JP5336818B2 - Solid oxide fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、原燃料ガスを改質した改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a reformed fuel gas obtained by reforming a raw fuel gas and a solid oxide fuel cell system that generates power by oxidizing and reducing an oxidant.

従来より、酸化物イオンを伝導する膜として固体電解質を用いた燃料電池セルを収納容器内に収納してなる固体酸化物形燃料電池が知られている。この固体酸化物形燃料電池では、一般的に、固体電解質としてイットリアをドープしたジルコニアが用いられており、この固体電解質の一方側には燃料ガスを酸化するための燃料電極が設けられ、その他方側には空気(酸化材)中の酸素を還元するための酸素電極が設けられている(例えば、特許文献1参照)。固体酸化物形燃料電池(燃料電池セル)の作動温度は約700〜1000℃と比較的高く、このような高温下において、燃料ガス中の水素や一酸化炭素、炭化水素と空気中の酸素とが電気化学反応を起こすことによって発電が行われる。   Conventionally, there is known a solid oxide fuel cell in which a fuel cell using a solid electrolyte as a membrane for conducting oxide ions is housed in a housing container. In this solid oxide fuel cell, zirconia doped with yttria is generally used as a solid electrolyte, and a fuel electrode for oxidizing fuel gas is provided on one side of the solid electrolyte, and the other On the side, an oxygen electrode for reducing oxygen in the air (oxidant) is provided (see, for example, Patent Document 1). The operating temperature of a solid oxide fuel cell (fuel cell) is relatively high at about 700 to 1000 ° C. Under such high temperatures, hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons in fuel gas and oxygen in air Electricity is generated by causing an electrochemical reaction.

このような固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池システムやガスエンジン等に比べて、高発電効率での発電が可能なことから、有望な発電技術として開発が行われている。特に1kW以下の低発電出力域でも高い発電効率が得られるため、家庭用コージェネレーションシステムとしての実用化を目指して開発が進められている。   Such a solid oxide fuel cell has been developed as a promising power generation technology because it can generate power with higher power generation efficiency than other fuel cell systems and gas engines. In particular, since high power generation efficiency can be obtained even in a low power generation output region of 1 kW or less, development is being promoted aiming at practical use as a home cogeneration system.

一端的に、家庭用の住宅設備としては、10年間の耐久性が要求されている。固体酸化物形燃料電池(燃料電池セル)は発電温度が700℃以上と高く、燃料電池としての性能が高い電極材料が使いられ、またコスト的な制約によりスタック材料にフェライト系ステンレス鋼などが用いられることから、電極材料と電解質材料との反応による抵抗上昇、電極材料の焼結進行・被毒、ステンレス鋼の酸化劣化の進行などによる劣化が生じ、この劣化が生じると、燃料電池のスタックの内部抵抗の増大による発電電圧が低下し、劣化が大きくなると寿命に至る。   On the one hand, the durability for 10 years is required for home equipment for home use. A solid oxide fuel cell (fuel cell) has a high power generation temperature of 700 ° C or higher, and an electrode material with high performance as a fuel cell is used. Ferrite stainless steel is used as a stack material due to cost constraints. As a result, deterioration due to the reaction between the electrode material and the electrolyte material, deterioration due to the progress and poisoning of the electrode material, and the progress of oxidation deterioration of the stainless steel occur. When the generated voltage decreases due to the increase in internal resistance, and the deterioration becomes large, the lifetime is reached.

特開2008−159362号公報JP 2008-159362 A

この固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)は、その作動温度が約750℃と高い温度で作動されるため、筐体や断熱材に囲まれて設置されるが、かような高温環境状態では、配管材料やボルトなどが焼きつくおそれがある。このようなことから、設置先(例えば、一戸建て住宅など)にて固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)を交換することは技術的にもコスト面でも困難であり、そのために、耐用年数(例えば、10年間)にわたって固体酸化物形燃料電池を交換しなくてよい燃料電池システムの実現が望まれている。   Since this solid oxide fuel cell (fuel cell stack) is operated at a temperature as high as about 750 ° C., it is surrounded by a casing and a heat insulating material. Then, piping materials and bolts may be burned out. For this reason, it is difficult to replace the solid oxide fuel cell (fuel cell stack) at the installation site (for example, a detached house) in terms of both technical and cost. For example, it is desired to realize a fuel cell system that does not require replacement of a solid oxide fuel cell over 10 years.

また、このような固体酸化物形燃料電池を用いた家庭用コージェネレーションシステムでは、固体酸化物形燃料電池は家庭の電気負荷に追従して発電するように作動制御され、種々の電気負荷での運用に対して、所望の耐久性を満足させなければならず、固体酸化物形燃料電池の寿命のばらつきを生じにくくすることも重要である。従って、固体酸化物形燃料電池の劣化原因となっている電極材料など材料面の劣化対策だけでなく、燃料電池システム全体としての寿命延伸対策と寿命のばらつき抑制対策も考慮する必要がある。   Moreover, in such a household cogeneration system using a solid oxide fuel cell, the solid oxide fuel cell is operated and controlled so as to generate electric power following a household electrical load. For operation, it is necessary to satisfy desired durability, and it is also important to make it difficult to cause variations in the life of the solid oxide fuel cell. Therefore, it is necessary to consider not only countermeasures for deterioration of materials such as electrode materials that cause deterioration of the solid oxide fuel cell, but also countermeasures for extending the life of the fuel cell system as a whole and for suppressing variations in the life.

このような固体酸化物形燃料電池を用いた燃料電池システムでは、一般的に、固体酸化物形燃料電池(燃料電池セル)の作動温度が上限温度(例えば、700〜800℃)に設定され、劣化が進行してもこの上限温度を超えないように制御され、その制御は、送風手段により送給される空気流量を増大させたり、燃料供給制御弁により供給される原燃料ガスの供給量を減少させたり(これにより、発電出力を低下させる)して行われる。   In a fuel cell system using such a solid oxide fuel cell, generally, the operating temperature of the solid oxide fuel cell (fuel cell) is set to an upper limit temperature (for example, 700 to 800 ° C.), Even if the deterioration progresses, the upper limit temperature is controlled so as not to exceed the upper limit temperature. The control increases the flow rate of air supplied by the blower or the supply amount of the raw fuel gas supplied by the fuel supply control valve. It is performed by decreasing (and thereby reducing the power generation output).

この固体酸化物形燃料電池の発電出力を一定に維持する場合、その劣化により発電電圧が10%低下すると、固体酸化物形燃料電池の発熱(ジュール発熱)は、概算で25〜30%程度増大するようになり、その劣化を抑えるためには、例えば、この発熱増に対する冷却を行うために送風手段による空気流量を増加させることになる。 When the power generation output of the solid oxide fuel cell is kept constant, if the power generation voltage decreases by 10% due to the deterioration, the heat generation (joule heat generation) of the solid oxide fuel cell increases by about 25 to 30%. In order to suppress the deterioration, for example, the air flow rate by the blower means is increased in order to perform cooling for this increase in heat generation.

しかし、冷却のために空気流量を増大させると、固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の高温部(例えば、中央部分)だけでなく、その低温部分(例えば、両端部分)も冷却され、これによって、固体酸化物燃料電池の温度分布が拡大し、その結果、本来の固体酸化物形燃料電池の劣化程度よりも発電性能が低くなるという問題が生じやすくなる。また、冷却のために空気流量を増大させると、送風手段(例えば、送風ブロア)の消費電力が増大する、送風手段の動作音が大きくなるなどの問題が新たに生じる。このようなことから、発電電圧が10%程度低下した劣化段階では、燃料電池の発電効率の低下によって、省エネルギー性・設置先の経済性の効果が喪失するというよりもむしろ、送風手段(送風ブロア)の流量増大による冷却が適切にできなくなることが作動上の限界となる。   However, when the air flow rate is increased for cooling, not only the high temperature portion (for example, the central portion) of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack) but also the low temperature portion (for example, both end portions) is cooled, As a result, the temperature distribution of the solid oxide fuel cell is expanded, and as a result, the problem that the power generation performance becomes lower than the deterioration level of the original solid oxide fuel cell is likely to occur. Further, when the air flow rate is increased for cooling, problems such as an increase in power consumption of the blower means (for example, a blower blower) and an increase in operating noise of the blower means arise. For this reason, at the deterioration stage when the power generation voltage is reduced by about 10%, the effect of energy saving and economic efficiency of the installation site is lost due to the decrease in the power generation efficiency of the fuel cell, rather than the blower means (the blower blower). It becomes an operational limit that the cooling due to the increase in flow rate) cannot be properly performed.

本発明の目的は、長期にわたって安定して稼働させることができる固体酸化物形燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell system that can be stably operated over a long period of time.

