JP6817729B2 - Fuel cell control device and control method and power generation system - Google Patents

Fuel cell control device and control method and power generation system Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池の制御装置及び制御方法並びに発電システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell control device, a control method, and a power generation system.

燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、燃料側の電極である燃料極と、空気（酸化剤ガス）側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。 A fuel cell is a power generation device that uses a power generation method based on an electrochemical reaction. It has a fuel electrode, which is an electrode on the fuel side, an air electrode, which is an electrode on the air (oxidant gas) side, and only ions between them. It is composed of an electrolyte through which it passes, and various types have been developed depending on the type of electrolyte.

このうち、例えば、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」と呼ぶ）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、水素、都市ガス、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどの炭素質原料をガス化設備により製造したガスを燃料として運転される燃料電池である。このＳＯＦＣは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約７００〜１０００℃程度と高く、高効率な高温型燃料電池として知られている。 Of these, for example, solid oxide fuel cells (Solid Oxide Fuel Cell: hereinafter referred to as "SOFC") use ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte, and hydrogen, city gas, natural gas, oil, methanol, and coal. It is a fuel cell that is operated by using gas produced from a carbonaceous raw material such as gasified gas by a gasification facility. This SOFC has a high operating temperature of about 700 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity, and is known as a highly efficient high-temperature fuel cell.

このようなＳＯＦＣを例えば、マイクロガスタービン（以下「ＭＧＴ」という。）等の内燃機関と組み合わせた複合発電システムが開発されている。このＭＧＴでは、圧縮機から吐出される圧縮空気をＳＯＦＣの空気極に供給するとともに、ＳＯＦＣから排出される高温の排燃料ガスをＭＧＴの燃焼器に供給して燃焼させ、燃焼器で発生した燃焼ガスを断熱膨張することでＭＧＴのタービンを回転駆動させて発電機を回転駆動させることで、発電効率の高い発電が可能とされている。 A combined cycle system has been developed in which such an SOFC is combined with an internal combustion engine such as a micro gas turbine (hereinafter referred to as "MGT"). In this MGT, the compressed air discharged from the compressor is supplied to the air electrode of the SOFC, and the high-temperature exhaust fuel gas discharged from the SOFC is supplied to the combustor of the MGT for combustion, and the combustion generated in the combustor is performed. By adiabatic expansion of the gas, the turbine of the MGT is rotationally driven and the generator is rotationally driven, so that power generation with high power generation efficiency is possible.

このようなＳＯＦＣの制御では、フィードバック制御やフィードフォワード制御が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献２には、ＳＯＦＣからＭＧＴの燃焼器に排燃料ガスを供給する排燃料ガス供給ラインと、排燃料ガス供給ラインから分岐してＳＯＦＣに排燃料ガスを流通させる再循環ラインと、排燃料ガス供給ラインの経路上に設けられる流量調整弁とを具備し、ＳＯＦＣとＭＧＴとの連携運転状態に応じて、流量調整弁の開度に対するゲインを調整することが開示されている。
また、特許文献３には、ＳＯＦＣの起動時に、可燃性燃料ガスを添加した酸化剤を発電室の空気極に供給し、添加した可燃性燃料ガスによる触媒燃焼によって発生する熱を利用して発電室を昇温することが開示されている。
また、特許文献４には、ＳＯＦＣの負荷上昇時において、定格電流値到達までの負荷上昇時の電流値毎に、燃料利用率及び発電セルの最低温度の閾値を設定し、各々の電流値に到達した際に、発電セルの温度が各々の電流値に対応する閾値に到達したか否かを判定し、温度が閾値に到達していない発電セルがあった場合に、負荷上昇を停止して一定時間保持し、これにより、発電セルの温度が全て閾値に到達した場合に負荷上昇を再開する燃料電池の運転方法が開示されている。 In such SOFC control, feedback control and feedforward control are used (see, for example, Patent Document 1).
Further, Patent Document 2 includes an exhaust fuel gas supply line for supplying exhaust fuel gas from the SOFC to the combustor of the MGT, a recirculation line for branching from the exhaust fuel gas supply line and circulating the exhaust fuel gas to the SOFC. It is disclosed that a flow rate adjusting valve provided on the path of the exhaust fuel gas supply line is provided, and the gain with respect to the opening degree of the flow rate adjusting valve is adjusted according to the cooperative operation state of the SOFC and the MGT.
Further, in Patent Document 3, when SOFC is started, an oxidant to which a flammable fuel gas is added is supplied to the air electrode of the power generation chamber, and heat generated by catalytic combustion by the added combustible fuel gas is used to generate power. It is disclosed that the temperature of the room is raised.
Further, in Patent Document 4, when the load of SOFC rises, the threshold values of the fuel utilization rate and the minimum temperature of the power generation cell are set for each current value when the load rises until the rated current value is reached, and the respective current values are set. When it reaches, it is determined whether or not the temperature of the power generation cell has reached the threshold value corresponding to each current value, and if there is a power generation cell whose temperature has not reached the threshold value, the load increase is stopped. A method of operating a fuel cell that holds for a certain period of time and thereby restarts the load increase when all the temperatures of the power generation cells reach the threshold value is disclosed.

特開２００３−２２３９１２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-223912 特開２０１５−５０１０６号公報JP 2015-50106 特許第５６０１９４５号公報Japanese Patent No. 5601945 特開２０１２−２１６３６９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-216369

ところで、ＳＯＦＣの発電室は熱容量が大きく、発電室の温度制御に関する操作量（例えば、ＳＯＦＣに供給する空気や燃料ガス等）を制御する際に応答遅れが発生する。このため、例えば、負荷上昇時において、各制御量（例えば、発電室の温度等）が規定値を超えるオーバーシュートが発生する可能性があり、ＳＯＦＣの一部の温度が上昇し過ぎると、ＳＯＦＣを損傷させるおそれがあった。
また、負荷上昇時におけるオーバーシュートを抑制するために、各操作量を緩やかに変化させたり、各操作を順次操作して各制御量が安定してから次の操作を実施させた場合には、制御量が目標値に到達するまでに相当な時間を要する。 By the way, the power generation chamber of the SOFC has a large heat capacity, and a response delay occurs when controlling the operation amount (for example, air or fuel gas supplied to the SOFC) related to the temperature control of the power generation chamber. Therefore, for example, when the load rises, overshoot may occur in which each control amount (for example, the temperature of the power generation chamber) exceeds a specified value, and if the temperature of a part of the SOFC rises too much, the SOFC There was a risk of damaging.
In addition, in order to suppress overshoot when the load increases, if each operation amount is gradually changed, or if each operation is sequentially operated and each control amount is stabilized, then the next operation is performed. It takes a considerable amount of time for the controlled variable to reach the target value.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、負荷上昇時において、制御量のオーバーシュートを抑制しながら目標到達までの時間を短縮することのできる燃料電池の制御装置及び制御方法並びに発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a fuel cell control device and control capable of shortening the time to reach a target while suppressing overshoot of a controlled amount when a load is increased. The purpose is to provide a method as well as a power generation system.

本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御装置であって、目標負荷を設定する目標負荷設定部と、所定の電流変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する出力電流指令設定部と、前記出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定部と、発電室温度が予め設定された第１温度閾値に到達した場合に、前記空気極への可燃性ガスの供給を開始し、前記発電室温度が前記第１温度閾値よりも大きく発電室目標温度以下に設定された供給停止温度に到達したときに前記空気極への前記可燃性ガスの供給を停止する可燃性ガス流量制御部とを備え、前記供給停止温度は、前記所定の電流変化率、前記目標負荷に対応する出力電流指令、及び前記出力電流指令の変化幅の少なくともいずれか一つに応じて設定される燃料電池の制御装置を提供する。 The present invention is a fuel cell control device including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged, and a target load setting unit for setting a target load and a target load setting unit. An output current command setting unit that sets an output current command of the fuel cell from the target load using a predetermined current change rate, and a plurality of output current command setting units for changing the load of the fuel cell using the output current command. A control command setting unit that sets a control command to the control system, and when the temperature of the power generation chamber reaches a preset first temperature threshold, the supply of flammable gas to the air electrode is started, and the power generation chamber is started. It is provided with a flammable gas flow rate control unit that stops the supply of the flammable gas to the air electrode when the temperature reaches the supply stop temperature set to be larger than the first temperature threshold and equal to or lower than the target temperature of the power generation room. The fuel cell control device is set by the supply stop temperature according to at least one of the predetermined current change rate, the output current command corresponding to the target load, and the change width of the output current command. provide.

本発明によれば、発電室温度が予め設定された第１温度閾値に到達した場合に、空気極への可燃性ガスの供給を開始し、発電室温度が第１温度閾値よりも大きく発電室目標温度以下に設定された供給停止温度に到達したときに空気極への可燃性ガスの供給が停止される。このように、発電室温度が発電室目標温度に到達する前に空気極への可燃性ガスの供給を停止するので、可燃性ガスの供給を停止した以降は、発電による発熱のみにより発電室温度を上昇させることとなる。これにより、発電室温度を第１温度閾値まで速やかに上昇させ、その後は発電室目標温度まで緩やかに上昇させることができ、オーバーシュートを抑制することが可能となり、オーバーシュートによる発電室の再冷却を抑制することができる。
また、供給停止温度は、出力電流指令を設定する際に使用される所定の電流変化率、目標負荷に対応する出力電流指令、及び出力電流指令の変化幅の少なくともいずれか一つに応じて設定されるので、負荷上昇の様子に応じて適切な温度に供給停止温度を設定することが可能となる。ここで、電流変化率とは時間当たりの電流変化量の勾配を示し、変化幅は出力電流指令での電流値の上昇幅を示す。 According to the present invention, when the temperature of the power generation chamber reaches a preset first temperature threshold, the supply of flammable gas to the air electrode is started, and the temperature of the power generation chamber is larger than the first temperature threshold of the power generation chamber. When the supply stop temperature set below the target temperature is reached, the supply of flammable gas to the air electrode is stopped. In this way, the supply of flammable gas to the air electrode is stopped before the temperature of the power generation room reaches the target temperature of the power generation room. Therefore, after the supply of flammable gas is stopped, the temperature of the power generation room is generated only by the heat generated by the power generation. Will be raised. As a result, the temperature of the power generation room can be quickly raised to the first temperature threshold value, and then gradually raised to the target temperature of the power generation room, and overshoot can be suppressed, and the power generation room can be recooled by overshoot. Can be suppressed.
Further, the supply stop temperature is set according to at least one of a predetermined current change rate used when setting the output current command, an output current command corresponding to the target load, and a change width of the output current command. Therefore, it is possible to set the supply stop temperature to an appropriate temperature according to the state of load increase. Here, the current change rate indicates the gradient of the amount of current change per hour, and the change width indicates the increase width of the current value in the output current command.

本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御装置であって、目標負荷を設定する目標負荷設定部と、所定の第１電流変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する出力電流指令設定部と、前記出力電流指令設定部によって設定された出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定部とを備え、前記出力電流指令設定部は、前記出力電流指令が前記目標負荷に対応する目標出力電流以下に設定された電流閾値に到達した場合、または、発電室温度が発電室目標温度以下に設定された所定の温度閾値に到達した場合に、前記第１電流変化率よりも小さな値に設定された第２電流変化率を用いて前記出力電流指令を設定し、前記電流閾値または前記温度閾値は、前記第１電流変化率に応じて設定される燃料電池の制御装置を提供する。 The present invention is a fuel cell control device including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged, and a target load setting unit for setting a target load and a target load setting unit. Using the output current command setting unit that sets the output current command of the fuel cell from the target load using a predetermined first current change rate, and the output current command set by the output current command setting unit, the said The output current command setting unit includes a control command setting unit that sets control commands to a plurality of control systems for changing the load of the fuel cell, and the output current command setting unit has a target output current in which the output current command corresponds to the target load. When the current threshold set below is reached, or when the power generation chamber temperature reaches a predetermined temperature threshold set below the target temperature of the power generation chamber, the value is set to a value smaller than the first current change rate. The output current command is set by using the second current change rate, and the current threshold or the temperature threshold provides a control device for a fuel cell in which the current threshold or the temperature threshold is set according to the first current change rate.

本発明によれば、出力電流指令が目標負荷に対応する目標出力電流以下に設定された電流閾値に到達した場合、または、発電室温度が発電室目標温度以下に設定された所定の温度閾値に到達した場合に、第１電流変化率よりも小さな値に設定された第２電流変化率を用いて出力電流指令を設定するので、電流閾値もしくは温度閾値まで速やかに上昇させ、その後は目標出力電流に向けて目標出力電流を緩やかに設定することができる。これにより、第１電流変化率で出力電流指令を設定していた場合に生じていた追従遅れを低減させることができ、目標出力電流に向けて各制御量を徐々に上昇させることが可能となる。これにより、発電室温度のオーバーシュートを抑制することが可能となり、オーバーシュートによる発電室の再冷却を抑制することができる。さらに、電流閾値または温度閾値は、第１電流変化率に応じて設定されるので、負荷上昇の様子に応じて適切な温度にこれらの閾値を設定することが可能となる。 According to the present invention, when the output current command reaches the current threshold set below the target output current corresponding to the target load, or when the power generation chamber temperature reaches a predetermined temperature threshold set below the target power generation chamber temperature. When it reaches, the output current command is set using the second current change rate set to a value smaller than the first current change rate, so the output current command is quickly raised to the current threshold or temperature threshold, and then the target output current. The target output current can be set gently toward. As a result, it is possible to reduce the tracking delay that occurs when the output current command is set at the first current change rate, and it is possible to gradually increase each control amount toward the target output current. .. As a result, it is possible to suppress overshoot of the temperature of the power generation chamber, and it is possible to suppress recooling of the power generation chamber due to overshoot. Further, since the current threshold value or the temperature threshold value is set according to the first current change rate, it is possible to set these threshold values at an appropriate temperature according to the state of load increase.

