CN103140977B - 固体氧化物型燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体氧化物型燃料电池，可保持热量自足而稳定地进行运行，并使综合能效提高。为了解决上述课题，本发明是一种固体氧化物型燃料电池(1)，其特征在于，具有：燃料电池模块(2)；燃料供给部件(38)；燃烧部(18)，使剩余燃料燃烧而进行加热；蓄热材料(7)；需求电力检测部件(126)；温度检测部件(142)；及控制部件(110)，控制燃料供给部件，在发电电力较大时使燃料利用率变高，在较小时变低，同时使输出电力延迟于燃料供给量变化，控制部件具备蓄热量估计部件(110b)，其根据检测温度来估计蓄热量，当估计出在蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。

Description

固体氧化物型燃料电池

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池，尤其涉及生成响应于需求电力的可变发电电力的固体氧化物型燃料电池。

背景技术

固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下也称为“SOFC”)是将氧化物离子导电性固体电解质用作电解质，在其两侧安装电极，在一侧供给燃料气体，在另一侧供给氧化剂(空气、氧等)，并在较高的温度下进行动作的燃料电池。

在该SOFC中，利用经过氧化物离子导电性固体电解质的氧离子和燃料的反应生成水蒸气或二氧化碳，产生电能及热能。向SOFC外部取出电能，使用于各种电气用途。另一方面，热能用于使燃料、重整器、水及氧化剂等的温度上升。

在日本国特开2010-92836号公报(专利文献1)中记载有燃料电池装置。该燃料电池装置是根据需求电力使发电电力发生变化的类型的固体氧化物型燃料电池，公开有在发电电力较少的低负荷区域中，与发电电力较大的高负荷区域相比，进行使燃料利用率降低的运行。即在专利文献1中，在发电电力较少的状态下，使所供给的燃料中的使用于发电的比率降低，但是另一方面，通过构成为未使用于发电而使用于加热燃料电池模块的燃料几乎没有降低，将较多比率的燃料使用于加热燃料电池模块，可使燃料电池模块热量自足，从而保持于可发电的温度。

具体为，在发电电力较少的区域中，由于伴随发电的燃料电池单电池单元所产生的发电热量减少，因此燃料电池模块内的温度处于容易降低的倾向，因此，即使在发电电力较少的区域，也由于保持一定的燃料利用率时引起燃料电池模块内的温度降低，保持可发电的温度变得困难，因此即使牺牲燃料利用率，也使燃料电池模块的加热用燃料增多而实现热量自足。

在日本国特开2010-92836号公报记载的燃料电池装置中，为了解决该问题，构成为在发电电力较少的低负荷区域中使燃料利用率降低，防止燃料电池模块过度的温度降低，并稳定地保持一定的高温状态。

另一方面，在日本国特开2010-205670号公报(专利文献2)中记载有燃料电池系统及燃料电池的运行方法。在该燃料电池系统中，取得燃料电池电负荷的积分值，根据所取得的积分值控制燃料利用率。燃料利用率的控制根据燃料电池电负荷的积分值来估计燃料电池的温度，根据估计结果控制燃料利用率。因此，可不使用温度传感器地实现燃料电池的热量自足运行。而且，控制部件在电负荷的积分值为规定值以上时，将燃料利用率修正为燃料电池可进行热量自足运行的基准值以上的值。此时，由于燃料电池的温度上升，因此燃料电池具有余热，即使将燃料利用率修正为可进行热量自足运行的基准值以上的值，也能保持热量自足运行。由此，使燃料电池系统的系统效率提高。

专利文献1：日本国特开2010-92836号

专利文献2：日本国特开2010-205670号

但是，如前面所记载，如日本国特开2010-92836号所记载的燃料电池那样，由于使燃料利用率降低即使可实现热量自足，也使对发电没有贡献的燃料增加，因此进行使燃料利用率降低的运行时，存在如下问题，导致固体氧化物型燃料电池的综合能效降低。如此，由于使燃料利用率降低后的状态的运行越长则综合能效越低，因此还导致损害通常能效比高分子膜型燃料电池(PEFC)高的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的优异性。

尤其在设想将固体氧化物型燃料电池使用于家庭时，在家人睡觉时的深夜等1天中的规定时间，一定会发生在发电电力较少的状态下使用燃料电池的情况，由于这使固体氧化物型燃料电池的综合能效显著地降低，因此即使在这种发电电力较少的状态下，对于固体氧化物型燃料电池也希望可以实现燃料利用率高的高效率运行的优良技术。

另一方面，在日本国特开2010-205670号所记载的燃料电池中，根据燃料电池电负荷的积分值控制燃料利用率，可省略温度传感器。而且，在电负荷的积分值为规定值以上时，提高燃料利用率。因此，由于在积分值为规定值以上的状态下减少燃料供给量，因此可使系统效率提高。

但是在日本国特开2010-205670号的燃料电池中，由于未使用温度传感器，而是根据电负荷的积分值控制燃料利用率，因此存在无法使系统效率充分提高的问题。尤其在使燃料供给量增加后，使电负荷(发电电力等)延迟增大的燃料电池系统中，无法使效率充分提高。即，由于在使电负荷(发电电力等)相对于燃料供给量延迟增加的系统中，在燃料供给量的积分值和电负荷的积分值之间产生较大的偏差，因此很难准确地掌握燃料电池系统的余热，很难期待效率的充分的改善效果。而且，在需用电力急剧减少时，为了防止电流逆流而需要使发电电流迅速降低，此时由于物理响应性的差而必然从发电电流的减少开始延迟使燃料供给量降低，因此燃料供给量和电负荷积分之间产生较大的偏差。

具体为，在日本国特开2010-205670号公报记载的发明中，根据发电量估计由燃料电池单电池发电时产生的发电热量(焦耳热)，由此估计余热。对此，由于通过燃料电池装置的发电延迟而产生的热量是通过使未使用于发电而残留的剩余燃料燃烧而产生的燃烧热量，因此无法使用日本国特开2010-205670号公报所公开的技术来估计起动工序中所蓄积的热量。

而且，根据并不准确地掌握的燃料电池系统的余热使燃料利用率提高时，有可能会引起燃料电池电堆急剧的温度降低，从而损伤单电池。而且，为了减少燃料供给量的积分值和电负荷积分值之间的偏差，而减少使电负荷增加时的延迟时，会在使燃料充分遍布于各燃料电池单电池之前，从燃料电池单电池引出电流，有可能会在单电池中发生燃料枯竭。而且，相反在相对于燃料电池电堆的温度上升，所利用的余热较少时，存在燃料电池电堆的温度过度上升的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实用上极为有用的固体氧化物型燃料电池，可保持热量自足而稳定地进行运行，并使综合能效提高。

本发明的又一个目的在于提供一种固体氧化物型燃料电池，可切实地保持热量自足，并充分活用所蓄积的热量，同时还避免过度的温度上升。

为了解决上述课题，本发明是一种生成响应于需求电力的可变发电电力的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，具有：燃料电池模块，通过所供给的燃料进行发电；燃料供给部件，向该燃料电池模块供给燃料；发电用氧化剂气体供给部件，向燃料电池模块供给发电用氧化剂气体；燃烧部，使由燃料供给部件供给的未利用于发电而残留的剩余燃料燃烧，对燃料电池模块内进行加热；蓄热材料，蓄积燃料电池模块中产生的热量；需求电力检测部件，检测需求电力；温度检测部件，检测燃料电池模块的温度；及控制部件，根据由该需求电力检测部件检测出的需求电力，控制燃料供给部件，在发电电力较大时使燃料利用率变高，在发电电力较小时使燃料利用率变低，同时在根据需求电力的变化使燃料供给量变化后，使从燃料电池模块实际输出的电力延迟变化，控制部件具备蓄热量估计部件，其根据由温度检测部件检测出的检测温度，估计蓄积在蓄热材料中的蓄热量，当通过该蓄热量估计部件估计出在蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，与未蓄积可利用的热量时相比，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。

在如此构成的本发明中，燃料供给部件及发电用氧化剂气体供给部件分别向燃料电池模块供给燃料及发电用氧化剂气体。燃料电池模块通过所供给的燃料及发电用氧化剂气体进行发电，同时未利用于发电而残留的剩余燃料在燃烧部燃烧，所产生的热量被蓄积在蓄热材料中。控制部件根据由需求电力检测部件检测出的需求电力来控制燃料供给部件，在发电电力较大时使燃料利用率变高，在发电电力较小时使燃料利用率变低。而且，控制部件在根据需求电力的变化使燃料供给量变化后，使从燃料电池模块实际输出的电力延迟变化。蓄热量估计部件根据由温度检测部件检测出的温度，估计蓄积在蓄热材料中的蓄热量。控制部件当通过蓄热量估计部件估计出在蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，与未蓄积可利用的热量时相比，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。

通常在固体氧化物型燃料电池中，由于当发电电力较小时，发热量降低，因此容易引起燃料电池模块温度降低。因此，在小发电电力时降低燃料利用率，通过使未使用于发电的燃料燃烧来加热燃料电池模块，从而防止过度的温度降低。尤其在燃料电池模块内配置有重整器的类型的固体氧化物型燃料电池中，由于在重整器内发生吸热反应，因此更加容易引起温度降低。根据如上构成的本发明，通过蓄热量估计部件估计出在蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。由此，能够保持固体氧化物型燃料电池的热量自足，避免过度的温度降低，并使固体氧化物型燃料电池的综合能效提高。

而且，根据如上构成的本发明，由于根据由温度检测部件检测出的检测温度来估计蓄热量，因此控制部件在使燃料供给量变化后，即便使输出电力延迟变化，也能够准确地估计所蓄积的热量。因此，可切实地避免燃料电池模块急剧的温度降低的风险，并充分活用蓄积在蓄热材料中的热量。而且，在使燃料供给量变化后，使输出电力延迟变化的类型的燃料电池中，输出电力频繁的增减产生较多的剩余燃料，存在使燃料电池模块内的温度过度上升的风险，但是根据如上构成的本发明，能够准确地掌握如此产生的基于剩余燃料的蓄热。通常，对于剩余燃料所引起的过度的温度上升，向燃料电池模块内投入冷却介质来对其进行抑制，但是根据本发明，由于能够准确地掌握基于剩余燃料的热量，因此可以对其进行有效活用来抑制温度的过度上升。由此，可以减少为了使温度降低而投入的冷却介质，可以使固体氧化物型燃料电池的综合能效提高。

在本发明中，优选蓄热量估计部件根据检测温度的履历，估计蓄积在蓄热材料中的蓄热量。

根据如此构成的本发明，由于蓄热量估计部件根据检测温度的履历来估计蓄热量，因此与仅由最近的检测温度来估计蓄热量相比，可以准确地估计蓄热量。由此，可以充分活用蓄积在蓄热材料中的热量。

在本发明中，优选由蓄热量估计部件估计的蓄热量越大，则控制部件越大幅度地提高燃料利用率。

根据如此构成的本发明，由于在所估计的蓄热量较大时大量地活用蓄热，而在蓄热量较少时几乎不活用蓄热，因此可以更有效地活用蓄热，同时可以切实地避免温度降低的风险。

在本发明中，优选控制部件除由蓄热量估计部件估计的蓄热量、需求电力以外，根据规定的条件确定燃料利用率。

根据如此构成的本发明，由于在确定燃料利用率时，还加进了除蓄热量及需求电力以外的条件，因此可以根据燃料电池模块的状态来恰当地利用蓄热。

在本发明中，优选控制部件在由蓄热量估计部件估计的估计蓄热量较大的区域中，与估计蓄热量较小的区域相比，相对于估计蓄热量的变化大幅度地使燃料利用率变化。

根据如此构成的本发明，可以在估计蓄热量较大时，利用大量的蓄热从而避免过度的温度上升，同时在估计蓄热量较小时，一点一点利用蓄热从而防止过度冷却。

在本发明中，优选蓄热量估计部件除检测温度的履历以外，加进最近的检测温度的变化来估计蓄热量，控制部件在最近的检测温度的变化较大时，与变化较少时相比，大幅度地变更燃料利用率。

根据如此构成的本发明，由于除检测温度的履历以外，加进了最近的检测温度的变化来估计蓄热量，因此能够根据履历准确地估计蓄热量，同时可灵敏地应对热容量较大而在开始发生变化时无法容易地改变其倾向的燃料电池模块的温度变化，防止过度的温度上升、温度降低。

在本发明中，优选控制部件在发电电力较小的区域中，与发电电力较大的区域相比，可在较大范围内变更燃料利用率。

根据如此构成的本发明，在发电电力较小的区域，与发电电力较大的区域相比，可在较大范围内变更燃料利用率。因此，通过在急剧的温度降低的风险较小且改善燃料利用率的余地较大的小发电电力区域内大幅度地利用蓄热，可以有效地提高能效。而且，通过在通常的控制中燃料利用率也较高且改善燃料利用率的余地较少的大发电电力区域内，几乎不利用蓄热，而能够使用在该期间内蓄积的热量，来改善小发电电力区域中的能效。

在本发明中，优选控制部件在燃料电池模块已劣化后，与燃料电池模块劣化之前相比，减少使燃料利用率提高的变更。

根据如此构成的本发明，由于燃料电池模块劣化后，减少使燃料利用率提高的变更，因此通过使因劣化而导致发电时的温度上升的燃料电池模块处于冷却倾向，可防止促进劣化。

在本发明中，优选蓄热量估计部件根据基于检测温度所确定的加减运算值的累计值以及基于新检测出的检测温度与过去检测出的检测温度的差的差分值，来估计蓄热量。

根据如此构成的本发明，由于根据加减运算值的累计值及差分值来估计蓄热量，因此可以通过简单的计算而正确地估计蓄热量，同时可以据此恰当地设定燃料利用率。

在本发明中，优选蓄热量估计部件通过对根据检测温度及其它的规定条件所确定的加减运算值进行累计，来估计蓄热量。

根据如此构成的本发明，由于除检测温度以外，根据规定的条件来确定为了估计蓄热量而累计的加减运算值，因此可以将对蓄热量给予影响的温度以外的因素正确地反映于估计值。

在本发明中，优选蓄热量估计部件构成为根据检测温度及发电电力，使加减运算值为正值，或使加减运算值为负值。

根据如此构成的本发明，由于不只是由检测温度，还加进了发电电力来估计蓄热量估计值的增加或减少，因此能够更准确地估计蓄热量。

在本发明中，优选发电电力越大，则蓄热量估计部件越使蓄热量估计值急剧地变化。

根据如此构成的本发明，由于发电电力越大则蓄热量的估计值越是急剧地发生变化，因此可以估计更适合于实际状态的蓄热量。

在本发明中，优选蓄热量估计部件根据基于检测温度的履历所计算的基本估计值以及基于比计算基本估计值的履历短的期间内的检测温度的变化率所计算的快速估计值来估计蓄热量。

在如此构成的本发明中，由于通过在使燃料供给量变化后，使输出电力延迟变化，而能够在确保使燃料分散的安全的时间的基础上，使所输出的电力变化，因此可以避免因燃料枯竭而引起燃料电池模块内的单电池损伤的风险。而且，通过使电力输出延迟而使剩余燃料增加，该剩余燃料对燃料电池模块内进行加热。在燃料电池模块的绝热性高，需要进行使输出电力频繁地增减的过度的负荷跟踪控制时，通过累积剩余燃料所产生的热量，有时会在燃料电池模块内引起过度的温度上升。通常，为了使燃料电池模块内的温度降低，作为制冷剂使发电用氧化剂气体的供给量增加，但是基于投入制冷剂的温度下降是通过与排气一起排出燃料电池模块内的有用的热量而达成的，因此，综合能效降低。本发明的固体氧化物型燃料电池通过以在保持热量自足的同时利用过度积存的余热的方式减少所投入的燃料供给量，来抑制过度升温，进而还同时实现高燃料利用率的运行。为了实现上述内容，在本发明中，蓄热量估计部件根据检测温度来估计蓄热量，因此，能够准确地考虑因使电力输出从燃料供给延迟而产生的剩余燃料所引起的蓄热影响来进行估计。由此，可以提高能效并切实地防止过度的负荷跟踪时所产生的过度的温度上升。

而且，根据如上构成的本发明，蓄热量估计部件根据基于检测温度的履历所计算的基本估计值以及基于比计算基本估计值的履历短的期间内的检测温度的变化率所计算的快速估计值来估计蓄热量。因此，通过非常平缓地变化的检测温度的履历来估计作为基础的蓄热量，同时通过使用快速估计值，可以使蓄热量的估计值成为迅速地反应于检测温度的变化倾向的值。由此，不必使用特别的检测装置，而使用原本很难估计的蓄热量的估计值，可以避免过度的温度上升、温度降低的风险，并有效地利用蓄热。

在本发明中，优选具备多个温度检测部件，蓄热量估计部件根据由多个温度检测部件检测出的多个检测温度的过去的履历，估计蓄积在蓄热材料中的蓄热量，控制部件根据由蓄热量估计部件估计的蓄热量以及由需求电力检测部件检测出的需求电力来确定燃料利用率，所估计的蓄热量越大则相对于同一发电电力使燃料利用率越高，根据该燃料利用率控制燃料供给部件。