本発明の請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システムは、原燃料ガスを改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池と、酸化材を前記固体酸化物形燃料電池に送給するための送風手段と、前記改質器に供給される原燃料ガスの供給量を制御するための燃料供給制御弁と、前記送風手段及び前記燃料供給制御弁を制御するための制御手段と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記固体酸化物形燃料電池の作動温度を検知するための作動温度検知手段を更に備え、前記制御手段は、前記固体酸化物形燃料電池の作動の制限温度を設定するための制限温度設定手段と、前記固体酸化物形燃料電池の稼働開始からの累積稼働時間を計測するための積算計時手段と、を含み、
前記固体酸化物形燃料電池の作動温度の上限として上限温度が設定され、前記制限温度設定手段による前記制限温度が前記上限温度に達するまでは第1運転モードで稼働され、前記制限温度が前記上限温度に達した後は第2運転モードで運転され、
前記第1運転モードにおいては、前記制限温度設定手段は、前記積算計時手段による累積稼働時間が長くなるに従って前記制限温度が高くなるように設定し、前記制御手段は、前記作動温度検知手段の検知温度が前記制限温度を越えないように前記送風手段及び/又は前記燃料供給弁を制御し、また前記第2運転モードにおいては、前記制御手段は、前記作動温度検知手段の検知温度が前記上限温度を越えないように前記送風手段及び/又は前記燃料供給弁を制御することを特徴とする。
The solid oxide fuel cell system according to claim 1 of the present invention includes a reformer for reforming a raw fuel gas, a reformed fuel gas reformed by the reformer, and an oxidizing material. A solid oxide fuel cell that generates power by oxidation and reduction; a blowing means for supplying an oxidant to the solid oxide fuel cell; and a supply amount of raw fuel gas supplied to the reformer. A solid oxide fuel cell system comprising: a fuel supply control valve for controlling; and a control means for controlling the blower means and the fuel supply control valve,
The apparatus further comprises operating temperature detecting means for detecting an operating temperature of the solid oxide fuel cell, and the control means includes limit temperature setting means for setting a limit temperature of operation of the solid oxide fuel cell; A time counting means for measuring a cumulative operating time from the start of operation of the solid oxide fuel cell ,
An upper limit temperature is set as an upper limit of the operating temperature of the solid oxide fuel cell, the operation is performed in the first operation mode until the limit temperature by the limit temperature setting means reaches the upper limit temperature, and the limit temperature is set to the upper limit temperature. After reaching the temperature, it is operated in the second operation mode,
In the first operation mode, the limit temperature setting means sets the limit temperature to be higher as the cumulative operation time by the time counting means becomes longer, and the control means detects the operating temperature detection means. The blowing means and / or the fuel supply valve are controlled so that the temperature does not exceed the limit temperature. In the second operation mode, the control means detects the operating temperature detecting means so that the detected temperature is the upper limit temperature. The air blowing means and / or the fuel supply valve are controlled so as not to exceed .

なお、作動温度検知手段によって測定される温度は、固体酸化物形燃料電池自体の温度と連動する温度であればよく、固体酸化物形燃料電池自体の温度と数十℃以上の差があってもよい。 Note that the temperature measured by the operating temperature detection means may be any temperature that is linked to the temperature of the solid oxide fuel cell itself, and there is a difference of several tens of degrees Celsius or more from the temperature of the solid oxide fuel cell itself. Also good.

本発明の請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記第1運転モードによる運転期間は、前記固体酸化物形燃料電池の設計寿命時間の0.3〜0.6倍であることを特徴とする。 In the solid oxide fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the operation period in the first operation mode is 0.3 to 0.6 times the design life time of the solid oxide fuel cell. It is characterized by that.

また、本発明の請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記固体酸化物形燃料電池の初期の前記制限温度は前記上限温度よりも30〜100℃低いことを特徴とする。   In the solid oxide fuel cell system according to claim 3 of the present invention, the initial limit temperature of the solid oxide fuel cell is 30 to 100 ° C. lower than the upper limit temperature.

更に、本発明の請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、前記固体酸化物形燃料電池の前記上限温度及び初期の前記制限温度は、前記上限温度及び初期の前記制限温度でもって初期状態で定格出力で直流電流値で発電させたときの前記固体酸化物形燃料電池の電圧差が5〜20%となるように設定されることを特徴とする。   Furthermore, in the solid oxide fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the upper limit temperature and the initial limit temperature of the solid oxide fuel cell are the upper limit temperature and the initial limit temperature, respectively. It is characterized in that the voltage difference of the solid oxide fuel cell is set to 5 to 20% when power is generated with a direct current value at a rated output in an initial state.

本発明の請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、固体酸化物形燃料電池の累積稼働時間が長くなるにつれて固体酸化物形燃料電池の作動の制限温度が高くなるように設定することを特徴の一つとする。固体酸化物形燃料電池の劣化は、作動温度の上昇としてあらわれる。一般に、初期の作動条件と同じ発電電流における発電電圧が低下すると、固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の発熱が増大し、空気流量などの冷却条件が一定であると、その作動温度が上昇する。そして、このようにして温度上昇すると、固体酸化物形燃料電池の内部抵抗が小さくなり、これによって、その発電電圧が上昇し、その結果、温度上昇前よりも固体酸化物形燃料電池の発熱が減少し、劣化以前より高い作動温度に落ち着くようになる。即ち、この固体酸化物形燃料電池では、その劣化は作動温度の上昇としてあらわれ、この温度上昇が所定範囲内、換言する上限温度を超えない範囲内においては、固体酸化物形燃料電池の劣化が進行しても、作動温度の上昇を抑えるために冷却を増大させる必要はない。このような特性を利用したものであり、累積稼働時間に伴う劣化進行の程度を作動温度の上昇を許容することとし、その作動温度の制限温度を累積発電時間とともに上昇させるものである。   According to the solid oxide fuel cell system of the first aspect of the present invention, the limit temperature for operation of the solid oxide fuel cell is increased as the cumulative operating time of the solid oxide fuel cell is increased. One of the characteristics is to set. Degradation of the solid oxide fuel cell appears as an increase in operating temperature. In general, when the generated voltage at the same generated current as the initial operating conditions decreases, the heat generation of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack) increases, and when the cooling conditions such as the air flow rate are constant, the operating temperature is reduced. To rise. When the temperature rises in this way, the internal resistance of the solid oxide fuel cell becomes smaller, thereby increasing the power generation voltage. As a result, the solid oxide fuel cell generates more heat than before the temperature rise. It will decrease and settle down to a higher operating temperature than before the deterioration. That is, in this solid oxide fuel cell, the deterioration appears as an increase in operating temperature. When this temperature increase is within a predetermined range, that is, within a range not exceeding the upper limit temperature, the solid oxide fuel cell is deteriorated. As it progresses, it is not necessary to increase the cooling in order to suppress the increase in operating temperature. This characteristic is used, and the degree of deterioration due to the accumulated operating time is allowed to increase in operating temperature, and the limit temperature of the operating temperature is increased along with the accumulated power generation time.

この固体酸化物形燃料電池システムでは、固体酸化物形燃料電池の作動温度の上限として上限温度が設定され、制限温度設定手段による制限温度が上限温度に達するまでは第1運転モードで稼働され、制限温度が上限温度に達した後は第2運転モードで運転され、このように上限温度を境にして運転モードを切り換えることによって、固体酸化物形燃料電池システムを長期にわって安定的に作動させることができる。第1運転モードにおいては、制限温度設定手段は累積稼働時間が長くなるにつれて制限温度が高くなるように設定し、前記制御手段は、この制限温度を越えないように送風手段(及び/又は燃料供給弁)を制御するので 固体酸化物形燃料電池の劣化を作動温度の上昇を許容し、これによってその劣化の進行を抑えながら作動することができる。また、第2運転モードにおいては、この上限温度が設定され、制御手段は上限温度を越えないように送風手段(及び/又は燃料供給弁)を制御するので、上限温度に達した後の劣化の急速な進行を抑えながら作動させることができる。 In this solid oxide fuel cell system, an upper limit temperature is set as the upper limit of the operating temperature of the solid oxide fuel cell, and the system is operated in the first operation mode until the limit temperature by the limit temperature setting means reaches the upper limit temperature. After the limit temperature reaches the upper limit temperature, the operation is performed in the second operation mode. By switching the operation mode at the upper limit temperature as described above, the solid oxide fuel cell system can be stably operated over a long period of time. Can be made. In the first operation mode, the limit temperature setting means sets the limit temperature to be higher as the cumulative operation time becomes longer, and the control means sets the blowing means (and / or the fuel supply so as not to exceed the limit temperature). Therefore, the solid oxide fuel cell can be operated while allowing the operating temperature to rise, thereby suppressing the progress of the deterioration. In the second operation mode, the upper limit temperature is set, and the control unit controls the blower unit (and / or the fuel supply valve) so as not to exceed the upper limit temperature. It can be operated while suppressing rapid progress.

また、固体酸化物形燃料電池のスタック材料としてステンレス鋼などが用いられるが、ステンレス鋼の酸化劣化の度合い、即ち酸化進行速度(換言すると、劣化速度)は温度に強く依存しており、そのために、固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の温度履歴は劣化速度に直接関係する。設置先の電力負荷の条件や、固体酸化物形燃料電池システムの製造上のばらつきなどにより、この劣化速度が大きい場合、作動温度が早く上昇することになる。そのため、劣化速度が大きい固体酸化物形燃料電池では作動温度も早く上がり、これによって更に劣化が進行するという傾向があり、上述したように累積稼働時間で設定される制限温度を超えないように制御することで、固体酸化物形燃料電池の寿命のばらつきについても管理することができる。   In addition, stainless steel is used as a stack material for solid oxide fuel cells, and the degree of oxidative deterioration of stainless steel, that is, the oxidation progress rate (in other words, the deterioration rate) is strongly dependent on temperature. The temperature history of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack) is directly related to the deterioration rate. If this deterioration rate is large due to the condition of the power load at the installation site or the manufacturing variation of the solid oxide fuel cell system, the operating temperature will rise quickly. Therefore, in solid oxide fuel cells with a high deterioration rate, the operating temperature also rises quickly, and this tends to cause further deterioration. As described above, control is performed so as not to exceed the limit temperature set by the cumulative operation time. By doing so, it is possible to manage the variation in the life of the solid oxide fuel cell.

