速度が小さくなる。上述の通り、アノードオフガスの露点を上昇させる上で、固体酸化物形燃料電池６の発電出力を制限する必要は必ずしもないため、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性は小さくなる。
【００７１】
上記のような構成により、固体酸化物形燃料電池システム２００は、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる。
【００７２】
なお、固体酸化物形燃料電池システムが、原料供給器１０と酸素含有ガス供給器１８の両方を備える構成としてもよい。この場合において、制御器１４は、タンク１２の水位が低下すると、原料供給器１０および酸素含有ガス供給器１８の両方を制御して、原料および酸素含有ガスの供給量を調整することで、オフガスの露点を上昇させてもよい。制御器１４は、タンク１２の水位が上昇すると、原料供給器１０および酸素含有ガス供給器１８の両方を制御して、原料および酸素含有ガスの供給量を調整することで、オフガスの露点を低下させてもよい。制御器１４は、原料供給器１０および酸素含有ガス供給器１８の両方を制御し、原料および酸素含有ガスの供給量を調整して、オフガスの露点を制御することにより、タンク１２の水位を所定の範囲に維持してもよい。
【００７３】
かかる構成によっても、固体酸化物形燃料電池システムは、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる。
【００７４】
図４は、第１実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、第１実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システム２００の運転方法について説明する。以下の運転方法は、例えば、制御器１４が記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、固体酸化物形燃料電池システム２００の各部を制御することにより実現されうる。
【００７５】
固体酸化物形燃料電池システム２００の運転が開始されると、改質器８により、原料と蒸発器１３から供給される水蒸気とを用いて水素含有ガスが生成される（図示せず）。固体酸化物形燃料電池６において、アノード２に水素含有ガスを供給するとともにカソード４に酸素含有ガスを供給することで、発電反応が行われる（図示せず）。固体酸化物形燃料電池６から排出されるオフガスから回収された水がタンク１２に貯留される（図示せず）。タンク１２内の水は、蒸発器１３に供給される（図示せず）。
【００７６】
かかる運転が行われている中で、水位制御動作が開始されると（スタート）、タンク１２の水位が低下しているか否かの判定が行われる（ステップＳ２０１）。該判定は、具体的には例えば、タンク１２に設けられた水位検出器により検出された水位に関する情報に基づいて、制御器１４により行われてもよい。
【００７７】
ステップＳ２０１による判定結果がＮＯの場合には、水位制御動作が終了する（エンド）。
【００７８】
ステップＳ２０１による判定結果がＹＥＳの場合には、酸素含有ガス供給量を調整することでオフガスの露点が上昇させられ（ステップＳ２０２）、水位制御動作が終了する（エンド）。酸素含有ガス供給量を調整することでオフガスの露点を上昇させる方法については、上述した通りであるので、詳細な説明は省略する。
【００７９】
本変形例においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。
【００８０】
（第２実施形態）
第２実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムにおいて、オフガスはアノードから排出されるアノードオフガスであり、制御器は、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、固体酸化物形燃料電池における水素利用率を上昇させることで、オフガスの露点を上昇させるように構成されている。
【００８１】
第２実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法において、オフガスは、アノードから排出されるアノードオフガスであり、タンクの水位が低下すると、固体酸化物形燃料電池における水素利用率を上昇させることで、オフガスの露点を上昇させる。
【００８２】
図５は、第２実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図５を参照しつつ、第２実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システム３００について説明する。
【００８３】
図５に示すように、固体酸化物形燃料電池システム３００は、オフガスをアノードオフガスとした点以外は、固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の構成とすることができる。よって、図１と図５とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【００８４】
タンク１２は、固体酸化物形燃料電池６のアノードから排出されるアノードオフガスから回収された水（液体の水）を貯留し、該水を蒸発器１３に供給する。アノードオフガスとは、固体酸化物形燃料電池６のアノードから排出されるガスをいう。アノードオフガスから回収される水は、電池反応により生成した液水だけでなく、アノードオフガスに含まれる水分から凝縮した凝縮水を含んでもよい。
【００８５】
アノードオフガスから水を回収する構成は特に限定されない。具体的には、例えば、固体酸化物形燃料電池システム３００が、アノードオフガスに含まれる水分を凝縮させる凝縮器を備えていてもよい。凝縮器としては、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【００８６】
タンク１２については、上記の点以外は、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【００８７】
制御器１４は、タンク１２の水位が低下すると、原料供給器１０を制御して、原料の供給量を調整することで、アノードオフガスの露点を上昇させる。
