CN114730895A - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够稳定地进行压差控制并且简化结构的燃料电池系统及其控制方法。燃料电池系统(310)具备：燃料电池(313)；涡轮增压器(411)；废燃料气体管路(343)；废氧化性气体管路(333)；燃烧气体供给管路(328)，向涡轮(423)供给从燃烧器(422)排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路(331)，向空气极(113)供给通过压缩机(421)压缩的氧化性气体(A2)；调整阀(347)，设置于废燃料气体管路(343)；及控制装置(20)，控制调整阀(347)来控制燃料电池(313)中的空气极(113)的压力与燃料极(109)的压力之间的压差，在废氧化性气体管路(333)中未设置将废氧化性气体(A3)排放到系统外的通风系统。

Description

燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。
背景技术
通过使燃料气体与氧化性气体进行化学反应来发电的燃料电池具有优异的发电效率及环境友好性等特性。其中，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下称为“SOFC”)作为电解质使用氧化锆陶瓷等陶瓷，将氢、民用燃气、天然气、石油、甲醇及对含碳原料通过气化设备制造出的气化气等气体等作为燃料气体来供给，并且使它们在约700℃～1000℃的高温气氛下反应而进行发电。(例如，专利文献1、专利文献2、专利文献3及专利文献4)
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-211265号公报
专利文献2：日本特开2016-95940号公报
专利文献3：日本特开2018-32472号公报
专利文献4：日本专利第6591112号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
SOFC通过与内燃机组合而能够提高发电效率，例如与气体涡轮(例如，微型燃气涡轮)组合。SOFC需要适当地维持燃料极与空气极之间的压差状态。然而，当组合了SOFC与微型燃气涡轮的发电系统因某种理由出现跳闸时，微型燃气涡轮的发电机成为无负载，从而有时需要微型燃气涡轮的保护措施。因此，为了应对跳闸的出现，需要设置将从SOFC的空气极排出的废氧化性气体排放到大气(系统外)的排出系统及隔断阀等。然而，隔断阀为高价设备，并且需要使空气极与燃料极之间的压差成为规定值以内的控制。因此，在包含SOFC的系统中，希望维持稳定的运行状态，并且简化结构。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够稳定地进行压差控制并且简化结构的燃料电池系统及其控制方法。
用于解决技术课题的手段
本发明的第1方式为燃料电池系统，其具备：燃料电池，具有空气极及燃料极；涡轮增压器，具有涡轮及压缩机；废燃料气体管路，向燃烧器供给从所述燃料电池排出的废燃料气体；废氧化性气体管路，向所述燃烧器供给从所述燃料电池排出的废氧化性气体；燃烧气体供给管路，向所述涡轮供给从所述燃烧器排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极供给由所述压缩机压缩的氧化性气体；调整阀，设置于所述废燃料气体管路；及控制装置，控制所述调整阀来控制所述燃料电池中的所述空气极的压力与所述燃料极的压力之间的压差，在所述废氧化性气体管路中未设置将废氧化性气体排放到系统外的通风系统。
本发明的第2方式为燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池，具有空气极及燃料极；涡轮增压器，具有涡轮及压缩机；废燃料气体管路，向燃烧器供给从所述燃料电池排出的废燃料气体；废氧化性气体管路，向所述燃烧器供给从所述燃料电池排出的废氧化性气体；燃烧气体供给管路，向所述涡轮供给从所述燃烧器排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极供给由所述压缩机压缩的氧化性气体；及调整阀，设置于所述废燃料气体管路，在所述废氧化性气体管路中未设置将废氧化性气体排放到系统外的通风系统，所述控制方法中，控制所述调整阀来控制所述燃料电池中的所述空气极的压力与所述燃料极的压力之间的压差。
发明效果
根据本发明，发挥能够稳定地进行压差控制并且简化结构的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的电池组的例子的图。
图2是表示本发明的一实施方式所涉及的SOfC模块的例子的图。
图3是表示本发明的一实施方式所涉及的SOFC盒的例子的图。
图4是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料电池系统的概略结构的图。
图5是表示本发明的一实施方式所涉及的催化剂燃烧器的结构例的图。
图6是表示本发明的一实施方式所涉及的控制装置的硬件结构的一例的图。
图7是表示本发明的一实施方式所涉及的压差控制处理的步骤的一例的流程图。
图8是表示本发明的一实施方式所涉及的异常处理的步骤的一例的流程图。
图9是表示本发明的一实施方式所涉及的压差控制处理的步骤的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的燃料电池系统及其控制方法的一实施方式进行说明。
以下，为了便于说明，以纸面为基准使用“上”及“下”的表现进行说明的各构成要件的位置关系表示各铅垂上方侧、铅垂下方侧，铅垂方向并不是严格的铅垂方向，包含误差。在本实施方式中，只要在上下方向及水平方向上获得相同的效果，则纸面上的上下方向并不一定限定于铅垂上下方向，例如可以与垂直于铅垂方向的水平方向对应。
以下，作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的电池组以圆筒形(筒状)为例子进行说明，但无需一定要限定于此，例如也可以是平板形的电池组。基体上形成燃料电池单元，但也可以不是基体而是电极(燃料极109或空气极113)形成为较厚并兼作基体。
首先，参考图1作为本实施方式所涉及的一例对使用基体管的圆筒形电池组进行说明。当不使用基体管时，例如可以较厚地形成燃料极109而兼作基体管，并无限定于基体管的使用。本实施方式中的基体管以使用了圆筒形状的例子来进行说明，但基体管只要是筒状即可，截面并不一定限定于圆形，例如可以是椭圆形状。也可以是垂直压扁了圆筒的周侧面的扁平圆筒(Flat tubular)等的电池组。在此，图1表示本实施方式所涉及的电池组的一方式。作为一例，电池组101具备圆筒形状的基体管103、在基体管103的外周面形成有多个的燃料电池单元105及形成于相邻的燃料电池单元105之间的内互连器107。燃料电池单元105层叠燃料极109、固体电解质膜111及空气极113而形成。电池组101具备经由内互连器107与形成于基体管103的外周面的多个燃料电池单元105中形成于在基体管103的轴向上最边端的一端的燃料电池单元105的空气极113电连接的引线膜115，且具备与形成于最边端的另一端的燃料电池单元105的燃料极109电连接的引线膜115。