根据如此构成的本发明，蓄热量估计部件根据由多个温度检测部件检测出的多个检测温度来估计蓄积在蓄热材料中的蓄热量，控制部件如下确定燃料利用率，所估计的蓄热量越大则相对于同一发电电力使燃料利用率越高。由此，利用蓄积在蓄热材料中的蓄热量，使燃料供给量减少，可以提高固体氧化物型燃料电池的综合能效。

而且，由于根据检测温度估计蓄热量，因此所估计的蓄热量中充分地反映了剩余燃料的量，估计蓄热量的可靠性高。尤其是在使发电电力增加时，在使燃料供给量增加后，使发电电力延迟增加的类型的燃料电池中，也能够准确地掌握蓄热量。因此，可以避免燃料电池模块的温度降低等风险，并充分活用所蓄积的热量。

而且，根据如上构成的本发明，由于根据由多个温度检测部件检测出的多个检测温度来估计蓄热量，因此可以避免燃料电池模块内的局部的温度降低、温度上升等风险，并充分活用所蓄积的热量。

在本发明中，优选蓄热量估计部件在为提高燃料利用率而使所估计的蓄热量增加时将多个检测温度中较高的温度作为权重最大的因素，在为降低燃料利用率而使所估计的蓄热量降低时将多个检测温度中较低的温度作为权重最大的因素，来估计蓄热量。

根据如此构成的本发明，由于在提高燃料利用率时将检测温度较高的温度作为权重较大的因素，在降低燃料利用率时将较低的温度作为权重较大的因素，来估计蓄热量，因此对于过度的温度上升、温度降低，可以分别主要使用安全侧的检测温度来估计蓄热量。

在本发明中，优选多个温度检测部件被配置为分别反映重整器的温度以及燃料电池电堆的温度，控制部件在重整器的温度为规定的利用抑制重整器温度以下时，抑制燃料利用率的增加。

根据如此构成的本发明，由于在重整器的温度为规定的利用抑制重整器温度以下时，抑制燃料利用率的增加，因此可以防止因重整器内的吸热反应等而引起重整器过度冷却、重整性能恶化。而且，可以避免伴随重整性能恶化的燃料电池电堆的损伤。

在本发明中，优选燃料电池电堆由配列为大致长方形的多个燃料电池单电池单元构成，多个温度检测部件中的1个被配置为反映位于长方形顶点的燃料电池单电池单元的温度，多个温度检测部件中的另1个被配置为反映位于长方形2个顶点的中间部的燃料电池单电池单元的温度，控制部件在位于长方形顶点的燃料电池单电池单元的温度为规定的利用抑制单电池单元温度以下时，抑制燃料利用率的增加。

根据如此构成的本发明，由于在位于长方形顶点的燃料电池单电池单元的温度为规定的利用抑制单电池单元温度以下时，抑制燃料利用率的增加，因此根据燃料电池电堆中的温度较低的燃料电池单电池单元的温度来抑制燃料利用率的增加，可以防止因一部分单电池单元的过度冷却所引起的损伤。

根据本发明的固体氧化物型燃料电池，可保持热量自足而稳定地进行运行，并使综合能效提高。

而且，根据本发明的固体氧化物型燃料电池，可切实地保持热量自足，并充分活用所蓄积的热量，同时还避免过度的温度上升。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的燃料电池装置的整体结构图。

图2是表示本发明一个实施方式的燃料电池装置的燃料电池模块的正面剖视图。

图3是沿图2的III-III线的剖视图。

图4是表示本发明一个实施方式的燃料电池装置的燃料电池单电池单元的局部剖视图。

图5是表示本发明一个实施方式的燃料电池装置的燃料电池电堆的立体图。

图6是表示本发明一个实施方式的燃料电池装置的框图。

图7是表示本发明一个实施方式的燃料电池装置起动时的动作的时间图。

图8是表示本发明一个实施方式的燃料电池装置停止时的动作的时间图。

图9是表示本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池中的输出电流与燃料供给量的关系的曲线图。

图10是表示本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池中的输出电流与由所供给的燃料产生的热量的关系的曲线图。

图11是本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池中的燃料供给量的控制流程图。

图12是在本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池中用于估计蓄积在绝热材料中的热量而使用的蓄热量估计图表。

图13是使图12的蓄热量估计图表图形化的图。

图14是表示本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池中的相对于输出电流的第1校正系数的值的曲线图。

图15是表示本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池中的相对于输出电流的第2校正系数的值的曲线图。

图16是燃料电池模块已劣化时的用于进行修正量变更的流程图。

图17是模式化表示通常住宅中的一天的需求电力的推移和蓄积在绝热材料中的热量的推移的图。

图18是表示本发明第1实施方式的变形例中的电流修正系数的曲线图。

图19是模式化表示需求电力的变化与燃料供给量以及从燃料电池模块实际取出的电流的关系的曲线图。

图20是表示发电用空气供给量、供水量、燃料供给量以及从燃料电池模块实际取出的电流的关系的一个例子的曲线图。

图21是表示根据检测温度Td确定发电用空气供给量、供水量以及燃料供给量的步骤的流程图。

图22是表示相对于发电电流的合适的燃料电池电堆温度的曲线图。

图23是表示根据累计值所确定的燃料利用率的曲线图。

图24是表示相对于各发电电流所能确定的燃料利用率的值的范围的曲线图。

图25是表示根据累计值所确定的空气利用率的曲线图。

图26是表示相对于各发电电流所能确定的空气利用率的值的范围的曲线图。

图27是用于相对于所确定的空气利用率来确定供水量的曲线图。

图28是表示相对于发电电流的合适的燃料电池模块的发电电压的曲线图。

图29是在本发明的第2实施方式中，表示限制燃料电池模块所生成的电力范围的步骤的流程图。

图30是表示针对发电电流及检测温度的电流限制的图。

图31是表示本发明第2实施方式中的作用的一个例子的时间图。

图32是表示燃料电池模块内的温度与可发出的最大电力的关系的一个例子的曲线图。

图33是表示根据多个温度传感器的检测温度来计算第1加减运算值的步骤的流程图。

图34是表示本发明第2实施方式的变形例的加减运算值的计算步骤的流程图。

图35是表示本发明第2实施方式的变形例的加减运算值的计算步骤的流程图。

符号说明

1-固体氧化物型燃料电池；2-燃料电池模块；4-辅助设备单元；7-绝热材料(蓄热材料)；8-密封空间；10-发电室；12-燃料电池单电池集合体；14-燃料电池电堆；16-燃料电池单电池单元(固体氧化物型燃料电池单电池)；18-燃烧室(燃烧部)；20-重整器；22-空气用换热器；24-供水源；26-纯水箱；28-水流量调节单元(供水部件)；30-燃料供给源；38-燃料流量调节单元(燃料供给部件)；40-空气供给源；44-重整用空气流量调节单元；45-发电用空气流量调节单元(发电用氧化剂气体供给部件)；46-第1加热器；48-第2加热器；50-温水制造装置；52-控制箱；54-逆变器；83-点火装置；84-燃料电池单电池；110-控制部(控制部件)；110a-燃料图表变更部件(燃料供给量变更部件)；110b-蓄热量估计部件；110c-电力取出延迟部件；112-操作装置；114-显示装置；116-警报装置；126-电力状态检测传感器(需求电力检测部件)；132-燃料流量传感器(燃料供给量检测传感器)；138-压力传感器(重整器压力传感器)；140-排气温度传感器(温度检测部件)；142-发电室温度传感器(温度检测部件)；148-重整器温度传感器(温度检测部件)；150-外气温度传感器。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)。

图1是表示本发明一个实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的整体结构图。如该图1所示，本发明一个实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)1具备燃料电池模块2和辅助设备单元4。

燃料电池模块2具备壳体6，在该壳体6的内部隔着绝热材料7形成有密封空间8。在该密封空间8的下方部分即发电室10配置有利用燃料气体和氧化剂(空气)进行发电反应的燃料电池单电池集合体12。该燃料电池单电池集合体12具备10个燃料电池电堆14(参照图5)，该燃料电池电堆14由16根燃料电池单电池单元16(参照图4)构成。如此，燃料电池单电池集合体12具有160根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池单电池单元16全部串联连接。

在燃料电池模块2的密封空间8的上述发电室10的上方形成有燃烧室18，发电反应中未使用的剩余的燃料气体和剩余的氧化剂(空气)在该燃烧室18内燃烧，生成排放气体。

而且，在该燃烧室18的上方配置有对燃料气体进行重整的重整器20，利用前述剩余气体的燃烧热量将重整器20加热至可进行重整反应的温度。而且，在该重整器20的上方配置有用于接收重整器20的热量来加热空气从而抑制重整器20温度降低的空气用换热器22。

接下来，辅助设备单元4具备：纯水箱26，贮存来自水管等供水源24的水并通过过滤器使其成为纯水；及水流量调节单元28(由电动机驱动的“水泵”等)，调节从该贮水箱供给的水的流量。而且，辅助设备单元4具备：气体截止阀32，截断从城市煤气等的燃料供给源30供给的燃料气体；脱硫器36，用于从燃料气体除去硫磺；及燃料流量调节单元38(由电动机驱动的“燃料泵”等)，调节燃料气体的流量。辅助设备单元4还具备截断从空气供给源40供给的氧化剂即空气的电磁阀42、调节空气流量的重整用空气流量调节单元44及发电用空气流量调节单元45(由电动机驱动的“空气鼓风机”等)、加热向重整器20供给的重整用空气的第1加热器46及加热向发电室供给的发电用空气的第2加热器48。上述第1加热器46和第2加热器48是为了高效地进行起动时的升温而设置的，但是也可以省略。

接下来，在燃料电池模块2上连接有温水制造装置50，向其供给排放气体。向该温水制造装置50供给来自供水源24的自来水，该自来水利用排放气体的热量成为温水，以供给未图示的外部供热水器的贮热水箱。

而且，在燃料电池模块2上安装有控制箱52，其用于控制燃料气体的供给量等。

而且，在燃料电池模块2上连接有电力取出部(电力转换部)即逆变器54，其用于向外部供给由燃料电池模块发出的电力。

接下来，根据图2及图3，说明本发明实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的内部结构。图2是表示本发明一个实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的正面剖视图，图3是沿图2的III-III线的剖视图。

如图2及图3所示，在燃料电池模块2的壳体6的密封空间8内，如上所述，从下方依次配置有燃料电池单电池集合体12、重整器20、空气用换热器22。

重整器20安装有用于向其上游端侧导入纯水的纯水导入管60和用于导入将要重整的燃料气体和重整用空气的被重整气体导入管62，而且，在重整器20的内部从上游侧依次形成有蒸发部20a和重整部20b，在上述蒸发部20a和重整部20b中填充有重整催化剂。导入该重整器20的混合有水蒸气(纯水)的燃料气体及空气通过填充在重整器20内的重整催化剂而被重整。作为重整催化剂适合使用在氧化铝的球体表面赋予镍的物质，或在氧化铝的球体表面赋予钌的物质。

在该重整器20的下游端侧连接有燃料气体供给管64，该燃料气体供给管64向下方延伸，进而在形成于燃料电池单电池集合体12下方的分流器66内水平延伸。在燃料气体供给管64的水平部64a的下方面形成有多个燃料供给孔64b，从该燃料供给孔64b向分流器66内供给重整后的燃料气体。

在该分流器66的上方安装有用于支撑上述燃料电池电堆14的具备贯穿孔的下支撑板68，分流器66内的燃料气体被供给到燃料电池单电池单元16内。

接下来，在重整器20的上方设置有空气用换热器22。该空气用换热器22在上游侧具备空气汇集室70，在下游侧具备2个空气分配室72，这些空气汇集室70和空气分配室72通过6个空气流路管74连接。在此，如图3所示，3个空气流路管74成为一组(74a、74b、74c、74d、74e、74f)，空气汇集室70内的空气从各组空气流路管74流入各自的空气分配室72。

在空气用换热器22的6个空气流路管74内流动的空气利用在燃烧室18燃烧而上升的排放气体进行预热。

在各个空气分配室72上连接有空气导入管76，该空气导入管76向下方延伸，其下端侧与发电室10的下方空间连通，向发电室10导入预热后的空气。

接下来，在分流器66的下方形成有排放气体室78。而且，如图3所示，在沿壳体6长度方向的面即前面6a和后面6b的内侧，形成有在上下方向上延伸的排放气体通路80，该排放气体通路80的上端侧与配置有空气用换热器22的空间连通，下端侧与排放气体室78连通。而且，在排放气体室78的下面大致中央连接有排放气体排出管82，该排放气体排出管82的下游端连接于图1所示的上述温水制造装置50。

如图2所示，用于使燃料气体和空气开始燃烧的点火装置83设置于燃烧室18。

下面，根据图4对燃料电池单电池单元16进行说明。图4是表示本发明一个实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的燃料电池单电池单元的局部剖视图。

如图4所示，燃料电池单电池单元16具备燃料电池单电池84和分别连接于该燃料电池单电池84的上下方向端部的内侧电极端子86。

燃料电池单电池84是在上下方向上延伸的管状结构体，具备在内部形成燃料气体流路88的圆筒形内侧电极层90、圆筒形外侧电极层92、位于内侧电极层90和外侧电极层92之间的电解质层94。该内侧电极层90是燃料气体经过的燃料极，为(-)极，另一方面，外侧电极层92是与空气接触的空气极，为(+)极。

由于安装在燃料电池单电池单元16的上端侧和下端侧的内侧电极端子86为相同结构，所以在此具体地说明安装于上端侧的内侧电极端子86。内侧电极层90的上部90a具备相对于电解质层94和外侧电极层92露出的外周面90b和上端面90c。内侧电极端子86隔着导电性密封材料96与内侧电极层90的外周面90b连接，而且，通过与内侧电极层90的上端面90c直接接触而与内侧电极层90电连接。在内侧电极端子86的中心部形成有与内侧电极层90的燃料气体流路88连通的燃料气体流路98。

内侧电极层90例如由Ni和掺杂有从Ca或Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元素的氧化锆的混合体、Ni和掺杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈的混合体、Ni和掺杂有从Sr、Mg、Co、Fe、Cu中选择的至少一种元素的镓酸镧的混合体中的至少一种形成。

电解质层94例如由掺杂有从Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元素的氧化锆、掺杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈、掺杂有从Sr、Mg中选择的至少一种元素的镓酸镧中的至少一种形成。

外侧电极层92例如由掺杂有从Sr、Ca中选择的至少一种元素的锰酸镧、掺杂有从Sr、Co、Ni、Cu中选择的至少一种元素的铁酸镧、掺杂有从Sr、Fe、Ni、Cu中选择的至少一种元素的钴酸镧、银等中的至少一种形成。

下面，根据图5对燃料电池电堆14进行说明。图5是表示本发明一个实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的燃料电池电堆的立体图。

如图5所示，燃料电池电堆14具备16根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池单电池单元16的下端侧及上端侧分别被陶瓷制下支撑板68及上支撑板100支撑。在这些下支撑板68及上支撑板100上分别形成有内侧电极端子86可贯穿的贯穿孔68a及100a。

而且，在燃料电池单电池单元16上安装有集电体102及外部端子104。该集电体102由与安装于燃料极即内侧电极层90的内侧电极端子86电连接的燃料极用连接部102a和与空气极即外侧电极层92的外周面整体电连接的空气极用连接部102b一体地形成。空气极用连接部102b由在外侧电极层92的表面沿上下方向延伸的铅垂部102c和从该铅垂部102c沿外侧电极层92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料极用连接部102a从空气极用连接部102b的铅垂部102c朝向燃料电池单电池单元16的位于上下方向的内侧电极端子86，向斜上方或斜下方直线延伸。

而且，在位于燃料电池电堆14一端(图5中左端的里侧及跟前侧)的2个燃料电池单电池单元16的上侧端及下侧端的内侧电极端子86上分别连接有外部端子104。这些外部端子104与位于邻接的燃料电池电堆14一端的燃料电池单电池单元16的外部端子104(未图示)连接，如上所述，160根燃料电池单电池单元16全部串联连接。

下面，根据图6对安装于本实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的传感器类等进行说明。图6是表示本发明一个实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)的框图。

如图6所示，固体氧化物型燃料电池1具备控制部110，该控制部110连接有：操作装置112，具备用于使用者操作的“开”、“关”等操作按钮；显示装置114，用于显示发电输出值(瓦特数)等的各种数据；及警报装置116，在异常状态时等发出警报(warning)。另外，该警报装置116也可以是与位于远距离地点的管理中心连接，向该管理中心通知异常状态的形式。

接下来，向控制部110输入来自以下说明的各种传感器的信号。

首先，可燃气体检测传感器120是用于检测气体泄漏的元件，安装于燃料电池模块2及辅助设备单元4。

CO检测传感器122是用于检测原本经过排放气体通路80等向外部排出的排放气体中的CO是否泄漏在覆盖燃料电池模块2及辅助设备单元4的外部壳体(未图示)中的元件。

热水贮存状态检测传感器124是用于检测未图示的供热水器的热水温度、水量等的元件。

电力状态检测传感器126是用于检测逆变器54及配电板(未图示)的电流及电压等的元件。

发电用空气流量检测传感器128是用于检测向发电室10供给的发电用空气的流量的元件。

重整用空气流量传感器130是用于检测向重整器20供给的重整用空气的流量的元件。

燃料流量传感器132是用于检测向重整器20供给的燃料气体的流量的元件。

水流量传感器134是用于检测向重整器20供给的纯水(水蒸气)的流量的元件。

水位传感器136是用于检测纯水箱26的水位的元件。

压力传感器138是用于检测重整器20的外部上游侧的压力的元件。

排气温度传感器140是用于检测流入温水制造装置50的排放气体的温度的元件。

如图3所示，发电室温度传感器142设置在燃料电池单电池集合体12附近的前面侧和背面侧，是用于检测燃料电池电堆14附近的温度，从而推断燃料电池电堆14(即燃料电池单电池84自身)的温度的元件。

