JP5704333B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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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.

特開２０１０−９２８３６号JP 2010-92936

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 self-sustainment 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.

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。   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.

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固体酸化物型燃料電池セルを収容した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、燃料供給手段により供給され、発電に利用されずに残った残余燃料を燃焼させ、燃料電池モジュール内を加熱する燃焼部と、固体酸化物型燃料電池セルを取り囲むように配置され、燃料電池モジュールで発生した熱を蓄積する断熱材と、需要電力を検出する需要電力検出手段と、燃料電池モジュールの温度を検出する温度検出手段と、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、温度検出手段により検出された検出温度に基づいて断熱材に蓄積されている蓄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、断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, and generates a solid oxide fuel cell that generates electric power using supplied fuel. The fuel cell module accommodated, 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, and fuel supply means, the remaining residual fuel without being used for power generation by burning, a combustion section for heating the fuel cell module is arranged so as to surround the solid oxide fuel cell, accumulates heat generated by the fuel cell module cross Thermal material, demand power detection means for detecting demand power, temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell module, and demand power detected by the demand power detection means Based on the above, 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, and the fuel supply amount is changed according to the change in the demand power. after, late, it comprises a control means for varying the power to actually output from the fuel cell module, the control means are stored in the sectional heat member based on the detection temperature detected by the temperature detection means comprising a heat storage amount estimating means for estimating the heat storage amount by the heat storage amount estimating means, if it is estimated that the amount of heat available to the sectional heat material is accumulated, the amount of heat available is not stored The fuel supply amount is reduced so that the fuel utilization rate becomes higher with respect to the same generated power than the case.

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、発電に利用されずに残った残余燃料は燃焼部で燃焼され、発生した熱は断熱材に蓄積される。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。蓄熱量推定手段は温度検出手段により検出された温度に基づいて、断熱材に蓄積されている蓄熱量を推定する。制御手段は、蓄熱量推定手段により断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 is generated by the supplied fuel and oxidizing gas for power generation, residual fuel that remains without being used for power generation is combusted in the combustion unit, the generated heat is accumulated in the cross heat 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. Heat storage amount estimating means based on the temperature detected by the temperature detecting means estimates the heat storage amount accumulated in the cross heat material. Control means, when it is estimated that the amount of heat available to the sectional heat material being accumulated by the heat storage amount estimating means, fuel utilization for the same generated power than if the amount of heat available is not stored Reduce the fuel supply so that the rate is higher.

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断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 that the amount of heat available to the sectional heat material being accumulated by the heat storage amount estimating means, fuel supply quantity so that the fuel utilization ratio is increased Decrease. 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、温度検出手段により検出された検出温度に基づいて蓄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ていても、蓄積された熱量を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、断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 heat storage amount is estimated based on the detected temperature detected by the temperature detecting means, the control means delays after changing the fuel supply amount. Even if the output power is changed, the accumulated heat quantity can be accurately estimated. Therefore, while reliably avoiding the risk of rapid temperature drop of the fuel cell module, the amount of heat accumulated in the cross heat material can be fully utilized. 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、蓄熱量推定手段は、検出温度の履歴に基づいて、断熱材に蓄積されている蓄熱量を推定する。
このように構成された本発明によれば、蓄熱量推定手段が、検出温度の履歴に基づいて蓄熱量を推定するので、直近の検出温度のみによる蓄熱量の推定よりも、正確に蓄熱量を推定することができる。これにより、断熱材に蓄積されている熱量を十分に活用することができる。 In the present invention, preferably, the heat storage amount estimating means, on the basis of the history of the detected temperature to estimate the heat storage amount accumulated in the cross heat material.
According to the present invention configured as described above, since the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount based on the history of the detected temperature, the heat storage amount can be more accurately calculated than the estimation of the heat storage amount based on the latest detected temperature alone. Can be estimated. Thus, the amount of heat accumulated in the cross heat material can be fully utilized.