基体管103由多孔材料制成，例如以CaO稳定化ZrO2(CSZ)、CSZ与氧化镍(NiO)的混合物(CSZ+NiO)或Y2O3稳定化ZrO2(YSZ)或MgAl2O4等为主成分。该基体管103支承燃料电池单元105、内互连器107及引线膜115，并且经由基体管103的细孔将供给至基体管103的内周面的燃料气体扩散到形成于基体管103外周面的燃料极109。
燃料极109由Ni与氧化锆系电解质材料的复合材料的氧化物构成，例如使用Ni/YSZ。燃料极109的厚度为50μm～250μm，燃料极109可以用浆料进行网版印刷来形成。在该情况下，燃料极109中，燃料极109的成分即Ni对燃料气体具有催化作用。该催化作用使经由基体管103供给的燃料气体例如甲烷(CH4)与水蒸汽的混合气体反应并使其改性为氢(H2)及一氧化碳(CO)。燃料极109在固体电解质膜111的界面附近使通过改性获得的氢(H2)及一氧化碳(CO)和经由固体电解质膜111供给的氧离子(O2-)进行电化学反应而生成水(H2O)及二氧化碳(GO2)。此时，燃料电池单元105通过从氧离子排放的电子进行发电。
作为供给至固体氧化物燃料电池的燃料极109并且能够利用的燃料气体，除了氢(H2)及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃系气体、民用燃气、天然气以外，还可举出对石油、甲醇及煤炭等含碳原料通过气化设备制造出的气化气等。
固体电解质膜111主要使用具备使气体不易通过的气密性及在高温下高氧离子导电性的YSZ。该固体电解质膜111使在空气极113中生成的氧离子(O2-)移动至燃料极109。位于燃料极109的表面上的固体电解质膜111的膜厚为10μm～100μm，固体电解质膜111可以用浆料进行网版印刷来形成。
空气极113例如由LaSrMnO3系氧化物或LaCoO3系氧化物构成，空气极113使用网版印刷或点胶机来涂布浆料。该空气极113在与固体电解质膜111的界面附近解离被供给的空气等氧化性气体中的氧而生成氧离子(O2-)。
空气极113也能够设为双层结构。在该情况下，固体电解质膜111侧的空气极层(空气极中间层)显示出高离子导电性，且由催化活性优异的材料构成。空气极中间层上的空气极层(空气极导电层)可以由以Sr及Ca参杂LaMnO3来表示的钙钛矿型氧化物构成。由此，能够进一步提高发电性能。
氧化性气体为包含约15％～30％的氧的气体，代表性地优选为空气，但除空气以外还能够使用燃烧废气与空气的混合气体、氧与空气的混合气体等。
内互连器107由SrTiO3系等以M1-xLxTiO3(M表示碱土类金属元素，L表示镧系元素)来表示的导电性钙钛矿型氧化物构成，并且用浆料进行网版印刷。内互连器107为致密的膜，以免燃料气体与氧化性气体混合。内互连器107具备在氧化气氛及还原气氛这两种气氛下稳定的耐久性及导电性。该内互连器107在相邻的燃料电池单元105中，电连接一侧的燃料电池单元105的空气极113与另一侧的燃料电池单元105的燃料极109，并且串联连接相邻的燃料电池单元105彼此。
引线膜115需要具备电子传导性及与构成电池组101的其他材料的热膨胀系数接近，因此由Ni/YSZ等Ni与氧化锆系电解质材料的复合材料、SrTiO3系等M1-xLxTiO3(M表示碱土类金属元素，L表示镧系元素)构成。该引线膜115将在通过内互连器107串联连接的多个燃料电池单元105中发电的直流功率导出至电池组101的端部附近。
在大气中对形成有燃料极109、固体电解质膜111及内互连器107的浆料膜的基体管103进行共烧结。烧结温度具体设为1350℃～1450℃。
接着，在大气中烧结在共烧结后的基体管103上形成有空气极113的浆料膜的基体管103。烧结温度具体设为1100℃～1250℃。这里的烧结温度低于形成基体管103～内互连器107之后的共烧结温度。
接着，参考图2及图3对本实施方式所涉及的SOFC模块及SOFC盒进行说明。在此，图2表示本实施方式所涉及的SOFC模块的一方式。图3表示本实施方式所涉及的SOFC盒的一方式的剖视图。
如图2所示，SOFC模块(燃料电池模块)201例如具备多个SOFC盒(燃料电池盒)203及容纳这些多个SOFC盒203的压力容器205。在图2中例示了圆筒形的SOFC的电池组101，但无需一定限于此，例如可以是平板形的电池组。SOFC模块201具备燃料气体供给管207、多个燃料气体供给支管207a、燃料气体排出管209及多个燃料气体排出支管209a。SOFC模块201具备氧化性气体供给管(未图示)、氧化性气体供给支管(未图示)、氧化性气体排出管(未图示)及多个氧化性气体排出支管(未图示)。
燃料气体供给管207设置于压力容器205的外部，且与SOFC模块201的发电量对应地与供给规定气体组成及规定流量的燃料气体的燃料气体供给部连接并且与多个燃料气体供给支管207a连接。该燃料气体供给管207将从上述燃料气体供给部供给的规定流量的燃料气体分别引导至多个燃料气体供给支管207a。燃料气体供给支管207a与燃料气体供给管207连接，并且与多个SOFC盒203连接。该燃料气体供给支管207a将从燃料气体供给管207供给的燃料气体大致以均等的流量来引导至多个SOFC盒203，并且使多个SOFC盒203的发电性能大致均匀。
燃料气体排出支管209a与多个SOFC盒203连接，并且与燃料气体排出管209连接。该燃料气体排出支管209a将从SOFC盒203排出的废燃料气体引导至燃料气体排出管209。燃料气体排出管209与多个燃料气体排出支管209a连接，并且一部分配置于压力容器205的外部。该燃料气体排出管209将大致以均等的流量来从燃料气体排出支管209a导出的废燃料气体引导至压力容器205的外部。
压力容器205在内部压力为0.1MPa～约3MPa且内部的温度为大气温度～约550℃的条件下运用，因此利用具有耐力性及对氧化性气体中所包含的氧等氧化剂的耐腐蚀性的材质。例如优选为SUS304等不锈钢系材料。
在此，在本实施方式中，对集合多个SOFC盒203并容纳于压力容器205的方式进行说明，但并不限定于此，例如，也能够设为SOFC盒203未集合而容纳于压力容器205内的方式。
如图3所示，SOFC盒203具备多个电池组101、发电室215、燃料气体供给集管217、燃料气体排出集管219、氧化性气体(空气)供给集管221及氧化性气体排出集管223。SOFC盒203具备上部管板225a、下部管板225b、上部绝热体227a及下部绝热体227b。在本实施方式中，SOFC盒203以图3所示的方式配置有燃料气体供给集管217、燃料气体排出集管219、氧化性气体供给集管221及氧化性气体排出集管223，由此成为燃料气体及氧化性气体与电池组101的内侧及外侧对置地流动的结构，但并不一定要如此，例如，也可以与电池组101的内侧及外侧平行地流动或氧化性气体向与电池组101的长度方向正交的方向流动。