【００８８】
本実施形態では、凝縮水をアノードオフガスから回収するため、例えば、固体酸化物形燃料電池６の発電出力に対して固体酸化物形燃料電池６への水素含有ガスの供給量を相対的に減らすことで、すなわち水素利用率Ｕｆを上昇させることで、アノードオフガスの生成量を減らすことが考えられる。アノードオフガスに含まれる生成水量に対し、アノードオフガスの生成量が相対的に少なくなる。よって、アノードオフガスの露点が上昇する。
【００８９】
制御器１４については、上記の点以外は、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【００９０】
アノードオフガスの露点が上昇すると、凝縮水の生成量が増加し、タンク１２の内部の貯溜されている凝縮水の量が減少する速度が小さくなる。上述の通り、アノードオフガスの露点を上昇させる上で、固体酸化物形燃料電池６の発電出力を制限する必要は必ずしもないため、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性は小さくなる。
【００９１】
上記のような構成により、固体酸化物形燃料電池システム３００は、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる。
【００９２】
本実施形態においても、第１実施形態およびその変形例と同様の変形が可能である。
【００９３】
（第３実施形態）
第３実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムであって、さらに、アノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼器を備え、オフガスは燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、制御器は、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、固体酸化物形燃料電池における水素利用率を低下させることで、オフガスの露点を上昇させるように構成されている。
【００９４】
第３実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法において、オフガスは、アノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、タンクの水位が低下すると、固体酸化物形燃料電池における水素利用率を低下させることで、オフガスの露点を上昇させる。
【００９５】
図６は、第３実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図６を参照しつつ、第３実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システム４００について説明する。
【００９６】
図６に示すように、固体酸化物形燃料電池システム４００は、燃焼器１６を備え、オフガスを燃焼排ガスとした点以外は、固体酸化物形燃料電池システム１００と同様の構成とすることができる。よって、図１と図６とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【００９７】
燃焼器１６は、アノード２から排出されるアノードオフガスを燃焼させる。燃焼に用いる酸素含有ガスは、固体酸化物形燃料電池システム４００の外部から外気を取り込んでもよいし、カソード４から排出されるカソードオフガスを用いてもよいし、外気とカソードオフガスの両方を用いてもよい。燃焼排ガスは、固体酸化物形燃料電池システム４００の外部へと排出されてもよいし、後述する加熱器の熱源として用いられてもよい。
【００９８】
タンク１２は、燃焼器１６から排出される燃焼排ガスから回収された水（液体の水）を貯留し、該水を蒸発器１３に供給する。燃焼排ガスから回収される水は、燃焼反応により生成した水だけでなく、電池反応により生成した液水、及び、アノードオフガスに含まれる水分から凝縮した凝縮水の少なくともいずれか一方を含んでもよい。
【００９９】
燃焼排ガスから水を回収する構成は特に限定されない。具体的には例えば、固体酸化物形燃料電池システム４００が、燃焼排ガスに含まれる水分を凝縮させる凝縮器を備えていてもよい。凝縮器としては、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１００】
タンク１２については、上記の点以外は、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１０１】
制御器１４は、タンク１２の水位が低下すると、原料供給器１０を制御して、原料の供給量を調整することで、燃焼排ガスの露点を上昇させる。
【０１０２】
本実施形態では、凝縮水を燃焼排ガスから回収するため、例えば、固体酸化物形燃料電池６の発電出力に対して固体酸化物形燃料電池６への水素含有ガスの供給量を相対的に増やすことで、すなわち水素利用率Ｕｆを低下させることで、燃焼により生成する水の量を増やすことが考えられる。この場合、燃焼排ガスの生成量に対し、燃焼排ガスに含まれる生成水量と燃焼により生成する水の量の合計が相対的に大きくなる。よって、燃焼排ガスの露点が上昇する。
【０１０３】
制御器１４については、上記の点以外は、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１０４】
燃焼排ガスの露点が上昇すると、凝縮水の生成量が増加し、タンク１２の内部の貯溜されている凝縮水の量が減少する速度が小さくなる。上述の通り、燃焼排ガスの露点を上昇させる上で、固体酸化物形燃料電池６の発電出力を制限する必要は必ずしもないため、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性は小さくなる。
【０１０５】
上記のような構成により、固体酸化物形燃料電池システム４００は、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる。
【０１０６】
本実施形態においても、第１実施形態、第２実施形態、およびそれらの変形例と同様の変形が可能である。
【０１０７】
（第４実施形態）
