JP2006100153A - 固体酸化物形燃料電池の運転方法及び固体酸化物形燃料電池発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温状態で運転を停止しても発電を早急に再開することができる固体酸化物形燃料電池の運転方法及びこの方法を使用する固体酸化物形燃料電池発電設備を提供する。
【解決手段】 燃料ガス１及び空気２の送給を高温状態で停止した後、固体酸化物形燃料電池２２内を窒素ガス３でパージすることにより、高温状態で発電運転を停止させる発電運転停止工程と、高温状態で発電運転停止中の固体酸化物形燃料電池２２の各セルの燃料極側及び酸化極側に窒素ガス３を送給して流通させた後、固体酸化物形燃料電池２２の各セルの燃料極側に燃料ガス１を徐々に増加させながら送給して流通させると共に、固体酸化物形燃料電池２２の各セルの空気極側に空気２を徐々に増加させながら送給して流通させることにより、発電運転を再開する発電運転再開工程とを行うようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池を高温状態に維持したままで再起動するための運転方法及びこの方法を使用する固体酸化物形燃料電池発電設備に関する。

固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物からなる電解質を金属酸化物からなる空気極と金属からなる燃料極とで挟んでセルを構成し、当該セルと導電性を有するセパレータとを交互に複数積層してスタックを構成し、当該スタックを高温（約７００〜１０００℃）状態に維持しながら、当該スタックの各セルの空気極側に空気供給マニホールドを介して酸素を含有する酸化ガスである空気を供給すると共に、当該スタックの各セルの燃料極側に燃料供給マニホールドを介して水素又は一酸化炭素を含有する燃料ガスを供給して、酸素と水素又は一酸化炭素とを各セルで電気化学的に反応させることにより、電力を得ることができるようになっており、家庭等での分散電源や電力会社の事業用電源等として有望視されている。

このような固体酸化物形燃料電池においては、高温状態で、燃料ガスが空気極側に漏れ入ったり、空気が燃料極側に漏れ入ったりすると、金属酸化物からなる空気極が還元されたり、金属からなる燃料極が酸化されたりして、発電性能が低下してしまう可能性があるだけでなく、空気と燃料ガスとが燃焼反応を生じてスタックを損傷させてしまうおそれがある。このため、従来の固体酸化物形燃料電池では、空気極側と燃料極側との間に各種のシール材を適用することにより、これらガスのリークを防止するようにしている（例えば、下記特許文献１等参照）。

特開２００４−１４６１３１号公報

しかしながら、前述したようなシール材を適用した固体酸化物形燃料電池であっても、空気や燃料ガスのリークを完全に防止することは難しく、例えば、家庭等において、負荷の変動に合わせて発電を一時的に停止（高温状態で空気及び燃料ガスの送給を一時中断）した後に発電を再開（高温状態で空気及び燃料ガスの送給を開始）するとき、すなわち、高温状態で空気及び燃料ガスを送給するときには、送給開始直後の空気及び燃料ガスの流量や流速が不安定でこれらガスが発電に寄与されずにリークしやすいと共に高温状態であるため、前述したような不具合が生じやすくなってしまう。

そこで、上述したような場合には、スタックを低温状態（約３００℃程度）にまで一旦冷却した後に、空気及び燃料ガスの送給を開始して、これらガスの流量や流速が安定化してから、スタックを運転温度（７００〜１０００℃）にまで再び加熱することにより、前述した不具合の発生を防止するようにしている。このため、運転の再開にあたっては、エネルギ的に多くの無駄を生じてしまうだけでなく、スタックの降温及び昇温に多くの時間を要してしまい、発電を早急に再開することができず、家庭等での分散電源や電力会社の事業用電源等としての実用性に弱点を有していた。

このようなことから、本発明は、高温状態で運転を停止しても発電を早急に再開することができる固体酸化物形燃料電池の運転方法及びこの方法を使用する固体酸化物形燃料電池発電設備を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法は、固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの燃料極側に水素又は一酸化炭素を含有する燃料ガスを送給し、当該固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの空気極側に酸素を含有する酸化ガスを送給し、当該燃料ガスと当該酸化ガスとを各セルの固体酸化物からなる電解質において高温状態で電気化学的に反応させることにより電力を得る固体酸化物形燃料電池の運転方法であって、前記燃料ガス及び前記酸化ガスの送給を高温状態で停止した後、前記固体酸化物形燃料電池内を不活性ガスでパージすることにより、高温状態で発電運転を停止させる発電運転停止工程と、高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させた後、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該燃料極側に前記燃料ガスを送給して流通させると共に、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該空気極側に前記酸化ガスを送給して流通させることにより、セルの高温状態を維持した状態で発電運転を再開する発電運転再開工程とを行うことを特徴とする。