发电室215为形成于上部绝热体227a与下部绝热体227b之间的区域。该发电室215为配置有电池组101的燃料电池单元105的区域，是使燃料气体与氧化性气体电化学反应而进行发电的区域。该发电室215的电池组101长度方向的中央部附近的温度由温度测量部(温度传感器、热电偶等)监视，在SOFC模块201稳定运行时，成为约700℃～1000℃的高温气氛。
燃料气体供给集管217为被SOFC盒203的上部壳体229a及上部管板225a包围的区域，并且通过设置于上部壳体229a上部的燃料气体供给孔231a与燃料气体供给支管207a连通。多个电池组101通过密封部件237a与上部管板225a接合，燃料气体供给集管217将从燃料气体供给支管207a经由燃料气体供给孔231a供给的燃料气体大致以均匀的流量引导至多个电池组101的基体管103的内部，使多个电池组101的发电性能大致均匀。
燃料气体排出集管219为被SOFC盒203的下部壳体229b及下部管板225b包围的区域，并且通过设置于下部壳体229b的燃料气体排出孔231b与未图示的燃料气体排出支管209a连通。多个电池组101通过密封部件237b与下部管板225b接合，燃料气体排出集管219汇集通过多个电池组101的基体管103的内部而供给至燃料气体排出集管219的废燃料气体并且经由燃料气体排出孔231b将其引导至燃料气体排出支管209a。
与SOFC模块201的发电量对应地将规定气体组成及规定流量的氧化性气体分支到氧化性气体供给支管并且向多个SOFC盒203供给。氧化性气体供给集管221为被SOFC盒203的下部壳体229b、下部管板225b及下部绝热体227b包围的区域，并且通过设置于下部壳体229b的侧面的氧化性气体供给孔233a与未图示的氧化性气体供给支管连通。该氧化性气体供给集管221将从未图示的氧化性气体供给支管经由氧化性气体供给孔233a供给的规定流量的氧化性气体经由后述的氧化性气体供给间隙235a引导至发电室215。
氧化性气体排出集管223为被SOFC盒203的上部壳体229a、上部管板225a及上部绝热体227a包围的区域，并且通过设置于上部壳体229a的侧面的氧化性气体排出孔233b与未图示的氧化性气体排出支管连通。该氧化性气体排出集管223将从发电室215经由后述的氧化性气体排出间隙235b供给至氧化性气体排出集管223的废氧化性气体经由氧化性气体排出孔233b引导至未图示的氧化性气体排出支管。
上部管板225a在上部壳体229a的顶板与上部绝热体227a之间，以使上部管板225a、上部壳体229a的顶板及上部绝热体227a大致成为平行的方式固定于上部壳体229a的侧板。并且，上部管板225a具有与设置于SOFC盒203的电池组101的根数对应的多个孔，在该孔中分别插入有电池组101。该上部管板225a经由密封部件237a及粘合部件中的任一者或两者气密地支承多个电池组101的一侧端部，并且隔离燃料气体供给集管217与氧化性气体排出集管223。
上部绝热体227a在上部壳体229a的下端部配置成上部绝热体227a、上部壳体229a的顶板及上部管板225a大致成为平行，且固定于上部壳体229a的侧板。在上部绝热体227a中与设置于SOFC盒203的电池组101的根数对应地设置有多个孔。该孔的直径设定为大于电池组101的外径。上部绝热体227a具备形成于该孔的内表面与插穿于上部绝热体227a的电池组101的外表面之间的氧化性气体排出间隙235b。
该上部绝热体227a分隔发电室215与氧化性气体排出集管223，并且抑制因上部管板225a周围的气氛高温化而强度降低及由氧化性气体中所包含的氧化剂引起的腐蚀的增加。上部管板225a等由因科镍合金等具有高温耐久性的金属材料制成，但防止因上部管板225a等暴露于发电室215内的高温而上部管板225a等内的温度差变大从而热变形。上部绝热体227a使通过发电室215而暴露于高温的废氧化性气体通过氧化性气体排出间隙235b而将其引导至氧化性气体排出集管223。
根据本实施方式，通过上述SOFC盒203的结构，燃料气体及氧化性气体与电池组101的内侧及外侧对置地流动。由此，废氧化性气体与通过基体管103的内部而供给至发电室215的燃料气体之间进行热交换，由金属材料制成的上部管板225a等冷却至不会压曲等变形的温度并供给至氧化性气体排出集管223。燃料气体通过与从发电室215排出的废氧化性气体的热交换而得到升温并供给至发电室215。其结果，能够将不使用加热器等而预热升温至适合发电的温度的燃料气体供给至发电室215。
下部管板225b在下部壳体229b的底板与下部绝热体227b之间，以使下部管板225b、下部壳体229b的底板及下部绝热体227b大致成为平行的方式固定于下部壳体229b的侧板。并且，下部管板225b具有与设置于SOFC盒203的电池组101的根数对应的多个孔，在该孔中分别插入有电池组101。该下部管板225b经由密封部件237b及粘合部件中的任一者或两者气密地支承多个电池组101的另一侧端部，并且隔离燃料气体排出集管219与氧化性气体供给集管221。
下部绝热体227b在下部壳体229b的上端部配置成下部绝热体227b、下部壳体229b的底板及下部管板225b大致成为平行，并且固定于下部壳体229b的侧板。在下部绝热体227b中与设置于SOFC盒203的电池组101的根数对应地设置有多个孔。该孔的直径设定为大于电池组101的外径。下部绝热体227b具备形成于该孔的内表面与插穿于下部绝热体227b的电池组101的外表面之间的氧化性气体供给间隙235a。
该下部绝热体227b分隔发电室215与氧化性气体供给集管221，并且抑制因下部管板225b周围的气氛高温化而强度降低及由氧化性气体中所包含的氧化剂引起的腐蚀的增加。下部管板225b等由因科镍合金等具有高温耐久性的金属材料制成，并且防止因下部管板225b等暴露于高温而下部管板225b等内的温度差变大从而热变形。下部绝热体227b使供给至氧化性气体供给集管221的氧化性气体通过氧化性气体供给间隙235a并将其引导至发电室215。
根据本实施方式，通过上述SOFC盒203的结构，燃料气体及氧化性气体与电池组101的内侧及外侧对置地流动。由此，通过基体管103的内部而通过了发电室215的废燃料气体与供给至发电室215的氧化性气体之间进行热交换，并且冷却至由金属材料制成的下部管板225b等不会压曲等变形的温度并供给至燃料气体排出集管219。氧化性气体通过与废燃料气体的热交换得到升温，并供给至发电室215。其结果，能够将不使用加热器等而升温至发电所需的温度的氧化性气体供给至发电室215。
在发电室215中发电的直流功率通过设置于多个燃料电池单元105的由Ni/YSZ等制成的引线膜115导出至电池组101的端部附近之后，经由集电板(未图示)集电于SOFC盒203的集电棒(未图示)，并输出至各SOFC盒203的外部。通过所述集电棒导出至SOFC盒203的外部的直流功率以规定的串联数及并联数互相连接各SOFC盒203的发电功率并向SOFC模块201的外部导出，并且通过未图示的功率调节器等功率转换装置(逆变器等)转换为规定的交流功率而供给至电力供给目的地(例如，负载设备、电力系统)。
对本发明的一实施方式所涉及的燃料电池系统310的概略结构进行说明。