また、本発明の請求項2に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、第1運転モードによる運転期間は、固体酸化物形燃料電池の設計寿命時間の0.3〜0.6倍に設定され、このように設定することによって、固体酸化物形燃料電池システムの寿命を延ばすことができる。 In the solid oxide fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the operation period in the first operation mode is 0.3 to 0.6 times the design life time of the solid oxide fuel cell. By setting in this way, the lifetime of the solid oxide fuel cell system can be extended.

また、本発明の請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、固体酸化物形燃料電池の初期の制限温度はこの上限温度よりも30〜100℃低い温度に設定されるので、効率的な発電電力を考慮しながら固体酸化物形燃料電池の寿命を延ばすことができる。   In the solid oxide fuel cell system according to claim 3 of the present invention, the initial limit temperature of the solid oxide fuel cell is set to 30 to 100 ° C. lower than the upper limit temperature. In addition, the lifetime of the solid oxide fuel cell can be extended while taking into consideration the efficient generated power.

更に、本発明の請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池システムによれば、固体酸化物形燃料電池の上限温度及び初期の制限温度は、上限温度及び初期の制限温度でもって初期状態で定格出力を得る際の直流電流値で発電させたときの固体酸化物形燃料電池の電圧差が5〜20%となるように設定され、これらの温度による電圧変化(即ち、一定電流で発電した際の発電電圧の電圧変化)が5〜20%であり、このような範囲にすることによって、効率的な発電電力を考慮しながら固体酸化物形燃料電池の寿命を延ばすことができる。   Furthermore, in the solid oxide fuel cell system according to claim 4 of the present invention, the upper limit temperature and the initial limit temperature of the solid oxide fuel cell are in the initial state with the upper limit temperature and the initial limit temperature. The voltage difference of the solid oxide fuel cell when it is generated at the DC current value when obtaining the rated output is set to 5 to 20%, and the voltage change due to these temperatures (that is, the power is generated at a constant current) In this range, the life of the solid oxide fuel cell can be extended while taking into account efficient generated power.

以下、添付図面を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの一実施形態について説明する。図1は、一実施形態の固体酸化物燃料電池システムを簡略的に示す断面図であり、図2は、図1の固体酸化物形燃料電池システムの制御系を示すブロック図であり、図3は、固体酸化物形燃料電池における作動温度が変化したときの発電電流と発電電圧との関係を示す図であり、図4は、図2の固体酸化物形燃料電池システムの制御系による制御を示すフローチャートであり、図5は、図4のフローチャートにおける第1運転モードによる運転の流れを示すフローチャートであり、図6は、図4のフローチャートにおける第2運転モードによる運転の流れを示すフローチャートである。   Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a solid oxide fuel cell system according to an embodiment, and FIG. 2 is a block diagram illustrating a control system of the solid oxide fuel cell system of FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the generated current and the generated voltage when the operating temperature of the solid oxide fuel cell changes, and FIG. 4 shows the control by the control system of the solid oxide fuel cell system of FIG. FIG. 5 is a flowchart showing a flow of operation in the first operation mode in the flowchart of FIG. 4, and FIG. 6 is a flowchart showing a flow of operation in the second operation mode in the flowchart of FIG. .

図1において、図示の固体酸化物形燃料電池システム2は、原燃料としての原燃料ガス(例えば、天然ガス、都市ガス)を改質するための改質器4と、改質器4にて改質された改質燃料ガス及び酸化材としての空気の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池6と、空気を固体酸化物形燃料電池6に送給するための送風手段8と、を備えている。   In FIG. 1, the illustrated solid oxide fuel cell system 2 includes a reformer 4 for reforming raw fuel gas (for example, natural gas, city gas) as raw fuel, and a reformer 4. A solid oxide fuel cell 6 that generates electric power by oxidizing and reducing the reformed reformed fuel gas and air as an oxidant; and a blowing means 8 for supplying air to the solid oxide fuel cell 6 It is equipped with.

固体酸化物形燃料電池6は、燃料電池本体12と、電気化学反応によって発電を行うための複数の固体酸化物形燃料電池セルを配列してなる燃料電池スタック14とから構成されている。燃料電池本体12は遮蔽壁16を備え、遮蔽壁16の内部には高温空間18が規定されており、この高温空間18に燃料電池スタック14が配設されている。固体酸化物形燃料電池セルは、酸素イオンを伝導する固体電解質20と、固体電解質20の一方側に設けられた燃料電極(図示せず)と、固体電解質20の他方側に設けられた酸素電極(図示せず)とを備えており、固体電解質20として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。また、固体酸化物形燃料電池6(具体的には、燃料電池スタック14)の作動温度を検知するための作動温度検知手段22と、固体酸化物形燃料電池6(具体的には、燃料電池スタック14)の発電出力を計測するための電力計測手段24(図2参照)とが設けられている。   The solid oxide fuel cell 6 includes a fuel cell main body 12 and a fuel cell stack 14 in which a plurality of solid oxide fuel cells for generating electric power by electrochemical reaction are arranged. The fuel cell main body 12 includes a shielding wall 16. A high temperature space 18 is defined inside the shielding wall 16, and the fuel cell stack 14 is disposed in the high temperature space 18. The solid oxide fuel cell includes a solid electrolyte 20 that conducts oxygen ions, a fuel electrode (not shown) provided on one side of the solid electrolyte 20, and an oxygen electrode provided on the other side of the solid electrolyte 20. (Not shown) and, for example, zirconia doped with yttria is used as the solid electrolyte 20. Further, an operating temperature detecting means 22 for detecting the operating temperature of the solid oxide fuel cell 6 (specifically, the fuel cell stack 14), and the solid oxide fuel cell 6 (specifically, the fuel cell). A power measuring means 24 (see FIG. 2) for measuring the power generation output of the stack 14) is provided.

燃料電池スタック14の燃料電極側26の導入側は、改質燃料ガス送給ライン28を介して改質器4に接続され、この改質器4は、原燃料ガス供給ライン30を介して原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給源32(例えば、埋設管や貯蔵タンクなど)に接続されている。原燃料ガス供給ライン30には、原燃料ガスの供給量を制御するための燃料供給制御弁34が配設され、この燃料供給制御弁34は、改質器4に供給される原燃料ガスの送給量を制御する。   The introduction side of the fuel electrode side 26 of the fuel cell stack 14 is connected to the reformer 4 via a reformed fuel gas supply line 28, and the reformer 4 is connected to the raw material via a raw fuel gas supply line 30. It is connected to a raw fuel gas supply source 32 (for example, a buried pipe or a storage tank) for supplying fuel gas. The raw fuel gas supply line 30 is provided with a fuel supply control valve 34 for controlling the supply amount of the raw fuel gas. The fuel supply control valve 34 is configured to supply the raw fuel gas to the reformer 4. Control the amount of feed.

また、燃料電池スタック14の酸素電極側36の導入側は、空気送給ライン38を介して空気を予熱するための空気予熱器40に接続され、この空気予熱器40は、空気供給ライン42を介して送風手段8に接続されている。送給手段8は、例えば送給ブロアから構成され、この送給ブロアの回転数を制御することによって、空気供給ライン38を通して供給される空気の送給量が制御される。   The introduction side of the oxygen electrode side 36 of the fuel cell stack 14 is connected to an air preheater 40 for preheating air via an air supply line 38, and the air preheater 40 is connected to an air supply line 42. It is connected to the air blowing means 8 via. The feeding means 8 is composed of, for example, a feeding blower, and the amount of air supplied through the air supply line 38 is controlled by controlling the rotational speed of the feeding blower.

燃料電池スタック14の燃料電極側26及び酸素電極側36の各排出側には燃焼室44が設けられ、燃料電極側26から排出された反応燃料ガス(残余燃料ガスを含む)と酸素電極側36から排出された空気(酸素を含む)とがこの燃焼室44に送給されて燃焼される。この燃焼室44は排気ガス送給ライン46を介して空気予熱器40に接続され、この空気予熱器40には排気ガス排出ライン48が接続されている。   A combustion chamber 44 is provided on each discharge side of the fuel electrode stack 26 and the oxygen electrode side 36 of the fuel cell stack 14, and the reaction fuel gas (including residual fuel gas) discharged from the fuel electrode side 26 and the oxygen electrode side 36. The air (including oxygen) discharged from the air is supplied to the combustion chamber 44 and burned. The combustion chamber 44 is connected to an air preheater 40 through an exhaust gas supply line 46, and an exhaust gas discharge line 48 is connected to the air preheater 40.

更に、この固体酸化物形燃料電池システム2では、改質器4に改質水を供給するための水供給ライン50が接続され、この水供給ライン50は水供給源52(例えば、水タンクなど)に接続されている。水供給ライン50には水供給制御弁54が配設され、この水供給制御弁54は水供給ライン50を通して改質器4に送給される改質水の送給量を制御する。尚、このような改質水は、燃焼室44から排出される排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収し、この回収した凝縮水を利用するようにしてもよく、また水に代えて水蒸気を供給するようにしてもよい。   Further, in the solid oxide fuel cell system 2, a water supply line 50 for supplying reforming water to the reformer 4 is connected, and the water supply line 50 is connected to a water supply source 52 (for example, a water tank). )It is connected to the. A water supply control valve 54 is disposed in the water supply line 50, and the water supply control valve 54 controls the amount of reforming water supplied to the reformer 4 through the water supply line 50. Such reformed water may be obtained by condensing and recovering water vapor contained in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 44, and using the recovered condensed water. May be supplied.