第二番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法は、第一番目の発明において、前記発電運転再開工程が、高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させる不活性ガス送給工程と、前記不活性ガスを送給して流通させた後、当該不活性ガスと前記燃料ガスとを混合した燃料用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させると共に、当該不活性ガスと前記酸化ガスとを混合した酸化用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させる混合ガス送給工程と、前記混合ガスをそれぞれ送給して流通させた後、前記燃料ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させると共に、前記酸化ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させる発電用ガス送給工程とを行うことを特徴とする。

第三番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法は、第二番目の発明において、前記混合ガス送給工程が、送給する前記燃料用混合ガス中の前記燃料ガスの割合を徐々に増加させると共に、送給する前記酸化用混合ガス中の前記酸化ガスの割合を徐々に増加させるものであることを特徴とする。

第四番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法は、第三番目の発明において、前記混合ガス送給工程が、前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記固体酸化物形燃料電池内でのリークによる異常反応を生じさせない割合で、前記燃料用混合ガス中の当該燃料ガスを徐々に増加させると共に、前記酸化用混合ガス中の当該酸化ガスを徐々に増加させるものであることを特徴とする。

また、前述した課題を解決するための、第五番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備は、固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの燃料極側に水素又は一酸化炭素を含有する燃料ガスを送給する燃料ガス送給手段と、前記固体酸化物形燃料電池の前記スタックの各セルの空気極側に酸素を含有する酸化ガスを送給する酸化ガス送給手段と、前記固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの燃料極側に不活性ガスを送給する燃料側不活性ガス送給手段と、前記固体酸化物形燃料電池の前記スタックの各セルの空気極側に不活性ガスを送給する酸化側不活性ガス送給手段と、前記固体酸化物形燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化ガスの送給を高温状態で停止させるように前記燃料ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御した後、当該固体酸化物形燃料電池内を不活性ガスでパージするように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記酸化側不活性ガス送給手段を制御することにより、高温状態で発電運転を停止させると共に、高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記酸化側不活性ガス送給手段を制御した後、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該燃料極側に前記燃料ガスを送給して流通させるように前記燃料ガス送給手段を制御し、かつ、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該空気極側に前記酸化ガスを送給して流通させるように前記酸化ガス送給手段を制御することにより、発電運転を再開させる制御手段とを備えていることを特徴とする。

第六番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備は、第五番目の発明において、前記制御手段が、高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記酸化側不活性ガス送給手段を制御してから、前記不活性ガスと前記燃料ガスとを混合した燃料用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、前記不活性ガスと前記酸化ガスとを混合した酸化用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させるように前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御した後、前記燃料ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、前記酸化ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させるように前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御するものであることを特徴とする。

第七番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備は、第六番目の発明において、前記制御手段が、送給する前記燃料用混合ガス中の前記燃料ガスの割合を徐々に増加させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、送給する前記酸化用混合ガス中の前記酸化ガスの割合を徐々に増加させるように前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御するものであることを特徴とする。

第八番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備は、第七番目の発明において、前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記固体酸化物形燃料電池内でのリークによる異常反応を検知する異常反応検知手段を備えると共に、前記制御手段が、前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記固体酸化物形燃料電池内でのリークによる異常反応を生じさせない割合で、前記燃料用混合ガス中の当該燃料ガスを徐々に増加させるように前記異常反応検知手段からの信号に基づいて前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、前記酸化用混合ガス中の当該酸化ガスを徐々に増加させるように前記異常反応検知手段からの信号に基づいて前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御するものであることを特徴とする。