上記燃料電池の制御装置において、前記出力電流指令設定部は、前記出力電流指令が前記電流閾値に達してから所定時間経過した場合、または、前記発電室温度が前記温度閾値に達してから所定時間経過した場合に、前記第２電流変化率よりも大きく設定された第３電流変化率を用いて前記出力電流指令を設定することとしてもよい。
また、上記燃料電池の制御装置において、前記第２電流変化率はゼロに設定されていてもよい。 In the fuel cell control device, the output current command setting unit is used when a predetermined time has elapsed after the output current command reaches the current threshold value, or when a predetermined time has passed since the power generation chamber temperature reaches the temperature threshold value. When the lapse has passed, the output current command may be set using the third current change rate set to be larger than the second current change rate.
Further, in the fuel cell control device, the second current change rate may be set to zero.

これにより、出力電流指令が目標負荷に対応する目標出力電流以下に設定された電流閾値に到達した場合、または、発電室温度が発電室目標温度以下に設定された所定の温度閾値に到達した場合には、第２電流変化率を用いて負荷上昇を停止または減速させるので、この間において、各制御系の制御量の応答を出力電流指令に追いつかせることができる。そして、第２電流変化率を用いて出力電流指令を設定し始めてから所定期間経過後には、第２電流変化率よりも大きく設定された第３電流変化率を用いて出力電流指令を設定するので、目標出力電流に向けて緩やかに出力電流指令を増加させることが可能となる。これにより、オーバーシュートを抑制することが可能となる。 As a result, when the output current command reaches the current threshold set below the target output current corresponding to the target load, or when the power generation chamber temperature reaches the predetermined temperature threshold set below the target power generation chamber temperature. In the meantime, since the load increase is stopped or decelerated by using the second current change rate, the response of the control amount of each control system can catch up with the output current command during this period. Then, after a predetermined period of time has elapsed from the start of setting the output current command using the second current change rate, the output current command is set using the third current change rate set larger than the second current change rate. , It is possible to gradually increase the output current command toward the target output current. This makes it possible to suppress overshoot.

上記燃料電池の制御装置において、前記目標負荷設定部は、前記燃料電池の周囲の外気温度から前記燃料電池の目標負荷を設定することとしてもよい。 In the fuel cell control device, the target load setting unit may set the target load of the fuel cell from the outside air temperature around the fuel cell.

これにより、外気温度に起因するＭＧＴの圧縮機から供給される空気量が変化する等の発電室温度の変化を抑制することができ、安定した温度制御を行うことが可能となる。 As a result, changes in the temperature of the power generation chamber such as changes in the amount of air supplied from the MGT compressor due to the outside air temperature can be suppressed, and stable temperature control can be performed.

上記燃料電池の制御装置は、前記発電室温度が予め設定された第１温度閾値に到達した場合に、前記空気極への可燃性ガスの供給を開始し、前記発電室温度が前記第１温度閾値よりも大きく発電室目標温度以下に設定された供給停止温度に到達したときに前記空気極への前記可燃性ガスの供給を停止する可燃性ガス流量制御部をさらに備え、前記供給停止温度は、前記所定の電流変化率、前記目標負荷に対応する出力電流指令、及び前記出力電流指令の変化幅の少なくともいずれか一つに応じて設定されていてもよい。 When the power generation chamber temperature reaches a preset first temperature threshold, the fuel cell control device starts supplying flammable gas to the air electrode, and the power generation chamber temperature becomes the first temperature. A flammable gas flow control unit that stops the supply of the flammable gas to the air electrode when the supply stop temperature set above the threshold value and below the target temperature of the power generation room is reached is further provided, and the supply stop temperature is set. , The predetermined current change rate, the output current command corresponding to the target load, and the change width of the output current command may be set according to at least one of them.

上記燃料電池の制御装置において、前記供給停止温度は、前記所定の電流変化率、前記目標負荷に対応する出力電流指令、または前記出力電流指令の変化幅が大きいほど、低い値に設定されていてもよい。 In the fuel cell control device, the supply stop temperature is set to a lower value as the change width of the predetermined current change rate, the output current command corresponding to the target load, or the output current command is larger. May be good.

上記構成によれば、発電室温度がオーバーシュートしやすい状況にあるほど、供給停止温度を低い値に設定することができる。これにより、発電室温度のオーバーシュートをより確実に抑制することができる。 According to the above configuration, the supply stop temperature can be set to a lower value as the temperature of the power generation chamber is more likely to overshoot. As a result, overshoot of the temperature of the power generation chamber can be suppressed more reliably.

上記燃料電池の制御装置において、前記複数の制御系は、燃料極への燃料ガス供給流量、燃料電池空気極入口温度、マイクロガスタービン出力、前記燃料極と前記空気極との差圧、再循環ブロワ回転数、及び純水流量のうち２つ以上を含んでいてもよい。 In the fuel cell control device, the plurality of control systems include fuel gas supply flow rate to the fuel electrode, fuel cell air electrode inlet temperature, micro gas turbine output, differential pressure between the fuel electrode and the air electrode, and recirculation. Two or more of the blower rotation speed and the pure water flow rate may be included.

上記燃料電池の制御装置において、前記燃料電池は、例えば、固体酸化物形燃料電池である。 In the fuel cell control device, the fuel cell is, for example, a solid oxide fuel cell.

本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池と、上記いずれかに記載の燃料電池の制御装置を備える発電システムを提供する。 The present invention provides a fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged, and a power generation system including the fuel cell control device according to any one of the above. provide.

上記発電システムは、前記発電室の中央領域に設けられた複数の温度計測部を備え、前記温度計測部によって計測された複数の計測温度のうちの最高温度が前記発電室温度として用いられることとしてもよい。 The power generation system includes a plurality of temperature measuring units provided in the central region of the power generation chamber, and the maximum temperature among the plurality of measured temperatures measured by the temperature measuring unit is used as the power generation chamber temperature. May be good.

このように、発電室のうち最も温度が高くなる中央領域に設けられた複数の温度計測部によって温度を計測することにより、発電室内の詳細な温度情報を把握することができる。そして、計測温度のうちの最高温度を発電室温度として用いることにより、発電室内の一部が上限温度を越えないようにして、発電室温度を安全サイドから制御することができ、発電室温度が上限値を超えることによる機器の損傷等を抑制することが可能となる。 In this way, detailed temperature information in the power generation chamber can be grasped by measuring the temperature by a plurality of temperature measuring units provided in the central region where the temperature is highest in the power generation chamber. Then, by using the highest temperature among the measured temperatures as the power generation room temperature, it is possible to control the power generation room temperature from the safety side by preventing a part of the power generation room from exceeding the upper limit temperature, and the power generation room temperature can be adjusted. It is possible to suppress damage to the equipment due to exceeding the upper limit.

本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の発電セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御方法であって、前記発電室内に設けられた所定の測定点の温度を計測する温度計測工程と、目標負荷を設定する目標負荷設定工程と、所定の変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する電流指令設定工程と、前記出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定工程と、前記温度計測工程で計測された計測温度から特定される発電室温度が予め設定された第１温度閾値に到達した場合に、前記空気極に可燃性ガスを供給する供給開始工程と、前記発電室温度が前記第１温度閾値よりも大きく発電室目標温度以下に設定された供給停止温度に到達したときに前記空気極への前記可燃性ガスの供給を停止する供給停止工程とを備え、前記供給停止温度は、前記所定の電流変化率、前記目標負荷に対応する出力電流指令、及び前記出力電流指令の変化幅の少なくともいずれか一つに応じて設定される燃料電池の制御方法を提供する。 The present invention is a method for controlling a fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of power generation cells including a fuel pole, a solid electrolyte, and an air pole are arranged, and a predetermined measurement point provided in the power generation chamber. A temperature measurement process for measuring temperature, a target load setting process for setting a target load, a current command setting process for setting an output current command for the fuel cell from the target load using a predetermined rate of change, and the output. A control command setting process for setting control commands to a plurality of control systems for changing the load of the fuel cell using a current command, and a power generation room temperature specified from the measured temperatures measured in the temperature measurement process. Is set to a supply start step of supplying a flammable gas to the air electrode when the first temperature threshold is reached, and the power generation chamber temperature is larger than the first temperature threshold and equal to or lower than the power generation chamber target temperature. The supply stop step includes a supply stop step of stopping the supply of the flammable gas to the air electrode when the supplied stop temperature is reached, and the supply stop temperature corresponds to the predetermined current change rate and the target load. Provided is a fuel cell control method set according to at least one of an output current command and a change width of the output current command.

本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の発電セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御方法であって、前記発電室内に設けられた所定の測定点の温度を計測する温度計測工程と、目標負荷を設定する目標負荷設定工程と、所定の第１電流変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する出力電流指令設定工程と、前記出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定工程とを備え、前記出力電流指令設定工程は、前記出力電流指令が前記目標負荷に対応する目標出力電流以下に設定された電流閾値に到達した場合、または、発電室温度が発電室目標温度以下に設定された所定の温度閾値に到達した場合に、前記第１電流変化率よりも小さな値に設定された第２電流変化率を用いて前記出力電流指令を設定し、前記電流閾値または前記温度閾値は、前記第１電流変化率に応じて設定される燃料電池の制御方法を提供する。 The present invention is a method for controlling a fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of power generation cells including a fuel pole, a solid electrolyte, and an air pole are arranged, and a predetermined measurement point provided in the power generation chamber. A temperature measurement process for measuring the temperature, a target load setting process for setting the target load, and an output current command setting process for setting the output current command of the fuel cell from the target load using a predetermined first current change rate. And a control command setting step of setting a control command to a plurality of control systems for changing the load of the fuel cell by using the output current command, the output current command setting step includes the output current. When the command reaches a current threshold set below the target output current corresponding to the target load, or when the power generation chamber temperature reaches a predetermined temperature threshold set below the target power generation chamber temperature, the first The output current command is set using the second current change rate set to a value smaller than the first current change rate, and the current threshold or the temperature threshold is set according to the first current change rate. A method for controlling a battery is provided.

本発明によれば、燃料電池の負荷上昇時において、制御量のオーバーシュートを抑制しながら目標到達までの時間を短縮することができるという効果を奏する。 According to the present invention, when the load of the fuel cell increases, it is possible to shorten the time required to reach the target while suppressing the overshoot of the controlled amount.

本発明の一実施形態に係る発電システムの概略構成を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the schematic structure of the power generation system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣのセルスタックの一態様を示した図である。It is a figure which showed one aspect of the cell stack of SOFC which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示した図である。It is a figure which showed one aspect of the SOFC module which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジの一態様の断面図である。It is sectional drawing of one aspect of the SOFC cartridge which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る制御装置が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。It is a functional block diagram which expanded and showed the function provided with the control device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣ制御装置の第２昇温モード及び負荷上昇モード時における機能を展開して示した機能ブロック図である。It is a functional block diagram which expanded and showed the function in the 2nd temperature rise mode and the load rise mode of the SOFC control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図６に示した負荷上昇制御部の概略構成を示した図である。It is a figure which showed the schematic structure of the load increase control part shown in FIG. 目標負荷情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the target load information. 電流閾値について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the current threshold. 燃料ガス流量情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the fuel gas flow rate information. 入口空気温度情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the inlet air temperature information. ＭＧＴ出力情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of MGT output information. 差圧情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the differential pressure information. 回転数情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the rotation speed information. 純水流量情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of pure water flow rate information. 本発明の一実施形態に係る負荷上昇制御部によって実行される制御の手順を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed the control procedure which is executed by the load rise control part which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る負荷上昇制御部によって実行される制御および効果について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control and effect executed by the load increase control part which concerns on one Embodiment of this invention. 図６に示した温度上昇制御部の概略構成を示した図である。It is a figure which showed the schematic structure of the temperature rise control part shown in FIG. 第２燃料ガス情報の一例を示した図である。It is a figure which showed an example of the 2nd fuel gas information. 供給停止温度の設定手順の一例を示したフローチャートである。It is a flowchart which showed an example of the setting procedure of the supply stop temperature. 本発明の一実施形態に係る温度上昇制御部によって実行される制御及び効果について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control and effect executed by the temperature rise control part which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に、本発明に係る燃料電池の制御装置及び制御方法並びに発電システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell control device and a control method and a power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔発電システムの構成〕
まず、本発明の一実施形態に係る発電システムの概略構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る発電システム１０の概略構成を示した概略構成図である。図１に示すように、発電システム１０は、マイクロガスタービン（以下「ＭＧＴ」という。）１１、発電機１２、及びＳＯＦＣ１３を備えている。この発電システム１０は、ＭＧＴ１１による発電と、ＳＯＦＣ１３による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成されている。 [Power generation system configuration]
First, a schematic configuration of a power generation system according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a power generation system 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power generation system 10 includes a micro gas turbine (hereinafter referred to as “MGT”) 11, a generator 12, and SOFC 13. The power generation system 10 is configured to obtain high power generation efficiency by combining power generation by the MGT 11 and power generation by the SOFC 13.

ＭＧＴ１１は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を有しており、圧縮機２１とタービン２３とは回転軸２４により一体回転可能に連結されている。後述するタービン２３が回転することで圧縮機２１が回転駆動する。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気Ａを圧縮する。
燃焼器２２には、第１空気供給ライン２６を介して圧縮機２１からの圧縮空気（以下、単に「空気」という。）Ａ１が供給されるとともに、第１燃料ガス供給ライン２７を介して燃料ガスＬ１が供給される。第１空気供給ライン２６には、燃焼器２２へ供給する空気量を調整するための制御弁６５が設けられ、第１燃料ガス供給ライン２７には、燃焼器２２へ供給する燃料ガス流量を調整するための制御弁７０が設けられている。更に、燃焼器２２には、後述するＳＯＦＣ１３の燃料ガス再循環ライン４９を循環する排燃料ガスＬ３の一部が排燃料ガス供給ライン４５を通じて供給される。排燃料ガス供給ライン４５には、燃焼器２２に供給する排燃料ガス量を調整するための制御弁４７が設けられている。更に、燃焼器２２には、後述する排空気供給ライン３６を通じてＳＯＦＣ１３の空気極１３Ｂで用いられた排空気Ａ２の一部が供給される。 The MGT 11 has a compressor 21, a combustor 22, and a turbine 23, and the compressor 21 and the turbine 23 are integrally rotatably connected by a rotating shaft 24. The compressor 21 is rotationally driven by the rotation of the turbine 23, which will be described later. The compressor 21 compresses the air A taken in from the air take-in line 25.
Compressed air (hereinafter, simply referred to as “air”) A1 from the compressor 21 is supplied to the combustor 22 via the first air supply line 26, and fuel is supplied via the first fuel gas supply line 27. Gas L1 is supplied. The first air supply line 26 is provided with a control valve 65 for adjusting the amount of air supplied to the combustor 22, and the first fuel gas supply line 27 adjusts the flow rate of fuel gas supplied to the combustor 22. A control valve 70 is provided for this purpose. Further, a part of the exhaust fuel gas L3 circulating in the fuel gas recirculation line 49 of the SOFC 13 described later is supplied to the combustor 22 through the exhaust fuel gas supply line 45. The exhaust fuel gas supply line 45 is provided with a control valve 47 for adjusting the amount of exhaust fuel gas supplied to the combustor 22. Further, a part of the exhaust air A2 used in the air electrode 13B of the SOFC 13 is supplied to the combustor 22 through the exhaust air supply line 36 described later.