燃烧室温度传感器144是用于检测燃烧室18的温度的元件。

排放气体室温度传感器146是用于检测排放气体室78的排放气体的温度的元件。

重整器温度传感器148是用于检测重整器20的温度的元件，根据重整器20的入口温度和出口温度计算出重整器20的温度。

外气温度传感器150是当固体氧化物型燃料电池(SOFC)配置在室外时用于检测外气温度的元件。而且，也可以设置测定外气湿度等的传感器。

来自这些传感器类的信号发送至控制部110，控制部110根据基于这些信号的数据，向水流量调节单元28、燃料流量调节单元38、重整用空气流量调节单元44、发电用空气流量调节单元45发送控制信号，以控制这些单元的各流量。

下面，根据图7说明本实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)起动时的动作。图7是表示本发明一个实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)起动时的动作的时间图。

最初，为了加热燃料电池模块2，在无负荷状态，即，使包括燃料电池模块2的电路在开路状态下开始运行。此时，由于电路中未流动电流，所以燃料电池模块2不进行发电。

首先，从重整用空气流量调节单元44经由第1加热器46向燃料电池模块2的重整器20供给重整用空气。而且，与此同时从发电用空气流量调节单元45经由第2加热器48向燃料电池模块2的空气用换热器22供给发电用空气，该发电用空气到达发电室10及燃烧室18。

随后，还从燃料流量调节单元38供给燃料气体，混合有重整用空气的燃料气体经过重整器20及燃料电池电堆14、燃料电池单电池单元16，到达燃烧室18。

之后，通过点火装置83点火，使燃烧室18内的燃料气体和空气(重整用空气及发电用空气)燃烧。通过该燃料气体和空气的燃烧生成排放气体，利用该排放气体加热发电室10，而且，排放气体在燃料电池模块2的密封空间8内上升时，在加热重整器20内的包含重整用空气的燃料气体的同时，还加热空气换热器22内的发电用空气。

此时，由于通过燃料流量调节单元38及重整用空气流量调节单元44向重整器20供给混合有重整用空气的燃料气体，所以在重整器20中，进行式(1)所示的部分氧化重整反应POX。由于该部分氧化重整反应POX是发热反应，所以起动性良好。而且，该升温后的燃料气体通过燃料气体供给管64向燃料电池电堆14的下方供给，由此，燃料电池电堆14从下方被加热，而且，由于燃烧室18也通过燃料气体和空气的燃烧而升温，所以燃料电池电堆14还从上方被加热，结果燃料电池电堆14可以大致均等地在上下方向上升温。即使进行该部分氧化重整反应POX，在燃烧室18中也仍然持续保持燃料气体和空气的燃烧反应。

C_mH_n+xO₂→aCO₂+bCO+cH₂                (1)

部分氧化重整反应POX开始后，当通过重整器温度传感器148检测出重整器20变为规定温度(例如600℃)时，通过水流量调节单元28、燃料流量调节单元38及重整用空气流量调节单元44向重整器20供给预先混合有燃料气体、重整用空气及水蒸气的气体。此时，在重整器20中，进行并用有上述的部分氧化重整反应POX和后述的水蒸气重整反应SR的自热重整反应ATR。由于该自热重整反应ATR可取得热量内部平衡，所以在重整器20内以热量自足的状态进行反应。即，当氧(空气)较多时，基于部分氧化重整反应POX的发热占支配地位，当水蒸气较多时，基于水蒸气重整反应SR的吸热反应占支配地位。由于在该阶段中，已经过起动的初期阶段，发电室10内已升温至一定程度的温度，所以即使吸热反应占支配地位也不会引起大幅度的温度降低。而且，在自热重整反应ATR进行中，在燃烧室18中也仍然持续进行燃烧反应。

式(2)所示的自热重整反应ATR开始后，当通过重整器温度传感器146检测出重整器20变为规定温度(例如700℃)时，在停止基于重整用空气流量调节单元44的重整用空气的供给的同时，增加基于水流量调节单元28的水蒸气的供给。由此，向重整器20供给不含空气而仅包含燃料气体和水蒸气的气体，在重整器20中，进行式(3)的水蒸气重整反应SR。

C_mH_n+xO₂+yH₂O→aCO₂+bCO+cH₂         (2)

C_mH_n+xH₂O→aCO₂+bCO+cH₂             (3)

由于该水蒸气重整反应SR是吸热反应，所以与来自燃烧室18的燃烧热量取得热平衡并进行反应。由于该阶段是燃料电池模块2起动的最终阶段，所以发电室10内升温至足够高的温度，因此，即使进行吸热反应，也不会导致发电室10大幅度的温度降低。而且，即使进行水蒸气重整反应SR，在燃烧室18中也仍然持续进行燃烧反应。

如此，燃料电池模块2通过点火装置83点火后，通过依次进行部分氧化重整反应POX、自热重整反应ATR、水蒸气重整反应SR，使发电室10内的温度逐渐上升。之后，当发电室10内及燃料电池单电池84的温度达到比使燃料电池模块2稳定地工作的额定温度低的规定的发电温度后，使包括燃料电池模块2的电路闭路，开始基于燃料电池模块2的发电，由此，在电路中流过电流。通过燃料电池模块2的发电，燃料电池单电池84自身也发热，燃料电池单电池84的温度也上升。其结果，使燃料电池模块2达到工作的额定温度例如600℃至800℃。

此后，为了保持额定温度，供给比燃料电池单电池84中消耗的燃料气体及空气的量多的燃料气体及空气，使燃烧室18中的燃烧持续。另外，在发电中以重整效率高的水蒸气重整反应SR进行发电。

下面，根据图8说明本实施方式的固体氧化物型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作。图8是通过本实施方式表示固体氧化物型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作的时间图。

如图8所示，进行燃料电池模块2的运行停止时，首先，操作燃料流量调节单元38及水流量调节单元28，减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给量。

而且，进行燃料电池模块2的运行停止时，在减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给量的同时，增大基于发电用空气流量调节单元45的发电用空气对燃料电池模块2内的供给量，利用空气冷却燃料电池单电池集合体12及重整器20，使它们的温度降低。其后，当重整器20的温度降低至规定温度例如400℃时，停止向重整器20供给燃料气体及水蒸气，结束重整器20的水蒸气重整反应SR。该发电用空气的供给持续至重整器20的温度降低至规定温度例如200℃，在变为该规定温度时，停止从发电用空气流量调节单元45供给发电用空气。

如此，在本实施方式中，由于进行燃料电池模块2的运行停止时，并用基于重整器20的水蒸气重整反应SR和基于发电用空气的冷却，所以能够在较短的时间内使燃料电池模块的运行停止。

下面，参照图9至图17，对本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池1的控制进行说明。

图9是表示本实施方式的固体氧化物型燃料电池1中的输出电流与燃料供给量的关系的曲线图。图10是表示固体氧化物型燃料电池1中的输出电流与由所供给的燃料产生的热量的关系的曲线图。

首先，如图9的实线所示，本实施方式的固体氧化物型燃料电池1构成为可根据需求电力，使输出在额定输出电力即700W(输出电流7A)以下可变。为了输出所需的电力而所需要的燃料供给量(L/min)作为图9中由实线所示的基本燃料供给图表而被设定。控制部件即控制部110构成为按照由需求电力检测部件即电力状态检测传感器126检测出的需求电力，根据基本燃料供给图表确定燃料供给量，据此控制燃料供给部件即燃料流量调节单元38。

发电所需的燃料量与输出电力(输出电流)成比例，但是如图9中由实线所示，设定在基本燃料供给图表中的燃料供给量与输出电流不成比例。这是因为与输出电力成比例地使燃料供给量降低时，变得无法将燃料电池模块2内的燃料电池单电池单元16保持于可发电的温度。因此，在本实施方式中，基本燃料供给图表在输出电流7A附近的大发电电力时被设定为燃料利用率约70％，在输出电流2A左右的小发电电力时被设定为燃料利用率约50％。如此，通过使小发电电力区域中的燃料利用率降低，使未使用于发电的燃料燃烧而使用于加热重整器20等，可抑制燃料电池单电池单元16的温度降低，将燃料电池模块2内保持于可发电的温度。

但是，由于通过使燃料利用率降低，而使对发电没有贡献的燃料增加，因此小发电电力区域中的固体氧化物型燃料电池1的能效降低。在本实施方式的固体氧化物型燃料电池1中，内置在控制部110中的燃料图表变更部件110a(图6)根据规定的条件来变更、修正设定在基本燃料供给图表中的燃料供给量，使燃料供给量如图9的虚线所示的一个例子那样减少，使小发电电力区域中的燃料利用率上升。由此，使固体氧化物型燃料电池1的能效提高。

图10是在本实施方式的固体氧化物型燃料电池1中，根据基本燃料供给图表模式化表示供给燃料时的输出电流与所供给的燃料的热量的关系的曲线图。如图10中由点划线所示，为了使燃料电池模块2热量自足并稳定地运行所需的热量与输出电流的增加一起单调增加。图10中由实线所示的曲线按照基本燃料供给图表示出燃料被供给时的热量。在本实施方式中，在比相当于中发电电力的输出电流5A低的区域，由点划线表示的所需的热量与由实线所示的根据基本燃料供给图表所供给的热量大致一致。

而且，在比输出电流5A高的区域，按照基本燃料供给图表所供给的由实线所示的热量超过为了热量自足而最低限所需的由点划线所示的热量。该实线和虚线之间的剩余热量蓄积在设置于燃料电池模块2的蓄热材料即绝热材料7中。而且，来自固体氧化物型燃料电池1的输出电流与恒定地输出该电流时的燃料电池模块2内的燃料电池单电池单元16的温度相关联，为了增大输出电流需要提高燃料电池单电池单元16的温度，因此，在输出电流较大的状态下，燃料电池单电池单元16的温度处于较高的状态。在本实施方式中，输出电流5A对应于蓄热温度Th即约633℃。因而，在本实施方式的固体氧化物型燃料电池1中，在输出电流5A、蓄热温度Th＝约633℃以上时，更多的热量被蓄积在绝热材料7中。

该蓄热温度Th被设定为对应于比发电电力范围即0W～700W的中值即350W大的500W(输出电流5A)的温度。而且，在输出电流5A以下的区域中，根据基本燃料供给图表所供给的热量被设定为与为了热量自足而最低限所需的热量大致相同(基本燃料供给图表的热量稍大)。因此，如图10的虚线所示的一个例子那样，修正基于基本燃料供给图表的燃料供给量，使燃料供给量减少时，为了热量自足而所需的热量不足。

在本实施方式中，如后所述，在发电电力较小的区域中，以使由基本燃料供给图表设定的燃料供给量暂时减少的方式进行修正，使燃料利用率提高。另一方面，由于使基本燃料供给图表的燃料供给量减少而不足的热量则利用燃料电池模块2在比蓄热温度Th高的区域中运行的期间蓄积在绝热材料7中的热量来进行补充。另外，在本实施方式中，由于绝热材料7的热容量非常大，因此在燃料电池模块2以大发电电力运行规定时间后，在发电电力较小的区域内运行时，可利用蓄积在绝热材料7中的热量2小时以上，通过进行减少该期间的燃料供给量的修正而使燃料利用率提高。

而且，在本实施方式中，虽然在输出电流5A、蓄热温度Th＝约633℃以上时，以将更多的热量蓄积在绝热材料7中的方式设定基本燃料供给图表，但是即使在输出电流5A以上的区域中，也可以与为了热量自足而最低限所需的热量大致相同(基本燃料供给图表的热量稍大)地设定基本燃料供给图表。即，由于在发电电力较大的区域中，燃料电池模块2的工作温度比发电电力较小时高，因此即使将燃料供给量设定为为了热量自足所需的最低限热量，也能够将小发电电力时可利用的热量蓄积在绝热材料7中。如本实施方式这样，通过在大发电电力时积极地预先将燃料供给量设定为较多，可以在电力需求变为峰值的夜间时段的短时间内将所需的热量切实地蓄积在绝热材料7中。

下面，参照图11至图17，对本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池1的具体的控制进行说明。

图11是本实施方式的燃料供给量的控制流程图。图12是为了估计蓄积在绝热材料7中的热量而使用的蓄热量估计图表。图13是使蓄热量估计图表图形化的图。图14是表示相对于输出电流的第1校正系数的值的曲线图。图15是表示相对于输出电流的第2校正系数的值的曲线图。

在固体氧化物型燃料电池1的发电运行中，在控制部110中以规定的时间间隔执行图11所示的流程图。首先，在图11的步骤S1中，根据图12所示的蓄热量估计图表执行累计处理。在步骤S1中所计算的累计值Ni如后所述是如下值，即成为蓄积在绝热材料7等中的可利用的蓄热量的指标，取0～1之间的值。

接下来，在步骤S2中，判断步骤S1中所计算的累计值Ni是否为0。在累计值Ni为0时进入步骤S3，为0以外时进入步骤S4。

由于在累计值Ni为0时，估计为在绝热材料7等中未蓄积可利用程度的热量，因此在步骤S3中，通过控制部110，根据基本燃料供给图表确定燃料供给量。控制部110向燃料流量调节单元38发送信号，向燃料电池模块2供给所确定的燃料供给量。因而，此时即使发电电力较少，也不执行提高燃料利用率的修正。步骤S3后，结束图11所示的流程图的1次处理。

另一方面，在步骤S4中，根据累计值Ni确定相对于由基本燃料供给图表确定的燃料供给量的利用率变更量。即，累计值Ni为1时，最大幅度地使燃料供给量减少，从而使燃料利用率提高，累计值Ni越小则燃料供给量的减少幅度越小。

接下来，在步骤S5中，根据图14所示的曲线，确定第1校正系数。如图14所示，第1校正系数在输出电流较少的区域中为1，而输出电流超过4.5A时变为0。即，在发电电力较小的区域中，利用蓄积在绝热材料7中的热量并进行使燃料供给量减少的修正，使燃料利用率提高，另一方面，在发电电力较大的区域中不执行修正。这是因为在发电电力较大的区域中，即使通过基本燃料供给图表也能实现燃料利用率足够高的运行，同时由于在大发电电力时，燃料电池模块2内的温度较高，因此很难利用绝热材料7的蓄热。

接下来，在步骤S6中，根据图15所示的曲线，确定第2校正系数。如图15所示，第2校正系数在输出电流为1A以下的区域中为0.5，在输出电流为1～1.5A的区域中直线增加，在输出电流为1.5A以上的区域中为1。即，由于在发电电力为利用率抑制发电量即150W以下的区域中，基于基本燃料供给图表的燃料供给量的绝对值较小，因此对其施加大幅度的修正而使燃料供给量减少时有可能会损伤燃料电池单电池单元16。而且，通过预先将基本燃料供给图表的修正量抑制为较少，可以一点一点利用蓄积在绝热材料7中的热量，可在长时间内利用蓄热。因而，第2校正系数作为变更期间延长手段发挥作用，发电电力越小则越使基本燃料供给图表的修正量减少，延长进行基本燃料供给图表的变更、修正的期间。该变更期间延长手段进行如下作用，由于在基本燃料供给图表的修正开始后，使用蓄积在绝热材料7中的热量，因此随着执行修正的期间变长蓄热量减少，而蓄热量减少时燃料利用率的修正量减少，因此，进一步延长可利用蓄热的期间。

另外，作为变形例，也可以不进行使用第2校正系数的修正量的校正。

接下来，在步骤S7中，在步骤S4中确定的利用率变更量上乘以步骤S5中确定的第1校正系数、步骤S6中确定的第2校正系数，确定最终的利用率变更量。而且，对应于所确定的燃料供给量确定供水量的修正量，同时使发电用空气供给量相对于通常的空气供给量降低10％。而且，使燃料供给量的控制增益相对于通常运行时的控制增益增大10％，提高使燃料供给量发生变化时的跟踪性。

如此，通过使执行基本燃料供给图表的修正时的燃料供给量的控制增益增大，预先将燃料供给量的跟踪性设定为较高，可在随着所估计的蓄热量的减少而使修正后的燃料利用率降低(使燃料供给量增加)时，使燃料供给量快速地增加。由此，防止因使燃料供给量增加的响应延迟所引起的燃料电池模块2的过度冷却。因而，步骤S7中的使控制增益增大的控制作为过度冷却防止手段而发挥作用。而且，由于通过使发电用2次空气量降低10％，能够抑制向单电池、重整器等燃料电池模块2内的冷却，因此可抑制蓄热量的减少，并有效地利用蓄热。因此，使2次空气量降低10％的控制也作为过度冷却防止手段而发挥作用。