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蓄熱量、需要電力の他に、所定の条件に基づいて燃料利用率を決定する。
このように構成された本発明によれば、燃料利用率の決定に、蓄熱量、及び需要電力以外の条件も加味されるので、燃料電池モジュールの状態に応じて、適切に蓄熱を利用することができる。 In the present invention, preferably, the control means determines the fuel utilization rate based on a predetermined condition in addition to the heat storage amount and the demand power estimated by the heat storage amount estimation means.
According to the present invention configured as described above, conditions other than the amount of heat storage and power demand are taken into account in determining the fuel utilization rate, so that the heat storage is appropriately used according to the state of the fuel cell module. Can do.

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、検出温度の履歴の他に、直近の検出温度の変化を加味して蓄熱量を推定し、制御手段は、直近の検出温度の変化が大きい場合には、変化が少ない場合よりも、燃料利用率を大幅に変更する。
このように構成された本発明によれば、蓄熱量が、検出温度の履歴の他に、直近の検出温度の変化を加味して推定されるので、履歴に基づいて蓄熱量を正確に推定することができると共に、熱容量が大きく、変化が起こり始めると容易にその傾向を変えることができない燃料電池モジュールの温度変化に対して機敏に対処して、過剰な温度上昇、温度低下を防止することができる。 In the present invention, preferably, the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount in consideration of the latest detected temperature change in addition to the detected temperature history, and the control means has a large change in the latest detected temperature. In some cases, the fuel utilization rate is significantly changed compared to the case where the change is small.
According to the present invention configured as described above, the heat storage amount is estimated in consideration of the latest detection temperature change in addition to the detection temperature history, so the heat storage amount is accurately estimated based on the history. It is possible to cope with the temperature change of the fuel cell module which has a large heat capacity and cannot easily change its tendency when the change starts to prevent excessive temperature rise and temperature drop. it can.

本発明において、好ましくは、制御手段は、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を変更する。
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。このため、急激な温度低下のリスクが少なく、燃料利用率を改善する余地が大きい小発電電力領域で大幅に蓄熱を利用することにより、エネルギー効率を効果的に高めることができる。また、通常の制御においても燃料利用率が高く、燃料利用率を改善する余地が少ない大発電電力領域では、あまり蓄熱を利用しないことにより、この間に蓄積した熱量を使用して、小発電電力領域におけるエネルギー効率を改善することができる。 In the present invention, preferably, the control means changes the fuel utilization rate in a wider range in a region where the generated power is small than in a region where the generated power is large.
According to the present invention configured as described above, the fuel utilization rate is changed in a wider range in the region where the generated power is small than in the region where the generated power is large. For this reason, energy efficiency can be effectively improved by using heat storage significantly in the small power generation region where there is little risk of rapid temperature drop and there is a large room for improving the fuel utilization rate. Also, in a large power generation area where the fuel utilization rate is high even in normal control and there is little room to improve the fuel utilization ratio, by using less heat storage, the amount of heat accumulated during this period is used and the small power generation area Can improve energy efficiency.

本発明において、好ましくは、制御手段は、燃料電池モジュールが劣化した後は、燃料電池モジュールが劣化する前よりも、燃料利用率を高める変更を少なくする。
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が劣化した後は、燃料利用率を高める変更を少なくするので、劣化することにより発電時の温度が上昇した燃料電池モジュールを冷却傾向にすることにより、劣化が促進されるのを防止することができる。 In the present invention, it is preferable that the control unit reduces changes to increase the fuel utilization rate after the fuel cell module is deteriorated, compared to before the fuel cell module is deteriorated.
According to the present invention configured as described above, after the fuel cell module has deteriorated, changes to increase the fuel utilization rate are reduced, so that the fuel cell module whose temperature during power generation has increased due to the deterioration tends to be cooled. By doing so, it is possible to prevent the deterioration from being promoted.

本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、検出温度に基づいて決定された加減算値の積算値、及び新しく検出された検出温度と過去に検出された検出温度の差に基づく差分値に基づいて蓄熱量を推定する。
このように構成された本発明によれば、加減算値の積算値及び差分値に基づいて蓄熱量を推定するので、簡単な計算により的確に蓄熱量を推定することができると共に、これに基づいて、適切に燃料利用率を設定することができる。 In the present invention, preferably, the heat storage amount estimation means is based on an integrated value of addition / subtraction values determined based on the detected temperature and a difference value based on a difference between the newly detected detected temperature and the detected temperature detected in the past. To estimate the amount of heat storage.
According to the present invention configured as described above, since the heat storage amount is estimated based on the integrated value and the difference value of the addition / subtraction value, the heat storage amount can be accurately estimated by simple calculation, and based on this The fuel usage rate can be set appropriately.