燃焼器２２は、燃料ガスＬ１、空気Ａの一部、排燃料ガスＬ３、及び排空気Ａ２を混合して燃焼させ、燃焼ガスＧを生成する。燃焼ガスＧは燃焼ガス供給ライン２８を通じてタービン２３に供給される。タービン２３は、燃焼ガスＧが断熱膨張することにより回転し、排ガスが燃焼排ガスライン５５から排出される。発電機１２は、タービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転駆動することで発電する。 The combustor 22 mixes and burns the fuel gas L1, a part of the air A, the exhaust fuel gas L3, and the exhaust air A2 to generate the combustion gas G. The combustion gas G is supplied to the turbine 23 through the combustion gas supply line 28. The turbine 23 rotates due to the adiabatic expansion of the combustion gas G, and the exhaust gas is discharged from the combustion exhaust gas line 55. The generator 12 is provided coaxially with the turbine 23, and generates electricity by rotationally driving the turbine 23.

燃焼器２２に供給する燃料ガスＬ１及び後述する燃料ガスＬ２は可燃性ガスであり、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、都市ガス、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）等の炭化水素ガス、及び炭素質原料（石油や石炭等）のガス化設備により製造されたガス等が用いられる。 Fuel gas L2 to the fuel gas L1 and later supplied to the combustor 22 is a combustible gas, for example, liquefied natural gas (LNG), city gas, hydrogen (H 2) and carbon monoxide (CO), methane (CH Hydrocarbon gas such as 4 ) and gas produced by gasification equipment for carbonaceous raw materials (oil, coal, etc.) are used.

ＳＯＦＣ１３は、還元剤としての加熱した燃料ガスＬ２と、酸化剤ガスとしての加熱した空気（酸化剤ガス）とが供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行う。このＳＯＦＣ１３は、圧力容器内に燃料極１３Ａと空気極１３Ｂと固体電解質とが収容されて構成される。なお、ＳＯＦＣ１３の詳細な構成については後述する。
ＳＯＦＣ１３は、空気極１３Ｂに酸化剤ガスが供給され、燃料極１３Ａに燃料ガスが供給されることで発電する。酸化剤ガスは、例えば、酸素を略１５％から３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。本実施形態では、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化剤ガスとして、圧縮機２１によって圧縮された空気Ａの少なくとも一部を採用する場合を例示して説明する。 The SOFC 13 is supplied with the heated fuel gas L2 as a reducing agent and the heated air (oxidizing agent gas) as an oxidizing agent gas, and reacts at a predetermined operating temperature to generate power. The SOFC 13 is configured by accommodating a fuel electrode 13A, an air electrode 13B, and a solid electrolyte in a pressure vessel. The detailed configuration of SOFC 13 will be described later.
The SOFC 13 generates electricity by supplying an oxidant gas to the air electrode 13B and supplying the fuel gas to the fuel electrode 13A. The oxidant gas is, for example, a gas containing approximately 15% to 30% of oxygen, and air is typically preferable. However, in addition to air, a mixed gas of combustion exhaust gas and air or a mixed gas of oxygen and air is used. Etc. can be used. In the present embodiment, a case where at least a part of air A compressed by the compressor 21 is adopted as the oxidant gas supplied to the SOFC 13 will be illustrated and described.

ＳＯＦＣ１３には、第１空気供給ライン２６から分岐した第２空気供給ライン３１を通じて酸化剤ガスとして空気Ａ１が空気極１３Ｂの導入部である空気供給部に供給される。この第２空気供給ライン３１には、供給する空気Ａ１の流量を調整するための制御弁６４が設けられている。また、第１空気供給ライン２６において、第２空気供給ライン３１の分岐点よりも空気Ａ１の上流側（換言すると、圧縮機２１側）には、熱交換器５８が設けられている。熱交換器５８において、空気Ａは、燃焼排ガスライン５５から排出される排ガスとの間で熱交換されて昇温される。更に、第２空気供給ライン３１には、熱交換器５８をバイパスするバイパスライン６２が設けられている。バイパスライン６２には、制御弁６６が設けられ、空気Ａのバイパス流量が調整可能とされている。制御弁６４、６６の開度が後述する制御装置６０によって制御されることで、熱交換器５８を通過する空気Ａと熱交換器５８をバイパスする空気Ａとの流量割合が調整され、空気Ａの一部である第２空気供給ライン３１を通じてＳＯＦＣ１３に供給される空気Ａ１の温度が調整される。
ＳＯＦＣ１３に供給される空気Ａ１の温度は、ＳＯＦＣ１３を構成するＳＯＦＣカートリッジ２０３に空気Ａ１を導入する空気供給部や空気供給枝管をはじめＳＯＦＣカートリッジ２０３の構成材料に損傷を与えないよう温度の上限が制限されている。 Air A1 is supplied to the SOFC 13 as an oxidant gas through the second air supply line 31 branched from the first air supply line 26 to the air supply section which is the introduction section of the air electrode 13B. The second air supply line 31 is provided with a control valve 64 for adjusting the flow rate of the supplied air A1. Further, in the first air supply line 26, a heat exchanger 58 is provided on the upstream side (in other words, the compressor 21 side) of the air A1 from the branch point of the second air supply line 31. In the heat exchanger 58, the air A is heat-exchanged with the exhaust gas discharged from the combustion exhaust gas line 55 to raise the temperature. Further, the second air supply line 31 is provided with a bypass line 62 that bypasses the heat exchanger 58. The bypass line 62 is provided with a control valve 66 so that the bypass flow rate of the air A can be adjusted. By controlling the opening degree of the control valves 64 and 66 by the control device 60 described later, the flow rate ratio between the air A passing through the heat exchanger 58 and the air A bypassing the heat exchanger 58 is adjusted, and the air A is adjusted. The temperature of the air A1 supplied to the SOFC 13 is adjusted through the second air supply line 31 which is a part of the above.
The temperature of the air A1 supplied to the SOFC 13 has an upper limit of the temperature so as not to damage the constituent materials of the SOFC cartridge 203, including the air supply unit for introducing the air A1 into the SOFC cartridge 203 constituting the SOFC 13 and the air supply branch pipe. It is restricted.

更に、第２空気供給ライン３１には、可燃性ガスとして燃料ガスＬ２を供給する空気極燃料供給ライン８０が接続されている。空気極燃料供給ライン８０には、第２空気供給ライン３１へ供給する燃料ガス量を調整するための制御弁８２が設けられている。制御弁８２の弁開度が後述する制御装置６０によって制御されることにより、空気Ａ１に添加される燃料ガスＬ２の供給量が調整される。空気Ａ１に添加される燃料ガスＬ２の量は、可燃限界濃度以下で供給され、より好ましくは３体積％以下で供給される。 Further, an air electrode fuel supply line 80 for supplying the fuel gas L2 as a flammable gas is connected to the second air supply line 31. The air electrode fuel supply line 80 is provided with a control valve 82 for adjusting the amount of fuel gas supplied to the second air supply line 31. By controlling the valve opening degree of the control valve 82 by the control device 60 described later, the supply amount of the fuel gas L2 added to the air A1 is adjusted. The amount of the fuel gas L2 added to the air A1 is supplied at a flammable limit concentration or less, and more preferably at 3% by volume or less.

ＳＯＦＣ１３には、空気極１３Ｂで用いられた排空気Ａ２を排出する排空気排出ライン３４が接続されている。この排空気排出ライン３４には、燃焼器２２に排空気Ａ２を供給するための排空気供給ライン３６が接続されている。排空気供給ライン３６には、ＳＯＦＣ１３とタスタービン１１との間の系統を切り離すための遮断弁３８が設けられている。
また、排空気排出ライン３４には、外部へ排出する排空気量を調整するための制御弁（もしくは遮断弁）３７が設けられている。 An exhaust air discharge line 34 for discharging the exhaust air A2 used in the air electrode 13B is connected to the SOFC 13. An exhaust air supply line 36 for supplying exhaust air A2 to the combustor 22 is connected to the exhaust air discharge line 34. The exhaust air supply line 36 is provided with a shutoff valve 38 for disconnecting the system between the SOFC 13 and the task turbine 11.
Further, the exhaust air discharge line 34 is provided with a control valve (or shutoff valve) 37 for adjusting the amount of exhaust air discharged to the outside.

ＳＯＦＣ１３には、更に、燃料ガスＬ２を燃料極１３Ａの導入部である燃料ガス供給部２０７（図３参照）に供給する第２燃料ガス供給ライン４１と、燃料極１３Ａで反応に用いられた後の排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ガスライン４３とが接続されている。第２燃料ガス供給ライン４１には、燃料極１３Ａに供給する燃料ガスＬ２の流量を調整するための制御弁４２が設けられ、排燃料ガスライン４３には外部に排出する排燃料ガス量を調整するための制御弁（もしくは遮断弁）４６が設けられている。排燃料ガスライン４３の制御弁（もしくは遮断弁）４６と、排空気排出ライン３４の制御弁（もしくは遮断弁）３７とにより過剰になった圧力を素早く調整することができる。また、ＳＯＦＣ１３の燃料極１３Ａと空気極１３Ｂの燃料空気差圧は、燃料極１３Ａ側が所定の圧力範囲で高くなるように制御弁４７により制御する。また、排燃料ガスライン４３には、排燃料ガスＬ３をＳＯＦＣ１３の燃料極１３Ａの入口へと再循環させるための燃料ガス再循環ライン４９が接続されている。燃料ガス再循環ライン４９には、排燃料ガスＬ３を再循環させるための再循環ブロワ５０が設けられている。 The SOFC 13 is further subjected to a second fuel gas supply line 41 for supplying the fuel gas L2 to the fuel gas supply unit 207 (see FIG. 3) which is an introduction unit of the fuel electrode 13A, and after being used for the reaction at the fuel electrode 13A. It is connected to the exhaust fuel gas line 43 that discharges the exhaust fuel gas L3. The second fuel gas supply line 41 is provided with a control valve 42 for adjusting the flow rate of the fuel gas L2 supplied to the fuel electrode 13A, and the exhaust fuel gas line 43 adjusts the amount of exhaust fuel gas discharged to the outside. A control valve (or shutoff valve) 46 is provided for this purpose. The excess pressure can be quickly adjusted by the control valve (or shutoff valve) 46 of the exhaust fuel gas line 43 and the control valve (or shutoff valve) 37 of the exhaust air discharge line 34. Further, the fuel air differential pressure between the fuel electrode 13A and the air electrode 13B of the SOFC 13 is controlled by the control valve 47 so that the fuel electrode 13A side becomes higher in a predetermined pressure range. Further, a fuel gas recirculation line 49 for recirculating the exhaust fuel gas L3 to the inlet of the fuel electrode 13A of the SOFC 13 is connected to the exhaust fuel gas line 43. The fuel gas recirculation line 49 is provided with a recirculation blower 50 for recirculating the exhaust fuel gas L3.

更に、燃料ガス再循環ライン４９には、燃料極１３Ａに燃料ガスＬ２を改質するための純水を供給する純水供給ライン４４が設けられている。純水供給ライン４４にはポンプ４８が設けられている。ポンプ４８の吐出流量が制御装置６０によって制御されることにより、燃料極１３Ａに供給される純水量が調整される。 Further, the fuel gas recirculation line 49 is provided with a pure water supply line 44 for supplying pure water for reforming the fuel gas L2 to the fuel electrode 13A. A pump 48 is provided on the pure water supply line 44. The amount of pure water supplied to the fuel electrode 13A is adjusted by controlling the discharge flow rate of the pump 48 by the control device 60.

〔ＳＯＦＣの構成〕
次に、図２から図４を参照してＳＯＦＣ１３の構成について説明する。
まず、本実施形態に係るＳＯＦＣ複合発電システム（燃料電池複合発電システム）のＳＯＦＣに用いる円筒形セルスタックについて図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るセルスタック１０１の一態様を示した図である。セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを備える。燃料電池セル１０５は、燃料極１３Ａと固体電解質１１１と空気極１３Ｂとが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の長手軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１３Ｂに、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル１０５の燃料極１０９に電気的に接続されたリード膜（不図示）を備える。 [SOFC configuration]
Next, the configuration of the SOFC 13 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
First, a cylindrical cell stack used for SOFC of the SOFC combined cycle power generation system (fuel cell combined cycle power generation system) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing one aspect of the cell stack 101 according to the present embodiment. The cell stack 101 includes a cylindrical base tube 103, a plurality of fuel cell 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103, and an interconnector 107 formed between adjacent fuel cell 105. The fuel cell 105 is formed by laminating a fuel electrode 13A, a solid electrolyte 111, and an air electrode 13B. Further, the cell stack 101 is an air electrode 13B of the fuel cell 105 formed at one end of the plurality of fuel cell 105 formed on the outer peripheral surface of the base pipe 103 in the longitudinal axis direction of the base pipe 103. A lead film 115 electrically connected to the fuel cell 105 via an interconnector 107, and electrically connected to a fuel electrode 109 of a fuel cell 105 formed at the other end of the end (not shown). To be equipped.