この固体酸化物形燃料電池システム2は、例えばマイクロプロセッサなどから構成される制御手段56によって作動制御される。主として図2を参照して、図示の制御手段56は、作動制御手段58、運転モード切換手段60、制限温度読出し手段62、制限温度設定手段64、制限温度判定手段66及び上限温度判定手段68を含んでいる。作動制御手段58は、固体酸化物形燃料電池6、送風手段8、燃料供給制御弁34などを後述する如く制御し、制限温度読出し手段62は、後述する如くして制限温度を読み出し、制限温度設定手段64は、制限温度読出し手段62により読み出された制限温度を固体酸化物形燃料電池6を制御するための制限温度として設定する。また、運転モード切換手段60は制限温度設定手段64により設定された制限温度が上限温度(固体酸化物形燃料電池の劣化の進行を抑えるために設定される上限の作動温度)に達したときに、第1運転モードの運転から第2運転モードの運転に切り換える。更に、制限温度判定手段66は、第1運転モードの運転中において作動温度検知手段22の検知温度と制限温度設定手段64により設定された制限温度とを対比して検知温度が制限温度を超えていないかを判定し、上限温度判定手段68は、第2運転モードの運転中において作動温度検知手段22の検知温度と上限温度とを対比して検知温度が上限温度を超えていないかを判定する。   The operation of the solid oxide fuel cell system 2 is controlled by a control unit 56 including, for example, a microprocessor. Referring mainly to FIG. 2, the illustrated control means 56 includes an operation control means 58, an operation mode switching means 60, a limit temperature reading means 62, a limit temperature setting means 64, a limit temperature determination means 66, and an upper limit temperature determination means 68. Contains. The operation control means 58 controls the solid oxide fuel cell 6, the air blowing means 8, the fuel supply control valve 34 and the like as will be described later, and the limit temperature reading means 62 reads the limit temperature as will be described later. The setting unit 64 sets the limit temperature read by the limit temperature reading unit 62 as a limit temperature for controlling the solid oxide fuel cell 6. Further, the operation mode switching means 60 is set when the limit temperature set by the limit temperature setting means 64 reaches the upper limit temperature (the upper limit operating temperature set to suppress the progress of deterioration of the solid oxide fuel cell). The operation is switched from the operation in the first operation mode to the operation in the second operation mode. Further, the limit temperature determination means 66 compares the detected temperature of the operating temperature detection means 22 with the limit temperature set by the limit temperature setting means 64 during operation in the first operation mode, and the detected temperature exceeds the limit temperature. The upper limit temperature determining means 68 determines whether the detected temperature exceeds the upper limit temperature by comparing the detected temperature of the operating temperature detecting means 22 with the upper limit temperature during the operation in the second operation mode. .

この制御手段56は、更に、計時手段70、積算計時手段72及び記憶手段74を含んでいる。計時手段70は時刻の計時を行い、積算計時手段72は固体酸化物形燃料電池システム2(具体的には、固体酸化物形燃料電池6)が稼働した累積の稼働時間を積算計時する。また、記憶手段74には、切換時間データ、制限温度マップ、制限温度データ及び上限温度データなどが記憶される。切換時間データとは、第1運転モードの運転から第2の運転モードの運転に切り換えるときの切換時間であり、この切換時間に達した時点で制限温度設定手段64により設定される制限温度が上限温度に達するようになる。制限温度マップには積算時間(即ち、累積稼働時間)と制限温度との関係がマップとして登録されており、積算稼働期間(累積稼働時間)が所定時間に達すると、制限温度読出し手段62は、この制限温度マップからその所定時間に対応する制限温度を読み出し、制限温度設定手段64は読み出した制限温度を新たな制限温度として設定し、設定された制限温度が制限温度データとして記憶手段74に記憶される。また、上限温度データとは、第2運転モードの運転において用いられる上限温度に関するデータであり、この上限温度として700〜850℃の温度、例えば800℃が設定される。   The control means 56 further includes a time measuring means 70, an integrated time measuring means 72 and a storage means 74. The time measuring means 70 measures the time, and the time counting means 72 counts the cumulative operating time in which the solid oxide fuel cell system 2 (specifically, the solid oxide fuel cell 6) has been operated. The storage means 74 stores switching time data, a limit temperature map, limit temperature data, upper limit temperature data, and the like. The switching time data is a switching time when switching from the operation in the first operation mode to the operation in the second operation mode, and the limit temperature set by the limit temperature setting means 64 when the switching time is reached is the upper limit. It reaches the temperature. In the limit temperature map, the relationship between the accumulated time (that is, cumulative operating time) and the limit temperature is registered as a map, and when the cumulative operating period (cumulative operating time) reaches a predetermined time, the limit temperature reading means 62 The limit temperature corresponding to the predetermined time is read from the limit temperature map, the limit temperature setting means 64 sets the read limit temperature as a new limit temperature, and the set limit temperature is stored in the storage means 74 as limit temperature data. Is done. The upper limit temperature data is data related to the upper limit temperature used in the operation in the second operation mode, and a temperature of 700 to 850 ° C., for example, 800 ° C. is set as the upper limit temperature.

制限温度マップにて設定される積算時間と制限温度との関係は、固体酸化物形燃料電池6の稼働開始からの累積稼働時間が長くなるにつれて制限温度が高くなるように設定され、このように設定することによって、累積稼働時間が長くなるに従って固体酸化物形燃料電池の作動温度の上昇が許容され、これによって、送給手段8の送風量を増大させることなく、固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の劣化の進行を抑えることが可能となる。   The relationship between the integrated time set in the limit temperature map and the limit temperature is set so that the limit temperature increases as the cumulative operation time from the start of operation of the solid oxide fuel cell 6 becomes longer. By setting, the operating temperature of the solid oxide fuel cell is allowed to rise as the cumulative operation time becomes longer, and thereby, the solid oxide fuel cell 6 is increased without increasing the blowing amount of the feeding means 8. It becomes possible to suppress the progress of deterioration of the (fuel cell stack 14).

この固体酸化物形燃料電池システム2では、固体酸化物形燃料電池6の稼働初期の制限温度は、上限温度よりも30〜100℃、例えば50℃低い温度、例えば700℃に設定するのが望ましく、この稼働初期の制限温度と上限温度との温度範囲が、固体酸化物形燃料電池6の劣化に伴う温度上昇の許容範囲である。この許容範囲が小さい、即ち稼働初期の制限温度と上限温度との差が小さいと、固体酸化物形燃料電池6の劣化に伴い制限温度が上限温度に達するまでの時間が短くなり、固体酸化物形燃料電池の寿命が短くなり、またこの許容範囲が大きい、即ち稼働初期の制限温度と上限温度との差が大きいと、固体酸化物形燃料電池の稼働初期における発電効率が低くなり、燃料電池システム全体の発電効率が低下する。   In this solid oxide fuel cell system 2, it is desirable that the limit temperature at the initial operation of the solid oxide fuel cell 6 is set to a temperature 30 to 100 ° C., for example, 50 ° C. lower than the upper limit temperature, for example 700 ° C. The temperature range between the limit temperature and the upper limit temperature in the initial stage of operation is the allowable range for the temperature rise accompanying the deterioration of the solid oxide fuel cell 6. If this allowable range is small, that is, if the difference between the limit temperature and the upper limit temperature in the initial stage of operation is small, the time until the limit temperature reaches the upper limit temperature with the deterioration of the solid oxide fuel cell 6 is shortened. If the life of the fuel cell is shortened and this allowable range is large, that is, if the difference between the limit temperature and the upper limit temperature in the initial stage of operation is large, the power generation efficiency in the initial stage of operation of the solid oxide fuel cell is lowered. The power generation efficiency of the entire system is reduced.

また、このような稼働初期の制限温度と上限温度との温度差に関連して、固体酸化物形燃料電池6(具体的には、燃料電池スタック14)の発電電圧(所謂、スタック電圧)の電圧差が5〜20%となるように稼働初期の制限温度を設定するのが望ましい。固体酸化物形燃料電池6の燃料電池スタック14のスタック発電特性(発電電流と発電電圧との関係)は温度依存性があり、例えば電気炉内に燃料電池スタック14を設置し、電気炉内の温度を制御することによって、スタック発電特性を取得することができる。図3は、燃料電池スタック14のスタック発電特性を示しており、実線Aは、燃料電池スタック14の初期状態において稼働初期の制限温度で且つ定格出力で稼働させたときの発電電流と発電電圧との関係を示す、また実線Bは、燃料電池スタック14の初期状態において上限温度で且つ定格出力で稼働させたときの発電電流と発電電圧との関係を示し、この図3において、初期状態における定格出力での燃料電池直流電流値(図3における電流値b)で発電する際にスタック電圧の電圧差、即ち図3の電流値bにおける発電電圧差が5〜20%となるように、初期の制限温度と上限温度が設定され、このように設定することによって、発電効率の低下を抑えつつ固体酸化物形燃料電池6の寿命を延ばすことができる。   Further, in relation to the temperature difference between the limit temperature and the upper limit temperature in the initial stage of operation, the generated voltage (so-called stack voltage) of the solid oxide fuel cell 6 (specifically, the fuel cell stack 14) is reduced. It is desirable to set the temperature limit at the beginning of operation so that the voltage difference is 5 to 20%. The stack power generation characteristics (relationship between generated current and generated voltage) of the fuel cell stack 14 of the solid oxide fuel cell 6 are temperature dependent. For example, the fuel cell stack 14 is installed in an electric furnace, By controlling the temperature, the stack power generation characteristics can be obtained. FIG. 3 shows the stack power generation characteristics of the fuel cell stack 14, and a solid line A represents a generated current and a generated voltage when the fuel cell stack 14 is operated at the initial operating temperature limit temperature and at the rated output. The solid line B shows the relationship between the generated current and the generated voltage when the fuel cell stack 14 is operated at the upper limit temperature and the rated output in the initial state. In FIG. In order to generate the fuel cell DC current value at the output (current value b in FIG. 3), the stack voltage difference, that is, the power generation voltage difference at the current value b in FIG. A limit temperature and an upper limit temperature are set, and by setting in this way, it is possible to extend the life of the solid oxide fuel cell 6 while suppressing a decrease in power generation efficiency.

