JP2012094478A - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell having high comprehensive energy efficiency and preventing an excessive temperature rise.SOLUTION: A solid oxide fuel cell (1) comprises a fuel cell module (2), fuel supply means (38), means (45) for supplying an oxidant gas for power generation, a heat storage material (7), and controlling means (110) for controlling the fuel supply means based on power demand so that the fuel utilization efficiency is high when generated power is high, and low when the generated power is low, and for varying actual output power after varying the amount of fuel supply. The controlling means comprises heat storage estimating means (110b) for estimating the amount of surplus heat based on the fuel supply and the power output with a delay, and reduces the amount of fuel supply so that the fuel utilization efficiency is high with respect to the same amount of generated power when the heat storage estimating means estimates that the heat storage material stores available heat.

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池に関し、特に、需要電力に応じた可変の発電電力を生成する固体酸化物型燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell that generates variable generated power according to demand power.

固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。   A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, attaches electrodes on both sides thereof, and supplies fuel gas on one side, The fuel cell operates at a relatively high temperature by supplying an oxidant (air, oxygen, etc.) to the other side.

このSOFCにおいては、酸化物イオン導電性固体電解質を通過した酸素イオンと燃料との反応によって水蒸気又は二酸化炭素を生成し、電気エネルギー及び熱エネルギーが発生する。電気エネルギーは、SOFC外部に取り出されて、各種電気的用途に使用される。一方、熱エネルギーは、燃料、改質器、水及び酸化剤等の温度を上昇させるために使用される。   In this SOFC, water vapor or carbon dioxide is generated by the reaction between oxygen ions that have passed through the oxide ion conductive solid electrolyte and fuel, and electric energy and thermal energy are generated. Electric energy is taken out of the SOFC and used for various electrical applications. On the other hand, thermal energy is used to raise the temperature of fuel, reformer, water, oxidant and the like.

特開2010−92836号公報(特許文献1)には、燃料電池装置が記載されている。この燃料電池装置は、需要電力に応じて発電電力を変化させるタイプの固体酸化物型燃料電池であり、発電電力が少ない低負荷領域においては、発電電力の大きい高負荷領域よりも、燃料利用率を低下させた運転を行うことが開示されている。即ち特許文献1では、発電電力が少ない状態においては、供給される燃料のうちの発電に使用される割合が低下されるが、その一方で、発電に使用されずに燃料電池モジュールの加熱に使用される燃料はあまり低下させずに燃料電池モジュールの加熱に多くの割合の燃料が使用されるように構成することで、燃料電池モジュールを熱的に自立させ、発電可能な温度に維持しているものである。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-92836 (Patent Document 1) describes a fuel cell device. This fuel cell device is a solid oxide fuel cell of a type that changes generated power according to demand power, and in a low load region where the generated power is low, a fuel utilization rate is higher than in a high load region where the generated power is large. It is disclosed that the operation is performed with reduced pressure. That is, in Patent Document 1, when the generated power is low, the ratio of the supplied fuel used for power generation is reduced, but on the other hand, it is not used for power generation but used for heating the fuel cell module. The fuel cell module is configured so that a large proportion of fuel is used to heat the fuel cell module without causing a significant decrease in the fuel generated, so that the fuel cell module is thermally self-supported and maintained at a temperature capable of generating electricity. Is.

具体的には、発電電力の少ない領域においては、発電に伴い燃料電池セルユニットに発生する発電熱が減少するので、燃料電池モジュール内の温度が低下しやすい傾向にあるため、発電電力の少ない領域においても一定の燃料利用率を維持していると燃料電池モジュール内の温度低下を引き起こし、発電可能な温度を維持することが困難になるため燃料利用率を犠牲にしてでも燃料電池モジュールの加熱用の燃料を多くして熱的自立を可能にしているものである。   Specifically, in the region where the generated power is low, the heat generated in the fuel cell unit decreases with the power generation, so the temperature inside the fuel cell module tends to decrease, so the region where the generated power is low However, if a constant fuel utilization rate is maintained, the temperature inside the fuel cell module will decrease, making it difficult to maintain the temperature at which power can be generated. This makes it possible to increase the amount of fuel used to enable thermal independence.

特開2010−92836号公報記載の燃料電池装置においては、この問題を解決するために、発電電力が少ない低負荷領域において燃料利用率を低下させ、燃料電池モジュールの過剰な温度低下を防止しつつ、一定の高温状態を安定的に維持するように構成しているものである。   In the fuel cell device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-92936, in order to solve this problem, the fuel utilization rate is lowered in a low load region where the generated power is low, and an excessive temperature drop of the fuel cell module is prevented. In this configuration, a constant high temperature state is stably maintained.

一方、特開2009−104886号公報(特許文献2)には、燃料電池システムの負荷増加時の運転方法が記載されている。この運転方法においては、燃料電池システムの発電量を増加させる場合には、まず、燃料電池への空気供給量を増加させ、次いで、水供給量、燃料供給量の順に供給量を増加させた後、燃料電池から取り出す電力を増加させている。この燃料電池システムの運転方法においては、このような順序で供給量を増加させることにより、空気枯渇、炭素析出、及び燃料枯渇の発生を防止している。   On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-104886 (Patent Document 2) describes an operation method when the load of a fuel cell system is increased. In this operation method, when the power generation amount of the fuel cell system is increased, first, the air supply amount to the fuel cell is increased, and then the supply amount is increased in the order of the water supply amount and the fuel supply amount. The electric power taken out from the fuel cell is increased. In the operation method of this fuel cell system, the supply amount is increased in this order to prevent the occurrence of air depletion, carbon deposition, and fuel depletion.

さらに、一般に固体酸化物型燃料電池は作動温度が高く、発電時には、燃料電池セルを高い作動温度に維持しておく必要がある。従って、燃料電池システムの総合的なエネルギー効率を上昇させるためには、燃料電池セルから外気へ発散される熱を少なくし、温度を維持するために必要となる燃料を減じることが重要なファクターとなる。このため、燃料電池セル等は、断熱性の高い筐体に収納することが好ましい。   Furthermore, in general, a solid oxide fuel cell has a high operating temperature, and it is necessary to maintain the fuel cell at a high operating temperature during power generation. Therefore, in order to increase the overall energy efficiency of the fuel cell system, it is important to reduce the heat dissipated from the fuel cell to the outside air and reduce the fuel required to maintain the temperature. Become. For this reason, it is preferable to store a fuel battery cell etc. in a housing | casing with high heat insulation.

一方、特開2010−205670号公報(特許文献3)には、燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法が記載されている。この燃料電池システムにおいては、燃料電池の電気負荷の積分値を取得し、取得した積分値に基づいて燃料利用率を制御している。燃料利用率の制御は、燃料電池の電気負荷の積分値に基づいて燃料電池の温度を推定し、推定結果に基づいて燃料利用率を制御している。このため、温度センサを用いることなく、燃料電池の熱自立運転を可能にしている。また、制御手段は、電気負荷の積分値が所定値以上である場合に、燃料利用率を、燃料電池の熱自立運転可能な基準値以上の値に補正する。この場合、燃料電池の温度が上昇していることから、燃料電池は余熱を有し、燃料利用率を、熱自立運転可能な基準値以上の値に補正しても熱自立運転が維持される。これにより、燃料電池システムのシステム効率を向上させている。   On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-205670 (Patent Document 3) describes a fuel cell system and a fuel cell operation method. In this fuel cell system, an integrated value of the electric load of the fuel cell is acquired, and the fuel utilization rate is controlled based on the acquired integrated value. In the control of the fuel utilization rate, the temperature of the fuel cell is estimated based on the integral value of the electric load of the fuel cell, and the fuel utilization rate is controlled based on the estimation result. For this reason, the thermal independent operation of the fuel cell is enabled without using a temperature sensor. In addition, when the integrated value of the electric load is equal to or greater than a predetermined value, the control unit corrects the fuel utilization rate to a value equal to or greater than a reference value that allows the fuel cell to perform thermal self-sustained operation. In this case, since the temperature of the fuel cell has risen, the fuel cell has residual heat, and the thermal self-sustained operation is maintained even if the fuel utilization rate is corrected to a value equal to or higher than the reference value that allows the heat self-sustaining operation. . This improves the system efficiency of the fuel cell system.

特開2010−92836号JP 2010-92936 特開2009−104886号公報JP 2009-104886 A 特開2010−205670号公報JP 2010-205670 A

しかしながら、先に記載した通り燃料利用率を低下させることは、熱自立は図れても発電に寄与しない燃料を増加させることであるため、燃料利用率を低下させた運転を行うと、固体酸化物型燃料電池の総合的なエネルギー効率の低下を招くという問題がある。このように、燃料利用率を低下させた状態の運転が長くなるほど総合的なエネルギー効率は低下するので、一般に高分子膜形の燃料電池(PEFC)よりもエネルギー効率が高いとされている固体酸化物型燃料電池(SOFC)の優位性が損なわれることにも繋がる。   However, as described above, reducing the fuel utilization rate means increasing the amount of fuel that does not contribute to power generation even if thermal independence is achieved. There is a problem in that the overall energy efficiency of the fuel cell is reduced. Thus, the longer the operation in a state where the fuel utilization rate is lowered, the lower the overall energy efficiency. Therefore, solid oxidation generally considered to be higher in energy efficiency than a polymer membrane fuel cell (PEFC). This leads to the loss of the superiority of the physical fuel cell (SOFC).

特に、固体酸化物型燃料電池を家庭用に使用することを想定すると、家人が就寝中の深夜等、1日のうちの所定の時間は必ず燃料電池は発電電力が少ない状態で使用されることが必ず発生することになり、これが固体酸化物型燃料電池の総合的なエネルギー効率を著しく低下させることになるため、このような発電電力の少ない状態にあっても燃料利用率の高い高効率な運転を実現できる優れた技術が固体酸化物型燃料電池においては望まれていたものである。   In particular, assuming that a solid oxide fuel cell is used for home use, the fuel cell must be used with a small amount of generated power for a predetermined time of the day, such as late at night when a householder is sleeping. This will significantly reduce the overall energy efficiency of the solid oxide fuel cell. Therefore, even in such a low power generation state, the fuel efficiency is high and the efficiency is high. An excellent technology capable of realizing operation has been desired for a solid oxide fuel cell.

一方、燃料電池セル等を収納する筐体の断熱性を高めていくと、燃料電池セルに供給され、発電に利用されずに残った残余の燃料が筐体内を加熱するため、筐体内の温度が上昇しすぎるという問題が発生する。筐体内の温度が過剰に上昇すると、筐体内の燃料電池セルや、改質器等が損傷される場合がある。また、過剰に上昇した温度は、筐体の断熱性が高く、極めて熱容量が大きいため、適正温度まで低下させることが容易ではない。   On the other hand, if the heat insulation of the housing for storing the fuel cells is increased, the remaining fuel that is supplied to the fuel cells and not used for power generation heats the inside of the housing. The problem of rising too much occurs. If the temperature in the casing rises excessively, the fuel cell in the casing, the reformer, etc. may be damaged. In addition, the excessively increased temperature is not easy to reduce to an appropriate temperature because the heat insulating property of the casing is high and the heat capacity is extremely large.

燃料電池システムが一定の発電電力で運転されるものであれば、筐体の断熱性が高い場合でも、その高い断熱性の条件において熱的なバランスが維持されるように、燃料供給量を一定量に設定しておけば、過剰な温度上昇を避けることができる。しかしながら、需要電力に応じて可変の発電電力を生成する燃料電池においては、発電電力にあわせて燃料供給量を変更する必要がある。発電電力を変更する燃料電池システムでは、特開2009−104886号公報記載の発明のように、発電電力を増加させる際には、先に燃料供給量を増加させておき、その後、遅れて、燃料電池セルから取り出す電力を増加させる必要がある。このため、発電電力が変化される燃料電池システムにおいては、発電電力を増減させる際に発電に寄与しない残余燃料が増加することになり、これが過昇温の原因となる。また、発電電力を増減させる際の残余燃料を減じるために、燃料電池セルから電力を取り出すまでの遅れを少なくすると、燃料電池セルを燃料枯渇の危険に曝すことになる。   If the fuel cell system is operated with a constant generated power, the fuel supply amount is constant so that the thermal balance is maintained under the high heat insulation conditions even when the heat insulation of the housing is high. If the amount is set, an excessive temperature rise can be avoided. However, in a fuel cell that generates variable generated power according to demand power, it is necessary to change the fuel supply amount in accordance with the generated power. In the fuel cell system for changing the generated power, as in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-104886, when the generated power is increased, the fuel supply amount is increased first, and then the fuel supply is delayed. It is necessary to increase the power extracted from the battery cell. For this reason, in the fuel cell system in which the generated power is changed, the residual fuel that does not contribute to the power generation increases when the generated power is increased or decreased, which causes an excessive temperature rise. Further, if the delay until the electric power is taken out from the fuel cell is reduced in order to reduce the residual fuel when the generated power is increased or decreased, the fuel cell is exposed to the risk of fuel depletion.

これに対して、特開2010−205670号公報には、燃料電池システムに蓄積された余熱を利用して、燃料利用率を高くすることが記載されている。燃料電池システムに過剰な温度上昇が発生している場合には、多くの余熱が蓄積されているため、燃料利用率を高くして余熱を消費することにより、温度上昇を抑制することが考えられる。しかしながら、特開2010−205670号公報記載の発明においては、余熱の蓄積を電気負荷の積分値から求めているため、燃料供給量を増加させた後、取り出す電力を遅れて増加させることに起因して発生する残余燃料の増加を全く把握することができない。従って、特開2010−205670号公報記載の発明を、電力の遅延に起因する過昇温の抑制に適用することは困難である。
具体的には、特開2010−205670号公報記載の発明では、燃料電池セルで発電する際に発生する発電熱(ジュール熱)を発電量に基づいて推定し、これにより余熱を推定している。これに対し、燃料電池装置の発電の遅れにより発生する熱は、発電に使用されずに残った残余燃料が燃焼されることにより発生する燃焼熱であるため、特開2010−205670号公報に開示されている技術を使用して、起動工程中に蓄積された熱量を推定することはできない。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-205670 discloses that the fuel utilization rate is increased by using the residual heat accumulated in the fuel cell system. When excessive temperature rise occurs in the fuel cell system, a lot of residual heat is accumulated, so it is conceivable to suppress the temperature increase by increasing the fuel utilization rate and consuming the residual heat. . However, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-205670, the accumulation of the residual heat is obtained from the integrated value of the electric load. Therefore, after the fuel supply amount is increased, the power to be taken out is delayed and increased. It is impossible to grasp the increase of the remaining fuel generated at all. Therefore, it is difficult to apply the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-205670 to the suppression of excessive temperature rise caused by power delay.
Specifically, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-205670, the generated heat (Joule heat) generated when generating power in the fuel cell is estimated based on the amount of power generation, and thereby the residual heat is estimated. . On the other hand, the heat generated by the delay in power generation of the fuel cell device is combustion heat generated by burning the remaining fuel that is not used for power generation, and is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-205670. It is not possible to estimate the amount of heat stored during the start-up process using the technology that is being used.

本発明は、熱的な自立を維持して安定に運転しながら、総合的なエネルギー効率を向上させることができる実用上極めて有用な固体酸化物型燃料電池を提供することを目的としている。
また、本発明は、総合的なエネルギー効率を高めながら、過剰な温度上昇を防止することができる固体酸化物型燃料電池を提供することを目的としている。
An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that is extremely useful in practice and can improve the overall energy efficiency while maintaining stable thermal independence.
Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of preventing an excessive temperature rise while improving the overall energy efficiency.

上述した課題を解決するために、本発明は、需要電力に応じた可変の発電電力を生成する固体酸化物型燃料電池であって、供給された燃料により発電する燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池モジュールに発電用の酸化剤ガスを供給する発電用酸化剤ガス供給手段と、燃料電池モジュールで発生した熱を蓄積する蓄熱材と、需要電力を検出する需要電力検出手段と、この需要電力検出手段により検出された需要電力に基づいて、発電電力が大きいときは燃料利用率が高く、発電電力が小さいときには燃料利用率が低くなるように燃料供給手段を制御すると共に、需要電力の変化に応じて燃料供給量を変化させた後、遅れて、燃料電池モジュールから実際に出力させる電力を変化させる制御手段と、を有し、制御手段は、燃料供給手段による燃料供給と、燃料供給に対して遅れて出力される電力に基づいて余剰熱量を推定する蓄熱量推定手段を備え、この蓄熱量推定手段により、蓄熱材に利用可能な熱量が蓄積されていることが推定された場合には、利用可能な熱量が蓄積されていない場合よりも同一の発電電力に対して燃料利用率が高くなるように燃料供給量を減少させることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid oxide fuel cell that generates variable generated power according to demand power, a fuel cell module that generates power using supplied fuel, and the fuel cell. Fuel supply means for supplying fuel to the module, oxidant gas supply means for power generation for supplying oxidant gas for power generation to the fuel cell module, a heat storage material for storing heat generated in the fuel cell module, and demand power Based on the demand power detection means to be detected and the demand power detected by this demand power detection means, the fuel supply rate is high when the generated power is large, and the fuel supply rate is low when the generated power is small. In addition to controlling the means, the fuel supply amount is changed according to the change in the demand power, and then the control is performed to change the power actually output from the fuel cell module with a delay. And the control means comprises a fuel storage amount estimation means for estimating the surplus heat amount based on the fuel supply by the fuel supply means and the power output delayed with respect to the fuel supply, and this heat storage amount estimation means Therefore, when it is estimated that the amount of heat that can be used in the heat storage material is accumulated, the fuel utilization rate becomes higher for the same generated power than in the case where the amount of available heat is not accumulated. It is characterized by reducing the fuel supply amount.

このように構成された本発明においては、燃料供給手段及び発電用酸化剤ガス供給手段は、燃料電池モジュールに燃料及び発電用酸化剤ガスを夫々供給する。燃料電池モジュールは供給された燃料及び発電用酸化剤ガスにより発電すると共に、発生した熱は蓄熱材に蓄積される。制御手段は、需要電力検出手段により検出された需要電力に基づいて、発電電力が大きいときは燃料利用率が高く、発電電力が小さいときには燃料利用率が低くなるように燃料供給手段を制御する。また、制御手段は、需要電力の変化に応じて燃料供給量を変化させた後、遅れて、燃料電池モジュールから実際に出力させる電力を変化させる。蓄熱量推定手段は燃料供給手段による燃料供給と、燃料供給に対して遅れて出力される電力に基づいて余剰熱量を推定する。制御手段は、蓄熱量推定手段により蓄熱材に利用可能な熱量が蓄積されていることが推定されると、利用可能な熱量が蓄積されていない場合よりも同一の発電電力に対して燃料利用率が高くなるように燃料供給量を減少させる。   In the present invention configured as described above, the fuel supply unit and the power generation oxidant gas supply unit respectively supply the fuel and the power generation oxidant gas to the fuel cell module. The fuel cell module generates power with the supplied fuel and power generation oxidant gas, and the generated heat is accumulated in the heat storage material. Based on the demand power detected by the demand power detection means, the control means controls the fuel supply means so that the fuel utilization rate is high when the generated power is large and the fuel utilization rate is low when the generated power is small. Further, the control means changes the amount of fuel supplied in accordance with the change in demand power, and then changes the power actually output from the fuel cell module with a delay. The heat storage amount estimation means estimates the surplus heat amount based on the fuel supply by the fuel supply means and the electric power output with a delay with respect to the fuel supply. When it is estimated that the amount of heat available for the heat storage material is accumulated by the heat storage amount estimation means, the control means uses the fuel utilization rate for the same generated power as compared with the case where the amount of available heat is not accumulated. Decrease the fuel supply so that the

一般に、固体酸化物型燃料電池においては、発電電力が小さい場合には、発電熱が低下するため、燃料電池モジュールが温度低下を起こしやすい。このため、小発電電力時には燃料利用率を下げ、発電に使用されなかった燃料を燃焼させて燃料電池モジュールを加熱して過度の温度低下を防止している。特に、燃料電池モジュール内に改質器が配置されているタイプの固体酸化物型燃料電池においては、改質器内で吸熱反応が発生するので、温度低下が更に起こりやすい。上記のように構成された本発明によれば、蓄熱量推定手段により蓄熱材に利用可能な熱量が蓄積されていることが推定されると、燃料利用率が高くなるように燃料供給量を減少させる。これにより、固体酸化物型燃料電池の熱的な自立を維持し、過度の温度低下を回避しながら、固体酸化物型燃料電池の総合的なエネルギー効率を向上させることができる。   In general, in a solid oxide fuel cell, when the generated power is small, the generated heat decreases, so the temperature of the fuel cell module tends to decrease. For this reason, at the time of small power generation, the fuel utilization rate is lowered, fuel that has not been used for power generation is burned, and the fuel cell module is heated to prevent an excessive temperature drop. In particular, in a solid oxide fuel cell of a type in which a reformer is disposed in a fuel cell module, an endothermic reaction occurs in the reformer, so that the temperature is more likely to decrease. According to the present invention configured as described above, when it is estimated by the heat storage amount estimation means that the amount of heat available to the heat storage material is accumulated, the fuel supply amount is reduced so that the fuel utilization rate is increased. Let Thereby, it is possible to improve the overall energy efficiency of the solid oxide fuel cell while maintaining the thermal independence of the solid oxide fuel cell and avoiding an excessive temperature drop.

また、上記のように構成された本発明によれば、燃料供給手段による燃料供給と、燃料供給に対して遅れて出力される電力に基づいて余剰熱量を推定しているので、制御手段が、燃料供給量を変化させた後、遅れて出力電力を変化させることにより蓄積された熱量も正確に推定することができる。このため、燃料電池モジュールの急激な温度低下のリスクを確実に回避しながら、蓄熱材に蓄積された熱量を十分に活用することができる。さらに、燃料供給量を変化させた後、遅れて出力電力を変化させるタイプの燃料電池においては、出力電力の頻繁な増減が多くの余剰燃料を発生させ、燃料電池モジュール内の温度を過剰に上昇させるリスクがあるが、上記のように構成された本発明によれば、このようにして発生した余剰燃料による蓄熱を正確に把握することができる。一般に、余剰燃料による過剰な温度上昇に対しては、燃料電池モジュール内に冷却媒体を投入してこれを抑制しているが、本発明によれば、余剰燃料による熱量を正確に把握できるので、これを有効に活用して温度の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、温度を低下させるために投入される冷却媒体を少なくすることができ、固体酸化物型燃料電池の総合的なエネルギー効率を向上させることができる。   Further, according to the present invention configured as described above, since the surplus heat amount is estimated based on the fuel supply by the fuel supply means and the power output delayed with respect to the fuel supply, the control means, After the fuel supply amount is changed, the accumulated heat amount can be accurately estimated by changing the output power with a delay. For this reason, the amount of heat accumulated in the heat storage material can be fully utilized while reliably avoiding the risk of a rapid temperature drop of the fuel cell module. Furthermore, in the type of fuel cell in which the output power is changed with a delay after changing the fuel supply amount, frequent fluctuations in the output power generate a lot of surplus fuel, and the temperature in the fuel cell module rises excessively. However, according to the present invention configured as described above, it is possible to accurately grasp the heat storage by the surplus fuel generated in this way. In general, an excessive temperature rise due to surplus fuel is suppressed by introducing a cooling medium into the fuel cell module, but according to the present invention, the amount of heat due to surplus fuel can be accurately grasped, This can be effectively utilized to suppress an excessive increase in temperature. Thereby, the cooling medium input in order to reduce temperature can be decreased, and the total energy efficiency of a solid oxide fuel cell can be improved.

本発明において、好ましくは、制御手段は、蓄熱量推定手段によって推定された蓄熱量が大きいほど大幅に燃料利用率を高くする。
このように構成された本発明によれば、推定された蓄熱量が大きい場合には大量に蓄熱を活用し、蓄熱量が少ない場合にはあまり蓄熱を活用しないので、より有効に蓄熱を活用することができると共に、温度低下のリスクを確実に回避することができる。
In the present invention, preferably, the control means increases the fuel utilization rate significantly as the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means increases.
According to the present invention configured as described above, a large amount of heat storage is used when the estimated amount of heat storage is large, and less heat storage is used when the amount of heat storage is small, so heat storage is used more effectively. And the risk of temperature drop can be reliably avoided.

本発明において、好ましくは、制御手段は、蓄熱量推定手段によって推定された推定蓄熱量が大きい領域においては、推定蓄熱量が小さい領域よりも、推定蓄熱量の変化に対して大幅に燃料利用率を変化させる。
このように構成された本発明によれば、推定蓄熱量が大きい場合においては、大量の蓄熱を利用して、過剰な温度上昇を回避すると共に、推定蓄熱量が小さい場合においては、少しずつ蓄熱を利用して、過剰冷却を防止することができる。
In the present invention, it is preferable that the control unit significantly increases the fuel utilization rate with respect to the change of the estimated heat storage amount in the region where the estimated heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation unit is large than in the region where the estimated heat storage amount is small. To change.
According to the present invention configured as described above, when the estimated heat storage amount is large, a large amount of heat storage is used to avoid excessive temperature rise, and when the estimated heat storage amount is small, the heat storage is little by little. Can be used to prevent overcooling.

本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、燃料供給に対して遅れて電力が出力されることによる余剰熱量を反映した加減算値を積算することにより、蓄熱量を推定する。
このように構成された本発明によれば、余剰熱量を反映した加減算値を積算して蓄熱量が推定されるので、発生した余剰熱量が蓄積されることによる蓄熱量を精度良く推定することができる。
In the present invention, preferably, the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount by integrating the addition / subtraction values reflecting the surplus heat amount due to the output of electric power delayed with respect to the fuel supply.
According to the present invention configured as described above, since the heat storage amount is estimated by integrating the addition / subtraction values reflecting the surplus heat amount, it is possible to accurately estimate the heat storage amount by accumulating the generated surplus heat amount. it can.

本発明において、好ましくは、加減算値は、燃料電池モジュール内の温度、燃料供給量と発電電力の関係より計算された余剰熱量、発電電力の増減量、又は時間当たりの発電電力の増減回数に基づいて決められる。
このように構成された本発明によれば、燃料電池モジュール内の温度、燃料供給量と発電電力の関係より計算された余剰熱量、発電電力の増減量、又は時間当たりの発電電力の増減回数に基づいて加減算値が決定されるので、生成する電力を遅延させることにより発生する蓄熱を精度良く推定することができる。
In the present invention, preferably, the addition / subtraction value is based on the temperature in the fuel cell module, the amount of surplus heat calculated from the relationship between the fuel supply amount and the generated power, the increase / decrease amount of the generated power, or the number of increases / decreases in the generated power per time. Can be decided.
According to the present invention configured as described above, the temperature in the fuel cell module, the amount of surplus heat calculated from the relationship between the fuel supply amount and the generated power, the increase / decrease amount of the generated power, or the increase / decrease number of the generated power per time Since the addition / subtraction value is determined based on this, the heat storage generated by delaying the generated power can be accurately estimated.

本発明において、好ましくは、制御手段は、蓄熱材に利用可能な熱量が蓄積されていない場合には、大発電電力時に蓄積された熱量を、小発電電力時に利用できるように、所定の中発電電力よりも大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積されるように燃料供給手段を制御する。
このように構成された本発明によれば、中発電電力よりも大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積されるので、燃料利用率を高くできる中発電電力よりも大きい領域で積極的に熱を蓄積し、この熱を、燃料電池モジュールの温度が比較的低く、熱自立が難しい小発電電力時に消費させることにより、蓄熱された熱量を効果的に利用した燃料利用率の高い高効率な運転を確実に行うことができる。
In the present invention, it is preferable that the control unit is configured to perform predetermined intermediate power generation so that the heat stored in the large power generation can be used in the small power generation when the heat storage available in the heat storage material is not stored. The fuel supply means is controlled so that a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region larger than electric power.
According to the present invention configured as described above, since a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region larger than the middle power generation power, it is positive in a region larger than the middle power generation power that can increase the fuel utilization rate. High efficiency of fuel utilization that effectively uses the amount of heat stored by consuming heat at low power generation, where the temperature of the fuel cell module is relatively low and heat independence is difficult Can be performed reliably.

本発明において、好ましくは、制御手段は、発電電力範囲の中央値よりも発電電力が大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積されるように燃料供給手段を制御する。
このように構成された本発明によれば、発電電力範囲の中央値よりも発電電力が大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積される。このため、使用頻度の高い発電電力範囲の中央値付近では、蓄積される余剰熱量を抑制すると共に、電力需要のピーク時に多くの熱量が蓄熱材に蓄積される。これにより、固体酸化物型燃料電池を住宅で使用した場合、昼間などの中程度の電力需要量で最も頻度の高い電力需要量となる時間帯では熱量を多く蓄えるための過剰な燃料消費が抑制される一方で、電力需要がピークとなる夜間の時間帯に多くの熱量が蓄積されるように構成できるため、夜間帯に蓄えた熱量を続く時間帯の深夜にすぐに消費させるようになることから、熱量を無駄に長時間蓄えるようなことがなくなる一方で、発電電力が大きく低下する深夜の時間帯には確実に蓄えた熱を有効に利用した高効率な運転を実現させることができる。
In the present invention, preferably, the control means controls the fuel supply means so that a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region where the generated power is larger than the median value of the generated power range.
According to the present invention configured as described above, a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region where the generated power is larger than the median value of the generated power range. For this reason, in the vicinity of the median value of the frequently used power generation range, the amount of surplus heat accumulated is suppressed, and a large amount of heat is accumulated in the heat storage material at the peak of power demand. As a result, when a solid oxide fuel cell is used in a house, excessive fuel consumption to store a large amount of heat is suppressed in the time zone where the most frequent power demand is at moderate power demand such as daytime. On the other hand, since it can be configured so that a large amount of heat is accumulated during the nighttime hours when power demand peaks, the amount of heat stored in the nighttime hours can be consumed immediately at midnight in the following time zone Therefore, it is possible to realize high-efficiency operation that effectively uses the heat that is reliably stored in the late-night time when the generated power is greatly reduced while the amount of heat is not stored unnecessarily for a long time.

本発明において、好ましくは、制御手段は、蓄熱量推定手段によって推定された蓄熱量が所定の変更実行蓄熱量以上である場合に燃料利用率を高める。
このように構成された本発明によれば、蓄熱材の蓄熱量が蓄熱量推定手段により推定されるので、安全に燃料利用率を高める変更を実行できると共に、推定された蓄熱量が所定の変更実行蓄熱量以上である場合に変更が実行されるので、より確実に過剰冷却を防止することができる。
In the present invention, preferably, the control unit increases the fuel utilization rate when the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation unit is equal to or greater than a predetermined change execution heat storage amount.
According to the present invention configured as described above, since the heat storage amount of the heat storage material is estimated by the heat storage amount estimation means, it is possible to change the fuel utilization rate safely, and the estimated heat storage amount is a predetermined change. Since change is performed when it is more than the amount of execution heat storage, excessive cooling can be prevented more reliably.

本発明において、好ましくは、制御手段は、燃料利用率を高めた高効率制御の開始時において蓄熱量推定手段が推定した蓄熱量に基づいて所定の変更実行期間を決定し、この変更実行期間内で高効率制御を実行する。
このように構成された本発明によれば、蓄熱量推定手段が推定した蓄熱量に基づいて決定された変更実行期間内で変更を実行するので、より簡単な制御で、蓄熱を利用した高効率制御を実現することができる。
In the present invention, preferably, the control means determines a predetermined change execution period based on the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means at the start of the high-efficiency control with an increased fuel utilization rate. Execute high-efficiency control.
According to the present invention configured as described above, since the change is executed within the change execution period determined based on the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means, high efficiency using heat storage with simpler control. Control can be realized.

本発明において、好ましくは、さらに、燃料利用率を高めた高効率制御の実行中において、蓄熱材の蓄熱量の減少を抑制し、高効率制御を実行する期間を延長する変更期間延長手段を有する。
このように構成された本発明によれば、高効率制御を実行する期間を延長する変更期間延長手段を備えているので、蓄積された熱量を状況に合わせて効果的に使用することができる。
In the present invention, preferably, there is further provided a change period extending means for suppressing a decrease in the heat storage amount of the heat storage material and extending a period for executing the high efficiency control during execution of the high efficiency control with an increased fuel utilization rate. .
According to the present invention configured as described above, since the change period extending means for extending the period for executing the high-efficiency control is provided, the accumulated heat amount can be effectively used according to the situation.

本発明において、好ましくは、変更期間延長手段は、蓄熱材の蓄熱量の減少に伴って、高効率制御を実行している期間が長くなるほど燃料利用率を高める変更量を減少させる。
このように構成された本発明によれば、高効率制御における変更量が、蓄熱量の減少に伴って減少されるので、燃料電池モジュールの過度の温度低下や、性能の劣化を招くことなく、燃料利用率を高くする期間を延長することができる。
In the present invention, preferably, the change period extending means decreases the change amount for increasing the fuel utilization rate as the period of executing the high efficiency control becomes longer as the heat storage amount of the heat storage material decreases.
According to the present invention configured as described above, the amount of change in high-efficiency control is reduced with a decrease in the amount of heat storage, so that an excessive temperature drop of the fuel cell module and performance deterioration are not caused. The period for increasing the fuel utilization rate can be extended.

本発明において、好ましくは、変更期間延長手段は、発電電力が小さいほど、燃料利用率を高める変更量を減少させる。
このように構成された本発明によれば、発電電力が小さいほど、高効率制御における変更量が減少されるので、蓄熱を使用する量が多くなる小発電電力時に変更量が小さくなり、燃料電池モジュールの過度の温度低下や、性能の劣化を確実に回避しながら、燃料利用率を高くする期間を延長することができる。
In the present invention, preferably, the change period extending means decreases the change amount that increases the fuel utilization rate as the generated power is smaller.
According to the present invention configured as described above, since the amount of change in high-efficiency control is reduced as the generated power is small, the amount of change is small at the time of small generated power when the amount of heat storage is increased. It is possible to extend the period during which the fuel utilization rate is increased while reliably avoiding excessive module temperature drop and performance degradation.

本発明において、好ましくは、変更期間延長手段は、高効率制御の実行中において、燃料電池モジュールに供給される発電用の酸化剤ガスを減少させるように発電用酸化剤ガス供給手段を制御する。
このように構成された本発明によれば、変更実行中において、燃料電池モジュールに供給される発電用の酸化剤ガスを減少させるので、蓄熱材に蓄積された熱量が酸化剤ガスによって奪われるのを抑制することができ、より長時間に亘って有効に蓄熱を利用することができる。
In the present invention, preferably, the change period extension means controls the power generation oxidant gas supply means so as to decrease the power generation oxidant gas supplied to the fuel cell module during execution of the high efficiency control.
According to the present invention configured as described above, the oxidant gas for power generation supplied to the fuel cell module is reduced during execution of the change, so that the amount of heat accumulated in the heat storage material is taken away by the oxidant gas. The heat storage can be effectively used for a longer time.

本発明において、好ましくは、さらに、蓄熱材の蓄熱量が少ない場合において、燃料電池モジュールの過剰冷却を防止する過剰冷却防止手段を有する。
このように構成された本発明によれば、過剰冷却防止手段を備えているので、蓄熱量が少なくなった状態で、燃料利用率を高めることによる過度の冷却を確実に防止することができる。
In the present invention, it is preferable that there is further provided an overcooling prevention means for preventing overcooling of the fuel cell module when the heat storage amount of the heat storage material is small.
According to the present invention configured as described above, since the excessive cooling preventing means is provided, it is possible to reliably prevent excessive cooling by increasing the fuel utilization rate in a state where the heat storage amount is reduced.

本発明において、好ましくは、過剰冷却防止手段は、燃料利用率を高めた高効率制御の実行中において、燃料供給手段による燃料供給量の追従性を、通常運転時の追従性よりも向上させる。
このように構成された本発明によれば、高効率制御が実行されている期間の燃料供給量の追従性が向上されるので、蓄熱量の減少に伴って変更後の燃料利用率が低下されていく際、速やかに燃料供給量を増加させることができる。これにより、燃料供給量を増加させる応答の遅れによる燃料電池モジュールの過剰冷却を防止することができる。
In the present invention, preferably, the overcooling prevention means improves the followability of the fuel supply amount by the fuel supply means more than the followability during normal operation during execution of high efficiency control with an increased fuel utilization rate.
According to the present invention configured as described above, the followability of the fuel supply amount during the period when the high-efficiency control is being performed is improved, so that the fuel utilization rate after the change is reduced as the heat storage amount decreases. As you go, you can quickly increase the fuel supply. Thereby, it is possible to prevent overcooling of the fuel cell module due to a delay in response to increase the fuel supply amount.

本発明の固体酸化物型燃料電池によれば、熱的な自立を維持して安定に運転しながら、総合的なエネルギー効率を向上させることができる。
また、本発明の固体酸化物型燃料電池によれば、総合的なエネルギー効率を高めながら、過剰な温度上昇を防止することができる
According to the solid oxide fuel cell of the present invention, it is possible to improve the overall energy efficiency while stably operating while maintaining thermal independence.
Moreover, according to the solid oxide fuel cell of the present invention, it is possible to prevent an excessive temperature rise while enhancing the overall energy efficiency.