基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４などを主成分とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１３Ａに拡散させる。 Substrate tube 103 is made of a porous material, for example, CaO-stabilized ZrO 2 (CSZ), a mixture of CSZ and nickel oxide (NiO) (CSZ + NiO) , or Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 (YSZ), or The main component is MgAl 2 O 4 and the like. The base tube 103 supports the fuel cell 105, the interconnector 107, and the lead film 115, and the fuel gas supplied to the inner peripheral surface of the base tube 103 is supplied to the inner peripheral surface of the base tube 103 through the pores of the base tube 103. It is diffused into the fuel electrode 13A formed on the outer peripheral surface of the.

燃料極１３Ａは、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。燃料極１０９の厚さは５０〜２５０μｍである。この場合、燃料極１３Ａは、燃料極１３Ａの成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を備える。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する。また、燃料極１３Ａは、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。ＳＯＦＣ１３の燃料極１３Ａに供給し利用できる燃料ガスＬ２は、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどの炭素質原料をガス化設備により製造したガスなどを燃料として運転される。本実施形態での燃料ガスＬ２は例えば都市ガスを使用し、メタンを主成分とする燃料ガスを用いている。 The fuel electrode 13A is composed of an oxide of a composite material of Ni and a zirconia-based electrolyte material, and for example, Ni / YSZ is used. The thickness of the fuel electrode 109 is 50 to 250 μm. In this case, in the fuel electrode 13A, Ni, which is a component of the fuel electrode 13A, has a catalytic action on the fuel gas. This catalytic action reacts a fuel gas supplied via the substrate tube 103, for example, a mixed gas of methane (CH 4 ) and water vapor, and reforms it into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). .. Further, the fuel electrode 13A is an interface between hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) obtained by reforming and oxygen ions (O 2- ) supplied via the solid electrolyte 111 with the solid electrolyte 111. It reacts electrochemically in the vicinity to produce water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). At this time, the fuel cell 105 generates electricity by the electrons emitted from the oxygen ions. The fuel gas L2 that can be supplied and used for the fuel electrode 13A of SOFC 13 is hydrocarbon gas such as hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and methane (CH 4 ), city gas, natural gas, as well as oil. It is operated using gas produced from carbonaceous raw materials such as methanol and coal gas by a gasification facility as fuel. As the fuel gas L2 in the present embodiment, for example, city gas is used, and a fuel gas containing methane as a main component is used.

固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるＹＳＺとが主に用いられて構成されている。固体電解質１１１は、空気極１３Ｂで生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極に移動させる。燃料極１３Ａの表面上に位置する固体電解質１１１の膜厚は１０〜１００μｍである。 The solid electrolyte 111 is mainly composed of YSZ having airtightness that does not allow gas to pass through and high oxygen ion conductivity at high temperature. The solid electrolyte 111 moves oxygen ions (O 2- ) generated at the air electrode 13B to the fuel electrode. The film thickness of the solid electrolyte 111 located on the surface of the fuel electrode 13A is 10 to 100 μm.

空気極１３Ｂは、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１３Ｂは、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化剤ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成する。空気極１３Ｂは２層構成とすることもできる。この場合、固体電解質１１１側の空気極層（空気極中間層）は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層（空気極導電層）は、Ｓｒ及びＣａドープＬａＭｎＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。 The air electrode 13B is composed of, for example, a LaSrMnO 3- based oxide or a LaCoO 3- based oxide. The air electrode 13B dissociates oxygen in the supplied oxidant gas such as air in the vicinity of the interface with the solid electrolyte 111 to generate oxygen ions (O 2- ). The air electrode 13B may have a two-layer structure. In this case, the air electrode layer (air electrode intermediate layer) on the solid electrolyte 111 side is made of a material showing high ionic conductivity and excellent catalytic activity. The air electrode layer (air electrode conductive layer) on the air electrode intermediate layer may be composed of a perovskite-type oxide represented by Sr and Ca-doped LaMnO 3 . By doing so, the power generation performance can be further improved.

インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物などから構成される。インターコネクタ１０７は、燃料ガスと空気とが混合しないように緻密な膜となっていて、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１３Ｂと他方の燃料電池セル１０５の燃料極１３Ａとを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続する。リード膜１１５は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出する。 The interconnector 107 is composed of a conductive perovskite-type oxide represented by M 1-x L x TiO 3 (M is an alkaline earth metal element and L is a lanthanoid element) such as SrTiO 3 system. The interconnector 107 has a dense film so that the fuel gas and air do not mix with each other, and has stable durability and electrical conductivity in both an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere. In the adjacent fuel cell 105, the interconnector 107 electrically connects the air electrode 13B of one fuel cell 105 and the fuel electrode 13A of the other fuel cell 105, and the adjacent fuel cell 105 are connected to each other. Are connected in series. Since the lead film 115 needs to have electron conductivity and a coefficient of thermal expansion close to that of other materials constituting the cell stack 101, Ni such as Ni / YSZ and a zirconia-based electrolyte material are used. It is composed of a composite material. The lead film 115 derives the DC power generated by the plurality of fuel cell 105s connected in series by the interconnector to the vicinity of the end of the cell stack 101.

次に、図３及び図４を参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。図３は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示した図、図４は、本実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジの一態様の断面図である。 Next, the SOFC module and the SOFC cartridge according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a view showing one aspect of the SOFC module according to the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view of one aspect of the SOFC cartridge according to the present embodiment.

ＳＯＦＣモジュール２０１は、図３に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３と、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを備える。なお、図３には円筒形のＳＯＦＣのセルスタックを例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約１ＭＰａ、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤ガスに対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。 As shown in FIG. 3, the SOFC module 201 includes, for example, a plurality of SOFC cartridges 203 and a pressure vessel 205 for accommodating the plurality of SOFC cartridges 203. Although FIG. 3 illustrates a cylindrical SOFC cell stack, this does not necessarily have to be the case, and for example, a flat cell stack may be used. Since the pressure vessel 205 is operated at an internal pressure of 0.1 MPa to about 1 MPa and an internal temperature of atmospheric temperature to about 550 ° C., it has a proof stress and corrosion resistance to an oxidant gas such as oxygen contained in the oxidizing gas. The material that owns is used. For example, a stainless steel material such as SUS304 is suitable.

ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給部２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａ及び燃料ガス排出部２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを備える。更に、ＳＯＦＣモジュール２０１は、空気供給部（不図示）と空気供給枝管（不図示）及び空気排出部（不図示）と複数の空気排出枝管（不図示）とを備える。 The SOFC module 201 includes a fuel gas supply unit 207 and a plurality of fuel gas supply branch pipes 207a, and a fuel gas discharge unit 209 and a plurality of fuel gas discharge branch pipes 209a. Further, the SOFC module 201 includes an air supply unit (not shown), an air supply branch pipe (not shown), an air discharge unit (not shown), and a plurality of air discharge branch pipes (not shown).

第２燃料ガス供給ライン４１（図１参照）からの燃料ガスＬ２は、燃料ガス供給部２０７、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａを通じて複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に供給される。燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給部２０７を通じて供給される燃料ガスＬ２を複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させる。 The fuel gas L2 from the second fuel gas supply line 41 (see FIG. 1) is supplied to the plurality of SOFC cartridges 203 through the fuel gas supply unit 207 and the plurality of fuel gas supply branch pipes 207a. The fuel gas supply branch pipe 207a guides the fuel gas L2 supplied through the fuel gas supply unit 207 to the plurality of SOFC cartridges 203 at a substantially equal flow rate, and substantially equalizes the power generation performance of the plurality of SOFC cartridges 203.

ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料ガスＬ３は、燃料ガス排出枝管２０９ａ及び燃料ガス排出部２０９を通じることにより、略均等の流量で排燃料ガスライン４３（図１参照）に導かれる。 The exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC cartridge 203 is guided to the exhaust fuel gas line 43 (see FIG. 1) at a substantially equal flow rate by passing through the fuel gas discharge branch pipe 209a and the fuel gas discharge unit 209.

本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず、例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様としてもよい。 In the present embodiment, a mode in which a plurality of SOFC cartridges 203 are assembled and stored in the pressure vessel 205 is described, but the present invention is not limited to this, and for example, the SOFC cartridge 203 is not assembled and is stored in the pressure vessel 205. It may be stored inside.

ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図４に示すように、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給室２１７と、燃料ガス排出室２１９と、空気供給室２２１と、空気排出室２２３とを備えている。更に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを備えている。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料ガス供給室２１７と燃料ガス排出室２１９と空気供給室２２１と空気排出室２２３とが図４のように配置されることで、燃料ガスと酸化剤ガスとしての空気とがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造とされているが、その態様は必ずしもこの例に限られず、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、または空気がセルスタックの長手軸方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。 As shown in FIG. 4, the SOFC cartridge 203 includes a plurality of cell stacks 101, a power generation chamber 215, a fuel gas supply chamber 217, a fuel gas discharge chamber 219, an air supply chamber 221 and an air discharge chamber 223. I have. Further, the SOFC cartridge 203 includes an upper tube plate 225a, a lower tube plate 225b, an upper heat insulating body 227a, and a lower heat insulating body 227b. In the present embodiment, the SOFC cartridge 203 is provided with the fuel gas by arranging the fuel gas supply chamber 217, the fuel gas discharge chamber 219, the air supply chamber 221 and the air discharge chamber 223 as shown in FIG. The structure is such that air as an oxidant gas flows opposite to the inside and outside of the cell stack 101, but the embodiment is not necessarily limited to this example, and for example, the inside and outside of the cell stack are parallel to each other. Or air may flow in a direction orthogonal to the longitudinal axis of the cell stack.

発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置された領域であり、燃料ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。例えば、発電室２１５のセルスタック１０１の長手方向の中央部付近の温度は、後述する温度センサ９２などで監視され、ＳＯＦＣモジュール２０１の定常運転時に、約７００℃から１０００℃の高温雰囲気となる。 The power generation chamber 215 is a region formed between the upper heat insulating body 227a and the lower heat insulating body 227b. The power generation chamber 215 is an area in which the fuel cell 105 of the cell stack 101 is arranged, and is an area in which fuel gas and air are electrochemically reacted to generate electricity. For example, the temperature near the central portion of the cell stack 101 in the power generation chamber 215 in the longitudinal direction is monitored by a temperature sensor 92 or the like, which will be described later, and becomes a high temperature atmosphere of about 700 ° C. to 1000 ° C. during steady operation of the SOFC module 201.

燃料ガス供給室２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの上部に設けられた燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。複数のセルスタック１０１は、上部管板２２５ａとシール部材２３７ａにより接合されており、燃料ガス供給室２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させる。 The fuel gas supply chamber 217 is an area surrounded by the upper casing 229a and the upper pipe plate 225a of the SOFC cartridge 203, and the fuel gas supply branch pipe 207a is provided by the fuel gas supply hole 231a provided in the upper part of the upper casing 229a. Is communicated with. The plurality of cell stacks 101 are joined to the upper pipe plate 225a by the seal member 237a, and the fuel gas supply chamber 217 receives the fuel gas supplied from the fuel gas supply branch pipe 207a through the fuel gas supply hole 231a. It is guided inside the base tubes 103 of the plurality of cell stacks 101 at a substantially uniform flow rate, and the power generation performance of the plurality of cell stacks 101 is substantially made uniform.

燃料ガス排出室２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの下部に備えられた燃料ガス排出孔２３１ｂによって、燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。複数のセルスタック１０１は、下部管板２２５ｂとシール部材２３７ｂにより接合されており、燃料ガス排出室２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出室２１９に供給される排燃料ガスＬ３を集約して、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くことが出来る。 The fuel gas discharge chamber 219 is an area surrounded by the lower casing 229b and the lower pipe plate 225b of the SOFC cartridge 203, and the fuel gas discharge branch pipe 209a is provided by the fuel gas discharge hole 231b provided in the lower part of the lower casing 229b. Is communicated with. The plurality of cell stacks 101 are joined by a lower pipe plate 225b and a sealing member 237b, and the fuel gas discharge chamber 219 passes through the inside of the base pipe 103 of the plurality of cell stacks 101 and is supplied to the fuel gas discharge chamber 219. The exhaust fuel gas L3 to be generated can be aggregated and guided to the fuel gas discharge branch pipe 209a through the fuel gas discharge hole 231b.

空気供給室２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと、下部管板２２５ｂと、下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの側面に設けられた空気供給孔２３３ａによって、図示しない空気供給枝管と連通されている。この空気供給室２２１は、図示しない空気供給枝管から空気供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の空気を、空気供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に略均一流量で導くことが出来る。 The air supply chamber 221 is an area surrounded by the lower casing 229b, the lower pipe plate 225b, and the lower heat insulating body 227b of the SOFC cartridge 203, and is illustrated by the air supply hole 233a provided on the side surface of the lower casing 229b. Not communicated with the air supply branch pipe. The air supply chamber 221 can guide a predetermined flow rate of air supplied from an air supply branch pipe (not shown) through the air supply hole 233a to the power generation chamber 215 through the air supply gap 235a at a substantially uniform flow rate.

空気排出室２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと、上部管板２２５ａと、上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの側面に設けられた空気排出孔２３３ｂによって、図示しない空気排出枝管と連通されている。この空気排出室２２３は、発電室２１５から、空気排出隙間２３５ｂを介して空気排出室２２３に供給される排空気を、空気排出孔２３３ｂを介して図示しない空気排出枝管に導くことが出来る。 The air discharge chamber 223 is an area surrounded by the upper casing 229a of the SOFC cartridge 203, the upper pipe plate 225a, and the upper heat insulating body 227a, and is illustrated by the air discharge holes 233b provided on the side surface of the upper casing 229a. It is communicated with the air discharge branch pipe. The air discharge chamber 223 can guide the exhaust air supplied from the power generation chamber 215 to the air discharge chamber 223 through the air discharge gap 235b to an air discharge branch pipe (not shown) through the air discharge hole 233b.