第４実施形態の固体酸化物形燃料電池システムは、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムであって、アノードから排出されるアノードオフガスをカソードから排出されるカソードオフガスにより燃焼させる燃焼器を備え、供給器は、少なくとも酸素含有ガスを供給するように構成され、オフガスは燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、制御器は、タンクの水位が低下すると、供給器を制御して、固体酸化物形燃料電池における酸素利用率を上昇させることで、オフガスの露点を上昇させるように構成されている。
【０１０８】
第４実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法は、第１実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法において、オフガスは、アノードから排出されるアノードオフガスをカソードから排出されるカソードオフガスにより燃焼させる燃焼器から排出される燃焼排ガスであり、タンクの水位が低下すると、固体酸化物形燃料電池における酸素利用率を上昇させることで、オフガスの露点を上昇させる。
【０１０９】
図７は、第４実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図７を参照しつつ、第４実施形態にかかる固体酸化物形燃料電池システム５００について説明する。
【０１１０】
図７に示すように、固体酸化物形燃料電池システム５００は、燃焼器１７を備え、オフガスを燃焼排ガスとした点以外は、固体酸化物形燃料電池システム２００と同様の構成とすることができる。よって、図３と図７とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１１１】
燃焼器１７は、アノード２から排出されるアノードオフガスをカソード４から排出されるカソードオフガスにより燃焼させる。燃焼に用いる酸素含有ガスとして、カソードオフガスに加え、固体酸化物形燃料電池システム４００の外部から取り入れた外気を補足的に用いてもよく、「アノードオフガスをカソードオフガスにより燃焼させる」とはかかる構成をも含むものである。ただし、燃焼に用いる酸素含有ガスとして、カソードオフガスのみを用いる構成であってもよい。燃焼排ガスは、固体酸化物形燃料電池システム４００の外部へと排出されてもよいし、後述する加熱器の熱源として用いられてもよい。
【０１１２】
タンク１２は、燃焼器１７から排出される燃焼排ガスから回収された水（液体の水）を貯留し、該水を蒸発器１３に供給する。燃焼排ガスから回収される水は、燃焼反応により生成した水だけでなく、電池反応により生成した液水、及び、アノードオフガスに含まれる水分から凝縮した凝縮水等を含んでもよい。
【０１１３】
燃焼排ガスから水を回収する構成は特に限定されない。具体的には例えば、固体酸化物形燃料電池システム４００が、アノードオフガスに含まれる水分を凝縮させる凝縮器を備えていてもよい。凝縮器としては、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１１４】
タンク１２については、上記の点以外は、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１１５】
制御器１４は、タンク１２の水位が低下すると、酸素含有ガス供給器１８を制御して、酸素含有ガスの供給量を調整することで、アノードオフガスの露点を上昇させる。
【０１１６】
本実施形態では、凝縮水を燃焼排ガスからから回収するため、例えば、固体酸化物形燃料電池６の発電出力に対して固体酸化物形燃料電池６への酸素含有ガスの供給量を相対的に減らすことで、すなわち酸素利用率Ｕｏを上昇させることで、燃焼排ガスの生成量を減らすことが考えられる。この場合、アノードオフガスに含まれる生成水量に対し、燃焼排ガスの生成量が相対的に小さくなる。よって、燃焼排ガスの露点が上昇する。
【０１１７】
制御器１４については、上記の点以外は、第１実施形態で説明したものと同様とすることができるので、詳細な説明を省略する。
【０１１８】
燃焼排ガスの露点が上昇すると、凝縮水の生成量が増加し、タンク１２の内部の貯溜されている凝縮水の量が減少する速度が小さくなる。上述の通り、アノードオフガスの露点を上昇させる上で、固体酸化物形燃料電池６の発電出力を制限する必要は必ずしもないため、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性は小さくなる。
【０１１９】
上記のような構成により、固体酸化物形燃料電池システム４００は、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる。
【０１２０】
本実施形態において、固体酸化物形燃料電池は、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）であってもよい。
【０１２１】
本実施形態においても、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、およびそれらの変形例と同様の変形が可能である。
【０１２２】
［変形例］
第４実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムは、第４実施形態の固体酸化物形燃料電池システムであって、さらに、カソードに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路と、酸素含有ガス供給路上に設けられ、酸素含有ガスを予熱する加熱器と、加熱器よりも上流の酸素含有ガス供給路から分岐し、加熱器を介さずに、加熱器よりも下流の酸素含有ガス供給路へと合流するバイパス流路と、加熱器を流れる酸素含有ガスの量とバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量の比を制御する流量比調整器と、を備える。
【０１２３】