本発明の一実施形態による燃料電池装置を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the fuel cell module of the fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 図2のIII-III線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 本発明の一実施形態による燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing a fuel cell unit of a fuel cell device by one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell stack of the fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料電池装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による燃料電池装置の起動時の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement at the time of starting of the fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料電池装置の停止時の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement at the time of the stop of the fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の固体酸化物型燃料電池における出力電流と燃料供給量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the output electric current and fuel supply amount in the solid oxide fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の固体酸化物型燃料電池における出力電流と、供給された燃料により発生する熱量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the output electric current in the solid oxide fuel cell of 1st Embodiment of this invention, and the calorie | heat amount which generate | occur | produces with the supplied fuel. 本発明の第1実施形態の固体酸化物型燃料電池における燃料供給量の制御フローチャートである。It is a control flowchart of the fuel supply amount in the solid oxide fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の固体酸化物型燃料電池において断熱材に蓄積された熱量を推定するために使用される蓄熱量推定テーブルである。It is a heat storage amount estimation table used in order to estimate the heat amount stored in the heat insulating material in the solid oxide fuel cell according to the first embodiment of the present invention. 図12の蓄熱量推定テーブルをグラフ化したものである。13 is a graph of the heat storage amount estimation table of FIG. 本発明の第1実施形態の固体酸化物型燃料電池における出力電流に対する第1修正係数の値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the 1st correction coefficient with respect to the output current in the solid oxide fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の固体酸化物型燃料電池における出力電流に対する第2修正係数の値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the 2nd correction coefficient with respect to the output current in the solid oxide fuel cell of 1st Embodiment of this invention. 燃料電池モジュールが劣化した場合における補正量の変更を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for changing the correction amount when the fuel cell module is deteriorated. 一般的な住宅における一日の需要電力の推移と、断熱材に蓄積される熱量の推移を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the transition of the daily demand electric power in a general house, and the transition of the calorie | heat amount accumulate | stored in a heat insulating material. 本発明の第1実施形態の変形例における電流補正係数を示すグラフである。It is a graph which shows the electric current correction coefficient in the modification of 1st Embodiment of this invention. 需要電力の変化と、燃料供給量、及び燃料電池モジュールから実際に取り出される電流の関係を模式的に示したグラフである。It is the graph which showed typically the relation of the change of demand electric power, the amount of fuel supply, and the current actually taken out from a fuel cell module. 発電用空気供給量、水供給量、燃料供給量、及び燃料電池モジュールから実際に取り出される電流の関係の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the relationship of the electric current actually taken out from the air supply amount for power generation, the water supply amount, the fuel supply amount, and the fuel cell module. 検出温度Tdに基づいて発電用空気供給量、水供給量、及び燃料供給量を決定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which determines the air supply amount for electric power generation, the water supply amount, and the fuel supply amount based on detection temperature Td. 発電電流に対する適正な燃料電池セルスタックの温度を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature of the appropriate fuel cell stack with respect to a generated electric current. 積算値に応じて決定される燃料利用率を示すグラフである。It is a graph which shows the fuel usage rate determined according to an integrated value. 各発電電流に対して決定され得る燃料利用率の値の範囲を示すグラフである。It is a graph which shows the range of the value of the fuel utilization factor which can be determined with respect to each generated electric current. 積算値に応じて決定される空気利用率を示すグラフである。It is a graph which shows the air utilization factor determined according to an integrated value. 各発電電流に対して決定され得る空気利用率の値の範囲を示すグラフである。It is a graph which shows the range of the value of the air utilization factor which can be determined with respect to each generated electric current. 決定された空気利用率に対して水供給量を決定するためのグラフである。It is a graph for determining water supply with respect to the determined air utilization rate. 発電電流に対する適正な燃料電池モジュールの発電電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power generation voltage of the fuel cell module appropriate with respect to electric power generation current. 本発明の第2実施形態において、燃料電池モジュールが生成する電力の範囲を制限する手順を示すフローチャートである。In 2nd Embodiment of this invention, it is a flowchart which shows the procedure which restrict | limits the range of the electric power which a fuel cell module produces | generates. 発電電流と検出温度に対する電流制限を示すマップである。It is a map which shows the electric current limitation with respect to a generated electric current and detected temperature. 本発明の第2実施形態における作用の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the effect | action in 2nd Embodiment of this invention. 燃料電池モジュール内の温度と、発電可能な最大電力の関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the temperature in a fuel cell module, and the maximum electric power which can be generated. 複数の温度センサの検出温度に基づいて、第1加減算値を計算する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates a 1st addition / subtraction value based on the detection temperature of a some temperature sensor. 本発明の第2実施形態の変形例による加減算値の計算手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation procedure of the addition / subtraction value by the modification of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の変形例による加減算値の計算手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation procedure of the addition / subtraction value by the modification of 2nd Embodiment of this invention.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)を示す全体構成図である。この図1に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell (SOFC) 1 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit 4.

燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材7を介して密封空間8が形成されている。この密閉空間8の下方部分である発電室10には、燃料ガスと酸化剤(空気)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が配置されている。この燃料電池セル集合体12は、10個の燃料電池セルスタック14(図5参照)を備え、この燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16(図4参照)から構成されている。このように、燃料電池セル集合体12は、160本の燃料電池セルユニット16を有し、これらの燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されている。   The fuel cell module 2 includes a housing 6, and a sealed space 8 is formed inside the housing 6 via a heat insulating material 7. A fuel cell assembly 12 that performs a power generation reaction with fuel gas and an oxidant (air) is disposed in a power generation chamber 10 that is a lower portion of the sealed space 8. The fuel cell assembly 12 includes ten fuel cell stacks 14 (see FIG. 5), and the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell unit 16 (see FIG. 4). Yes. Thus, the fuel cell assembly 12 has 160 fuel cell units 16, and all of these fuel cell units 16 are connected in series.

燃料電池モジュール2の密封空間8の上述した発電室10の上方には、燃焼室18が形成され、この燃焼室18で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤(空気)とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、この燃焼室18の上方には、燃料ガスを改質する改質器20が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、改質器20の熱を受けて空気を加熱し、改質器20の温度低下を抑制するための空気用熱交換器22が配置されている。
A combustion chamber 18 is formed above the above-described power generation chamber 10 in the sealed space 8 of the fuel cell module 2. In this combustion chamber 18, the remaining fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the remaining oxidant (air) ) And combusted to generate exhaust gas.
Further, a reformer 20 for reforming the fuel gas is disposed above the combustion chamber 18, and the reformer 20 is heated to a temperature at which a reforming reaction can be performed by the combustion heat of the residual gas. ing. Further, an air heat exchanger 22 is disposed above the reformer 20 to heat the air by receiving heat from the reformer 20 and suppress a temperature drop of the reformer 20.

次に、補機ユニット4は、水道等の水供給源24からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁32と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器36と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)を備えている。さらに、補機ユニット4は、空気供給源40から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁42と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット44及び発電用空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)と、改質器20に供給される改質用空気を加熱する第1ヒータ46と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第2ヒータ48とを備えている。これらの第1ヒータ46と第2ヒータ48は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。   Next, the auxiliary unit 4 stores a pure water tank 26 that stores water from a water supply source 24 such as tap water and uses the filter to obtain pure water, and a water flow rate that adjusts the flow rate of the water supplied from the water storage tank. An adjustment unit 28 (such as a “water pump” driven by a motor) is provided. The auxiliary unit 4 also includes a gas shut-off valve 32 that shuts off the fuel gas supplied from a fuel supply source 30 such as city gas, a desulfurizer 36 for removing sulfur from the fuel gas, and a flow rate of the fuel gas. A fuel flow rate adjusting unit 38 (such as a “fuel pump” driven by a motor) is provided. Further, the auxiliary unit 4 includes an electromagnetic valve 42 that shuts off air that is an oxidant supplied from the air supply source 40, a reforming air flow rate adjusting unit 44 that adjusts the flow rate of air, and a power generation air flow rate adjusting unit. 45 (such as an “air blower” driven by a motor), a first heater 46 for heating the reforming air supplied to the reformer 20, and a second for heating the power generating air supplied to the power generation chamber And a heater 48. The first heater 46 and the second heater 48 are provided in order to efficiently raise the temperature at startup, but may be omitted.

次に、燃料電池モジュール2には、排気ガスが供給される温水製造装置50が接続されている。この温水製造装置50には、水供給源24から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
Next, a hot water production apparatus 50 to which exhaust gas is supplied is connected to the fuel cell module 2. The hot water production apparatus 50 is supplied with tap water from the water supply source 24, and the tap water is heated by the heat of the exhaust gas and supplied to a hot water storage tank of an external hot water heater (not shown).
The fuel cell module 2 is provided with a control box 52 for controlling the amount of fuel gas supplied and the like.
Furthermore, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module to the outside.

次に、図2及び図3により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図2は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図3は、図2のIII-III線に沿って断面図である。
図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2のハウジング6内の密閉空間8には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体12、改質器20、空気用熱交換器22が配置されている。
Next, the internal structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a side sectional view showing a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. .
As shown in FIGS. 2 and 3, in the sealed space 8 in the housing 6 of the fuel cell module 2, as described above, the fuel cell assembly 12, the reformer 20, and the air heat exchange are sequentially performed from below. A vessel 22 is arranged.

改質器20は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管60と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管62が取り付けられ、また、改質器20の内部には、上流側から順に、蒸発部20aと改質部20bを形成され、これらの蒸発部20aと改質部20bには改質触媒が充填されている。この改質器20に導入された水蒸気(純水)が混合された燃料ガス及び空気は、改質器20内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。   The reformer 20 is provided with a pure water introduction pipe 60 for introducing pure water and a reformed gas introduction pipe 62 for introducing reformed fuel gas and reforming air to the upstream end side thereof. In the reformer 20, an evaporator 20a and a reformer 20b are formed in this order from the upstream side, and the evaporator 20a and the reformer 20b are filled with a reforming catalyst. The fuel gas and air mixed with the steam (pure water) introduced into the reformer 20 are reformed by the reforming catalyst filled in the reformer 20. As the reforming catalyst, a catalyst obtained by imparting nickel to the alumina sphere surface or a catalyst obtained by imparting ruthenium to the alumina sphere surface is appropriately used.

この改質器20の下流端側には、燃料ガス供給管64が接続され、この燃料ガス供給管64は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内で水平に延びている。燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、改質された燃料ガスがマニホールド66内に供給される。   A fuel gas supply pipe 64 is connected to the downstream end side of the reformer 20, and the fuel gas supply pipe 64 extends downward and further in an manifold 66 formed below the fuel cell assembly 12. It extends horizontally. A plurality of fuel supply holes 64 b are formed in the lower surface of the horizontal portion 64 a of the fuel gas supply pipe 64, and the reformed fuel gas is supplied into the manifold 66 from the fuel supply holes 64 b.

このマニホールド66の上方には、上述した燃料電池セルスタック14を支持するための貫通孔を備えた下支持板68が取り付けられており、マニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット16内に供給される。   A lower support plate 68 having a through hole for supporting the fuel cell stack 14 described above is attached above the manifold 66, and the fuel gas in the manifold 66 flows into the fuel cell unit 16. Supplied.

次に、改質器20の上方には、空気用熱交換器22が設けられている。この空気用熱交換器22は、上流側に空気集約室70、下流側に2つの空気分配室72を備え、これらの空気集約室70と空気分配室72は、6個の空気流路管74により接続されている。ここで、図3に示すように、3個の空気流路管74が一組(74a,74b,74c,74d,74e,74f)となっており、空気集約室70内の空気が各組の空気流路管74からそれぞれの空気分配室72へ流入する。   Next, an air heat exchanger 22 is provided above the reformer 20. The air heat exchanger 22 includes an air aggregation chamber 70 on the upstream side and two air distribution chambers 72 on the downstream side. The air aggregation chamber 70 and the air distribution chamber 72 include six air flow path tubes 74. Connected by. Here, as shown in FIG. 3, three air flow path pipes 74 form a set (74a, 74b, 74c, 74d, 74e, 74f), and the air in the air collecting chamber 70 is in each set. It flows into each air distribution chamber 72 from the air flow path pipe 74.

空気用熱交換器22の6個の空気流路管74内を流れる空気は、燃焼室18で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
空気分配室72のそれぞれには、空気導入管76が接続され、この空気導入管76は、下方に延び、その下端側が、発電室10の下方空間に連通し、発電室10に余熱された空気を導入する。
The air flowing through the six air flow path pipes 74 of the air heat exchanger 22 is preheated by exhaust gas that burns and rises in the combustion chamber 18.
An air introduction pipe 76 is connected to each of the air distribution chambers 72, the air introduction pipe 76 extends downward, and the lower end side communicates with the lower space of the power generation chamber 10, and the air that has been preheated in the power generation chamber 10. Is introduced.

次に、マニホールド66の下方には、排気ガス室78が形成されている。また、図3に示すように、ハウジング6の長手方向に沿った面である前面6aと後面6bの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路80が形成され、この排気ガス室通路80の上端側は、空気用熱交換器22が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室78と連通している。また、排気ガス室78の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管82が接続され、この排気ガス排出管82の下流端は、図1に示す上述した温水製造装置50に接続されている。
図2に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。
Next, an exhaust gas chamber 78 is formed below the manifold 66. Further, as shown in FIG. 3, an exhaust gas passage 80 extending in the vertical direction is formed inside the front surface 6 a and the rear surface 6 b which are surfaces along the longitudinal direction of the housing 6, and the upper end of the exhaust gas chamber passage 80 is formed. The side communicates with the space in which the air heat exchanger 22 is disposed, and the lower end side communicates with the exhaust gas chamber 78. Further, an exhaust gas discharge pipe 82 is connected to substantially the center of the lower surface of the exhaust gas chamber 78, and the downstream end of the exhaust gas discharge pipe 82 is connected to the above-described hot water producing apparatus 50 shown in FIG.
As shown in FIG. 2, an ignition device 83 for starting combustion of fuel gas and air is provided in the combustion chamber 18.

次に図4により燃料電池セルユニット16について説明する。図4は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図4に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
Next, the fuel cell unit 16 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 respectively connected to the vertical ends of the fuel cell 84.
The fuel cell 84 is a tubular structure extending in the vertical direction, and includes a cylindrical inner electrode layer 90 that forms a fuel gas flow path 88 therein, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side. An electrolyte layer 94 is provided between the electrode layer 92 and the electrode layer 92. The inner electrode layer 90 is a fuel electrode through which fuel gas passes and becomes a (−) electrode, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and becomes a (+) electrode.

燃料電池セル16の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子86は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子86について具体的に説明する。内側電極層90の上部90aは、電解質層94と外側電極層92に対して露出された外周面90bと上端面90cとを備えている。内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して内側電極層90の外周面90bと接続され、さらに、内側電極層90の上端面90cとは直接接触することにより、内側電極層90と電気的に接続されている。内側電極端子86の中心部には、内側電極層90の燃料ガス流路88と連通する燃料ガス流路98が形成されている。   Since the inner electrode terminal 86 attached to the upper end side and the lower end side of the fuel cell 16 has the same structure, the inner electrode terminal 86 attached to the upper end side will be specifically described here. The upper portion 90 a of the inner electrode layer 90 includes an outer peripheral surface 90 b and an upper end surface 90 c exposed to the electrolyte layer 94 and the outer electrode layer 92. The inner electrode terminal 86 is connected to the outer peripheral surface 90b of the inner electrode layer 90 through a conductive sealing material 96, and is further in direct contact with the upper end surface 90c of the inner electrode layer 90, thereby Electrically connected. A fuel gas passage 98 communicating with the fuel gas passage 88 of the inner electrode layer 90 is formed at the center of the inner electrode terminal 86.

内側電極層90は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。   The inner electrode layer 90 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, and Ni and ceria doped with at least one selected from rare earth elements. The mixture is formed of at least one of Ni and a mixture of lanthanum garade doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu.

電解質層94は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。   The electrolyte layer 94 includes, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following.

外側電極層92は、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。   The outer electrode layer 92 includes, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni and Cu, Sr, Fe, Ni and Cu. It is formed from at least one of lanthanum cobaltite doped with at least one selected from the group consisting of silver and silver.

次に図5により燃料電池セルスタック14について説明する。図5は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図5に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板68及び上支持板100により支持されている。これらの下支持板68及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴68a及び100aがそれぞれ形成されている。
Next, the fuel cell stack 14 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell units 16, and the lower end side and the upper end side of these fuel cell units 16 are a ceramic lower support plate 68 and an upper side, respectively. It is supported by the support plate 100. The lower support plate 68 and the upper support plate 100 are formed with through holes 68a and 100a through which the inner electrode terminal 86 can pass.

さらに、燃料電池セルユニット16には、集電体102及び外部端子104が取り付けられている。この集電体102は、燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86と電気的に接続される燃料極用接続部102aと、空気極である外側電極層92の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部102bとにより一体的に形成されている。空気極用接続部102bは、外側電極層92の表面を上下方向に延びる鉛直部102cと、この鉛直部102cから外側電極層92の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部102dとから形成されている。また、燃料極用接続部102aは、空気極用接続部102bの鉛直部102cから燃料電池セルユニット16の上下方向に位置する内側電極端子86に向って斜め上方又は斜め下方に向って直線的に延びている。   Furthermore, a current collector 102 and an external terminal 104 are attached to the fuel cell unit 16. The current collector 102 includes a fuel electrode connection portion 102a that is electrically connected to an inner electrode terminal 86 attached to the inner electrode layer 90 that is a fuel electrode, and an entire outer peripheral surface of the outer electrode layer 92 that is an air electrode. And an air electrode connecting portion 102b electrically connected to each other. The air electrode connecting portion 102b is formed of a vertical portion 102c extending in the vertical direction on the surface of the outer electrode layer 92 and a plurality of horizontal portions 102d extending in a horizontal direction along the surface of the outer electrode layer 92 from the vertical portion 102c. Has been. The fuel electrode connection portion 102a is linearly directed obliquely upward or obliquely downward from the vertical portion 102c of the air electrode connection portion 102b toward the inner electrode terminal 86 positioned in the vertical direction of the fuel cell unit 16. It extends.

さらに、燃料電池セルスタック14の端(図5では左端の奥側及び手前側)に位置する2個の燃料電池セルユニット16の上側端及び下側端の内側電極端子86には、それぞれ外部端子104が接続されている。これらの外部端子104は、隣接する燃料電池セルスタック14の端にある燃料電池セルユニット16の外部端子104(図示せず)に接続され、上述したように、160本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されるようになっている。   Further, the inner electrode terminals 86 at the upper end and the lower end of the two fuel cell units 16 located at the ends of the fuel cell stack 14 (the far left side and the near side in FIG. 5) are external terminals, respectively. 104 is connected. These external terminals 104 are connected to the external terminals 104 (not shown) of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14, and as described above, the 160 fuel cell units 16 Everything is connected in series.

次に図6により本実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)に取り付けられたセンサ類等について説明する。図6は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)を示すブロック図である。
図6に示すように、固体酸化物型燃料電池1は、制御部110を備え、この制御部110には、使用者が操作するための「ON」や「OFF」等の操作ボタンを備えた操作装置112、発電出力値(ワット数)等の種々のデータを表示するための表示装置114、及び、異常状態のとき等に警報(ワーニング)を発する報知装置116が接続されている。なお、この報知装置116は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
Next, sensors and the like attached to the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram illustrating a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the solid oxide fuel cell 1 includes a control unit 110, and the control unit 110 includes operation buttons such as “ON” and “OFF” for operation by the user. An operation device 112, a display device 114 for displaying various data such as a power generation output value (wattage), and a notification device 116 for issuing a warning (warning) in an abnormal state are connected. The notification device 116 may be connected to a remote management center and notify the management center of an abnormal state.

次に、制御部110には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ120は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4に取り付けられている。
CO検出センサ122は、本来排気ガス通路80等を経て外部に排出される排気ガス中のCOが、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4を覆う外部ハウジング(図示せず)へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ124は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
Next, signals from various sensors described below are input to the control unit 110.
First, the combustible gas detection sensor 120 is for detecting a gas leak, and is attached to the fuel cell module 2 and the auxiliary unit 4.
The CO detection sensor 122 detects whether or not CO in the exhaust gas originally discharged to the outside through the exhaust gas passage 80 or the like leaks to an external housing (not shown) that covers the fuel cell module 2 and the auxiliary unit 4. Is to do.
The hot water storage state detection sensor 124 is for detecting the temperature and amount of hot water in a water heater (not shown).

電力状態検出センサ126は、インバータ54及び分電盤(図示せず)の電流及び電圧等を検知するためのものである。
発電用空気流量検出センサ128は、発電室10に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ130は、改質器20に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ132は、改質器20に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
The power state detection sensor 126 is for detecting the current and voltage of the inverter 54 and the distribution board (not shown).
The power generation air flow rate detection sensor 128 is for detecting the flow rate of power generation air supplied to the power generation chamber 10.
The reforming air flow sensor 130 is for detecting the flow rate of the reforming air supplied to the reformer 20.
The fuel flow sensor 132 is for detecting the flow rate of the fuel gas supplied to the reformer 20.

水流量センサ134は、改質器20に供給される純水の流量を検出するためのものである。
水位センサ136は、純水タンク26の水位を検出するためのものである。
圧力センサ138は、改質器20の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ140は、温水製造装置50に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
The water flow rate sensor 134 is for detecting the flow rate of pure water supplied to the reformer 20.
The water level sensor 136 is for detecting the water level of the pure water tank 26.
The pressure sensor 138 is for detecting the pressure on the upstream side outside the reformer 20.
The exhaust temperature sensor 140 is for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the hot water production apparatus 50.

発電室温度センサ142は、図3に示すように、燃料電池セル集合体12の近傍の前面側と背面側に設けられ、燃料電池セルスタック14の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック14(即ち燃料電池セル84自体)の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ144は、燃焼室18の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ146は、排気ガス室78の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ148は、改質器20の温度を検出するためのものであり、改質器20の入口温度と出口温度から改質器20の温度を算出する。
外気温度センサ150は、固体酸化物型燃料電池(SOFC)が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
As shown in FIG. 3, the power generation chamber temperature sensor 142 is provided on the front side and the back side in the vicinity of the fuel cell assembly 12, and detects the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 14 to thereby detect the fuel cell stack. 14 (ie, the fuel cell 84 itself) is estimated.
The combustion chamber temperature sensor 144 is for detecting the temperature of the combustion chamber 18.
The exhaust gas chamber temperature sensor 146 is for detecting the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas chamber 78.
The reformer temperature sensor 148 is for detecting the temperature of the reformer 20, and calculates the temperature of the reformer 20 from the inlet temperature and the outlet temperature of the reformer 20.
The outside air temperature sensor 150 is for detecting the temperature of the outside air when the solid oxide fuel cell (SOFC) is disposed outdoors. Further, a sensor for measuring the humidity or the like of the outside air may be provided.

これらのセンサ類からの信号は、制御部110に送られ、制御部110は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット28、燃料流量調整ユニット38、改質用空気流量調整ユニット44、発電用空気流量調整ユニット45に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。   Signals from these sensors are sent to the control unit 110, and the control unit 110, based on data based on these signals, the water flow rate adjustment unit 28, the fuel flow rate adjustment unit 38, the reforming air flow rate adjustment unit 44, A control signal is sent to the power generation air flow rate adjusting unit 45 to control each flow rate in these units.

次に図7により本実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)による起動時の動作を説明する。図7は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の起動時の動作を示すタイムチャートである。
最初は、燃料電池モジュール2を温めるために、無負荷状態で、即ち、燃料電池モジュール2を含む回路を開いた状態で、運転を開始する。このとき、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュール2は発電を行わない。
Next, the operation at the time of start-up by the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a time chart showing the operation at the start-up of the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the embodiment of the present invention.
Initially, in order to warm the fuel cell module 2, the operation is started in a no-load state, that is, in a state where a circuit including the fuel cell module 2 is opened. At this time, since no current flows through the circuit, the fuel cell module 2 does not generate power.

先ず、改質用空気流量調整ユニット44から改質用空気を第1ヒータ46を経由して燃料電池モジュール2の改質器20へ供給する。また、同時に、発電用空気流量調整ユニット45から発電用空気を第2ヒータ48を経由して燃料電池モジュール2の空気用熱交換器22へ供給し、この発電用空気が、発電室10及び燃焼室18に到達する。
この直ぐ後、燃料流量調整ユニット38からも燃料ガスが供給され、改質用空気が混合された燃料ガスが、改質器20及び燃料電池セルスタック14、燃料電池セルユニット16を通過して、燃焼室18に到達する。
First, reforming air is supplied from the reforming air flow rate adjustment unit 44 to the reformer 20 of the fuel cell module 2 via the first heater 46. At the same time, the power generation air is supplied from the power generation air flow rate adjustment unit 45 to the air heat exchanger 22 of the fuel cell module 2 via the second heater 48, and this power generation air is supplied to the power generation chamber 10 and the combustion chamber. Reach chamber 18.
Immediately after this, the fuel gas is also supplied from the fuel flow rate adjustment unit 38, and the fuel gas mixed with the reforming air passes through the reformer 20, the fuel cell stack 14, and the fuel cell unit 16, and It reaches the combustion chamber 18.

次に、点火装置83により着火して、燃焼室18にある燃料ガスと空気(改質用空気及び発電用空気)とを燃焼させる。この燃料ガスと空気との燃焼により排気ガスが生じ、この排気ガスにより、発電室10が暖められ、また、排気ガスが燃料電池モジュール2の密封空間8内を上昇する際、改質器20内の改質用空気を含む燃料ガスを暖めると共に、空気熱交換器22内の発電用空気も暖める。   Next, the ignition device 83 is ignited to burn the fuel gas and air (reforming air and power generation air) in the combustion chamber 18. Exhaust gas is generated by the combustion of the fuel gas and air, and the power generation chamber 10 is warmed by the exhaust gas, and when the exhaust gas rises in the sealed space 8 of the fuel cell module 2, The fuel gas containing the reforming air is warmed, and the power generation air in the air heat exchanger 22 is also warmed.

このとき、燃料流量調整ユニット38及び改質用空気流量調整ユニット44により、改質用空気が混合された燃料ガスが改質器20に供給されているので、改質器20において、式(1)に示す部分酸化改質反応POXが進行する。この部分酸化改質反応POXは、発熱反応であるので、起動性が良好となる。また、この昇温した燃料ガスが燃料ガス供給管64により燃料電池セルスタック14の下方に供給され、これにより、燃料電池セルスタック14が下方から加熱され、また、燃焼室18も燃料ガスと空気が燃焼して昇温されているので、燃料電池セルスタック14は、上方からも加熱され、この結果、燃料電池セルスタック14は、上下方向において、ほぼ均等に昇温可能となっている。この部分酸化改質反応POXが進行しても、燃焼室18では継続して燃料ガスと空気との燃焼反応が持続される。   At this time, the fuel gas mixed with the reforming air is supplied to the reformer 20 by the fuel flow rate adjusting unit 38 and the reforming air flow rate adjusting unit 44. The partial oxidation reforming reaction POX shown in FIG. Since the partial oxidation reforming reaction POX is an exothermic reaction, the startability is good. Further, the heated fuel gas is supplied to the lower side of the fuel cell stack 14 through the fuel gas supply pipe 64, whereby the fuel cell stack 14 is heated from below, and the combustion chamber 18 also has the fuel gas and air. The fuel cell stack 14 is also heated from above, and as a result, the fuel cell stack 14 can be heated substantially uniformly in the vertical direction. Even if the partial oxidation reforming reaction POX proceeds, the combustion reaction between the fuel gas and air continues in the combustion chamber 18.

mn+xO2 → aCO2+bCO+cH2 (1) C m H n + xO 2 → aCO 2 + bCO + cH 2 (1)

部分酸化改質反応POXの開始後、改質器温度センサ148により改質器20が所定温度(例えば、600℃)になったことを検知したとき、水流量調整ユニット28、燃料流量調整ユニット38及び改質用空気流量調整ユニット44により、燃料ガスと改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器20に供給する。このとき、改質器20においては、上述した部分酸化改質反応POXと後述する水蒸気改質反応SRとが併用されたオートサーマル改質反応ATRが進行する。このオートサーマル改質反応ATRは、熱的に内部バランスが取れるので、改質器20内では熱的に自立した状態で反応が進行する。即ち、酸素(空気)が多い場合には部分酸化改質反応POXによる発熱が支配的となり、水蒸気が多い場合には水蒸気改質反応SRによる吸熱反応が支配的となる。この段階では、既に起動の初期段階は過ぎており、発電室10内がある程度の温度まで昇温されているので、吸熱反応が支配的であっても大幅な温度低下を引き起こすことはない。また、オートサーマル改質反応ATRが進行中も、燃焼室18では燃焼反応が継続して行われている。   When the reformer temperature sensor 148 detects that the reformer 20 has reached a predetermined temperature (for example, 600 ° C.) after the partial oxidation reforming reaction POX is started, the water flow rate adjustment unit 28 and the fuel flow rate adjustment unit 38 are detected. In addition, the reforming air flow rate adjusting unit 44 supplies a gas in which fuel gas, reforming air, and water vapor are mixed in advance to the reformer 20. At this time, in the reformer 20, an autothermal reforming reaction ATR in which the partial oxidation reforming reaction POX described above and a steam reforming reaction SR described later are used proceeds. Since the autothermal reforming reaction ATR is thermally balanced internally, the reaction proceeds in the reformer 20 in a thermally independent state. That is, when oxygen (air) is large, heat generation by the partial oxidation reforming reaction POX is dominant, and when there is much steam, an endothermic reaction by the steam reforming reaction SR is dominant. At this stage, the initial stage of startup has already passed, and the temperature inside the power generation chamber 10 has been raised to a certain temperature. Therefore, even if the endothermic reaction is dominant, no significant temperature drop is caused. Further, the combustion reaction continues in the combustion chamber 18 even while the autothermal reforming reaction ATR is in progress.

式(2)に示すオートサーマル改質反応ATRの開始後、改質器温度センサ146により改質器20が所定温度(例えば、700℃)になったことを検知したとき、改質用空気流量調整ユニット44による改質用空気の供給を停止すると共に、水流量調整ユニット28による水蒸気の供給を増加させる。これにより、改質器20には、空気を含まず燃料ガスと水蒸気のみを含むガスが供給され、改質器20において、式(3)の水蒸気改質反応SRが進行する。   When the reformer temperature sensor 146 detects that the reformer 20 has reached a predetermined temperature (for example, 700 ° C.) after the start of the autothermal reforming reaction ATR shown in Formula (2), the reforming air flow rate The supply of reforming air by the adjustment unit 44 is stopped, and the supply of water vapor by the water flow rate adjustment unit 28 is increased. As a result, the reformer 20 is supplied with a gas that does not contain air and contains only fuel gas and water vapor, and the steam reforming reaction SR of formula (3) proceeds in the reformer 20.

mn+xO2+yH2O → aCO2+bCO+cH2 (2)
mn+xH2O → aCO2+bCO+cH2 (3)
C m H n + xO 2 + yH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (2)
C m H n + xH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (3)

この水蒸気改質反応SRは吸熱反応であるので、燃焼室18からの燃焼熱と熱バランスをとりながら反応が進行する。この段階では、燃料電池モジュール2の起動の最終段階であるため、発電室10内が十分高温に昇温されているので、吸熱反応が進行しても、発電室10が大幅な温度低下を招くこともない。また、水蒸気改質反応SRが進行しても、燃焼室18では継続して燃焼反応が進行する。   Since the steam reforming reaction SR is an endothermic reaction, the reaction proceeds while maintaining a heat balance with the combustion heat from the combustion chamber 18. At this stage, since the fuel cell module 2 is in the final stage of start-up, the power generation chamber 10 is heated to a sufficiently high temperature. Therefore, even if the endothermic reaction proceeds, the power generation chamber 10 is greatly reduced in temperature. There is nothing. Even if the steam reforming reaction SR proceeds, the combustion reaction continues in the combustion chamber 18.

このようにして、燃料電池モジュール2は、点火装置83により点火した後、部分酸化改質反応POX、オートサーマル改質反応ATR、水蒸気改質反応SRが、順次進行することにより、発電室10内の温度が徐々に上昇する。次に、発電室10内及び燃料電池セル84の温度が燃料電池モジュール2を安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュール2を含む回路を閉じ、燃料電池モジュール2による発電を開始し、それにより、回路に電流が流れる。燃料電池モジュール2の発電により、燃料電池セル84自体も発熱し、燃料電池セル84の温度も上昇する。この結果、燃料電池モジュール2を作動させる定格温度、例えば、600℃〜800℃になる。   In this way, after the fuel cell module 2 is ignited by the ignition device 83, the partial oxidation reforming reaction POX, the autothermal reforming reaction ATR, and the steam reforming reaction SR proceed in sequence, so that the inside of the power generation chamber 10 The temperature gradually increases. Next, when the temperature in the power generation chamber 10 and the fuel cell 84 reaches a predetermined power generation temperature lower than the rated temperature at which the fuel cell module 2 is stably operated, the circuit including the fuel cell module 2 is closed, and the fuel cell Power generation by the module 2 is started, so that a current flows in the circuit. Due to the power generation of the fuel cell module 2, the fuel cell 84 itself also generates heat, and the temperature of the fuel cell 84 also rises. As a result, the rated temperature at which the fuel cell module 2 is operated becomes, for example, 600 ° C. to 800 ° C.

この後、定格温度を維持するために、燃料電池セル84で消費される燃料ガス及び空気の量よりも多い燃料ガス及び空気を供給し、燃焼室18での燃焼を継続させる。なお、発電中は、改質効率の高い水蒸気改質反応SRで発電が進行する。   Thereafter, in order to maintain the rated temperature, more fuel gas and air than the amount of fuel gas and air consumed in the fuel cell 84 are supplied, and combustion in the combustion chamber 18 is continued. During power generation, power generation proceeds in a steam reforming reaction SR with high reforming efficiency.

次に、図8により本実施形態による固体酸化物型燃料電池(SOFC)の運転停止時の動作を説明する。図8は、本実施形態により固体酸化物型燃料電池(SOFC)の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。
図8に示すように、燃料電池モジュール2の運転停止を行う場合には、先ず、燃料流量調整ユニット38及び水流量調整ユニット28を操作して、燃料ガス及び水蒸気の改質器20への供給量を減少させる。
Next, the operation when the operation of the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present embodiment is stopped will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a time chart showing the operation when the solid oxide fuel cell (SOFC) is stopped according to this embodiment.
As shown in FIG. 8, when the operation of the fuel cell module 2 is stopped, first, the fuel flow rate adjustment unit 38 and the water flow rate adjustment unit 28 are operated to supply fuel gas and water vapor to the reformer 20. Reduce the amount.

また、燃料電池モジュール2の運転停止を行う場合には、燃料ガス及び水蒸気の改質器20への供給量を減少させると同時に、改質用空気流量調整ユニット44による発電用空気の燃料電池モジュール2内への供給量を増大させて、燃料電池セル集合体12及び改質器20を空気により冷却し、これらの温度を低下させる。その後、改質器20の温度が所定温度、例えば、400℃まで低下したとき、燃料ガス及び水蒸気の改質器20への供給を停止し、改質器20の水蒸気改質反応SRを終了する。この発電用空気の供給は、改質器20の温度が所定温度、例えば、200℃まで低下するまで、継続し、この所定温度となったとき、発電用空気流量調整ユニット45からの発電用空気の供給を停止する。   Further, when the operation of the fuel cell module 2 is stopped, the amount of fuel gas and water vapor supplied to the reformer 20 is reduced, and at the same time, the fuel cell module for generating air by the reforming air flow rate adjusting unit 44 The supply amount into 2 is increased, the fuel cell assembly 12 and the reformer 20 are cooled by air, and these temperatures are lowered. Thereafter, when the temperature of the reformer 20 decreases to a predetermined temperature, for example, 400 ° C., the supply of fuel gas and steam to the reformer 20 is stopped, and the steam reforming reaction SR of the reformer 20 is ended. . This supply of power generation air continues until the temperature of the reformer 20 decreases to a predetermined temperature, for example, 200 ° C., and when this temperature is reached, the power generation air from the power generation air flow rate adjustment unit 45 is supplied. Stop supplying.

このように、本実施形態においては、燃料電池モジュール2の運転停止を行うとき、改質器20による水蒸気改質反応SRと発電用空気による冷却とを併用しているので、比較的短時間に、燃料電池モジュールの運転を停止させることができる。   As described above, in the present embodiment, when the operation of the fuel cell module 2 is stopped, the steam reforming reaction SR by the reformer 20 and the cooling by the power generation air are used in combination. The operation of the fuel cell module can be stopped.

次に、図9乃至図17を参照して、本発明の第1実施形態による固体酸化物型燃料電池1の制御を説明する。
図9は、本実施形態の固体酸化物型燃料電池1における出力電流と燃料供給量の関係を示すグラフである。図10は、固体酸化物型燃料電池1における出力電流と、供給された燃料により発生する熱量の関係を示すグラフである。
Next, control of the solid oxide fuel cell 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 17.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the output current and the fuel supply amount in the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the output current in the solid oxide fuel cell 1 and the amount of heat generated by the supplied fuel.

まず、図9の実線に示すように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池1は、需要電力に応じて、出力を定格出力電力である700W(出力電流7A)以下で可変できるように構成されている。所要の電力を出力するために必要とされる燃料供給量(L/min)は、図9に実線で示す基本燃料供給テーブルとして設定されている。制御手段である制御部110は、需要電力検出手段である電力状態検出センサ126によって検出された需要電力に応じて、基本燃料供給テーブルに基づいて燃料供給量を決定し、これに基づいて燃料供給手段である燃料流量調整ユニット38を制御するように構成されている。   First, as shown by the solid line in FIG. 9, the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment is configured such that the output can be varied within 700 W (output current 7 A), which is the rated output power, according to the demand power. Has been. The fuel supply amount (L / min) required to output the required power is set as a basic fuel supply table indicated by a solid line in FIG. The control unit 110 serving as the control means determines the fuel supply amount based on the basic fuel supply table in accordance with the demand power detected by the power state detection sensor 126 serving as the demand power detection means, and supplies the fuel based on this. It is configured to control the fuel flow rate adjusting unit 38 as a means.