発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けられたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５（図２参照）によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された電力は、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力へと変換されて、電力負荷へと供給される。 The DC power generated in the power generation chamber 215 is led out to the vicinity of the end of the cell stack 101 by a lead film 115 (see FIG. 2) made of Ni / YSZ or the like provided in the plurality of fuel cell 105, and then the SOFC cartridge. The current is collected by the current collecting rod (not shown) of 203 via the current collecting plate (not shown), and is taken out to the outside of each SOFC cartridge 203. The electric power led out to the outside of the SOFC cartridge 203 by the current collector rod is led out to the outside of the SOFC module 201, converted into predetermined AC power by an inverter (not shown) or the like, and supplied to the power load.

上述したように、本実施形態に係るＳＯＦＣ１３では、燃料ガスＬ２と空気Ａ１とがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。これにより、排空気Ａ２は、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料ガスＬ２との間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて空気排出室２２３に供給される。また、燃料ガスＬ２は、発電室２１５から排出される排空気Ａ２との熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスＬ２を発電室２１５に供給することができる。更に、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料ガスＬ３は、発電室２１５に供給される空気Ａ１との間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室２１９に供給される。また、空気Ａ１は排燃料ガスＬ３との熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された空気を発電室２１５に供給することができる。 As described above, in the SOFC 13 according to the present embodiment, the fuel gas L2 and the air A1 flow so as to face the inside and the outside of the cell stack 101. As a result, the exhaust air A2 exchanges heat with the fuel gas L2 supplied to the power generation chamber 215 through the inside of the base pipe 103, and the upper pipe plate 225a and the like made of a metal material are deformed such as buckling. It is cooled to a temperature that does not allow it to be supplied to the air discharge chamber 223. Further, the fuel gas L2 is heated by heat exchange with the exhaust air A2 discharged from the power generation chamber 215 and supplied to the power generation chamber 215. As a result, the fuel gas L2 preheated to a temperature suitable for power generation can be supplied to the power generation chamber 215 without using a heater or the like. Further, the exhaust fuel gas L3 that has passed through the inside of the base pipe 103 and passed through the power generation chamber 215 is heat-exchanged with the air A1 supplied to the power generation chamber 215, and the lower pipe plate 225b and the like made of a metal material are formed. It is cooled to a temperature at which it does not deform such as buckling and is supplied to the fuel gas discharge chamber 219. Further, the air A1 is heated by heat exchange with the exhaust fuel gas L3 and supplied to the power generation chamber 215. As a result, air heated to a temperature required for power generation can be supplied to the power generation chamber 215 without using a heater or the like.

また、図４に示すように、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３には少なくとも１つ以上の温度センサ９２が配置されている。例えば、ＳＯＦＣ１３が４つのＳＯＦＣカートリッジ２０３を備えて構成されている場合、少なくとも合計４つの温度センサが設けられていることとなる。温度センサ９２は、少なくとも発電室２１５のセルスタック１０１の長手方向の中央領域に配置されている。本実施形態での中央領域とは、セルスタック１０１の長手方向における温度分布をとった場合に最も高温になる位置を含む領域とされ、セルスタック１０１の下部を０％、上部を１００％とした場合、約３０％から６５％の範囲とされている。より好ましくは、中央領域は、約４５％から５５％の範囲とされている。
さらに、ＳＯＦＣ１３には、燃料極１３Ａと空気極１３Ｂとの差圧を計測する差圧センサ９０（図１参照）等の各種センサが設けられている。ＳＯＦＣ１３の各部位に設けられた各種センサ９０、９２の計測値は、制御装置６０に送信される。 Further, as shown in FIG. 4, at least one or more temperature sensors 92 are arranged in each SOFC cartridge 203. For example, when the SOFC 13 is configured to include four SOFC cartridges 203, at least a total of four temperature sensors will be provided. The temperature sensor 92 is arranged at least in the central region of the cell stack 101 in the power generation chamber 215 in the longitudinal direction. The central region in the present embodiment is a region including the position where the temperature becomes the highest when the temperature distribution in the longitudinal direction of the cell stack 101 is taken, and the lower portion of the cell stack 101 is 0% and the upper portion is 100%. In the case, it is in the range of about 30% to 65%. More preferably, the central region is in the range of about 45% to 55%.
Further, the SOFC 13 is provided with various sensors such as a differential pressure sensor 90 (see FIG. 1) that measures the differential pressure between the fuel pole 13A and the air pole 13B. The measured values of the various sensors 90 and 92 provided at each part of the SOFC 13 are transmitted to the control device 60.

また、発電システム１０には、ＳＯＦＣ１３の周囲の外気温度を計測する外気温度センサ９４（図１参照）が設けられている。本実施形態において、外気温度センサ９４は、ＭＧＴ１１の圧縮機２１の吸入口付近に設けられ、圧縮機２１に吸引される空気Ａの温度を計測する。外気温度センサ９４の計測値は、制御装置６０に送信される。 Further, the power generation system 10 is provided with an outside air temperature sensor 94 (see FIG. 1) that measures the outside air temperature around the SOFC 13. In the present embodiment, the outside air temperature sensor 94 is provided near the suction port of the compressor 21 of the MGT 11 and measures the temperature of the air A sucked by the compressor 21. The measured value of the outside air temperature sensor 94 is transmitted to the control device 60.

さらに、発電システム１０には、第２空気供給ライン３１を通じてＳＯＦＣ１３に供給される空気温度（入口空気温度）を計測する温度センサ（不図示）、燃料ガス再循環ライン４９を循環する排燃料ガスＬ３の温度を計測する温度センサ（不図示）等が設けられている。各温度センサの計測値は、制御装置６０に送信される。 Further, the power generation system 10 includes a temperature sensor (not shown) that measures the air temperature (inlet air temperature) supplied to the SOFC 13 through the second air supply line 31, and the exhaust gas L3 that circulates in the fuel gas recirculation line 49. A temperature sensor (not shown) or the like for measuring the temperature of the air is provided. The measured value of each temperature sensor is transmitted to the control device 60.

制御装置６０は、各種センサからの計測値や各制御弁の開度情報等を取得し、取得した情報に基づいて演算を行い、発電システム１０の各部の動作を制御する。 The control device 60 acquires measured values from various sensors, opening degree information of each control valve, and the like, performs calculations based on the acquired information, and controls the operation of each part of the power generation system 10.

〔発電システムの運転方法〕
次に、上記構成を備える発電システム１０において、制御装置６０によって実行される制御について簡単に説明する。 [How to operate the power generation system]
Next, in the power generation system 10 having the above configuration, the control executed by the control device 60 will be briefly described.

発電システム１０の起動時において、制御装置６０は、まずＭＧＴ１１を起動させ、ＭＧＴ１１の出力がある一定の負荷で安定してから、圧縮機２１から供給される空気の一部をＳＯＦＣ１３に供給することで、ＳＯＦＣ１３の空気極１３Ｂを加圧していくことができる。また燃料極１３Ａは燃料ガスの改質反応が可能な所定温度に上昇するまでは、Ｎ２などの不活性ガスにＨ２などの還元性ガスを加えた混合気体などを用いて、加圧してゆくことができる。また、ＳＯＦＣ１３の空気極１３Ｂに供給される空気Ａ１は、熱交換器５８により温度が３００〜５００℃に昇温されおり、空気Ａ１に添加される燃料ガスＬ２の燃焼反応が生じるように空気極１３Ｂが触媒として機能する温度まで発電室２１５を昇温させることが出来る。ＳＯＦＣ１３が所定圧力まで加圧されると、遮断弁３８を開としＳＯＦＣ１３とＭＧＴ１１とを連結させ、ＳＯＦＣ１３を経由してＭＧＴ１１の燃焼器２２に空気を供給するコンバインド状態に移行する。 At the time of starting the power generation system 10, the control device 60 first starts the MGT 11, stabilizes the output of the MGT 11 with a certain load, and then supplies a part of the air supplied from the compressor 21 to the SOFC 13. Then, the air electrode 13B of the SOFC 13 can be pressurized. Further, the fuel electrode 13A is pressurized by using a mixed gas or the like in which a reducing gas such as H 2 is added to an inert gas such as N 2 until the temperature rises to a predetermined temperature at which the reforming reaction of the fuel gas is possible. I can go. Further, the temperature of the air A1 supplied to the air electrode 13B of the SOFC 13 is raised to 300 to 500 ° C. by the heat exchanger 58, and the air electrode is such that the combustion reaction of the fuel gas L2 added to the air A1 occurs. The temperature of the power generation chamber 215 can be raised to a temperature at which 13B functions as a catalyst. When the SOFC 13 is pressurized to a predetermined pressure, the shutoff valve 38 is opened to connect the SOFC 13 and the MGT 11, and the state shifts to a combined state in which air is supplied to the combustor 22 of the MGT 11 via the SOFC 13.

コンバインド状態への移行後に、ＳＯＦＣ１３を昇温するためにＳＯＦＣ１３に供給される空気流量を増加させ、ＳＯＦＣ１３をバイパスして燃焼器２２に供給される空気流量を減少させる。そして、ある一定時間後にＳＯＦＣ１３が発電を開始するまでは空気Ａの全量がＳＯＦＣ１３を経由して燃焼器２２に供給されるように制御して、ＳＯＦＣ１３の出来るだけ均一な温度で早く昇温できるようにしてもよい。 After the transition to the combined state, the air flow rate supplied to the SOFC 13 to raise the temperature of the SOFC 13 is increased, and the air flow rate supplied to the combustor 22 by bypassing the SOFC 13 is decreased. Then, until the SOFC 13 starts power generation after a certain period of time, the entire amount of air A is controlled to be supplied to the combustor 22 via the SOFC 13 so that the temperature of the SOFC 13 can be raised as quickly as possible at a uniform temperature. It may be.

次に、本発明の一実施形態に係る制御装置６０について、図を参照して説明する。
制御装置６０は、例えば、コンピュータやシーケンサーであり、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。 Next, the control device 60 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The control device 60 is, for example, a computer or a sequencer, and includes a CPU, a ROM (Read Only Memory) for storing programs executed by the CPU, and a RAM (Random Access Memory) that functions as a work area during execution of each program. ) Etc. are provided. A series of processing processes for realizing various functions described later is recorded in a recording medium or the like in the form of a program, and the CPU reads this program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions described later are realized.

図５は、本実施形態に係る制御装置６０が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図５に示すように、制御装置６０は、ＳＯＦＣ１３を制御するＳＯＦＣ制御装置６０ａと、ＭＧＴ１１を制御するＭＧＴ制御装置６０ｂとを備えている。ＳＯＦＣ制御装置６０ａとＭＧＴ制御装置６０ｂとは情報の相互授受が可能とされている。 FIG. 5 is a functional block diagram showing an expanded function of the control device 60 according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the control device 60 includes an SOFC control device 60a for controlling the SOFC 13 and an MGT control device 60b for controlling the MGT 11. Information can be exchanged between the SOFC control device 60a and the MGT control device 60b.

ＳＯＦＣ制御装置６０ａは、ＳＯＦＣ１３の起動時に、第１昇温モード、第２昇温モード、及び負荷上昇モードを順に実行し、発電室温度を定格温度まで上昇させるとともに、目標負荷まで負荷を上昇させる。 When the SOFC 13 is started, the SOFC control device 60a executes the first temperature rise mode, the second temperature rise mode, and the load rise mode in order to raise the power generation chamber temperature to the rated temperature and raise the load to the target load. ..

まず、第１昇温モードでは、熱交換器５８による熱交換によって加熱された空気Ａ１を空気極１３Ｂに供給することにより、発電室２１５を昇温させる。第１昇温モードにより、発電室温度が第１温度閾値Ｔｔｈ１に到達すると、第１昇温モードから第２昇温モードに切り替える。ここで、第１温度閾値は、空気極１３Ｂが可燃性ガスとしての燃料ガスＬ２との燃焼反応に対して触媒として機能する温度であり、例えば、約４００℃から４５０℃の範囲で設定されている。 First, in the first temperature raising mode, the temperature of the power generation chamber 215 is raised by supplying the air A1 heated by the heat exchange by the heat exchanger 58 to the air electrode 13B. When the temperature of the power generation chamber reaches the first temperature threshold value Tth1 by the first temperature raising mode, the first temperature rising mode is switched to the second temperature rising mode. Here, the first temperature threshold is a temperature at which the air electrode 13B functions as a catalyst for the combustion reaction with the fuel gas L2 as a flammable gas, and is set, for example, in the range of about 400 ° C. to 450 ° C. There is.

第２昇温モードでは、第１昇温モードと同様に空気極１３Ｂに空気Ａ１を供給するとともに、制御弁８２を開くことにより、空気極燃料供給ライン８０により燃料ガスＬ２を空気Ａ１に添加する。空気Ａ１と燃料ガスＬ２とが流入した空気極１３Ｂでは、空気極１３Ｂの触媒作用によって燃料ガスＬ２が空気極１３Ｂ上で触媒燃焼し、燃焼熱が発生する。このように、第２昇温モードでは、触媒燃焼による発熱を用いて発電室温度を上昇させる。
第２昇温モードにおいて、ＳＯＦＣ制御装置６０ａは、発電室温度の温度変化率が上限値を超えないように、燃料ガスＬ２の流量を制御する。また、ＳＯＦＣ制御装置６０ａは、発電室温度に応じて、バイパスライン６２の制御弁６６によりＳＯＦＣ１３の空気極１３Ｂへ供給する空気Ａ１の入口空気温度を制御する。
ＳＯＦＣ制御装置６０ａは、発電室温度が第２温度閾値Ｔｔｈ２に到達すると、第２昇温モードから負荷上昇モードに切り替える。 In the second temperature rising mode, the air A1 is supplied to the air electrode 13B as in the first temperature rising mode, and the fuel gas L2 is added to the air A1 by the air electrode fuel supply line 80 by opening the control valve 82. .. In the air electrode 13B into which the air A1 and the fuel gas L2 have flowed in, the fuel gas L2 is catalytically burned on the air electrode 13B by the catalytic action of the air electrode 13B, and combustion heat is generated. In this way, in the second temperature rising mode, the temperature of the power generation chamber is raised by using the heat generated by the catalyst combustion.
In the second temperature rising mode, the SOFC control device 60a controls the flow rate of the fuel gas L2 so that the temperature change rate of the power generation chamber temperature does not exceed the upper limit value. Further, the SOFC control device 60a controls the inlet air temperature of the air A1 supplied to the air electrode 13B of the SOFC 13 by the control valve 66 of the bypass line 62 according to the temperature of the power generation chamber.
When the power generation chamber temperature reaches the second temperature threshold value Tth2, the SOFC control device 60a switches from the second temperature rise mode to the load increase mode.