图4是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料电池系统310的概略结构的概略结构图。如图4所示，燃料电池系统310具备涡轮增压器411及SOFC313。SOFC313组合一个或多个未图示的SOFC模块而构成，以后简记为“SOFC”。该燃料电池系统310通过SOFC313进行发电。而且，燃料电池系统310通过控制装置20进行控制。
涡轮增压器411具备压缩机421及涡轮423，压缩机421与涡轮423通过旋转轴424连结成能够一体地旋转。通过后述的涡轮423旋转，压缩机421进行旋转驱动。本实施方式为空气用作氧化性气体的例子，压缩机421压缩从空气输入管路325输入的空气A。
对构成涡轮增压器411的压缩机421输入空气A并进行压缩，将被压缩的空气A作为氧化性气体A2供给至SOFC的空气极113。在化学反应(用于在SOFC中发电)中使用之后的废氧化性气体A3经由废氧化性气体管路333输送至催化剂燃烧器(燃烧器)422，在化学反应(用于在SOFC中发电)中使用之后的废燃料气体L3由再循环鼓风机348升压，一部分经由燃料气体再循环管路349进行再循环而供给至燃料气体管路341，但另一部分经由废燃料气体管路343输送至催化剂燃烧器422。
如此，对催化剂燃烧器422供给废氧化性气体A3及废燃料气体L3的一部分而在催化剂燃烧部461中使用燃烧催化剂即便是在较低温下也使其稳定地燃烧(参考后述)，以生成燃烧气体G。此时，如图5所示，在催化剂燃烧器422中设置有均压部(以下，称为“均压空间”)462。均压空间462为通过通用空间对废氧化性气体A3与废燃料气体进行均压化的区域，也是混合该气体的区域。即，在均压空间462中，向催化剂燃烧器422供给的废氧化性气体A3与废燃料气体的压力变得相同而被均压化。换言之，废氧化性气体管路333及废燃料气体管路343的出口压力被均压化。只要能够实现压力的均压化，则并不限定于均压空间462与催化剂燃烧器422相邻设置的情况。
催化剂燃烧器422将废燃料气体L3、废氧化性气体A3及根据需要混合燃料气体L1而在催化剂燃烧部461中进行燃烧，以生成燃烧气体G。催化剂燃烧部461中例如填充有以铂或钯为主成分的燃烧催化剂，并且在较低温度下且低氧浓度下能够进行稳定燃烧。废燃料气体L3、废氧化性气体A3及根据需要燃料气体L1在均压空间462中混合。燃烧气体G通过燃烧气体供给管路328供给至涡轮423。涡轮423通过燃烧气体G绝热膨胀而旋转驱动，燃烧气体G从燃烧废气管路329被排出。
通过控制阀352控制流量而将燃料气体L1供给至催化剂燃烧器422。燃料气体L1为可燃气体，例如可使用气化了液化天然气(LNG)的气体或天然气、民用燃气、氢(H2)及一氧化碳(C0)、甲烷(CH4)等烃气以及碳质原料(石油或煤炭等)的通过气化设备制造出的气体等。燃料气体表示发热量预先大致调整为恒定的燃料气体。
在催化剂燃烧器422中通过燃烧成为高温的燃烧气体G通过燃烧气体供给管路328输送至构成涡轮增压器411的涡轮423，并且旋转驱动涡轮423而产生旋转动力。通过该旋转动力来驱动压缩机421，由此压缩从空气输入管路325输入的空气A而产生压缩空气。通过涡轮增压器411能够产生压缩氧化性气体(空气)而送风的旋转设备的动力，因此能够减少所需动力而提高发电系统的发电效率。
热交换器(再生热交换器)430在从涡轮423排出的废气与从压缩机421供给的氧化性气体A2之间进行热交换。废气通过与氧化性气体A2的热交换被冷却之后，例如经由废热回收装置442通过烟囱(未图示)排放到外部。
SOFC313如下进行发电，即，作为还原剂被供给燃料气体L1，作为氧化剂被供给氧化性气体A2，并且使它们在规定的工作温度下进行反应。
SOFC313由未图示的SOFC模块构成，且容纳有设置于SOFC模块的压力容器内的多个电池组的集合体，在未图示的电池组中具备燃料极109、空气极113及固体电解质膜111。
SOFC313通过对空气极113供给氧化性气体A2并且对燃料极109供给燃料气体L1来进行发电，并通过未图示的功率调节器等功率转换装置(逆变器等)转换为规定的功率而供给至电力需要目的地。
在SOFC313中连接有向空气极113供给通过压缩机421压缩的氧化性气体A2的氧化性气体供给管路331。氧化性气体A2通过氧化性气体供给管路331供给至空气极113的未图示的氧化性气体导入部。在该氧化性气体供给管路331中设置有用于调整所供给的氧化性气体A2的流量的控制阀335。在热交换器430中，氧化性气体A2与从燃烧废气管路329排出的燃烧气体之间进行热交换而得到升温。而且，在氧化性气体供给管路331中设置有绕过热交换器430的传热部分的热交换器旁通管路332。在热交换器旁通管路332中设置有控制阀336，并且能够调整氧化性气体的旁通流量。通过控制控制阀335及控制阀336的开度，调整通过热交换器430的氧化性气体与绕过热交换器430的氧化性气体的流量比例，从而供给至SOFC313的氧化性气体A2的温度得到调整。供给至SOFC313的氧化性气体A2的温度维持使SOFC313的燃料气体与氧化性气体电化学反应而进行发电的温度，并且控制温度的上限，以免对构成SOFC313的未图示的SOFC模块内部的各构成设备的材料造成损伤。
在SOFC313中连接有经由催化剂燃烧器422向涡轮423供给在空气极113中使用后排出的废氧化性气体A3的废氧化性气体管路333。废氧化性气体管路333设置有排空气冷却器351。具体而言，在废氧化性气体管路333中，在比后述的节流装置441更靠上游侧的位置设置有排空气冷却器351，并且通过与在氧化性气体供给管路331中流动的氧化性气体A2的热交换来冷却废氧化性气体A3。
在废氧化性气体管路333中设置有压损部。在本实施方式中，作为压损部，设置有节流装置441。节流装置441对在废氧化性气体管路333中流通的废氧化性气体A3附加压损。作为压损部，并不限于节流装置441，例如可以设置文氏管等节流部，只要是能够对废氧化性气体A3附加压力损失的机构便可使用。作为压损部，例如也可以设置追加燃烧器。通过追加燃烧器使废氧化性气体产生压力损失，并且在需要超过催化剂燃烧器422中的燃烧容量的燃烧时，能够燃烧追加燃料量，因此能够对废氧化性气体供给充分的热量。在燃料电池系统310中，通过设置于废燃料气体管路343的调整阀347控制成空气极113侧与燃料极109侧的压力差成为规定的范围内，因此通过对与废燃料气体管路343合流的废氧化性气体管路333附加压力损失，能够确保稳定地控制设置于废燃料气体管路343的调整阀347所需的动作压差。
对废氧化性气体管路333未设置将废氧化性气体A3排放到大气(系统外)的通风系统及通风阀。例如，在组合SOFC和燃烧从空气极113排出的废氧化性气体A3及从燃料极109排出的废燃料气体L3的燃气涡轮(例如微型燃气涡轮)的发电系统的情况下，在启动时或停止时等，有时根据微型燃气涡轮状态的变化而向空气极113供给的氧化性气体的压力状态发生变化，而且存在因压力的急剧变动而燃料极109与空气极113的压差控制失败的可能性，并且，当因某种理由出现了跳闸时，微型燃气涡轮的发电机成为无负载，从而有时需要微型燃气涡轮的保护措施。因此，需要将废氧化性气体A3排放到大气等系统外的通风系统及通风阀，但在本实施方式中，使用涡轮增压器411，并且因没有与旋转轴连通的发电机而不承受负载，因此不会出现在跳闸时因负载消失而变得过度旋转且压力急剧上升的情况，并且能够通过调整阀347稳定地控制压差状态，因此能够省略将废氧化性气体A3排放到大气的机构(通风系统及通风阀)。