発電に必要な燃料の量は出力電力(出力電流)に比例するが、図9に実線で示すように、基本燃料供給テーブルに設定された燃料供給量は、出力電流に比例していない。これは、出力電力に比例して燃料供給量を低下させてしまうと、燃料電池モジュール2内の燃料電池セルユニット16を発電可能な温度に維持することができなくなるためである。このため、本実施形態においては、基本燃料供給テーブルは、出力電流7A付近の大発電電力時には燃料利用率約70%に設定され、出力電流2A程度の小発電電力時には燃料利用率約50%に設定されている。このように、小発電電力領域における燃料利用率を低下させ、発電に使用されなかった燃料を燃焼させて改質器20等の加熱に使用することにより、燃料電池セルユニット16の温度低下を抑制し、燃料電池モジュール2内を発電可能な温度に維持している。   The amount of fuel required for power generation is proportional to the output power (output current), but as shown by the solid line in FIG. 9, the fuel supply amount set in the basic fuel supply table is not proportional to the output current. This is because if the fuel supply amount is reduced in proportion to the output power, the fuel cell unit 16 in the fuel cell module 2 cannot be maintained at a temperature at which power can be generated. For this reason, in the present embodiment, the basic fuel supply table is set to a fuel utilization rate of about 70% when the generated power is near the output current 7A, and is set to about 50% when the generated power is about 2A. Is set. In this way, the fuel utilization rate in the small power generation region is reduced, the fuel not used for power generation is burned and used to heat the reformer 20, etc., thereby suppressing the temperature drop of the fuel cell unit 16 In addition, the inside of the fuel cell module 2 is maintained at a temperature capable of generating power.

しかしながら、燃料利用率を低下させることにより、発電に寄与しない燃料を増加させることになるので、小発電電力領域における固体酸化物型燃料電池1のエネルギー効率が低下する。本実施形態の固体酸化物型燃料電池1においては、制御部110に内蔵された燃料テーブル変更手段110a(図6)が、所定の条件に応じて基本燃料供給テーブルに設定された燃料供給量を変更・補正して、燃料供給量を図9破線に一例を示すように減少させ、小発電電力領域における燃料利用率が上昇される。これにより、固体酸化物型燃料電池1のエネルギー効率が向上される。   However, since the fuel that does not contribute to power generation is increased by reducing the fuel utilization rate, the energy efficiency of the solid oxide fuel cell 1 in the small power generation region is reduced. In the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the fuel table changing means 110a (FIG. 6) built in the control unit 110 sets the fuel supply amount set in the basic fuel supply table according to a predetermined condition. By changing / correcting, the fuel supply amount is decreased as shown in the broken line in FIG. 9, and the fuel utilization rate in the small power generation region is increased. Thereby, the energy efficiency of the solid oxide fuel cell 1 is improved.

図10は、本実施形態の固体酸化物型燃料電池1において、基本燃料供給テーブルに基づいて燃料を供給した場合における出力電流と、供給された燃料の熱量との関係を模式的に示すグラフである。図10に一点鎖線で示すように、燃料電池モジュール2を熱的に自立させ、安定に運転するために必要な熱量は、出力電流の増加と共に単調に増加する。図10に実線で示すグラフは、基本燃料供給テーブルに従って燃料が供給された場合における熱量を示している。本実施形態では、中発電電力に相当する出力電流5Aよりも低い領域では、一点鎖線で示す必要な熱量と、実線で示す基本燃料供給テーブルに基づいて供給される熱量がほぼ一致している。   FIG. 10 is a graph schematically showing the relationship between the output current and the amount of heat of the supplied fuel when the fuel is supplied based on the basic fuel supply table in the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment. is there. As shown by the one-dot chain line in FIG. 10, the amount of heat necessary to make the fuel cell module 2 thermally independent and operate stably increases monotonically with an increase in output current. A graph indicated by a solid line in FIG. 10 indicates the amount of heat when fuel is supplied according to the basic fuel supply table. In the present embodiment, in a region lower than the output current 5A corresponding to the medium generated power, the required amount of heat indicated by the alternate long and short dash line and the amount of heat supplied based on the basic fuel supply table indicated by the solid line substantially coincide.

さらに、出力電流5Aよりも高い領域では、基本燃料供給テーブルに従って供給される実線で示す熱量は、熱自立するために最低限必要な一点鎖線で示す熱量を上回っている。この実線と破線の間の余剰熱量は、燃料電池モジュール2に設けられた蓄熱材である断熱材7に蓄積される。また、固体酸化物型燃料電池1からの出力電流と、この電流を定常的に出力している場合における燃料電池モジュール2内の燃料電池セルユニット16の温度とは相関があり、出力電流を大きくするためには燃料電池セルユニット16の温度を高くする必要があることから、出力電流が大きい状態では燃料電池セルユニット16の温度は高い状態にある。本実施形態においては、出力電流5Aは、蓄熱温度Thである約633℃に対応している。従って、本実施形態の固体酸化物型燃料電池1では、出力電流5A、蓄熱温度Th=約633℃以上の場合において、より多くの熱量が断熱材7に蓄積される。   Further, in a region higher than the output current 5A, the amount of heat indicated by the solid line supplied in accordance with the basic fuel supply table exceeds the amount of heat indicated by the one-dot chain line necessary for heat self-sustainment. The surplus heat amount between the solid line and the broken line is accumulated in the heat insulating material 7 that is a heat storage material provided in the fuel cell module 2. Further, the output current from the solid oxide fuel cell 1 is correlated with the temperature of the fuel cell unit 16 in the fuel cell module 2 when this current is constantly output, and the output current is increased. In order to do so, it is necessary to increase the temperature of the fuel cell unit 16, and therefore the temperature of the fuel cell unit 16 is high when the output current is large. In the present embodiment, the output current 5A corresponds to about 633 ° C. which is the heat storage temperature Th. Therefore, in the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, a larger amount of heat is accumulated in the heat insulating material 7 when the output current is 5 A and the heat storage temperature Th is about 633 ° C. or higher.

この蓄熱温度Thは、発電電力範囲である0W〜700Wの中央値である350Wよりも大きい500W(出力電流5A)に対応する温度に設定されている。また、出力電流5A以下の領域においては、基本燃料供給テーブルに基づいて供給される熱量は、熱自立するために最低限必要な熱量とほぼ同一(僅かに基本燃料供給テーブルの熱量が大きい)に設定されている。このため、図10の破線に一例を示すように、基本燃料供給テーブルによる燃料供給量が補正され、燃料供給量が減少されると、熱的に自立するために必要な熱量が不足する。   This heat storage temperature Th is set to a temperature corresponding to 500 W (output current 5 A) that is larger than 350 W, which is the median value of 0 W to 700 W that is the generated power range. In the region where the output current is 5 A or less, the amount of heat supplied based on the basic fuel supply table is substantially the same as the minimum amount of heat necessary for heat self-sustainment (the amount of heat of the basic fuel supply table is slightly larger). Is set. For this reason, as shown by an example of the broken line in FIG. 10, when the fuel supply amount by the basic fuel supply table is corrected and the fuel supply amount is reduced, the amount of heat necessary for thermal independence is insufficient.

本実施形態においては、後述するように、発電電力が小さい領域において、基本燃料供給テーブルで設定された燃料供給量を一時的に減少させるように補正して、燃料利用率を向上させる。一方、基本燃料供給テーブルの燃料供給量を減少させたことにより不足する熱量は、燃料電池モジュール2が蓄熱温度Thよりも高い領域で運転されている間に断熱材7に蓄積された熱量を利用して補充している。なお、本実施形態においては、断熱材7の熱容量が非常に大きいため、燃料電池モジュール2が大発電電力で所定時間運転された後、発電電力が小さい領域で運転される場合には、断熱材7に蓄積された熱量を2時間以上に亘って利用することができ、この間の燃料供給量を減じる補正を行うことにより燃料利用率が向上される。   In the present embodiment, as will be described later, in a region where the generated power is small, the fuel supply rate set in the basic fuel supply table is corrected so as to be temporarily reduced to improve the fuel utilization rate. On the other hand, the amount of heat that is deficient by reducing the fuel supply amount of the basic fuel supply table uses the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 while the fuel cell module 2 is operated in a region higher than the heat storage temperature Th. And replenished. In this embodiment, since the heat capacity of the heat insulating material 7 is very large, the heat insulating material is operated when the fuel cell module 2 is operated in a region where the generated power is small after being operated for a predetermined time with large generated power. The amount of heat stored in 7 can be used for 2 hours or more, and the fuel utilization rate is improved by performing correction to reduce the fuel supply amount during this period.

また、本実施形態においては、出力電流5A、蓄熱温度Th=約633℃以上の場合において、より多くの熱量が断熱材7に蓄積されるように基本燃料供給テーブルが設定されているが、出力電流5A以上の領域においても熱自立するために最低限必要な熱量とほぼ同一(僅かに基本燃料供給テーブルの熱量が大きい)に基本燃料供給テーブルを設定することもできる。即ち、発電電力が大きい領域においては、燃料電池モジュール2の作動温度は、発電電力が小さい場合よりも高いので、燃料供給量が熱自立のための必要最低限の熱量に設定されていても、小発電電力時に利用可能な熱量を断熱材7に蓄積することができる。本実施形態のように、大発電電力時に積極的に燃料供給量を多く設定しておくことにより、電力需要がピークとなる夜間帯の短時間で断熱材7に必要な熱量を確実に蓄積させることができる。   In the present embodiment, the basic fuel supply table is set so that more heat is accumulated in the heat insulating material 7 when the output current is 5A and the heat storage temperature Th is about 633 ° C. or higher. Even in the region where the current is 5 A or more, the basic fuel supply table can be set to be substantially the same as the minimum amount of heat necessary for heat self-sustainment (the amount of heat of the basic fuel supply table is slightly larger). That is, in the region where the generated power is large, the operating temperature of the fuel cell module 2 is higher than when the generated power is small, so even if the fuel supply amount is set to the minimum heat amount necessary for heat self-sustaining, The amount of heat available at the time of small power generation can be stored in the heat insulating material 7. As in this embodiment, by actively setting a large amount of fuel supply at the time of large power generation, the amount of heat necessary for the heat insulating material 7 can be reliably accumulated in a short period of time during the night when power demand peaks. be able to.

次に、図11乃至図17を参照して、本発明の第1実施形態による固体酸化物型燃料電池1の具体的な制御を説明する。
図11は、本実施形態における燃料供給量の制御フローチャートである。図12は、断熱材7に蓄積された熱量を推定するために使用される蓄熱量推定テーブルである。図13は、蓄熱量推定テーブルをグラフ化したものである。図14は、出力電流に対する第1修正係数の値を示すグラフである。図15は、出力電流に対する第2修正係数の値を示すグラフである。
Next, specific control of the solid oxide fuel cell 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 17.
FIG. 11 is a control flowchart of the fuel supply amount in the present embodiment. FIG. 12 is a heat storage amount estimation table used for estimating the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7. FIG. 13 is a graph of the heat storage amount estimation table. FIG. 14 is a graph showing the value of the first correction coefficient with respect to the output current. FIG. 15 is a graph showing the value of the second correction coefficient with respect to the output current.

図11に示すフローチャートは、固体酸化物型燃料電池1の発電運転中において、制御部110において所定の時間間隔で実行される。まず、図11のステップS1においては、図12に示す蓄熱量推定テーブルに基づいて積算処理が実行される。ステップS1において計算される積算値Niは、後述するように、断熱材7等に蓄積された利用可能な蓄熱量の指標となる値であり、0〜1の間の値をとる。   The flowchart shown in FIG. 11 is executed at predetermined time intervals in the control unit 110 during the power generation operation of the solid oxide fuel cell 1. First, in step S1 of FIG. 11, an integration process is performed based on the heat storage amount estimation table shown in FIG. As will be described later, the integrated value Ni calculated in step S1 is a value serving as an index of the available heat storage amount accumulated in the heat insulating material 7 and the like, and takes a value between 0 and 1.

次に、ステップS2においては、ステップS1で計算された積算値Niが0であるか否かが判断される。積算値Niが0である場合にはステップS3に進み、0以外である場合にはステップS4に進む。   Next, in step S2, it is determined whether or not the integrated value Ni calculated in step S1 is zero. If the integrated value Ni is 0, the process proceeds to step S3, and if it is not 0, the process proceeds to step S4.

積算値Niが0である場合には、断熱材7等には利用可能な程度に熱量が蓄積されていないと推定されるため、ステップS3においては、制御部110により、燃料供給量が基本燃料供給テーブルに基づいて決定される。制御部110は、燃料流量調整ユニット38に信号を送り、決定された燃料供給量を燃料電池モジュール2に供給する。従って、この場合には、発電電力が少ないとしても燃料利用率を高くする補正は実行されない。ステップS3の後、図11に示すフローチャートの1回の処理を終了する。   When the integrated value Ni is 0, it is presumed that the heat quantity is not accumulated in the heat insulating material 7 or the like so that it can be used. Therefore, in step S3, the control unit 110 sets the fuel supply amount to the basic fuel. Determined based on supply table. The controller 110 sends a signal to the fuel flow rate adjustment unit 38 to supply the determined fuel supply amount to the fuel cell module 2. Therefore, in this case, even if the generated power is small, correction for increasing the fuel utilization rate is not executed. After step S3, one process of the flowchart shown in FIG. 11 is terminated.

一方、ステップS4においては、基本燃料供給テーブルによって決定された燃料供給量に対する利用率変更量が、積算値Niに基づいて決定される。即ち、積算値Niが1である場合には、最も大幅に燃料供給量が減少されて、燃料利用率が向上され、積算値Niが小さいほど燃料供給量の減少幅が小さくされる。   On the other hand, in step S4, the usage rate change amount with respect to the fuel supply amount determined by the basic fuel supply table is determined based on the integrated value Ni. That is, when the integrated value Ni is 1, the fuel supply amount is reduced most greatly, the fuel utilization rate is improved, and the reduction amount of the fuel supply amount is reduced as the integrated value Ni is smaller.

次に、ステップS5においては、図14に示すグラフに基づいて、第1修正係数が決定される。図14に示すように、第1修正係数は、出力電流が少ない領域においては1であり、出力電流が4.5Aを超えると0になる。即ち、発電電力が小さい領域においては、断熱材7に蓄積された熱量を利用して燃料供給量を減少させる補正が行なわれ、燃料利用率が向上される一方、発電電力が大きい領域では補正は実行されない。これは、発電電力が大きい領域においては、基本燃料供給テーブルによっても十分に燃料利用率の高い運転が可能であると共に、大発電電力時には、燃料電池モジュール2内の温度が高いため断熱材7の蓄熱を利用しにくいためである。   Next, in step S5, the first correction coefficient is determined based on the graph shown in FIG. As shown in FIG. 14, the first correction coefficient is 1 in a region where the output current is small, and becomes 0 when the output current exceeds 4.5A. That is, in the region where the generated power is small, correction is made to reduce the amount of fuel supply using the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 to improve the fuel utilization rate, while in the region where the generated power is large, the correction is performed. Not executed. This is because in the region where the generated power is large, operation with a sufficiently high fuel utilization rate is possible even with the basic fuel supply table, and since the temperature in the fuel cell module 2 is high at the time of large generated power, the heat insulating material 7 This is because it is difficult to use heat storage.

次いで、ステップS6においては、図15に示すグラフに基づいて、第2修正係数が決定される。図15に示すように、第2修正係数は、出力電流が1A以下の領域においては0.5であり、出力電流が1〜1.5Aの領域で直線的に増加し、出力電流が1.5A以上の領域では1になる。即ち、発電電力が利用率抑制発電量である150W以下の領域においては、基本燃料供給テーブルによる燃料供給量の絶対値が小さいため、これに大幅な補正を加えて燃料供給量を減少させると燃料電池セルユニット16を損傷する虞があるためである。また、基本燃料供給テーブルの補正量を少なく抑えておくことにより、断熱材7に蓄積された熱量を少しずつ利用することができ、長時間に亘って蓄熱を利用することが可能になる。従って、第2修正係数は、発電電力が小さいほど基本燃料供給テーブルの補正量を減少させ、基本燃料供給テーブルの変更、補正をする期間を延長する変更期間延長手段として機能する。この変更期間延長手段は、基本燃料供給テーブルの補正が開始された後、断熱材7に蓄積された熱量が使用されるため、補正を実行している期間が長くなるにつれて次第に蓄熱量が減少し、蓄熱量が減少すると燃料利用率の補正量が減少するので、更に蓄熱を利用することができる期間を延長するように作用する。
なお、変形例として、第2修正係数を使用した補正量の修正は行わなくても良い。
Next, in step S6, the second correction coefficient is determined based on the graph shown in FIG. As shown in FIG. 15, the second correction coefficient is 0.5 in the region where the output current is 1 A or less, increases linearly in the region where the output current is 1 to 1.5 A, and the output current is 1. It becomes 1 in the area of 5A or more. That is, in the region where the generated power is 150 W or less, which is the utilization rate restrained power generation amount, the absolute value of the fuel supply amount based on the basic fuel supply table is small. This is because the battery cell unit 16 may be damaged. Further, by keeping the correction amount of the basic fuel supply table small, the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 can be used little by little, and heat storage can be used for a long time. Therefore, the second correction coefficient functions as a change period extending means for reducing the correction amount of the basic fuel supply table as the generated power is smaller, and extending the period for changing and correcting the basic fuel supply table. This change period extending means uses the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 after the correction of the basic fuel supply table is started, so that the amount of stored heat gradually decreases as the period of executing the correction becomes longer. When the amount of stored heat decreases, the correction amount of the fuel utilization rate decreases, so that the period in which the stored heat can be used is further extended.
As a modification, the correction amount using the second correction coefficient may not be corrected.

次に、ステップS7においては、ステップS4において決定された利用率変更量に、ステップS5において決定された第1修正係数、ステップS6において決定された第2修正係数を乗じて、最終的な利用率変更量を決定する。さらに、水供給量の補正量を、決定された燃料供給量に対応して決定すると共に、発電用空気供給量を、通常の空気供給量に対して10%低下させる。また、燃料供給量の制御ゲインを通常運転時の制御ゲインに対して10%増大させ、燃料供給量を変化させる際の追従性を向上させる。   Next, in step S7, the usage rate change amount determined in step S4 is multiplied by the first correction coefficient determined in step S5 and the second correction coefficient determined in step S6 to obtain a final usage rate. Determine the amount of change. Further, the correction amount of the water supply amount is determined corresponding to the determined fuel supply amount, and the power generation air supply amount is reduced by 10% with respect to the normal air supply amount. In addition, the control gain of the fuel supply amount is increased by 10% with respect to the control gain during normal operation, and the followability when changing the fuel supply amount is improved.

このように、基本燃料供給テーブルの補正を実行する際の燃料供給量の制御ゲインを増大させ、燃料供給量の追従性を高く設定しておくことにより、推定される蓄熱量の減少に伴って補正後の燃料利用率が低下されていく(燃料供給量が増加される)際、速やかに燃料供給量を増加させることができる。これにより、燃料供給量を増加させる応答の遅れによる燃料電池モジュール2の過剰冷却が防止される。従って、ステップS7における、制御ゲインを増大させる制御は、過剰冷却防止手段として作用する。また、発電用の2次空気量を10%低下させることで、セルや改質器など燃料電池モジュール2内への冷却を抑制できるため蓄熱量の減少を抑え蓄熱を有効に利用させることが可能となる。よって、次空気量を10%低下させる制御も、過剰冷却防止手段として作用する。   In this way, by increasing the control gain of the fuel supply amount when executing the correction of the basic fuel supply table and setting the fuel supply amount followability high, the estimated heat storage amount decreases. When the corrected fuel utilization rate is reduced (the fuel supply amount is increased), the fuel supply amount can be quickly increased. As a result, excessive cooling of the fuel cell module 2 due to a delay in response to increase the fuel supply amount is prevented. Therefore, the control for increasing the control gain in step S7 acts as an excessive cooling preventing means. In addition, by reducing the amount of secondary air for power generation by 10%, cooling into the fuel cell module 2 such as a cell or a reformer can be suppressed, so it is possible to effectively use the heat storage while suppressing a decrease in the heat storage amount. It becomes. Therefore, the control for reducing the amount of the next air by 10% also acts as an excessive cooling preventing means.

ステップS8においては、制御部110は、燃料流量調整ユニット38、水流量調整ユニット28、発電用空気流量調整ユニット45に信号を送り、ステップS7において決定された量の燃料、水、発電用空気を燃料電池モジュール2に供給する。ステップS8の後、図11に示すフローチャートの1回の処理を終了する。また、基本燃料供給テーブルの補正が実行されることにより、積算値Niが0まで低下すると、処理は、再びステップS2からステップS3に移行するようになる。これにより、基本燃料供給テーブルの補正が終了し、再び基本燃料供給テーブルに基づく燃料供給量の制御が実行されるようになる。   In step S8, the control unit 110 sends a signal to the fuel flow rate adjustment unit 38, the water flow rate adjustment unit 28, and the power generation air flow rate adjustment unit 45, and supplies the amount of fuel, water, and power generation air determined in step S7. The fuel cell module 2 is supplied. After step S8, one process of the flowchart shown in FIG. 11 is terminated. Further, when the integrated value Ni decreases to 0 by executing the correction of the basic fuel supply table, the process shifts from step S2 to step S3 again. Thereby, the correction of the basic fuel supply table is completed, and the control of the fuel supply amount based on the basic fuel supply table is executed again.

次に、図12及び図13を参照して、断熱材7等に蓄積されている蓄熱量の推定を説明する。
蓄熱量の推定は、制御部110に内蔵されている蓄熱量推定手段110b(図6)により実行される。図11に示すフローチャートのステップS1が実行されると、蓄熱量推定手段110bは、温度検出手段である発電室温度センサ142から発電室の温度を読み込む。次に、蓄熱量推定手段110bは、発電室温度センサ142の検出温度Tdに基づいて、図12に示す蓄熱量推定テーブルを参照し、加減算値を決定する。例えば、検出温度Tdが645℃である場合には、加算値は1/50000に決定され、この値が積算値Niに加算される。このような積算は、固体酸化物型燃料電池1の始動後、所定の時間間隔で実行される。本実施形態においては、図11に示すフローチャートは、0.5sec毎に実行されるので、0.5secに1回ずつ積算が実行される。このため、例えば、検出温度Tdが645℃で一定の場合には、0.5secに1回ずつ1/50000の値が積算され、積算値Niが増加する。
Next, with reference to FIG.12 and FIG.13, estimation of the heat storage amount accumulate | stored in the heat insulating material 7 grade | etc., Is demonstrated.
The estimation of the heat storage amount is executed by the heat storage amount estimation means 110b (FIG. 6) built in the control unit 110. When step S1 of the flowchart shown in FIG. 11 is executed, the heat storage amount estimation unit 110b reads the temperature of the power generation chamber from the power generation chamber temperature sensor 142 which is a temperature detection unit. Next, the heat storage amount estimation means 110b refers to the heat storage amount estimation table shown in FIG. 12 based on the detected temperature Td of the power generation chamber temperature sensor 142, and determines an addition / subtraction value. For example, when the detected temperature Td is 645 ° C., the added value is determined to be 1 / 50,000, and this value is added to the integrated value Ni. Such integration is performed at predetermined time intervals after the solid oxide fuel cell 1 is started. In the present embodiment, since the flowchart shown in FIG. 11 is executed every 0.5 sec, the integration is executed once every 0.5 sec. For this reason, for example, when the detected temperature Td is constant at 645 ° C., the value of 1/50000 is integrated once every 0.5 sec, and the integrated value Ni increases.

このような積算値Niは、燃料電池モジュール2や発電室10内の温度の履歴を反映するものであり、断熱材7等に蓄積されている蓄熱量の程度を示す指標となる値である。この積算値Niは、0〜1の範囲に制限されており、積算値Niが1に到達した場合には、値は次に減算が行われるまで1に保持され、積算値Niが0まで減少した場合には、値は次に加算が行われるまで0に保持される。本明細書においては、本実施形態における積算値Niのように、蓄熱量の程度を示す指標となる値が蓄熱量の推定値であるとする。従って、本実施形態においては、燃料電池モジュール2の温度に基づいて蓄熱量が推定される。   Such an integrated value Ni reflects the temperature history in the fuel cell module 2 and the power generation chamber 10, and is a value that serves as an index indicating the degree of heat storage accumulated in the heat insulating material 7 and the like. This integrated value Ni is limited to a range of 0 to 1. When the integrated value Ni reaches 1, the value is held at 1 until the next subtraction is performed, and the integrated value Ni is decreased to 0. If so, the value is held at 0 until the next addition. In the present specification, it is assumed that a value serving as an index indicating the degree of the heat storage amount is an estimated value of the heat storage amount, like the integrated value Ni in the present embodiment. Therefore, in this embodiment, the heat storage amount is estimated based on the temperature of the fuel cell module 2.

図11に示すフローチャートのステップS4において計算される、基本燃料供給テーブルに対する利用率変更量は、この積算値Niに所定の補正量を乗じることによって決定される。従って、蓄熱量の推定値である積算値Niが大きいほど補正量は増加し、積算値Niが1のとき利用率変更量は最大となり、積算値Niが0のときには補正は実行されない(利用率変更量=0)。即ち、積算値Niが0の場合には、蓄熱量の推定値が、基本燃料供給テーブルの補正を実行する変更実行蓄熱量未満であると判断して、燃料利用率の補正は実行されない。   The utilization rate change amount for the basic fuel supply table calculated in step S4 of the flowchart shown in FIG. 11 is determined by multiplying the integrated value Ni by a predetermined correction amount. Therefore, the correction amount increases as the integrated value Ni, which is an estimated value of the heat storage amount, increases. When the integrated value Ni is 1, the utilization rate change amount becomes maximum, and when the integrated value Ni is 0, no correction is performed (utilization rate). Change amount = 0). That is, when the integrated value Ni is 0, it is determined that the estimated value of the heat storage amount is less than the change execution heat storage amount for executing the correction of the basic fuel supply table, and the fuel utilization rate correction is not executed.

図12及び図13に示すように、本実施形態においては、積算は、検出温度Tdが変更基準温度Tcrである635℃よりも高い場合には加算が行われ、低い場合には減算が行われる。即ち、検出温度Tdが変更基準温度Tcrよりも高い場合には、断熱材7等に燃料利用率の向上に利用可能な熱量が蓄積され、変更基準温度Tcrよりも低い場合には、断熱材7等に蓄積されている熱が奪われると仮定して、積算値Niが計算される。換言すれば、積算値Niは、検出温度Tdの変更基準温度Tcrに対する温度偏差の時間積分に対応し、この積算値Niに基づいて蓄熱量が推定される。   As shown in FIGS. 12 and 13, in this embodiment, the integration is performed when the detected temperature Td is higher than 635 ° C., which is the changed reference temperature Tcr, and is subtracted when the detected temperature Td is lower. . That is, when the detected temperature Td is higher than the changed reference temperature Tcr, the amount of heat that can be used for improving the fuel utilization rate is accumulated in the heat insulating material 7 or the like, and when it is lower than the changed reference temperature Tcr, the heat insulating material 7 is used. The integrated value Ni is calculated assuming that the heat accumulated in etc. is taken away. In other words, the integrated value Ni corresponds to the time integration of the temperature deviation of the detected temperature Td with respect to the change reference temperature Tcr, and the heat storage amount is estimated based on the integrated value Ni.

なお、本実施形態においては、蓄熱量推定の基準となる変更基準温度Tcrは、熱の蓄積が多くなる蓄熱温度Thよりも僅かに高く設定されている(図10)。このため蓄熱量の推定値は実際よりも少なく推定される。これにより、実際よりも大きく推定された蓄熱量に基づいて、燃料利用率を高める補正を過度に実施し、燃料電池モジュール2の過剰な温度低下を引き起こすのを回避している。   In the present embodiment, the change reference temperature Tcr that serves as a reference for estimating the amount of heat storage is set slightly higher than the heat storage temperature Th at which heat accumulation increases (FIG. 10). For this reason, the estimated value of the heat storage amount is estimated to be less than the actual value. Thereby, based on the heat storage amount estimated larger than actual, the correction which raises a fuel utilization factor is implemented excessively and it avoids causing the excessive temperature fall of the fuel cell module 2. FIG.

従って、検出温度Tdが変更基準温度Tcrよりも高い状態で、発電電力が小さくなった場合には、基本燃料供給テーブルに対する補正が実行される。一方、検出温度Tdが変更基準温度Tcrよりも低い状態で、発電電力が小さくなった場合には、基本燃料供給テーブルに対する補正量が減少され(積算値Niが減少することによる)、或いは、補正が実行されない(積算値Niが0である場合)。   Therefore, when the detected power Td is higher than the changed reference temperature Tcr and the generated power is reduced, the basic fuel supply table is corrected. On the other hand, when the detected power Td is lower than the changed reference temperature Tcr and the generated power is reduced, the correction amount for the basic fuel supply table is decreased (by reducing the integrated value Ni), or the correction is performed. Is not executed (when the integrated value Ni is 0).

具体的には、図12及び図13に示すように、検出温度Tdが580℃よりも低い場合には、積算値Niから20/50000が減算される。また、検出温度Tdが580℃以上、620℃未満の場合には積算値Niから10/50000×(620−Td)/(620−580)が減算される。検出温度Tdが620℃以上、630℃未満の場合には積算値Niから1/50000が減算される。このように、検出温度Tdが検出温度Tdよりも低いほど積算値Niは急激に減少され、これに伴い燃料利用率の補正量も急激に減少される。   Specifically, as shown in FIGS. 12 and 13, when the detected temperature Td is lower than 580 ° C., 20/50000 is subtracted from the integrated value Ni. When the detected temperature Td is not less than 580 ° C. and less than 620 ° C., 10/50000 × (620−Td) / (620−580) is subtracted from the integrated value Ni. When the detected temperature Td is 620 ° C. or higher and lower than 630 ° C., 1 / 50,000 is subtracted from the integrated value Ni. Thus, as the detected temperature Td is lower than the detected temperature Td, the integrated value Ni is rapidly decreased, and the correction amount of the fuel utilization rate is also rapidly decreased accordingly.

一方、検出温度Tdが650℃以上の場合には、積算値Niに1/50000×(Td−650)が加算される。また、検出温度Tdが640℃以上、650℃未満の場合には積算値Niに1/50000が加算される。このように、検出温度Tdが検出温度Tdよりも高いほど積算値Niは急激に増加され、これに伴い燃料利用率の補正量も急激に増大される。   On the other hand, when the detected temperature Td is 650 ° C. or higher, 1/50000 × (Td−650) is added to the integrated value Ni. When the detected temperature Td is 640 ° C. or higher and lower than 650 ° C., 1 / 50,000 is added to the integrated value Ni. Thus, as the detected temperature Td is higher than the detected temperature Td, the integrated value Ni increases rapidly, and accordingly, the correction amount of the fuel utilization rate also increases rapidly.

さらに、検出温度Tdが630〜640℃の間では、検出温度Tdが上昇傾向にある場合と、低下傾向にある場合で処理が異なる。
即ち、検出温度Tdが630℃以上、632℃未満の場合、検出温度Tdが上昇傾向にある場合には加算値は0(加減算を行わない)にされ、低下傾向にある場合には1/50000が減算される。このように、検出温度Tdが変更基準温度Tcrよりも低く、それらの差が微少偏差温度である5℃以下である場合においては、検出温度Tdが低下傾向にあるときは、上昇傾向にあるときよりも急激に積算値Niを減少させる。ここで、断熱材7等は熱容量が非常に大きく、検出温度Tdが一旦低下傾向に入ると、しばらくの間温度が低下し続けることが予想される。従って、このような状況においては、速やかに積算値Niを減少させて、燃料利用率を高める(燃料供給量を減少させる)補正を抑制することにより、燃料電池モジュール2に著しい温度低下が発生するリスクを回避する必要がある。
Furthermore, when the detected temperature Td is between 630 and 640 ° C., the processing differs depending on whether the detected temperature Td is increasing or decreasing.
That is, when the detected temperature Td is 630 ° C. or higher and lower than 632 ° C., the added value is set to 0 (no addition / subtraction) when the detected temperature Td tends to increase, and 1 / 50,000 when the detected temperature Td tends to decrease. Is subtracted. As described above, when the detected temperature Td is lower than the change reference temperature Tcr and the difference between them is 5 ° C. or less which is a minute deviation temperature, when the detected temperature Td tends to decrease, the detected temperature Td tends to increase The integrated value Ni is decreased more rapidly than. Here, the heat insulating material 7 or the like has a very large heat capacity, and once the detected temperature Td starts to decrease, it is expected that the temperature will continue to decrease for a while. Accordingly, in such a situation, the fuel cell module 2 undergoes a significant temperature drop by quickly reducing the integrated value Ni and suppressing the correction that increases the fuel utilization rate (decreases the fuel supply amount). There is a need to avoid risk.

一方、検出温度Tdが638℃以上、640℃未満の場合、検出温度Tdが上昇傾向にある場合には1/50000が加算され、低下傾向にある場合には加算値は0(加減算を行わない)にされる。上記のように、断熱材7等は熱容量が非常に大きく、検出温度Tdが一旦上昇傾向に入るとしばらくの間温度が上昇し続けることが予想される。従って、このような状況においては、速やかに積算値Niを増加させることにより燃料利用率を高める(燃料供給量を減少させる)補正を促進し、蓄熱を積極的に利用して燃料利用率を向上させる。   On the other hand, when the detected temperature Td is not less than 638 ° C. and less than 640 ° C., 1/50000 is added when the detected temperature Td tends to increase, and the added value is 0 (not added or subtracted) when the detected temperature Td tends to decrease ). As described above, the heat insulating material 7 and the like have a very large heat capacity, and once the detected temperature Td starts to rise, it is expected that the temperature will continue to rise for a while. Therefore, in such a situation, by quickly increasing the integrated value Ni, the fuel usage rate is increased (decreasing the fuel supply amount) and the correction is promoted, and the heat usage is actively used to improve the fuel usage rate. Let

このように、積算値Niに対する加減算値は、検出温度Tdの変化状態に応じて異なる値をとる。従って、検出温度Tdと変更基準温度Tcrの間の温度偏差と、蓄熱量を反映している積算値Niの関係は、検出温度Tdの変化状態に応じて変更される。
また、検出温度Tdが632℃以上、638℃未満の場合には、検出温度Tdが変更基準温度Tcrである635℃近傍にあり、安定しているとみなして、検出温度Tdの傾向にかかわらず加算値を0(加減算を行わない)として現在の状態を維持させる。
As described above, the addition / subtraction value with respect to the integrated value Ni takes different values depending on the change state of the detected temperature Td. Therefore, the relationship between the temperature deviation between the detected temperature Td and the changed reference temperature Tcr and the integrated value Ni reflecting the heat storage amount is changed according to the change state of the detected temperature Td.
When the detected temperature Td is 632 ° C. or higher and lower than 638 ° C., the detected temperature Td is in the vicinity of 635 ° C., which is the change reference temperature Tcr, and is considered to be stable, regardless of the tendency of the detected temperature Td. The current state is maintained by setting the addition value to 0 (no addition / subtraction is performed).

次に、図16を参照して、燃料電池モジュール2が劣化した場合における処理を説明する。図16は、燃料電池モジュール2が劣化した場合における補正量の変更を行うためのフローチャートである。   Next, a process when the fuel cell module 2 is deteriorated will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart for changing the correction amount when the fuel cell module 2 deteriorates.

燃料電池セルユニット16は、長年使用することにより劣化が進行すると、同一の燃料供給量に対して取り出すことのできる電力が低下する。また、これに伴い、同一の電力を生成しているときの燃料電池セルユニット16の温度も上昇する。本実施形態の固体酸化物型燃料電池1においては、所定の発電電力時の燃料電池モジュール2(燃料電池セルユニット16)の温度に基づいて、燃料電池モジュール2の劣化を判定している。なお、燃料電池モジュールの劣化は、所定の燃料供給量に対する取り出し可能な電力、又は電圧等によって判定することもできる。   When the fuel cell unit 16 deteriorates as a result of being used for many years, the power that can be taken out with respect to the same fuel supply amount decreases. Along with this, the temperature of the fuel cell unit 16 when the same electric power is generated also rises. In the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the deterioration of the fuel cell module 2 is determined based on the temperature of the fuel cell module 2 (fuel cell unit 16) at a predetermined generated power. It should be noted that the deterioration of the fuel cell module can also be determined by the power or voltage that can be taken out with respect to a predetermined fuel supply amount.

図16に示すフローチャートは、制御部110により、所定期間毎に、例えば、数ヶ月乃至数年毎に実行される。まず、図16のステップS21において、燃料電池セルユニット16が劣化しているか否かが判断される。燃料電池セルユニット16が劣化していないと判定された場合には、図16に示すフローチャートの1回の処理を終了する。燃料電池セルユニット16が劣化したことが判定されると、ステップS22に進む。   The flowchart shown in FIG. 16 is executed by the control unit 110 every predetermined period, for example, every several months to several years. First, in step S21 of FIG. 16, it is determined whether or not the fuel cell unit 16 has deteriorated. If it is determined that the fuel cell unit 16 has not deteriorated, the one-time process of the flowchart shown in FIG. 16 is terminated. If it is determined that the fuel cell unit 16 has deteriorated, the process proceeds to step S22.

ステップS22においては、変更基準温度Tcrを5℃高い値に変更すると共に、第3修正係数を0.8に設定し、図16に示すフローチャートの1回の処理を終了する。これは、燃料電池セルユニット16が劣化すると、燃料電池モジュール2の作動温度が全体に温度の高い側にシフトするため、燃料利用率補正の基準となる温度もこれに合わせて変更するものである。また、第3修正係数は、図11のステップS4において決定された利用率変更量に乗じられる係数である。第3修正係数は、燃料電池セルユニット16が劣化する前は1に設定されており、劣化したことが判定されると0.8に変更され、利用率変更量が20%減少される。これにより、燃料電池セルユニット16が劣化した状態で燃料利用率を大きく補正することによる、燃料電池セルユニット16の劣化の促進が防止される。なお、燃料電池モジュール2が劣化したことが一度判定され、その後の更なる劣化の進行を判定する場合には、劣化を判定するための温度の閾値を更新する。これにより、劣化の進行度合いを複数回に亘って判断することが可能になる。また、変更基準温度Tcrの値は、劣化したことが判断される度に変更される。   In step S22, the change reference temperature Tcr is changed to a value higher by 5 ° C., the third correction coefficient is set to 0.8, and one process of the flowchart shown in FIG. 16 is terminated. This is because when the fuel cell unit 16 is deteriorated, the operating temperature of the fuel cell module 2 is shifted to the higher temperature as a whole, and therefore the temperature used as the reference for correcting the fuel utilization rate is changed accordingly. . Further, the third correction coefficient is a coefficient to be multiplied by the usage rate change amount determined in step S4 of FIG. The third correction coefficient is set to 1 before the fuel cell unit 16 deteriorates. If it is determined that the fuel cell unit 16 has deteriorated, the third correction coefficient is changed to 0.8, and the usage rate change amount is reduced by 20%. Thereby, promotion of deterioration of the fuel cell unit 16 by largely correcting the fuel utilization rate in a state where the fuel cell unit 16 is deteriorated is prevented. When it is once determined that the fuel cell module 2 has deteriorated and the progress of further deterioration thereafter is determined, the temperature threshold for determining deterioration is updated. This makes it possible to determine the degree of progress of deterioration a plurality of times. Further, the value of the change reference temperature Tcr is changed every time it is determined that it has deteriorated.