負荷上昇モードでは、負荷上昇中の発電による自己発熱のみで発電室温度を上昇させることも可能であるが、昇温に長い時間を要してしまうため、第１昇温モードと同様に空気極１３Ｂに空気Ａ１を供給するとともに、燃料極１３Ａに第２燃料ガス供給ライン４１から燃料ガスＬ２と純水供給ライン４４から純水を供給し、発電を開始する。負荷上昇モードでは、空気極１３Ｂに燃料ガスＬ２を供給することによる触媒燃焼による発熱と、発電による発熱との両方によって発電室温度を上昇させる。負荷上昇モードでは、ＳＯＦＣ１３の発電室温度が発電による自己発熱で温度維持が出来るまで温度上昇をした後は、空気極１３Ｂへ供給される燃料ガスＬ２の供給量を徐々に減少させ、例えば、目標負荷到達と同時に空気極１３Ｂへの燃料ガスＬ２の供給がゼロになるように制御される。また、負荷上昇モードでは、空気極の触媒燃焼およびＳＯＦＣ１３に負荷をかけて発電することによる発熱で発電室温度が上昇するが、負荷上昇に対して発電室温度は遅れて上昇する。 In the load increase mode, it is possible to raise the temperature of the power generation room only by self-heating due to the power generation during the load increase, but since it takes a long time to raise the temperature, the air electrode is the same as in the first temperature rise mode. Air A1 is supplied to 13B, and fuel gas L2 and pure water supply line 44 are supplied to the fuel electrode 13A from the second fuel gas supply line 41 to start power generation. In the load increase mode, the temperature of the power generation chamber is raised by both the heat generated by the catalyst combustion by supplying the fuel gas L2 to the air electrode 13B and the heat generated by the power generation. In the load increase mode, after the temperature of the power generation room of the SOFC 13 rises until the temperature can be maintained by self-heating due to power generation, the supply amount of the fuel gas L2 supplied to the air electrode 13B is gradually reduced. The supply of the fuel gas L2 to the air electrode 13B is controlled to be zero at the same time when the load is reached. Further, in the load increase mode, the temperature of the power generation chamber rises due to the catalytic combustion of the air electrode and the heat generated by applying a load to the SOFC 13, but the temperature of the power generation chamber rises later than the load rise.

上記第２温度閾値Ｔｔｈ２は、例えば、７５０℃以上に設定されている。これは、燃料電池セル１０５が十分な温度に達していないときに燃料極１３Ａ側に燃料ガスＬ２を投入してしまうと、固体電解質１１１（図２参照）が高抵抗状態のときに燃料電池セル１０５を発電させると、電極構成材料が組織変化して劣化し、燃料電池セル１０５の性能低下の要因になるからである。発電室温度が７５０℃以上であれば上記のような燃料電池セル１０５の性能低下が起きにくいため、第２温度閾値Ｔｔｈ２は７５０℃付近に設定されることが好ましい。
負荷上昇モードにおいて、発電室温度が発電室目標温度Ｔｔａｇに到達し、負荷が定格負荷などの目標負荷に到達すると、起動完了となる。発電室目標温度ＴｔａｇはＳＯＦＣ１３が発電による発熱による自己発熱で温度が維持できる温度以上であり、例えば８００〜９５０℃で設定される。 The second temperature threshold value Tth2 is set to, for example, 750 ° C. or higher. This is because if the fuel gas L2 is charged to the fuel electrode 13A side when the fuel cell 105 has not reached a sufficient temperature, the fuel cell when the solid electrolyte 111 (see FIG. 2) is in a high resistance state. This is because when the 105 is generated, the electrode constituent material is structurally changed and deteriorated, which causes a deterioration in the performance of the fuel cell 105. If the power generation chamber temperature is 750 ° C. or higher, the performance deterioration of the fuel cell 105 as described above is unlikely to occur. Therefore, the second temperature threshold value Tth2 is preferably set to around 750 ° C.
In the load increase mode, when the power generation room temperature reaches the power generation room target temperature Ttag and the load reaches the target load such as the rated load, the start-up is completed. The target temperature Ttag of the power generation room is equal to or higher than the temperature at which the SOFC 13 can maintain the temperature by self-heating due to the heat generated by the power generation, and is set at, for example, 800 to 950 ° C.

次に、ＳＯＦＣ制御装置６０ａによって実行される起動時の制御について、図面を参照して具体的に説明する。ここでは、特に本発明の特徴部分である第２昇温モード及び負荷上昇モードについて説明する。 Next, the control at startup executed by the SOFC control device 60a will be specifically described with reference to the drawings. Here, a second temperature rising mode and a load rising mode, which are characteristic parts of the present invention, will be described in particular.

図６は、本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣ制御装置６０ａの第２昇温モード及び負荷上昇モード時における機能を展開して示した機能ブロック図である。
図６に示すように、ＳＯＦＣ制御装置６０ａは、負荷上昇制御部４と、温度上昇制御部５とを備えている。 FIG. 6 is a functional block diagram showing the functions of the SOFC control device 60a according to the embodiment of the present invention in the second temperature rising mode and the load rising mode.
As shown in FIG. 6, the SOFC control device 60a includes a load increase control unit 4 and a temperature increase control unit 5.

まず、負荷上昇制御部４について説明する。負荷上昇制御部４は、図７に示すように、目標負荷設定部５１、出力電流指令設定部５２、制御指令設定部５３、及び制御部５４を備えている。目標負荷設定部５１は、外気温度とＳＯＦＣ１３の目標負荷（＝目標出力電流）とが関連付けられた目標負荷情報を有している。目標負荷設定部５１は、外気温度センサ９４によって計測された外気温度に対応する目標負荷の値を目標負荷情報から取得し、目標負荷として設定する。 First, the load increase control unit 4 will be described. As shown in FIG. 7, the load increase control unit 4 includes a target load setting unit 51, an output current command setting unit 52, a control command setting unit 53, and a control unit 54. The target load setting unit 51 has target load information in which the outside air temperature and the target load (= target output current) of the SOFC 13 are associated with each other. The target load setting unit 51 acquires the value of the target load corresponding to the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor 94 from the target load information and sets it as the target load.

図８は目標負荷情報の一例を示した図である。図８において、横軸は外気温度、縦軸は目標負荷（＝目標出力電流）を示している。目標負荷情報は、例えば、事前にシミュレーションまたは実機試験等の結果に基づいて作成されたものであり、制御弁６５の弁開度を全閉にしたとき、換言すると、空気極１３Ｂに供給される空気Ａ１の流量を最大に設定したときに、ＳＯＦＣ１３が出力し得る最大負荷（最大出力電流）の値が外気温度に対応付けられて設定されている。制御弁６５等の弁開度が同じ場合、換言すると、流量が同じでも、外気温度が異なる場合には、空気密度が変わるためにＳＯＦＣ１３の発電室２１５に供給される空気量が変化する。例えば、外気温度が低いと空気密度が高くなり、ＭＧＴ１１の圧縮機２１の吐出空気流量が多くなる。発電室２１５に供給される空気Ａ１は冷却剤として機能するため、空気量が多いほどＳＯＦＣ１３が出力し得る最大負荷を大きくすることが可能となる。このような理由から、目標負荷情報は、図７に示すように、外気温度が低いほど、目標負荷が大きくなる特性とされている。 FIG. 8 is a diagram showing an example of target load information. In FIG. 8, the horizontal axis represents the outside air temperature, and the vertical axis represents the target load (= target output current). The target load information is, for example, created in advance based on the results of a simulation or an actual machine test, and is supplied to the air electrode 13B when the valve opening of the control valve 65 is fully closed. When the flow rate of the air A1 is set to the maximum, the value of the maximum load (maximum output current) that the SOFC 13 can output is set in association with the outside air temperature. When the valve opening degree of the control valve 65 or the like is the same, in other words, when the flow rate is the same but the outside air temperature is different, the amount of air supplied to the power generation chamber 215 of the SOFC 13 changes because the air density changes. For example, when the outside air temperature is low, the air density becomes high, and the discharge air flow rate of the compressor 21 of the MGT 11 increases. Since the air A1 supplied to the power generation chamber 215 functions as a coolant, the larger the amount of air, the larger the maximum load that the SOFC 13 can output. For this reason, as shown in FIG. 7, the target load information has a characteristic that the lower the outside air temperature, the larger the target load.

また、目標負荷情報は、図８に点線で示すように、外気温度から決定される目標負荷に対して所定の裕度を持たせることとしてもよい。ＳＯＦＣ１３の負荷変化等で発電室温度が変化する際に、発電室温度は温度分布を保有する場合がある。このように所定の裕度を持たせることにより、発電室内の一部の温度がＳＯＦＣ１３の一部の部材等の耐熱温度から決定される温度上限値を超えることを極力回避することが可能となる。ここでの裕度は、本実施形態では、例えば、目標負荷（＝目標出力電流）に対して約０．５％以下の範囲で設定される。裕度が０．５％を超え、更には１％を超えると目標負荷（＝目標出力電流）に対して到達する電流値が少なくなり、出来るだけＳＯＦＣ１３の出力を多くしたい目的から外れるので好ましくない。また０．１％を下回ると、流量制御装置（マスフローコントローラなど）などの制御誤差範囲内になり実質的な裕度にならないので好ましくない。 Further, as shown by the dotted line in FIG. 8, the target load information may have a predetermined margin with respect to the target load determined from the outside air temperature. When the temperature of the power generation chamber changes due to a change in the load of the SOFC 13, the temperature of the power generation chamber may have a temperature distribution. By providing a predetermined margin in this way, it is possible to prevent the temperature of a part of the power generation chamber from exceeding the temperature upper limit value determined from the heat resistant temperature of some members of the SOFC 13 as much as possible. .. In the present embodiment, the margin here is set in the range of about 0.5% or less with respect to the target load (= target output current), for example. If the margin exceeds 0.5% and further exceeds 1%, the current value reached with respect to the target load (= target output current) decreases, which is not preferable because it deviates from the purpose of increasing the output of SOFC13 as much as possible. .. Further, if it is less than 0.1%, it is not preferable because it falls within the control error range of a flow rate control device (mass flow controller, etc.) and does not have a substantial margin.

出力電流指令設定部５２は、目標負荷から決まる目標出力電流に基づいて所定の電流変化率で出力電流指令を所定の繰り返し時間間隔で設定する。電流変化率を設けないと、瞬時に電流が変化することになり各制御量の応答追従が出来ず、一時的に燃料ガスが過多もしくは欠乏となり、発電システム１０の運転が不安定となる、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が損傷するなどの可能性がある。ここで電流変化率とは、電流変化量（電流の増加量）の時間当たりの勾配を示す。
具体的には、出力電流指令設定部５２は、出力電流指令が電流閾値以下の電流範囲では、第１電流変化率（例えば、定格電流の５％／ｍｉｎ）で出力電流指令を設定し、出力電流指令が電流閾値に到達した場合に、ゼロ以上、かつ、第１電流変化率よりも小さな値に設定されている第２電流変化率（例えば、定格電流の０％（０Ａ）／ｍｉｎ）を用いて出力電流指令を設定し、更に、出力電流指令が電流閾値に到達してから所定期間経過した後においては、第２電流変化率よりも大きい値に設定されている第３電流変化率（例えば、定格電流の０．５％／ｍｉｎ）を用いて出力電流指令を設定する。 The output current command setting unit 52 sets the output current command at a predetermined repetition time interval at a predetermined current change rate based on the target output current determined from the target load. If the current change rate is not provided, the current will change instantaneously, the response of each control amount cannot be followed, the fuel gas will temporarily become excessive or deficient, and the operation of the power generation system 10 will become unstable. SOFC There is a possibility that the cartridge 203 will be damaged. Here, the current change rate indicates the gradient of the current change amount (current increase amount) per hour.
Specifically, the output current command setting unit 52 sets the output current command at the first current change rate (for example, 5% / min of the rated current) in the current range where the output current command is equal to or less than the current threshold, and outputs the output. When the current command reaches the current threshold, the second current change rate (for example, 0% (0A) / min of the rated current) set to zero or more and smaller than the first current change rate is set. The output current command is set by using the third current change rate (3rd current change rate), which is set to a value larger than the second current change rate after a predetermined period of time has elapsed after the output current command reaches the current threshold. For example, the output current command is set using 0.5% / min of the rated current).

上記電流閾値は、第１電流変化率に応じて設定される。具体的には、図９に示すように、第１電流変化率と差分ΔＩとが関連付けられた情報を用いて第１電流変化率に対応する差分ΔＩを取得する。例えば、第１電流変化率が定格電流の５％／ｍｉｎに設定されている場合、差分αを取得する。そして、目標出力電流からこのαを減算することにより、電流閾値を求める。すなわち、この場合、電流閾値＝（目標出力電流−α）に設定される。
また、所定期間は、第１電流変化率で出力電流指令を設定した場合の発電室温度の応答遅れに応じて設定される。 The current threshold value is set according to the first current change rate. Specifically, as shown in FIG. 9, the difference ΔI corresponding to the first current change rate is acquired by using the information associated with the first current change rate and the difference ΔI. For example, when the first current change rate is set to 5% / min of the rated current, the difference α is acquired. Then, the current threshold value is obtained by subtracting this α from the target output current. That is, in this case, the current threshold value = (target output current −α) is set.
Further, the predetermined period is set according to the response delay of the power generation room temperature when the output current command is set at the first current change rate.