在SOFC313中还连接有将燃料气体L1供给至燃料极109的未图示的燃料气体导入部的燃料气体管路341及经由催化剂燃烧器422向涡轮423供给在燃料极109中使用于反应后排出的废燃料气体L3的废燃料气体管路343。在燃料气体管路341中设置有用于调整供给至燃料极109的燃料气体L1的流量的控制阀342。
如图4所示，燃料电池系统310具备测量燃料极109与空气极113之间的压差的压差计370。通过压差计370测量到的燃料极109与空气极113之间的压差值的信息输出至控制装置20。可以在空气极113及燃料极109各自的系统中设置压力计，并且分别获取空气极113的压力及燃料极109的压力并计算压差。图4的压力测量位置为示意地示出的位置，各压力的测量位置并不限定于图4的位置。
在废燃料气体管路343中设置有再循环鼓风机348。在废燃料气体管路343中设置有用于调整供给至催化剂燃烧器422的废燃料气体L3的一部分流量的调整阀347。换言之，调整阀347调整废燃料气体L3的压力状态。因此，如后述，通过由控制装置20控制调整阀347，能够调整燃料极109与空气极113的压差。
在废燃料气体管路343中，在再循环鼓风机348的下游侧连接有将废燃料气体L3排放到大气(系统外)的废燃料气体排放管路350。而且，在废燃料气体排放管路350中设置有隔断阀(燃料通风阀)346。即，通过将隔断阀346设为打开，能够从废燃料气体排放管路350排放废燃料气体管路343的废燃料气体L3的一部分。通过将废燃料气体L3排出到系统外，能够迅速调整变过度的压力。在废燃料气体管路343中，用于使废燃料气体L3再次向SOFC313的燃料极109的燃料气体导入部循环的燃料气体再循环管路349与燃料气体管路341连接。
而且，在燃料气体再循环管路349中设置有对燃料极109供给用于对燃料气体L1进行改性的纯水的纯水供给管路361。在纯水供给管路361中设置有泵362。通过控制泵362的喷出流量，调整供给至燃料极109的纯水量。在发电中，在燃料极中生成水蒸汽，因此在废燃料气体管路343的废燃料气体L3中包含水蒸汽，因此通过在燃料气体再循环管路349中再循环水蒸汽并进行供给，能够减少或隔断通过纯水供给管路361供给的纯水流量。
接着，对排放从压缩机421喷出的氧化性气体的结构进行说明。具体而言，在压缩机421的下游侧的氧化性气体供给管路331中设置有氧化性气体能够以绕过热交换器430而排放的方式流通的氧化性气体吹气管路444。氧化性气体吹气管路444的一端与氧化性气体供给管路331的热交换器430的上游侧连接，另一端与成为涡轮423的尾流侧的燃烧废气管路329的热交换器430的下游侧连接。而且，在氧化性气体吹气管路444中设置有排放阀(抽气吹气阀)445。即，通过将排放阀445设为关闭，从压缩机421喷出的氧化性气体的一部分经由氧化性气体吹气管路444并通过烟囱(未图示)排放到系统外部的大气等。
接着，对燃料电池系统310的启动中所使用的结构进行说明。在氧化性气体供给管路331中，在与氧化性气体吹气管路444的连接点的下游侧设置有控制阀451，在控制阀451的下游侧(热交换器430的上游侧)连接有具有供给启动用空气的鼓风机(送风机)452及控制阀453的启动用空气供给管路454。当进行燃料电池系统310的启动时，通过鼓风机452向氧化性气体供给管路331供给启动用空气，并且通过控制阀451及控制阀453与来自压缩机421的氧化性气体进行切换。在氧化性气体供给管路331中，在热交换器430的下游侧(控制阀335的上游侧)连接有启动用空气加热管路455，启动用空气加热管路455经由控制阀456与排空气冷却器351的下游侧的废氧化性气体管路333连接，并且经由控制阀457与氧化性气体供给管路331(空气极113的入口侧)连接。在启动用空气加热管路455中设置有启动用加热器458，经由控制阀459供给燃料气体L1，并且对在启动用空气加热管路455中流通的氧化性气体进行加热。
控制阀457调整向启动用加热器458供给的氧化性气体的流量，并控制向SOFC313供给的氧化性气体的温度。
燃料气体L1经由控制阀460也供给至空气极113。控制阀460例如在启动SOFC313时从启动用空气加热管路455中的控制阀457的下游侧向空气极113供给燃料气体L1，并且控制通过催化剂燃烧而发电室温度升温时向空气极113供给的燃料气体L1的流量。
控制装置20进行燃料电池系统310中的控制。尤其进行对SOFC的压差控制。
图6是表示本实施方式所涉及的控制装置20的硬件结构的一例的图。
如图6所示，控制装置20为计算机系统(computer system)，例如具备CPU11、用于存储由CPU11执行的程序等的ROM(Read Only Memory：只读存储器)12、作为执行各程序时的工作区域发挥作用的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)13、作为大容量存储装置的硬盘驱动器(HDD)14及用于与网络等连接的通信部15。作为大容量存储装置，可以使用固态硬盘(SSD)。这些各部经由总线18连接。
控制装置20可以具备由键盘、鼠标等构成的输入部及由显示数据的液晶显示装置等构成的显示部等。
用于存储由CPU11执行的程序等的存储介质并不限于ROM12。例如，可以是磁盘、光磁盘、半导体存储器等其他辅助存储装置。
用于实现后述的各种功能的一系列处理的过程以程序的形式记录于硬盘驱动器14等，由CPU11将该程序读出到RAM13等而执行信息的加工·运算处理，由此实现后述的各种功能。程序可以适用预先安装于ROM12或其他存储介质的方式、以存储于计算机可读取的存储介质的状态提供的方式及经由有线或无线的通信机构来传送的方式等。计算机可读取的存储介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM及半导体存储器等。
控制装置20控制调整阀347来控制燃料电池中的空气极113的压力与燃料极109的压力之间的压差。在燃料电池中，优选如下压差状态，即，在常规运行时燃料极109的压力相比于空气极113的压力仅大于规定压差(例如，0.1kPa以上且1kPa以下)。因此，在控制装置20中，通过调整阀347控制燃料极109侧的压力，并调整空气极113的压力与燃料极109的压力之间的压差。空气极113的压力为在空气极系统中流通的氧化性气体或废氧化性气体A3的压力，例如为SOFC模块201内的氧化性气体的压力。
燃料极109的压力为在燃料极系统中流通的燃料气体L1或废燃料气体L3的压力，例如为SOFC模块201内的燃料气体L1的压力。