次に、図17を参照して、本発明の第1実施形態による固体酸化物型燃料電池1の作用を説明する。図17(a)は、本実施形態による固体酸化物型燃料電池1の作用を概念的に示す図であり、(b)は一般的な住宅における一日の需要電力の推移と、断熱材に蓄積される熱量の推移を模式的に示す図である。図17(a)上段のグラフは、断熱材7に利用可能な熱量が蓄積されていない場合の作用を概念的に示すものであり、中段及び下段のグラフは、蓄積された熱量が少ない場合及び多い場合を夫々示している。図17(a)上段のように、発電電力が大きく、燃料供給量の多い運転が短時間である場合には、断熱材7には利用可能な熱量が蓄積されないので、発電電力が減少した後の運転は、基本燃料供給テーブルに基づいて決定され、燃料利用率が高められることはない。一方、図17(a)中段のように、発電電力が大きい運転が或る程度の時間行われた場合には、発電電力が減少した後の運転は、発電電力が大きい時に断熱材7に蓄積された熱量を利用して行われるので、断熱材7に利用可能な熱量が残存している間、燃料供給量が基本燃料供給テーブルよりも減少された高効率円転が行われる。これにより、中段のグラフの斜線を施した部分に相当する燃料が節約される。さらに、図17(a)下段のように、発電電力が大きい運転が長時間行われた場合には、断熱材7には多量の熱量が蓄積されているので、より長い時間に亘って蓄積された熱量を利用した高効率運転が実行され、より多くの燃料が節約される。
次に、図17(b)においては、住宅で使用される需要電力を実線で、固体酸化物型燃料電池1による発電電力を破線で、蓄熱量の指標となる積算値Niを一点鎖線で示している。
Next, the operation of the solid oxide fuel cell 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17A is a diagram conceptually illustrating the operation of the solid oxide fuel cell 1 according to the present embodiment, and FIG. 17B is a diagram showing changes in daily power demand and heat insulation in a general house. It is a figure which shows typically transition of the calorie | heat amount accumulate | stored. The upper graph in FIG. 17 (a) conceptually shows the operation when the amount of heat available in the heat insulating material 7 is not accumulated, and the middle and lower graphs show the case where the accumulated heat amount is small and Each case is shown. As shown in the upper part of FIG. 17A, when the generated power is large and the operation with a large amount of fuel supply is performed for a short time, the heat insulating material 7 does not accumulate available heat, so the generated power decreases. The operation is determined based on the basic fuel supply table, and the fuel utilization rate is not increased. On the other hand, as shown in the middle stage of FIG. 17A, when the operation with large generated power is performed for a certain period of time, the operation after the decrease in generated power is accumulated in the heat insulating material 7 when the generated power is large. Since this is performed using the amount of heat, while the amount of heat available in the heat insulating material 7 remains, high-efficiency circular rolling in which the fuel supply amount is smaller than that of the basic fuel supply table is performed. This saves fuel corresponding to the hatched portion of the middle graph. Furthermore, as shown in the lower part of FIG. 17 (a), when the operation with large generated power is performed for a long time, a large amount of heat is accumulated in the heat insulating material 7, so that it is accumulated over a longer time. High-efficiency operation using the amount of heat generated is executed, and more fuel is saved.
Next, in FIG. 17B, the demand power used in the house is indicated by a solid line, the power generated by the solid oxide fuel cell 1 is indicated by a broken line, and the integrated value Ni serving as an index of the heat storage amount is indicated by a one-dot chain line. ing.

まず、家人が就寝中の時刻t0〜t1においては、住宅で使用される需要電力は少なく、時刻t1において家人が起床すると需要電力は増大する。これに伴い固体酸化物型燃料電池1の発電電力も増加し、需要電力のうち、燃料電池の定格電力を上回る電力については系統電力から供給される。また、家人が就寝中の6〜8時間程度は使用される電力が少ない状態が続いていたため、起床時t1においては、蓄熱量推定手段110bにより推定された蓄熱量(積算値Ni)は0又は非常に小さな値となっている。   First, at times t0 to t1 when the family is sleeping, the demand power used in the house is small, and the demand power increases when the family wakes up at time t1. Along with this, the generated power of the solid oxide fuel cell 1 also increases, and the power exceeding the rated power of the fuel cell is supplied from the grid power among the demand power. Moreover, since the state where the electric power used is low for about 6 to 8 hours while the family is sleeping, the heat storage amount (integrated value Ni) estimated by the heat storage amount estimation means 110b is 0 or 0 at the time of wakeup t1. The value is very small.

時刻t1において発電電力が増加し、燃料電池モジュール2が蓄熱温度Thよりも高い温度で運転されると、蓄熱量は次第に増加し、時刻t2において、積算値最大の1程度まで増加する。その後、時刻t3において家人が外出すると、需要電力は急激に減少する。このように、蓄熱量が変更実行蓄熱量以上である状態で発電電力が低下すると、燃料テーブル変更手段110aによる基本燃料供給テーブルの補正が実行され、小発電電力における燃料利用率が高められる。燃料利用率を高めた運転が行われると、断熱材7に蓄積された熱量が利用されるので、積算値Niも減少する。本実施形態においては、1〜3時間程度、燃料利用率を高めた運転を実行可能である。   When the generated power increases at time t1 and the fuel cell module 2 is operated at a temperature higher than the heat storage temperature Th, the amount of heat storage gradually increases, and increases to about 1 at the maximum integrated value at time t2. Thereafter, when the householder goes out at time t3, the power demand decreases rapidly. As described above, when the generated power decreases in a state where the heat storage amount is equal to or greater than the change execution heat storage amount, the basic fuel supply table is corrected by the fuel table changing unit 110a, and the fuel utilization rate in the small power generation is increased. When the operation with an increased fuel utilization rate is performed, the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 is used, so the integrated value Ni also decreases. In the present embodiment, it is possible to perform an operation with an increased fuel utilization rate for about 1 to 3 hours.

次いで、時刻t4において家人が帰宅すると、再び需要電力が増加する。積算値Niは、時刻t4における需要電力の増加から遅れて増大し(時刻t4〜t5)、再び最大値に到達する。次いで、時刻t6において家人が就寝し、需要電力が低下した後、燃料利用率を高めた運転が行われる(時刻t6以降)。
住宅における需要電力がこのように推移した場合には、断熱材7に蓄積された熱量を利用した燃料利用率を高めた運転が一日に2回行われる。この燃料利用率を高めた運転期間は、発電電力が少ない期間の20〜50%にも及び、固体酸化物型燃料電池1の総合的なエネルギー効率を大きく向上させる。
Next, when the householder comes home at time t4, the demand power increases again. The integrated value Ni increases after an increase in demand power at time t4 (time t4 to t5), and reaches the maximum value again. Next, at time t6, the householder goes to bed and the power demand decreases, and then the operation with an increased fuel utilization rate is performed (after time t6).
When the demand power in the house changes in this way, an operation that increases the fuel utilization rate using the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 is performed twice a day. The operation period in which the fuel utilization rate is increased reaches 20 to 50% of the period in which the generated power is low, and greatly improves the overall energy efficiency of the solid oxide fuel cell 1.

従来の固体酸化物型燃料電池においては、発電電力が小さい場合には、発電熱が低下するため、燃料電池モジュールが温度低下を起こしやすい。このため、小発電電力時には燃料利用率を下げ、発電に使用されなかった燃料により燃料電池モジュールを加熱して過度の温度低下を防止していた。特に、燃料電池モジュール内に改質器が配置されているタイプの固体酸化物型燃料電池においては、改質器内で吸熱反応が発生するので、温度低下が起こりやすい。   In the conventional solid oxide fuel cell, when the generated power is small, the generated heat is reduced, so that the temperature of the fuel cell module is likely to decrease. For this reason, when the amount of power generated is small, the fuel utilization rate is lowered, and the fuel cell module is heated with fuel that has not been used for power generation to prevent an excessive temperature drop. In particular, in a solid oxide fuel cell of a type in which a reformer is disposed in a fuel cell module, an endothermic reaction occurs in the reformer, and thus a temperature drop is likely to occur.

本発明の実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、発電電力が小さい場合において、蓄熱量推定手段110bにより断熱材7に利用可能な熱量が蓄積されていることが推定されると、一時的に燃料利用率が高くなるように基本燃料供給テーブルを補正する(図11、ステップS7)。これにより、固体酸化物型燃料電池1の熱的な自立を維持し、過度の温度低下を回避しながら、固体酸化物型燃料電池1の総合的なエネルギー効率を向上させることができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the embodiment of the present invention, when the generated power is small, it is estimated by the heat storage amount estimation means 110b that the heat amount usable in the heat insulating material 7 is accumulated. The basic fuel supply table is corrected so as to temporarily increase the fuel utilization rate (FIG. 11, step S7). As a result, the overall energy efficiency of the solid oxide fuel cell 1 can be improved while maintaining the thermal independence of the solid oxide fuel cell 1 and avoiding an excessive temperature drop.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、所定の蓄熱温度Thよりも高い領域で、より多くの熱量が断熱材7に蓄積されるように設定されている(図10)ので、燃料利用率を高くできる蓄熱温度Thよりも高い領域で積極的に熱を蓄積し、この熱を、燃料電池モジュール2の温度が比較的低く、蓄熱を利用しやすい小発電電力時に消費することにより、蓄熱された熱量を効果的に利用することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, it is set so that a larger amount of heat is accumulated in the heat insulating material 7 in a region higher than the predetermined heat storage temperature Th (FIG. 10). By actively accumulating heat in a region higher than the heat storage temperature Th that can increase the fuel utilization rate, and consuming this heat at the time of small power generation where the temperature of the fuel cell module 2 is relatively low and heat storage is easy to use. The amount of heat stored can be used effectively.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、発電室温度センサ142によって検出された検出温度Tdは、概ね断熱材7に蓄積された熱量を反映しているので、検出温度Tdと変更基準温度Tcrの関係のみから簡単に基本燃料供給テーブルを補正することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the detected temperature Td detected by the power generation chamber temperature sensor 142 substantially reflects the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7, and therefore changes from the detected temperature Td. The basic fuel supply table can be easily corrected only from the relationship of the reference temperature Tcr.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、変更基準温度Tcrは、蓄熱温度Thよりも高く設定されている(図10)ので、断熱材7への蓄熱量が多くなる蓄熱温度Thよりも高い変更基準温度Tcr以上で蓄熱が利用されることになり、蓄熱量が少ない状態で蓄熱が利用され、過度の温度低下を引き起こすリスクを回避することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the change reference temperature Tcr is set higher than the heat storage temperature Th (FIG. 10), so the heat storage temperature Th at which the amount of heat stored in the heat insulating material 7 increases. Therefore, the stored heat is used at a temperature higher than the change reference temperature Tcr, and the stored heat is used in a state where the amount of stored heat is small, thereby avoiding the risk of causing an excessive temperature drop.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、蓄熱量推定手段110bが検出温度Tdの履歴に基づいて蓄熱量を推定する(図11、ステップS4、図13)ので、現在の検出温度Tdのみから蓄熱量を推定する場合に比べ正確に推定することができ、蓄熱をより有効に活用することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the heat storage amount estimation means 110b estimates the heat storage amount based on the history of the detected temperature Td (FIG. 11, step S4, FIG. 13), so the current detected temperature The heat storage amount can be estimated more accurately than the case where the heat storage amount is estimated only from Td, and the heat storage can be utilized more effectively.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、温度偏差を時間で積分することによって、断熱材7に蓄積されている蓄熱量を推定しているので(図11、ステップS4、図13)、蓄熱温度Thよりも高い温度で運転された時間が長い場合には推定される蓄熱量が大きく、短い場合には推定される蓄熱量が小さくなり、より正確に蓄熱量を推定することができる。これにより、蓄熱を利用することによる過度の温度低下等のリスクを確実に回避することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the heat storage amount accumulated in the heat insulating material 7 is estimated by integrating the temperature deviation with time (FIG. 11, Step S4, FIG. 13). ), When the time of operation at a temperature higher than the heat storage temperature Th is long, the estimated heat storage amount is large, and when it is short, the estimated heat storage amount is small, and the heat storage amount can be estimated more accurately. it can. Thereby, risks, such as an excessive temperature fall by utilizing heat storage, can be avoided reliably.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、蓄熱量が大きいほど燃料利用率を高くする補正量を増加させるので(図11、ステップS4、図13)、過度の温度低下等のリスクを確実に回避しながら、燃料利用率を大幅に向上させる補正を実行することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the correction amount for increasing the fuel utilization rate is increased as the heat storage amount is increased (FIG. 11, step S4, FIG. 13). It is possible to execute a correction that significantly improves the fuel utilization rate while reliably avoiding the above.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、検出温度Tdが高いほど補正量を急激に増大させる一方、検出温度Tdが低いほど補正量を急激に減少させるので(図13)、検出温度Tdが高い場合には大幅な燃料利用率の補正ができると共に、検出温度Tdが低い場合には急速に補正量を減少させることができるので、過度の温度低下を確実に防止することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the correction amount is rapidly increased as the detection temperature Td is higher, while the correction amount is rapidly decreased as the detection temperature Td is lower (FIG. 13). When the temperature Td is high, the fuel utilization rate can be significantly corrected, and when the detected temperature Td is low, the correction amount can be rapidly reduced, so that an excessive temperature drop can be reliably prevented. .

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、検出温度Td又は発電電力の状態に応じて、蓄熱量の推定値と、補正量の関係が変更されるので(図13、630〜640℃、図14、図15、図18)、過度の温度低下の防止と、蓄熱の効果的な活用を両立することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the relationship between the estimated value of the heat storage amount and the correction amount is changed according to the detected temperature Td or the state of the generated power (FIG. 13, 630 to 640). C, FIG. 14, FIG. 15 and FIG. 18), prevention of excessive temperature drop and effective utilization of heat storage can be achieved at the same time.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、燃料テーブル変更手段110aは、発電電力が少ない場合には補正量を小さくするので(図15)、蓄熱の利用量が減少し、蓄熱を利用することができる期間を延長することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the fuel table changing means 110a reduces the correction amount when the generated power is small (FIG. 15), so that the amount of heat storage used is reduced and the heat storage is reduced. The period that can be used can be extended.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、検出温度Tdと変更基準温度Tcrの差が所定の微少偏差温度以下で、検出温度Tdが低下傾向にある場合には蓄熱量の推定値が急激に減少されるので(図13、630〜632℃)、検出温度Tdが低下傾向にある局面で蓄熱量の推定値が早急に減少され、過度の温度低下を確実に防止することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, when the difference between the detected temperature Td and the change reference temperature Tcr is equal to or less than a predetermined minute deviation temperature and the detected temperature Td tends to decrease, the estimated value of the heat storage amount Is rapidly decreased (FIG. 13, 630 to 632 ° C.), the estimated value of the heat storage amount is rapidly decreased in a phase where the detected temperature Td tends to decrease, and an excessive temperature decrease can be reliably prevented. .

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、燃料電池モジュール2の状態に応じて燃料利用率を高くする補正量を変更するので(図14、図15、図16)、燃料電池モジュール2の状態に適合しない燃料利用率の補正を防止することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the correction amount for increasing the fuel utilization rate is changed according to the state of the fuel cell module 2 (FIGS. 14, 15, and 16). Correction of the fuel utilization rate that does not conform to the state of 2 can be prevented.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、燃料電池モジュール2が劣化した場合に変更基準温度Tcrが高い値に変更されるので(図16)、劣化して作動温度が上昇した燃料電池モジュール2に過度の負担をかけることなく、燃料利用率の補正を実行することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, when the fuel cell module 2 deteriorates, the change reference temperature Tcr is changed to a high value (FIG. 16), so the fuel whose operating temperature has increased due to deterioration. The fuel utilization rate can be corrected without imposing an excessive burden on the battery module 2.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池1によれば、燃料電池モジュール2が劣化した場合には補正量が減少されるので(図16、ステップS22)、燃料利用率を補正することによる劣化の促進を抑制することができる。   According to the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, when the fuel cell module 2 is deteriorated, the correction amount is reduced (FIG. 16, step S22), so that the deterioration caused by correcting the fuel utilization rate is reduced. Promotion can be suppressed.

また、上述した本発明の第1実施形態においては、積算値Niに加算、減算される加減算値は、図12に示した蓄熱量推定テーブルのように、検出温度Tdのみに基づいて計算されていたが、変形例として、出力電流を加味して加減算値を決定することもできる。例えば、図12の蓄熱量推定テーブルに基づいて決定された加減算値に、図18に示す電流補正係数を乗じた値を積算することにより積算値Niを計算することができる。図18に示すように、電流補正係数は、出力電流3A以下では1/7に設定され、4A以上では1/12に設定され、3〜4Aの間は、1/7から1/12に直線的に低下している。   Further, in the above-described first embodiment of the present invention, the addition / subtraction value added to or subtracted from the integrated value Ni is calculated based only on the detected temperature Td as in the heat storage amount estimation table shown in FIG. However, as a modification, the addition / subtraction value can be determined in consideration of the output current. For example, the integrated value Ni can be calculated by integrating the value obtained by multiplying the addition / subtraction value determined based on the heat storage amount estimation table of FIG. 12 by the current correction coefficient shown in FIG. As shown in FIG. 18, the current correction coefficient is set to 1/7 when the output current is 3A or less, is set to 1/12 when the output current is 3A or more, and is linear from 1/7 to 1/12 between 3 and 4A. Has declined.

このように設定された電流補正係数を乗じることにより、発電電力の小さい領域では、積算値Niは急速に増減し、中発電電力以上の領域では、積算値Niの増減が緩やかになる。このため、基本燃料供給テーブルの補正により、断熱材7に蓄積された熱量を大きく消費する小発電電力時には、積算値Niが速やかに減少される。これにより、蓄熱量を過大に推定することにより著しい温度低下を招くリスクを、より確実に防止することができる。   By multiplying the current correction coefficient set in this way, the integrated value Ni rapidly increases and decreases in a region where the generated power is small, and the increase and decrease of the integrated value Ni becomes gentle in a region where the generated power is equal to or higher. For this reason, the integrated value Ni is rapidly reduced by the correction of the basic fuel supply table at the time of small power generation that consumes a large amount of heat accumulated in the heat insulating material 7. As a result, it is possible to more reliably prevent the risk of causing a significant temperature drop by overestimating the heat storage amount.

また、上述した実施形態においては、積算値Niに加算又は減算する加減算値は、図13に示すように検出温度Tdのみによって決定されていたが、加減算値が出力電流にも依存するように本発明を構成することもできる。例えば、出力電流が3A(出力電力300W)以下の場合において、変更基準温度Tcrを2℃程度高く変更し、図13のグラフ全体を2℃程度左にシフトしても良い。このように構成することにより、発電電力が小さい場合には、変更基準温度Tcrが高い値に変更され、蓄熱量の推定値が小さな値に算出される。これにより、燃料利用率を高くする補正量が減少されるので、発電電力が小さく燃料供給量の絶対量が少ない領域において大幅に燃料利用率を向上させ、燃料供給量が過度に低下するのを抑制することができる。   In the above-described embodiment, the addition / subtraction value to be added to or subtracted from the integrated value Ni is determined only by the detected temperature Td as shown in FIG. 13, but the addition / subtraction value depends on the output current. The invention can also be configured. For example, when the output current is 3 A (output power 300 W) or less, the change reference temperature Tcr may be changed higher by about 2 ° C., and the entire graph of FIG. 13 may be shifted to the left by about 2 ° C. With this configuration, when the generated power is small, the change reference temperature Tcr is changed to a high value, and the estimated value of the heat storage amount is calculated to a small value. As a result, the correction amount for increasing the fuel utilization rate is reduced, so that the fuel utilization rate is significantly improved in the region where the generated power is small and the absolute amount of the fuel supply amount is small, and the fuel supply amount is reduced excessively. Can be suppressed.

次に、図19乃至33を参照して、本発明の第2実施形態による固体酸化物型燃料電池を説明する。
本実施形態の固体酸化物型燃料電池は、制御部110による制御が、上述した第1実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第2実施形態の、第1実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の構成、作用、及び効果については説明を省略する。
Next, a solid oxide fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The solid oxide fuel cell of the present embodiment is different from the first embodiment described above in the control by the control unit 110. Accordingly, here, only the portions of the second embodiment of the present invention that are different from the first embodiment will be described, and descriptions of similar configurations, operations, and effects will be omitted.

また、上述した第1実施形態においては、需要電力に応じ、基本燃料供給テーブルに基づいて燃料供給量を決定し、決定された燃料供給量を、断熱材7に蓄積された熱量に基づいて減少させ、一時的に燃料利用率が高くなるように変更していた。これに対し、第2実施形態による固体酸化物型燃料電池においては、基本燃料供給テーブルによる燃料供給量の決定、推定蓄熱量に基づく燃料供給量の変更という処理は実行されず、燃料供給量は、検出温度Td等に基づいて直接計算される。しかしながら、本実施形態において、検出温度Td等に基づいて直接決定される燃料供給量は、断熱材7に蓄積された熱量等が加味されたものとなっており、蓄熱量が多い状態においては、蓄熱を利用して燃料利用率が向上されるので、第1実施形態と同様の技術思想を実現したものであるということができる。   In the first embodiment described above, the fuel supply amount is determined based on the basic fuel supply table according to the demand power, and the determined fuel supply amount is decreased based on the heat amount accumulated in the heat insulating material 7. The fuel usage rate was temporarily increased. On the other hand, in the solid oxide fuel cell according to the second embodiment, the process of determining the fuel supply amount by the basic fuel supply table and changing the fuel supply amount based on the estimated heat storage amount is not executed, and the fuel supply amount is It is directly calculated based on the detected temperature Td and the like. However, in the present embodiment, the fuel supply amount that is directly determined based on the detected temperature Td and the like is the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 and the like, and in a state where the heat storage amount is large, Since the fuel utilization rate is improved by using heat storage, it can be said that the technical idea similar to that of the first embodiment is realized.

さらに、上述した第1実施形態においては、推定された蓄熱量に基づいて燃料利用率を高めるための燃料供給量の変更は、変更量に第1修正係数(図11のステップS5、図14)が乗じられているため、専ら、発電電力が小さい状態において行われていた(出力電流4.5A以上では、第1修正係数=0)。これに対して、本実施形態においては、第1実施形態における第1修正係数に相当する係数は使用されていない。従って、本実施形態においては、発電電力が小さい領域ばかりでなく、発電電力が大きい領域においても、断熱材7等に蓄積された熱量を利用した高効率制御が実行される。このため、本実施形態の固体酸化物型燃料電池によれば、蓄熱を利用して燃料利用率を向上させるという効果の他に、燃料電池モジュール2内の温度が過剰に上昇した場合において、断熱材7等に蓄積された熱量を消費することにより、温度上昇を抑制するという効果も得られる。なお、上述した第1実施形態においても、第1修正係数を省略(変更量に第1修正係数を乗じない)することにより、同様の効果を得ることができる。   Furthermore, in the first embodiment described above, the change in the fuel supply amount for increasing the fuel utilization rate based on the estimated heat storage amount is changed to the first correction coefficient (step S5 in FIG. 11, FIG. 14). Therefore, it was performed exclusively when the generated power was small (first correction coefficient = 0 at an output current of 4.5 A or more). On the other hand, in the present embodiment, a coefficient corresponding to the first correction coefficient in the first embodiment is not used. Therefore, in this embodiment, high-efficiency control using the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 and the like is executed not only in a region where the generated power is small but also in a region where the generated power is large. For this reason, according to the solid oxide fuel cell of the present embodiment, in addition to the effect of improving the fuel utilization rate by using heat storage, the heat insulation is performed when the temperature in the fuel cell module 2 is excessively increased. By consuming the amount of heat accumulated in the material 7 or the like, an effect of suppressing the temperature rise can be obtained. In the first embodiment described above, the same effect can be obtained by omitting the first correction coefficient (not multiplying the change amount by the first correction coefficient).

図19は、需要電力の変化と、燃料供給量、及び燃料電池モジュール2から実際に取り出される電流の関係を模式的に示したグラフである。図20は、発電用空気供給量、水供給量、燃料供給量、及び燃料電池モジュール2から実際に取り出される電流の関係の一例を示したグラフである。   FIG. 19 is a graph schematically showing the relationship between the change in demand power, the fuel supply amount, and the current actually taken from the fuel cell module 2. FIG. 20 is a graph showing an example of the relationship between the power generation air supply amount, the water supply amount, the fuel supply amount, and the current actually taken from the fuel cell module 2.

図19に示すように、燃料電池モジュール2は、図19の最上段に示す需要電力に応じた電力を生成できるように制御される。制御部110は、需要電力に基づいて、燃料電池モジュール2が生成すべき目標の電流である燃料供給電流値Ifを、図19の2段目のグラフに示すように設定する。燃料供給電流値Ifは、概ね需要電力の変化に追従するように設定されるが、燃料電池モジュール2の応答速度は需要電力の変化に対して極めて緩慢であるため、需要電力の短周期の急激な変化には追従せず、需要電力に緩やかに追従するように設定される。また、需要電力が固体酸化物型燃料電池の最大定格電力を超えた場合には、燃料供給電流値Ifは最大定格電力に対応する電流値まで追従し、それ以上の電流値に設定されることはない。   As shown in FIG. 19, the fuel cell module 2 is controlled so as to be able to generate electric power according to the demand electric power shown in the uppermost stage of FIG. Based on the demand power, the control unit 110 sets a fuel supply current value If, which is a target current to be generated by the fuel cell module 2, as shown in the second graph of FIG. Although the fuel supply current value If is set so as to substantially follow the change in demand power, the response speed of the fuel cell module 2 is extremely slow with respect to the change in demand power. It is set so as to follow the demand power gently without following the change. In addition, when the demand power exceeds the maximum rated power of the solid oxide fuel cell, the fuel supply current value If follows the current value corresponding to the maximum rated power and is set to a current value higher than that. There is no.

制御部110は、図19の3段目のグラフに示すように、燃料供給手段である燃料流量調整ユニット38を制御して、燃料供給電流値Ifに対応する電力が生成できる流量の燃料供給量Frを燃料電池モジュール2に供給する。なお、燃料供給量に対する実際に発電に使用される燃料の割合である燃料利用率が一定であるとすれば、燃料供給電流値Ifと燃料供給量Frは比例する。図19のグラフは、燃料供給電流値Ifと燃料供給量Frが比例するものとして描かれているが、後述するように、実際には本実施形態においても燃料利用率は一定ではない。   As shown in the third graph of FIG. 19, the control unit 110 controls the fuel flow rate adjustment unit 38, which is a fuel supply unit, so as to generate a fuel supply amount at a flow rate that can generate power corresponding to the fuel supply current value If. Fr is supplied to the fuel cell module 2. If the fuel utilization rate, which is the ratio of the fuel actually used for power generation with respect to the fuel supply amount, is constant, the fuel supply current value If and the fuel supply amount Fr are proportional. The graph of FIG. 19 is drawn on the assumption that the fuel supply current value If and the fuel supply amount Fr are proportional, but as will be described later, the fuel utilization rate is actually not constant in this embodiment as well.

さらに、図19の最下段のグラフに示すように、制御部110は、燃料電池モジュール2から取り出すことができる電流値である取出可能電流Iinvをインバータ54に対して指示する信号を出力する。インバータ54は、時々刻々急激に変化する需要電力に応じ、取出可能電流Iinvの範囲内で燃料電池モジュール2から電流(電力)を取り出す。需要電力が取出可能電流Iinvを上回る部分については、系統電力から供給される。ここで、図19に示すように、制御部110がインバータ54に指示する取出可能電流Iinvは、電流が増加傾向にある場合、燃料供給量Frの変化に対して所定時間遅れて変化するように設定される。例えば、図19の時刻t10においては、燃料供給電流値If及び燃料供給量Frが上昇を始めた後、遅れて、取出可能電流Iinvの増加が開始される。また、時刻t12においても、燃料供給電流値If及び燃料供給量Frの増加の後、遅れて、取出可能電流Iinvの増加が開始される。このように、燃料供給量Frを増加させた後、実際に燃料電池モジュール2から取り出す電力を増加させるタイミングを遅らせることにより、燃料電池モジュール2に供給された燃料が改質器20等を通って燃料電池セルスタック14に到達するまでの時間遅れや、燃料が電池セルスタック14に到達した後、実際の発電反応が可能になるまでの時間遅れに対処している。これにより、各燃料電池セルユニット16において燃料枯れが発生し、燃料電池セルユニット16が損傷されるのを確実に防止している。   Further, as shown in the lowermost graph in FIG. 19, the control unit 110 outputs a signal that instructs the inverter 54 about the extractable current Iinv that is a current value that can be extracted from the fuel cell module 2. The inverter 54 extracts current (electric power) from the fuel cell module 2 within the range of the extractable current Iinv according to the demand power that changes suddenly every moment. The portion where the demand power exceeds the extractable current Iinv is supplied from the grid power. Here, as shown in FIG. 19, when the current tends to increase, the extractable current Iinv instructed by the control unit 110 to the inverter 54 changes so as to be delayed by a predetermined time with respect to the change in the fuel supply amount Fr. Is set. For example, at time t10 in FIG. 19, after the fuel supply current value If and the fuel supply amount Fr start to increase, an increase in the extractable current Iinv is started with a delay. Also at time t12, after the fuel supply current value If and the fuel supply amount Fr increase, the increase of the extractable current Iinv is started with a delay. As described above, after the fuel supply amount Fr is increased, the timing at which the electric power actually extracted from the fuel cell module 2 is increased is delayed so that the fuel supplied to the fuel cell module 2 passes through the reformer 20 and the like. A time delay until the fuel cell stack 14 is reached and a time delay until the actual power generation reaction becomes possible after the fuel reaches the battery cell stack 14 are dealt with. This reliably prevents the fuel battery cell unit 16 from being depleted of fuel and damaging the fuel battery cell unit 16.

図20は、発電用空気供給量、水供給量、及び燃料供給量の変化と、取出可能電流Iinvの関係をより詳細に示したものである。なお、図20に示されている発電用空気供給量、水供給量、及び燃料供給量のグラフは、何れも、各供給量に対応する電流値に換算されている。即ち、供給された発電用空気、水、及び燃料が余ることなく全て発電に使用される供給量に設定されているとすれば、各供給量のグラフが取出可能電流Iinvのグラフと重なるように換算されている。従って、各供給量のグラフの、取出可能電流Iinvに対するずれ量は、各供給量の余剰分に対応する。発電に使用されずに残った残余燃料は、燃料電池セルスタック14上方の燃焼部である燃焼室18において燃焼され、燃料電池モジュール2内の加熱に利用される。   FIG. 20 shows in more detail the relationship between the power supply air supply amount, the water supply amount, and the fuel supply amount and the extractable current Iinv. Note that the graphs of the power supply air supply amount, the water supply amount, and the fuel supply amount shown in FIG. 20 are all converted into current values corresponding to the respective supply amounts. That is, if the supplied power generation air, water, and fuel are all set to supply amounts that are used for power generation, the graphs of the respective supply amounts overlap the graph of the extractable current Iinv. It has been converted. Therefore, the amount of deviation of each supply amount graph with respect to the extractable current Iinv corresponds to the surplus of each supply amount. The remaining fuel that is not used for power generation is burned in the combustion chamber 18 that is a combustion section above the fuel cell stack 14 and is used for heating in the fuel cell module 2.

図20に示すように、発電用空気供給量、水供給量、及び燃料供給量は、常に、取出可能電流Iinvを上回っており、各供給量によって生成可能な電流を上回る電流が燃料電池モジュール2から取り出され、燃料枯れ、空気枯れ等によって燃料電池セルユニット16が損傷されるのを防止している。また、取出可能電流Iinvを上回って供給されている燃料供給量に対し、水供給量は、供給された燃料の全てを水蒸気改質可能な供給量に設定されている。即ち、供給された燃料の全てが水蒸気改質されるように、水供給量は、水蒸気改質に必要な水蒸気の量と、燃料中に含まれる炭素の量との比であるS/Cを考慮して設定されている。これにより、改質器内における炭素析出を防止している。また、需要電力の増加に伴って取出可能電流Iinvも増加傾向にある、図20の領域A、領域Cにおいては、取出可能電流Iinvが横這いである領域Bよりも、燃料供給量等の余裕量が大きく(燃料利用率が低く)設定されている。また、発電電力を増加させる場合には、制御部110に内蔵された電力取出遅延手段110c(図6)により、燃料電池モジュール2に供給する燃料供給量を増加させた後、遅れて、燃料電池モジュール2から出力させる発電電力が増加される。即ち、需要電力の変化に応じて燃料供給量が変化された後、遅れて、燃料電池モジュール2から実際に出力させる電力が変化される。さらに、需要電力の低下に応じて取出可能電流Iinvを急激に低下させた場合(領域C、領域Dの初期)には、各供給量は、取出可能電流Iinvの低下よりも所定時間遅れて低下される。従って、取出可能電流Iinvが急激に低下した後の所定時間の間には、非常に多くの残余燃料が発生する。このような取出可能電流Iinvの急激な低下は、需要電力が急激に低下した場合において、電流の逆潮流を防止するために行われる。このように、発電電力を増加させる際、及び発電電力を低下させる際には、発電電力が一定である場合よりも多くの残余燃料が発生し、この残余燃料が燃料電池モジュール2の加熱に使用されることになる。このため、燃料電池モジュール2を高発電電力で長時間運転した場合ばかりでなく、発電電力を頻繁に増減させた場合にも燃料電池モジュール2は強く加熱され、断熱材7に多くの熱量が蓄積される。   As shown in FIG. 20, the power supply air supply amount, the water supply amount, and the fuel supply amount always exceed the extractable current Iinv, and the current exceeding the current that can be generated by each supply amount is greater than the fuel cell module 2. The fuel cell unit 16 is prevented from being damaged by fuel exhaustion, air exhaustion, and the like. Further, the water supply amount is set to a supply amount capable of steam reforming all of the supplied fuel with respect to the fuel supply amount supplied exceeding the extractable current Iinv. That is, the amount of water supplied is the ratio of the amount of water vapor necessary for steam reforming and the amount of carbon contained in the fuel, so that all of the supplied fuel is steam reformed. It is set in consideration. This prevents carbon deposition in the reformer. Further, in the region A and region C of FIG. 20 in which the extractable current Iinv tends to increase with the increase in demand power, a margin such as the fuel supply amount is larger than the region B in which the extractable current Iinv is flat. Is set large (low fuel utilization). Further, when the generated power is increased, the fuel supply amount supplied to the fuel cell module 2 is increased by the power extraction delay means 110c (FIG. 6) built in the control unit 110, and then the fuel cell is delayed. The generated power output from the module 2 is increased. That is, after the fuel supply amount is changed according to the change in demand power, the power actually output from the fuel cell module 2 is changed with a delay. Furthermore, when the extractable current Iinv is suddenly reduced according to the reduction in demand power (the initial period of the region C and the region D), each supply amount decreases with a predetermined time delay from the decrease of the extractable current Iinv. Is done. Therefore, a very large amount of residual fuel is generated during a predetermined time after the extractable current Iinv suddenly decreases. Such a rapid decrease in the extractable current Iinv is performed in order to prevent a reverse current flow when the demand power rapidly decreases. Thus, when the generated power is increased and when the generated power is decreased, more residual fuel is generated than when the generated power is constant, and this residual fuel is used for heating the fuel cell module 2. Will be. For this reason, the fuel cell module 2 is strongly heated not only when the fuel cell module 2 is operated for a long time with high generated power but also when the generated power is frequently increased or decreased, and a large amount of heat is accumulated in the heat insulating material 7. Is done.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池においては、高発電電力で長時間運転した後、発電電力が少なくなった場合に蓄熱を利用するばかりでなく、発電電力の増減等によって蓄積されつつある熱量が、状況に応じて逐次利用される。   In the solid oxide fuel cell of this embodiment, after operating for a long time with high generated power, not only the heat storage is used when the generated power decreases, but also the amount of heat that is being accumulated due to the increase or decrease of the generated power, etc. Are used sequentially depending on the situation.