尚、固体酸化物形燃料電池の稼働開始初期時点において、定格発電時の作動温度は初期の制限温度(例えば、750℃)と同じか、5〜10℃程度低い範囲になるようにするのが望ましい。初期の定格発電時の制限温度は、固体酸化物形燃料電池システム2内の発熱・放熱のバランス、外気温の影響などで決まるものであり、同じ発電出力を発電する場合、固体酸化物形燃料電池6の燃料電池スタック14における燃料電池セルの積層数を増やすと、初期の定格発電時における作動温度が下がり、積層数を減らすと初期の定格発電時の作動温度が上がるという関係があり、このようなことから、発電開始初期時点において、定格発電時の作動温度が初期の制限温度と同じか、5〜10℃程度低い範囲になるように、燃料電池スタック14の燃料電池セルの積層数を設定することになる。   Note that at the initial operation start time of the solid oxide fuel cell, the operating temperature during rated power generation should be the same as the initial limit temperature (for example, 750 ° C.) or within a range of about 5 to 10 ° C. desirable. The temperature limit at the time of initial rated power generation is determined by the balance between heat generation and heat dissipation in the solid oxide fuel cell system 2 and the influence of outside air temperature. When generating the same power output, the solid oxide fuel When the number of fuel cell stacks in the fuel cell stack 14 of the battery 6 is increased, the operating temperature at the initial rated power generation decreases, and when the number of stacks is decreased, the operating temperature at the initial rated power generation increases. Therefore, at the initial stage of power generation, the number of fuel cells stacked in the fuel cell stack 14 is set so that the operating temperature during rated power generation is the same as the initial limit temperature or about 5 to 10 ° C. Will be set.

この固体酸化物形燃料電池システム2の稼動運転は、次のようにして行われる。原燃料ガス供給源32からの原燃料ガスは、原燃料ガス供給ライン30を通して改質器4に供給され、また水供給源52からの水は、水供給ライン50を通して改質器4に供給される。改質器4においては、原燃料ガスの一部と水とが改質反応して改質され、このように改質された改質燃料ガスが改質燃料ガス送給ライン28を通して燃料電池スタック14の燃料電極側26に送給される。また、送風手段8からの空気は、空気供給ライン42を通して空気予熱器40に供給され、この空気予熱器40において排気ガスとの間で熱交換されて加温された後に、空気送給ライン38を通して燃料電池スタック14の酸素電極側36に送給される。   The operation of the solid oxide fuel cell system 2 is performed as follows. The raw fuel gas from the raw fuel gas supply source 32 is supplied to the reformer 4 through the raw fuel gas supply line 30, and the water from the water supply source 52 is supplied to the reformer 4 through the water supply line 50. The In the reformer 4, part of the raw fuel gas and water are reformed and reformed, and the reformed fuel gas reformed in this way passes through the reformed fuel gas supply line 28 and is a fuel cell stack. 14 to the fuel electrode side 26. Further, the air from the blower 8 is supplied to the air preheater 40 through the air supply line 42, heat is exchanged with the exhaust gas in the air preheater 40 and heated, and then the air supply line 38. To the oxygen electrode side 36 of the fuel cell stack 14.

燃料電池スタック14の燃料電極側26は改質された改質燃料ガスを酸化し、またその酸素電極側36は空気中の酸素を還元し、燃料電極側26の酸化及び酸素電極側36の還元による電気化学反応により発電が行われる。作動制御手段58により燃料供給制御弁34の開度が調節されることにより、固体酸化物形燃料電池6の発電出力が調整される。即ち、固体酸化物形燃料電池6の発電電流と原燃料ガスの供給流量とは連動しており、その発電電流を減らすようにすると、燃料供給制御弁34も原燃料ガスの供給流量を減らすように制御される。   The fuel electrode side 26 of the fuel cell stack 14 oxidizes the reformed reformed fuel gas, and its oxygen electrode side 36 reduces oxygen in the air, oxidation on the fuel electrode side 26 and reduction on the oxygen electrode side 36. Electricity is generated by an electrochemical reaction. The power generation output of the solid oxide fuel cell 6 is adjusted by adjusting the opening of the fuel supply control valve 34 by the operation control means 58. That is, the generated current of the solid oxide fuel cell 6 and the supply flow rate of the raw fuel gas are linked, and when the generated current is reduced, the fuel supply control valve 34 also reduces the supply flow rate of the raw fuel gas. Controlled.

燃料電極側26からの反応燃料ガス及び酸素電極側36からの空気は燃焼室44に送給され、空気中の酸素を利用して余剰の燃料ガスが燃焼される。燃焼室44からの排気ガスは排気ガス送給ライン46を通して空気予熱器40に送給され、この空気予熱器40において送風手段8からの空気との熱交換に利用されて排気ガス排出ライン48を通して外部に排出される。   The reaction fuel gas from the fuel electrode side 26 and the air from the oxygen electrode side 36 are fed to the combustion chamber 44, and excess fuel gas is burned using oxygen in the air. Exhaust gas from the combustion chamber 44 is supplied to the air preheater 40 through the exhaust gas supply line 46, and is used for heat exchange with the air from the blower 8 in the air preheater 40 and passes through the exhaust gas discharge line 48. It is discharged outside.

次に、図1及び図2とともに図4を参照して、上述した固体酸化物形燃料電池システム2の運転制御について説明する。固体酸化物形燃料電池2が稼働する(ステップS1)と、積算計時手段72にて計時された積算稼働時間(累積稼働時間)が切換時間に達したか、換言すると制限温度が上限温度に達したかが判断される(ステップS2)。   Next, the operation control of the solid oxide fuel cell system 2 described above will be described with reference to FIGS. When the solid oxide fuel cell 2 is operated (step S1), the integrated operation time (cumulative operation time) measured by the integrated time measuring means 72 has reached the switching time, in other words, the limit temperature has reached the upper limit temperature. Is determined (step S2).

燃料電池システム2の積算稼働時間がこの切換時間に達していない場合、ステップS2からステップS3に進み、固体酸化物形燃料電池システム2は第1運転モードによる運転が後述する如く行われ(ステップS3)、この運転が終了する(ステップS4)まで第1運転モードによる運転が継続して行われる。そして、この第1運転モードによる運転中に、積算稼働時間が切換時間に達する(換言すると、制限温度が上限温度に達する)と、ステップS2からステップS5に移る。   If the accumulated operation time of the fuel cell system 2 has not reached this switching time, the process proceeds from step S2 to step S3, and the solid oxide fuel cell system 2 is operated in the first operation mode as described later (step S3). ), The operation in the first operation mode is continued until this operation ends (step S4). Then, during the operation in the first operation mode, when the accumulated operation time reaches the switching time (in other words, the limit temperature reaches the upper limit temperature), the process proceeds from step S2 to step S5.

また、積算稼働時間が切換時間に達してステップS2〜ステップS5に移ると、運転モード切換手段60は、第1運転モードの運転から第2運転モードの運転に切り換え、固体酸化物形燃料電池システム2は第2運転モードによる運転が後述する如く行われ、この運転が終了する(ステップS6)まで第2運転モードによる運転が継続して行われる。   In addition, when the accumulated operation time reaches the switching time and moves to step S2 to step S5, the operation mode switching means 60 switches from the operation in the first operation mode to the operation in the second operation mode, and the solid oxide fuel cell system In No. 2, the operation in the second operation mode is performed as described later, and the operation in the second operation mode is continuously performed until the operation is completed (step S6).

第1運転モードによる運転においては、制限温度設定手段64により設定される制限温度を用いて運転制御される。図1及び図2とともに図5を参照して、この第1運転モードによる運転においては、作動温度検知手段22によって固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の作動温度が検知され(ステップS3−1)、この検知温度と制限温度設定手段64により設定された制限温度との判定が行われる(ステップS3−2)。   In the operation in the first operation mode, the operation is controlled using the limit temperature set by the limit temperature setting means 64. Referring to FIG. 5 together with FIGS. 1 and 2, in the operation in the first operation mode, the operating temperature of the solid oxide fuel cell 6 (fuel cell stack 14) is detected by the operating temperature detecting means 22 (step) In step S3-1, a determination is made between the detected temperature and the limit temperature set by the limit temperature setting means 64 (step S3-2).