在本实施方式中，废燃料气体管路343及废氧化性气体管路333与催化剂燃烧器422的均压空间462连接。即，包含从废燃料气体管路343排出的燃料成分的气体及包含从废氧化性气体管路333排出的氧化性气体成分的气体与均压空间462这一通用空间连接而被均压化，并且该气体彼此混合。即，废燃料气体管路343及废氧化性气体管路333的出口侧(均压空间462侧)的压力状态被均压化。此外，在废氧化性气体管路333中设置有节流装置441，因此在废氧化性气体管路333中，附加与在内部流通的废氧化性气体A3的流量相对应的恒定压力损失。因此，以均压空间462的压力为基准，附加节流装置441的压力损失，还附加废氧化性气体管路333等的至空气极113出口为止的配管的压力损失等，从而确定空气极113侧的压力状态。另一方面，燃料极109在废燃料气体管路343中经由调整阀347与均压空间462连接。因此，以均压空间462的压力为基准，附加调整阀347伴随开度调整的压力损失，还附加废燃料气体管路343等的至燃料极109出口为止的配管的压力损失等，从而确定燃料极109侧的压力状态。即，通过进行调整阀347伴随开度调整的压力损失的调整，能够调整燃料极109侧的压力。如此，通过使用均压空间462及节流装置441，以均压空间462中的压力为基准，对废氧化性气体附加节流装置441的压力损失，由此获得能够有效且稳定地控制由设置于废燃料气体管路343的调整阀347进行的压力调整所需的充分的压力差。
在本实施方式中，对使用调整阀347、均压空间462及节流装置441并通过调整阀347能够有效地进行压差控制的情况进行说明，但也能够通过均压空间462及节流装置441中的任一个以及调整阀347来控制压差。若不设置节流装置(压损部)441便能够确保通过废燃料气体管路343的调整阀347进行的用于压力调整的动作压差，则也能够仅设置调整阀347来控制压差。
控制装置20获取空气极113侧的压力及燃料极109侧的压力。然后，将空气极113的压力与燃料极109的压力之差设为压差，以使压差成为规定压差的方式进行调整阀347的开度控制。可以分别获取空气极113的压力及燃料极109的压力，也可以使用压差计370来获取压差。在本实施方式中，压差设为从燃料极109的压力减去空气极113的压力的值。即，设为当燃料极109侧的压力较高时，压差成为正值，当空气极113侧的压力较高时，压差成为负值。例如，当燃料极109的压力相对于空气极113的压力高于规定压差时，以使燃料极109的压力下降的方式向打开调整阀347的开度的方向进行控制。
如此，通过控制调整阀347，有效地调整压差状态。
当在压差状态中出现异常时，控制装置20进行异常应对控制。异常状态是指，燃料极109侧相对于空气极113成为规定值以上的情况。规定值以燃料极109侧高于空气极113侧时假定为异常状态的下限值来设定。在本实施方式中，例如规定值设定在压差1kPa以上且50kPa以下的范围内。
具体而言，当燃料极109的压力相对于空气极113的压力成为规定值以上时，控制装置20打开设置于废燃料气体排放管路350的隔断阀346。由此，能够将从燃料极109排出的废燃料气体的一部分排放到大气而迅速地降低燃料极109侧的压力。因此，能够对压差状态持续异常状态的情况进行抑制，从而恢复到稳定状态。
作为异常状态，也可以设为空气极113侧相对于燃料极109成为规定值以上的情况。在这种情况下，规定值以空气极113侧高于燃料极109时假定为异常状态的下限值来设定。在本实施方式中，例如规定值设定在压差-50kPa以上且-1kPa以下的范围内。
具体而言，当空气极113的压力相对于燃料极109的压力成为规定值以上时，控制装置20打开设置于氧化性气体吹气管路444的排放阀445。由此，能够减少供给至空气极113的氧化性气体量，并且迅速地降低空气极113的压力。因此，能够对压差状态持续异常状态的情况进行抑制，从而恢复到稳定状态。
接着，参考图7对由上述控制装置20进行的压差控制处理的一例进行说明。图7是表示本实施方式所涉及的压差控制处理的步骤的一例的流程图。图7所示的流程例如以规定的控制周期来重复执行。
首先，获取空气极113的压力及燃料极109的压力来确认压差。或者，也可以获取燃料极109与空气极113的压差(S101)。
接着，判定压差是否为规定压差(S102)。在S102中，可以将目标压差以规定压差范围(包含规定压差)来设定，并判定压差是否在规定压差范围内。
当压差为规定压差时(S102的“是”判定)，结束处理。
当压差不是规定压差时(S102的“否”判定)，控制调整阀347的开度来执行压差调整控制(S103)。
如此，燃料极109与空气极113之间的压差状态维持为适当的值。
接着，参考图8对由上述控制装置20进行的异常处理的一例进行说明。图8是表示本实施方式所涉及的异常处理的步骤的一例的流程图。图8所示的流程例如以规定的控制周期来重复执行。
首先，获取空气极113的压力及燃料极109的压力(S201)。或者，电可以获取燃料极109与空气极113的压差。
判定燃料极109侧相对于空气极113是否为规定值以上(S202)。
当燃料极109侧相对于空气极113不是规定值以上时(S202的“否”判定)，结束处理。
当燃料极109侧相对于空气极113为规定值以上时(S202的“是”判定)，打开设置于废燃料气体排放管路350的隔断阀(燃料通风阀)346(S203)。如此，进行燃料气体的迅速的大气排放控制。
当燃料极109侧相对于空气极113小于规定值时，关闭隔断阀(燃料通风阀)346(S204)。
接着，参考图9对由上述控制装置20进行的异常处理的一例进行说明。图9是表示本实施方式所涉及的异常处理的步骤的一例的流程图。图9所示的流程例如以规定的控制周期来重复执行。
首先，获取空气极113的压力及燃料极109的压力(S301)。或者，也可以获取燃料极109与空气极113的压差。
判定空气极113侧相对于燃料极109是否为规定值以上(S302)。
当空气极113侧相对于燃料极109不是规定值以上时(S302的“否”判定)，结束处理。
当空气极113侧相对于燃料极109为规定值以上时(S302的“是”判定)，打开设置于氧化性气体吹气管路444的排放阀(抽气吹气阀)445(S303)。如此，进行氧化性气体的迅速的大气排放控制。
当空气极113侧相对于燃料极109小于规定值时，关闭排放阀(抽气吹气阀)445(S304)。
如以上进行的说明，根据本实施方式所涉及的燃料电池系统及其控制方法，当向涡轮增压器411供给从燃料电池排出的废燃料气体及从燃料电池排出的氧化性气体时，控制设置于废燃料气体管路343的调整阀347来控制燃料电池中的空气极113的压力与燃料极109的压力之间的压差，由此能够适当地调整燃料电池中的空气极113与燃料极109的压力差。
当适用于在燃料电池中组合有气体涡轮(例如，微型燃气涡轮)的发电系统时，在启动时或停止时等根据微型燃气涡轮的状态的变化而向空气极113供给的氧化性气体的压力状态发生变化，进而存在因压力的急剧变动而燃料极109与空气极113的压差控制失败的可能性，因此当因某种理由而出现跳闸时，微型燃气涡轮的发电机成为无负载，从而需要微型燃气涡轮的保护措施。因此，需要对废氧化性气体管路333设置将氧化性气体排放到大气(系统外)的通风系统及通风阀，但通过对燃料电池适用涡轮增压器411，并通过调整阀347调整压差，无需设置将氧化性气体排放到大气的通风系统及通风阀。因此，能够实现结构的简化及成本抑制。