在步骤S8中，控制部110向燃料流量调节单元38、水流量调节单元28、发电用空气流量调节单元45发送信号，向燃料电池模块2供给步骤S7中所确定的量的燃料、水、发电用空气。步骤S8后，结束图11所示的流程图的1次处理。而且，通过执行基本燃料供给图表的修正，累计值Ni降低至0时，处理再次从步骤S2转入步骤S3。由此，结束基本燃料供给图表的修正，再次执行基于基本燃料供给图表的燃料供给量的控制。

下面，参照图12及图13，对蓄积在绝热材料7等中的蓄热量的估计进行说明。

蓄热量的估计是通过内置在控制部110中的蓄热量估计部件110b(图6)来执行的。执行图11所示的流程图的步骤S1时，蓄热量估计部件110b从温度检测部件即发电室温度传感器142读取发电室的温度。接下来，蓄热量估计部件110b根据发电室温度传感器142的检测温度Td，参照图12所示的蓄热量估计图表，确定加减运算值。例如，检测温度Td为645℃时，加法运算值被确定为1/50000，将该值加在累计值Ni上。这种累计在固体氧化物型燃料电池1启动后，以规定的时间间隔来执行。在本实施方式中，由于每隔0.5sec执行图11所示的流程图，因此每0.5sec执行1次累计。因此，例如检测温度Td为645℃而一定时，每0.5sec累计1次1/50000的值，累计值Ni增加。

这种累计值Ni反映燃料电池模块2、发电室10内的温度履历，是成为如下指标的值，表示蓄积在绝热材料7等中的蓄热量程度。该累计值Ni被限制在0～1的范围内，在累计值Ni达到1时，保持于1直至值接下来进行减法运算，在累计值Ni减少至0时，保持于0直至值接下来进行加法运算。在本说明书中，如本实施方式中的累计值Ni这样，成为表示蓄热量程度的指标的值为蓄热量的估计值。因而，在实施方式中，根据燃料电池模块2的温度来估计蓄热量。

在图11所示的流程图的步骤S4中所计算的针对基本燃料供给图表的利用率变更量通过在该累计值Ni上乘以规定的修正量而被确定。因而，蓄热量的估计值即累计值Ni越大则修正量越增加，累计值Ni为1时利用率变更量变为最大，累计值Ni为0时不执行修正(利用率变更量＝0)。即，累计值Ni为0时，判断为蓄热量的估计值小于执行基本燃料供给图表修正的变更执行蓄热量，不执行燃料利用率的修正。

如图12及图13所示，在本实施方式中，累计在检测温度Td比变更基准温度Tcr即635℃高时进行加法运算，而比其低时进行减法运算。即，假定在检测温度Td比变更基准温度Tcr高时，在绝热材料7等中蓄积可利用于提高燃料利用率的热量，在比变更基准温度Tcr低时，夺取蓄积在绝热材料7等中的热量，从而计算累计值Ni。换言之，累计值Ni对应于检测温度Td相对于变更基准温度Tcr的温度偏差的时间积分，根据该累计值Ni来估计蓄热量。

另外，在本实施方式中，成为蓄热量估计基准的变更基准温度Tcr被设定为比热的蓄积变多的蓄热温度Th稍高(图10)。因此，蓄热量的估计值被估计为比实际少。由此，可避免根据被估计为比实际大的蓄热量来过度实施提高燃料利用率的修正，从而引起燃料电池模块2的过度的温度降低。

因而，在检测温度Td比变更基准温度Tcr高的状态下，当发电电力变小时，执行针对基本燃料供给图表修正。另一方面，在检测温度Td比变更基准温度Tcr低的状态下，当发电电力变小时，减少针对基本燃料供给图表的修正量(基于累计值Ni减少)，或者，不执行修正(累计值Ni为0时)。

具体为，如图12及图13所示，在检测温度Td低于580℃时，从累计值Ni减去20/50000。而且，在检测温度Td为580℃以上且小于620℃时，从累计值Ni减去10/50000×(620-Td)/(620-580)。在检测温度Td为620℃以上且小于630℃时，从累计值Ni减去1/50000。如此，检测温度Td与变更基准温度Tcr相比越低，则累计值Ni越急剧地减少，与此相伴，燃料利用率的修正量也急剧地减少。

另一方面，在检测温度Td为650℃以上时，在累计值Ni上加上1/50000×(Td-650)。而且，在检测温度Td为640℃以上且小于650℃时，在累计值Ni上加上1/50000。如此，检测温度Td与变更基准温度Tcr相比越高，则累计值Ni越急剧地增加，与此相伴，燃料利用率的修正量也急剧地增大。

而且，检测温度Td在630～640℃之间，在检测温度Td处于上升倾向时和处于降低倾向时处理不同。

即，在检测温度Td为630℃以上且小于632℃时，在检测温度Td处于上升倾向时加法运算值为0(不进行加减运算)，在处于降低倾向时减去1/50000。如此，检测温度Td比变更基准温度Tcr低，它们的差为微小偏差温度即5℃以下时，当检测温度Td处于降低倾向时，与处于上升倾向时相比使累计值Ni急剧地减少。在此，绝热材料7等的热容量非常大，一旦检测温度Td进入降低倾向时，可以预想到在一段期间内温度持续降低。因而，在这种状况下，需要通过快速地使累计值Ni减少，而抑制提高燃料利用率(使燃料供给量减少)的修正，以避免燃料电池模块2发生显著的温度降低的风险。

另一方面，在检测温度Td为638℃以上且小于640℃时，在检测温度Td处于上升倾向时加上1/50000，而在处于降低倾向时加法运算值为0(不进行加减运算)。如上所述，绝热材料7等的热容量非常大，一旦检测温度Td进入上升倾向时，可以预想到在一段期间内温度持续上升。因而，在这种状况下，通过快速地使累计值Ni增加来促进提高燃料利用率(使燃料供给量减少)的修正，积极地利用蓄热使燃料利用率提高。

如此，针对累计值Ni的加减运算值根据检测温度Td的变化状态而取不同的值。因而，检测温度Td和变更基准温度Tcr之间的温度偏差与反映了蓄热量的累计值Ni的关系根据检测温度Td的变化状态而变更。

而且，在检测温度Td为632℃以上且小于638℃时，检测温度Td处于变更基准温度Tcr即635℃附近，认为其处于稳定，与检测温度Td的倾向无关将加法运算值作为0(不进行加减运算)来保持现在的状态。

接下来，参照图16，对燃料电池模块2已劣化时的处理进行说明。图16是燃料电池模块2已劣化时的用于进行修正量变更的流程图。

燃料电池单电池单元16由于长年使用而导致劣化加重时，相对于同一燃料供给量所能取出的电力降低。而且，与此相伴，生成同一电力时的燃料电池单电池单元16的温度也上升。在本实施方式的固体氧化物型燃料电池1中，根据规定的发电电力时的燃料电池模块2(燃料电池单电池单元16)的温度，来判定燃料电池模块2的劣化。另外，燃料电池模块的劣化也可以通过相对于规定的燃料供给量的所能取出的电力或电压等来进行判定。

通过控制部110每隔规定期间，例如每隔几个月至几年执行图16所示的流程图。首先，在图16的步骤S21中，判断燃料电池模块16是否已劣化。在判定为燃料电池单电池单元16未劣化时，结束图16所示的流程图的1次处理。当判定燃料电池单电池单元16已劣化时，进入步骤S22。

在步骤S22中，将变更基准温度Tcr变更至高5℃的值，同时将第3校正系数设定为0.8，结束图16所示的流程图的1次处理。这是由于燃料电池单电池单元16劣化后，燃料电池模块2的工作温度整体向温度较高一侧偏移，因此成为燃料利用率修正基准的温度也与其相应地进行变更。而且，第3校正系数是乘以图11的步骤S4中确定的利用率变更量的系数。第3校正系数在燃料电池单电池单元16劣化前被设定为1，当判定已劣化时变更为0.8，使利用率变更量减少20％。由此，防止因在燃料电池单电池单元16已劣化的状态下进行使燃料利用率增大的修正而促进燃料电池单电池单元16劣化。另外，在判定燃料电池模块2已劣化一次，并判定其后劣化进一步加重时，更新用于判定劣化的温度阈值。由此，可分数次判断劣化的加重程度。而且，变更基准温度Tcr的值在每次判断已劣化时进行变更。

下面，参照图17，对本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池1的作用进行说明。图17(a)是概念化表示本实施方式的固体氧化物型燃料电池1的作用的图，(b)是模式化表示通常住宅的一天的需求电力的推移和蓄积在绝热材料中的热量的推移的图。图17(a)上段的曲线概念化表示未在绝热材料7中蓄积可利用的热量时的作用，中段及下段的曲线分别表示所蓄积的热量较少的情况及较多的情况。如图17(a)上段那样，由于在发电电力较大且燃料供给量较多的运行在短时间内进行时，未在绝热材料7中蓄积可利用的热量，因此发电电力减少后的运行根据基本燃料供给图表而被确定，不提高燃料利用率。另一方面，如图17(a)中段那样，由于在发电电力较大的运行进行一定程度的时间时，发电电力减少后的运行利用发电电力较大时蓄积在绝热材料7中的热量来进行，因此在绝热材料7中残留有可利用的热量的期间，进行燃料供给量比基本燃料供给图表减少的高效率运行。由此，可节约相当于中段曲线的施加有斜线的部分的燃料。而且，如图17(a)下段那样，由于在发电电力较大的运行长时间进行时，在绝热材料7中蓄积有大量的热量，因此可在更长的时间内执行利用了所蓄积的热量的高效率运行，可节约更多的燃料。

接下来，在图17(b)中，以实线表示住宅中所使用的需求电力，以虚线表示固体氧化物型燃料电池1的发电电力，以点划线表示成为蓄热量指标的累计值Ni。

首先，在家人睡觉时的时刻t0～t1，住宅中所使用的需求电力较少，在时刻t1家人起床时需求电力增大。与此相伴，固体氧化物型燃料电池1的发电电力也增加，对于需求电力中的超过燃料电池额定电力的电力从系统电力供给。而且，由于家人睡觉时的6～8小时左右所使用的电力较少的状态一直持续，因此在起床时t1，由蓄热量估计部件110b估计的蓄热量(累计值Ni)为0或非常小的值。

在时刻t1发电电力增加，燃料电池模块2以比蓄热温度Th高的温度运行时，蓄热量逐渐增加，在时刻t2，增加至累计值最大的1的程度。其后，在时刻t3家人外出时，需求电力急剧地减少。如此，在蓄热量为变更执行蓄热量以上的状态下发电电力降低时，由燃料图表变更部件110a执行基本燃料供给图表的修正，可提高小发电电力中的燃料利用率。由于进行提高了燃料利用率的运行时，利用蓄积在绝热材料7中的热量，因此累计值Ni也减少。在本实施方式中，可执行1～3小时左右提高了燃料利用率的运行。

接下来，在时刻t4家人回家后，需求电力再次增加。累计值Ni从时刻t4时的需求电力的增加延迟增大(时刻t4～t5)，再次达到最大值。接下来，在时刻t6家人睡觉，需求电力降低后，进行提高了燃料利用率的运行(时刻t6之后)。

在住宅中的需求电力如此推移时，一天中进行2次利用了蓄积在绝热材料7中的热量的提高了燃料利用率的运行。该提高了燃料利用率的运行期间涉及到发电电力较少的期间的20～50％，使固体氧化物型燃料电池1的综合能效较大地提高。

在现有的固体氧化物型燃料电池中，由于当发电电力较小时，发电热量降低，因此容易引起燃料电池模块温度降低。因此，在小发电电力时降低燃料利用率，通过未使用于发电的燃料加热燃料电池模块从而防止了过度的温度降低。尤其在燃料电池模块内配置有重整器的类型的固体氧化物型燃料电池中，由于在重整器内发生吸热反应，因此容易引起温度降低。

根据本发明实施方式的固体氧化物型燃料电池1，在发电电力较小时，由蓄热量估计部件110b估计出在绝热材料7中蓄积有可利用的热量时，修正基本燃料供给图表，暂时使燃料利用率变高(图11、步骤S7)。由此，能够保持固体氧化物型燃料电池1的热量自足，避免过度的温度降低，并使固体氧化物型燃料电池1的综合能效提高。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于在比规定的蓄热温度Th高的区域中，设定为使更多的热量蓄积在绝热材料7中(图10)，因此通过在可提高燃料利用率的比蓄热温度Th高的区域中积极地蓄积热量，在燃料电池模块2的温度较低且容易利用蓄热的小发电电力时消耗该热量，可有效地利用所蓄积的热量。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于由发电室温度传感器142检测的检测温度Td大致反映了蓄积在绝热材料7中的热量，因此可以仅根据检测温度Td与变更基准温度Tcr的关系来简单地修正基本燃料供给图表。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于变更基准温度Tcr被设定为比蓄热温度Th高(图10)，因此变为在蓄积在绝热材料7中的蓄热量变多的比蓄热温度Th高的变更基准温度Tcr以上利用蓄热，可避免在蓄热量较少的状态下利用蓄热而引起过度的温度降低的风险。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于蓄热量估计部件110b根据检测温度Td的履历来估计蓄热量(图11、步骤S4、图13)，因此与仅根据现在的检测温度Td来估计蓄热量时相比可准确地进行估计，可更有效地活用蓄热。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于通过用时间对温度偏差进行积分来估计蓄积在绝热材料7中的蓄热量(图11、步骤S4、图13)，因此以高于蓄热温度Th的温度运行的时间较长时所估计的蓄热量较大，而在较短时所估计的蓄热量变小，可以更准确地估计蓄热量。由此，可以切实地避免因利用蓄热所引起的过度的温度降低等风险。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于蓄热量越大则越使提高燃料利用率的修正量增加(图11、步骤S4、图13)，因此可切实地避免过度的温度降低等风险，并执行使燃料利用率大幅度提高的修正。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于检测温度Td越高则越使修正量急剧地增大，另一方面，检测温度Td越低则越使修正量急剧地减少(图13)，因此能够在检测温度Td较高时进行大幅度的燃料利用率的修正，同时能够在检测温度Td较低时迅速地使修正量将少，因此，可切实地防止过度的温度降低。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于根据检测温度Td或发电电力的状态，变更蓄热量的估计值与修正量的关系(图13、630～640℃、图14、图15、图18)，因此可使防止过度的温度降低和蓄热的有效活用共存。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于燃料图表变更部件110a在发电电力较少时减小修正量(图15)，因此可减少蓄热的利用量，延长可利用蓄热的期间。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于在检测温度Td和变更基准温度Tcr的差为规定的微小偏差温度以下，而检测温度Td处于降低倾向时使蓄热量的估计值急剧地减少(图13、630～632℃)，因此在检测温度Td处于降低倾向的局面下，可使蓄热量的估计值尽快地减少，切实地防止过度的温度降低。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于根据燃料电池模块2的状态来变更使燃料利用率提高的修正量(图14、图15、图16)，因此可防止不适合燃料电池模块2状态的燃料利用率的修正。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于在燃料电池模块2已劣化时将变更基准温度Tcr变更为较高的值(图16)，因此能够以不会对已劣化且工作温度上升后的燃料电池模块2施加过度的负担的方式执行燃料利用率的修正。

根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池1，由于在燃料电池模块2已劣化时使修正量减少(图16、步骤S22)，因此可抑制因修正燃料利用率而促进劣化。

而且，在上述的本发明第1实施方式中，如图12所示的蓄热量估计图表那样，在累计值Ni上加上、减去的加减运算值仅根据检测温度Td进行计算，但是作为变形例，也可以加进输出电流来确定加减运算值。例如，可以通过对在根据图12的蓄热量估计图表所确定的加减运算值上乘以图18所示的电流修正系数的值进行累计，来计算累计值Ni。如图18所示，电流修正系数在输出电流3A以下时被设定为1/7，在4A以上时设定为1/12，在3～4A之间从1/7向1/12直线地降低。

通过乘以如此设定的电流修正系数，在发电电力较小的区域中，累计值Ni急剧地增减，在中发电电力以上的区域中，累计值Ni的增减变缓。因此，通过修正基本燃料供给图表，在较大地消耗蓄积在绝热材料7中的热量的小发电电力时，使累计值Ni快速地减少。由此，能够更切实地防止由于过大地估计蓄热量而导致显著的温度降低的风险。

而且，在上述的实施方式中，虽然在累计值Ni上进行加法运算或减法运算的加减运算值如图13所示，仅由检测温度Td来确定，但是也可以如下构成本发明，加减运算值还依赖于输出电流。例如，也可以在输出电流为3A(输出电力300W)以下时，将变更基准温度Tcr变更为高2℃左右，使图13的曲线整体向左偏移2℃左右。通过如此构成，在发电电力较小时，将变更基准温度Tcr变更为较高的值，将蓄热量的估计值计算为较小的值。由此，由于使提高燃料利用率的修正量减少，因此可抑制在发电电力较小且燃料供给量的绝对值较少的区域中大幅度地使燃料利用率提高而导致燃料供给量过度降低。

下面，参照图19至图33，说明本发明第2实施方式的固体氧化物型燃料电池。

本实施方式的固体氧化物型燃料电池的基于控制部110的控制与上述的第1实施方式不同。因而，在此仅说明本发明的第2实施方式与第1实施方式不同的部分，对于同样的构成、作用及效果则省略说明。