制御指令設定部５３は、出力電流指令設定部５２によって設定される出力電流指令を用いてＳＯＦＣ１３の負荷を変化させるための複数の制御系の制御指令を設定する。ここで指令は、個々の制御指令を出して制御量である発電室温度や出力電流の変化が安定してから次の制御指令を出すのではなく、ほぼ同時に制御指令を出すようにする。例えば、制御指令設定部５３は、燃料極１３Ａに供給する燃料ガスＬ２の流量指令を設定する第１燃料ガス流量設定部５３ａ、空気極１３Ｂに供給する空気Ａ１の入口温度指令を設定する入口空気温度設定部５３ｂ、ＭＧＴ出力指令を設定するＭＧＴ出力設定部５３ｃ、燃料極１３Ａと空気極１３Ｂとの差圧指令を設定する差圧設定部５３ｄ、再循環ブロワ５０の回転数指令を設定する再循環流量設定部５３ｅ、及び燃料極１３Ａに供給する純水の流量指令を設定する純水流量設定部５３ｆを備えている。 The control command setting unit 53 sets a plurality of control system control commands for changing the load of the SOFC 13 by using the output current command set by the output current command setting unit 52. Here, instead of issuing individual control commands and issuing the next control command after the changes in the power generation chamber temperature and output current, which are the control amounts, have stabilized, the control commands are issued almost at the same time. For example, the control command setting unit 53 sets the flow rate command of the fuel gas L2 supplied to the fuel electrode 13A, the first fuel gas flow rate setting unit 53a, and the inlet air for setting the inlet temperature command of the air A1 supplied to the air electrode 13B. Temperature setting unit 53b, MGT output setting unit 53c for setting MGT output command, differential pressure setting unit 53d for setting differential pressure command between fuel electrode 13A and air electrode 13B, recirculation blower 50 for setting rotation rate command It includes a circulation flow rate setting unit 53e and a pure water flow rate setting unit 53f for setting a flow rate command of pure water to be supplied to the fuel electrode 13A.

第１燃料ガス流量設定部５３ａは、例えば、図１０に示すように、出力電流指令と燃料ガスＬ２の流量とが関連付けられた第１燃料ガス流量情報を有しており、第１燃料ガス流量情報から出力電流指令に対応する燃料ガスＬ２の流量を取得し、取得した燃料ガスＬ２の流量を第１燃料ガス流量指令として設定する。
入口空気温度設定部５３ｂは、例えば、図１１に示すように、出力電流指令とＳＯＦＣ１３の空気極１３Ｂへの入口空気温度とが関連付けられた入口空気温度情報を有しており、入口空気温度情報から出力電流指令に対応する入口空気温度を取得し、取得した入口空気温度を入口空気温度指令として設定する。
ＭＧＴ出力設定部５３ｃは、例えば、図１２に示すように、出力電流指令とＭＧＴ出力とが関連付けられたＭＧＴ出力情報を有しており、ＭＧＴ出力情報から出力電流指令に対応するＭＧＴ出力を取得し、取得したＭＧＴ出力をＭＧＴ出力指令として設定する。ここで、ＭＧＴ出力情報は、ＭＧＴ１１の圧縮機２１に吸気する外気温度に応じてそれぞれ設定されていてもよい。外気温度は例えば外気温度センサ９４により計測される。例えば、ＭＧＴ出力情報は、吸気する外気温度の低下に伴って、同じ出力電流指令に対するＭＧＴ出力が高くなるように設定される。これは、外気温度が低いほど、圧縮機２１で送風する空気Ａの流量が増加し、燃焼器２２からの燃焼ガスＧの流量が増加させることが可能だからである。 As shown in FIG. 10, for example, the first fuel gas flow rate setting unit 53a has the first fuel gas flow rate information in which the output current command and the flow rate of the fuel gas L2 are associated with each other, and the first fuel gas flow rate. The flow rate of the fuel gas L2 corresponding to the output current command is acquired from the information, and the acquired flow rate of the fuel gas L2 is set as the first fuel gas flow rate command.
As shown in FIG. 11, the inlet air temperature setting unit 53b has inlet air temperature information in which the output current command and the inlet air temperature of the SOFC 13 to the air electrode 13B are associated with each other, and the inlet air temperature information. The inlet air temperature corresponding to the output current command is acquired from, and the acquired inlet air temperature is set as the inlet air temperature command.
As shown in FIG. 12, the MGT output setting unit 53c has MGT output information in which the output current command and the MGT output are associated with each other, and acquires the MGT output corresponding to the output current command from the MGT output information. Then, the acquired MGT output is set as the MGT output command. Here, the MGT output information may be set according to the outside air temperature taken into the compressor 21 of the MGT 11. The outside air temperature is measured by, for example, the outside air temperature sensor 94. For example, the MGT output information is set so that the MGT output for the same output current command increases as the intake outside air temperature decreases. This is because the lower the outside air temperature, the higher the flow rate of the air A blown by the compressor 21, and the more the flow rate of the combustion gas G from the combustor 22 can be increased.

差圧設定部５３ｄは、例えば、図１３に示すように、出力電流指令と燃料極１３Ａと空気極１３Ｂとの間の差圧である燃料空気差圧とが関連付けられた差圧情報を有しており、差圧情報から出力電流指令に対応する燃料空気差圧を取得し、取得した燃料空気差圧を燃料空気差圧指令として設定する。
再循環流量設定部５３ｅは、例えば、図１４に示すように、出力電流指令とブロワ回転数とが関連付けられた回転数情報を有しており、ブロワ回転数により燃料ガス再循環ライン４９の排燃料ガスＬ３の一部を再循環させる流量を制御する。回転数情報から出力電流指令に対応するブロワ回転数を取得し、取得したブロワ回転数をブロワ回転数指令として設定する。ここで、回転数情報は、ＭＧＴの吸気する外気温度に応じて設定されていてもよい。例えば、図８のように外気温度によりＳＯＦＣ目標負荷が変わる。外気温度が低くなるとＳＯＦＣ目標負荷が上昇するので、ＳＯＦＣへ供給する空気流量が増加し系内圧力が上昇する。それにより再循環ガス密度が上昇するので、外気温度が低い時は、外気温度が高い時と同じ再循環流量とするために必要なブロワ回転数は低くなるよう設定する。 For example, as shown in FIG. 13, the differential pressure setting unit 53d has differential pressure information in which the output current command and the fuel air differential pressure, which is the differential pressure between the fuel pole 13A and the air pole 13B, are associated with each other. The fuel air differential pressure corresponding to the output current command is acquired from the differential pressure information, and the acquired fuel air differential pressure is set as the fuel air differential pressure command.
For example, as shown in FIG. 14, the recirculation flow rate setting unit 53e has rotation speed information associated with the output current command and the blower rotation speed, and discharges the fuel gas recirculation line 49 according to the blower rotation speed. The flow rate for recirculating a part of the fuel gas L3 is controlled. The blower rotation speed corresponding to the output current command is acquired from the rotation speed information, and the acquired blower rotation speed is set as the blower rotation speed command. Here, the rotation speed information may be set according to the outside air temperature taken in by the MGT. For example, as shown in FIG. 8, the SOFC target load changes depending on the outside air temperature. When the outside air temperature becomes low, the SOFC target load rises, so that the air flow rate supplied to the SOFC increases and the pressure inside the system rises. As a result, the recirculation gas density increases, so when the outside air temperature is low, the blower rotation speed required to achieve the same recirculation flow rate as when the outside air temperature is high is set to be low.

純水流量設定部５３ｆは、例えば、図１５に示すように、出力電流指令と純水流量とが関連付けられた純水流量情報を有しており、純水流量情報から出力電流指令に対応する純水流量を取得し、取得した純水流量を純水流量指令として設定する。出力電流を増加させる場合、ＳＯＦＣ負荷が増加し、燃料ガス再循環ライン４９から供給される水蒸気の供給量も増加する。このため、改質に必要な水蒸気の大部分を燃料ガス再循環ライン４９から供給される水蒸気によって賄うことができ、外部から供給が必要な純水流量は減少する。また所定のＳＯＦＣ負荷となる出力電流以上では、燃料ガス再循環ライン４９から改質に必要な全ての蒸気が供給されるので、純水の供給は不要となる。 As shown in FIG. 15, for example, the pure water flow rate setting unit 53f has pure water flow rate information in which the output current command and the pure water flow rate are associated with each other, and corresponds to the output current command from the pure water flow rate information. Acquire the pure water flow rate and set the acquired pure water flow rate as the pure water flow rate command. When the output current is increased, the SOFC load increases, and the amount of water vapor supplied from the fuel gas recirculation line 49 also increases. Therefore, most of the steam required for reforming can be covered by the steam supplied from the fuel gas recirculation line 49, and the flow rate of pure water required to be supplied from the outside is reduced. Further, when the output current is equal to or higher than the predetermined SOFC load, all the steam required for reforming is supplied from the fuel gas recirculation line 49, so that the supply of pure water becomes unnecessary.

制御部５４は、第１燃料ガス流量制御部５４ａ、入口空気温度制御部５４ｂ、ＭＧＴ出力制御部５４ｃ、差圧制御部５４ｄ、再循環流量制御部５４ｅ、純水流量制御部５４ｆを備えている。
第１燃料ガス流量制御部５４ａは、第１燃料ガス流量設定部５３ａからの第１燃料ガス流量指令に基づいて制御弁４２の弁開度を制御することにより、燃料極１３Ａに供給する燃料ガス量を調整する。
入口空気温度制御部５４ｂは、入口空気温度設定部５３ｂからの入口空気温度指令に基づいて制御弁６４、６６の弁開度を調整することにより、空気極１３Ｂに供給される空気Ａ１の入口温度を制御する。
ＭＧＴ出力制御部５４ｃは、ＭＧＴ出力設定部５３ｃからのＭＧＴ出力指令に基づいて、主に制御弁６５及び制御弁７０の弁開度を調整することにより、ＭＧＴ出力を制御する。 The control unit 54 includes a first fuel gas flow rate control unit 54a, an inlet air temperature control unit 54b, an MGT output control unit 54c, a differential pressure control unit 54d, a recirculation flow rate control unit 54e, and a pure water flow rate control unit 54f. ..
The first fuel gas flow rate control unit 54a controls the valve opening degree of the control valve 42 based on the first fuel gas flow rate command from the first fuel gas flow rate setting unit 53a, thereby supplying the fuel gas to the fuel electrode 13A. Adjust the amount.
The inlet air temperature control unit 54b adjusts the valve opening degrees of the control valves 64 and 66 based on the inlet air temperature command from the inlet air temperature setting unit 53b, so that the inlet temperature of the air A1 supplied to the air electrode 13B is adjusted. To control.
The MGT output control unit 54c controls the MGT output mainly by adjusting the valve openings of the control valve 65 and the control valve 70 based on the MGT output command from the MGT output setting unit 53c.

差圧制御部５４ｄは、差圧設定部５３ｄからの燃料空気差圧指令に基づいて、排燃料ガス供給ライン４５に設けられている制御弁４７の弁開度を調整することにより燃料極１３Ａ側が空気極１３Ｂ側より所定の範囲（例えば、０．１〜１ｋＰａ）で高くなるように、発電室２１５の燃料空気差圧を制御する。
再循環流量制御部５４ｅは、再循環流量設定部５３ｅからのブロワ回転数指令に基づいて再循環ブロワ５０の回転数を制御することにより、燃料極１３Ａに供給する排燃料ガス量を制御する。
純水流量制御部５４ｆは、純水流量設定部５３ｆからの純水流量指令に基づいてポンプ４８の吐出流量を調整することにより、燃料極１３Ａに供給する純水量を制御する。 The differential pressure control unit 54d adjusts the valve opening degree of the control valve 47 provided in the exhaust fuel gas supply line 45 based on the fuel air differential pressure command from the differential pressure setting unit 53d, so that the fuel electrode 13A side is set. The fuel air differential pressure in the power generation chamber 215 is controlled so as to be higher in a predetermined range (for example, 0.1 to 1 kPa) from the air electrode 13B side.
The recirculation flow rate control unit 54e controls the amount of exhaust fuel gas supplied to the fuel electrode 13A by controlling the rotation speed of the recirculation blower 50 based on the blower rotation speed command from the recirculation flow rate setting unit 53e.
The pure water flow rate control unit 54f controls the amount of pure water supplied to the fuel electrode 13A by adjusting the discharge flow rate of the pump 48 based on the pure water flow rate command from the pure water flow rate setting unit 53f.

上記第１燃料ガス流量制御部５４ａ、入口空気温度制御部５４ｂ、ＭＧＴ出力制御部５４ｃ、差圧制御部５４ｄ、再循環流量制御部５４ｅ、純水流量制御部５４ｆのうち少なくとも２つの制御系に対しては、ほぼ同時に制御指令が出され、例えば、入力された各指令に基づいてフィードバック制御やフィードフォワード制御を行うことにより、各種制御量を制御指令に一致させる制御を行う。なお、これらの制御については公知の技術を適宜適用すればよいため、詳細な説明は省略する。例えば、各種制御系の制御指令における各種操作量は、事前に図１０から図１５に示すような特性を用いたシミュレーションまたは実機試験などの結果に基づいて作成してもよい。このようにすることで、ほぼ同時に複数の制御系に対して制御指令を出しても、各制御量が適切な制御の下に安定して指令値へと近づいてゆき、ＳＯＦＣ１３の発電室温度や負荷（出力電流）を目標値へと安定して近づけることが可能となる。 For at least two control systems of the first fuel gas flow rate control unit 54a, inlet air temperature control unit 54b, MGT output control unit 54c, differential pressure control unit 54d, recirculation flow rate control unit 54e, and pure water flow rate control unit 54f. On the other hand, control commands are issued almost at the same time. For example, feedback control and feedforward control are performed based on each input command to control various control amounts to match the control commands. Since known techniques may be appropriately applied to these controls, detailed description thereof will be omitted. For example, various manipulated variables in the control commands of various control systems may be created in advance based on the results of a simulation or an actual machine test using the characteristics shown in FIGS. 10 to 15. By doing so, even if control commands are issued to a plurality of control systems almost at the same time, each control amount stably approaches the command value under appropriate control, and the temperature of the power generation room of SOFC 13 and the like. It is possible to stably approach the load (output current) to the target value.