通过设置与废燃料气体管路343及废氧化性气体管路333连接且混合废燃料气体与氧化性气体而进行均压化的均压空间462，能够容易使废燃料气体管路343的出口与废氧化性气体管路333的出口的压力状态相等。因此，能够通过调整阀347有效地控制燃料极109与空气极113的压力差。
在废燃料气体管路343中设置有将废燃料气体排放到大气的废燃料气体排放管路350，在废燃料气体排放管路350中设置隔断阀346，由此即使在成为废燃料气体管路343中的废燃料气体的压力变高至规定值以上的异常状态的情况下，也能够通过隔断阀346进行大气排放。当燃料极109的压力相对于空气极113的压力成为规定值以上时，打开隔断阀346，由此能够通过隔断阀346调整燃料极109的压力，并且抑制异常状态。
在氧化性气体供给管路331中设置有氧化性气体能够流通的氧化性气体吹气管路444且在氧化性气体吹气管路444中设置有排放阀445的情况下，当空气极113的压力相对于燃料极109的压力成为规定值以上时打开排放阀445，由此能够抑制成为空气极113的压力相对于燃料极109的压力变高至规定值以上的异常状态。
本发明并不仅限定于上述实施方式，在不脱离发明的宗旨的范围内，能够实施各种变形。
例如以如下方式来理解以上说明的各实施方式中所记载的燃料电池系统及其控制方法。
本发明所涉及的燃料电池系统310具备：燃料电池313，具有空气极113及燃料极109；涡轮增压器411，具有涡轮423及压缩机421；废燃料气体管路343，向燃烧器422供给从所述燃料电池313排出的废燃料气体L3；废氧化性气体管路333，向所述燃烧器422供给从所述燃料电池313排出的废氧化性气体A3；燃烧气体供给管路328，向所述涡轮423供给从所述燃烧器422排出的燃烧气体G；氧化性气体供给管路331，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极113供给由所述压缩机421压缩的氧化性气体A2；调整阀347，设置于所述废燃料气体管路343；及控制装置20，控制所述调整阀347来控制所述燃料电池313中的所述空气极113的压力与所述燃料极109的压力之间的压差，在所述废氧化性气体管路333中未设置将废氧化性气体A3排放到系统外的通风系统。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，当向涡轮增压器411供给从燃料电池313排出的废燃料气体L3及从燃料电池313排出的氧化性气体时，控制设置于废燃料气体管路343的调整阀347来控制燃料电池313中的空气极113的压力与燃料极109的压力之间的压差，由此能够适当地调整燃料电池313中的燃料极109与空气极113的压力差。
当适用于在燃料电池313中组合有气体涡轮411(例如，微型燃气涡轮411)的发电系统时，在微型燃气涡轮411的启动时或停止时等根据微型燃气涡轮的状态的变化而向空气极113供给的氧化性气体的压力状态发生变化，进而存在因压力的急剧变动而燃料极109与空气极113的压差控制失败，因此当因某种理由而出现跳闸时，微型燃气涡轮的发电机成为无负载，从而有时需要微型燃气涡轮的保护措施。因此，需要对废氧化性气体管路333设置将氧化性气体排放到大气的通风系统的通风阀，但通过对燃料电池313适用涡轮增压器411，并通过调整阀347调整压差，无需设置将氧化性气体排放到大气的通风系统的通风阀。因此，能够实现结构的简化及成本抑制。通风系统在运行中将废氧化性气体排放到系统外。
本发明所涉及的燃料电池系统310可以是如下，即，具备：均压部462，与所述废燃料气体管路343及所述废氧化性气体管路333连接，且对废燃料气体L3及废氧化性气体A3进行均压化。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，成为废燃料气体管路343及废氧化性气体管路333与通用空间部分连接，且对废燃料气体L3及废氧化性气体进行均压化的均压部462，由此能够使废燃料气体管路343的出口与废氧化性气体管路333的出口的压力状态相等。因此，能够通过调整阀347更有效地控制空气极113与燃料极109的压力差。还能够通过该均压部462混合废燃料气体L3与废氧化性气体，因此适合进行燃烧。
本发明所涉及的燃料电池系统310可以是如下，即，所述均压部462在所述燃烧器422中设置成被供给所述废燃料气体及所述废氧化性气体的通用空间。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，在燃烧器422中，作为被供给废燃料气体及废氧化性气体的通用空间来设置均压部，由此能够对废燃料气体L3及氧化性气体进行均压化，同时混合该气体彼此。作为燃烧器，具体而言能够使用催化剂燃烧器。
本发明所涉及的燃料电池系统310可以是如下，即，所述燃烧器422通过所述均压部462混合所述废燃料气体L3与所述废氧化性气体A3，通过使用了燃烧催化剂的催化剂燃烧部461进行燃烧。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，能够在燃烧器中进行均压及催化剂燃烧。
本发明所涉及的燃料电池系统310可以是如下，即，具备：压损部441，设置于所述废氧化性气体管路333，并且对废氧化性气体A3附加压力损失。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，在废氧化性气体管路333中设置对氧化性气体附加压力损失的压损部(例如，节流装置等)，由此能够通过调整阀347更有效地进行压差控制。
本发明所涉及的燃料电池系统310可以是如下，即，具备：废燃料气体排放管路350，与所述废燃料气体管路343连接，且将废燃料气体L3排放到大气；及隔断阀346，设置于所述废燃料气体排放管路350。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，在废燃料气体管路343中设置有将燃料气体排放到大气的废燃料气体排放管路350，在废燃料气体排放管路350中设置隔断阀346，由此即使在成为废燃料气体管路343中的燃料气体的压力变高至规定值以上的异常状态的情况下，也能够通过隔断阀346进行大气排放。
本发明所涉及的燃料电池系统310可以是如下，即，当所述燃料极109的压力相对于所述空气极113的压力成为规定值以上时，所述控制装置20打开所述隔断阀346。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，当燃料极109的压力相对于空气极113的压力成为规定值以上时，打开隔断阀346，由此能够通过隔断阀346调整燃料极109的压力，并且抑制异常状态。
本发明所涉及的燃料电池系统310可以是如下，即，具备：吹气管路444，与所述氧化性气体供给管路331连接，并且氧化性气体A2能够流通；及排放阀445，设置于所述吹气管路444，当所述空气极113的压力相对于所述燃料极109的压力成为规定值以上时，所述控制装置20打开所述排放阀445。