第九番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備は、第八番目の発明において、前記異常反応検知手段が、前記固体酸化物形燃料電池の内部の電圧を計測する電圧計測手段と、前記固体酸化物形燃料電池の内部の温度を計測する内部温度計測手段と、前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記燃料ガスの温度を計測する排出燃料ガス温度計測手段と、前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記酸化ガスの温度を計測する排出酸化ガス温度計測手段と、前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記燃料ガスの圧力を計測する排出燃料ガス圧力計測手段と、前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記酸化ガスの圧力を計測する排出酸化ガス圧力計測手段とのうちの少なくとも一つであることを特徴とする。

第十番目の発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備は、第五番目から第九番目の発明のいずれかにおいて、前記固体酸化物形燃料電池から排出された使用済みの前記燃料ガスの流路に配設された燃料側開閉弁と、前記固体酸化物形燃料電池から排出された使用済みの前記酸化ガスの流路に配設された酸化側開閉弁とのうちの少なくとも前記燃料側開閉弁を備えていることを特徴とする。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法及びこの方法を使用する固体酸化物形燃料電池発電設備によれば、固体酸化物形燃料電池のスタックを高温状態で運転を停止しても降温させることなく発電を早急に再開することができるので、熱エネルギの無駄を大幅に削減することができると共に、運転応答性を非常に高めることができ、家庭等での分散電源や電力会社の事業用電源等としての実用性を非常に高めることができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法及びこの方法を使用する固体酸化物形燃料電池発電設備の実施形態を図１〜３に基づいて説明する。図１は固体酸化物形燃料電池発電設備の概略構成図、図２は固体酸化物形燃料電池の運転方法の運転停止の際のフロー図、図３は固体酸化物形燃料電池の運転方法の運転再開の際のフロー図である。

図１に示すように、水素又は一酸化炭素を含有する燃料ガス１を供給する燃料ガス供給源１１は、流量調整弁１１ａ及び流量検出器１１ｂを介して送給ファン１３の受入口に連絡している。送給ファン１３の送出口は、熱交換器２１の一方の受入口に連絡している。送給ファン１３の送出口と熱交換器２１の一方の受入口との間には、不活性ガスである窒素ガス３を送給する窒素ガスボンベ１２が流量調整弁１２ａ及び流量検出器１２ｂを介して連絡している。

熱交換器２１の一方の送出口は、固体酸化物形燃料電池２２の燃料供給マニホールドに連絡している。固体酸化物形燃料電池２２の燃料排出マニホールドは、排出燃料ガス温度計測手段である温度センサ１７ａ及び排出燃料ガス圧力計測手段である圧力センサ１８ａ並びに燃料側開閉弁１９ａを介して燃焼器２３の受入口に連絡すると共に前記送給ファン１３の受入口にも連絡している。

燃焼器２３の排気口は、熱交換器２４の一方の受入口に連絡している。熱交換器２４の一方の送出口は、排熱再利用手段である排ガスボイラ２５の排ガス受入口に連絡している。排ガスボイラ２５の排ガス送出口は、煙突２６に連絡している。

また、エアフィルタ１４は、流量調整弁１４ａ及び流量検出器１４ｂを介して送給ファン１６の受入口に連絡している。送給ファン１６の送出口は、前記熱交換器２４の他方の受入口に連絡している。送給ファン１６の送出口と前記熱交換器２４の他方の受入口との間には、窒素ガス３を送給する窒素ガスボンベ１５が流量調整弁１５ａ及び流量検出器１５ｂを介して連絡している。

熱交換器２４の他方の送出口は、前記熱交換器２１の他方の受入口に連絡している。熱交換器２１の他方の送出口は、前記燃料電池２２の空気供給マニホールドに連絡している。前記燃料電池２２の空気排出マニホールドは、排出酸化ガス温度計測手段である温度センサ１７ｂ及び排出酸化ガス圧力計測手段である圧力センサ１８ｂ並びに酸化側開閉弁１９ｂを介して前記燃焼器２３の受入口に連絡している。

前記燃料ガス供給源１１、前記ボンベ１２，１５、前記エアフィルタ１４の各前記流量検出器１１ｂ，１２ｂ，１４ｂ，１５ｂ並びに前記燃料電池２２の前記排出マニホールド近傍の前記温度センサ１７ａ，１７ｂ及び前記圧力センサ１８ａ，１８ｂは、制御手段である制御装置２０の入力部に電気的に接続されている。制御装置２０の出力部は、前記ボンベ１１，１２，１５及び前記エアフィルタ１４の前記流量調整弁１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａ並びに前記送給ファン１３，１６に電気的に接続すると共に、前記燃焼器２３の受入口近傍に配設された前記開閉弁１９ａ，１９ｂに電気的に接続している。