本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、検出温度及び他の所定の条件に基づいて決定され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、蓄熱量を推定するために積算される加減算値が、検出温度の他、所定の条件に基づいて決定されるので、蓄熱量に影響を与える温度以外のファクターを、推定値に的確に反映させることができる。 In the present invention, preferably, the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount by integrating the addition / subtraction values determined based on the detected temperature and other predetermined conditions.
According to the present invention configured as described above, since the addition / subtraction value integrated for estimating the heat storage amount is determined based on the predetermined condition in addition to the detected temperature, other than the temperature affecting the heat storage amount This factor can be accurately reflected in the estimated value.

本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、検出温度及び発電電力に基づいて、加減算値を正の値とし、又は加減算値を負の値とするように構成されている。
このように構成された本発明によれば、蓄熱量推定値の増加又は減少を、検出温度だけではなく、発電電力を加味して推定するので、より正確に蓄熱量を推定することができる。 In the present invention, preferably, the heat storage amount estimation means is configured so that the addition / subtraction value is a positive value or the addition / subtraction value is a negative value based on the detected temperature and the generated power.
According to the present invention configured as described above, since the increase or decrease in the heat storage amount estimation value is estimated not only by the detected temperature but also by the generated power, the heat storage amount can be estimated more accurately.

本発明において、好ましくは、蓄熱量推定手段は、発電電力が大きいほど蓄熱量の推定値を急激に変化させる。
このように構成された本発明によれば、蓄熱量の推定値が、発電電力が大きいほど急激に変化されるので、より実態に適合した蓄熱量を推定することができる。 In the present invention, preferably, the heat storage amount estimation means changes the estimated value of the heat storage amount more rapidly as the generated power is larger.
According to the present invention configured as described above, since the estimated value of the heat storage amount changes more rapidly as the generated power is larger, it is possible to estimate the heat storage amount more suitable for the actual situation.

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。   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.

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.

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.

ＣmＨn＋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.

ＣmＨn＋ｘＯ2＋ｙＨ2Ｏ → aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2 （２）
ＣmＨn＋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, the absolute value of the fuel supply amount based on the basic fuel supply table is small. Therefore, if the fuel supply amount is reduced by applying a large correction to this, the fuel cell unit 16 is damaged. This is because there is a fear. 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において、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を一点鎖線で示す。   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. 17 is a diagram schematically showing the transition of the daily power demand in a general house and the transition of the amount of heat accumulated in the heat insulating material. In FIG. 17, the demand power used in a 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.

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 which is 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.

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、熱容量を大き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 increased, 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、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.

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、燃料電池モジュールの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段により検出された温度に基づいて、蓄熱材に蓄積されている蓄熱量を推定する蓄熱量推定手段と、発電電力が小さい場合において、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、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する固体酸化物型燃料電池。 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 determining and controlling the fuel supply means so that the determined fuel supply amount is supplied, temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell module, The heat storage amount estimation means for estimating the amount of heat stored in the heat storage material based on the temperature detected by the temperature detection means, and the amount of heat available to the heat storage material by the heat storage amount estimation means 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 and reducing the fuel supply amount. Solid oxide fuel cell.

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、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。蓄熱量推定手段は温度検出手段により検出された温度に基づいて、蓄熱材に蓄積されている蓄熱量を推定する。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、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、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 heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount accumulated in the heat storage material based on the temperature detected by the temperature detection means. When the generated power is small, the fuel table changing means is configured so that when the heat storage amount estimation means estimates that the heat storage material can store heat, the basic fuel is temporarily increased. 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、発電電力が小さい場合において、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、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する。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 the amount of heat available to the heat storage material is estimated by the heat storage amount estimation means when the generated power is small, the fuel utilization rate is temporarily The basic fuel supply table is changed so that becomes higher. 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.