第４実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの運転方法は、第４実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの運転方法において、固体酸化物形燃料電池における酸素利用率を上昇させる際に、酸素含有ガスを予熱する加熱器を流れる酸素含有ガスの量と、加熱器よりも上流の酸素含有ガス供給路から分岐し、加熱器を介さずに、加熱器よりも下流の酸素含有ガス供給路へと合流するバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量との比を制御する。
【０１２４】
図８は、第４実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。以下、図８を参照しつつ、第４実施形態の変形例にかかる固体酸化物形燃料電池システム６００について説明する。
【０１２５】
図８に示すように、固体酸化物形燃料電池システム６００は、加熱器２０と、流量比調整器２２と、酸素含有ガス供給路２４と、バイパス流路２６と、を備える点以外は、固体酸化物形燃料電池システム５００と同様の構成とすることができる。よって、図７と図８とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【０１２６】
加熱器２０は、酸素含有ガス供給路２４上に設けられ、酸素含有ガスを予熱するように構成されている。加熱器２０としては、例えば、酸素含有ガスを酸素含有ガスを加熱する熱媒体と熱交換させる熱交換器を用いることができる。上記熱媒体としては、カソードオフガス、燃焼排ガス、アノードオフガス等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
【０１２７】
なお、上記熱媒体がカソードオフガス、アノードオフガス、燃焼排ガス等のオフガスであるとき、該熱交換器がオフガスに含まれる水分を凝縮させて凝縮水を生成し、該凝縮水をタンク１２へと供給する凝縮器の機能を果たしてもよい。
【０１２８】
流量比調整器２２は、加熱器２０を流れる酸素含有ガスの量とバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量の比を制御するように構成されている。流量比調整器２２の具体的構成および取り付け位置は、特に限定されない。図８に示す例では、流量比調整器２２が、酸素含有ガス供給路２４からバイパス流路２６が分岐する分岐部に設けられているが、流量比調整器２２は、酸素含有ガス供給路２４へとバイパス流路２６が合流する合流部に設けられていてもよいし、該分岐部から該合流部までの酸素含有ガス供給路２４に設けられていてもよいし、バイパス流路２６上に設けられていてもよい。流量比調整器２２は、例えば、三方弁で構成されていてもよいし、流量調整弁で構成されていてもよい。
【０１２９】
流量比調整器２２が、加熱器２０を流れる酸素含有ガスの量に対するバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量の比を大きくすれば、加熱器２０を通過しない酸素含有ガスの量が相対的に増加し、カソードに供給される酸素含有ガスの温度は低くなる。一方、加熱器２０を流れる酸素含有ガスの量に対するバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量の比を小さくすれば、加熱器２０を通過する酸素含有ガスの量が相対的に増加し、カソードに供給される酸素含有ガスの温度は高くなる。
【０１３０】
酸素含有ガス供給路２４は、カソード４に酸素含有ガスを供給する流路である。酸素含有ガス供給路２４は、その入口が、固体酸化物形燃料電池システム５００の外部から外気を取り込む構成であってもよい。酸素含有ガス供給路２４は、その入口が、固体酸化物形燃料電池システム５００の内部に開放されていてもよいし、大気開放されていてもよい。
【０１３１】
バイパス流路２６は、加熱器２０よりも上流の酸素含有ガス供給路２４から分岐し、加熱器２０を介さずに、加熱器２０よりも下流の酸素含有ガス供給路へと合流する。
【０１３２】
第４実施形態では、タンクの水位が低下すると、固体酸化物形燃料電池における酸素利用率Ｕｏを上昇させる。このとき、カソード４への酸素含有ガスの供給量が低下する場合があり、その結果、カソード４およびセル等の温度が上昇してしまう可能性がある。本変形例では、カソード４への酸素含有ガスの供給量が低下する場合には、加熱器２０を流れる酸素含有ガスの量に対するバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量を大きくし、カソード４へ供給される前の段階における酸素含有ガスの加熱量を小さくすることで、カソード４およびセル等の温度が過剰に上昇してしまう可能性を低減することができる。
【０１３３】
なお、カソード４への酸素含有ガスの供給量が上昇する場合には、加熱器２０を流れる酸素含有ガスの量に対するバイパス流路を流れる酸素含有ガスの量を小さくし、カソード４へ供給される前の段階における酸素含有ガスの加熱量を大きくすることで、カソード４およびセル等の温度が過剰に低下することを抑制してもよい。
【０１３４】
本変形例においても、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、およびそれらの変形例と同様の変形が可能である。
【０１３５】
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、その構造および／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】
【０１３６】
本発明の一態様は、水を外部から供給する必要性を低減しつつ、負荷に対して発電出力が不十分となる可能性を低減できる固体酸化物形燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１３７】
２  アノード
４  カソード
６  固体酸化物形燃料電池
８  改質器
１０  原料供給器
１２  タンク
１４  制御器
１６  燃焼器
１７  燃焼器
１８  酸素含有ガス供給器
２０  加熱器
２２  流量比調整器
２４  酸素含有ガス供給路
２６  バイパス流路
１００、２００、３００、４００、５００、６００  固体酸化物形燃料電池システム
【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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