而且，在上述的第1实施方式中，按照需求电力，根据基本燃料供给图表确定燃料供给量，根据蓄积在绝热材料7中的热量使所确定的燃料供给量减少，变更为使燃料利用率暂时变高。与此相对，在第2实施方式的固体氧化物型燃料电池中，不执行基于基本燃料供给图表确定燃料供给量、基于估计蓄热量变更燃料供给量这样的处理，而是根据检测温度Td等直接计算燃料供给量。但是，在本实施方式中，根据检测温度Td等直接确定的燃料供给量加进了蓄积在绝热材料7中的热量等，在蓄热量较多的状态下，利用蓄热使燃料利用率提高，因此，可以说是实现了与第1实施方式同样的技术思想。

而且，在上述的第1实施方式中，用于根据所估计的蓄热量提高燃料利用率的燃料供给量的变更是在变更量上乘以第1校正系数(图11的步骤S5、图14)，因此，只是在发电电力较小的状态下进行(在输出电流4.5A以上时，第1修正系数＝0)。与此相对，在本实施方式中，未使用相当于第1实施方式中的第1校正系数的系数。因而，在本实施方式中，不仅在发电电力较小的区域中，即使在发电电力较大的区域中，也执行利用了蓄积在绝热材料7等中的热量的高效率控制。因此，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，除利用蓄热使燃料利用率提高这样的效果以外，在燃料电池模块2内的温度过度上升时，通过消耗蓄积在绝热材料7中的热量，还能得到抑制温度上升这样的效果。另外，在上述的第1实施方式中，也能通过省略第1校正系数(不在变更量上乘以第1校正系数)而得到同样的效果。

图19是模式化表示需求电力的变化与燃料供给量及从燃料电池模块2实际取出的电流的关系的曲线图。图20是模式化表示发电用空气供给量、供水量、燃料供给量以及从燃料电池模块2实际取出的电流的关系的一个例子的曲线图。

如图19所示，燃料电池模块2被控制为可生成响应于图19的最上段所示的需求电力的电力。控制部110根据需求电力，如图19的第2段的曲线所示的那样设定燃料电池模块2应生成的目标电流即燃料供给电流值If。虽然燃料供给电流值If被设定为大致跟踪需求电力的变化，但是由于燃料电池模块2的响应速度相对于需求电力的变化极为缓慢，因此无法跟踪需求电力短周期的急剧变化，被设定为平缓地跟踪需求电力。而且，当需求电力超过固体氧化物型燃料电池的最大额定电力时，燃料供给电流值If跟踪至对应于最大额定电力的电流值，不会被设定为超过该值的电流值。

如图19的第3段的曲线所示，控制部110控制燃料供给部件即燃料流量调节单元38，向燃料电池模块2供给可生成对应于燃料供给电流值If的电力的流量的燃料供给量Fr。另外，如果实际上发电所使用的燃料相对于燃料供给量的比率即燃料利用率一定，则燃料供给电流值If与燃料供给量Fr成比例。虽然图19的曲线描画出燃料供给电流值If与燃料供给量Fr成比例，但是如后所述，实际上在本实施方式中燃料利用率也并不为一定。

而且，如图19最下段的曲线所示，控制部110输出对逆变器54指示可从燃料电池模块2取出的电流值即可取出电流Iinv的信号。逆变器54根据每时每刻急剧地变化的需求电力，在可取出电流Iinv的范围内从燃料电池模块2取出电流(电力)。对于需求电力超过可取出电流Iinv的部分，从系统电力供给。在此，如图19所示，控制部110向逆变器54指示的可取出电流Iinv被设定为在电流处于增加倾向时，相对于燃料供给量Fr的变化延迟规定时间进行变化。例如，在图19的时刻t10，燃料供给电流值If及燃料供给量Fr开始上升后，使可取出电流Iinv的增加延迟开始。而且，在时刻t12，燃料供给电流值If及燃料供给量Fr增加后，也使可取出电流Iinv的增加延迟开始。如此，通过在使燃料供给量Fr增加后，推迟使实际上从燃料电池模块2取出的电力增加的时刻，以应对向燃料电池模块2供给的燃料经过重整器20等直至到达燃料电池电堆14的时间延迟、或燃料到达燃料电池电堆14后直至可进行实际的发电反应的时间延迟。由此，切实地防止在各燃料电池单电池单元16中发生燃料枯竭而损伤燃料电池单电池单元16。

图20更详细地示出发电用空气供给量、供水量及燃料供给量的变化与可取出电流Iinv的关系。另外，图20所示的发电用空气供给量、供水量及燃料供给量的曲线都被换算为对应于各供给量的电流值。即如下进行换算，如果将所供给的发电用空气、水及燃料设定为没有剩余而是全部使用于发电的供给量，则各供给量的曲线与可取出电流Iinv的曲线重叠。因而，各供给量的曲线相对于可取出电流Iinv的偏差量对应于各供给量的剩余部分。未使用于发电而残留的剩余燃料在燃料电池电堆14上方的燃烧部即燃烧室18中燃烧，利用于加热燃料电池模块2内。

如图20所示，发电用空气供给量、供水量及燃料供给量始终超过可取出电流Iinv，防止从燃料电池模块2取出超过可由各供给量生成的电流的电流而因燃料枯竭、空气枯竭等损伤燃料电池单电池单元16。而且，相对于超过可取出电流Iinv而供给的燃料供给量，供水量被设定为可对所供给的所有燃料进行水蒸气重整的供给量。即，供水量是考虑水蒸气重整所需的水蒸气的量与燃料中所包含的碳量的比即S/C而设定的，以对所供给的所有燃料进行水蒸气重整。由此，防止重整器内的碳析出。而且，在随着需求电力的增加而可取出电流Iinv也处于增加倾向的图20的区域A、区域C中，与可取出电流Iinv横向爬行的区域B相比，将燃料供给量等的富余量设定为较大(燃料利用率低)。而且，在使发电电力增加时，通过内置在控制部110中的电力取出延迟部件110c(图6)，在使向燃料电池模块2供给的燃料供给量增加后，使从燃料电池模块2输出的发电电力延迟增加。即，根据需求电力的变化使燃料供给量变化后，使从燃料电池模块2实际输出的电力延迟变化。而且，在根据需求电力的降低使可取出电流Iinv急剧地降低时(区域C、区域D的初期)，各供给量与可取出电流Iinv的降低相比，延迟规定时间降低。因而，在可取出电流Iinv急剧地降低后的规定时间的期间，产生非常多的剩余燃料。这种可取出电流Iinv的急剧降低是在需求电力急剧地降低时，为了防止电流逆流而进行的。如此，使发电电力增加时以及使发电电力降低时，与发电电力一定时相比产生较多的剩余燃料，该剩余燃料使用于加热燃料电池模块2。因此，不只是使燃料电池模块2以高发电电力长时间运行时，在使发电电力频繁地增减时，燃料电池模块2也被强力加热，在绝热材料7中蓄积较多的热量。

在本实施方式的固体氧化物型燃料电池中，以高发电电力长时间运行后，在发电电力变少时不只是利用蓄热，根据状况依次利用由于发电电力的增减等而逐步蓄积的热量。

下面，参照图21至28，对根据检测温度Td确定发电用空气供给量、供水量及燃料供给量的步骤进行说明。

图21是表示根据检测温度Td确定发电用空气供给量、供水量以及燃料供给量的步骤的流程图。图22是表示相对于发电电流的合适的燃料电池电堆14的温度的曲线图。图23是表示根据累计值所确定的燃料利用率的曲线图。图24是表示相对于各发电电流所能确定的燃料利用率的值的范围的曲线图。图25是表示根据累计值所确定的空气利用率的曲线图。图26是表示相对于各发电电流所能确定的空气利用率的值的范围的曲线图。图27是用于相对于所确定的空气利用率来确定供水量的曲线图。图28是表示相对于发电电流的合适的燃料电池模块2的发电电压的曲线图。

如图22中由点划线所示，在本实施方式中，相对于应由燃料电池模块2生成的电流，规定了合适的燃料电池电堆14的温度Ts(I)。控制部110控制燃料供给量等，以使燃料电池电堆14的温度接近合适的温度Ts(I)。即，控制部110大致上在相对于发电电流，燃料电池电堆14的温度较高时(燃料电池电堆14的温度位于图22的点划线之上时)，提高燃料利用率，积极地消耗蓄积在绝热材料7等中的热量，使燃料电池模块2内的温度降低。相反，在相对于发电电流，燃料电池电堆14的温度较低时，使燃料利用率降低，避免使燃料电池模块2内的温度降低。具体为，燃料利用率并不是单纯地仅根据检测温度Td而确定的，而是通过累计根据检测温度Td等所确定的加减运算值，来计算反映了蓄热的量，并根据该量确定燃料利用率。基于累计该加减运算值的蓄热量的估计值是通过内置在控制部中的蓄热量估计部件110b而计算的。

图21所示的流程图根据由温度检测部件即发电室温度传感器142检测出的检测温度Td等来确定发电用空气供给量、供水量及燃料供给量，以规定的时间间隔来执行。

首先，在图21的步骤S31中，根据检测温度Td及图22，计算第1加减运算值M1。首先，检测温度Td相对于燃料电池电堆14的合适温度Ts(I)，处在规定的温度范围内(图22的2根实线之间)时，第1加减运算值M1为0。

即，检测温度Td处在

Ts(I)-Te≤Td≤Ts(I)+Te

的范围内时，使第1加减运算值M1＝0。在此，Te是第1加减运算值阈值温度。另外，在本实施方式中，第1加减运算值阈值温度Te为3℃。

而且，检测温度Td比合适温度Ts(I)低，处在

Td＜Ts(I)-Te                    (4)

的范围内(图22中的下侧实线之下)时，第1加减运算值M1通过

M1＝Ki×(Td-(Ts(I)-Te))          (5)

来计算。此时，第1加减运算值M1为负值(减法运算值)。另外，Ki是规定的比例常数。

而且，检测温度Td比合适温度Ts(I)高，处在

Td＞Ts(I)+Te                       (6)

的范围内(图22中的上侧实线之上)时，第1加减运算值M1通过

M1＝Ki×(Td-(Ts(I)+Te))          (7)

来计算。此时，第1加减运算值M1为正值(加法运算值)。如此，第1加减运算值M1除检测温度Td以外，根据发电电流而被确定，通过对其进行累计来估计蓄热量。即，合适温度Ts(I)根据发电电流(电力)而设定为不同，根据基于该合适温度Ts(I)而确定的(Ts(I)+Te)的值以及(Ts(I)-Te)的值，第1加减运算值M1被确定为正或负值。

另外，检测温度Td超过(Ts(I)+Te)时，第1加减运算值M1为正值，如后所述，由于进行提高燃料利用率的燃料供给量的变更，因此在本说明书中，将相对于各发电电力的温度(Ts(I)+Te)称为燃料利用率变更温度。而且，通过超过燃料利用率变更温度(Ts(I)+Te)，而转入提高了燃料利用率的高效率控制后，从高效率控制返回不消耗所蓄积的热量的目标温度范围控制的时刻如后所述，是第1加减运算值M1等的累计值N1id降低至0时。因此，检测温度Td低于燃料利用率变更温度(Ts(I)+Te)后，累计值N1id还暂时保持为比0大的值，进行高效率控制。因而，从高效率控制返回目标温度范围控制的目标温度范围控制返回温度为比燃料利用率变更温度低的温度。

下面，在图21的步骤S32中，根据最新的检测温度Td以及1分钟之前所检测出的检测温度Tdb，来计算第2加减运算值M2。首先，在最新的检测温度Td与1分钟之前的检测温度Tdb的差的绝对值小于规定的第2加减运算值阈值温度时，使第2加减运算值M2为0。另外，在本实施方式中，第2加减运算值阈值温度为1℃。

而且，在最新的检测温度Td与1分钟之前的检测温度Tdb的差即变化温度差为规定的第2加减运算值阈值温度以上时，第2加减运算值M2通过

M2＝Kd×(Td-Tdb)                      (8)

来计算。该第2加减运算值M2在检测温度Td处于上升倾向时为正值(加法运算值)，在检测温度Td处于降低倾向时为负值(减法运算值)。另外，Kd是规定的比例常数。因而，在检测温度Td正在上升时，在变化温度差(Td-Tdb)较大的区域中，与变化温度差较小的区域相比，快速估计值即第2加减运算值M2较大地增加。相反，在检测温度正在降低时，在变化温度差(Td-Tdb)的绝对值较大的区域中，与变化温度差的绝对值较小的区域相比，第2加减运算值M2较大地减少。

另外，虽然在本实施方式中，比例常数Kd为一定值，但是作为变形例，也可以在变化温度差为正时和为负时，使用不同的比例常数Kd。例如，也可以在变化温度差为负时，较大地设定比例常数Kd。由此，在检测温度正在降低时，与检测温度正在上升时相比，相对于变化温度差，使快速估计值急剧地发生变化。或者，作为变形例，也可以在变化温度差的绝对值较大的区域中，与较小的区域相比，较大地设定比例常数Kd。由此，在变化温度差的绝对值较大的区域中，与变化温度差的绝对值较小的区域相比，相对于变化温度差的变化，使快速估计值急剧地发生变化。而且，也可以对基于变化温度差的正负来变更比例常数Kd和基于变化温度差的绝对值的大小来变更比例常数Kd进行组合。

接下来，在图21的步骤S33中，在第1累计值N1id上累计步骤S31中计算的第1加减运算值M1以及步骤S32中计算的第2加减运算值M2。在第1累计值N1id中，通过第1加减运算值M1反映蓄积在绝热材料7等中的可利用的蓄热量，通过第2加减运算值M2反映最近的检测温度Td的变化。即，第1累计值N1id可以作为蓄积在绝热材料7等中的可利用的蓄热量的估计值而加以利用。而且，在固体氧化物型燃料电池的运行开始后持续地在每次执行图21的流程图时进行累计，在上次计算的第1累计值N1id上加上或减去第1加减运算值M1及第2加减运算值M2，更新为新的第1累计值N1id。第1累计值N1id被限制为取0～4之间的值，在第1累计值N1id达到4时，值在接下来进行减法运算之前保持于4，第1累计值N1id减少至0时，值在接下来进行加法运算之前保持于0。

另外，在步骤S33中，除第1累计值N1id，还计算第2累计值N2id的值。第2累计值N2id如后所述，在燃料电池模块2发生劣化之前与第1累计值N1id完全同样地进行计算，与第1累计值N1id取同一值。

另外，如上所述，在本实施方式中，通过在第1累计值N1id上累计第1加减运算值M1和第2加减运算值M2的和，来计算累计值。即，通过

N1id＝N1id+M1+M2                         (9)

计算第1累计值N1id。在此，作为变形例，也可以通过累计第1加减运算值M1和第2加减运算值M2的积，来计算累计值。即，在该变形例中，

第1累计值N1id通过

N1id＝N1id+Km×M1×M2                      (10)

来计算。在此，Km是根据规定的条件而变更的可变系数。而且，在该变形例中，在最新的检测温度Td与1分钟之前的检测温度Tdb的差的绝对值小于规定的第2加减运算值阈值温度时，使第2加减运算值M2为1。

而且，在图21的步骤S34中，根据所计算的第1累计值N1id，使用图23及图24的曲线来确定燃料利用率。

图23是表示相对于所计算的第1累计值N1id的燃料利用率Uf的设定值的曲线图。如图23所示，第1累计值N1id为0时，燃料利用率Uf被设定为最小值即最小燃料利用率Ufmin。而且，在第1累计值N1id增加的同时燃料利用率Uf也增加，在第1累计值N1id＝1时成为最大值即最大燃料利用率Ufmax。在此期间，燃料利用率Uf在第1累计值N1id较小的区域中斜率较小，第1累计值N1id越接近1则斜率越大。即，在估计蓄热量较大的区域中，与估计蓄热量较小的区域相比，相对于估计蓄热量的变化，使燃料利用率Uf大幅度地发生变化。换言之，所估计的蓄热量越大，则越以大幅度地提高燃料利用率Uf的方式使燃料供给量减少。而且，在第1累计值N1id大于1时，燃料利用率Uf被固定于最大燃料利用率Ufmax。上述的最小燃料利用率Ufmin及最大燃料利用率Ufmax的具体值根据发电电流，由图24所示的曲线来确定。如此，在估计出在绝热材料7等中蓄积有可利用的热量时，与未蓄积可利用的热量时相比，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以提高燃料利用率。

图24是表示相对于各发电电流，燃料利用率Uf所能取的值的范围的曲线图，对于各发电电流示出燃料利用率Uf的最大值及最小值。如图24所示，相对于各发电电流的最小燃料利用率Ufmin被设定为，与发电电流的增加一起变大。即，设定为发电电力较大时燃料利用率变高，发电电力较小时燃料利用率变低。该最小燃料利用率Ufmin的直线对应于第1实施方式的图9中的基本燃料供给图表，在被设定为该直线上的燃料利用率时，不会利用蓄积在绝热材料7等中的热量，燃料电池模块2可以热量自足。