２． 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、所定の中発電電力に対応した所定の蓄熱温度よりも高い領域で、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上記１記載の固体酸化物型燃料電池。 2. The basic fuel supply table has a larger amount of heat stored in the heat storage material in a region higher than a predetermined heat storage temperature corresponding to a predetermined medium generation power so that the amount of heat stored at the time of large power generation can be used at the time of small power generation. 2. The solid oxide fuel cell according to 1 above, which is set to be accumulated in the fuel cell.

このように構成された本発明によれば、所定の蓄熱温度よりも高い領域で、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ので、燃料利用率を高くできる蓄熱温度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 present invention configured as described above, since it is set so that a larger amount of heat is accumulated in the heat storage material in a region higher than the predetermined heat storage temperature, the heat storage temperature can be increased. In the high region, heat is actively accumulated, and this heat is effectively used by consuming the small amount of power generated when the temperature of the fuel cell module is relatively low and heat storage is easy to use. be able to.

３． 燃料テーブル変更手段は、温度検出手段によって検出された検出温度が所定の変更基準温度以上の場合には、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する一方、検出温度が変更基準温度よりも低い場合には、燃料利用率を高くする変更量を減少させ、又は、基本燃料供給テーブルの変更を実行しない上記２記載の固体酸化物型燃料電池。 3. The fuel table changing means changes the basic fuel supply table so that the fuel utilization rate becomes high when the detected temperature detected by the temperature detecting means is equal to or higher than a predetermined change reference temperature, while the detected temperature is changed to the change reference temperature. The solid oxide fuel cell as described in the above item 2, wherein the change amount for increasing the fuel utilization rate is decreased or the basic fuel supply table is not changed.

このように構成された本発明によれば、温度検出手段によって検出された検出温度は、概ね蓄熱材に蓄積された熱量を反映しているので、検出温度と変更基準温度の関係のみから簡単に基本燃料供給テーブルを変更することができる。   According to the present invention configured as described above, the detected temperature detected by the temperature detecting means generally reflects the amount of heat accumulated in the heat storage material, and therefore it can be easily determined only from the relationship between the detected temperature and the changed reference temperature. The basic fuel supply table can be changed.

４． 変更基準温度は、蓄熱温度よりも高く設定されている上記３記載の固体酸化物型燃料電池。
このように構成された本発明によれば、変更基準温度は、蓄熱温度よりも高く設定されているので、蓄熱材への蓄熱量が多くなる蓄熱温度よりも高い変更基準温度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。 4). 4. The solid oxide fuel cell as described in 3 above, wherein the change reference temperature is set higher than the heat storage temperature.
According to the present invention configured as described above, since the change reference temperature is set higher than the heat storage temperature, the heat storage is used at a temperature higher than the change reference temperature higher than the heat storage temperature at which the amount of heat stored in the heat storage material increases. As a result, the stored heat is used in a state where the amount of stored heat is small, and the risk of causing an excessive temperature drop can be avoided.

５． 蓄熱量推定手段は、検出温度の履歴に基づいて、蓄熱材に蓄積されている蓄熱量を推定する上記３記載の固体酸化物型燃料電池。
このように構成された本発明によれば、蓄熱量推定手段が検出温度の履歴に基づいて蓄熱量を推定するので、現在の検出温度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。 5. 4. The solid oxide fuel cell as described in 3 above, wherein the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount accumulated in the heat storage material based on the history of the detected temperature.
According to the present invention configured as described above, since the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount based on the history of the detected temperature, the heat storage amount is estimated more accurately than when the heat storage amount is estimated only from the current detected temperature. It is possible to use heat storage more effectively.

６． 蓄熱量推定手段は、検出温度と変更基準温度の間の偏差である温度偏差を時間で積分することによって、蓄熱材に蓄積されている蓄熱量を推定する上記５記載の固体酸化物型燃料電池。 6). 6. The solid oxide fuel cell according to 5, wherein the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount accumulated in the heat storage material by integrating the temperature deviation, which is a deviation between the detected temperature and the change reference temperature, with time. .

このように構成された本発明によれば、温度偏差を時間で積分することによって、蓄熱材に蓄積されている蓄熱量を推定しているので、蓄熱温度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 present invention configured as described above, since the amount of heat stored in the heat storage material is estimated by integrating the temperature deviation with time, the time during which the engine is operated at a temperature higher than the heat storage temperature is estimated. When the length is long, the estimated heat storage amount is large, and when the length is short, the estimated heat storage amount is small, and the heat storage amount can be estimated more accurately. Thereby, risks, such as an excessive temperature fall by utilizing heat storage, can be avoided reliably.