根据本发明所涉及的燃料电池系统310，在氧化性气体供给管路331中设置有氧化性气体能够流通的氧化性气体吹气管路444且在氧化性气体吹气管路444中设置有排放阀445的情况下，当空气极113的压力相对于燃料极109的压力成为规定值以上时打开排放阀445，由此能够抑制成为空气极113的压力相对于燃料极109的压力变高至规定值以上的异常状态。
本发明所涉及的燃料电池系统310的控制方法中，所述燃料电池系统310具备：燃料电池313，具有空气极113及燃料极109；涡轮增压器411，具有涡轮423及压缩机421；废燃料气体管路343，向燃烧器422供给从所述燃料电池313排出的废燃料气体L3；废氧化性气体管路333，向所述燃烧器422供给从所述燃料电池313排出的废氧化性气体A3；燃烧气体供给管路328，向所述涡轮423供给从所述燃烧器422排出的燃烧气体G；氧化性气体供给管路331，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极113供给由所述压缩机421压缩的氧化性气体A2；及调整阀347，设置于所述废燃料气体管路343，在所述废氧化性气体管路333中未设置将废氧化性气体A3排放到系统外的通风系统，所述控制方法中，控制所述调整阀347来控制所述燃料电池313中的所述空气极113的压力与所述燃料极109的压力之间的压差。
符号说明
11-CPU，12-ROM，13-RAM，14-硬盘驱动器，15-通信部，18-总线，20-控制装置，101-电池组，103-基体管，105-燃料电池单元，107-内互连器，109-燃料极，111-固体电解质膜，113-空气极，115-引线膜，201-SOFC模块，203-SOFC盒，205-压力容器，207-燃料气体供给管，207a-燃料气体供给支管，209-燃料气体排出管，209a-燃料气体排出支管，215-发电室，217-燃料气体供给集管，219-燃料气体排出集管，221-氧化性气体供给集管，223-氧化性气体排出集管，225a-上部管板，225b-下部管板，227a-上部绝热体，227b-下部绝热体，229a-上部壳体，229b-下部壳体，231a-燃料气体供给孔，231b-燃料气体排出孔，233a-氧化性气体供给孔，233b-氧化性气体排出孔，235a-氧化性气体供给间隙，235b-氧化性气体排出间隙，237a-密封部件，237b密封部件，310-燃料电池系统，313-SOFC(燃料电池)，325-空气输入管路，328-燃烧气体供给管路，329-燃烧废气管路，331-氧化性气体供给管路，332-热交换器旁通管路，333-废氧化性气体管路，335-控制阀，336-控制阀，341-燃料气体管路，342-控制阀，343-废燃料气体管路，346-隔断阀，347-调整阀，348-再循环鼓风机，349-燃料气体再循环管路，350-废燃料气体排放管路，351-排空气冷却器，352-控制阀，361-纯水供给管路，362-泵，370-压差计，411-涡轮增压器，421-压缩机，422-催化剂燃烧器(燃烧器)，423-涡轮，424-旋转轴，430-热交换器，441-节流装置(压损部)，442-废热回收装置，443-控制阀，444-氧化性气体吹气管路，445-排放阀(抽气吹气阀)，451-控制阀，452-鼓风机，453-控制阀，454-启动用空气供给管路，455-启动用空气加热管路，456-控制阀，457-控制阀，458-启动用加热器，459-控制阀，460-控制阀，461-催化剂燃烧部，462-均压空间(均压部)。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其具备：
燃料电池，具有空气极及燃料极；
涡轮增压器，具有涡轮及压缩机；
废燃料气体管路，向燃烧器供给从所述燃料电池排出的废燃料气体；
废氧化性气体管路，向所述燃烧器供给从所述燃料电池排出的废氧化性气体；
燃烧气体供给管路，向所述涡轮供给从所述燃烧器排出的燃烧气体；
氧化性气体供给管路，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极供给由所述压缩机压缩的氧化性气体；
调整阀，设置于所述废燃料气体管路；及
控制装置，控制所述调整阀来控制所述燃料电池中的所述空气极的压力与所述燃料极的压力之间的压差，
在所述废氧化性气体管路中未设置将废氧化性气体排放到系统外的通风系统。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其具备，
均压部，与所述废燃料气体管路及所述废氧化性气体管路连接，并且对废燃料气体及废氧化性气体进行均压化。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述均压部在所述燃烧器中设置成被供给所述废燃料气体及所述废氧化性气体的通用空间。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述燃烧器通过所述均压部混合所述废燃料气体与所述废氧化性气体，并通过使用了燃烧催化剂的催化剂燃烧部使其燃烧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，其具备，
压损部，设置于所述废氧化性气体管路，且对废氧化性气体附加压力损失。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统，其具备，
废燃料气体排放管路，与所述废燃料气体管路连接，并且将废燃料气体排放到大气；及
隔断阀，设置于所述废燃料气体排放管路。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，
当所述燃料极的压力相对于所述空气极的压力成为规定值以上时，所述控制装置打开所述隔断阀。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池系统，其具备：
吹气管路，与所述氧化性气体供给管路连接，且氧化性气体能够流通；及
排放阀，设置于所述吹气管路，
当所述空气极的压力相对于所述燃料极的压力成为规定值以上时，所述控制装置打开所述排放阀。
9.一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具备：
燃料电池，具有空气极及燃料极；涡轮增压器，具有涡轮及压缩机；废燃料气体管路，向燃烧器供给从所述燃料电池排出的废燃料气体；废氧化性气体管路，向所述燃烧器供给从所述燃料电池排出的废氧化性气体；燃烧气体供给管路，向所述涡轮供给从所述燃烧器排出的燃烧气体；氧化性气体供给管路，通过所述涡轮的旋转驱动向所述空气极供给由所述压缩机压缩的氧化性气体；及调整阀，设置于所述废燃料气体管路，在所述废氧化性气体管路中未设置将废氧化性气体排放到系统外的通风系统，所述控制方法中，
控制所述调整阀来控制所述燃料电池中的所述空气极的压力与所述燃料极的压力之间的压差。
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