另一方面，最大燃料利用率Ufmax被设定为相对于各发电电流以折线状变化。在此，相对于各发电电流，燃料利用率Uf所能取的值的范围(最大燃料利用率Ufmax与最小燃料利用率Ufmin的差)在最大的发电电流处最窄，随着发电电流减少而变宽。这是因为在最大的发电电流附近，可热量自足的最小燃料利用率Ufmin较高，即使利用蓄热，提高燃料利用率Uf(减少燃料供给量)的余地也较少。而且，由于随着发电电流减少可热量自足的最小燃料利用率Ufmin变低，因此通过利用蓄热而减少燃料供给量的余地变大，蓄热量较多时，可大幅度地提高燃料利用率Uf。因此，在发电电力较小的区域中，与发电电力较大的区域相比，可在较大范围内变更燃料利用率。

而且，在发电电流非常小的规定的利用率抑制发电量IU以下的区域中，设定为发电电力越小，则燃料利用率Uf所能取的值的范围越窄。这在发电电流较小的区域中，可热量自足的最小燃料利用率Ufmin较低，对其进行改善的余地较大。但是，在发电电流较小的区域中，由于燃料电池模块2内的温度较低，因此在该状态下大幅度地改善燃料利用率Uf，急剧地消耗蓄积在绝热材料7等中的热量时，存在导致燃料电池模块2内过度的温度降低的风险。因此，在发电电流非常小的利用率抑制发电量IU以下的区域中，发电电力越小则越是大幅度地抑制提高燃料利用率Uf的变更量。即，燃料电池模块2的发电量越少，则使燃料供给量减少的变更量越少。由此，在避免急剧的温度降低的风险的同时，可在长时间内利用所蓄积的热量。

在本实施方式中，通过内置在控制部110中的燃料供给量变更部件110a，使燃料供给量减少，以相对于最小燃料利用率Ufmin使燃料利用率Uf变高。该燃料供给量变更部件110a虽然并不变更基本燃料供给图表，但是以变更作为基础的燃料供给量来提高燃料利用率的方式进行作用，因此，是对应于第1实施方式中的燃料图表变更部件的构成。

在图21的步骤S34中，根据发电电流，使用图24的曲线确定最小燃料利用率Ufmin及最大燃料利用率Ufmax的具体值。接下来，将所确定的最小燃料利用率Ufmin及最大燃料利用率Ufmax应用于图23的曲线，根据步骤S33中计算的第1累计值N1id，确定燃料利用率Uf。

接下来，在图21的步骤S35中，根据第2累计值N2id，使用图25及图26的曲线来确定空气利用率。

图25是表示相对于所计算的第2累计值N2id的空气利用率Ua的设定值的曲线图。如图25所示，第2累计值N2id为0至1时，空气利用率Ua被设定为最大值即最大空气利用率Uamax。而且，随着第2累计值N2id超过1而增加，空气利用率Ua降低，在第2累计值N2id＝4时变为最小值即最小空气利用率Uamin。如此，由于因使空气利用率Ua降低而产生的增加部分的空气作为冷却用流体发挥作用，因此图25所示的空气利用率Ua的设定作为强制冷却手段发挥作用。上述的最小空气利用率Uamin及最大空气利用率Uamax的具体值根据发电电流，由图26所示的曲线来确定。

图26是表示相对于各发电电流，空气利用率Ua所能取的值的范围的曲线图，对于各发电电流示出空气利用率Ua的最大值及最小值。如图26所示，相对于各发电电流的最大空气利用率Uamax被设定为，随着发电电流的增加而稍稍变大。另一方面，最小空气利用率Uamin随着发电电流的增加而降低。使空气利用率Ua低于最大空气利用率Uamax(使空气供给量增大)意味着向燃料电池模块2内导入比发电所需的空气多的空气，由此，使燃料电池模块2内的温度降低。因而，在燃料电池模块2内的温度过度上升，需要使温度降低时，使空气利用率Ua降低。在本实施方式中，随着发电电流的增加而使最小空气利用率Uamin逐渐降低(使空气供给量增加)时，在规定的发电电流处，对应于最小空气利用率Uamin的空气供给量会超过发电用空气流量调节单元45的最大空气供给量。因此，在最小空气利用率Uamin由图26中虚线所示的规定的发电电流以上的区域中，有时无法实现由图25的曲线设定的空气利用率Ua。此时，实际供给的空气供给量与所设定的空气利用率Ua无关，固定于发电用空气流量调节单元45的最大空气供给量。与此相伴，在规定的发电电流以上，实际上实现的最小的空气利用率Ua增大。而且，也可以在使用最大空气供给量较大的发电用空气流量调节单元时，实现图26中由虚线所示的部分的最小空气利用率Uamin。另外，将由达到发电用空气流量调节单元45的最大空气供给量所规定的空气利用率Ua记为极限最小空气利用率ULamin。

在图21的步骤S35中，根据发电电流，使用图26的曲线确定最小空气利用率Uamin及最大空气利用率Uamax的具体值。接下来，将所确定的最小空气利用率Uamin及最大空气利用率Uamax应用于图25的曲线，根据步骤S33中计算的第2累计值N2id，确定空气利用率Ua。

接下来，在图21的步骤S36中，根据步骤S35中确定的空气利用率Ua，使用图27确定水蒸气量与碳量的比S/C。

图27是使横轴为空气利用率Ua，使纵轴为所供给的水蒸气量与燃料所包含的碳量的比S/C的曲线图。

首先，在步骤S35中设定的空气利用率Ua未被发电用空气流量调节单元45的最大空气供给量规定的发电电流的区域(图27中的Uamax～ULamin之间)中，水蒸气量与碳量的比S/C的值固定于2.5。另外，水蒸气量与碳量的比S/C＝1意味着如下状态，所供给的燃料中所包含的碳的全部量通过所供给的水(水蒸气)在化学上没有过多或过少地被水蒸气重整。因而，水蒸气量与碳量的比S/C＝2.5意味着如下状态，供给用于对燃料进行水蒸气重整而在化学上所需最小限的水蒸气量的2.5倍的水蒸气(水)。实际上，对于成为S/C＝1的水蒸气量，在重整器20内会发生碳析出，因此，成为S/C＝2.5左右的水蒸气量是用于对燃料进行水蒸气重整的适当量。

接下来，在步骤S35中所设定的空气利用率Ua被发电用空气流量调节单元45的最大空气供给量限制的发电电流的区域中，使用图27的曲线确定水蒸气量与碳量的比S/C。在图27中，横轴为空气利用率Ua，空气利用率Ua越大，越接近最大空气利用率Uamax，则空气供给量越少。另一方面，在使空气利用率Ua降低，而接近最小空气利用率Uamin(图26中的虚线)时，空气供给量达到极限，空气利用率Ua变为极限最小空气利用率ULamin。如图27所示，空气利用率Ua比极限最小空气利用率ULamin大(空气供给量较少)时，设定为水蒸气量与碳量的比S/C＝2.5。而且，在步骤S35中所确定的空气利用率Ua比极限最小空气利用率ULamin小(空气供给量较多)时(图27中的Uamin～ULamin之间)，随着空气利用率Ua的减少，水蒸气量与碳量的比S/C增大，在最小空气利用率Uamin处，设定为S/C＝3.5。即，在步骤S35中所确定的空气利用率Ua由于极限最小空气利用率ULamin而无法实现时(空气利用率Ua被确定在图26的斜线范围内时)，使水蒸气量与碳量的比S/C增大，使供水量增大。由此，使从重整器20流出的重整后的燃料气体的温度降低，使燃料电池模块2内的温度处于降低倾向。如此，在使空气利用率Ua降低而使空气供给量增加后，使供水量增大时，增加部分的水(水蒸气)作为冷却用流体而发挥作用，因此，图27所示的供水量的设定作为强制冷却手段而发挥作用。

在步骤S37中，根据步骤S34、S35及S36中确定的燃料利用率Uf、空气利用率Ua及水蒸气量与碳量的比S/C以及发电电流，确定具体的燃料供给量、空气供给量、供水量。即，通过用全部量使用于发电时的燃料供给量除以所确定的燃料利用率Uf来计算实际的燃料供给量，通过用全部量使用于发电时的空气供给量除以所确定的空气利用率Ua来计算实际的空气供给量。而且，根据所计算的燃料供给量以及步骤S36中确定的水蒸气量与碳量的比S/C，来计算供水量。

接下来，在步骤S38中，控制部110向燃料流量调节单元38、发电用空气流量调节单元45及供水部件即水流量调节单元28发送信号，供给步骤S37中计算的量的燃料、空气及水，结束图21的流程图的1次处理。

下面，说明执行图21的流程图的时间间隔。在本实施方式中，图21的流程图在输出电流较大时，每隔0.5秒执行，随着输出电流降低，每隔其2倍的1秒、4倍的2秒、8倍的4秒执行。由此，在第1及第2加减运算值是一定值时，输出电流越少则单位时间内的第1或第2累计值的变化越平缓。即，输出电流(发电电力)越大，则蓄热量估计部件110b越使蓄热量的估计值相对于时间急剧地发生变化。由此，基于累计值的蓄热量的估计良好地反映了实际的蓄热量。

下面，参照图28，说明燃料电池模块2发生劣化时的燃料供给量、空气供给量及供水量的确定步骤。图28是表示燃料电池模块2的相对于发电电流的发电电压的图。通常由于在燃料电池电堆14中存在内部电阻，因此如图28所示，从燃料电池模块2输出的电流增大时，电压降低。图28所示的点划线表示燃料电池模块2未发生劣化时的发电电流与发电电压的关系。与此相对，由于当燃料电池模块2发生劣化时，燃料电池电堆14的内部电阻增大，因此相对于同一发电电流的发电电压降低。

在本实施方式的固体氧化物型燃料电池中，相对于初期的发电电压，发电电压降低10％以上，发电电压进入图28的实线之下的区域时，通过对应于劣化的处理来确定燃料供给量、空气供给量及供水量。

即，在发电电压位于图28的实线之下的区域内时，在图21的步骤S33中，使第1累计值N1id的累计停止，仅使第2累计值N2id的累计持续。由此，参照用于确定燃料利用率Uf的图23的曲线时所使用的第1累计值N1id的值被固定于一定值。由此，燃料利用率Uf被固定直至发电电压脱离图28的实线之下的区域。如此，燃料电池模块2已劣化后与燃料电池模块2劣化之前相比，使提高燃料利用率Uf的变更变少。另一方面，在参照用于确定空气利用率Ua的图26的曲线时所使用的第2累计值N2id的值按以前那样增减，使空气利用率Ua的增减持续。如此，除对应于估计蓄热量的第1、第2累计值、需求电力以外，根据燃料电池模块2的劣化来变更燃料利用率Uf。

下面，对通过图21的流程图而实现的固体氧化物型燃料电池的作用进行说明。

首先，在步骤S33中所计算的第1累计值N1id的值为0时，步骤S34中所确定的燃料利用率Uf被设定为其发电电流中的最小燃料利用率Ufmin(燃料供给量最大)。由此，即使在第1累计值N1id的值为0，蓄积在绝热材料7等中的热量较少的状态下，燃料电池模块2也被供给可热量自足的足够的燃料。而且，在步骤S33中所计算的第2累计值N2id的值与第1累计值N1id一样为0时，步骤S35中所确定的空气利用率Ua被设定为其发电电流中的最大空气利用率Uamax(空气供给量最小)。因此，通过导入到燃料电池模块2的发电用空气而冷却燃料电池电堆14的作用被最小化，可以使燃料电池电堆14的温度处于上升倾向。

接下来，在检测温度Td比合适温度Ts(I)高且Td＞Ts(I)+Te的状态下运行燃料电池模块2时，第1加减运算值M1的值变为正值，第1累计值N1id的值变为比0大。由此，在图23中，设定了比最小燃料利用率Ufmin高的燃料利用率Uf而使燃料供给量减少，使未使用于发电而残留的剩余燃料的量减少。对应于估计蓄热量的第1累计值N1id的值越大，燃料利用率Uf通过燃料供给量变更部件110a，越是大幅度地提高。通过提高燃料利用率Uf，使燃料供给量比可热量自足的供给量少，执行利用了蓄积在绝热材料7等中的热量的高效率控制。由于使剩余燃料的量减少，利用蓄积在绝热材料7等中的热量，因此燃料供给量变更部件110a使发电持续，并抑制燃料电池模块2内的温度上升。在Td＞Ts(I)+Te的状态下使运行持续时，反复进行正值的第1加减运算值M1的累计，第1累计值N1id的值也增大。第1累计值N1id达到1时，燃料利用率Uf被设定为最大燃料利用率Ufmax(燃料供给量最小)。如此，向燃料电池模块2供给的燃料根据反映了蓄积在绝热材料7等中的热量的检测温度Td过去的履历而被确定。

在第1累计值N1id进一步增大而超过1时，如图23所示，燃料利用率Uf还保持于最大燃料利用率Ufmax(燃料供给量最小)。另一方面，由于取与第1累计值N1id相同的值的第2累计值N2id的值(燃料电池模块2未劣化时)也超过1，因此根据图25，使空气利用率Ua降低(空气供给量增加)。由此，燃料电池模块2内由于所供给的空气增加而处于冷却倾向。

与此相对，在检测温度Td比合适温度Ts(I)低且Td＜Ts(I)-Te的状态下运行燃料电池模块2时，第1加减运算值M1的值变为负值，使第1累计值N1id的值减少。由此，保持(第1累计值N1id＞1)或降低(第1累计值N1id≤1)燃料利用率Uf。而且，增大(第2累计值N2id＞1)或保持(第2累计值N2id≤1)空气利用率Ua。由此，可以使燃料电池模块2内的温度处于上升倾向。

虽然以上是仅关注根据检测温度Td的履历计算的第1加减运算值M1的固体氧化物型燃料电池的作用，但是第1累计值N1id及第2累计值N2id也受第2加减运算值M2影响。燃料电池模块2尤其燃料电池电堆14的热容量非常大，其检测温度Td的变化极为缓慢。因此，一旦检测温度Td进入上升倾向时，很难在短时间内抑制其温度上升，而且，在检测温度Td进入降低倾向时，使其返回上升倾向也需要较长时间。因此，在检测温度Td出现上升或降低的倾向时，需要迅速地对其进行反应而校正第1、第2累计值。

即，最新的检测温度Td比1分钟之前的检测温度Tdb高第2加减运算值阈值温度以上时，第2加减运算值M2为正值，第1、第2累计值增大。由此，可以将检测温度Td进入上升倾向反映于第1、第2累计值。同样，最新的检测温度Td比1分钟之前的检测温度Tdb低第2加减运算值阈值温度以上时，第2加减运算值M2为负值，第1、第2累计值减少。即，根据由发电室温度传感器142检测出的最新的检测温度Td与过去的检测温度Tdb的差即变化温度差来计算快速估计值即第2加减运算值M2。因而，在检测温度Td急剧地降低时，与平缓地降低时相比，可大幅度地抑制提高燃料利用率Uf的变更量，而且，由于在发电电力为利用率抑制发电量IU以下的区域中，最大燃料利用率Ufmax也被设定为降低，因此变更量被更大幅度地抑制。由此，可以将检测温度Td进入降低倾向反映于第1、第2累计值。如此，在本实施方式中，根据基于检测温度Td所确定的第1加减运算值M1的累计值，以及基于新检测出的检测温度Td与过去检测出的检测温度Tdb的差的差分值，来估计蓄热量。即，在本实施方式中，根据基于检测温度Td的履历所计算的基本估计值即第1加减运算值M1的累计值，以及基于在比计算基本估计值的履历短的期间中的检测温度Td的变化率所计算的快速估计值即第2加减运算值M2，由蓄热量估计部件110b估计蓄热量。如此，在本实施方式中，根据基本估计值和快速估计值的和来估计蓄热量。

另外，由于燃料电池模块2的温度变化与检测出检测温度Td和Tdb的间隔即1分钟相比极为缓慢，因此第2加减运算值M2为0的情况较多。因此，第1、第2累计值主要被第1加减运算值M1支配，当出现检测温度Td的上升或降低倾向时，第2加减运算值M2发挥如下作用，校正第1、第2累计值的值。如此，在蓄热量的估计值中，除检测温度的履历以外，由第2加减运算值M2加进了最近的检测温度Td的变化。因此，由于在最近的检测温度Td的变化较大(第2加减运算值阈值温度以上的变化)时，第2加减运算值M2具有值，因此校正了蓄热量的估计值，大幅度地变更了燃料利用率Uf。

下面，参照图29至图32，对发电电力的可变范围的限制进行说明。

如上所述，在本实施方式的固体氧化物型燃料电池中，通过利用蓄积在绝热材料7等中的热量，来提高燃料利用率，同时通过积极地利用蓄热而将燃料电池模块2内的温度控制于合适的温度。另一方面，如通过图19、20所说明的那样，当燃料电池模块2生成的电力按照需求电力频繁地增减时，有时会使燃料电池模块2内的温度过度上升。对于这种过度的温度上升，通过提高燃料利用率，积极地利用蓄积在绝热材料7等中的热量，可抑制该现象。但是，如通过图24所说明的那样，由于在发电的电力较大的区域中，所设定的最小燃料利用率Ufmin是较大的值，因此提高该燃料利用率，并利用蓄热的余地较少。因而，在发电电力较大时，即使提高燃料利用率，并利用蓄热，也很难使过度上升后的燃料电池模块2内的温度有效地降低。因此，在本实施方式中，当发生燃料电池模块2内的过度的温度上升时，将使发电电力跟踪于需求电力的可变范围限制为较低。由此，由于燃料电池模块2变为以较小的发电电力运行，因此利用蓄热的余地变大，可使燃料电池模块2内的温度有效地降低。而且，通过缩窄使发电电力跟踪于需求电力的可变范围，可抑制因发电电力频繁的增减所引起的温度上升。