次に、図21乃至28を参照して、検出温度Tdに基づいて発電用空気供給量、水供給量、及び燃料供給量を決定する手順を説明する。
図21は、検出温度Tdに基づいて発電用空気供給量、水供給量、及び燃料供給量を決定する手順を示すフローチャートである。図22は発電電流に対する適正な燃料電池セルスタック14の温度を示すグラフである。図23は積算値に応じて決定される燃料利用率を示すグラフである。図24は、各発電電流に対して決定され得る燃料利用率の値の範囲を示すグラフである。図25は積算値に応じて決定される空気利用率を示すグラフである。図26は、各発電電流に対して決定され得る空気利用率の値の範囲を示すグラフである。図27は、決定された空気利用率に対して水供給量を決定するためのグラフである。図28は、発電電流に対する適正な燃料電池モジュール2の発電電圧を示すグラフである。
Next, a procedure for determining the power generation air supply amount, the water supply amount, and the fuel supply amount based on the detected temperature Td will be described with reference to FIGS.
FIG. 21 is a flowchart showing a procedure for determining the power supply air supply amount, the water supply amount, and the fuel supply amount based on the detected temperature Td. FIG. 22 is a graph showing an appropriate temperature of the fuel cell stack 14 with respect to the generated current. FIG. 23 is a graph showing the fuel utilization rate determined according to the integrated value. FIG. 24 is a graph showing a range of values of fuel utilization rates that can be determined for each generated current. FIG. 25 is a graph showing the air utilization rate determined according to the integrated value. FIG. 26 is a graph showing a range of air utilization values that can be determined for each generated current. FIG. 27 is a graph for determining the water supply amount with respect to the determined air utilization rate. FIG. 28 is a graph showing an appropriate generated voltage of the fuel cell module 2 with respect to the generated current.

図22に一点鎖線で示すように、本実施形態においては、燃料電池モジュール2によって生成すべき電流に対して、適正な燃料電池セルスタック14の温度Ts(I)が規定されている。制御部110は、燃料電池セルスタック14の温度が、適正な温度Ts(I)に近づくように、燃料供給量等を制御する。即ち、制御部110は、概略的には、発電電流に対して燃料電池セルスタック14の温度が高い場合(燃料電池セルスタック14の温度が図22の一点鎖線よりも上にある場合)には、燃料利用率を高め、断熱材7等に蓄積されている熱量を積極的に消費して、燃料電池モジュール2内の温度を低下させる。逆に、発電電流に対して燃料電池セルスタック14の温度が低い場合には、燃料利用率を低下させ、燃料電池モジュール2内の温度が低下しないようにする。具体的には、燃料利用率は単純な検出温度Tdのみに基づいて決定されるのではなく、検出温度Td等に基づいて決定される加減算値を積算することにより蓄熱を反映した量を計算し、この量に基づいて燃料利用率等が決定される。この加減算値を積算することによる蓄熱量の推定値は、制御部に内蔵された蓄熱量推定手段110bにより計算される。   As indicated by a one-dot chain line in FIG. 22, in this embodiment, an appropriate temperature Ts (I) of the fuel cell stack 14 is defined for the current to be generated by the fuel cell module 2. The control unit 110 controls the fuel supply amount and the like so that the temperature of the fuel cell stack 14 approaches the appropriate temperature Ts (I). That is, the control unit 110 roughly indicates that when the temperature of the fuel cell stack 14 is higher than the generated current (when the temperature of the fuel cell stack 14 is above the one-dot chain line in FIG. 22). The fuel utilization rate is increased, the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 and the like is actively consumed, and the temperature in the fuel cell module 2 is lowered. On the other hand, when the temperature of the fuel cell stack 14 is lower than the generated current, the fuel utilization rate is reduced so that the temperature in the fuel cell module 2 does not decrease. Specifically, the fuel utilization rate is not determined based on the simple detected temperature Td, but is calculated by adding the addition / subtraction values determined based on the detected temperature Td and the like to reflect the heat storage. The fuel utilization rate and the like are determined based on this amount. An estimated value of the heat storage amount by integrating the addition and subtraction values is calculated by the heat storage amount estimation means 110b built in the control unit.

図21に示すフローチャートは、温度検出手段である発電室温度センサ142によって検出された検出温度Td等に基づいて発電用空気供給量、水供給量、及び燃料供給量を決定するものであり、所定の時間間隔で実行される。   The flowchart shown in FIG. 21 determines the power generation air supply amount, the water supply amount, and the fuel supply amount based on the detected temperature Td and the like detected by the power generation chamber temperature sensor 142 that is a temperature detection means. It is executed at the time interval.

まず、図21のステップS31においては、検出温度Td及び図22に基づいて、第1加減算値M1が計算される。まず、検出温度Tdが、燃料電池セルスタック14の適正温度Ts(I)に対して、所定の温度範囲内(図22の2本の実線の間)にある場合には、第1加減算値M1は0にされる。
即ち、検出温度Tdが、
Ts(I)−Te≦Td≦Ts(I)+Te
の範囲内にある場合には、第1加減算値M1=0にされる。ここで、Teは第1加減算値閾値温度である。なお、本実施形態においては、第1加減算値閾値温度Teは3℃である。
First, in step S31 of FIG. 21, the first addition / subtraction value M1 is calculated based on the detected temperature Td and FIG. First, when the detected temperature Td is within a predetermined temperature range (between two solid lines in FIG. 22) with respect to the appropriate temperature Ts (I) of the fuel cell stack 14, the first addition / subtraction value M1. Is set to zero.
That is, the detected temperature Td is
Ts (I) −Te ≦ Td ≦ Ts (I) + Te
Is within the range, the first addition / subtraction value M1 = 0. Here, Te is the first addition / subtraction value threshold temperature. In the present embodiment, the first addition / subtraction value threshold temperature Te is 3 ° C.

また、検出温度Tdが、適正温度Ts(I)よりも低く、
Td<Ts(I)−Te (4)
の範囲内(図22における下側の実線よりも下)にある場合には、第1加減算値M1は、
M1=Ki×(Td−(Ts(I)−Te)) (5)
によって計算される。この際、第1加減算値M1は、負の値(減算値)となる。なお、Kiは、所定の比例定数である。
Further, the detected temperature Td is lower than the appropriate temperature Ts (I),
Td <Ts (I) −Te (4)
Is within the range (below the lower solid line in FIG. 22), the first addition / subtraction value M1 is
M1 = Ki × (Td− (Ts (I) −Te)) (5)
Calculated by At this time, the first addition / subtraction value M1 is a negative value (subtraction value). Ki is a predetermined proportionality constant.

また、検出温度Tdが、適正温度Ts(I)よりも高く、
Td>Ts(I)+Te (6)
の範囲内(図22における上側の実線よりも上)にある場合には、第1加減算値M1は、
M1=Ki×(Td−(Ts(I)+Te)) (7)
によって計算される。この際、第1加減算値M1は、正の値(加算値)となる。このように、第1加減算値M1は、検出温度Tdの他、発電電流に基づいて決定され、これを積算することにより蓄熱量が推定される。即ち、適正温度Ts(I)は、発電電流(電力)に応じて異なるように設定され、この適正温度Ts(I)に基づいて決定される(Ts(I)+Te)の値、及び(Ts(I)−Te)の値に基づいて、第1加減算値M1が正又は負の値に決定される。
Further, the detected temperature Td is higher than the appropriate temperature Ts (I),
Td> Ts (I) + Te (6)
Is within the range (above the upper solid line in FIG. 22), the first addition / subtraction value M1 is
M1 = Ki × (Td− (Ts (I) + Te)) (7)
Calculated by At this time, the first addition / subtraction value M1 is a positive value (addition value). As described above, the first addition / subtraction value M1 is determined based on the generated current in addition to the detected temperature Td, and the heat storage amount is estimated by integrating the value. That is, the appropriate temperature Ts (I) is set to be different depending on the generated current (electric power), and the value of (Ts (I) + Te) determined based on the appropriate temperature Ts (I) and (Ts Based on the value of (I) −Te), the first addition / subtraction value M1 is determined as a positive or negative value.

なお、検出温度Tdが(Ts(I)+Te)を超えると、第1加減算値M1は正の値となり、後述するように燃料利用率を高くする燃料供給量の変更が行われるので、本明細書においては、各発電電力に対する温度(Ts(I)+Te)を燃料利用率変更温度と称する。また、燃料利用率変更温度(Ts(I)+Te)を超えることにより、燃料利用率を高くした高効率制御に移行した後、高効率制御から蓄積されている熱量の消費を行わない目標温度域制御に復帰するタイミングは、後述するように、第1加減算値M1等の積算値N1idが0まで低下した時点となる。このため、検出温度Tdが燃料利用率変更温度(Ts(I)+Te)よりも低下した後も、暫時、積算値N1idは0よりも大きい値に維持され、高効率制御が行われる。従って、高効率制御から目標温度域制御に復帰する目標温度域制御復帰温度は、燃料利用率変更温度よりも低い温度になる。   If the detected temperature Td exceeds (Ts (I) + Te), the first addition / subtraction value M1 becomes a positive value, and the fuel supply amount is changed to increase the fuel utilization rate as will be described later. In the document, the temperature (Ts (I) + Te) for each generated power is referred to as the fuel utilization rate change temperature. Moreover, after the fuel utilization rate change temperature (Ts (I) + Te) is exceeded, after shifting to the high efficiency control in which the fuel utilization rate is increased, the target temperature range in which the amount of heat accumulated from the high efficiency control is not consumed. As will be described later, the timing for returning to control is when the integrated value N1id such as the first addition / subtraction value M1 has decreased to zero. For this reason, even after the detected temperature Td falls below the fuel utilization rate changing temperature (Ts (I) + Te), the integrated value N1id is maintained at a value larger than 0 for a while, and high efficiency control is performed. Therefore, the target temperature range control return temperature for returning from the high efficiency control to the target temperature range control is lower than the fuel utilization rate changing temperature.

次に、図21のステップS32においては、最新の検出温度Td、及び1分前に検出された検出温度Tdbに基づいて、第2加減算値M2が計算される。まず、最新の検出温度Tdと1分前の検出温度Tdbの差の絶対値が所定の第2加減算値閾値温度未満である場合には、第2加減算値M2は0にされる。なお、本実施形態においては、第2加減算値閾値温度は1℃である。   Next, in step S32 of FIG. 21, a second addition / subtraction value M2 is calculated based on the latest detected temperature Td and the detected temperature Tdb detected one minute ago. First, when the absolute value of the difference between the latest detected temperature Td and the detected temperature Tdb one minute ago is less than a predetermined second addition / subtraction value threshold temperature, the second addition / subtraction value M2 is set to zero. In the present embodiment, the second addition / subtraction value threshold temperature is 1 ° C.

また、最新の検出温度Tdと1分前の検出温度Tdbの差である変化温度差が所定の第2加減算値閾値温度以上の場合には、第2加減算値M2は、
M2=Kd×(Td−Tdb) (8)
によって計算される。この第2加減算値M2は、検出温度Tdが上昇傾向にある場合には正の値(加算値)となり、検出温度Tdが低下傾向にある場合には負の値(減算値)となる。なお、Kdは、所定の比例定数である。従って、検出温度Tdが上昇している場合において、変化温度差(Td−Tdb)が大きい領域においては、変化温度差が小さい領域よりも、速応推定値である第2加減算値M2が大きく増加される。逆に、検出温度が低下している場合において、変化温度差(Td−Tdb)の絶対値が大きい領域においては、変化温度差の絶対値が小さい領域よりも、第2加減算値M2は大きく減少される。
When the change temperature difference that is the difference between the latest detected temperature Td and the detected temperature Tdb one minute ago is equal to or higher than a predetermined second addition / subtraction value threshold temperature, the second addition / subtraction value M2 is:
M2 = Kd × (Td−Tdb) (8)
Calculated by The second addition / subtraction value M2 becomes a positive value (addition value) when the detected temperature Td tends to increase, and becomes a negative value (subtraction value) when the detected temperature Td tends to decrease. Kd is a predetermined proportional constant. Therefore, when the detected temperature Td is increasing, the second addition / subtraction value M2, which is the quick response estimated value, is greatly increased in the region where the change temperature difference (Td−Tdb) is large compared to the region where the change temperature difference is small. Is done. On the other hand, when the detected temperature is low, the second addition / subtraction value M2 is greatly reduced in the region where the absolute value of the change temperature difference (Td−Tdb) is large than in the region where the absolute value of the change temperature difference is small. Is done.

なお、本実施形態においては、比例定数Kdは一定値であるが、変形例として、変化温度差が正の場合と負の場合で、異なる比例定数Kdを使用することもできる。例えば、変化温度差が負である場合に比例定数Kdを大きく設定することもできる。これにより、検出温度が低下している場合には、検出温度が上昇している場合よりも、変化温度差に対して急激に速応推定値が変化される。或いは、変形例として、変化温度差の絶対値が大きい領域において、小さい領域よりも比例定数Kdを大きく設定することもできる。これにより、変化温度差の絶対値が大きい領域においては、変化温度差の絶対値が小さい領域よりも、変化温度差の変化に対して急激に速応推定値が変化される。また、変化温度差の正負に基づく比例定数Kdの変更と、変化温度差の絶対値の大小に基づく比例定数Kdの変更を組み合わせることもできる。   In the present embodiment, the proportionality constant Kd is a constant value, but as a modification, different proportionality constants Kd can be used depending on whether the change temperature difference is positive or negative. For example, the proportionality constant Kd can be set large when the change temperature difference is negative. As a result, when the detected temperature is lowered, the estimated quick response value is changed more rapidly with respect to the change temperature difference than when the detected temperature is increased. Alternatively, as a modification, the proportionality constant Kd can be set larger in the region where the absolute value of the change temperature difference is large than in the small region. As a result, in the region where the absolute value of the change temperature difference is large, the estimated quick response value is changed more rapidly than the region where the absolute value of the change temperature difference is small. Further, the change of the proportional constant Kd based on the sign of the change temperature difference can be combined with the change of the proportional constant Kd based on the magnitude of the absolute value of the change temperature difference.

次いで、図21のステップS33においては、ステップS31で計算された第1加減算値M1、及びステップS32で計算された第2加減算値M2を、第1積算値N1idに積算する。第1積算値N1idには、第1加減算値M1により、断熱材7等に蓄積された利用可能な蓄熱量が反映され、第2加減算値M2により、直近の検出温度Tdの変化が反映される。即ち、第1積算値N1idは、断熱材7等に蓄積された利用可能な蓄熱量の推定値として利用することができる。また、積算は、固体酸化物型燃料電池の運転開始後継続的に、図21のフローチャートが実行される毎に行われ、前回計算された第1積算値N1idに、第1加減算値M1及び第2加減算値M2が加算又は減算され、新たな第1積算値N1idに更新される。第1積算値N1idは、0〜4の間の値をとるように制限されており、第1積算値N1idが4に到達した場合には、値は次に減算が行われるまで4に保持され、第1積算値N1idが0まで減少した場合には、値は次に加算が行われるまで0に保持される。   Next, in step S33 of FIG. 21, the first addition / subtraction value M1 calculated in step S31 and the second addition / subtraction value M2 calculated in step S32 are integrated into the first integration value N1id. In the first integrated value N1id, the available heat storage amount accumulated in the heat insulating material 7 and the like is reflected by the first addition / subtraction value M1, and the latest change in the detected temperature Td is reflected by the second addition / subtraction value M2. . That is, the first integrated value N1id can be used as an estimated value of the available heat storage amount accumulated in the heat insulating material 7 or the like. Further, the integration is performed every time the flowchart of FIG. 21 is executed continuously after the operation of the solid oxide fuel cell is started, and the first addition value N1id and the first addition / subtraction value M1 are added to the previously calculated first integration value N1id. The 2 addition / subtraction value M2 is added or subtracted and updated to a new first integrated value N1id. The first integrated value N1id is limited to take a value between 0 and 4, and when the first integrated value N1id reaches 4, the value is held at 4 until the next subtraction is performed. When the first integrated value N1id decreases to 0, the value is held at 0 until the next addition is performed.

なお、ステップS33においては、第1積算値N1idに加え、第2積算値N2idの値も計算する。第2積算値N2idは、後述するように、燃料電池モジュール2に劣化が発生するまでは、第1積算値N1idと全く同様に計算され、第1積算値N1idと同一の値を取る。   In step S33, in addition to the first integrated value N1id, the value of the second integrated value N2id is also calculated. As will be described later, the second integrated value N2id is calculated in the same manner as the first integrated value N1id until the fuel cell module 2 is deteriorated, and takes the same value as the first integrated value N1id.

なお、上記のように、本実施形態においては、第1加減算値M1と第2加減算値M2の和を第1積算値N1idに積算することにより、積算値を計算している。即ち、
N1id=N1id+M1+M2 (9)
により、第1積算値N1idを計算している。ここで、変形例として、第1加減算値M1と第2加減算値M2の積を積算することにより、積算値を計算しても良い。即ち、この変形例では、第1積算値N1idは、
N1id=N1id+Km×M1×M2 (10)
により計算される。ここで、Kmは、所定の条件に応じて変更される可変の係数である。また、この変形例においては、最新の検出温度Tdと1分前の検出温度Tdbの差の絶対値が所定の第2加減算値閾値温度未満である場合には、第2加減算値M2は1にされる。
As described above, in the present embodiment, the integrated value is calculated by integrating the sum of the first addition / subtraction value M1 and the second addition / subtraction value M2 to the first integration value N1id. That is,
N1id = N1id + M1 + M2 (9)
Thus, the first integrated value N1id is calculated. Here, as a modification, the integrated value may be calculated by integrating the product of the first addition / subtraction value M1 and the second addition / subtraction value M2. That is, in this modification, the first integrated value N1id is
N1id = N1id + Km × M1 × M2 (10)
Is calculated by Here, Km is a variable coefficient that is changed according to a predetermined condition. In this modified example, when the absolute value of the difference between the latest detected temperature Td and the detected temperature Tdb one minute ago is less than a predetermined second addition / subtraction value threshold temperature, the second addition / subtraction value M2 is 1. Is done.

さらに、図21のステップS34においては、計算された第1積算値N1idに基づいて、図23及び図24のグラフを使用して、燃料利用率が決定される。
図23は、計算された第1積算値N1idに対する燃料利用率Ufの設定値を示すグラフである。図23に示すように、第1積算値N1idが0である場合には、燃料利用率Ufは最小値である最小燃料利用率Ufminに設定される。また、第1積算値N1idの増加と共に燃料利用率Ufも増加し、第1積算値N1id=1において最大値である最大燃料利用率Ufmaxとなる。この間、燃料利用率Ufは、第1積算値N1idが小さい領域では傾きが小さく、第1積算値N1idが1に近づくほど傾きが大きくなる。即ち、推定蓄熱量が大きい領域においては、推定蓄熱量が小さい領域よりも、推定蓄熱量の変化に対して大幅に燃料利用率Ufが変化される。換言すれば、推定された蓄熱量が大きいほど大幅に燃料利用率Ufを高めるように燃料供給量が減少される。さらに、第1積算値N1idが1よりも大きい場合には、燃料利用率Ufは最大燃料利用率Ufmaxに固定される。これらの最小燃料利用率Ufmin及び最大燃料利用率Ufmaxの具体的な値は、発電電流に基づいて、図24に示すグラフにより決定される。このように、断熱材7等に利用可能な熱量が蓄積されていることが推定された場合には、利用可能な熱量が蓄積されていない場合よりも同一の発電電力に対して燃料利用率が高くなるように、燃料供給量が減少される。
Further, in step S34 of FIG. 21, the fuel utilization rate is determined using the graphs of FIGS. 23 and 24 based on the calculated first integrated value N1id.
FIG. 23 is a graph showing a set value of the fuel utilization rate Uf with respect to the calculated first integrated value N1id. As shown in FIG. 23, when the first integrated value N1id is 0, the fuel usage rate Uf is set to the minimum fuel usage rate Ufmin, which is the minimum value. Further, as the first integrated value N1id increases, the fuel utilization rate Uf also increases, and becomes the maximum fuel utilization rate Ufmax that is the maximum value at the first integrated value N1id = 1. During this time, the fuel utilization rate Uf has a small slope in the region where the first integrated value N1id is small, and the slope increases as the first integrated value N1id approaches 1. That is, in the region where the estimated heat storage amount is large, the fuel utilization rate Uf is significantly changed with respect to the change in the estimated heat storage amount, compared to the region where the estimated heat storage amount is small. In other words, the fuel supply amount is decreased so that the fuel utilization rate Uf is significantly increased as the estimated heat storage amount is larger. Further, when the first integrated value N1id is larger than 1, the fuel usage rate Uf is fixed to the maximum fuel usage rate Ufmax. Specific values of the minimum fuel utilization rate Ufmin and the maximum fuel utilization rate Ufmax are determined by the graph shown in FIG. 24 based on the generated current. Thus, when it is estimated that the amount of heat that can be used is accumulated in the heat insulating material 7 and the like, the fuel utilization rate is higher for the same generated power than in the case where the amount of available heat is not accumulated. The fuel supply is reduced to be higher.

図24は、各発電電流に対し、燃料利用率Ufがとり得る値の範囲を示すグラフであり、各発電電流について燃料利用率Ufの最大値及び最小値が示されている。図24に示すように、各発電電流に対する最小燃料利用率Ufminは、発電電流の増加と共に大きくなるように設定されている。即ち、発電電力が大きいときは燃料利用率が高く、発電電力が小さいときには燃料利用率が低くなるように設定されている。この最小燃料利用率Ufminの直線は、第1実施形態の図9における基本燃料供給テーブルに対応するものであり、この直線上の燃料利用率に設定された場合には、断熱材7等に蓄積された熱量を利用することなく、燃料電池モジュール2は熱的に自立することができる。   FIG. 24 is a graph showing the range of values that the fuel utilization rate Uf can take for each generated current, and shows the maximum value and the minimum value of the fuel utilization rate Uf for each generated current. As shown in FIG. 24, the minimum fuel utilization rate Ufmin for each generated current is set to increase as the generated current increases. That is, the fuel utilization rate is set high when the generated power is large, and the fuel utilization rate is set low when the generated power is small. This straight line of the minimum fuel utilization rate Ufmin corresponds to the basic fuel supply table in FIG. 9 of the first embodiment, and when it is set to the fuel utilization rate on this straight line, it accumulates in the heat insulating material 7 and the like. The fuel cell module 2 can be thermally independent without using the amount of heat generated.

一方、最大燃料利用率Ufmaxは、各発電電流に対して折れ線状に変化するように設定されている。ここで、各発電電流に対して燃料利用率Ufがとり得る値の範囲(最大燃料利用率Ufmaxと最小燃料利用率Ufminの差)は、最大の発電電流で最も狭く、発電電流が減少するにつれて広くなる。これは、最大の発電電流付近では、熱的に自立可能な最小燃料利用率Ufminが高く、蓄熱を利用しても燃料利用率Ufを高める(燃料供給量を減じる)余地が少ないためである。さらに、発電電流が減少するにつれて熱的に自立可能な最小燃料利用率Ufminは低くなるため、蓄熱を利用することにより燃料供給量を減じる余地が大きくなり、蓄熱量が多い場合には、燃料利用率Ufを大幅に高めることが可能である。このため、発電電力が小さい領域においては、発電電力が大きい領域よりも、広い範囲で燃料利用率が変更される。   On the other hand, the maximum fuel utilization rate Ufmax is set so as to change in a polygonal line with respect to each generated current. Here, the range of values that the fuel utilization rate Uf can take for each generated current (the difference between the maximum fuel utilization rate Ufmax and the minimum fuel utilization rate Ufmin) is the narrowest at the maximum generated current, and as the generated current decreases. Become wider. This is because, in the vicinity of the maximum generated current, the minimum fuel utilization rate Ufmin that can be thermally independent is high, and there is little room for increasing the fuel utilization rate Uf (reducing the fuel supply amount) even when using heat storage. Furthermore, since the minimum fuel utilization rate Ufmin that can be thermally self-sustained decreases as the generated current decreases, there is room for reducing the amount of fuel supplied by using heat storage, and when there is a large amount of heat storage, fuel use The rate Uf can be significantly increased. For this reason, in the region where the generated power is small, the fuel utilization rate is changed in a wider range than in the region where the generated power is large.

また、発電電流が非常に小さい、所定の利用率抑制発電量IU以下の領域においては、発電電力が小さくなるほど燃料利用率Ufがとり得る値の範囲が狭くなるように設定されている。これは、発電電流が小さい領域では、熱的に自立可能な最小燃料利用率Ufminが低く、これを改善する余地は大きい。しかしながら、発電電流が小さい領域では、燃料電池モジュール2内の温度が低いため、この状態で大幅に燃料利用率Ufを改善し、断熱材7等に蓄積されている熱量を急激に消費すると、燃料電池モジュール2内の過剰な温度低下を招くリスクがある。このため、発電電流が非常に小さい利用率抑制発電量IU以下の領域においては、発電電力が小さくなるほど燃料利用率Ufを高める変更量が大幅に抑制される。即ち、燃料供給量を減少させる変更量は燃料電池モジュール2の発電量が少ないほど少なくなる。これにより、急激な温度低下のリスクを回避すると共に、蓄積された熱量を長時間に亘って利用することを可能にしている。   Further, in a region where the generated current is very small and is less than or equal to the predetermined utilization rate suppressed power generation amount IU, the range of possible values of the fuel utilization rate Uf is set to be narrower as the generated power is reduced. This is because in the region where the generated current is small, the minimum fuel utilization rate Ufmin that can be thermally independent is low, and there is much room for improvement. However, in the region where the generated current is small, the temperature in the fuel cell module 2 is low. Therefore, if the fuel utilization rate Uf is significantly improved in this state and the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 or the like is consumed rapidly, There is a risk of causing an excessive temperature drop in the battery module 2. For this reason, in the area | region below the utilization factor suppression electric power generation amount IU in which an electric power generation current is very small, the change amount which raises the fuel utilization factor Uf is significantly suppressed, so that generated electric power becomes small. That is, the amount of change to decrease the fuel supply amount decreases as the power generation amount of the fuel cell module 2 decreases. This avoids the risk of a sudden temperature drop and makes it possible to use the accumulated heat for a long time.

本実施形態においては、制御部110に内蔵された燃料供給量変更手段110aにより、最小燃料利用率Ufminに対して燃料利用率Ufが高くなるように燃料供給量が減少される。この燃料供給量変更手段110aは、基本燃料供給テーブルを変更するものではないが、ベースとなる燃料供給量を変更して燃料利用率を高めるように作用するので、第1実施形態における燃料テーブル変更手段に対応する構成である。   In the present embodiment, the fuel supply amount is reduced so that the fuel utilization rate Uf becomes higher than the minimum fuel utilization rate Ufmin by the fuel supply amount changing means 110a built in the control unit 110. Although this fuel supply amount changing means 110a does not change the basic fuel supply table, it operates to change the fuel supply rate as a base to increase the fuel utilization rate, so that the fuel table change in the first embodiment is performed. It is the structure corresponding to a means.

図21のステップS34においては、発電電流に基づいて、最小燃料利用率Ufmin及び最大燃料利用率Ufmaxの具体値を、図24のグラフを使用して決定する。次に、決定された最小燃料利用率Ufmin及び最大燃料利用率Ufmaxを図23のグラフに適用し、ステップS33において計算された第1積算値N1idに基づいて、燃料利用率Ufを決定する。   In step S34 of FIG. 21, specific values of the minimum fuel utilization rate Ufmin and the maximum fuel utilization rate Ufmax are determined based on the generated current using the graph of FIG. Next, the determined minimum fuel utilization rate Ufmin and maximum fuel utilization rate Ufmax are applied to the graph of FIG. 23, and the fuel utilization rate Uf is determined based on the first integrated value N1id calculated in step S33.

次に、図21のステップS35においては、第2積算値N2idに基づいて、図25及び図26のグラフを使用して、空気利用率が決定される。
図25は、計算された第2積算値N2idに対する空気利用率Uaの設定値を示すグラフである。図25に示すように、第2積算値N2idが0乃至1である場合には、空気利用率Uaは最大値である最大空気利用率Uamaxに設定される。さらに、第2積算値N2idが1を超えて増加すると共に空気利用率Uaは低下し、第2積算値N2id=4において最小値である最小空気利用率Uaminとなる。このように、空気利用率Uaを低下させることによる増加分の空気は冷却用の流体として作用するので、図25に示す空気利用率Uaの設定は、強制冷却手段として作用する。これらの最小空気利用率Uamin及び最大空気利用率Uamaxの具体的な値は、発電電流に基づいて、図26に示すグラフにより決定される。
Next, in step S35 of FIG. 21, the air utilization rate is determined using the graphs of FIGS. 25 and 26 based on the second integrated value N2id.
FIG. 25 is a graph showing a set value of the air utilization rate Ua with respect to the calculated second integrated value N2id. As shown in FIG. 25, when the second integrated value N2id is 0 to 1, the air utilization rate Ua is set to the maximum air utilization rate Uamax that is the maximum value. Further, as the second integrated value N2id increases beyond 1, the air utilization rate Ua decreases, and becomes the minimum air utilization rate Uamin that is the minimum value at the second integrated value N2id = 4. Thus, since the increased amount of air due to the reduction in the air utilization rate Ua acts as a cooling fluid, the setting of the air utilization rate Ua shown in FIG. 25 acts as a forced cooling means. Specific values of the minimum air utilization rate Uamin and the maximum air utilization rate Uamax are determined by the graph shown in FIG. 26 based on the generated current.

図26は、各発電電流に対し、空気利用率Uaがとり得る値の範囲を示すグラフであり、各発電電流について燃料利用率Uaの最大値及び最小値が示されている。図26に示すように、各発電電流に対する最大空気利用率Uamaxは、発電電流の増加と共に僅かに大きくなるように設定されている。一方、最小空気利用率Uaminは、発電電流の増加と共に低下する。空気利用率Uaを、最大空気利用率Uamaxよりも低下させる(空気供給量を増大させる)ことは、発電に必要な空気よりも多い空気を燃料電池モジュール2内に導入することになり、これにより、燃料電池モジュール2内の温度は低下される。従って、燃料電池モジュール2内の温度が過剰に上昇し、温度を低下させる必要がある場合には、空気利用率Uaを低下させる。本実施形態においては、発電電流の増加と共に最小空気利用率Uaminを低下(空気供給量を増加)させていくと、所定の発電電流において、最小空気利用率Uaminに対応する空気供給量が発電用空気流量調整ユニット45の最大空気供給量を超えてしまう。このため、最小空気利用率Uaminが図26において破線で示されている所定の発電電流以上の領域では、図25のグラフによって設定された空気利用率Uaを実現することができない場合がある。この場合には、実際に供給される空気供給量は、設定された空気利用率Uaに関わらず、発電用空気流量調整ユニット45の最大空気供給量に固定される。これに伴い、所定の発電電流以上では、実際に実現される最小の空気利用率Uaは増大する。また、最大空気供給量が大きい発電用空気流量調整ユニットを使用した場合には、図26に破線で示された部分の最小空気利用率Uaminを実現することもできる。なお、発電用空気流量調整ユニット45の最大空気供給量に達することにより規定された空気利用率Uaを、限界最小空気利用率ULaminと記載する。   FIG. 26 is a graph showing the range of values that the air utilization rate Ua can take for each generated current, and shows the maximum value and the minimum value of the fuel utilization rate Ua for each generated current. As shown in FIG. 26, the maximum air utilization rate Uamax for each generated current is set to be slightly increased as the generated current increases. On the other hand, the minimum air utilization rate Uamin decreases as the generated current increases. Reducing the air utilization rate Ua below the maximum air utilization rate Uamax (increasing the air supply amount) introduces more air into the fuel cell module 2 than is necessary for power generation. The temperature in the fuel cell module 2 is lowered. Therefore, when the temperature in the fuel cell module 2 rises excessively and the temperature needs to be lowered, the air utilization rate Ua is lowered. In this embodiment, when the minimum air utilization rate Uamin is decreased (the air supply amount is increased) as the generation current is increased, the air supply amount corresponding to the minimum air utilization rate Uamin is generated for power generation at a predetermined generation current. The maximum air supply amount of the air flow rate adjustment unit 45 will be exceeded. For this reason, in the region where the minimum air utilization rate Uamin is equal to or greater than the predetermined generated current indicated by the broken line in FIG. 26, the air utilization rate Ua set by the graph of FIG. 25 may not be realized. In this case, the actually supplied air supply amount is fixed to the maximum air supply amount of the power generation air flow rate adjustment unit 45 regardless of the set air utilization rate Ua. Along with this, the minimum air utilization rate Ua actually realized increases above a predetermined generated current. Further, when a power generation air flow rate adjustment unit having a large maximum air supply amount is used, the minimum air utilization rate Uamin in the portion indicated by the broken line in FIG. 26 can also be realized. The air utilization rate Ua defined by reaching the maximum air supply amount of the power generation air flow rate adjustment unit 45 is referred to as a limit minimum air utilization rate ULamin.

図21のステップS35においては、発電電流に基づいて、最小空気利用率Uamin及び最大空気利用率Uamaxの具体値を、図26のグラフを使用して決定する。次に、決定された最小空気利用率Uamin及び最大空気利用率Uamaxを図25のグラフに適用し、ステップS33において計算された第2積算値N2idに基づいて、空気利用率Uaを決定する。   In step S35 of FIG. 21, the specific values of the minimum air utilization rate Uamin and the maximum air utilization rate Uamax are determined based on the generated current using the graph of FIG. Next, the determined minimum air utilization rate Uamin and maximum air utilization rate Uamax are applied to the graph of FIG. 25, and the air utilization rate Ua is determined based on the second integrated value N2id calculated in step S33.

次に、図21のステップS36においては、ステップS35において決定された空気利用率Uaに基づき、図27を使用して水蒸気量と炭素量の比であるS/Cを決定する。
図27は、横軸を空気利用率Ua、縦軸を、供給された水と、燃料に含まれる炭素との比S/Cとしたグラフである。
Next, in step S36 of FIG. 21, based on the air utilization rate Ua determined in step S35, S / C which is the ratio of the water vapor amount and the carbon amount is determined using FIG.
FIG. 27 is a graph in which the horizontal axis represents the air utilization rate Ua and the vertical axis represents the ratio S / C between the supplied water and the carbon contained in the fuel.

まず、ステップS35において設定された空気利用率Uaが、発電用空気流量調整ユニット45の最大空気供給量によって規定されていない発電電流の領域(図27におけるUamax〜ULamin間)では、水蒸気量と炭素量の比S/Cの値は、2.5に固定される。なお、水蒸気量と炭素量の比S/C=1とは、供給された燃料に含まれる炭素の全量が、供給された水(水蒸気)により化学的に過不足なく水蒸気改質される状態を意味する。従って、水蒸気量と炭素量の比S/C=2.5とは、燃料を水蒸気改質するために化学的に必要最小限の水蒸気量の2.5倍の水蒸気(水)が供給されている状態を意味する。実際には、S/C=1となる水蒸気量では改質器20内において炭素析出が発生してしまうため、S/C=2.5程度となる水蒸気量が燃料を水蒸気改質するための適量である。   First, in the region of the generation current (between Uamax and ULamin in FIG. 27) where the air utilization rate Ua set in step S35 is not defined by the maximum air supply amount of the power generation air flow rate adjustment unit 45, the amount of water vapor and carbon The value of the quantity ratio S / C is fixed at 2.5. The ratio of the amount of water vapor to the amount of carbon S / C = 1 means that the total amount of carbon contained in the supplied fuel is chemically steam-reformed by the supplied water (steam). means. Therefore, the ratio S / C = 2.5 of the amount of steam and the amount of carbon is 2.5 times the amount of steam (water) that is 2.5 times the minimum amount of steam that is chemically necessary for steam reforming the fuel. Means the state. Actually, carbon precipitation occurs in the reformer 20 at the amount of steam at which S / C = 1, so that the amount of steam at which S / C = 2.5 is for steam reforming the fuel. Appropriate amount.

次に、ステップS35において設定される空気利用率Uaが、発電用空気流量調整ユニット45の最大空気供給量によって制限される発電電流の領域では、図27のグラフを使用して水蒸気量と炭素量の比S/Cが決定される。図27において、横軸は空気利用率Uaであり、空気利用率Uaが大きく、最大空気利用率Uamaxに近いほど空気供給量は少なくなる。一方、空気利用率Uaを低下させ、最小空気利用率Uamin(図26における破線)に近づくと、空気供給量が限界に達し、空気利用率Uaは限界最小空気利用率ULaminになる。図27に示すように、空気利用率Uaが限界最小空気利用率ULaminよりも大きい(空気供給量が少ない)場合には、水蒸気量と炭素量の比S/C=2.5に設定される。さらに、ステップS35において決定された空気利用率Uaが、限界最小空気利用率ULaminよりも小さい(空気供給量が多い)場合(図27におけるUamin〜ULamin間)には、空気利用率Uaの減少と共に水蒸気量と炭素量の比S/Cは増大され、最小空気利用率Uaminにおいて、S/C=3.5に設定される。即ち、ステップS35において決定された空気利用率Uaが、限界最小空気利用率ULaminにより実現できない場合(空気利用率Uaが図26の斜線の範囲内に決定された場合)には、水蒸気量と炭素量の比S/Cを増大させ、水供給量を増大させる。これにより、改質器20から流出する改質された燃料ガスの温度を低下させ、燃料電池モジュール2内の温度を低下傾向にする。このように、空気利用率Uaを低下させて空気供給量を増加させた後、水供給量を増大させると、増加分の水(水蒸気)は、冷却用の流体として作用するので、図27に示す水供給量の設定は強制冷却手段として作用する。   Next, in the region of the power generation current in which the air utilization rate Ua set in step S35 is limited by the maximum air supply amount of the power generation air flow rate adjustment unit 45, the water vapor amount and the carbon amount using the graph of FIG. The ratio S / C is determined. In FIG. 27, the horizontal axis represents the air utilization rate Ua, the air utilization rate Ua is larger, and the closer to the maximum air utilization rate Uamax, the smaller the air supply amount. On the other hand, when the air utilization rate Ua is lowered and approaches the minimum air utilization rate Uamin (broken line in FIG. 26), the air supply amount reaches the limit, and the air utilization rate Ua becomes the limit minimum air utilization rate ULamin. As shown in FIG. 27, when the air utilization rate Ua is larger than the limit minimum air utilization rate ULamin (the air supply amount is small), the ratio S / C = 2.5 of the water vapor amount and the carbon amount is set. . Further, when the air utilization rate Ua determined in step S35 is smaller than the limit minimum air utilization rate ULamin (the air supply amount is large) (between Uamin and ULamin in FIG. 27), the air utilization rate Ua decreases. The ratio S / C between the water vapor amount and the carbon amount is increased, and S / C = 3.5 is set at the minimum air utilization rate Uamin. That is, when the air utilization rate Ua determined in step S35 cannot be realized by the limit minimum air utilization rate ULamin (when the air utilization rate Ua is determined within the hatched range in FIG. 26), the water vapor amount and carbon Increase the quantity ratio S / C and increase the water supply. Thereby, the temperature of the reformed fuel gas flowing out from the reformer 20 is lowered, and the temperature in the fuel cell module 2 tends to be lowered. In this way, when the water supply amount is increased after the air supply rate Ua is decreased and the air supply amount is increased, the increased amount of water (water vapor) acts as a cooling fluid. The water supply setting shown acts as a forced cooling means.