そして、制限温度判定手段66が、作動温度検知手段22による検知温度が上記制限温度を超えたと判定したときには、ステップS3−3からステップS3−4に移り、作動制御手段58は送風手段8(送風ブロア)の回転数を上げる。かくすると、固体酸化物形燃料電池6に送給される空気の送風量が増大し、これによって空気の冷却作用が高められ、固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の制限温度を超える温度上昇が抑えられる。   When the limit temperature determination unit 66 determines that the temperature detected by the operation temperature detection unit 22 exceeds the limit temperature, the process proceeds from step S3-3 to step S3-4, and the operation control unit 58 performs the blower unit 8 (air blower). Increase the rotation speed of the blower. As a result, the amount of air blown to the solid oxide fuel cell 6 is increased, thereby enhancing the cooling effect of the air and reducing the limit temperature of the solid oxide fuel cell 6 (fuel cell stack 14). Exceeding temperature rise is suppressed.

また、制限温度判定手段66が、作動温度検知手段22による検知温度が上記制限温度以下であると判定したときには、ステップS3−3からステップS3−5に移り、送風手段8による送風量が通常の送風量であるかが判断され、通常の送風量であるときには、送風手段8の回転数が維持され(その送風量が維持される)(ステップS3−6)、また通常の送風量でない、換言すると通常の送風量よりも多いときには、送風手段8の回転数が下がり、その送風量が減少される(ステップS3−7)。   Further, when the limit temperature determination unit 66 determines that the temperature detected by the operating temperature detection unit 22 is equal to or lower than the limit temperature, the process proceeds from step S3-3 to step S3-5, and the amount of air blown by the blower unit 8 is normal. It is determined whether the air flow rate is normal, and when the air flow rate is normal, the rotational speed of the air blowing means 8 is maintained (the air flow rate is maintained) (step S3-6), and is not a normal air flow rate. Then, when it is larger than the normal air blowing amount, the rotational speed of the air blowing means 8 is lowered and the air blowing amount is reduced (step S3-7).

その後、ステップS3−8に進むと、積算計時手段72による積算稼働時間が次のランクまで達したかが判断され(ステップS3−8)、この積算稼働時間(累積稼働時間)がランクアップするまでステップS4に進む。一方、積算稼働時間がランクアップすると、ステップS3−8からステップS3−9に進み、制限温度読出し手段62は、記憶手段72に記憶された制限温度マップからランクアップした積算稼働時間に対応する制限温度を読み出し、制限温度設定手段64は、読み出した制限温度を新しい制限温度として設定し(ステップS3−10)、この新しい制限温度を用いて固体酸化物形燃料電池6の上述した作動制御が行われる。   Thereafter, when the process proceeds to step S3-8, it is determined whether or not the accumulated operation time by the accumulated time measuring means 72 has reached the next rank (step S3-8), and step S4 is performed until this accumulated operation time (cumulative operation time) is ranked up. Proceed to On the other hand, when the accumulated operation time is ranked up, the process proceeds from step S3-8 to step S3-9, and the limit temperature reading means 62 is limited to the accumulated operation time ranked up from the limit temperature map stored in the storage means 72. The temperature is read, and the limit temperature setting means 64 sets the read limit temperature as a new limit temperature (step S3-10), and the above-described operation control of the solid oxide fuel cell 6 is performed using this new limit temperature. Is called.

尚、この実施形態では、作動温度検知手段22による検知温度が上記制限温度を超えたときには、送風手段8(送風ブロア)の回転数を上げて送風量を増大して固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の温度上昇を抑えているが、このような制御に代えて、又はこのような制御に加えて、燃料供給制御弁34を制御して改質器4に供給される原燃料ガスの供給量を少なくして固体酸化物形燃料電池6の発電電流を抑制し、この発電電流の低下によって固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の温度上昇を抑えるようにしてもよい。   In this embodiment, when the temperature detected by the operating temperature detecting means 22 exceeds the above limit temperature, the rotational speed of the air blowing means 8 (air blowing blower) is increased to increase the amount of air flow to increase the solid oxide fuel cell 6. Although the temperature rise of the (fuel cell stack 14) is suppressed, instead of such control, or in addition to such control, the fuel supply control valve 34 is controlled to be supplied to the reformer 4. The supply amount of the fuel gas is reduced to suppress the generated current of the solid oxide fuel cell 6, and the increase in the temperature of the solid oxide fuel cell 6 (fuel cell stack 14) is suppressed by the decrease in the generated current. Also good.

また、第2運転モードによる運転においては、記憶手段74に登録された上限温度を用いて運転制御される。図1及び図2とともに図6を参照して、この第2運転モードによる運転においては、作動温度検知手段22によって固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の作動温度が検知され(ステップS5−1)、この検知温度と記憶手段74に記憶された上限温度との判定が行われる(ステップS5−2)。   In the operation in the second operation mode, the operation is controlled using the upper limit temperature registered in the storage unit 74. Referring to FIG. 6 together with FIG. 1 and FIG. 2, in the operation in the second operation mode, the operating temperature of the solid oxide fuel cell 6 (fuel cell stack 14) is detected by the operating temperature detecting means 22 (step) S5-1), the detected temperature and the upper limit temperature stored in the storage means 74 are determined (step S5-2).

そして、上限温度判定手段68が、作動温度検知手段22による検知温度が上記上限温度を超えたと判定したときには、ステップS5−3からステップS5−4に移り、作動制御手段58は送風手段8(送風ブロア)の回転数を上げ、これによって、上述したと同様にして空気の冷却作用が高められ、固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の上限温度を超える温度上昇が抑えられる。   When the upper limit temperature determination unit 68 determines that the temperature detected by the operating temperature detection unit 22 exceeds the upper limit temperature, the process proceeds from step S5-3 to step S5-4. The rotational speed of the blower is increased, whereby the air cooling action is enhanced in the same manner as described above, and the temperature rise exceeding the upper limit temperature of the solid oxide fuel cell 6 (fuel cell stack 14) is suppressed.

また、上限温度判定手段68が、作動温度検知手段22による検知温度が上記制限温度以下であると判定したときには、ステップS5−3からステップS5−5に移り、送風手段8による送風量が通常の送風量であるかが判断され、通常の送風量であるときには、送風手段8の回転数が維持され(その送風量が維持される)(ステップS5−6)、また通常の送風量でない、換言すると通常の送風量よりも多いときには、送風手段8の回転数が下がり、その送風量が減少され(ステップS5−7)、その後ステップS6(図4参照)に移る。   On the other hand, when the upper limit temperature determination means 68 determines that the temperature detected by the operating temperature detection means 22 is equal to or lower than the above limit temperature, the process proceeds from step S5-3 to step S5-5. It is determined whether the air flow rate is normal, and if it is a normal air flow rate, the rotation speed of the air blowing means 8 is maintained (the air flow rate is maintained) (step S5-6), and it is not a normal air flow rate. Then, when it is larger than the normal air flow rate, the rotational speed of the air blowing means 8 is decreased, the air flow rate is reduced (step S5-7), and then the process proceeds to step S6 (see FIG. 4).

尚、この実施形態では、作動温度検知手段22による検知温度が上記上限温度を超えたときには、送風手段8(送風ブロア)の回転数を上げて送風量を増大して固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の上限温度を超える温度上昇を抑えているが、このような制御に代えて、又はこのような制御に加えて、燃料供給制御弁34を制御して改質器4に供給される原燃料ガスの供給量を少なくして固体酸化物形燃料電池6の発電電流を抑制し、この発電電流の低下によって固体酸化物形燃料電池6(燃料電池スタック14)の上限温度を超える温度上昇を抑えるようにしてもよい。   In this embodiment, when the temperature detected by the operating temperature detecting means 22 exceeds the upper limit temperature, the rotational speed of the air blowing means 8 (air blowing blower) is increased to increase the air flow rate, thereby increasing the solid oxide fuel cell 6. Although the temperature rise exceeding the upper limit temperature of the (fuel cell stack 14) is suppressed, the fuel supply control valve 34 is controlled to the reformer 4 in place of or in addition to such control. The supply amount of the supplied raw fuel gas is reduced to suppress the generated current of the solid oxide fuel cell 6, and the upper limit temperature of the solid oxide fuel cell 6 (fuel cell stack 14) is reduced by reducing the generated current. You may make it suppress the temperature rise which exceeds.

以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱ことなく種々の変更乃至修正が可能である。   Although one embodiment of the solid oxide fuel cell system according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and various changes or modifications can be made without departing from the scope of the present invention. It is.

例えば、上述した実施形態では、記憶手段74に制限温度マップを登録し、固体酸化物形燃料電池の累積稼働時間が所定の切換時間になると、その切換時間に対応する上限温度を読み出して設定しているが、このような構成に代えて、次のように構成することができる。例えば、制限温度読出し手段62に代えて制限温度演算手段を用いるとともに、記憶手段74に設定する制限温度の演算式、例えば累積稼働時間が長くなるにつれて制限温度が比例的に上昇する比例演算式を記憶し、この制限温度演算手段により演算した制限温度を制限温度設定手段64により設定するようにしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the limit temperature map is registered in the storage unit 74, and when the cumulative operating time of the solid oxide fuel cell reaches a predetermined switching time, the upper limit temperature corresponding to the switching time is read and set. However, it can replace with such a structure and can be comprised as follows. For example, a limiting temperature calculation unit is used in place of the limiting temperature reading unit 62, and a calculation formula for the limiting temperature set in the storage unit 74, for example, a proportional calculation formula in which the limiting temperature rises proportionally as the cumulative operating time increases. The limit temperature stored and calculated by the limit temperature calculation means may be set by the limit temperature setting means 64.