７． 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利用率を高くする変更量を増加させる上記５記載の固体酸化物型燃料電池。
このように構成された本発明によれば、蓄熱量が大きいほど燃料利用率を高くする変更量を増加させるので、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変更を実行することができる。 7). 6. The solid oxide fuel cell as described in 5 above, wherein the fuel table changing means increases the change amount for increasing the fuel utilization rate as the heat storage amount estimated by the heat storage amount estimation means increases.
According to the present invention configured as described above, since the amount of change for increasing the fuel utilization rate increases as the heat storage amount increases, the fuel utilization rate is significantly increased while reliably avoiding risks such as excessive temperature decrease. Changes can be made to improve.

８． 燃料テーブル変更手段は、検出温度が変更基準温度よりも高いほど燃料利用率を高くする変更量を急激に増大させる一方、検出温度が変更基準温度よりも低いほど燃料利用率を高くする変更量を急激に減少させる上記３記載の固体酸化物型燃料電池。 8). The fuel table changing means rapidly increases the amount of change that increases the fuel utilization rate as the detected temperature is higher than the change reference temperature, while the amount of change that increases the fuel utilization rate as the detected temperature is lower than the change reference temperature. 4. The solid oxide fuel cell as described in 3 above, which is rapidly reduced.

このように構成された本発明によれば、検出温度が高いほど変更量を急激に増大させる一方、検出温度が低いほど変更量を急激に減少させるので、検出温度が高い場合には大幅な燃料利用率の変更ができると共に、検出温度が低い場合には急速に変更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 present invention configured as described above, the amount of change is rapidly increased as the detected temperature is higher, while the amount of change is rapidly decreased as the detected temperature is lower. The utilization rate can be changed, and when the detected temperature is low, the amount of change can be rapidly reduced, so that an excessive temperature drop can be reliably prevented.

９． 燃料テーブル変更手段は、検出温度の状態又は発電電力の状態に応じて、蓄熱材に蓄積されている蓄熱量の推定値と、燃料利用率を高くする変更量の関係を変更する上記８記載の固体酸化物型燃料電池。 9. 9. The fuel table changing unit according to claim 8, wherein the fuel table changing means changes a relationship between an estimated value of the heat storage amount accumulated in the heat storage material and a change amount for increasing the fuel utilization rate in accordance with the detected temperature state or the generated power state. Solid oxide fuel cell.

このように構成された本発明によれば、検出温度又は発電電力の状態に応じて、蓄熱量の推定値と、変更量の関係が変更されるので、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 present invention configured as described above, since the relationship between the estimated value of the heat storage amount and the change amount is changed according to the detected temperature or the state of the generated power, the excessive temperature decrease can be prevented and It is possible to achieve both effective utilization.

１０． 燃料テーブル変更手段は、同一の蓄熱量の推定値に対し、発電電力が小さい場合には、発電電力が大きい場合よりも、燃料利用率を高くする変更量を小さくする上記９記載の固体酸化物型燃料電池。 10. 10. The solid oxide according to 9 above, wherein the fuel table changing means reduces the change amount for increasing the fuel utilization rate when the generated power is small with respect to the same estimated value of the heat storage amount, compared with when the generated power is large. Type fuel cell.

こ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、発電電力が少ない場合には変更量を小さくするので、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 present invention configured as described above, the fuel table changing means reduces the change amount when the generated power is small, so that the amount of use of the heat storage is reduced and the period in which the heat storage can be used is extended. can do.

１１． 蓄熱量推定手段は、検出温度が変更基準温度よりも低く、それらの差が所定の微少偏差温度以下である場合において、検出温度が低下傾向にある場合には、検出温度が上昇傾向にある場合よりも蓄熱量の推定値を急激に減少させる上記９記載の固体酸化物型燃料電池。 11. When the detected temperature is lower than the change reference temperature and the difference between them is less than or equal to a predetermined minute deviation temperature, the detected heat amount estimating means is when the detected temperature tends to increase. 10. The solid oxide fuel cell as described in 9 above, wherein the estimated value of the heat storage amount is sharply decreased rather than.