ステップS37においては、ステップS34、S35、及びS36において決定された燃料利用率Uf、空気利用率Ua、及び水蒸気量と炭素量の比S/Cと、発電電流に基づいて、具体的な燃料供給量、空気供給量、水供給量を決定する。即ち、全量が発電に使用されるとした場合の燃料供給量を、決定された燃料利用率Ufで除することにより実際の燃料供給量を計算し、全量が発電に使用されるとした場合の空気供給量を決定された空気利用率Uaで除することにより実際の空気供給量を計算する。また、計算された燃料供給量及びステップS36において決定された水蒸気量と炭素量の比S/Cに基づいて、水供給量を計算する。   In step S37, specific fuel supply is performed based on the fuel utilization rate Uf, air utilization rate Ua, the ratio S / C of water vapor amount and carbon amount determined in steps S34, S35, and S36, and the generated current. Determine the volume, air supply, and water supply. That is, the actual fuel supply amount is calculated by dividing the fuel supply amount when the total amount is used for power generation by the determined fuel utilization rate Uf, and the total amount is used for power generation. The actual air supply amount is calculated by dividing the air supply amount by the determined air utilization rate Ua. Further, the water supply amount is calculated based on the calculated fuel supply amount and the ratio S / C of the water vapor amount and the carbon amount determined in step S36.

次いで、ステップS38において、制御部110は、燃料流量調整ユニット38、発電用空気流量調整ユニット45、及び水供給手段である水流量調整ユニット28に信号を送り、ステップS37において計算された量の燃料、空気、及び水を供給し、図21のフローチャートの1回の処理を終了する。   Next, in step S38, the control unit 110 sends a signal to the fuel flow rate adjustment unit 38, the power generation air flow rate adjustment unit 45, and the water flow rate adjustment unit 28 serving as water supply means, and the amount of fuel calculated in step S37. , Air and water are supplied, and one process of the flowchart of FIG. 21 is completed.

次に、図21のフローチャートを実行する時間間隔を説明する。本実施形態において、図21のフローチャートは、出力電流が大きい場合には、0.5秒毎に実行され、出力電流が低下するにつれて、その2倍の1秒、4倍の2秒、8倍の4秒毎に実行される。これにより、第1及び第2加減算値が一定値である場合には、時間当たりの第1又は第2積算値の変化は、出力電流が少ないほど緩やかになる。即ち、蓄熱量推定手段110bは、出力電流(発電電力)が大きいほど蓄熱量の推定値を時間に対して急激に変化させる。これにより、積算値による蓄熱量の推定が、実際の蓄熱量を良く反映したものとなる。   Next, a time interval for executing the flowchart of FIG. 21 will be described. In the present embodiment, when the output current is large, the flowchart of FIG. 21 is executed every 0.5 seconds. As the output current decreases, it is doubled for 1 second, 4 times for 2 seconds, and 8 times. It is executed every 4 seconds. Thus, when the first and second addition / subtraction values are constant values, the change in the first or second integrated value per time becomes gentler as the output current is smaller. That is, the heat storage amount estimation unit 110b changes the estimated value of the heat storage amount rapidly with respect to time as the output current (generated power) increases. Thereby, the estimation of the heat storage amount by the integrated value well reflects the actual heat storage amount.

次に、図28を参照して、燃料電池モジュール2に劣化が発生した場合における、燃料供給量、空気供給量、及び水供給量の決定手順を説明する。図28は、燃料電池モジュール2による発電電流に対する発電電圧を示す図である。一般に、燃料電池セルスタック14には、内部抵抗が存在するため、図28に示すように、燃料電池モジュール2から出力される電流が増大すると、電圧は低下する。図28に示す一点鎖線は、燃料電池モジュール2に劣化が生じていない場合における発電電流と発電電圧の関係を示している。これに対して、燃料電池モジュール2に劣化が生じると、燃料電池セルスタック14の内部抵抗が増大するため、同一の発電電流に対する発電電圧が低下する。   Next, a procedure for determining the fuel supply amount, the air supply amount, and the water supply amount when the fuel cell module 2 is deteriorated will be described with reference to FIG. FIG. 28 is a diagram showing a generated voltage with respect to a generated current by the fuel cell module 2. In general, since an internal resistance exists in the fuel cell stack 14, the voltage decreases as the current output from the fuel cell module 2 increases as shown in FIG. The alternate long and short dash line shown in FIG. 28 indicates the relationship between the generated current and the generated voltage when the fuel cell module 2 is not deteriorated. On the other hand, when the fuel cell module 2 deteriorates, the internal resistance of the fuel cell stack 14 increases, so that the generated voltage for the same generated current decreases.

本実施形態の固体酸化物型燃料電池においては、初期の発電電圧に対して、発電電圧が10%以上低下し、発電電圧が図28の実線よりも下の領域に入ると、劣化に対応した処理により燃料供給量、空気供給量、及び水供給量を決定している。   In the solid oxide fuel cell according to the present embodiment, when the generated voltage drops by 10% or more with respect to the initial generated voltage and the generated voltage enters a region below the solid line in FIG. The fuel supply amount, air supply amount, and water supply amount are determined by the processing.

即ち、発電電圧が図28の実線よりも下の領域にある場合には、図21のステップS33において、第1積算値N1idの積算を停止させ、第2積算値N2idの積算のみが継続される。これにより、燃料利用率Ufを決定するための図23のグラフを参照する際に使用される第1積算値N1idの値は、一定値に固定される。これにより、燃料利用率Ufは、発電電圧が図28の実線よりも下の領域から脱するまで固定される。このように、燃料電池モジュール2が劣化した後は、燃料電池モジュール2が劣化する前よりも、燃料利用率Ufを高める変更が少なくされる。一方、空気利用率Uaを決定するための図26のグラフを参照する際に使用される第2積算値N2idの値は、従前の通り増減され、空気利用率Uaの増減は継続される。このように、燃料利用率Ufは、推定蓄熱量に対応した第1、第2積算値、需要電力の他に、燃料電池モジュール2の劣化に基づいて変更される。   That is, when the generated voltage is in the region below the solid line in FIG. 28, the integration of the first integrated value N1id is stopped and only the integration of the second integrated value N2id is continued in step S33 of FIG. . Accordingly, the value of the first integrated value N1id used when referring to the graph of FIG. 23 for determining the fuel utilization rate Uf is fixed to a constant value. As a result, the fuel utilization rate Uf is fixed until the generated voltage deviates from the region below the solid line in FIG. Thus, after the fuel cell module 2 has deteriorated, changes to increase the fuel utilization rate Uf are less than before the fuel cell module 2 deteriorates. On the other hand, the value of the second integrated value N2id used when referring to the graph of FIG. 26 for determining the air utilization rate Ua is increased or decreased as before, and the increase or decrease in the air utilization rate Ua is continued. Thus, the fuel utilization rate Uf is changed based on the deterioration of the fuel cell module 2 in addition to the first and second integrated values and the demand power corresponding to the estimated heat storage amount.

次に、図21のフローチャートによって実現される固体酸化物型燃料電池の作用を説明する。
まず、ステップS33において計算される第1積算値N1idの値が0である場合には、ステップS34において決定される燃料利用率Ufが、その発電電流における最小燃料利用率Ufmin(燃料供給量最大)に設定される。これにより、第1積算値N1idの値が0であり、断熱材7等に蓄積された熱量が少ない状態においても、燃料電池モジュール2が熱的に自立できる十分な燃料が供給される。また、ステップS33において計算される第2積算値N2idの値が、第1積算値N1idと同様に0である場合には、ステップS35において決定される空気利用率Uaが、その発電電流における最大空気利用率Uafmax(空気供給量最小)に設定される。このため、燃料電池モジュール2に導入される発電用の空気により燃料電池セルスタック14が冷却される作用は最小にされ、燃料電池セルスタック14の温度を上昇傾向にすることができる。
Next, the operation of the solid oxide fuel cell realized by the flowchart of FIG. 21 will be described.
First, when the value of the first integrated value N1id calculated in step S33 is 0, the fuel utilization rate Uf determined in step S34 is the minimum fuel utilization rate Ufmin (maximum fuel supply amount) in the generated current. Set to As a result, even when the value of the first integrated value N1id is 0 and the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 or the like is small, sufficient fuel is supplied so that the fuel cell module 2 can be thermally independent. When the value of the second integrated value N2id calculated in step S33 is 0 as in the case of the first integrated value N1id, the air utilization rate Ua determined in step S35 is the maximum air in the generated current. The utilization rate Uafmax (air supply amount minimum) is set. For this reason, the effect | action which cools the fuel cell stack 14 with the air for electric power generation introduced into the fuel cell module 2 is minimized, and the temperature of the fuel cell stack 14 can be made to rise.

次に、検出温度Tdが適正温度Ts(I)よりも高く、Td>Ts(I)+Teの状態で燃料電池モジュール2が運転されると、第1加減算値M1の値は正値となり、第1積算値N1idの値が0よりも大きくなる。これにより、図23において、最小燃料利用率Ufminよりも高い燃料利用率Ufが設定されて燃料供給量が減少され、発電に使用されずに残る残余燃料の量が減少される。燃料利用率Ufは、燃料供給量変更手段110aにより、推定蓄熱量に対応した第1積算値N1idの値が大きいほど大幅に高くされる。燃料利用率Ufが高められることにより、燃料供給量は熱自立可能な供給量よりも少なくされ、断熱材7等に蓄積された熱量を利用した高効率制御が実行される。残余燃料の量が減少され、断熱材7等に蓄積された熱量が利用されるので、燃料供給量変更手段110aは、発電を継続しながら燃料電池モジュール2内の温度上昇を抑制する。Td>Ts(I)+Teの状態で運転が継続されると、正値の第1加減算値M1の積算が繰り返され、第1積算値N1idの値も増大する。第1積算値N1idが1に達すると、燃料利用率Ufは、最大燃料利用率Uafmax(燃料供給量最小)に設定される。このように、燃料電池モジュール2に供給される燃料は、断熱材7等に蓄積された熱量を反映した、検出温度Tdの過去の履歴に基づいて決定される。   Next, when the detected temperature Td is higher than the appropriate temperature Ts (I) and the fuel cell module 2 is operated in a state of Td> Ts (I) + Te, the value of the first addition / subtraction value M1 becomes a positive value, The value of 1 integrated value N1id becomes larger than 0. Accordingly, in FIG. 23, a fuel utilization rate Uf higher than the minimum fuel utilization rate Ufmin is set, the fuel supply amount is decreased, and the amount of remaining fuel that is not used for power generation is decreased. The fuel utilization rate Uf is significantly increased by the fuel supply amount changing unit 110a as the value of the first integrated value N1id corresponding to the estimated heat storage amount increases. By increasing the fuel utilization rate Uf, the fuel supply amount is made smaller than the supply amount capable of self-sustaining heat, and high-efficiency control using the heat amount accumulated in the heat insulating material 7 or the like is executed. Since the amount of residual fuel is reduced and the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 or the like is used, the fuel supply amount changing means 110a suppresses the temperature rise in the fuel cell module 2 while continuing power generation. When the operation is continued in the state of Td> Ts (I) + Te, the integration of the positive first addition / subtraction value M1 is repeated, and the value of the first integration value N1id also increases. When the first integrated value N1id reaches 1, the fuel usage rate Uf is set to the maximum fuel usage rate Uafmax (fuel supply amount minimum). Thus, the fuel supplied to the fuel cell module 2 is determined based on the past history of the detected temperature Td reflecting the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 and the like.

第1積算値N1idが更に増大し、1を超えた場合においても、図23に示すように、燃料利用率Ufは、最大燃料利用率Uafmax(燃料供給量最小)に維持される。一方、第1積算値N1idと同一の値をとる第2積算値N2idの値(燃料電池モジュール2が劣化していない場合)も1を超えるので、図25に基づいて、空気利用率Uaが低下(空気供給量増加)される。これにより、燃料電池モジュール2内は、供給される空気の増加により冷却傾向となる。   Even when the first integrated value N1id further increases and exceeds 1, as shown in FIG. 23, the fuel utilization rate Uf is maintained at the maximum fuel utilization rate Uafmax (minimum fuel supply amount). On the other hand, since the value of the second integrated value N2id that takes the same value as the first integrated value N1id (when the fuel cell module 2 is not deteriorated) also exceeds 1, the air utilization rate Ua decreases based on FIG. (Air supply amount increased). Thereby, the inside of the fuel cell module 2 tends to be cooled due to an increase in supplied air.

これに対して、検出温度Tdが適正温度Ts(I)よりも低く、Td<Ts(I)−Teの状態で燃料電池モジュール2が運転されると、第1加減算値M1の値は負値となり、第1積算値N1idの値は減少される。これにより、燃料利用率Ufは、維持(第1積算値N1id>1)又は低下(第1積算値N1id≦1)される。また、空気利用率Uaは、増大(第2積算値N2id>1)又は維持(第2積算値N2id≦1)される。これにより、燃料電池モジュール2内の温度を上昇傾向にすることができる。   On the other hand, when the detected temperature Td is lower than the appropriate temperature Ts (I) and the fuel cell module 2 is operated in a state where Td <Ts (I) −Te, the value of the first addition / subtraction value M1 is a negative value. Thus, the value of the first integrated value N1id is decreased. Thus, the fuel utilization rate Uf is maintained (first integrated value N1id> 1) or decreased (first integrated value N1id ≦ 1). Further, the air utilization rate Ua is increased (second integrated value N2id> 1) or maintained (second integrated value N2id ≦ 1). Thereby, the temperature in the fuel cell module 2 can be increased.

以上は、検出温度Tdの履歴に基づいて計算される第1加減算値M1のみに注目した固体酸化物型燃料電池の作用であるが、第1積算値N1id及び第2積算値N2idは、第2加減算値M2によっても影響を受ける。燃料電池モジュール2、特に、燃料電池セルスタック14は、非常に熱容量が大きく、その検出温度Tdの変化は極めて緩慢である。このため、検出温度Tdが一旦上昇傾向に入ると、その温度上昇を短時間で抑制することは困難であり、また、検出温度Tdが低下傾向に入った場合にも、これを上昇傾向に戻すには長い時間を要する。このため、検出温度Tdに上昇又は低下の傾向が現れた場合には、これに迅速に反応して第1、第2積算値を修正する必要がある。   The above is the operation of the solid oxide fuel cell focusing only on the first addition / subtraction value M1 calculated based on the history of the detected temperature Td. The first integrated value N1id and the second integrated value N2id are It is also affected by the addition / subtraction value M2. The fuel cell module 2, particularly the fuel cell stack 14, has a very large heat capacity, and the change in the detected temperature Td is extremely slow. For this reason, once the detected temperature Td starts to increase, it is difficult to suppress the temperature increase in a short time, and when the detected temperature Td starts to decrease, this is returned to the upward trend. Takes a long time. For this reason, when the detected temperature Td tends to increase or decrease, it is necessary to react quickly to correct the first and second integrated values.

即ち、最新の検出温度Tdが、1分前の検出温度Tdbよりも第2加減算値閾値温度以上高い場合には、第2加減算値M2が正の値となり、第1、第2積算値が増大される。これにより、検出温度Tdが上昇傾向に入ったことを第1、第2積算値に反映させることができる。同様に、最新の検出温度Tdが、1分前の検出温度Tdbよりも第2加減算値閾値温度以上低い場合には、第2加減算値M2が負の値となり、第1、第2積算値が減少される。即ち、発電室温度センサ142により検出された最新の検出温度Tdと、過去の検出温度Tdbとの差である変化温度差に基づいて速応推定値である第2加減算値M2が計算される。従って、検出温度Tdが急激に低下している場合には、緩やかに低下している場合よりも、燃料利用率Ufを高める変更量が大幅に抑制され、また、発電電力が利用率抑制発電量IU以下の領域では最大燃料利用率Ufmaxも低く設定されているため、変更量は、より大幅に抑制される。これにより、検出温度Tdが低下傾向に入ったことを第1、第2積算値に反映させることができる。このように、本実施形態においては、検出温度Tdに基づいて決定された第1加減算値M1の積算値、及び新しく検出された検出温度Tdと過去に検出された検出温度Tdbの差に基づく差分値に基づいて蓄熱量が推定される。即ち、本実施形態においては、検出温度Tdの履歴に基づいて計算される基本推定値である第1加減算値M1の積算値、及び基本推定値を計算する履歴よりも短い期間における検出温度Tdの変化率に基づいて計算される速応推定値である第2加減算値M2に基づいて、蓄熱量推定手段110bにより蓄熱量が推定される。このように、本実施形態においては、基本推定値と速応推定値の和に基づいて蓄熱量が推定される。   That is, when the latest detected temperature Td is higher than the detected temperature Tdb one minute ago by the second addition / subtraction value threshold temperature, the second addition / subtraction value M2 becomes a positive value, and the first and second integrated values increase. Is done. Thereby, it can reflect in the 1st, 2nd integrated value that the detected temperature Td entered into the upward tendency. Similarly, when the latest detected temperature Td is lower than the detected temperature Tdb one minute ago by the second addition / subtraction value threshold temperature, the second addition / subtraction value M2 is a negative value, and the first and second integrated values are Will be reduced. In other words, the second addition / subtraction value M2, which is a rapid response estimated value, is calculated based on the change temperature difference that is the difference between the latest detected temperature Td detected by the power generation chamber temperature sensor 142 and the past detected temperature Tdb. Therefore, when the detected temperature Td is drastically reduced, the amount of change that increases the fuel utilization rate Uf is greatly suppressed, and the generated power is reduced by the utilization rate-suppressed power generation amount, compared with the case where the detected temperature Td is gradually decreasing. Since the maximum fuel utilization rate Ufmax is also set low in the region below IU, the amount of change is more greatly suppressed. Thereby, it can reflect in the 1st, 2nd integrated value that detected temperature Td entered into the fall tendency. Thus, in the present embodiment, the difference based on the integrated value of the first addition / subtraction value M1 determined based on the detected temperature Td and the difference between the newly detected detected temperature Td and the detected temperature Tdb detected in the past. The amount of heat storage is estimated based on the value. That is, in the present embodiment, the integrated value of the first addition / subtraction value M1, which is a basic estimated value calculated based on the history of the detected temperature Td, and the detected temperature Td in a period shorter than the history of calculating the basic estimated value. Based on the second addition / subtraction value M2, which is a quick response estimated value calculated based on the rate of change, the heat storage amount estimation unit 110b estimates the heat storage amount. Thus, in this embodiment, the heat storage amount is estimated based on the sum of the basic estimated value and the quick response estimated value.

なお、燃料電池モジュール2の温度変化は、検出温度TdとTdbを検出する間隔である1分に比して極めて緩慢であるため、第2加減算値M2は0である場合が多い。このため、第1、第2積算値は、主に第1加減算値M1によって支配され、検出温度Tdの上昇又は低下傾向が現れたとき、第2加減算値M2が、第1、第2積算値の値を修正するように作用する。このように、蓄熱量の推定値には、検出温度の履歴の他に、第2加減算値M2によって直近の検出温度Tdの変化が加味される。このため、直近の検出温度Tdの変化が大きい(第2加減算値閾値温度以上の変化)場合には、第2加減算値M2が値を持つので、蓄熱量の推定値が修正され、燃料利用率Ufが大幅に変更される。   Note that the temperature change of the fuel cell module 2 is extremely slow compared to 1 minute, which is the interval at which the detected temperatures Td and Tdb are detected, so the second addition / subtraction value M2 is often zero. For this reason, the first and second integrated values are mainly governed by the first addition / subtraction value M1, and when the detected temperature Td increases or decreases, the second addition / subtraction value M2 becomes the first and second integration values. Acts to correct the value of. Thus, in addition to the detected temperature history, the most recent change in the detected temperature Td is added to the estimated value of the heat storage amount by the second addition / subtraction value M2. For this reason, when the most recent change in detected temperature Td is large (change greater than or equal to the second addition / subtraction value threshold temperature), since the second addition / subtraction value M2 has a value, the estimated value of the heat storage amount is corrected, and the fuel utilization rate Uf is significantly changed.

次に、図29乃至図32を参照して、発電電力の可変範囲の制限を説明する。
上記のように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池においては、断熱材7等に蓄積された熱量を利用することにより、燃料利用率を高めると共に、蓄熱を積極的に利用することにより燃料電池モジュール2内の温度を適正な温度にコントロールしている。一方、図19、20により説明したように、燃料電池モジュール2が生成する電力が需要電力に合わせて頻繁に増減されると、これにより燃料電池モジュール2内の温度が過剰に上昇する場合がある。このような過剰な温度上昇に対しては、燃料利用率を高め、断熱材7等に蓄積された熱量を積極的に利用することにより、これを抑制することが可能である。しかしながら、図24により説明したように、発電する電力が大きい領域においては、設定されている最小燃料利用率Ufminが大きい値であるため、この燃料利用率を高めて、蓄熱を利用する余地は少ない。従って、発電電力が大きい場合においては、燃料利用率を高めて、蓄熱を利用しても、過剰に上昇した燃料電池モジュール2内の温度を、効果的に低下させることは困難である。このため、本実施形態においては、燃料電池モジュール2内の過剰な温度上昇が発生した場合には、発電電力を需要電力に追従させる可変範囲を低く制限している。これにより、燃料電池モジュール2は、小さい発電電力で運転されることになるため、蓄熱を利用する余地が大きくなり、燃料電池モジュール2内の温度を効果的に低下させることが可能になる。また、発電電力を需要電力に追従させる可変範囲を狭くすることにより、発電電力の頻繁な増減による温度上昇が抑制される。
Next, the limitation on the variable range of the generated power will be described with reference to FIGS.
As described above, in the solid oxide fuel cell according to the present embodiment, the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 and the like is used to increase the fuel utilization rate, and the fuel is obtained by actively utilizing the heat storage. The temperature in the battery module 2 is controlled to an appropriate temperature. On the other hand, as described with reference to FIGS. 19 and 20, when the power generated by the fuel cell module 2 is frequently increased or decreased according to the demand power, the temperature in the fuel cell module 2 may excessively increase. . Such an excessive temperature rise can be suppressed by increasing the fuel utilization rate and positively using the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 or the like. However, as described with reference to FIG. 24, in the region where the power to be generated is large, the set minimum fuel utilization rate Ufmin is a large value, so there is little room for increasing the fuel utilization rate and using the heat storage. . Therefore, when the generated power is large, it is difficult to effectively reduce the excessively increased temperature in the fuel cell module 2 even if the fuel utilization rate is increased and heat storage is used. For this reason, in this embodiment, when the excessive temperature rise in the fuel cell module 2 occurs, the variable range in which the generated power follows the demand power is limited to be low. As a result, the fuel cell module 2 is operated with a small amount of generated power, so that room for using heat storage is increased, and the temperature in the fuel cell module 2 can be effectively reduced. Moreover, the temperature rise by the frequent increase / decrease in generated electric power is suppressed by narrowing the variable range which makes generated electric power track demand electric power.

なお、図19、20により説明した、需要電力の頻繁な増減による燃料電池モジュール2内の温度上昇は、上述した本発明の第1実施形態の固体酸化物型燃料電池においても発生する。従って、図29乃至図32を参照して以下に説明する発電電力の可変範囲の制限は、上述した本発明の第1実施形態と組み合わせて実施することもできる。   The temperature rise in the fuel cell module 2 due to frequent increase / decrease in demand power described with reference to FIGS. 19 and 20 also occurs in the solid oxide fuel cell according to the first embodiment of the present invention described above. Therefore, the limitation of the variable range of the generated power described below with reference to FIGS. 29 to 32 can also be implemented in combination with the above-described first embodiment of the present invention.

図29は、本実施形態において、燃料電池モジュールが生成する電力の範囲を制限する手順を示すフローチャートである。図30は、発電電流と検出温度Tdに対する電流制限を示すマップである。図31は、本実施形態における作用の一例を示すタイムチャートである。図32は、燃料電池モジュール内の温度と、発電可能な最大電力の関係の一例を示すグラフである。   FIG. 29 is a flowchart showing a procedure for limiting the range of power generated by the fuel cell module in the present embodiment. FIG. 30 is a map showing current limitations on the generated current and the detected temperature Td. FIG. 31 is a time chart showing an example of the operation in the present embodiment. FIG. 32 is a graph showing an example of the relationship between the temperature in the fuel cell module and the maximum power that can be generated.

まず、図30の実線に示すように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池においては、各発電電流に対する燃料電池モジュール2内の適正な温度が設定されている。この適正な温度は、図22における一点鎖線に対応するものである。また、図30に示すように、適正な温度よりも温度が高い領域には、電流維持領域が設定されている。この電流維持領域の最低の温度は、燃料電池モジュール2による発電電力に応じて異なるように設定されており、発電電力が大きいほど電流維持領域の最低の温度が高く設定されている。また、各発電電力に対する電流維持領域の最低の温度は、燃料電池モジュール2の適正な温度との差が、発電電力が低いほど大きくなるように設定されている。燃料電池モジュール2の運転状態がこの電流維持領域に入った場合には、燃料電池モジュール2からの出力電流の増加が禁止される。さらに、電流維持領域よりも温度が高い領域には、電流低下領域が設定されている。運転状態がこの電流低下領域に入った場合には、燃料電池モジュール2からの出力電流は強制的に低下される。電流低下領域よりも温度が高い領域には、空冷領域が設定されている。運転状態がこの空冷領域に入った場合には、発電用空気の供給量が、発電用空気流量調整ユニット45により供給可能な最大流量に設定される。空冷領域よりも温度が高い領域には、運転停止領域が設定されている。運転状態がこの運転停止領域に入った場合には、燃料電池モジュール2による発電を停止させ、固体酸化物型燃料電池の故障を防止する。   First, as shown by the solid line in FIG. 30, in the solid oxide fuel cell of this embodiment, an appropriate temperature in the fuel cell module 2 is set for each generated current. This appropriate temperature corresponds to the alternate long and short dash line in FIG. In addition, as shown in FIG. 30, a current maintaining region is set in a region where the temperature is higher than the appropriate temperature. The minimum temperature of the current maintaining region is set to be different depending on the power generated by the fuel cell module 2, and the minimum temperature of the current maintaining region is set higher as the generated power is larger. Further, the minimum temperature of the current maintenance region for each generated power is set such that the difference from the appropriate temperature of the fuel cell module 2 increases as the generated power decreases. When the operating state of the fuel cell module 2 enters this current maintenance region, an increase in output current from the fuel cell module 2 is prohibited. Furthermore, a current reduction region is set in a region where the temperature is higher than the current maintaining region. When the operating state enters this current reduction region, the output current from the fuel cell module 2 is forcibly reduced. An air cooling region is set in a region where the temperature is higher than the current lowering region. When the operating state enters this air cooling region, the supply amount of power generation air is set to the maximum flow rate that can be supplied by the power generation air flow rate adjustment unit 45. An operation stop region is set in a region where the temperature is higher than the air cooling region. When the operation state enters this operation stop region, the power generation by the fuel cell module 2 is stopped to prevent a failure of the solid oxide fuel cell.

さらに、検出温度Tdが急激に上昇した場合には、電流維持領域を画定する温度を、図30に一点鎖線で示すように低下させる。また、この場合には、電流低下領域を画定する温度を、図30に二点鎖線で示すように低下させる。これにより、検出温度Tdが急激に上昇した場合には、早期に電流制限を実施し、過剰な温度上昇を確実に抑制する。   Further, when the detected temperature Td rises rapidly, the temperature that defines the current maintaining region is lowered as shown by a one-dot chain line in FIG. In this case, the temperature defining the current reduction region is lowered as shown by a two-dot chain line in FIG. As a result, when the detected temperature Td rises rapidly, current limitation is performed at an early stage to reliably suppress an excessive temperature rise.

次に、図29を参照して、燃料電池モジュールが生成する電流制限の手順を説明する。
まず、図29のステップS41においては、検出温度Tdが読み込まれる。次いで、ステップS42においては、ステップS41で読み込まれた検出温度Tdと、所定時間前の検出温度Tdが比較される。ステップS41で読み込まれた検出温度Tdと所定時間前の検出温度Tdの差が、所定の閾値温度以下の場合にはステップS43に進む。
Next, a procedure for limiting the current generated by the fuel cell module will be described with reference to FIG.
First, in step S41 of FIG. 29, the detected temperature Td is read. Next, in step S42, the detected temperature Td read in step S41 is compared with the detected temperature Td before a predetermined time. If the difference between the detected temperature Td read in step S41 and the detected temperature Td before a predetermined time is equal to or lower than a predetermined threshold temperature, the process proceeds to step S43.

ステップS43においては、温度領域を判定するマップとして、図30に実線で示す基本特性が選択される。一方、最新の検出温度Tdと所定時間前の検出温度Tdの差が、所定の閾値温度よりも大きい場合には、ステップS44に進み、ステップS44においては、温度領域を判定するマップとして、図30に一点鎖線及び二点鎖線で示す急昇温特性が選択される。   In step S43, a basic characteristic indicated by a solid line in FIG. 30 is selected as a map for determining the temperature region. On the other hand, if the difference between the latest detected temperature Td and the detected temperature Td before the predetermined time is larger than the predetermined threshold temperature, the process proceeds to step S44. In step S44, as a map for determining the temperature region, FIG. The rapid temperature rise characteristics indicated by the alternate long and short dashed lines are selected.

次いで、ステップS45においては、検出温度Tdが運転停止領域内か否かが判断される。本実施形態においては、検出温度Tdが780℃以上である場合に、運転停止領域内と判断される。検出温度Tdが運転停止領域内と判断された場合には、ステップS46に進む。ステップS46においては、燃料電池モジュール2による発電が停止され、固体酸化物型燃料電池システムが緊急停止される。   Next, in step S45, it is determined whether or not the detected temperature Td is within the operation stop region. In the present embodiment, when the detected temperature Td is 780 ° C. or higher, it is determined that it is in the operation stop region. If it is determined that the detected temperature Td is within the operation stop region, the process proceeds to step S46. In step S46, power generation by the fuel cell module 2 is stopped and the solid oxide fuel cell system is urgently stopped.

一方、ステップS45において、検出温度Tdが運転停止領域内ではないと判断された場合には、ステップS47に進む。ステップS47においては、検出温度Tdが空冷領域内か否かが判断される。本実施形態においては、検出温度Tdが750℃以上である場合に、空冷領域内と判断される。検出温度Tdが空冷領域内と判断された場合には、ステップS48に進む。   On the other hand, if it is determined in step S45 that the detected temperature Td is not within the operation stop region, the process proceeds to step S47. In step S47, it is determined whether or not the detected temperature Td is within the air cooling region. In the present embodiment, when the detected temperature Td is 750 ° C. or higher, it is determined that it is in the air cooling region. If it is determined that the detected temperature Td is within the air cooling region, the process proceeds to step S48.

ステップS48においては、発電電流が最小の電流である1Aに固定され、この電流は、インバータ54には出力されず、補機ユニット4により消費される。また、空気供給量は、発電用空気流量調整ユニット45により供給可能な最大流量に設定される。また、水の供給量も増加され、水蒸気量と炭素量の比S/C=4に設定され、図29のフローチャートの1回の処理が終了する。   In step S <b> 48, the generated current is fixed to 1 A, which is the minimum current, and this current is not output to the inverter 54 but is consumed by the auxiliary unit 4. The air supply amount is set to the maximum flow rate that can be supplied by the power generation air flow rate adjustment unit 45. Further, the supply amount of water is also increased, the ratio of the water vapor amount to the carbon amount S / C = 4 is set, and one process of the flowchart of FIG. 29 is completed.

一方、ステップS47において、検出温度Tdが空冷領域内ではないと判断された場合には、ステップS49に進む。ステップS49においては、検出温度Td及び発電電流が、電流低下領域内にあるか否かが判断され、電流低下領域内にある場合にはステップS50に進む。   On the other hand, if it is determined in step S47 that the detected temperature Td is not within the air cooling region, the process proceeds to step S49. In step S49, it is determined whether or not the detected temperature Td and the generated current are within the current decrease region. If they are within the current decrease region, the process proceeds to step S50.

ステップS50においては、燃料電池モジュール2による発電電流が、強制的に4A以下に低下される。即ち、燃料電池モジュール2による発電電力の上限値を、最大定格電力である700Wの2分の1よりも高い温度上昇抑制電力(400W)に低下させる。以後、需要電力が低下した場合には、需要電力に追従して発電電力(電流)の上限値を低下させ、需要電力が増加しても、発電電流は増加させずに維持される。これにより、図29のフローチャートの1回の処理が終了する。このような発電電流の制限は、検出温度Td及び発電電流が、電流低下領域から外れるまで継続される。   In step S50, the current generated by the fuel cell module 2 is forcibly reduced to 4A or less. That is, the upper limit value of the electric power generated by the fuel cell module 2 is reduced to a temperature rise suppression power (400 W) higher than a half of 700 W which is the maximum rated power. Thereafter, when the demand power decreases, the upper limit value of the generated power (current) is decreased following the demand power, and even if the demand power increases, the generated current is maintained without increasing. Thereby, the one-time process of the flowchart of FIG. 29 is completed. Such limitation of the generated current is continued until the detected temperature Td and the generated current are out of the current decrease region.

一方、ステップS49において、検出温度Td及び発電電流が、電流低下領域内にないと判断された場合にはステップS51に進む。ステップS51においては、検出温度Td及び発電電流が、電流維持領域内にあるか否かが判断され、電流維持領域内にある場合にはステップS52に進む。   On the other hand, if it is determined in step S49 that the detected temperature Td and the generated current are not within the current decrease region, the process proceeds to step S51. In step S51, it is determined whether or not the detected temperature Td and the generated current are within the current maintenance region. If they are within the current maintenance region, the process proceeds to step S52.

ステップS52においては、発電電流の増加が禁止され、以後、需要電力が増加しても、発電電流は増加させずに維持される。また、需要電力が低下した場合には、需要電力の低下に追従して発電電流(電力)の上限値を低下させ、需要電力が増加しても、発電電流(電力)の上限値は上昇させずに維持される。このような発電電流の制限は、検出温度Td及び発電電流が、電流維持領域から外れ、燃料電池モジュール2の過剰な温度上昇が解消されるまで継続される。これにより、図29のフローチャートの1回の処理が終了する。   In step S52, an increase in the generated current is prohibited, and thereafter, even if the demand power increases, the generated current is maintained without increasing. In addition, when the demand power decreases, the upper limit value of the generated current (electric power) is decreased following the decrease in the demand power, and even if the demand power increases, the upper limit value of the generated current (electric power) is increased. Maintained without. Such limitation of the generated current is continued until the detected temperature Td and the generated current are out of the current maintaining region and the excessive temperature rise of the fuel cell module 2 is resolved. Thereby, the one-time process of the flowchart of FIG. 29 is completed.

本実施形態においては、各発電電流について、検出温度Tdが電流維持領域の最低温度を超えると、発電電力の規制が開始されるので、本明細書においては、各発電電流に対する電流維持領域の最低温度を発電電力規制温度(図30)と称する。この発電電力規制温度は、本実施形態においては、燃料利用率を高くする変更が開始される燃料利用率変更温度(Ts(I)+Te)(図22)よりも高く設定されている。   In the present embodiment, for each generated current, when the detected temperature Td exceeds the minimum temperature of the current maintenance region, the regulation of the generated power is started. Therefore, in this specification, the minimum of the current maintenance region for each generated current The temperature is referred to as a generated power regulation temperature (FIG. 30). In this embodiment, the generated power regulation temperature is set to be higher than the fuel utilization rate change temperature (Ts (I) + Te) (FIG. 22) at which the change to increase the fuel utilization rate is started.

一方、ステップS51において、検出温度Td及び発電電流が、電流維持領域内にないと判断された場合にはステップS53に進む。ステップS53においては、発電電流の制限は実行されず、蓄熱を利用した制御が実行される。   On the other hand, when it is determined in step S51 that the detected temperature Td and the generated current are not within the current maintaining region, the process proceeds to step S53. In step S53, the generated current is not limited, and control using heat storage is performed.

次に、図31を参照して、発電電流制限の一例を説明する。
図31に示すタイムチャートは、上段から順に、検出温度Td、目標電流、発電電流、燃料供給量、燃料利用率、及び空気供給量の変化を模式的に示す図である。ここで、目標電流とは、需要電力及び発電電圧より求められた電流である。
Next, an example of generated current limitation will be described with reference to FIG.
The time chart shown in FIG. 31 is a diagram schematically showing changes in detected temperature Td, target current, generated current, fuel supply amount, fuel utilization rate, and air supply amount in order from the top. Here, the target current is a current obtained from demand power and generated voltage.

まず、図31の時刻t20においては、発電電流は約6Aであり、検出温度Tdは、発電電流約6Aにおける適正温度よりもやや低い状態にある(図30のt20に対応)。
次いで、時刻t20〜t21においては、需要電力が短時間に大きく増減を繰り返したため、目標電流も大幅に増減していると共に、発電電流もこれに追従すべく増減している。これに対して、燃料供給量は、図20により説明したように、発電電流が低下した後も所定時間保持されると共に、発電電流の増加よりも先行して増加されるため、発電電流に対して過剰になり、多くの余剰燃料が発生している。この余剰燃料は、燃料電池モジュール2内の加熱に使用されるため、時刻t20〜t21において、検出温度Tdは上昇傾向となっている。
First, at time t20 in FIG. 31, the generated current is about 6A, and the detected temperature Td is in a state slightly lower than the appropriate temperature in the generated current about 6A (corresponding to t20 in FIG. 30).
Next, at times t20 to t21, since the demand power repeatedly fluctuates greatly in a short time, the target current also greatly increases and decreases, and the generated current also increases and decreases to follow this. On the other hand, as described with reference to FIG. 20, the fuel supply amount is maintained for a predetermined time after the generation current is reduced and is increased prior to the increase in the generation current. And excess fuel is generated. Since this surplus fuel is used for heating in the fuel cell module 2, the detected temperature Td tends to increase from time t20 to t21.