また、制御装置２０の入力部には、前記燃料電池２２の内部の温度を計測する内部温度計測手段である温度検知器（図示省略）及び前記燃料電池２２の内部の電圧を計測する電圧計測手段である電圧計（図示省略）が電気的に接続されており、当該制御装置２０は、前記流量検出器１１ｂ，１２ｂ，１４ｂ，１５ｂ、前記温度センサ１７ａ，１７ｂ、前記圧力センサ１８ａ，１８ｂ、前記温度検知器、前記電圧計からの信号に基づいて、前記流量調整弁１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａ、前記送給ファン１３、１６、前記開閉弁１９ａ，１９ｂを調整することができるようになっている（詳細は後述する）。

なお、本実施形態においては、燃料ガス供給源１１、流量調整弁１１ａ、流量検出器１１ｂ、送給ファン１３等により燃料ガス送給手段を構成し、エアフィルタ１４、流量調整弁１４ａ、流量検出器１４ｂ、送給ファン１６等により酸化ガス送給手段を構成し、窒素ガスボンベ１２、流量調整弁１２ａ、流量検出器１２ｂ等により燃料側不活性ガス送給手段を構成し、窒素ガスボンベ１５、流量調整弁１５ａ、流量検出器１５ｂ等により酸化側不活性ガス送給手段を構成し、熱交換器２１、燃焼器２３等により燃料ガス加熱手段を構成し、燃焼器２３、熱交換器２４等により酸化ガス加熱手段を構成し、前記温度センサ１７ａ，１７ｂ、前記圧力センサ１８ａ，１８ｂ、前記温度検知器、前記電圧計等により異常反応検知手段を構成しているが、本発明は、このような本実施形態で適用した上述した各種部材に限定されるものではなく、同様な機能を有する他の各種部材等を適用することも可能である。

次に、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池発電設備１０の作動、すなわち、固体酸化物形燃料電池２２の運転方法を次に説明する。

前記制御装置２０を作動させて送給ファン１３，１６を作動させ、前記流量検出器１１ｂ，１４ｂからの信号に基づいて前記流量調整弁１１ａ，１４ａを調整しながら燃料ガス１及び酸化ガスである空気２を所定流量で送給し、熱交換器２１を介して燃料ガス１を加熱しつつ（約９００〜１０００℃前後）、前記燃料電池２２の燃料供給マニホールドからスタック内の各セルの燃料極側に送給すると共に、熱交換器２４を介して空気２を加熱しつつ（約９００〜１０００℃前後）、前記燃料電池２２の空気供給マニホールドからスタック内の各セルの空気極側に送給すると、燃料ガス１及び空気２が電気化学的に反応して電力が発生する。

反応に供された使用済みの燃料ガス１は、未反応の水素又は一酸化炭素等を含有しているため、その一部が前記熱交換器２１の一方の受入口に再び送給され、新たな燃料ガス１と共に発電に再び供される一方、その残りが、反応に供された使用済みの空気２と共に燃焼器２３内に送給されて燃焼され、無害化された排ガス４となって熱交換器２４に送給され、前記燃料電池２２に供給する空気２及び燃料ガス１の加熱用の熱源に利用された後、排ガスボイラ２５に送給されてボイラ用の熱源としてさらに利用されてから、煙突２６を介して外部に排出される。

このようにして発電運転を行っている際に、負荷の変動に合わせて発電を一時的に停止する場合には、図２に示すように、制御装置２０は、燃料ガス１及び空気２の送給を停止させるように前記流量調整弁１１ａ，１４ａを調整すると共に前記送給ファン１３，１６の作動を停止して発電を停止した後（Ｓ１１）、窒素ガス３を前記燃料電池２２内に送給するように前記流量検出器１２ｂ，１５ｂからの信号に基づいて前記流量調整弁１２ａ，１５ａを調整しながら前記窒素ガスボンベ１２，１５から窒素ガス３を所定流量で送給し、前記燃料電池２２のスタック内の各セルの燃料極側及び空気極側を窒素ガス３でパージしたら（Ｓ１２）、前記開閉弁１９ａ，１９ｂを閉止し、燃焼器２３に残留する空気２が前記燃料電池２２のスタック内の各セルの燃料極側に逆流入することを防止すると共に、燃焼器２３に残留する燃料ガス１が前記燃料電池２２のスタック内の各セルの空気極側に逆流入することを防止する（Ｓ１３）。なお、このとき、上記燃料電池２２は、降温させることなく高温状態を維持しておく（以上、発電運転停止工程）。