另外，在上述的本发明第1实施方式的固体氧化物型燃料电池中也发生通过图19、20所说明的因需求电力频繁的增减所引起的燃料电池模块2内的温度上升。因而，参照图29至图32而在以下说明的发电电力可变范围的限制也可以与上述的本发明第1实施方式组合来实施。

图29是在本实施方式中，表示限制燃料电池模块所生成的电力范围的步骤的流程图。图30是表示相对于发电电流和检测温度Td的电流限制的图。图31是表示本实施方式的作用的一个例子的时间图。图32是表示燃料电池模块内的温度与可发出的最大电力的关系的一个例子的曲线图。

首先，如图30的实线所示，在本实施方式的固体氧化物型燃料电池中，设定有相对于各发电电流的燃料电池模块2内的合适温度。该合适的温度对应于图22中的点划线。而且，如图30所示，在温度比合适的温度高的区域中，设定有电流保持区域。该电流保持区域的最低温度根据燃料电池模块2的发电电力而设定为不同，发电电力越大则电流保持区域的最低温度被设定为越高。而且，相对于各发电电力的电流保持区域的最低温度与燃料电池模块2的合适温度的差被设定为，发电电力越低则越大。在燃料电池模块2的运行状态进入该电流保持区域时，禁止增加来自燃料电池模块2的输出电流。而且，在温度比电流保持区域高的区域，设定有电流降低区域。在运行状态进入该电流降低区域时，强制地使来自燃料电池模块2的输出电流降低。在温度比电流降低区域高的区域，设定有空冷区域。在运行状态进入该空冷区域时，发电用空气的供给量被设定为可由发电用空气流量调节单元45供给的最大流量。在温度比空冷区域高的区域，设定有运行停止区域。在运行状态进入该运行停止区域时，使燃料电池模块2的发电停止，防止固体氧化物型燃料电池的故障。

而且，在检测温度Td急剧地上升时，如图30中由点划线所示，使划分电流保持区域的温度降低。而且，此时如图30中由双点划线所示，使划分电流降低区域的温度降低。由此，在检测温度Td急剧地上升时，尽早地实施电流限制，切实地抑制过度的温度上升。

下面，参照图29，说明燃料电池模块生成电流限制的步骤。首先，在图29的步骤S41中，读取检测温度Td。接下来，在步骤S42中，比较步骤S41中读取的检测温度Td和规定时间之前的检测温度Td。步骤S41中读取的检测温度Td与规定时间之前的检测温度Td的差为规定的阈值温度以下时，进入步骤S43。

在步骤S43中，作为判定温度区域的图，选择图30中由实线所示的基本特性。另一方面，在最新的检测温度Td与规定时间之前的检测温度Td的差比规定的阈值温度大时，进入步骤S44，在步骤S44中，作为判定温度区域的图，选择图30中由点划线及双点划线所示的急速升温特性。

接下来，在步骤S45中，判断检测温度Td是否在运行停止区域内。在本实施方式中，检测温度Td为780℃以上时，判断为在运行停止区域内。当判断为检测温度Td在运行停止区域内时，进入步骤S46。在步骤S46中，停止燃料电池模块2的发电，紧急停止固体氧化物型燃料电池系统。

另一方面，在步骤S45中，当判断为检测温度Td不在运行停止区域内时，进入步骤S47。在步骤S47中，判断检测温度Td是否在空冷区域内。在本实施方式中，检测温度Td为750℃以上时，判断为在空冷区域内。当判断为检测温度Td在空冷区域内时，进入步骤S48。

在步骤S48中，发电电流被固定于最小电流即1A，该电流未输出至逆变器54，而是被辅助设备单元4消耗。而且，空气供给量被设定为可由发电用空气流量调节单元45供给的最大流量。而且，供水量也增加，设定为水蒸气量与碳量的比S/C＝4，结束图29的流程图的1次处理。

另一方面，在步骤S47中，当判断为检测温度Td不在空冷区域内时，进入步骤S49。在步骤S49中，判断检测温度Td及发电电流是否处在电流降低区域内，当处在电流降低区域内时，进入步骤S50。

在步骤S50中，强制地使燃料电池模块2的发电电流降低至4A以下。即，使燃料电池模块2的发电电力的上限值降低至比最大额定电力即700W的2分之1高的温度上升抑制电力(400W)。以后，在需求电力减低时，跟踪需求电力而使发电电力(电流)的上限值降低，即使需求电力增加，也不增加而是保持发电电流。由此，结束图29的流程图的1次处理。这种发电电流的限制持续至检测温度Td及发电电流脱离电流降低区域为止。

另一方面，在步骤S49中，当判断为检测温度Td及发电电流不在电流降低区域内时，进入步骤S51。在步骤S51中，判断检测温度Td及发电电流是否处在电流保持区域内，当处在电流保持区域内时，进入步骤S52。

在步骤S52中，禁止发电电流增加，以后，即使需求电力增加，也不增加而是保持发电电流。而且，在需求电力减低时，跟踪需求电力的降低而使发电电流(电力)的上限值降低，即使需求电力增加，也不使发电电流(电力)的上限值上升而是进行保持。这种发电电流的限制持续至检测温度Td及发电电流脱离电流保持区域，从而解除了燃料电池模块2过度的温度上升为止。由此，结束图29的流程图的1次处理。

在本实施方式中，对于各发电电流，当检测温度Td超过电流保持区域的最低温度时，开始限制发电电力，因此，在本说明书中，将相对于各发电电流的电流保持区域的最低温度称为发电电力限制温度(图30)。该发电电力限制温度在本实施方式中，设定为比使提高燃料利用率的变更开始的燃料利用率变更温度(Ts(I)+Te)(图22)高。

另一方面，在步骤S51中，当判断为检测温度Td及发电电流不在电流保持区域内时，进入步骤S53。在步骤S53中，未执行发电电流的限制，而是执行利用了蓄热的控制。

下面，参照图31，说明发电电流限制的一个例子。

图31所示的流程图是从上段依次模式化表示检测温度Td、目标电流、发电电流、燃料供给量、燃料利用率及空气供给量的变化的图。在此，目标电流是指通过需求电力及发电电压求出的电流。

首先，在图31的时刻t20，发电电流为约6A，检测温度Td处于比发电电流约6A时的合适温度略低的状态(对应于图30的t20)。

接下来，由于在时刻t20～t21，需求电力在短时间内反复较大地增减，因此目标电流也大幅度地增加，同时发电电流也为了对其进行跟踪而进行增减。对此，如通过图20所说明的那样，燃料供给量在发电电流降低后也被保持规定时间，同时比发电电流的增加先行增加，因此，相对于发电电流变为过剩，从而产生较多的剩余燃料。由于该剩余燃料使用于加热燃料电池模块2内，因此在时刻t20～t21，检测温度Td处于上升倾向。

而且，在时刻t21，检测温度Td达到发电电流约6A时的电流保持区域的温度(对应于图30的t21、图29的步骤S51→S52)。由此，执行图29的步骤S52，以后禁止发电电流的增加，而保持发电电流。因此，在时刻t21～t22，目标电流增加至约7A，但是发电电流保持于约6A。通过禁止发电电流增加，而使发电电力可变范围的上限值降低，可变范围变窄，因此，伴随发电电力变化的剩余燃料的量变少。如此，持续发电并减少剩余燃料的量的图29的步骤S52作为温度上升抑制手段而发挥作用。而且，判断是否执行作为温度上升抑制手段而发挥作用的步骤S52的步骤S51则作为估计燃料电池模块2内发生过度的温度上升的过度升温估计手段而发挥作用。

而且，由于在时刻t21～t22，检测温度Td上升，因此第1加减运算值M1为正的较大值，第1累计值N1id的值也显著地增加。由此，使燃料供给量减少，以使燃料利用率Uf增加(图23)。由于该燃料利用率Uf的增加也进行如下作用，减少剩余燃料的量，使燃料电池模块2内的温度降低，因此作为温度上升抑制手段而发挥作用。另外，虽然在时刻t21～t22，使燃料利用率Uf增加，积极地消耗蓄积在绝热材料7等中的热量，但是由于燃料电池模块2的热容量非常大，因此检测温度Td继续上升。

接下来，在时刻t22，增加后的燃料利用率Uf达到发电电流约6A时的最大的燃料利用率即最大燃料利用率Ufmax(＝75％)(图23中的N1id＝1、图24)。由于在时刻t22，燃料利用率Uf提高至最大燃料利用率Ufmax，因此在时刻t22～t23，燃料利用率Uf被保持于最大燃料利用率Ufmax。另一方面，由于在时刻t22～t23，检测温度Td依然继续上升，因此第2累计值N2id的值(与第1累计值N1id相同的值)也增加。与此相伴，使空气利用率Ua降低(图25中的N2id＞1)，即，使空气供给量增加。

而且在时刻t23，检测温度Td达到发电电流约6A时的电流降低区域的温度(对应于图29的步骤S49→S50)。由此，执行图29的步骤S50，发电电流从约6A急剧地降低至4A(图30的t23→t23’)，发电电力可变范围的上限值进一步降低，可变范围进一步变窄。因此，燃料利用率Uf从发电电流约6A时的最大燃料利用率Ufmax稍稍降低至发电电流4A时的最大燃料利用率Ufmax(图24、图31)。另外，虽然在时刻t23，燃料利用率Uf降低，但是由于发电电流减少至4A，因此燃料供给量的绝对值及剩余燃料的绝对值降低。由于在使发电电流降低的状态下将燃料利用率Uf保持于最大燃料利用率Ufmax，因此进一步促进了消耗所蓄积的热量。如此，通过减少发电电流，而持续发电并减少剩余燃料量的图29的步骤S50也作为温度上升抑制手段而发挥作用。但是，在时刻t23～t24，检测温度Td依然上升。

接下来，在时刻t24，检测温度Td达到空冷区域的温度(对应于图29的步骤S47→S548、图30的t24)。由此，执行图29的步骤S48，空气供给量增加至发电用空气流量调节单元45的最大空气供给量。而且，发电电流从4A逐渐向1A降低。以后，降低至该温度上升抑制发电量即1A的发电电流保持为一定，直至检测温度Td降低至比电流保持区域低的温度。而且，降低至1A的发电电流未输出至逆变器54，全部量被辅助设备单元4消耗。随着发电电流的降低，燃料利用率Uf从发电电流4A时的最大燃料利用率Ufmax降低至发电电流1A时的最大燃料利用率Ufmax(＝50％)(图24)。

如此，在执行温度上升抑制手段即图29的步骤S50中的使剩余燃料量减少的抑制温度上升后，在需要进一步抑制温度上升时，增加所供给的空气。由于增加至发电所需的供给量以上的增加部分的空气作为流入燃料电池模块2的冷却用流体而发挥作用，因此图29的步骤S48作为强制冷却手段而发挥作用。

另一方面，通过执行使剩余燃料量减少的温度上升抑制手段即步骤S50，在检测温度Td未达到空冷区域的温度而降低时，不执行基于强制冷却手段即步骤S48的冷却。因而，在执行由温度上升抑制手段抑制温度上升后，根据燃料电池模块2内的温度变化，来确定是否执行由强制冷却手段抑制温度上升。

虽然在时刻t24后，检测温度Td继续上升，但是在时刻t25转变为降低(图30的t24→t25)。其后，检测温度Td降低，在时刻t26，降低至电流降低区域的上限温度(图30的t25→t26)。由此，使空气供给量开始降低。

接下来，在时刻t27，降低至电流保持区域的上限温度(图30的t26→t27)。检测温度Td继续进一步降低，在时刻t28，降低至电流保持区域的下限温度(图30的t27→t28)。

在时刻t28，检测温度Td脱离电流保持区域时，发电电流为了跟踪目标电流而开始增加。与此相伴，燃料供给量也增加。而且，燃料利用率Uf取对应于各发电电流的最大燃料利用率Ufmax并增加。

另外，在上述的实施方式中，通过根据燃料电池模块2内的温度，使发电电力可变范围的上限值降低，而抑制了温度上升，但是作为变形例，也可以通过使发电电力的增减频度降低来抑制温度上升。即，在燃料电池模块2内的温度上升时，也可以通过使跟踪需求电力的增加而使发电电力增加的跟踪性降低，来抑制温度上升。使相对于需求电力增加的跟踪性降低时，在需求电力增加时，发电电力更缓慢地增加。因此，需求电力频繁地增减时，要对其进行跟踪的发电电力的增减幅度结果上变小，同时增减的频度也变少，所产生的剩余燃料的量也减少。这种相对于需求电力增加的跟踪性的降低持续至解除了燃料电池模块2内过度的温度上升。

或者，也可以对跟踪需求电力的增加而使发电电力增加的单位时间内的频度施加限制。此时，对发电电力转向增加倾向的规定时间内的次数施加限制，在规定时间内的次数变多时，控制发电电力，不使发电电力跟踪需求电力的增加。

而且，在上述的实施方式中，当检测温度Td达到电流降低区域的温度时，使发电电流的上限值降低至4A，但是作为变形例，也可以使所降低的发电电力的上限值可变。例如，燃料电池模块2内的温度越高，则可以将所降低的发电电力的上限值设定为越低。

下面，参照图32，说明燃料电池模块2内的温度与可发出的最大电力的关系。

如上所述，燃料电池模块2的发电电力(电流)与燃料电池模块2内的合适的温度相关联，为了得到较大的发电电力，需要提高燃料电池模块2内的温度。但是，燃料电池模块2在比相对于发电电力的合适温度高的超过700℃左右的温度区域内，在燃料电池电堆14的特性上，各燃料电池单电池单元16所产生的电位降低。因此，为了得到较大的电力，而从燃料电池电堆14引出较大的电流时，燃料电池电堆14的温度进一步上升且所产生的电位降低，因此，发生即便使电流增大，输出电力也不增加的现象。由此，如图32所示，在燃料电池模块2内的温度较高的区域中，温度上升时，可发出的最大电力反倒降低。在这种温度区域中，要从燃料电池模块2取出最大额定电力时，为了使所取出的电力增大而使电流增加，该电流上升进一步使燃料电池模块2的温度上升，从而使所取出的电力降低。如果持续这种状态，则为了要得到规定的额定电力，会导致燃料电池模块2的温度急速上升的热失控。

在本实施方式中，在燃料电池模块2内的温度比合适温度高的区域中，通过在需求电力增大时也保持发电电流，或使其降低，而将热失控防患于未然。

下面，参照图33，对本实施方式中的检测温度Td的测定进行说明。

图33是表示根据多个温度传感器的检测温度Td来计算第1加减运算值M1的步骤的流程图。

如图3所示，在本实施方式中，在发电室10内具备2个发电室温度传感器142。在此，在本实施方式中，在燃料电池模块2内的宽度方向上排列有20根燃料电池单电池单元16(图2)，在纵深方向上排列有8根燃料电池单电池单元16(图3)。因而，所有160根燃料电池单电池单元16在俯视下配列为长方形状。在本实施方式中，2个发电室温度传感器142中的一个与上述长方形的顶点邻接配置，另一个与上述长方形的长边中点邻接配置。如此，在本实施方式中，2个发电室温度传感器142配置在不同的位置上，以检测燃料电池模块2内不同的温度。

因此，与上述长方形的顶点邻接配置的发电室温度传感器142的检测温度Td主要反映配置在长方形顶点附近的燃料电池单电池单元16的温度，而与上述长方形的长边中点邻接配置的发电室温度传感器142的检测温度Td主要反映配置在长方形的长边中点附近(中间部)的燃料电池单电池单元16的温度。由于配置在长方形顶点附近的燃料电池单电池单元16容易被周围的绝热材料7等夺取热量，因此温度最低，而配置在长方形的长边中点附近的燃料电池单电池单元16与配置在顶点附近的燃料电池单电池单元16相比温度较高。在本实施方式中，有时上述燃料电池单电池单元16的温度差会达到几十度。另外，可以认为配置在上述长方形的对角线的交点附近的燃料电池单电池单元16的温度最高，也能以测定该温度的方式配置发电室温度传感器。

首先，在图33的步骤S61中，分别从2个发电室温度传感器142读取检测温度Td。接下来，在步骤S62中，计算所读取的2个检测温度Td的平均值，判断平均后的温度是否比合适温度Ts(I)(图22)高。当平均后的温度比合适温度Ts(I)高时进入步骤S63，当比合适温度Ts(I)低时进入步骤S64。