このように構成された本発明によれば、検出温度と変更基準温度の差が所定の微少偏差温度以下で、検出温度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、検出温度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 present invention configured as described above, when the difference between the detected temperature and the change reference temperature is equal to or smaller than a predetermined minute deviation temperature and the detected temperature tends to decrease, the estimated value of the heat storage amount is rapidly decreased. Therefore, the estimated value of the heat storage amount is rapidly reduced in a phase where the detected temperature tends to decrease, and an excessive temperature decrease can be reliably prevented.

１２． 燃料テーブル変更手段は、燃料電池モジュールの状態に応じて燃料利用率を高くする変更量を変更する上記９記載の固体酸化物型燃料電池。
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の状態に応じて燃料利用率を高くする変更量を変更するので、燃料電池モジュールの状態に適合しない燃料利用率の変更を防止することができる。 12 10. The solid oxide fuel cell as described in 9 above, wherein the fuel table changing means changes the change amount for increasing the fuel utilization rate according to the state of the fuel cell module.
According to the present invention configured as described above, since the change amount for increasing the fuel utilization rate is changed according to the state of the fuel cell module, it is possible to prevent the change in the fuel utilization rate that does not conform to the state of the fuel cell module. Can do.

１３． 燃料テーブル変更手段は、燃料電池モジュールが劣化した場合には、変更基準温度を高い値に変更する上記１２記載の固体酸化物型燃料電池。
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が劣化した場合に変更基準温度が高い値に変更されるので、劣化して作動温度が上昇した燃料電池モジュールに過度の負担をかけることなく、燃料利用率の変更を実行することができる。 13. 13. The solid oxide fuel cell as described in 12 above, wherein the fuel table changing means changes the change reference temperature to a high value when the fuel cell module is deteriorated.
According to the present invention configured as described above, when the fuel cell module is deteriorated, the change reference temperature is changed to a high value, so that an excessive burden is placed on the fuel cell module that has deteriorated and the operating temperature has increased. Without changing the fuel utilization rate.

１４． 燃料テーブル変更手段は、燃料電池モジュールが劣化した場合には、燃料利用率を高くする変更量を減少させる上記１３記載の固体酸化物型燃料電池。
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が劣化した場合には変更量が減少されるので、燃料利用率を変更することによる劣化の促進を抑制することができる。 14 14. The solid oxide fuel cell as described in 13, wherein the fuel table changing means reduces the amount of change to increase the fuel utilization rate when the fuel cell module is deteriorated.
According to the present invention configured as described above, since the amount of change is reduced when the fuel cell module is deteriorated, the promotion of deterioration due to the change of the fuel utilization rate can be suppressed.

１５． 蓄熱量推定手段は、発電電力が小さい場合には、燃料利用率を高くする変更量が小さくなるように、変更基準温度を高い値に変更する上記９記載の固体酸化物型燃料電池。 15. 10. The solid oxide fuel cell as described in 9 above, wherein the heat storage amount estimation means changes the change reference temperature to a high value so that the change amount for increasing the fuel utilization rate decreases when the generated power is small.

このように構成された本発明によれば、発電電力が小さい場合には、変更基準温度を高い値に変更することにより、燃料利用率を高くする変更量を減少させるので、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。   According to the present invention configured as described above, when the generated power is small, the change reference temperature is changed to a high value, thereby reducing the amount of change to increase the fuel utilization rate. It is possible to significantly improve the fuel utilization rate in a region where the absolute amount of the supply amount is small, and to suppress an excessive decrease in 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
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
１１０ｂ 蓄熱量推定手段
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）
１４２ 発電室温度センサ（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 20 Reformer 22 Air heat exchanger 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 110b Heat storage amount estimating means 112 Operating 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)
142 Power generation chamber temperature sensor (temperature detection means)
150 Outside temperature sensor

Claims (12)