続いて、負荷の変動に合わせて発電を再開する場合には、図３に示すように、制御装置２０は、前記開閉弁１９ａ，１９ｂを開放して（Ｓ２１）、窒素ガス３を前記燃料電池２２内に再び送給するように前記流量検出器１２ｂ，１５ｂからの信号に基づいて前記流量調整弁１２ａ，１５ａを調整しながら前記窒素ガスボンベ１２，１５から窒素ガス３を所定流量で送給して流通させ始めたら（Ｓ２２：不活性ガス送給工程）、前記燃料電池２２内に燃料ガス１及び空気２を徐々に送給するように、前記送給ファン１３，１６を作動さて前記流量検出器１１ｂ，１４ｂからの信号に基づいて前記流量調整弁１１ａ，１４ａを調整しながら燃料ガス１及び空気２の流量を徐々に増加させると共に、この燃料ガス１及び空気２の流量の増加に合わせて、前記燃料電池２２内への窒素ガス３の送給量を徐々に減少させるように前記流量検出器１２ｂ，１５ｂからの信号に基づいて前記流量調整弁１２ａ，１５ａを調整する、すなわち、燃料ガス１の割合を徐々に増加させるように当該燃料ガス１と窒素ガス３とを混合した燃料用混合ガスを前記燃料電池２２のスタック内の各セルの燃料極側に送給して流通させると共に、空気２の割合を徐々に増加させるように当該空気２と窒素ガス３とを混合した酸化用混合ガスを前記燃料電池２２のスタック内の各セルの空気極側に送給して流通させる（Ｓ２３：混合ガス送給工程）。

このとき、制御装置２０は、前記燃料電池２２内でのリークによる異常反応を生じさせない割合で燃料ガス１及び空気２の送給量の増加並びに窒素ガス３の送給量の削減を行うように、前記温度センサ１７ａ，１７ｂ（リークに伴う異常反応を生じると前記燃料電池２２からの排出ガス温度が上昇する）、前記圧力センサ１８ａ，１８ｂ（リークを生じると前記燃料電池２２からの排出ガス圧力が大きく変動する）、前記温度検知器（リークに伴う異常反応を生じると前記燃料電池２２内の温度が上昇する）、前記電圧計（リークに伴う異常反応を生じると前記燃料電池２２の電圧が低下する）からの信号に基づいて、前記流量調整弁１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａを制御する。

そして、窒素ガス３の送給が停止し、燃料ガス１及び空気２のみが送給される、すなわち、燃料ガス１及び空気２が定常送給されると（Ｓ２４：発電用ガス送給工程）、発電が再び開始される（Ｓ２５）（以上、発電運転再開工程）。

つまり、前記燃料電池２２内にガスを流通させるとき、流通開始当初は、ガスの流量や流速が不安定となるため、燃料ガス１及び空気２を前記燃料電池２２内に当初から全量送給してしまうと、燃料ガス１及び空気２が発電に寄与できずにリークして異常反応を生じやすいことから、本実施形態では、前記燃料電池２２内で窒素ガス３を先に流通させて、当該燃料電池２２内を流通するガスの流量や流速の安定化を図ってから、当該燃料電池２２内に燃料ガス１及び空気２を送給するようにしたのである。

このため、本実施形態では、ガスの流量や流速が不安定となる流通開始当初に燃料ガス１及び空気２が前記燃料電池２２内を流通せずにガスの流量や流速が安定化してから燃料ガス１及び空気２が前記燃料電池２２内を流通するので、高温状態であってもリークに伴う異常反応の発生を防止することができる。