在步骤S63中，根据2个检测温度Td中的较高的一个检测温度Td，计算第1加减运算值M1(第1加减运算值M1为正值或0)，结束图33的流程图的一次处理。即，根据2个检测温度Td中的较高的一个检测温度Td，确定所估计的蓄热量的增加量。另一方面，在步骤S64中，根据2个检测温度Td中的较低的一个检测温度Td，计算第1加减运算值M1(第1加减运算值M1为负值或0)，结束图33的流程图的一次处理。即，根据2个检测温度Td中的较低的一个检测温度Td，确定所估计的蓄热量的减少量。如此，在比合适温度Ts(I)高时采用高温侧的检测温度Td，在比其低时采用低温侧的检测温度Td。由此，在过度的温度上升成为问题时，根据温度较高的燃料电池单电池单元16的温度来估计蓄热量。而且，由于在温度降低成为问题时，根据温度较低的燃料电池单电池单元16(通常位于长方形顶点的燃料电池单电池单元)的温度来估计蓄热量，因此即使各燃料电池单电池单元16的温度不同，也能在安全侧估计蓄热量。

另外，虽然在上述的实施方式中，选择检测温度Td的高温侧或低温侧，据此计算累计值，但是作为变形例，也可以针对各检测温度Td分别求出累计值。即，也可以根据多个检测温度各自确定加减运算值，通过按各检测温度累计所确定的加减运算值从而计算多个累计值来估计蓄热量，同时在多个累计值全部增加时选择多个累计值中较大的数值，在多个累计值中的一部分降低时选择多个累计值中较小的数值，将其作为蓄热量的估计值来使用。

而且，虽然在上述的实施方式中，在步骤S63中采用检测温度的高温侧，在步骤S64中采用检测温度的低温侧，但是作为变形例，也可以根据2个检测温度的加权平均值来计算第1加减运算值M1，估计蓄热量。例如，在步骤S63中，根据对在检测温度的高温侧乘以0.7的值和在低温侧乘以0.3的值进行加法运算后的值来计算第1加减运算值M1，在步骤S64中，根据对在检测温度的高温侧乘以0.3的值和在低温侧乘以0.7的值进行加法运算后的值来计算第1加减运算值M1。由此，在检测温度Td较高且使蓄热量的估计值增加(第1加减运算值M1为正或0)的步骤S63中，多个检测温度Td中的最高温度作为权重最大的因素而使用于蓄热量的估计，在使蓄热量的估计值降低(第1加减运算值M1为负或0)的步骤S64中，最低温度作为权重最大的因素而使用于蓄热量的估计。

或者，也可以不对各检测温度Td实施加权，而总是通过对各检测温度Td进行单纯平均后的值来计算第1加减运算值M1。

而且，也可以在位于长方形顶点的燃料电池单电池单元的温度降低至规定的利用抑制单电池单元温度以下时，以抑制燃料利用率Uf增加的方式确定第1加减运算值M1。

下面，参照图34，对本实施方式的变形例的加减运算值的计算进行说明。另外，本变形例的加减运算值的计算既可以与图33的处理并用，或者也可以单独应用。单独应用本变形例时，发电室温度传感器142也可以是1个。

图34是表示在温度检测部件即发电室温度传感器142的基础上，根据又1个温度检测部件即重整器温度传感器148的检测温度，计算第1加减运算值M1的步骤的流程图。

首先，在图34的步骤S71中，从重整器温度传感器148读取检测温度。在本实施方式中，在重整器20的入口侧和出口侧的2个位置上安装有重整器温度传感器148，测定重整器20的入口侧附近的温度和出口附近的温度。通常，重整器20的温度为，较多发生吸热反应即水蒸气重整反应的入口侧的温度较低，而出口侧的温度较高。

接下来，在步骤S72中，比较重整器20的各检测温度和规定的利用抑制重整器温度。首先，在重整器20的2个检测温度中的较低的一个检测温度比低温侧利用抑制重整器温度Tr0低，并且，较高的一个检测温度比高温侧利用抑制重整器温度Tr1低时，进入步骤S73。另一方面，在重整器20的2个检测温度中的较高的一个检测温度比高温侧利用抑制重整器温度Tr1高，并且，较低的一个检测温度比低温侧利用抑制重整器温度Tr0高时，进入步骤S75。而且，在不符合上述任何条件时进入步骤S74。

在步骤S73中，由于重整器20的温度比各利用抑制重整器温度低，因此以燃料利用率Uf降低(燃料供给量增加)的方式修正第1加减运算值M1。即，将从第1加减运算值M1减去根据发电室温度传感器142的检测温度Td所计算的第1加减运算值M1的绝对值的10％部分的值作为第1加减运算值M1而使用于累计。由此，由于蓄热量的估计值即第1累计值N1id减少(抑制增加)，因此燃料利用率Uf处于降低倾向(抑制燃料利用率的增加)，重整器20的温度上升。

另一方面，在步骤S75中，由于重整器20的温度比各利用抑制重整器温度高，因此以燃料利用率Uf变高(燃料供给量减少)的方式修正第1加减运算值M1。即，将在第1加减运算值M1上加上根据发电室温度传感器142的检测温度Td所计算的第1加减运算值M1的绝对值的10％部分的值作为第1加减运算值M1而使用于累计。由此，由于蓄热量的估计值即第1累计值N1id增加(抑制减少)，因此燃料利用率Uf处于上升倾向，重整器20的温度降低。由此，防止因重整器20的温度过度上升所引起的重整器20的损伤。

而且，由于在步骤S74中，重整器20的温度处在合适温度范围内，因此不执行第1加减运算值M1的修正，结束图34的流程图的1次处理。(由于重整器20的2个检测温度相关联，因此通常不会发生如下状态，较低的一个检测温度比低温侧利用抑制重整器温度低，并且较高的一个检测温度比高温侧利用抑制重整器温度高。)

另外，在本变形例中，也可以通过对2个重整器温度传感器148的检测温度进行平均，使平均后的检测温度与1个或2个利用抑制重整器温度进行比较，来修正燃料利用率。而且，也可以根据重整器温度传感器148的检测温度的单位时间内的变化率，在变化率较高时，增大修正燃料利用率的量。

下面，参照图35，对本实施方式的变形例的加减运算值的计算进行说明。另外，本变形例的加减运算值的计算既可以与图33、图34的处理并用，或者也可以单独应用。单独应用本变形例时，发电室温度传感器142也可以是1个。

图35是表示在温度检测部件即发电室温度传感器142的基础上，根据又1个温度检测部件即排气温度传感器140的检测温度，计算第1加减运算值M1的步骤的流程图。

首先，在图35的步骤S81中，从排气温度传感器140读取检测温度。在本实施方式中，排气温度传感器140被配置为，测定在燃烧室18中燃烧并经由排放气体排出管82流出的排放气体的温度。

接下来，在步骤S82中，比较排放气体的检测温度和规定的利用抑制排气温度。首先，在排放气体的检测温度比规定的低温侧利用抑制排气温度Tem0低时，进入步骤S83。另一方面，在排放气体的检测温度比规定的高温侧利用抑制排气温度Tem1高时，进入步骤S85。在排放气体的检测温度比高温侧利用抑制排气温度Tem1低，并且比低温侧利用抑制排气温度Tem0高时，进入步骤S84。

在步骤S83中，由于排放气体的温度比合适温度低，因此以燃料利用率Uf降低(燃料供给量增加)的方式修正第1加减运算值M1。即，将从第1加减运算值M1减去根据发电室温度传感器142的检测温度Td所计算的第1加减运算值M1的绝对值的10％部分的值作为第1加减运算值M1而使用于累计。由此，由于蓄热量的估计值即第1累计值N1id减少(抑制增加)，因此燃料利用率Uf处于降低倾向(抑制燃料利用率Uf的增加)，排放气体的温度上升。

另一方面，在步骤S85中，由于排放气体的温度比合适温度高，因此以燃料利用率Uf变高(燃料供给量减少)的方式修正第1加减运算值M1。即，将在第1加减运算值M1上加上根据发电室温度传感器142的检测温度Td所计算的第1加减运算值M1的绝对值的10％部分的值作为第1加减运算值M1而使用于累计。由此，由于蓄热量的估计值即第1累计值N1id增加(抑制减少)，因此燃料利用率Uf处于上升倾向，排放气体的温度降低。由此，使燃料电池模块2内的温度合适化。

而且，在步骤S84中，由于排放气体的温度处在合适温度范围内，因此不执行第1加减运算值M1的修正，结束图35的流程图的1次处理。

另外，在本变形例中，也可以根据排气温度传感器140的检测温度的单位时间内的变化率，在变化率较高时，增大修正燃料利用率的幅度。

根据本发明第2实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于根据由发电室温度传感器142检测出的检测温度Td来估计蓄热量，因此控制部110在使燃料供给量变化后，即便使输出电力延迟变化(图20)，也能够准确地估计所蓄积的热量。因此，可切实地避免燃料电池模块2的急剧的温度降低的风险，并充分活用蓄积在绝热材料7中的热量。而且，在如本实施方式这样的使燃料供给量变化后，使输出电力延迟变化的类型的燃料电池中，输出电力频繁的增减产生较多的剩余燃料，存在使燃料电池模块2内的温度过度上升(图31)的风险，但是根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，能够准确地掌握如此产生的基于剩余燃料的蓄热。通常，对于剩余燃料所引起的过度的温度上升，向燃料电池模块2内投入冷却介质(空气)来对其进行抑制，但是根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于能够准确地掌握基于剩余燃料的热量，因此可以对其进行有效活用来抑制温度的过度上升。由此，可以减少为了使温度降低而多余地投入的发电用空气，可以使固体氧化物型燃料电池的综合能效提高。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于蓄热量估计部件110b根据检测温度Td的履历(累计值N1id)来估计蓄热量，因此与仅由最近的检测温度Td来估计蓄热量相比，可以准确地估计蓄热量。由此，可以充分活用蓄积在蓄热材料中的热量。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于在所估计的蓄热量较大时大量地活用蓄热，而在蓄热量较少时几乎不活用蓄热(图23)，因此可以更有效地活用蓄热，同时可以切实地避免温度降低的风险。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于在确定燃料利用率时，除蓄热量、需求电力以外，还加进了燃料电池模块2的劣化(图28)等条件，因此可以根据燃料电池模块2的状态来恰当地利用蓄热。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，在由蓄热量估计部件110b估计的估计蓄热量较大的区域(图23、N1id＝0.9～1附近)中，与估计蓄热量较小的区域(N1id＝0～0.1附近)相比，相对于估计蓄热量的变化，燃料利用率大幅度地发生变化。因此，可以在估计蓄热量较大时，利用大量的蓄热从而避免过度的温度上升，同时在估计蓄热量较小时，一点一点利用蓄热从而防止过度冷却。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于蓄热量除检测温度Td的履历以外，加进了最近的检测温度Td的变化(第2加减运算值M2)来进行估计，因此能够根据履历准确地估计蓄热量，同时可灵敏地应对热容量较大而在开始发生变化时无法容易地改变其倾向的燃料电池模块2的温度变化，防止过度的温度上升、温度降低。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，在发电电力较小的区域中，与发电电力较大的区域相比，可在较大范围内变更燃料利用率(图24)。因此，通过在急剧的温度降低的风险较小且改善燃料利用率的余地较大的小发电电力区域(图24的IU附近)内大幅度地利用蓄热，可以有效地提高能效。而且，通过在通常的控制中燃料利用率也较高且改善燃料利用率的余地较少的大发电电力区域(图24的Imax附近)内，几乎不利用蓄热，而能够使用在该期间内蓄积的热量，来改善小发电电力区域中的能效。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于燃料电池模块劣化(图28)后，减少使燃料利用率提高的变更(中止N1id的累计)，因此通过使因劣化而导致发电时的温度上升的燃料电池模块2处于冷却倾向，可防止促进劣化。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于根据加减运算值的累计值(N1id)及差分值(M2)来估计蓄热量，因此可以通过简单的计算而正确地估计蓄热量，同时可以据此恰当地设定燃料利用率。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于除检测温度Td以外，根据发电电力、电流等条件来确定为了估计蓄热量而累计的加减运算值(M1、M2)，因此可以将对蓄热量给予影响的温度以外的因素正确地反映于估计值。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于不只是由检测温度Td，还加进了发电电力(数学式(5)(7)等)来估计蓄热量估计值(N1id)的增加或减少，因此能够更准确地估计蓄热量。

而且，根据本实施方式的固体氧化物型燃料电池，由于发电电力越大则蓄热量的估计值越是急剧地发生变化(发电电力越大，则越在较短的间隔内执行图21的流程图)，因此可以估计更适合于实际状态的蓄热量。

以上，说明了本发明优选的实施方式，但是可以对上述的实施方式施加各种变更。尤其在上述的实施方式中，虽然绝热材料(蓄热材料)的热容量一定，但是作为变形例，可以如下构成燃料电池模块，可变更热容量。此时，预先将具有较大热容量的追加热容量构件配置为，可与燃料电池模块热连结以及分离。在应使热容量较大的状态下，使追加热容量构件与燃料电池模块热连结，在应使热容量较小的状态下，使追加热容量构件热分离。例如，在固体氧化物型燃料电池起动时，通过预先使追加热容量构件分离，而减小热容量，加快燃料电池模块的升温。另一方面，在预想到固体氧化物型燃料电池以大发电电力长时间运行时，燃料电池模块连结追加热容量构件，以能够蓄积更多的剩余热量。

Claims (13)

1.一种固体氧化物型燃料电池，是生成响应于需求电力的可变发电电力的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，具有：

燃料电池模块，通过所供给的燃料进行发电；

燃料供给部件，向该燃料电池模块供给燃料；

发电用氧化剂气体供给部件，向上述燃料电池模块供给发电用氧化剂气体；

燃烧部，使由上述燃料供给部件供给的未利用于发电而残留的剩余燃料燃烧，对上述燃料电池模块内进行加热；

蓄热材料，蓄积上述燃料电池模块中产生的热量；

需求电力检测部件，检测需求电力；

温度检测部件，检测上述燃料电池模块的温度；

及控制部件，根据由该需求电力检测部件检测出的需求电力，控制上述燃料供给部件，在发电电力较大时使实际上发电所使用的燃料相对于燃料供给量的比率即燃料利用率变高，在发电电力较小时使燃料利用率变低，同时在根据需求电力的变化使燃料供给量变化后，使从上述燃料电池模块实际输出的电力延迟变化，

上述控制部件具备蓄热量估计部件，其根据由上述温度检测部件检测出的检测温度，估计蓄积在上述蓄热材料中的蓄热量，当通过该蓄热量估计部件估计出在上述蓄热材料中蓄积有可利用的热量时，与未蓄积可利用的热量时相比，相对于同一发电电力，使燃料供给量减少，以使燃料利用率变高。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述蓄热量估计部件根据上述检测温度的履历，估计蓄积在上述蓄热材料中的蓄热量。

3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，由上述蓄热量估计部件估计的蓄热量越大，则上述控制部件越大幅度地提高燃料利用率。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述控制部件在由上述蓄热量估计部件估计的估计蓄热量较大的区域中，与估计蓄热量较小的区域相比，相对于估计蓄热量的变化大幅度地使燃料利用率变化。

5.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述蓄热量估计部件除上述检测温度的履历以外，加进最近的检测温度的变化来估计蓄热量，上述控制部件在最近的检测温度的变化较大时，与变化较少时相比，大幅度地变更燃料利用率。

6.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述控制部件在发电电力较小的区域中，与发电电力较大的区域相比，可在较大范围内变更燃料利用率。

7.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述控制部件在上述燃料电池模块已劣化后，与上述燃料电池模块劣化之前相比，减少使燃料利用率提高的变更。

8.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，发电电力越大，则上述蓄热量估计部件越使蓄热量估计值急剧地变化。

9.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述蓄热量估计部件根据基于上述检测温度的履历所计算的基本估计值以及基于比计算上述基本估计值的履历短的期间内的上述检测温度的变化率所计算的快速估计值来估计蓄热量。

10.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，具备多个上述温度检测部件，

上述蓄热量估计部件根据由上述多个温度检测部件检测出的多个检测温度的过去的履历，估计蓄积在上述蓄热材料中的蓄热量，

上述控制部件根据由上述蓄热量估计部件估计的蓄热量以及由上述需求电力检测部件检测出的需求电力来确定燃料利用率，所估计的蓄热量越大则相对于同一发电电力使燃料利用率越高，根据该燃料利用率控制上述燃料供给部件。

11.根据权利要求10所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述蓄热量估计部件在为提高燃料利用率而使所估计的蓄热量增加时将上述多个检测温度中较高的温度作为权重最大的因素，在为降低燃料利用率而使所估计的蓄热量降低时将上述多个检测温度中较低的温度作为权重最大的因素，来估计蓄热量。

12.根据权利要求11所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述多个温度检测部件被配置为分别反映重整器的温度以及收装于上述燃料电池模块中的燃料电池电堆的温度，上述控制部件在上述重整器的温度为规定的利用抑制重整器温度以下时，抑制燃料利用率的增加。

13.根据权利要求12所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，上述燃料电池电堆由配列为大致长方形的多个燃料电池单电池单元构成，上述多个温度检测部件中的1个被配置为反映位于上述长方形顶点的燃料电池单电池单元的温度，上述多个温度检测部件中的另1个被配置为反映位于上述长方形2个顶点的中间部的燃料电池单电池单元的温度，上述控制部件在位于上述长方形顶点的燃料电池单电池单元的温度为规定的利用抑制单电池单元温度以下时，抑制燃料利用率的增加。