〔実施例及び比較例〕
まず、比較例として、図1に示す形態の固体酸化物形燃料電池システムを用いて稼働実験を行った。固体酸化物形燃料電池の定格発電出力は700Wであり、固体酸化物形燃料電池が劣化した後も定格発電出力を維持するように運転した。この比較例で用いた固体酸化物形燃料電池では、燃料電池スタックの燃料電池セルの数は50であった。稼働初期から空気流量を調整して固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタックの近傍)の温度が約800℃に維持されるように制御した。
[Examples and Comparative Examples]
First, as a comparative example, an operation experiment was performed using a solid oxide fuel cell system having the configuration shown in FIG. The rated power output of the solid oxide fuel cell was 700 W, and it was operated to maintain the rated power output even after the solid oxide fuel cell deteriorated. In the solid oxide fuel cell used in this comparative example, the number of fuel cells in the fuel cell stack was 50. The air flow rate was adjusted from the beginning of operation to control the temperature of the solid oxide fuel cell (near the fuel cell stack) at about 800 ° C.

稼働初期から定格発電出力で稼働させ、この定格発電出力で稼働させたときにおける稼働時間に対する固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の作動温度、その直流発電効率及び空気送給流量の推移を計測した。図7(a)は、比較例における作動温度の推移を示し、図7(b)は、比較例における直流発電効率及び空気送給流量を示す。   Changes in the operating temperature of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack), its DC power generation efficiency, and air supply flow rate with respect to the operating time when operating at the rated power output from the beginning of operation. Measured. FIG. 7A shows the transition of the operating temperature in the comparative example, and FIG. 7B shows the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in the comparative example.

次に、実施例1として、比較例と同様の形態の固体酸化物形燃料電池システムを用いて稼働実験を行った。固体酸化物形燃料電池の定格発電出力は700Wであり、固体酸化物形燃料電池が劣化した後も定格発電出力を維持するように運転した。燃料電池スタックの燃料電池セルの数は、比較例では50であったが、この実施例1では燃料電池セルの数は70に増やした。この実施例1では、比較例と同じ定格発電出力、同じ空気送給流量で、燃料電池セル数を70に増やすことによる低下した作動温度(約50℃低下した750℃前後)から発電を開始した。   Next, as Example 1, an operation experiment was performed using a solid oxide fuel cell system having the same form as that of the comparative example. The rated power output of the solid oxide fuel cell was 700 W, and it was operated to maintain the rated power output even after the solid oxide fuel cell deteriorated. The number of fuel cells in the fuel cell stack was 50 in the comparative example, but in this Example 1, the number of fuel cells was increased to 70. In Example 1, power generation was started from the reduced operating temperature (around 750 ° C. decreased by about 50 ° C.) by increasing the number of fuel cells to 70 with the same rated power generation output and the same air supply flow rate as the comparative example. .

稼働初期から定格発電出力で稼働させ、この定格発電出力で稼働させたときにおける稼働時間に対する固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の作動温度、その直流発電効率及び空気送給流量の推移を計測した。図8(a)は、実施例1における作動温度の推移を示し、図8(b)は、実施例1における直流発電効率及び空気送給流量を示す。   Changes in the operating temperature of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack), its DC power generation efficiency, and air supply flow rate with respect to the operating time when operating at the rated power output from the beginning of operation. Measured. FIG. 8A shows the transition of the operating temperature in the first embodiment, and FIG. 8B shows the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in the first embodiment.

図7及び図8から理解されるように、比較例では稼働後まもなくして発電効率が大きく低下し、約6500時間経過した時点で送風手段による空気送給流量が上限(120NL/分)に達し、定格発電出力の運転が維持できなくなった。これに対し、実施例1では、固体酸化物形燃料電池の作動温度が約800℃に達するまでは発電効率の低下が小さく、送風手段による空気送給流量の増大もなく、約13500時間経過した時点で送風手段による空気送給流量が上限(120NL/分)に達し、比較例に比して燃料電池セルの数を40%増やしただけで約2倍の累積稼働時間の定格発電出力の運転が可能であった。   As can be understood from FIGS. 7 and 8, in the comparative example, the power generation efficiency greatly decreases soon after the operation, and the air supply flow rate by the blowing means reaches the upper limit (120 NL / min) when about 6500 hours have elapsed. The operation of the rated power output can no longer be maintained. On the other hand, in Example 1, the decrease in power generation efficiency was small until the operating temperature of the solid oxide fuel cell reached about 800 ° C., and there was no increase in the air supply flow rate by the blowing means, and about 13500 hours passed. At the time, the air supply flow rate by the air blowing means reaches the upper limit (120 NL / min), and the operation of the rated power output of the cumulative operating time is about twice as long as the number of fuel cells is increased by 40% compared to the comparative example. Was possible.

次に、実施例2として、比較例と同様の形態の固体酸化物形燃料電池システムを用いて稼働実験を行った。固体酸化物形燃料電池の定格発電出力は700Wであり、固体酸化物形燃料電池が劣化した後も定格発電出力を維持するように運転した。燃料電池スタックの燃料電池セルの数は、実施例1と同様に、70であった。この実施例2では、比較例及び実施例1に比して同一の作動温度及び同一の発電電流で1.5倍の電圧低下速度(換言すると、1.5倍の劣化速度)を持つ仕様の燃料電池スタックを格納した固体産物形燃料電池を用いた。この実施例2の稼働実験は、固体酸化物形燃料電池の製造上のばらつきの影響を把握するために行ったものであり、実施例1と同様に、比較例と同じ定格発電出力、同じ空気送給流量で、燃料電池セル数を70に増やすことによる低下した作動温度(約50℃低下した750℃前後)から発電を開始した。   Next, as Example 2, an operation experiment was performed using a solid oxide fuel cell system having the same form as that of the comparative example. The rated power output of the solid oxide fuel cell was 700 W, and it was operated to maintain the rated power output even after the solid oxide fuel cell deteriorated. As in Example 1, the number of fuel cells in the fuel cell stack was 70. In the second embodiment, compared with the comparative example and the first embodiment, the specification has a voltage drop rate of 1.5 times (in other words, a deterioration rate of 1.5 times) at the same operating temperature and the same generated current. A solid product fuel cell containing a fuel cell stack was used. This operation experiment of Example 2 was performed in order to grasp the influence of the variation in the manufacture of the solid oxide fuel cell. Like Example 1, the same rated power output and the same air as in the comparative example were used. Electric power generation was started from the reduced operating temperature (around 750 ° C., which was reduced by about 50 ° C.) by increasing the number of fuel cells to 70 at the feed flow rate.

稼働初期から定格発電出力で稼働させ、この定格発電出力で稼働させたときにおける稼働時間に対する固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の作動温度、その直流発電効率及び空気送給流量の推移を計測した。図9(a)は、実施例2における作動温度の推移を示し、図9(b)は、実施例2における直流発電効率及び空気送給流量を示す。この実施例2においては、実施例1と同様に、固体酸化物形燃料電池の作動温度が約800℃に達するまでは発電効率の低下が小さく、送風手段による空気送給流量の増大もなく、比較例に比して電圧低下速度(劣化速度)が1.5倍であるにもかかわらず約9000時間経過した時点で送風手段による空気送給流量が上限(120NL/分)に達し、比較例に比して約1.5倍の累積稼働時間の定格発電出力での運転が可能であった。   Changes in the operating temperature of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack), its DC power generation efficiency, and air supply flow rate with respect to the operating time when operating at the rated power output from the beginning of operation. Measured. FIG. 9A shows the transition of the operating temperature in Example 2, and FIG. 9B shows the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in Example 2. In Example 2, as in Example 1, the decrease in power generation efficiency is small until the operating temperature of the solid oxide fuel cell reaches about 800 ° C., and there is no increase in the air supply flow rate by the blowing means. Although the voltage drop rate (deterioration rate) is 1.5 times that of the comparative example, the air supply flow rate by the blowing means reaches the upper limit (120 NL / min) when about 9000 hours have passed. Compared to the above, it was possible to operate at the rated power output with a cumulative operating time of about 1.5 times.

次いで、実施例3として、比較例と同様の形態の固体酸化物形燃料電池システムを用いて稼働実験を行った。固体酸化物形燃料電池の定格発電出力は700Wであり、固体酸化物形燃料電池が劣化した後も定格発電出力を維持するように運転した。燃料電池スタックの燃料電池セルの数は、実施例2と同様に、70であった。この実施例3では、実施例2と同様の燃料電池スタック(即ち、比較例及び実施例1に比して同一の作動温度及び同一の発電電流で1.5倍の電圧低下速度を持つもの)を格納した固体産物形燃料電池を用いた。この実施例3の稼働実験では、固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の作動温度が800℃に達するまでは演算式(1)で演算された制限温度を設定して稼働させた。   Next, as Example 3, an operation experiment was performed using a solid oxide fuel cell system having the same form as that of the comparative example. The rated power output of the solid oxide fuel cell was 700 W, and it was operated to maintain the rated power output even after the solid oxide fuel cell deteriorated. The number of fuel cells in the fuel cell stack was 70 as in Example 2. In this third embodiment, the same fuel cell stack as in the second embodiment (that is, one having the same operating temperature and the same generated current as that of the first comparative example and the first embodiment, and 1.5 times the voltage drop rate). Was used. In the operation experiment of Example 3, the operation was performed with the limit temperature calculated by the equation (1) set until the operating temperature of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack) reached 800 ° C.