したがって、本実施形態によれば、前記燃料電池２２のスタックを高温状態で運転を停止しても降温させることなく発電を早急に再開することができるので、熱エネルギの無駄を大幅に削減することができると共に、運転応答性を非常に高めることができ、家庭等での分散電源や電力会社の事業用電源等としての実用性を非常に高めることができる。

なお、本実施形態では、異常反応検知手段として、温度センサ１７ａ，１７ｂ、圧力センサ１８ａ，１８ｂ、前記温度検知器、前記電圧計のすべてを適用するようにしたが、各種条件によっては、温度センサ１７ａ，１７ｂ、圧力センサ１８ａ，１８ｂ、前記温度検知器、前記電圧計のうちの少なくとも一つを適用することも可能である。

また、本実施形態では、燃料側開閉弁１９ａ及び酸化側開閉弁１９ｂの両者を適用するようにしたが、酸化側開閉弁１９ｂを省略して燃料側開閉弁１９ａのみとすることも可能である。

また、前記混合ガス送給工程（Ｓ２３）における燃料ガス１及び空気２の増加傾向（窒素ガス３の減少傾向）は、各種条件に応じて、漸次状（グラデーション状）又は階段状（ステップ状）を適宜選択するとよい。

また、本実施形態では、図１に示したように、窒素ガスボンベ１２，１５を送給ファン１３，１６の送出口側に連絡するようにしたが、窒素ガスボンベ１２，１５の送給圧が低い場合には、例えば、図４に示すように、窒素ガスボンベ１２，１５を送給ファン１３，１６の受入口側に連絡するとよい。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法及び固体酸化物形燃料電池発電設備は、家庭等での分散電源や電力会社の事業用電源等としての実用性が非常に高く、産業上、極めて有益に利用することができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備の実施形態の概略構成図である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法の運転停止の際のフロー図である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池の運転方法の運転再開の際のフロー図である。 本発明に係る固体酸化物形燃料電池発電設備の他の実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１ 燃料ガス
２ 空気
３ 窒素ガス
４ 排ガス
１０ 固体酸化物形燃料電池発電設備
１１ 燃料ガスボンベ
１１ａ 流量調整弁
１１ｂ 流量検出器
１２ 窒素ガスボンベ
１２ａ 流量調整弁
１２ｂ 流量検出器
１３ 送給ファン
１４ エアフィルタ
１４ａ 流量調整弁
１４ｂ 流量検出器
１５ 窒素ガスボンベ
１５ａ 流量調整弁
１５ｂ 流量検出器
１６ 送給ファン
１７ａ，１７ｂ 温度センサ
１８ａ，１８ｂ 圧力センサ
１９ａ 燃料側開閉弁
１９ｂ 酸化側開閉弁
２０ 制御装置
２１ 熱交換器
２２ 固体酸化物形燃料電池
２３ 燃焼器
２４ 熱交換器
２５ 排ガスボイラ
２６ 煙突

Claims (10)