さらに、時刻t21において、検出温度Tdが発電電流約6Aにおける電流維持領域の温度に到達する(図30のt21、図29のステップS51→S52に対応)。これにより、図29のステップS52が実行され、以後、発電電流の増加は禁止され、発電電流が維持される。このため、時刻t21〜t22において、目標電流が約7Aに増加しているが、発電電流は約6Aに維持される。発電電流の増加を禁止することにより、発電電力の可変範囲の上限値が低下され、可変範囲が狭くされるので、発電電力の変化に伴う残余燃料の量が少なくなる。このように、発電を継続しながら残余燃料の量を減じる図29のステップS52は、温度上昇抑制手段として作用する。また、温度上昇抑制手段として作用するステップS52を実行するか否かを判断するステップS51は、燃料電池モジュール2内の過剰な温度上昇の発生を推定する過昇温推定手段として作用する。   Further, at time t21, the detected temperature Td reaches the temperature of the current maintaining region at the generated current of about 6A (corresponding to t21 in FIG. 30 and steps S51 to S52 in FIG. 29). Thereby, step S52 of FIG. 29 is executed, and thereafter, the increase in generated current is prohibited and the generated current is maintained. For this reason, from time t21 to t22, the target current increases to about 7A, but the generated current is maintained at about 6A. By prohibiting the increase in the generated current, the upper limit value of the variable range of the generated power is reduced and the variable range is narrowed, so that the amount of residual fuel accompanying a change in the generated power is reduced. In this way, step S52 in FIG. 29, which reduces the amount of residual fuel while continuing power generation, acts as a temperature rise suppression means. Further, step S51 for determining whether or not to execute step S52 acting as a temperature rise suppression means acts as an excessive temperature rise estimation means for estimating the occurrence of an excessive temperature rise in the fuel cell module 2.

さらに、時刻t21〜t22においては、検出温度Tdが上昇するため、第1加減算値M1が正に大きい値となり、第1積算値N1idの値も著しく増加する。これにより、燃料利用率Ufを増加させるように燃料供給量が減少される(図23)。この燃料利用率Ufの増加も、残余燃料の量を減じ、燃料電池モジュール2内の温度を低下させるように作用するので、温度上昇抑制手段として作用する。なお、時刻t21〜t22においては、燃料利用率Ufを増加させ、断熱材7等に蓄積された熱量を積極的に消費しているが、燃料電池モジュール2の熱容量が非常に大きいため、検出温度Tdは上昇を続けている。   Further, at times t21 to t22, since the detected temperature Td rises, the first addition / subtraction value M1 becomes a positive large value, and the value of the first integrated value N1id also increases significantly. As a result, the fuel supply amount is decreased so as to increase the fuel utilization rate Uf (FIG. 23). This increase in the fuel utilization rate Uf also acts as a temperature rise suppression means because it acts to reduce the amount of residual fuel and lower the temperature in the fuel cell module 2. At times t21 to t22, the fuel utilization rate Uf is increased and the amount of heat accumulated in the heat insulating material 7 and the like is actively consumed. However, since the heat capacity of the fuel cell module 2 is very large, the detected temperature Td continues to rise.

次に、時刻t22においては、増加された燃料利用率Ufが、発電電流約6Aにおける最大の燃料利用率である最大燃料利用率Ufmax(=75%)に到達する(図23におけるN1id=1、図24)。時刻t22において燃料利用率Ufは最大燃料利用率Ufmaxまで高められているので、時刻t22〜t23においては、燃料利用率Ufは最大燃料利用率Ufmaxに維持される。一方、時刻t22〜t23において、検出温度Tdは依然として上昇を続けているため、第2積算値N2idの値(第1積算値N1idと同一の値)も増加する。これに伴い、空気利用率Uaが低下される(図25におけるN2id>1)、即ち、空気供給量が増加される。   Next, at time t22, the increased fuel utilization rate Uf reaches the maximum fuel utilization rate Ufmax (= 75%), which is the maximum fuel utilization rate at the generated current of about 6A (N1id = 1 in FIG. 23, FIG. 24). Since the fuel utilization rate Uf is increased to the maximum fuel utilization rate Ufmax at time t22, the fuel utilization rate Uf is maintained at the maximum fuel utilization rate Ufmax from time t22 to t23. On the other hand, since the detected temperature Td continues to rise from time t22 to t23, the value of the second integrated value N2id (the same value as the first integrated value N1id) also increases. Along with this, the air utilization rate Ua is reduced (N2id> 1 in FIG. 25), that is, the air supply amount is increased.

さらに、時刻t23において、検出温度Tdは、発電電流約6Aにおける電流低下領域の温度に到達する(図29のステップS49→S50に対応)。これにより、図29のステップS50が実行され、発電電流は、約6Aから4Aに急激に低下され(図30のt23→t23’)、発電電力の可変範囲の上限値が更に低下され、可変範囲が更に狭くされる。このため、燃料利用率Ufは、発電電流約6Aにおける最大燃料利用率Ufmaxから、発電電流4Aにおける最大燃料利用率Ufmaxに僅かに低下される(図24、図31)。なお、時刻t23において、燃料利用率Ufは低下されるが、発電電流が4Aに減少されているため、燃料供給量の絶対量、及び残余燃料の絶対量は低下する。発電電流を低下させた状態で燃料利用率Ufを最大燃料利用率Ufmaxに維持しているため、蓄積された熱量の消費が更に促進される。このように、発電電流を減じることにより、発電を継続しながら残余燃料の量を減じる図29のステップS50も、温度上昇抑制手段として作用する。しかしながら、時刻t23〜t24においては、検出温度Tdは依然として上昇する。   Furthermore, at time t23, the detected temperature Td reaches the temperature of the current drop region at the generated current of about 6A (corresponding to steps S49 → S50 in FIG. 29). Accordingly, step S50 in FIG. 29 is executed, and the generated current is rapidly reduced from about 6A to 4A (t23 → t23 ′ in FIG. 30), and the upper limit value of the variable range of the generated power is further reduced. Is further narrowed. For this reason, the fuel utilization rate Uf is slightly reduced from the maximum fuel utilization rate Ufmax at the generated current of about 6A to the maximum fuel utilization rate Ufmax at the generated current 4A (FIGS. 24 and 31). At time t23, the fuel utilization rate Uf is reduced, but since the generated current is reduced to 4A, the absolute amount of fuel supply and the absolute amount of residual fuel are reduced. Since the fuel utilization rate Uf is maintained at the maximum fuel utilization rate Ufmax while the generated current is reduced, the consumption of the accumulated heat amount is further promoted. In this way, step S50 in FIG. 29, which reduces the amount of residual fuel while continuing power generation by reducing the generated current, also acts as temperature rise suppression means. However, the detected temperature Td still rises from time t23 to t24.

次いで、時刻t24において、検出温度Tdは空冷領域の温度に到達する(図29のステップS47→S48、図30のt24に対応)。これにより、図29のステップS48が実行され、空気供給量が、発電用空気流量調整ユニット45の最大空気供給量まで増加される。また、発電電流は4Aから1Aに向けて次第に低下される。以後、この温度上昇抑制発電量である1Aに低下された発電電流は、検出温度Tdが、電流維持領域よりも低い温度に低下するまで一定に維持される。また、1Aに低下された発電電流は、インバータ54には出力されず、全量が補機ユニット4によって消費される。発電電流の低下に伴い、燃料利用率Ufは、発電電流4Aにおける最大燃料利用率Ufmaxから、発電電流1Aにおける最大燃料利用率Ufmax(=50%)に低下される(図24)。   Next, at time t24, the detected temperature Td reaches the temperature of the air cooling region (corresponding to steps S47 → S48 in FIG. 29, t24 in FIG. 30). Thus, step S48 of FIG. 29 is executed, and the air supply amount is increased to the maximum air supply amount of the power generation air flow rate adjustment unit 45. Further, the generated current gradually decreases from 4A to 1A. Thereafter, the generated current that has been reduced to 1 A, which is the temperature increase suppressing power generation amount, is kept constant until the detected temperature Td decreases to a temperature lower than the current maintaining region. Further, the generated current reduced to 1 A is not output to the inverter 54, and the entire amount is consumed by the auxiliary unit 4. As the generated current decreases, the fuel utilization rate Uf decreases from the maximum fuel utilization rate Ufmax at the generated current 4A to the maximum fuel utilization rate Ufmax (= 50%) at the generated current 1A (FIG. 24).

このように、温度上昇抑制手段である図29のステップS50における、残余燃料の量を減少させる温度上昇の抑制が実行された後、更なる温度上昇の抑制が必要な場合において、供給される空気が増加される。発電に必要な供給量以上に増加された増加分の空気は、燃料電池モジュール2に流入される冷却用の流体として作用するので、図29のステップS48は、強制冷却手段として機能する。   As described above, after the temperature increase suppression for reducing the amount of residual fuel is executed in step S50 of FIG. 29, which is the temperature increase suppression means, the air supplied when the temperature increase needs to be further suppressed. Is increased. Since the increased amount of air increased beyond the supply amount necessary for power generation acts as a cooling fluid flowing into the fuel cell module 2, step S48 in FIG. 29 functions as a forced cooling means.

一方、残余燃料の量を減少させる温度上昇抑制手段であるステップS50を実行することにより、検出温度Tdが空冷領域の温度に到達することなく低下した場合には、強制冷却手段であるステップS48による冷却は実行されない。従って、強制冷却手段による温度上昇の抑制は、温度上昇抑制手段による温度上昇の抑制が実行された後、燃料電池モジュール2内の温度変化に基づいて、実行されるか否かが決定される。   On the other hand, if the detected temperature Td decreases without reaching the temperature in the air cooling region by executing step S50, which is a temperature rise suppression means for reducing the amount of residual fuel, the process proceeds to step S48, which is a forced cooling means. No cooling is performed. Therefore, whether or not the temperature rise suppression by the forced cooling means is executed is determined based on the temperature change in the fuel cell module 2 after the temperature rise suppression by the temperature rise suppression means is executed.

時刻t24の後、検出温度Tdは上昇を続けるが、時刻t25において低下に転じる(図30のt24→t25)。その後、検出温度Tdは低下し、時刻t26において、電流低下領域の上限の温度まで低下する(図30のt25→t26)。これにより、空気供給量の低下が開始される。   After time t24, the detected temperature Td continues to increase, but starts decreasing at time t25 (t24 → t25 in FIG. 30). Thereafter, the detected temperature Td decreases, and at time t26, the detected temperature Td decreases to the upper limit temperature of the current decrease region (t25 → t26 in FIG. 30). Thereby, the reduction of the air supply amount is started.

次に、時刻t27において、電流維持領域の上限の温度まで低下する(図30のt26→t27)。検出温度Tdは更に低下を続け、時刻t28において、電流維持領域の下限の温度まで低下する(図30のt27→t28)。   Next, at time t27, the temperature decreases to the upper limit temperature of the current maintaining region (t26 → t27 in FIG. 30). The detected temperature Td continues to further decrease, and at time t28, the detected temperature Td decreases to the lower limit temperature of the current maintaining region (t27 → t28 in FIG. 30).

時刻t28において、検出温度Tdが電流維持領域から脱すると、発電電流は、目標電流に追従すべく増加を開始する。これに伴い、燃料供給量も増加する。また、燃料利用率Ufは、各発電電流に対応した最大燃料利用率Ufmaxをとりながら増加する。   When the detected temperature Td goes out of the current maintaining region at time t28, the generated current starts to increase to follow the target current. Along with this, the fuel supply amount also increases. Further, the fuel utilization rate Uf increases while taking the maximum fuel utilization rate Ufmax corresponding to each generated current.

なお、上述した実施形態においては、燃料電池モジュール2内の温度に応じ、発電電力の可変範囲の上限値を低下させることにより、温度上昇を抑制していたが、変形例として、発電電力の増減頻度を低下させることにより温度上昇を抑制することもできる。即ち、燃料電池モジュール2内の温度が上昇した場合には、需要電力の増加に追従して発電電力を増加させる追従性を低下させることにより、温度上昇を抑制することもできる。需要電力の増加に対する追従性を低下させると、需要電力が増加した場合、発電電力は、より緩慢に増加する。このため、需要電力が頻繁に増減された場合には、これに追従しようとする発電電力の増減幅が結果的に小さくなると共に、増減する頻度も少なくなり、発生する残余燃料の量も減少する。このような、需要電力の増加に対する追従性の低下は、燃料電池モジュール2内の過剰な温度上昇が解消されるまで継続する。   In the above-described embodiment, the temperature rise is suppressed by lowering the upper limit value of the variable range of the generated power in accordance with the temperature in the fuel cell module 2. Temperature rise can also be suppressed by reducing the frequency. That is, when the temperature in the fuel cell module 2 rises, the rise in temperature can be suppressed by reducing the followability of increasing the generated power following the increase in demand power. When the followability to the increase in demand power is reduced, the generated power increases more slowly when the demand power increases. For this reason, when the demand power is frequently increased or decreased, the increase / decrease width of the generated power to follow this is reduced as a result, the frequency of increase / decrease is reduced, and the amount of residual fuel generated is also reduced. . Such a decrease in followability with respect to an increase in demand power continues until the excessive temperature rise in the fuel cell module 2 is resolved.

或いは、需要電力の増加に追従して発電電力を増加させる時間当たりの頻度に制限を加えることもできる。この場合には、発電電力が増加傾向に転じる所定時間当たりの回数に制限を加え、所定時間当たりの回数が多くなった場合には、需要電力の増加に発電電力を追従させないように、発電電力を制御する。   Alternatively, it is possible to limit the frequency per hour for increasing the generated power following the increase in demand power. In this case, a limit is imposed on the number of times per predetermined time at which the generated power turns to an increasing trend, and if the number of times per predetermined time increases, the generated power will not follow the increase in demand power. To control.

また、上述した実施形態においては、検出温度Tdが電流低下領域の温度に到達すると、発電電流の上限値を4Aに低下させていたが、変形例として、低下させる発電電力の上限値を可変にすることもできる。例えば、燃料電池モジュール2内の温度が高いほど、低下させる発電電力の上限値を低く設定することができる。   In the above-described embodiment, when the detected temperature Td reaches the temperature in the current reduction region, the upper limit value of the generated current is reduced to 4 A. However, as a modified example, the upper limit value of the generated power to be reduced is variable. You can also For example, the upper limit value of the generated power to be reduced can be set lower as the temperature in the fuel cell module 2 is higher.

次に、図32を参照して、燃料電池モジュール2内の温度と、発電可能な最大電力の関係を説明する。
上記のように、燃料電池モジュール2の発電電力(電流)と、燃料電池モジュール2内の適正な温度には相関があり、大きな発電電力を得るためには、燃料電池モジュール2内の温度を高くする必要がある。しかしながら、燃料電池モジュール2が、発電電力に対する適正温度よりも高い、700℃程度を超える温度領域では、燃料電池セルスタック14の特性上、各燃料電池セルユニット16が発生する電位が低下する。このため、大きな電力を得るために、燃料電池セルスタック14から大きな電流を引き出すと、更に燃料電池セルスタック14の温度が上昇して発生する電位が低下するので、電流を増大させても出力電力が増加しないという現象が発生する。これにより、図32に示すように、燃料電池モジュール2内の温度が高い領域においては、温度が上昇すると発電可能な最大電力が却って低下する。このような温度領域において、燃料電池モジュール2から最大定格電力を取り出そうとすると、取り出す電力を増大させるために電流を増加させ、この電流上昇が更に燃料電池モジュール2の温度を上昇させて、取り出される電力を低下させることになる。このような状態が持続すると、所定の定格電力を得ようとするために、燃料電池モジュール2の温度が急上昇する熱暴走を招く。
Next, the relationship between the temperature in the fuel cell module 2 and the maximum power that can be generated will be described with reference to FIG.
As described above, there is a correlation between the generated power (current) of the fuel cell module 2 and the appropriate temperature in the fuel cell module 2, and in order to obtain large generated power, the temperature in the fuel cell module 2 is increased. There is a need to. However, in the temperature range in which the fuel cell module 2 is higher than the appropriate temperature for the generated power and exceeds about 700 ° C., the potential generated by each fuel cell unit 16 decreases due to the characteristics of the fuel cell stack 14. For this reason, when a large current is drawn from the fuel cell stack 14 in order to obtain a large amount of power, the temperature of the fuel cell stack 14 further rises and the generated potential decreases. Therefore, even if the current is increased, the output power The phenomenon that does not increase occurs. Thus, as shown in FIG. 32, in the region where the temperature in the fuel cell module 2 is high, the maximum power that can be generated decreases as the temperature rises. In such a temperature range, if the maximum rated power is to be extracted from the fuel cell module 2, the current is increased to increase the extracted power, and this current rise further increases the temperature of the fuel cell module 2 and is extracted. The power will be reduced. If such a state continues, in order to obtain a predetermined rated power, a thermal runaway in which the temperature of the fuel cell module 2 rapidly rises is caused.

本実施形態においては、燃料電池モジュール2内の温度が適正温度よりも高い領域では、需要電力が増大された場合にも発電電流を維持、又は低下させることにより、熱暴走を未然に防止している。   In the present embodiment, in a region where the temperature in the fuel cell module 2 is higher than the appropriate temperature, thermal runaway can be prevented by maintaining or reducing the generated current even when demand power is increased. Yes.

次に、図33を参照して、本実施形態における検出温度Tdの測定を説明する。
図33は、複数の温度センサの検出温度Tdに基づいて、第1加減算値M1を計算する手順を示すフローチャートである。
Next, with reference to FIG. 33, the measurement of the detected temperature Td in the present embodiment will be described.
FIG. 33 is a flowchart showing a procedure for calculating the first addition / subtraction value M1 based on the detected temperatures Td of the plurality of temperature sensors.

図3に示すように、本実施形態においては、発電室10内に、2つの発電室温度センサ142が備えられている。ここで、本実施形態においては、燃料電池モジュール2内には、幅方向に20本の燃料電池セルユニット16が並べられ(図2)、奥行き方向に8本の燃料電池セルユニット16が並べられ(図3)ている。従って、全160本の燃料電池セルユニット16は、平面視で長方形状に配列されている。本実施形態においては、2つの発電室温度センサ142のうち、一方は上記長方形の頂点に隣接して配置され、他方は上記長方形の長辺の中点に隣接して配置されている。このように、本実施形態においては、2つの発電室温度センサ142は、燃料電池モジュール2内の異なる温度が検出されるように、異なる位置に配置されている。   As shown in FIG. 3, in the present embodiment, two power generation chamber temperature sensors 142 are provided in the power generation chamber 10. Here, in this embodiment, in the fuel cell module 2, 20 fuel cell units 16 are arranged in the width direction (FIG. 2), and 8 fuel cell units 16 are arranged in the depth direction. (FIG. 3). Accordingly, all 160 fuel cell units 16 are arranged in a rectangular shape in plan view. In the present embodiment, one of the two power generation chamber temperature sensors 142 is disposed adjacent to the vertex of the rectangle, and the other is disposed adjacent to the midpoint of the long side of the rectangle. As described above, in this embodiment, the two power generation chamber temperature sensors 142 are arranged at different positions so that different temperatures in the fuel cell module 2 are detected.

このため、上記長方形の頂点に隣接して配置された発電室温度センサ142の検出温度Tdは、長方形の頂点付近に配置された燃料電池セルユニット16の温度を主に反映し、上記長方形の長辺の中点に隣接して配置された発電室温度センサ142の検出温度Tdは、長方形の長辺の中点付近(中間部)に配置された燃料電池セルユニット16の温度を主に反映している。長方形の頂点付近に配置された燃料電池セルユニット16は、周囲の断熱材7等に熱を奪われやすいため、最も温度が低く、長方形の長辺の中点付近に配置された燃料電池セルユニット16は、頂点付近に配置された燃料電池セルユニット16よりも温度が高くなる。本実施形態においては、これらの燃料電池セルユニット16の温度差は数十度にも及ぶ場合がある。なお、上記長方形の対角線の交点付近に配置された燃料電池セルユニット16は最も温度が高くなると考えられ、この温度を測定するように発電室温度センサを配置しても良い。   Therefore, the detected temperature Td of the power generation chamber temperature sensor 142 disposed adjacent to the vertex of the rectangle mainly reflects the temperature of the fuel cell unit 16 disposed near the vertex of the rectangle, and the length of the rectangle is long. The detected temperature Td of the power generation chamber temperature sensor 142 disposed adjacent to the middle point of the side mainly reflects the temperature of the fuel cell unit 16 disposed near the middle point (intermediate part) of the long side of the rectangle. ing. Since the fuel cell unit 16 arranged near the top of the rectangle is easily deprived of heat by the surrounding heat insulating material 7 or the like, the temperature is the lowest, and the fuel cell unit arranged near the midpoint of the long side of the rectangle 16 is higher in temperature than the fuel cell unit 16 disposed near the apex. In the present embodiment, the temperature difference between these fuel battery cell units 16 may reach several tens of degrees. The fuel cell unit 16 arranged near the intersection of the rectangular diagonal lines is considered to have the highest temperature, and a power generation chamber temperature sensor may be arranged to measure this temperature.

まず、図33のステップS61においては、2つの発電室温度センサ142から夫々検出温度Tdを読み込む。次に、ステップS62においては、読み込まれた2つの検出温度Tdの平均値を計算し、平均された温度が適正温度Ts(I)(図22)よりも高いか否かが判断される。平均された温度が適正温度Ts(I)よりも高い場合にはステップS63に進み、適正温度Ts(I)よりも低い場合にはステップS64に進む。   First, in step S61 of FIG. 33, the detected temperatures Td are read from the two power generation chamber temperature sensors 142, respectively. Next, in step S62, an average value of the two detected temperatures Td read is calculated, and it is determined whether or not the averaged temperature is higher than the appropriate temperature Ts (I) (FIG. 22). When the averaged temperature is higher than the appropriate temperature Ts (I), the process proceeds to step S63, and when lower than the appropriate temperature Ts (I), the process proceeds to step S64.

ステップS63においては、2つの検出温度Tdのうち、高い方の検出温度Tdに基づいて、第1加減算値M1が計算され(第1加減算値M1は正の値又は0になる)、図33のフローチャートの一回の処理を終了する。即ち、2つの検出温度Tdのうち、高い方の検出温度Tdに基づいて、推定される蓄熱量の増加量が決定される。一方、ステップS64においては、2つの検出温度Tdのうち、低い方の検出温度Tdに基づいて、第1加減算値M1が計算され(第1加減算値M1は負の値又は0になる)、図33のフローチャートの一回の処理を終了する。即ち、2つの検出温度Tdのうち、低い方の検出温度Tdに基づいて、推定される蓄熱量の減少量が決定される。このように、適正温度Ts(I)よりも高い場合には高温側の検出温度Tdを採用し、低い場合には低温側の検出温度Tdを採用する。これにより、過剰な温度上昇が問題となる場合には、温度の高い燃料電池セルユニット16の温度に基づいて蓄熱量が推定される。また、温度低下が問題となる場合には、温度の低い燃料電池セルユニット16(通常、長方形の頂点に位置する燃料電池セルユニット)の温度に基づいて蓄熱量が推定されるので、各燃料電池セルユニット16の温度が異なっていても、安全側で蓄熱量を推定することができる。   In step S63, the first addition / subtraction value M1 is calculated based on the higher detection temperature Td of the two detection temperatures Td (the first addition / subtraction value M1 becomes a positive value or 0). One process of the flowchart is terminated. That is, the estimated increase amount of the heat storage amount is determined based on the higher detection temperature Td of the two detection temperatures Td. On the other hand, in step S64, the first addition / subtraction value M1 is calculated based on the lower detection temperature Td of the two detection temperatures Td (the first addition / subtraction value M1 becomes a negative value or 0). The one-time processing of the flowchart of 33 is finished. That is, the estimated reduction amount of the heat storage amount is determined based on the lower detection temperature Td of the two detection temperatures Td. Thus, when the temperature is higher than the appropriate temperature Ts (I), the detected temperature Td on the high temperature side is adopted, and when it is lower, the detected temperature Td on the low temperature side is adopted. Thereby, when an excessive temperature rise becomes a problem, the heat storage amount is estimated based on the temperature of the fuel cell unit 16 having a high temperature. Further, when the temperature drop becomes a problem, the amount of stored heat is estimated based on the temperature of the fuel cell unit 16 having a low temperature (usually, the fuel cell unit located at the top of the rectangle). Even if the temperature of the cell unit 16 is different, the heat storage amount can be estimated on the safe side.

なお、上述した実施形態においては、検出温度Tdの高温側又は低温側を選択し、これに基づいて積算値を計算していたが、変形例として、各検出温度Tdについて夫々積算値を求めても良い。即ち、複数の検出温度各々に基づいて加減算値を決定し、決定された加減算値を各検出温度毎に積算して複数の積算値を計算することにより蓄熱量を推定すると共に、複数の積算値全てが増加している場合には複数の積算値のうちの大きい数値を、複数の積算値のうちの一部が低下している場合には複数の積算値のうちの小さい数値を選択し、これを蓄熱量の推定値として使用しても良い。   In the embodiment described above, the high temperature side or the low temperature side of the detected temperature Td is selected, and the integrated value is calculated based on this. However, as a modification, the integrated value is obtained for each detected temperature Td. Also good. That is, an addition / subtraction value is determined based on each of a plurality of detected temperatures, and the stored heat amount is estimated by adding the determined addition / subtraction values for each detected temperature and calculating a plurality of integration values, and a plurality of integration values When all are increasing, select a large numerical value among the plurality of integrated values, and when some of the multiple integrated values are decreasing, select a small numerical value among the plurality of integrated values, You may use this as an estimated value of heat storage amount.

また、上述した実施形態においては、ステップS63において検出温度の高温側を採用し、ステップS64において検出温度の低温側を採用していたが、変形例として、2つの検出温度の重み付き平均に基づいて第1加減算値M1を計算して、蓄熱量を推定することもできる。例えば、ステップS63においては、検出温度の高温側に0.7を乗じた値と、低温側に0.3を乗じた値とを加算した値に基づいて第1加減算値M1を計算し、ステップS64においては、検出温度の高温側に0.3を乗じた値と、低温側に0.7を乗じた値とを加算した値に基づいて第1加減算値M1を計算することができる。これにより、検出温度Tdが高く、蓄熱量の推定値を増加させる(第1加減算値M1が正又は0)ステップS63においては、複数の検出温度Tdのうちの最も高い温度が最も重みが大きいファクターとして蓄熱量の推定に使用され、蓄熱量の推定値を低下させる(第1加減算値M1が負又は0)ステップS64においては、最も低い温度が最も重みが大きいファクターとして蓄熱量の推定に使用される。
或いは、各検出温度Tdに重み付けをせず、常に、各検出温度Tdを単純平均した値により第1加減算値M1を計算することもできる。
In the embodiment described above, the high temperature side of the detected temperature is employed in step S63 and the low temperature side of the detected temperature is employed in step S64. However, as a modification, based on a weighted average of two detected temperatures. Thus, the first addition / subtraction value M1 can be calculated to estimate the heat storage amount. For example, in step S63, the first addition / subtraction value M1 is calculated based on a value obtained by adding a value obtained by multiplying the high temperature side of the detected temperature by 0.7 and a value obtained by multiplying the low temperature side by 0.3. In S64, the first addition / subtraction value M1 can be calculated based on a value obtained by adding a value obtained by multiplying the high temperature side of the detected temperature by 0.3 and a value obtained by multiplying the low temperature side by 0.7. Thus, in step S63 in which the detected temperature Td is high and the estimated value of the heat storage amount is increased (the first addition / subtraction value M1 is positive or 0), the highest temperature among the plurality of detected temperatures Td is the factor with the highest weight. Is used for estimating the amount of stored heat, and the estimated value of the stored amount of heat is reduced (the first addition / subtraction value M1 is negative or 0). In step S64, the lowest temperature is used as the factor with the largest weight for estimating the amount of stored heat. The
Alternatively, the first addition / subtraction value M1 can always be calculated from a value obtained by simply averaging the detected temperatures Td without weighting the detected temperatures Td.

また、長方形の頂点に位置する燃料電池セルユニットの温度が、所定の利用抑制セルユニット温度以下に低下した場合において、燃料利用率Ufの増加を抑制するように、第1加減算値M1を決定することもできる。   Further, the first addition / subtraction value M1 is determined so as to suppress the increase in the fuel utilization rate Uf when the temperature of the fuel cell unit located at the vertex of the rectangle falls below a predetermined use suppression cell unit temperature. You can also

次に、図34を参照して、本実施形態の変形例による加減算値の計算を説明する。なお、本変形例による加減算値の計算は、図33による処理と併用しても良いし、或いは、単独で適用することもできる。本変形例を単独で適用する場合には、発電室温度センサ142は1つであっても良い。   Next, with reference to FIG. 34, calculation of addition / subtraction values according to a modification of the present embodiment will be described. Note that the addition / subtraction value calculation according to the present modification may be used in combination with the processing shown in FIG. 33, or may be applied independently. When this modification is applied alone, the number of power generation chamber temperature sensors 142 may be one.

図34は、温度検出手段である発電室温度センサ142に加え、もう1つの温度検出手段である改質器温度センサ148による検出温度に基づいて、第1加減算値M1を計算する手順を示すフローチャートである。   FIG. 34 is a flowchart showing a procedure for calculating the first addition / subtraction value M1 based on the temperature detected by the reformer temperature sensor 148 as another temperature detection means in addition to the power generation chamber temperature sensor 142 as the temperature detection means. It is.

まず、図34のステップS71において、改質器温度センサ148から検出温度を読み込む。本実施形態においては、改質器20には、入口側と出口側の2箇所に改質器温度センサ148が取り付けられており、改質器20の入口付近の温度と、出口入口付近の温度が測定されるようになっている。通常、改質器20の温度は、吸熱反応である水蒸気改質反応が多く発生する入口側の温度が低く、出口側の温度が高くなる。   First, in step S71 of FIG. 34, the detected temperature is read from the reformer temperature sensor 148. In the present embodiment, the reformer 20 is provided with reformer temperature sensors 148 at two locations on the inlet side and the outlet side, and the temperature near the inlet of the reformer 20 and the temperature near the outlet inlet. Is to be measured. Normally, the temperature of the reformer 20 is low at the inlet side where many steam reforming reactions, which are endothermic reactions, occur, and the temperature at the outlet side is high.

次に、ステップS72において、改質器20の各検出温度と、所定の利用抑制改質器温度が比較される。まず、改質器20の2つの検出温度のうち、低い方の検出温度が低温側利用抑制改質器温度Tr0よりも低く、且つ、高い方の検出温度が高温側利用抑制改質器温度Tr1よりも低い場合には、ステップS73に進む。一方、改質器20の2つの検出温度のうち、高い方の検出温度が高温側利用抑制改質器温度Tr1よりも高く、且つ、低い方の検出温度が低温側利用抑制改質器温度Tr0よりも高い場合には、ステップS75に進む。また、これらの何れにも該当しない場合にはステップS74に進む。   Next, in step S72, each detected temperature of the reformer 20 is compared with a predetermined use suppression reformer temperature. First, of the two detected temperatures of the reformer 20, the lower detected temperature is lower than the low-temperature side use suppression reformer temperature Tr0, and the higher detection temperature is the high-temperature side use suppression reformer temperature Tr1. If it is lower, the process proceeds to step S73. On the other hand, of the two detected temperatures of the reformer 20, the higher detected temperature is higher than the high-temperature side use suppression reformer temperature Tr1, and the lower detection temperature is the low-temperature side use suppression reformer temperature Tr0. If higher, the process proceeds to step S75. If none of these applies, the process proceeds to step S74.

ステップS73においては、改質器20の温度が各利用抑制改質器温度よりも低いため、燃料利用率Ufが低下する(燃料供給量が増加する)ように、第1加減算値M1を補正する。即ち、発電室温度センサ142による検出温度Tdに基づいて計算された第1加減算値M1の絶対値の10%分を、第1加減算値M1から減じた値を第1加減算値M1として積算に使用する。これにより、蓄熱量の推定値である第1積算値N1idが減少する(増加が抑制される)ので、燃料利用率Ufは低下傾向(燃料利用率の増加が抑制される)となり、改質器20の温度は上昇される。   In step S73, since the temperature of the reformer 20 is lower than each use suppression reformer temperature, the first addition / subtraction value M1 is corrected so that the fuel utilization rate Uf decreases (the fuel supply amount increases). . That is, a value obtained by subtracting 10% of the absolute value of the first addition / subtraction value M1 calculated based on the temperature Td detected by the power generation chamber temperature sensor 142 from the first addition / subtraction value M1 is used for integration as the first addition / subtraction value M1. To do. As a result, the first integrated value N1id, which is an estimated value of the heat storage amount, decreases (inhibition is increased), so the fuel utilization rate Uf tends to decrease (increase in fuel utilization rate is suppressed), and the reformer The temperature of 20 is raised.

一方、ステップS75においては、改質器20の温度が各利用抑制改質器温度よりも高いため、燃料利用率Ufが高くなる(燃料供給量が減少する)ように、第1加減算値M1を補正する。即ち、発電室温度センサ142による検出温度Tdに基づいて計算された第1加減算値M1の絶対値の10%分を、第1加減算値M1に加算した値を第1加減算値M1として積算に使用する。これにより、蓄熱量の推定値である第1積算値N1idが増加する(減少が抑制される)ので、燃料利用率Ufは上昇傾向となり、改質器20の温度は低下される。これにより、改質器20の温度が上昇しすぎることによる改質器20の損傷が防止される。   On the other hand, in step S75, since the temperature of the reformer 20 is higher than each use suppression reformer temperature, the first addition / subtraction value M1 is set so that the fuel utilization rate Uf increases (the fuel supply amount decreases). to correct. That is, a value obtained by adding 10% of the absolute value of the first addition / subtraction value M1 calculated based on the temperature Td detected by the power generation chamber temperature sensor 142 to the first addition / subtraction value M1 is used for integration as the first addition / subtraction value M1. To do. As a result, the first integrated value N1id, which is an estimated value of the heat storage amount, increases (decrease is suppressed), so the fuel utilization rate Uf tends to increase, and the temperature of the reformer 20 decreases. Thereby, damage to the reformer 20 due to the temperature of the reformer 20 rising excessively is prevented.

また、ステップS74においては、改質器20の温度が適正温度範囲にあるため、第1加減算値M1の補正は実行せずに、図34のフローチャートの1回の処理を終了する。(改質器20の2つの検出温度には相関があるため、低い方の検出温度が低温側利用抑制改質器温度よりも低く、且つ、高い方の検出温度が高温側利用抑制改質器温度よりも高い状態は、通常、発生しない。)   In step S74, since the temperature of the reformer 20 is within the appropriate temperature range, the correction of the first addition / subtraction value M1 is not executed, and the one-time process of the flowchart of FIG. 34 is terminated. (Since there is a correlation between the two detected temperatures of the reformer 20, the lower detected temperature is lower than the low-temperature use suppression reformer temperature, and the higher detected temperature is the high-temperature use suppression reformer. (Higher temperatures usually do not occur.)

なお、本変形例において、2つの改質器温度センサ148による検出温度を平均し、平均した検出温度を1つ又は2つの利用抑制改質器温度と比較することにより、燃料利用率を補正しても良い。また、改質器温度センサ148による検出温度の時間当たりの変化率に応じて、変化率が高い場合には、燃料利用率を補正する量を大きくしても良い。   In the present modification, the fuel utilization rate is corrected by averaging the detected temperatures by the two reformer temperature sensors 148 and comparing the averaged detected temperature with one or two use suppression reformer temperatures. May be. Further, when the change rate is high according to the change rate per time of the temperature detected by the reformer temperature sensor 148, the amount for correcting the fuel utilization rate may be increased.

次に、図35を参照して、本実施形態の変形例による加減算値の計算を説明する。なお、本変形例による加減算値の計算は、図33、図34による処理と併用しても良いし、或いは、単独で適用することもできる。本変形例を単独で適用する場合には、発電室温度センサ142は1つであっても良い。   Next, with reference to FIG. 35, calculation of addition / subtraction values according to a modification of the present embodiment will be described. The addition / subtraction value calculation according to the present modification may be used in combination with the processing shown in FIGS. 33 and 34, or may be applied alone. When this modification is applied alone, the number of power generation chamber temperature sensors 142 may be one.

図35は、温度検出手段である発電室温度センサ142に加え、もう1つの温度検出手段である排気温度センサ140による検出温度に基づいて、第1加減算値M1を計算する手順を示すフローチャートである。   FIG. 35 is a flowchart showing a procedure for calculating the first addition / subtraction value M1 based on the temperature detected by the exhaust temperature sensor 140 as another temperature detection means in addition to the power generation chamber temperature sensor 142 as the temperature detection means. .

まず、図35のステップS81において、排気温度センサ140から検出温度を読み込む。本実施形態においては、排気温度センサ140は、燃焼室18において燃焼され、排気ガス排出管82を通って流出する排気ガスの温度を測定するように配置されている。   First, in step S81 of FIG. 35, the detected temperature is read from the exhaust temperature sensor 140. In the present embodiment, the exhaust temperature sensor 140 is arranged to measure the temperature of the exhaust gas that is combusted in the combustion chamber 18 and flows out through the exhaust gas discharge pipe 82.