制御温度=(0.00000051694xY2)+(0.0010318xY)+742.05 ・・・(1)
Y:累積稼働時間(累積発電時間)
この実施例3では、稼働初期から演算式(1)で演算される制限温度を設定し、この制限温度を超えないように送風手段による空気送風流量を制御して固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の温度上昇を抑えた。
Control temperature = (0.00000051694xY2) + (0.0010318xY) +742.05 (1)
Y: Cumulative operating time (cumulative power generation time)
In the third embodiment, a limit temperature calculated by the calculation formula (1) is set from the initial stage of operation, and the air blowing flow rate by the blowing means is controlled so as not to exceed the limit temperature, so that the solid oxide fuel cell (fuel) The rise in temperature of the battery stack was suppressed.

稼働初期から定格発電出力で稼働させ、この定格発電出力で稼働させたときにおける稼働時間に対する固体酸化物形燃料電池(燃料電池スタック)の作動温度、その直流発電効率及び空気送給流量の推移を計測した。図10(a)は、実施例3における作動温度の推移を示し、図10(b)は、実施例3における直流発電効率及び空気送給流量を示す。この実施例3においては、固体酸化物形燃料電池の作動温度が約800℃に達するまでは送風手段による空気送給流量が少しずつ増大するが、発電効率の低下は小さく、約10750時間経過した時点で送風手段による空気送給流量が上限(120NL/分)に達し、実施例2に比して定格発電出力の累積稼働時間を約20%延長させることができた。   Changes in the operating temperature of the solid oxide fuel cell (fuel cell stack), its DC power generation efficiency, and air supply flow rate with respect to the operating time when operating at the rated power output from the beginning of operation. Measured. FIG. 10A shows the transition of the operating temperature in the third embodiment, and FIG. 10B shows the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in the third embodiment. In Example 3, the air supply flow rate by the blowing means increases little by little until the operating temperature of the solid oxide fuel cell reaches about 800 ° C., but the decrease in power generation efficiency is small, and about 10750 hours have passed. At that time, the air supply flow rate by the blowing means reached the upper limit (120 NL / min), and the cumulative operating time of the rated power output could be extended by about 20% compared to Example 2.

一実施形態の固体酸化物燃料電池システムを簡略的に示す断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing which shows the solid oxide fuel cell system of one Embodiment simply. 図1の固体酸化物形燃料電池システムの制御系を示すブロック図。The block diagram which shows the control system of the solid oxide fuel cell system of FIG. 固体酸化物形燃料電池における作動温度が変化したときの発電電流と発電電圧との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the generated electric current and the generated voltage when the operating temperature in a solid oxide fuel cell changes. 図2の固体酸化物形燃料電池システムの制御系による制御を示すフローチャート。The flowchart which shows the control by the control system of the solid oxide fuel cell system of FIG. 図4のフローチャートにおける第1運転モードによる運転の流れを具体的に示すフローチャート。5 is a flowchart specifically showing a flow of operation in the first operation mode in the flowchart of FIG. 4. 図4のフローチャートにおける第2運転モードによる運転の流れを具体的に示すフローチャートである。5 is a flowchart specifically illustrating a flow of operation in a second operation mode in the flowchart of FIG. 4. 図7(a)は、比較例における作動温度の推移を示す図、また図7(b)は、比較例における直流発電効率及び空気送給流量を示す図。FIG. 7A is a diagram showing the transition of the operating temperature in the comparative example, and FIG. 7B is a diagram showing the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in the comparative example. 図8(a)は、実施例1における作動温度の推移を示す図、また図8(b)は、実施例1における直流発電効率及び空気送給流量を示す図。FIG. 8A is a diagram showing the transition of the operating temperature in the first embodiment, and FIG. 8B is a diagram showing the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in the first embodiment. 図9(a)は、実施例2における作動温度の推移を示す図、また図9(b)は、実施例2における直流発電効率及び空気送給流量を示す図。FIG. 9A is a diagram showing the transition of the operating temperature in the second embodiment, and FIG. 9B is a diagram showing the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in the second embodiment. 図10(a)は、実施例3における作動温度の推移を示す図、また図10(b)は、実施例3における直流発電効率及び空気送給流量を示す図。FIG. 10A is a diagram illustrating the transition of the operating temperature in the third embodiment, and FIG. 10B is a diagram illustrating the DC power generation efficiency and the air supply flow rate in the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

2 固体酸化物形燃料電池システム
4 改質器
6 固体酸化物形燃料電池
8 送風手段
14 燃料電池スタック
22 作動温度検知手段
56 制御手段
58 作動制御手段
60 運転モード切換手段
64 制限温度設定手段
66 制限温度判定手段
68 上限温度判定手段
72 積算計時手段
2 Solid Oxide Fuel Cell System 4 Reformer 6 Solid Oxide Fuel Cell 8 Blower Unit 14 Fuel Cell Stack 22 Operating Temperature Detection Unit 56 Control Unit 58 Operation Control Unit 60 Operation Mode Switching Unit 64 Limit Temperature Setting Unit 66 Limit Temperature determining means 68 Upper limit temperature determining means 72 Accumulated time measuring means

Claims (4)

原燃料ガスを改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う固体酸化物形燃料電池と、酸化材を前記固体酸化物形燃料電池に送給するための送風手段と、前記改質器に供給される原燃料ガスの供給量を制御するための燃料供給制御弁と、前記送風手段及び前記燃料供給制御弁を制御するための制御手段と、を備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記固体酸化物形燃料電池の作動温度を検知するための作動温度検知手段を更に備え、前記制御手段は、前記固体酸化物形燃料電池の作動の制限温度を設定するための制限温度設定手段と、前記固体酸化物形燃料電池の稼働開始からの累積稼働時間を計測するための積算計時手段と、を含み、
前記固体酸化物形燃料電池の作動温度の上限として上限温度が設定され、前記制限温度設定手段による前記制限温度が前記上限温度に達するまでは第1運転モードで稼働され、前記制限温度が前記上限温度に達した後は第2運転モードで運転され、
前記第1運転モードにおいては、前記制限温度設定手段は、前記積算計時手段による累積稼働時間が長くなるに従って前記制限温度が高くなるように設定し、前記制御手段は、前記作動温度検知手段の検知温度が前記制限温度を越えないように前記送風手段及び/又は前記燃料供給弁を制御し、また前記第2運転モードにおいては、前記制御手段は、前記作動温度検知手段の検知温度が前記上限温度を越えないように前記送風手段及び/又は前記燃料供給弁を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。
A reformer for reforming the raw fuel gas, a solid oxide fuel cell that generates power by oxidation and reduction of the reformed fuel gas and the oxidant reformed by the reformer, and an oxidant Blower means for feeding to the solid oxide fuel cell, a fuel supply control valve for controlling the supply amount of raw fuel gas supplied to the reformer, the blower means and the fuel supply control A solid oxide fuel cell system comprising control means for controlling the valve,
The apparatus further comprises operating temperature detecting means for detecting an operating temperature of the solid oxide fuel cell, and the control means includes limit temperature setting means for setting a limit temperature of operation of the solid oxide fuel cell; A time counting means for measuring a cumulative operating time from the start of operation of the solid oxide fuel cell ,
An upper limit temperature is set as an upper limit of the operating temperature of the solid oxide fuel cell, the operation is performed in the first operation mode until the limit temperature by the limit temperature setting means reaches the upper limit temperature, and the limit temperature is set to the upper limit temperature. After reaching the temperature, it is operated in the second operation mode,
In the first operation mode, the limit temperature setting means sets the limit temperature to be higher as the cumulative operation time by the time counting means becomes longer, and the control means detects the operating temperature detection means. The blowing means and / or the fuel supply valve are controlled so that the temperature does not exceed the limit temperature. In the second operation mode, the control means detects the operating temperature detecting means so that the detected temperature is the upper limit temperature. The solid oxide fuel cell system is characterized in that the blower means and / or the fuel supply valve are controlled so as not to exceed the range .
前記第1運転モードによる運転期間は、前記固体酸化物形燃料電池の設計寿命時間の0.3〜0.6倍であることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。2. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein an operation period in the first operation mode is 0.3 to 0.6 times a design life time of the solid oxide fuel cell. . 前記固体酸化物形燃料電池の初期の前記制限温度は前記上限温度よりも30〜100℃低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 3. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the initial limit temperature of the solid oxide fuel cell is lower by 30 to 100 ° C. than the upper limit temperature. 4. 前記固体酸化物形燃料電池の前記上限温度及び初期の前記制限温度は、前記上限温度及び初期の前記制限温度でもって初期状態で定格出力で直流電流値で発電させたときの前記固体酸化物形燃料電池の電圧差が5〜20%となるように設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。 The upper limit temperature and the initial limit temperature of the solid oxide fuel cell are the solid oxide form when power is generated with a direct current value at a rated output in an initial state with the upper limit temperature and the initial limit temperature. The solid oxide fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the voltage difference of the fuel cell is set to 5 to 20%.
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