1. 固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの燃料極側に水素又は一酸化炭素を含有する燃料ガスを送給し、当該固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの空気極側に酸素を含有する酸化ガスを送給し、当該燃料ガスと当該酸化ガスとを各セルの固体酸化物からなる電解質において高温状態で電気化学的に反応させることにより電力を得る固体酸化物形燃料電池の運転方法であって、
   前記燃料ガス及び前記酸化ガスの送給を高温状態で停止した後、前記固体酸化物形燃料電池内を不活性ガスでパージすることにより、高温状態で発電運転を停止させる発電運転停止工程と、
   高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させた後、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該燃料極側に前記燃料ガスを送給して流通させると共に、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該空気極側に前記酸化ガスを送給して流通させることにより、セルの高温状態を維持した状態で発電運転を再開する発電運転再開工程と
   を行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の運転方法。
2. 請求項１において、
   前記発電運転再開工程が、
   高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させる不活性ガス送給工程と、
   前記不活性ガスを送給して流通させた後、当該不活性ガスと前記燃料ガスとを混合した燃料用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させると共に、当該不活性ガスと前記酸化ガスとを混合した酸化用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させる混合ガス送給工程と、
   前記混合ガスをそれぞれ送給して流通させた後、前記燃料ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させると共に、前記酸化ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させる発電用ガス送給工程と
   を行うことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の運転方法。
3. 請求項２において、
   前記混合ガス送給工程が、
   送給する前記燃料用混合ガス中の前記燃料ガスの割合を徐々に増加させると共に、送給する前記酸化用混合ガス中の前記酸化ガスの割合を徐々に増加させるものである
   ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の運転方法。
4. 請求項３において、
   前記混合ガス送給工程が、
   前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記固体酸化物形燃料電池内でのリークによる異常反応を生じさせない割合で、前記燃料用混合ガス中の当該燃料ガスを徐々に増加させると共に、前記酸化用混合ガス中の当該酸化ガスを徐々に増加させるものである
   ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の運転方法。
5. 固体酸化物形燃料電池と、
   前記固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの燃料極側に水素又は一酸化炭素を含有する燃料ガスを送給する燃料ガス送給手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池の前記スタックの各セルの空気極側に酸素を含有する酸化ガスを送給する酸化ガス送給手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池のスタックの各セルの燃料極側に不活性ガスを送給する燃料側不活性ガス送給手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池の前記スタックの各セルの空気極側に不活性ガスを送給する酸化側不活性ガス送給手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化ガスの送給を高温状態で停止させるように前記燃料ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御した後、当該固体酸化物形燃料電池内を不活性ガスでパージするように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記酸化側不活性ガス送給手段を制御することにより、高温状態で発電運転を停止させると共に、高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記酸化側不活性ガス送給手段を制御した後、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該燃料極側に前記燃料ガスを送給して流通させるように前記燃料ガス送給手段を制御し、かつ、当該固体酸化物形燃料電池の各セルの当該空気極側に前記酸化ガスを送給して流通させるように前記酸化ガス送給手段を制御することにより、発電運転を再開させる制御手段と
   を備えていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電設備。
6. 請求項５において、
   前記制御手段が、
   高温状態で発電運転停止中の前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側及び前記空気極側に前記不活性ガスを送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記酸化側不活性ガス送給手段を制御してから、
   前記不活性ガスと前記燃料ガスとを混合した燃料用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、前記不活性ガスと前記酸化ガスとを混合した酸化用混合ガスを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させるように前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御した後、
   前記燃料ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記燃料極側に送給して流通させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、前記酸化ガスのみを前記固体酸化物形燃料電池の各セルの前記空気極側に送給して流通させるように前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御する
   ものであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電設備。
7. 請求項６において、
   前記制御手段が、
   送給する前記燃料用混合ガス中の前記燃料ガスの割合を徐々に増加させるように前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、送給する前記酸化用混合ガス中の前記酸化ガスの割合を徐々に増加させるように前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御する
   ものであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電設備。
8. 請求項７において、
   前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記固体酸化物形燃料電池内でのリークによる異常反応を検知する異常反応検知手段を備えると共に、
   前記制御手段が、
   前記燃料ガス及び前記酸化ガスの前記固体酸化物形燃料電池内でのリークによる異常反応を生じさせない割合で、前記燃料用混合ガス中の当該燃料ガスを徐々に増加させるように前記異常反応検知手段からの信号に基づいて前記燃料側不活性ガス送給手段及び前記燃料ガス送給手段を制御すると共に、前記酸化用混合ガス中の当該酸化ガスを徐々に増加させるように前記異常反応検知手段からの信号に基づいて前記酸化側不活性ガス送給手段及び前記酸化ガス送給手段を制御するものである
   ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電設備。
9. 請求項８において、
   前記異常反応検知手段が、
   前記固体酸化物形燃料電池の内部の電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池の内部の温度を計測する内部温度計測手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記燃料ガスの温度を計測する排出燃料ガス温度計測手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記酸化ガスの温度を計測する排出酸化ガス温度計測手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記燃料ガスの圧力を計測する排出燃料ガス圧力計測手段と、
   前記固体酸化物形燃料電池から排出される使用済みの前記酸化ガスの圧力を計測する排出酸化ガス圧力計測手段と
   のうちの少なくとも一つである
   ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電設備。
10. 請求項５から請求項９のいずれかにおいて、
    前記固体酸化物形燃料電池から排出された使用済みの前記燃料ガスの流路に配設された燃料側開閉弁と、
    前記固体酸化物形燃料電池から排出された使用済みの前記酸化ガスの流路に配設された酸化側開閉弁と
    のうちの少なくとも前記燃料側開閉弁を備えている
    ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電設備。

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