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固体酸化物型燃料電池セルを収容した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、
上記燃料供給手段により供給され、発電に利用されずに残った残余燃料を燃焼させ、上記燃料電池モジュール内を加熱する燃焼部と、
上記固体酸化物型燃料電池セルを取り囲むように配置され、上記燃料電池モジュールで発生した熱を蓄積する断熱材と、
需要電力を検出する需要電力検出手段と、
上記燃料電池モジュールの温度を検出する温度検出手段と、
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、
上記温度検出手段により検出された検出温度に基づいて上記断熱材に蓄積されている蓄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、上記断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 containing a solid oxide fuel cell that generates power from the supplied fuel; and
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 combustion section that is supplied by the fuel supply means and burns the remaining fuel that is not used for power generation, and heats the inside of the fuel cell module;
Arranged to surround the solid oxide fuel cell, the cross-sectional heated material to store heat generated by the fuel cell module,
Demand power detection means for detecting demand power;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell module;
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
Comprising a heat storage amount estimating means for estimating the heat storage amount stored in the cross heat member based on the detected temperature detected by said temperature detecting means, by the heat storage amount estimating means, the amount of heat available to the cross-sectional heated material 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. 上記蓄熱量推定手段は、上記検出温度の履歴に基づいて、上記断熱材に蓄積されている蓄熱量を推定する請求項１記載の固体酸化物型燃料電池。 The heat storage amount estimating means, based on the history of the detected temperature, solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein for estimating the heat storage amount accumulated in the cross heat material. 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 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蓄熱量、需要電力の他に、所定の条件に基づいて燃料利用率を決定する請求項３記載の固体酸化物型燃料電池。   4. The solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein the control means determines the fuel utilization rate based on a predetermined condition in addition to the heat storage amount and demand power estimated by the heat storage amount estimation means. 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４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. 5. The solid oxide fuel cell according to 4. 上記蓄熱量推定手段は、上記検出温度の履歴の他に、直近の検出温度の変化を加味して蓄熱量を推定し、上記制御手段は、直近の検出温度の変化が大きい場合には、変化が少ない場合よりも、燃料利用率を大幅に変更する請求項４記載の固体酸化物型燃料電池。   The heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount in consideration of the latest detected temperature change in addition to the detected temperature history, and the control means changes when the latest detected temperature change is large. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the fuel utilization rate is significantly changed as compared with a case where the amount of fuel is small. 上記制御手段は、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を変更する請求項４記載の固体酸化物型燃料電池。   5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the control means changes the fuel utilization rate in a wider range in a region where the generated power is small than in a region where the generated power is large. 上記制御手段は、上記燃料電池モジュールが劣化した後は、上記燃料電池モジュールが劣化する前よりも、燃料利用率を高める変更を少なくする請求項４記載の固体酸化物型燃料電池。   5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein after the fuel cell module has deteriorated, the control means reduces changes to increase the fuel utilization rate before the fuel cell module deteriorates. 上記蓄熱量推定手段は、上記検出温度に基づいて決定された加減算値の積算値、及び新しく検出された検出温度と過去に検出された検出温度の差に基づく差分値に基づいて蓄熱量を推定する請求項４記載の固体酸化物型燃料電池。   The heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount based on an integrated value of addition / subtraction values determined based on the detected temperature and a difference value based on a difference between a newly detected detected temperature and a detected temperature detected in the past. The solid oxide fuel cell according to claim 4. 上記蓄熱量推定手段は、上記検出温度及び他の所定の条件に基づいて決定され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４記載の固体酸化物型燃料電池。   5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the heat storage amount estimation means estimates the heat storage amount by integrating the addition and subtraction values determined based on the detected temperature and other predetermined conditions. 上記蓄熱量推定手段は、上記検出温度及び発電電力に基づいて、上記加減算値を正の値とし、又は上記加減算値を負の値とするように構成されている請求項１０記載の固体酸化物型燃料電池。   11. The solid oxide according to claim 10, wherein the heat storage amount estimation unit is configured to set the addition / subtraction value to a positive value or the addition / subtraction value to a negative value based on the detected temperature and the generated power. Type fuel cell. 上記蓄熱量推定手段は、発電電力が大きいほど蓄熱量の推定値を急激に変化させる請求項１１記載の固体酸化物型燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to claim 11, wherein the heat storage amount estimation means changes the estimated value of the heat storage amount more rapidly as the generated power is larger.
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