次に、ステップS82において、排気ガスの検出温度と、所定の利用抑制排気温度が比較される。まず、排気ガスの検出温度が、所定の低温側利用抑制排気温度Tem0よりも低い場合には、ステップS83に進む。一方、排気ガスの検出温度が、所定の高温側利用抑制排気温度Tem1よりも高い場合には、ステップS85に進む。排気ガスの検出温度が、高温側利用抑制排気温度Tem1よりも低く、且つ、低温側利用抑制排気温度Tem0よりも高い場合には、ステップS84に進む。   Next, in step S82, the detected exhaust gas temperature is compared with a predetermined use-suppressed exhaust temperature. First, when the detected temperature of the exhaust gas is lower than the predetermined low temperature side use suppression exhaust temperature Tem0, the process proceeds to step S83. On the other hand, when the detected temperature of the exhaust gas is higher than the predetermined high-temperature side use suppression exhaust temperature Tem1, the process proceeds to step S85. When the detected temperature of the exhaust gas is lower than the high temperature side use suppression exhaust temperature Tem1 and higher than the low temperature side use suppression exhaust temperature Tem0, the process proceeds to step S84.

ステップS83においては、排気ガスの温度が適正温度よりも低いため、燃料利用率Ufが低下する(燃料供給量が増加する)ように、第1加減算値M1を補正する。即ち、発電室温度センサ142による検出温度Tdに基づいて計算された第1加減算値M1の絶対値の10%分を、第1加減算値M1から減じた値を第1加減算値M1として積算に使用する。これにより、蓄熱量の推定値である第1積算値N1idが減少する(増加が抑制される)ので、燃料利用率Ufは低下傾向(燃料利用率Ufの増加が抑制される)となり、排気ガスの温度は上昇される。   In step S83, since the temperature of the exhaust gas is lower than the appropriate temperature, the first addition / subtraction value M1 is corrected so that the fuel utilization rate Uf decreases (the fuel supply amount increases). That is, a value obtained by subtracting 10% of the absolute value of the first addition / subtraction value M1 calculated based on the temperature Td detected by the power generation chamber temperature sensor 142 from the first addition / subtraction value M1 is used for integration as the first addition / subtraction value M1. To do. As a result, the first integrated value N1id, which is an estimated value of the heat storage amount, decreases (increase is suppressed), so that the fuel utilization rate Uf tends to decrease (increase in the fuel utilization rate Uf is suppressed), and the exhaust gas The temperature of the is raised.

一方、ステップS85においては、排気ガスの温度が適正温度よりも高いため、燃料利用率Ufが高くなる(燃料供給量が減少する)ように、第1加減算値M1を補正する。即ち、発電室温度センサ142による検出温度Tdに基づいて計算された第1加減算値M1の絶対値の10%分を、第1加減算値M1に加算した値を第1加減算値M1として積算に使用する。これにより、蓄熱量の推定値である第1積算値N1idが増加する(減少が抑制される)ので、燃料利用率Ufは上昇傾向となり、排気ガスの温度は低下される。これにより、燃料電池モジュール2内の温度が適正化される。   On the other hand, in step S85, since the temperature of the exhaust gas is higher than the appropriate temperature, the first addition / subtraction value M1 is corrected so that the fuel utilization rate Uf increases (the fuel supply amount decreases). That is, a value obtained by adding 10% of the absolute value of the first addition / subtraction value M1 calculated based on the temperature Td detected by the power generation chamber temperature sensor 142 to the first addition / subtraction value M1 is used for integration as the first addition / subtraction value M1. To do. As a result, the first integrated value N1id, which is an estimated value of the heat storage amount, increases (decrease is suppressed), the fuel utilization rate Uf tends to increase, and the temperature of the exhaust gas decreases. Thereby, the temperature in the fuel cell module 2 is optimized.

また、ステップS84においては、排気ガスの温度が適正温度範囲にあるため、第1加減算値M1の補正は実行せずに、図35のフローチャートの1回の処理を終了する。   In step S84, since the temperature of the exhaust gas is within the appropriate temperature range, the correction of the first addition / subtraction value M1 is not executed, and the one-time process of the flowchart of FIG. 35 is terminated.

なお、本変形例において、排気温度センサ140による検出温度の時間当たりの変化率に応じて、変化率が高い場合には、燃料利用率を補正する幅を大きくしても良い。   In this modification, when the change rate is high according to the change rate per hour of the temperature detected by the exhaust temperature sensor 140, the range for correcting the fuel utilization rate may be increased.

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、断熱材(蓄熱材)の熱容量は一定であったが、変形例として、熱容量を変更できるように燃料電池モジュールを構成することができる。この場合には、大きな熱容量をもつ追加熱容量部材を、燃料電池モジュールと熱的に連結及び切り離しできるように配置しておく。熱容量を大きくすべき状態においては追加熱容量部材を燃料電池モジュールと熱的に連結し、熱容量を小さくすべき状態においては追加熱容量部材を熱的に切り離す。例えば、固体酸化物型燃料電池の起動時においては、追加熱容量部材を切り離しておくことにより熱容量を小さくし、燃料電池モジュールの昇温を速くする。一方、固体酸化物型燃料電池が、大発電電力で長時間運転されことが予想される場合には、燃料電池モジュールが、より多くの余剰熱量を蓄積できるように、追加熱容量部材を連結する。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above. In particular, in the above-described embodiment, the heat capacity of the heat insulating material (heat storage material) is constant, but as a modification, the fuel cell module can be configured so that the heat capacity can be changed. In this case, the additional heat capacity member having a large heat capacity is arranged so as to be thermally connected to and disconnected from the fuel cell module. When the heat capacity is to be increased, the additional heat capacity member is thermally connected to the fuel cell module, and when the heat capacity is to be decreased, the additional heat capacity member is thermally disconnected. For example, when starting up the solid oxide fuel cell, the heat capacity is reduced by separating the additional heat capacity member, and the temperature of the fuel cell module is increased quickly. On the other hand, when the solid oxide fuel cell is expected to be operated for a long time with large generated power, the additional heat capacity member is connected so that the fuel cell module can accumulate a larger amount of surplus heat.

また、好ましい実施態様として、本発明を次のように構成することもできる。
1.需要電力に応じた可変の発電電力を生成する固体酸化物型燃料電池であって、供給された燃料により発電する燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池モジュールに発電用の酸化剤ガスを供給する発電用酸化剤ガス供給手段と、燃料電池モジュールで発生した熱を蓄積する蓄熱材と、需要電力を検出する需要電力検出手段と、この需要電力検出手段により検出された需要電力に基づいて、発電電力が大きいときは燃料利用率が高く、発電電力が小さいときには燃料利用率が低くなるように設定された基本燃料供給テーブルを参照して燃料供給量を決定し、決定された燃料供給量が供給されるように燃料供給手段を制御する制御手段と、発電電力が小さい場合において、発電電力が大きいときに蓄積された利用可能な熱量が蓄熱材に蓄積されている期間中、一時的に燃料利用率が高くなるように基本燃料供給テーブルを変更して、燃料供給量を減少させる燃料テーブル変更手段と、を有することを特徴としている。
Moreover, as a preferred embodiment, the present invention can be configured as follows.
1. A solid oxide fuel cell that generates variable generated power according to demand power, a fuel cell module that generates power using the supplied fuel, a fuel supply unit that supplies fuel to the fuel cell module, and a fuel cell Power generation oxidant gas supply means for supplying power generation oxidant gas to the module, heat storage material for accumulating heat generated in the fuel cell module, demand power detection means for detecting demand power, and this demand power detection means Based on the demand power detected by the above, the fuel supply rate is determined by referring to the basic fuel supply table set so that the fuel utilization rate is high when the generated power is large and the fuel utilization rate is low when the generated power is small. Control means for controlling the fuel supply means so that the determined fuel supply amount is supplied and when the generated power is large when the generated power is small Fuel table changing means for changing the basic fuel supply table so as to temporarily increase the fuel utilization rate during the period in which the accumulated available heat amount is accumulated in the heat storage material, and reducing the fuel supply amount; It is characterized by having.

上記1のように構成された本発明においては、燃料供給手段及び発電用酸化剤ガス供給手段は、燃料電池モジュールに燃料及び発電用酸化剤ガスを夫々供給する。燃料電池モジュールは供給された燃料及び発電用酸化剤ガスにより発電すると共に、燃料電池モジュールで発生した熱は蓄熱材で蓄積される。制御手段は、需要電力検出手段により検出された需要電力に基づいて、発電電力が大きいときは燃料利用率が高く、発電電力が小さいときには燃料利用率が低くなるように設定された基本燃料供給テーブルを参照して燃料供給量を決定し、燃料供給手段を制御する。燃料テーブル変更手段は、発電電力が小さい場合において、発電電力が大きいときに蓄積された利用可能な熱量が蓄熱材に蓄積されている期間中、一時的に燃料利用率が高くなるように基本燃料供給テーブルを変更して、燃料供給量を減少させる。   In the present invention configured as described above, the fuel supply unit and the power generation oxidant gas supply unit respectively supply the fuel and the power generation oxidant gas to the fuel cell module. The fuel cell module generates power with the supplied fuel and power generation oxidant gas, and heat generated in the fuel cell module is accumulated in a heat storage material. Based on the demand power detected by the demand power detection means, the control means is a basic fuel supply table set so that the fuel utilization rate is high when the generated power is large and the fuel utilization rate is low when the generated power is small. To determine the fuel supply amount and control the fuel supply means. The fuel table changing means is configured so that when the generated power is small, the basic fuel is used so that the fuel utilization rate temporarily increases during the period in which the available heat amount accumulated when the generated power is large is accumulated in the heat storage material. Change the supply table to reduce the fuel supply.

一般に、固体酸化物型燃料電池においては、発電電力が小さい場合には、発電熱が低下するため、燃料電池モジュールが温度低下を起こしやすい。このため、小発電電力時には燃料利用率を下げ、発電に使用されなかった燃料を燃焼させて燃料電池モジュールを加熱して過度の温度低下を防止している。特に、燃料電池モジュール内に改質器が配置されているタイプの固体酸化物型燃料電池においては、改質器内で吸熱反応が発生するので、温度低下が更に起こりやすい。上記のように構成された本発明によれば、発電電力が大きいときに蓄熱材に蓄積された熱量を、発電電力が小さいときに積極的に利用するように構成したことで、温度降下が抑制できる一時的な期間に限って燃料利用率を高くした制御を可能としたため、固体酸化物型燃料電池の熱的な自立を維持し、過度の温度低下を回避しながら、固体酸化物型燃料電池の総合的なエネルギー効率を向上させることができるようになったものである。   In general, in a solid oxide fuel cell, when the generated power is small, the generated heat decreases, so the temperature of the fuel cell module tends to decrease. For this reason, at the time of small power generation, the fuel utilization rate is lowered, fuel that has not been used for power generation is burned, and the fuel cell module is heated to prevent an excessive temperature drop. In particular, in a solid oxide fuel cell of a type in which a reformer is disposed in a fuel cell module, an endothermic reaction occurs in the reformer, so that the temperature is more likely to decrease. According to the present invention configured as described above, the amount of heat stored in the heat storage material when the generated power is large is used positively when the generated power is small, thereby suppressing the temperature drop. Because it is possible to control the fuel utilization rate only for a temporary period that can be performed, the solid oxide fuel cell is maintained while maintaining the thermal independence of the solid oxide fuel cell and avoiding excessive temperature drop. It is now possible to improve the overall energy efficiency.

2.上記1のように構成された本発明において、好ましくは、燃料テーブル変更手段は、発電電力が小さい場合における燃料供給量を減少させる基本燃料供給テーブルの変更を一時的に実行した後、変更を終了し、制御手段は、もとの基本燃料供給テーブルに基づいて燃料供給手段を制御する。   2. In the present invention configured as described above, preferably, the fuel table changing means temporarily changes the basic fuel supply table for reducing the fuel supply amount when the generated power is small, and then ends the change. The control means controls the fuel supply means based on the original basic fuel supply table.

上記2のように構成された本発明によれば、燃料テーブル変更手段は基本燃料供給テーブルの変更を一時的に実行した後、変更を終了し、その後は基本燃料供給テーブルに基づいて燃料供給手段が制御されるので、蓄熱材に蓄積された熱量が過度に減少し、著しい温度低下を引き起こすリスクを確実に回避することができる。   According to the present invention configured as described above, the fuel table changing means temporarily changes the basic fuel supply table and then ends the change, and thereafter the fuel supply means based on the basic fuel supply table. Since the amount of heat accumulated in the heat storage material is excessively reduced, the risk of causing a significant temperature drop can be reliably avoided.

3.上記2のように構成された本発明において、好ましくは、基本燃料供給テーブルは、大発電電力時に蓄積された熱量を、小発電電力時に利用できるように、所定の中発電電力よりも大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積されるように設定されている。   3. In the present invention configured as described in 2 above, the basic fuel supply table is preferably configured in a region larger than a predetermined medium power generation power so that the amount of heat accumulated during the large power generation power can be used during the small power generation power. The amount of heat is set so as to be accumulated in the heat storage material.

上記3のように構成された本発明によれば、中発電電力よりも大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積されるように基本燃料供給テーブルが設定されているので、燃料利用率を高くできる中発電電力よりも大きい領域で積極的に熱を蓄積し、この熱を、燃料電池モジュールの温度が比較的低く、熱自立が難しい小発電電力時に消費させることにより、蓄熱された熱量を効果的に利用した燃料利用率の高い高効率な運転を確実に行うことができる。   According to the present invention configured as described in 3 above, since the basic fuel supply table is set so that a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region larger than the middle power generation power, the fuel utilization rate The amount of heat stored by actively accumulating heat in a region that is larger than the medium generated power, which can be increased, and consuming this heat at the time of small generated power where the temperature of the fuel cell module is relatively low and heat independence is difficult It is possible to reliably perform highly efficient operation with a high fuel utilization rate that effectively utilizes the.

4.上記3のように構成された本発明において、好ましくは、基本燃料供給テーブルは、発電電力範囲の中央値よりも発電電力が大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積されるように設定されている。   4). In the present invention configured as described above, preferably, the basic fuel supply table is set so that a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region where the generated power is larger than the median value of the generated power range. Has been.

上記4のように構成された本発明によれば、発電電力範囲の中央値よりも発電電力が大きい領域で、より多くの熱量が蓄熱材に蓄積される。このため、使用頻度の高い発電電力範囲の中央値付近では、蓄積される余剰熱量を抑制すると共に、電力需要のピーク時に多くの熱量が蓄熱材に蓄積される。これにより、固体酸化物型燃料電池を住宅で使用した場合、昼間などの中程度の電力需要量で最も頻度の高い電力需要量となる時間帯では熱量を多く蓄えるための過剰な燃料消費が抑制される一方で、電力需要がピークとなる夜間の時間帯に多くの熱量が蓄積されるように構成できるため、夜間帯に蓄えた熱量を続く時間帯の深夜にすぐに消費させるようになることから、熱量を無駄に長時間蓄えるようなことがなくなる一方で、発電電力が大きく低下する深夜の時間帯には確実に蓄えた熱を有効に利用した高効率な運転を実現させることができる。   According to the present invention configured as described above, a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region where the generated power is larger than the median value of the generated power range. For this reason, in the vicinity of the median value of the frequently used power generation range, the amount of surplus heat accumulated is suppressed, and a large amount of heat is accumulated in the heat storage material at the peak of power demand. As a result, when a solid oxide fuel cell is used in a house, excessive fuel consumption to store a large amount of heat is suppressed in the time zone where the most frequent power demand is at moderate power demand such as daytime. On the other hand, since it can be configured so that a large amount of heat is accumulated during the nighttime hours when power demand peaks, the amount of heat stored in the nighttime hours can be consumed immediately at midnight in the following time zone Therefore, it is possible to realize high-efficiency operation that effectively uses the heat that is reliably stored in the late-night time when the generated power is greatly reduced while the amount of heat is not stored unnecessarily for a long time.

5.上記3のように構成された本発明において、好ましくは、さらに、蓄熱材の蓄熱量を推定する蓄熱量推定手段を有し、燃料テーブル変更手段は、蓄熱量推定手段によって推定された蓄熱量が所定の変更実行蓄熱量以上である場合に基本燃料供給テーブルの変更を実行し、推定された蓄熱量が変更実行蓄熱量未満である場合には基本燃料供給テーブルの変更を行わない。   5). In the present invention configured as described in 3 above, preferably, it further includes a heat storage amount estimation means for estimating a heat storage amount of the heat storage material, and the fuel table changing means has a heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means. The basic fuel supply table is changed when it is equal to or greater than a predetermined change execution heat storage amount, and the basic fuel supply table is not changed when the estimated heat storage amount is less than the change execution heat storage amount.

上記5のように構成された本発明によれば、蓄熱材の蓄熱量が蓄熱量推定手段により推定されるので、安全に燃料利用率を高める変更を実行できると共に、推定された蓄熱量が所定の変更実行蓄熱量以上である場合に変更が実行されるので、より確実に過剰冷却を防止することができる。   According to the present invention configured as described in 5 above, since the heat storage amount of the heat storage material is estimated by the heat storage amount estimation means, it is possible to safely change the fuel utilization rate, and the estimated heat storage amount is predetermined. Since the change is executed when it is equal to or greater than the change execution heat storage amount, excessive cooling can be prevented more reliably.

6.上記5のように構成された本発明において、好ましくは、燃料テーブル変更手段は、蓄熱量推定手段によって推定された蓄熱量が大きいほど、燃料供給量を減少させる基本燃料供給テーブルの変更量を大きくする。   6). In the present invention configured as described above, preferably, the fuel table changing means increases the change amount of the basic fuel supply table that decreases the fuel supply amount as the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimating means increases. To do.

上記6のように構成された本発明によれば、推定された蓄熱量が大きいほど、燃料利用率を大きく向上させることができるので、総合的なエネルギー効率を、より安全により大きく向上させることができる。   According to the present invention configured as described in 6 above, as the estimated heat storage amount is larger, the fuel utilization rate can be greatly improved, so that the overall energy efficiency can be greatly improved more safely. it can.

7.上記6のように構成された本発明において、好ましくは、燃料テーブル変更手段は、蓄熱量推定手段によって推定された蓄熱量に基づいて、基本燃料供給テーブルの変更を実行する期間の変更、及び基本燃料供給テーブルの変更量の変更の少なくとも1つを選択して実行する。   7). In the present invention configured as described above, preferably, the fuel table changing means changes the period for executing the change of the basic fuel supply table based on the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means, and the basic At least one change of the change amount of the fuel supply table is selected and executed.

上記7のように構成された本発明によれば、基本燃料供給テーブルの変更を実行する期間、又は変更量を変更するので、総合的なエネルギー効率を確実に向上させることができる。   According to the present invention configured as described above, since the period or amount of change of the basic fuel supply table is changed, the overall energy efficiency can be reliably improved.

8.上記5のように構成された本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、燃料電池モジュールの温度に基づいて蓄熱材の蓄熱量を推定する。
上記8のように構成された本発明によれば、蓄積される熱量と関係の強い燃料電池モジュールの温度に基づいて蓄熱量が推定されるので、特別なセンサーを設けることなく、比較的正確に蓄熱量を推定することができ、燃料電池モジュールの性能劣化や、過度の温度低下を確実に回避することができる。
8). In the present invention configured as described in 5 above, preferably, the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount of the heat storage material based on the temperature of the fuel cell module.
According to the present invention configured as described above, since the heat storage amount is estimated based on the temperature of the fuel cell module having a strong relationship with the stored heat amount, it is relatively accurate without providing a special sensor. The amount of stored heat can be estimated, and performance deterioration of the fuel cell module and excessive temperature drop can be reliably avoided.

9.上記5のように構成された本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、燃料電池モジュールの過去の運転履歴に基づいて蓄熱材の蓄熱量を推定する。
上記9のように構成された本発明によれば、発電電力が低下し、基本燃料供給テーブルの変更が開始される前の運転履歴に基づいて蓄熱量が推定されるので、瞬間的な現状の温度だけに基づく制御に比して、より残存する蓄熱量に基づいた正確な制御が可能となり安全で、かつ簡便で、且つ正確に蓄熱量を推定することができる。
9. In the present invention configured as described in 5 above, preferably, the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount of the heat storage material based on the past operation history of the fuel cell module.
According to the present invention configured as described in 9 above, the amount of stored heat is estimated based on the operation history before the generated power is reduced and the change of the basic fuel supply table is started. Compared to control based only on temperature, more accurate control based on the remaining heat storage amount is possible, and the heat storage amount can be estimated safely, simply, and accurately.

10.上記9のように構成された本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、燃料電池モジュールの過去の発電電力、及びその発電電力で運転された時間に基づいて蓄熱材の蓄熱量を推定する。   10. In the present invention configured as described above, preferably, the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount of the heat storage material based on the past generated power of the fuel cell module and the time operated with the generated power. .

上記10のように構成された本発明によれば、燃料電池モジュールの発電電力、及びその時間に基づいて蓄熱量が推定されるので、特別なセンサーを設けることなく、正確に蓄熱量を推定することができる。   According to the present invention configured as described above, since the heat storage amount is estimated based on the generated power of the fuel cell module and its time, the heat storage amount is accurately estimated without providing a special sensor. be able to.

11.上記5のように構成された本発明において、好ましくは、燃料テーブル変更手段は、基本燃料供給テーブルの変更開始時において蓄熱量推定手段が推定した蓄熱量に基づいて所定の変更実行期間を決定し、この変更実行期間内で変更を実行する。   11. In the present invention configured as described above, preferably, the fuel table changing means determines a predetermined change execution period based on the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimating means at the start of changing the basic fuel supply table. The change is executed within the change execution period.

上記11のように構成された本発明によれば、蓄熱量推定手段が推定した蓄熱量に基づいて決定された変更実行期間内で変更を実行するので、より簡単な制御で、蓄熱を利用した基本燃料供給テーブルの変更を実現することができる。   According to the present invention configured as described above, since the change is executed within the change execution period determined based on the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means, the heat storage is utilized with simpler control. A change of the basic fuel supply table can be realized.

12.上記3のように構成された本発明において、好ましくは、さらに、燃料テーブル変更手段による基本燃料供給テーブルの変更実行中において、蓄熱材の蓄熱量の減少を抑制し、基本燃料供給テーブルの変更を実行する期間を延長する変更期間延長手段を有する。   12 In the present invention configured as described in 3 above, preferably, during the execution of the change of the basic fuel supply table by the fuel table changing means, it is possible to suppress a decrease in the heat storage amount of the heat storage material and to change the basic fuel supply table. There is a change period extension means for extending the period of execution.

上記12のように構成された本発明によれば、基本燃料供給テーブルの変更を実行する期間を延長する変更期間延長手段を備えているので、蓄積された熱量を状況に合わせて効果的に使用することができる。   According to the present invention configured as described above, since the change period extending means for extending the period for executing the change of the basic fuel supply table is provided, the accumulated heat amount is effectively used according to the situation. can do.

13.上記12のように構成された本発明において、好ましくは、変更期間延長手段は、蓄熱材の蓄熱量の減少に伴って、基本燃料供給テーブルの変更を実行している期間が長くなるほど基本燃料供給テーブルの変更量を減少させる。   13. In the present invention configured as in the above 12, preferably, the change period extending means increases the basic fuel supply as the period during which the change of the basic fuel supply table is executed becomes longer as the heat storage amount of the heat storage material decreases. Reduce the amount of table changes.

上記13のように構成された本発明によれば、基本燃料供給テーブルに対する変更量が、蓄熱量の減少に伴って減少されるので、燃料電池モジュールの過度の温度低下や、性能の劣化を招くことなく、燃料利用率を高くする期間を延長することができる。   According to the present invention configured as described above, since the amount of change with respect to the basic fuel supply table is reduced as the amount of heat stored is reduced, the temperature of the fuel cell module is excessively lowered and the performance is deteriorated. The period for increasing the fuel utilization rate can be extended.

14.上記12のように構成された本発明において、好ましくは、変更期間延長手段は、発電電力が小さいほど、基本燃料供給テーブルの変更量を減少させる。
上記14のように構成された本発明によれば、発電電力が小さいほど、基本燃料供給テーブルに対する変更量が減少されるので、蓄熱を使用する量が多くなる小発電電力時に変更量が小さくなり、燃料電池モジュールの過度の温度低下や、性能の劣化を確実に回避しながら、燃料利用率を高くする期間を延長することができる。
14 In the present invention configured as described above, preferably, the change period extension means decreases the change amount of the basic fuel supply table as the generated power is smaller.
According to the present invention configured as described above, since the amount of change to the basic fuel supply table is reduced as the generated power is smaller, the amount of change is reduced at the time of small generated power that uses more heat storage. In addition, it is possible to extend the period during which the fuel utilization rate is increased while reliably avoiding excessive temperature drop and performance deterioration of the fuel cell module.

15.上記12のように構成された本発明において、好ましくは、変更期間延長手段は、基本燃料供給テーブルの変更実行中において、燃料電池モジュールに供給される発電用の酸化剤ガスを減少させるように発電用酸化剤ガス供給手段を制御する。   15. In the present invention configured as described above, preferably, the change period extending means generates power so as to reduce the oxidant gas for power generation supplied to the fuel cell module during execution of the change of the basic fuel supply table. The oxidant gas supply means is controlled.

上記15のように構成された本発明によれば、変更実行中において、燃料電池モジュールに供給される発電用の酸化剤ガスを減少させるので、蓄熱材に蓄積された熱量が酸化剤ガスによって奪われるのを抑制することができ、より長時間に亘って有効に蓄熱を利用することができる。   According to the present invention configured as described in 15 above, since the oxidant gas for power generation supplied to the fuel cell module is reduced during execution of the change, the amount of heat accumulated in the heat storage material is taken away by the oxidant gas. The heat storage can be effectively utilized for a longer time.

16.上記3のように構成された本発明において、好ましくは、さらに、蓄熱材の蓄熱量が少ない場合において、燃料電池モジュールの過剰冷却を防止する過剰冷却防止手段を有する。
上記16のように構成された本発明によれば、過剰冷却防止手段を備えているので、蓄熱量が少なくなった状態で、燃料利用率を高めることによる過度の冷却を確実に防止することができる。
16. In the present invention configured as described in 3 above, preferably, it further includes an overcooling preventing means for preventing overcooling of the fuel cell module when the heat storage amount of the heat storage material is small.
According to the present invention configured as described in 16 above, since the excessive cooling prevention means is provided, it is possible to reliably prevent excessive cooling by increasing the fuel utilization rate in a state where the heat storage amount is reduced. it can.

17.上記16のように構成された本発明において、好ましくは、過剰冷却防止手段は、燃料テーブル変更手段により燃料供給量の変更が実行されている期間は、燃料供給手段による燃料供給量の追従性を、通常運転時の追従性よりも向上させる。   17. In the present invention configured as described in 16 above, preferably, the overcooling preventing means has a followability of the fuel supply amount by the fuel supply means during a period in which the fuel supply amount change is being executed by the fuel table changing means. Improves the followability during normal operation.

上記17のように構成された本発明によれば、燃料供給量の変更が実行されている期間の燃料供給量の追従性が向上されるので、蓄熱量の減少に伴って変更後の燃料利用率が低下されていく際、速やかに燃料供給量を増加させることができる。これにより、燃料供給量を増加させる応答の遅れによる燃料電池モジュールの過剰冷却を防止することができる。   According to the present invention configured as described in 17 above, the followability of the fuel supply amount during the period in which the fuel supply amount is changed is improved, so that the use of the fuel after the change as the heat storage amount decreases As the rate decreases, the amount of fuel supply can be quickly increased. Thereby, it is possible to prevent overcooling of the fuel cell module due to a delay in response to increase the fuel supply amount.

1 固体酸化物型燃料電池
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
7 断熱材(蓄熱材)
8 密封空間
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット(固体酸化物型燃料電池セル)
18 燃焼室(燃焼部)
20 改質器
22 空気用熱交換器
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット(水供給手段)
30 燃料供給源
38 燃料流量調整ユニット(燃料供給手段)
40 空気供給源
44 改質用空気流量調整ユニット
45 発電用空気流量調整ユニット(発電用酸化剤ガス供給手段)
46 第1ヒータ
48 第2ヒータ
50 温水製造装置
52 制御ボックス
54 インバータ
83 点火装置
84 燃料電池セル
110 制御部(制御手段)
110a 燃料テーブル変更手段(燃料供給量変更手段)
110b 蓄熱量推定手段
110c 電力取出遅延手段
112 操作装置
114 表示装置
116 警報装置
126 電力状態検出センサ(需要電力検出手段)
132 燃料流量センサ(燃料供給量検出センサ)
138 圧力センサ(改質器圧力センサ)
140 排気温度センサ(温度検出手段)
142 発電室温度センサ(温度検出手段)
148 改質器温度センサ(温度検出手段)
150 外気温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide fuel cell 2 Fuel cell module 4 Auxiliary machine unit 7 Heat insulation material (heat storage material)
8 Sealed space 10 Power generation chamber 12 Fuel cell assembly 14 Fuel cell stack 16 Fuel cell unit (solid oxide fuel cell)
18 Combustion chamber (combustion section)
20 Reformer 22 Heat exchanger for air 24 Water supply source 26 Pure water tank 28 Water flow rate adjustment unit (water supply means)
30 Fuel supply source 38 Fuel flow rate adjustment unit (fuel supply means)
40 Air supply source 44 Reforming air flow rate adjustment unit 45 Power generation air flow rate adjustment unit (power generation oxidizing gas supply means)
46 1st heater 48 2nd heater 50 Hot water production apparatus 52 Control box 54 Inverter 83 Ignition apparatus 84 Fuel cell 110 Control part (control means)
110a Fuel table changing means (fuel supply amount changing means)
110b Heat storage amount estimation means 110c Power extraction delay means 112 Operation device 114 Display device 116 Alarm device 126 Power state detection sensor (demand power detection means)
132 Fuel flow sensor (fuel supply detection sensor)
138 Pressure sensor (reformer pressure sensor)
140 Exhaust temperature sensor (temperature detection means)
142 Power generation chamber temperature sensor (temperature detection means)
148 Reformer temperature sensor (temperature detection means)
150 Outside temperature sensor

Claims (15)

需要電力に応じた可変の発電電力を生成する固体酸化物型燃料電池であって、
供給された燃料により発電する燃料電池モジュールと、
この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、
上記燃料電池モジュールに発電用の酸化剤ガスを供給する発電用酸化剤ガス供給手段と、
上記燃料電池モジュールで発生した熱を蓄積する蓄熱材と、
需要電力を検出する需要電力検出手段と、
この需要電力検出手段により検出された需要電力に基づいて、発電電力が大きいときは燃料利用率が高く、発電電力が小さいときには燃料利用率が低くなるように上記燃料供給手段を制御すると共に、需要電力の変化に応じて燃料供給量を変化させた後、遅れて、上記燃料電池モジュールから実際に出力させる電力を変化させる制御手段と、を有し、
上記制御手段は、
上記燃料供給手段による燃料供給と、燃料供給に対して遅れて出力される電力に基づいて余剰熱量を推定する蓄熱量推定手段を備え、この蓄熱量推定手段により、上記蓄熱材に利用可能な熱量が蓄積されていることが推定された場合には、利用可能な熱量が蓄積されていない場合よりも同一の発電電力に対して燃料利用率が高くなるように燃料供給量を減少させることを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
A solid oxide fuel cell that generates variable generation power according to demand power,
A fuel cell module for generating electricity from the supplied fuel;
Fuel supply means for supplying fuel to the fuel cell module;
Power generation oxidant gas supply means for supplying power generation oxidant gas to the fuel cell module;
A heat storage material for accumulating heat generated in the fuel cell module;
Demand power detection means for detecting demand power;
Based on the demand power detected by the demand power detection means, the fuel supply means is controlled so that the fuel utilization rate is high when the generated power is large and the fuel utilization rate is low when the generated power is small. Control means for changing the power to be actually output from the fuel cell module after changing the fuel supply amount in accordance with the change in power, and
The control means includes
A heat storage amount estimating means for estimating a surplus heat amount based on a fuel supply by the fuel supply means and an electric power output delayed with respect to the fuel supply, and a heat amount available to the heat storage material by the heat storage amount estimation means; Is estimated to be accumulated, the fuel supply amount is reduced so that the fuel utilization rate is higher for the same generated power than when the available heat amount is not accumulated. Solid oxide fuel cell.
上記制御手段は、上記蓄熱量推定手段によって推定された蓄熱量が大きいほど大幅に燃料利用率を高くする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池。   2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the control means increases the fuel utilization rate significantly as the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means increases. 上記制御手段は、上記蓄熱量推定手段によって推定された推定蓄熱量が大きい領域においては、推定蓄熱量が小さい領域よりも、推定蓄熱量の変化に対して大幅に燃料利用率を変化させる請求項2記載の固体酸化物型燃料電池。   The said control means changes a fuel usage rate largely with respect to the change of an estimated heat storage amount in the area | region where the estimated heat storage amount estimated by the said heat storage amount estimation means is large rather than the area | region where an estimated heat storage amount is small. 3. The solid oxide fuel cell according to 2. 上記蓄熱量推定手段は、燃料供給に対して遅れて電力が出力されることによる余剰熱量を反映した加減算値を積算することにより、蓄熱量を推定する請求項2記載の固体酸化物型燃料電池。   3. The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount by integrating addition / subtraction values reflecting surplus heat amounts due to output of electric power delayed with respect to fuel supply. . 上記加減算値は、上記燃料電池モジュール内の温度、燃料供給量と発電電力の関係より計算された余剰熱量、発電電力の増減量、又は時間当たりの発電電力の増減回数に基づいて決められる請求項4記載の固体酸化物型燃料電池。   The addition / subtraction value is determined based on a temperature in the fuel cell module, a surplus heat amount calculated from a relationship between a fuel supply amount and generated power, an increase / decrease amount of generated power, or a frequency of increase / decrease of generated power per hour. 5. The solid oxide fuel cell according to 4. 上記制御手段は、上記蓄熱材に利用可能な熱量が蓄積されていない場合には、大発電電力時に蓄積された熱量を、小発電電力時に利用できるように、所定の中発電電力よりも大きい領域で、より多くの熱量が上記蓄熱材に蓄積されるように上記燃料供給手段を制御する請求項2記載の固体酸化物型燃料電池。   The control means has a region larger than a predetermined medium power generation power so that the heat amount stored at the time of the large power generation power can be used at the time of the small power generation power when the heat storage material does not store the heat amount available. 3. The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the fuel supply means is controlled so that a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material. 上記制御手段は、発電電力範囲の中央値よりも発電電力が大きい領域で、より多くの熱量が上記蓄熱材に蓄積されるように上記燃料供給手段を制御する請求項6記載の固体酸化物型燃料電池。   The solid oxide mold according to claim 6, wherein the control means controls the fuel supply means so that a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region where the generated power is larger than a median value of the generated power range. Fuel cell. 上記制御手段は、上記蓄熱量推定手段によって推定された蓄熱量が所定の変更実行蓄熱量以上である場合に燃料利用率を高める請求項6記載の固体酸化物型燃料電池。   7. The solid oxide fuel cell according to claim 6, wherein the control means increases the fuel utilization rate when the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means is equal to or greater than a predetermined change execution heat storage amount. 上記制御手段は、燃料利用率を高めた高効率制御の開始時において上記蓄熱量推定手段が推定した蓄熱量に基づいて所定の変更実行期間を決定し、この変更実行期間内で高効率制御を実行する請求項2記載の固体酸化物型燃料電池。   The control means determines a predetermined change execution period based on the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means at the start of high efficiency control with an increased fuel utilization rate, and performs high efficiency control within the change execution period. The solid oxide fuel cell according to claim 2 to be executed. さらに、燃料利用率を高めた高効率制御の実行中において、上記蓄熱材の蓄熱量の減少を抑制し、上記高効率制御を実行する期間を延長する変更期間延長手段を有する請求項2記載の固体酸化物型燃料電池。   The change period extending means for suppressing a decrease in a heat storage amount of the heat storage material and extending a period for executing the high efficiency control during execution of the high efficiency control with an increased fuel utilization rate. Solid oxide fuel cell. 上記変更期間延長手段は、上記蓄熱材の蓄熱量の減少に伴って、上記高効率制御を実行している期間が長くなるほど燃料利用率を高める変更量を減少させる請求項10記載の固体酸化物型燃料電池。   The solid oxide according to claim 10, wherein the change period extension means decreases the change amount that increases the fuel utilization rate as the period of executing the high efficiency control becomes longer as the heat storage amount of the heat storage material decreases. Type fuel cell. 上記変更期間延長手段は、発電電力が小さいほど、燃料利用率を高める変更量を減少させる請求項10記載の固体酸化物型燃料電池。   11. The solid oxide fuel cell according to claim 10, wherein the change period extending means decreases the change amount that increases the fuel utilization rate as the generated power is smaller. 上記変更期間延長手段は、上記高効率制御の実行中において、上記燃料電池モジュールに供給される発電用の酸化剤ガスを減少させるように上記発電用酸化剤ガス供給手段を制御する請求項10記載の固体酸化物型燃料電池。   11. The power generation oxidant gas supply unit controls the power generation oxidant gas supply unit so as to decrease a power generation oxidant gas supplied to the fuel cell module during execution of the high efficiency control. Solid oxide fuel cell. さらに、上記蓄熱材の蓄熱量が少ない場合において、上記燃料電池モジュールの過剰冷却を防止する過剰冷却防止手段を有する請求項2記載の固体酸化物型燃料電池。   3. The solid oxide fuel cell according to claim 2, further comprising an overcooling prevention means for preventing overcooling of the fuel cell module when the heat storage amount of the heat storage material is small. 上記過剰冷却防止手段は、燃料利用率を高めた高効率制御の実行中において、上記燃料供給手段による燃料供給量の追従性を、通常運転時の追従性よりも向上させる請求項14記載の固体酸化物型燃料電池。   15. The solid according to claim 14, wherein the overcooling prevention means improves the followability of the fuel supply amount by the fuel supply means more than the followability during normal operation during execution of high efficiency control with an increased fuel utilization rate. Oxide fuel cell.
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