次に、負荷上昇制御部４によって実行される負荷上昇モード時の制御について、図１６を参照して説明する。図１６は、負荷上昇モードにおける制御手順を示したフローチャートである。負荷上昇モードは、上述した第２昇温モードにおいて、発電室温度が第２温度閾値Ｔｔｈ２に到達したときに開始される制御モードである。 Next, the control in the load increase mode executed by the load increase control unit 4 will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart showing a control procedure in the load increase mode. The load increase mode is a control mode that is started when the temperature of the power generation chamber reaches the second temperature threshold value Tth2 in the second temperature rise mode described above.

まず、目標負荷設定部５１によって外気温度に基づいて図７に示した目標負荷情報から目標負荷（＝目標出力電流）が設定される（ステップＳＡ１）。続いて、出力電流指令設定部５２によって、所定の電流変化率を用いて、目標負荷に対応する目標出力電流から出力電流指令が設定される（ステップＳＡ２）。ここで、所定の電流変化率は、出力電流指令に応じて変化する。具体的には、出力電流指令が上述した電流閾値以下の場合には、第１電流変化率を用いて出力電流指令が設定され、出力電流指令が電流閾値に到達してから所定期間経過するまでは第２電流変化率を用いて出力電流指令が設定され、出力電流指令が電流閾値に到達してから所定期間経過後においては、第３電流変化率を用いて出力電流指令が設定される。ここで所定時間は、発電室温度の応答遅れを考慮して、シミュレーションまたは実機試験などの結果に基づいて適切な値を設定したものである。 First, the target load setting unit 51 sets the target load (= target output current) from the target load information shown in FIG. 7 based on the outside air temperature (step SA1). Subsequently, the output current command setting unit 52 sets an output current command from the target output current corresponding to the target load using a predetermined current change rate (step SA2). Here, the predetermined current change rate changes according to the output current command. Specifically, when the output current command is equal to or less than the above-mentioned current threshold, the output current command is set using the first current change rate, and until a predetermined period elapses after the output current command reaches the current threshold. The output current command is set using the second current change rate, and the output current command is set using the third current change rate after a predetermined period has elapsed after the output current command reaches the current threshold. Here, the predetermined time is set to an appropriate value based on the result of a simulation or an actual machine test in consideration of the response delay of the temperature of the power generation room.

続いて、制御指令設定部５３により、設定された出力電流指令に基づいて各制御系の制御指令が設定される（ステップＳＡ３）。そして、制御部５４により、設定された各種制御指令に基づく各制御系の操作量がほぼ同時期に制御される（ステップＳＡ４）。これにより、各種制御系の制御量が目標負荷に向けてほぼ同時期に変化することとなる。続いて、出力電流指令が目標負荷に対応する目標出力電流以上であるか否かを判断する（ステップＳＡ５）。この結果、出力電流指令が目標出力電流未満であれば（ステップＳＡ５において「ＮＯ」）、所定時間経過後にステップＳＡ２に戻り、目標負荷に基づく出力電流指令が再度設定され、新たに設定された出力電流指令に基づいて以降のステップが順次行われる。ステップＳＡ５の判断は、所定の繰り返し時間間隔で行われ、目標負荷に対応する目標出力電流から出力電流指令の設定も、所定の繰り返し時間間隔で行われる。これにより、各種制御系の制御指令が所定の繰り返し時間間隔で適切に行われ、これに基づいて、各制御系の制御をほぼ同時期に行うことができ、各制御量が安定するまでの時間を短縮することが可能となる。ここで、所定の繰り返し時間間隔とは、ステップＳＡ２からステップＳＡ５までの各処理の制御を実行するのに必要な時間である。 Subsequently, the control command setting unit 53 sets a control command for each control system based on the set output current command (step SA3). Then, the control unit 54 controls the operation amount of each control system based on the set various control commands at substantially the same time (step SA4). As a result, the control amount of various control systems changes toward the target load at about the same time. Subsequently, it is determined whether or not the output current command is equal to or greater than the target output current corresponding to the target load (step SA5). As a result, if the output current command is less than the target output current (“NO” in step SA5), the process returns to step SA2 after a predetermined time elapses, the output current command based on the target load is set again, and the newly set output is output. Subsequent steps are performed sequentially based on the current command. The determination in step SA5 is performed at predetermined repetition time intervals, and the setting of the output current command from the target output current corresponding to the target load is also performed at predetermined repetition time intervals. As a result, control commands of various control systems are appropriately executed at predetermined repetition time intervals, and based on this, control of each control system can be performed at approximately the same time, and time until each control amount stabilizes. Can be shortened. Here, the predetermined repetition time interval is the time required to execute the control of each process from step SA2 to step SA5.

このようにして、ステップＳＡ２〜ＳＡ５を繰り返し行うことにより、徐々に出力電流が目標出力電流に向けて変化し、出力電流が目標出力電流に到達すると、ステップＳＡ５において「ＹＥＳ」と判断され、本制御を終了する。出力電流が目標出力電流に到達したのちは、出力電流を目標出力電流で維持するような制御が行われる。 By repeating steps SA2 to SA5 in this way, the output current gradually changes toward the target output current, and when the output current reaches the target output current, it is determined as "YES" in step SA5. End control. After the output current reaches the target output current, control is performed so that the output current is maintained at the target output current.

上述のように、本実施形態に係る負荷上昇制御部４によれば、出力電流指令設定部５２が出力電流指令に応じて設定される電流変化率を用いて出力電流指令を設定する。具体的には、図１７に示すように、出力電流指令が電流閾値以下の電流範囲の場合には、第１電流変化率を用いて出力電流指令が設定され、出力電流指令が電流閾値に到達してから所定期間経過するまでは第２電流変化率を用いて出力電流指令が設定され、出力電流指令の変化幅として電流閾値に到達してから所定期間経過後においては、第３電流変化率を用いて出力電流指令が設定される。これにより、出力電流指令が電流閾値以下の電流範囲においては、比較的大きな電流変化率を用いて出力電流指令を設定するので、出力電流指令が電流閾値に到達するまでの時間を比較的短くすることができる。また、出力電流指令の変化幅として電流閾値に到達してから所定期間においては、第２電流変化率を用いて出力電流指令を設定することにより、非常に緩やかに、あるいは、出力電流指令の上昇を一旦停止させる。 As described above, according to the load increase control unit 4 according to the present embodiment, the output current command setting unit 52 sets the output current command using the current change rate set according to the output current command. Specifically, as shown in FIG. 17, when the output current command is in the current range equal to or less than the current threshold value, the output current command is set using the first current change rate, and the output current command reaches the current threshold value. The output current command is set using the second current change rate until a predetermined period elapses, and after the predetermined period elapses after reaching the current threshold as the change width of the output current command, the third current change rate The output current command is set using. As a result, in the current range where the output current command is below the current threshold, the output current command is set using a relatively large current change rate, so that the time until the output current command reaches the current threshold is relatively short. be able to. Further, in a predetermined period after reaching the current threshold value as the change width of the output current command, by setting the output current command using the second current change rate, the output current command rises very slowly or. Is temporarily stopped.

これにより、この期間に発電室温度の追従遅れを取り戻すことができる。そして、出力電流指令の変化幅として電流閾値に到達してから所定期間経過後においては、第２電流変化率よりも大きな値に設定されている第３電流変化率を用いて出力電流指令が設定されることにより、目標出力電流に向けて緩やかに出力電流指令を上昇させる。これにより、発電室温度の追従遅れをほぼ解消することができ、細い破線で示した発電室目標温度に収束し、発電室温度のオーバーシュートを抑制および定格負荷到達後に発電室温度が発電室目標温度に安定するまでの時間を短縮することが可能となり、オーバーシュートによる発電室の再冷却が抑制される。このため発電室温度を上昇させるための無駄なエネルギ消費を抑制することができる。図１７では、比較用に発電室目標温度になるまで、第２電流変化率と第３電流変化率を用いないで同様な制御のもとで出力電流指令を上昇する制御を継続した場合を破線で示している。このように出力電流指令を上昇させて燃料ガスＬ２の供給を続けると、発電室温度はオーバーシュートすることになるとともに、目標発電室温度に安定するまでの時間も長く要する。 As a result, it is possible to recover the follow-up delay of the temperature of the power generation chamber during this period. Then, after a predetermined period of time has elapsed from reaching the current threshold value as the change width of the output current command, the output current command is set using the third current change rate set to a value larger than the second current change rate. By doing so, the output current command is gradually increased toward the target output current. As a result, the follow-up delay of the power generation room temperature can be almost eliminated, the temperature converges to the power generation room target temperature shown by the thin broken line, the overshoot of the power generation room temperature is suppressed, and the power generation room temperature becomes the power generation room target after reaching the rated load. It is possible to shorten the time until the temperature stabilizes, and recooling of the power generation chamber due to overshoot is suppressed. Therefore, wasteful energy consumption for raising the temperature of the power generation chamber can be suppressed. In FIG. 17, for comparison, a broken line shows a case where the control for increasing the output current command is continued under the same control without using the second current change rate and the third current change rate until the target temperature of the power generation room is reached. It is shown by. If the output current command is raised in this way and the supply of the fuel gas L2 is continued, the temperature of the power generation chamber will overshoot, and it will take a long time to stabilize at the target power generation chamber temperature.

なお、本実施形態に係る負荷上昇制御部４は、出力電流指令が電流閾値に到達した場合に、第１電流変化率から第２電流変化率に切り替えていたが、これに限定されず、例えば、後述する発電室温度が第２温度閾値Ｔｔｈ２以上発電室目標温度Ｔｔａｇ以下に設定された所定の温度閾値に到達した場合に、第１電流変化率から第２電流変化率に切り替えることとしてもよい。 The load increase control unit 4 according to the present embodiment switches from the first current change rate to the second current change rate when the output current command reaches the current threshold value, but the present invention is not limited to this, for example. When the power generation room temperature, which will be described later, reaches a predetermined temperature threshold value set to be equal to or lower than the second temperature threshold value Tth2 and equal to or lower than the power generation room target temperature Ttag, the first current change rate may be switched to the second current change rate. ..

次に、ＳＯＦＣ制御装置６０ａが備える温度上昇制御部５について詳しく説明する。
温度上昇制御部５は、図１８に示すように、空気極１３Ｂ側に供給する空気（酸化剤ガス）Ａ１の流量を制御する空気制御部１４と、空気極１３Ｂ側に供給する燃料ガスＬ２（可燃性ガス）の流量を制御する燃料ガス制御部１５とを備えている。
燃料ガス制御部１５は、温度センサ９２の計測温度から発電室温度を特定し、発電室温度が上述の第１温度閾値Ｔｔｈ１に到達した場合に、空気極１３Ｂへの燃料ガスＬ２の供給を開始する。 Next, the temperature rise control unit 5 included in the SOFC control device 60a will be described in detail.
As shown in FIG. 18, the temperature rise control unit 5 includes an air control unit 14 that controls the flow rate of the air (oxidizing agent gas) A1 supplied to the air electrode 13B side and a fuel gas L2 (fuel gas L2) supplied to the air electrode 13B side. It is provided with a fuel gas control unit 15 that controls the flow rate of the flammable gas).
The fuel gas control unit 15 identifies the power generation chamber temperature from the temperature measured by the temperature sensor 92, and starts supplying the fuel gas L2 to the air electrode 13B when the power generation chamber temperature reaches the above-mentioned first temperature threshold Tth1. To do.

具体的には、燃料ガス制御部１５は、発電室温度特定部１６、第２燃料ガス流量設定部１７、第２燃料ガス流量制御部１８を備えている。
発電室温度特定部１６は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３内に備えられた温度センサ９２によって計測された複数の温度計測値のうちの最高温度を発電室温度として特定する。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣ１３には温度分布があることから、一部の温度が上限温度を越えないようにするために、温度センサ９２によって計測された複数の計測温度のうちの最大値を発電室温度として特定するが、これに限定されず、例えば、複数の温度計測値の平均値、あるいは、その他の統計手法を用いて複数の温度計測値から発電室温度を特定することとしてもよい。 Specifically, the fuel gas control unit 15 includes a power generation room temperature specifying unit 16, a second fuel gas flow rate setting unit 17, and a second fuel gas flow rate control unit 18.
The power generation room temperature specifying unit 16 specifies the maximum temperature among the plurality of temperature measurement values measured by the temperature sensor 92 provided in the SOFC cartridge 203 as the power generation room temperature. In the present embodiment, since the SOFC 13 has a temperature distribution, the maximum value among the plurality of measured temperatures measured by the temperature sensor 92 in order to prevent a part of the temperature from exceeding the upper limit temperature. Is specified as the power generation room temperature, but is not limited to this, and for example, the power generation room temperature may be specified from a plurality of temperature measurement values by using an average value of a plurality of temperature measurement values or other statistical methods. Good.

第２燃料ガス流量設定部１７は、例えば、図１９に示すように、発電室温度と、空気極燃料供給ライン８０より空気極１３Ｂでの触媒燃焼用に空気Ａ１に添加する燃料ガスＬ２の流量とが関連付けられた第２燃料ガス情報を有しており、第２燃料ガス情報から発電室温度特定部１６によって特定された発電室温度に対応する燃料ガスＬ２の流量を取得し、取得した燃料ガスＬ２の流量を第２燃料ガス流量指令として設定する。 As shown in FIG. 19, the second fuel gas flow rate setting unit 17 is, for example, the temperature of the power generation chamber and the flow rate of the fuel gas L2 added to the air A1 from the air electrode fuel supply line 80 for catalyst combustion at the air electrode 13B. Has the second fuel gas information associated with, and acquires the flow rate of the fuel gas L2 corresponding to the power generation room temperature specified by the power generation room temperature specifying unit 16 from the second fuel gas information, and obtains the acquired fuel. The flow rate of the gas L2 is set as the second fuel gas flow rate command.

ここで、図１９に示すように、第２燃料ガス情報は、発電室温度が第２温度閾値Ｔｔｈ２に到達するまでは第２燃料ガス流量が増加する特性とされ、発電室温度が第２温度閾値Ｔｔｈ２に到達した後は第２燃料ガス流量が減少する特性とされている。これは、発電室温度が第２温度閾値Ｔｔｈ２に到達した以降は、負荷上昇モードに移行し、燃料極１３Ａに発電反応用の燃料ガスＬ２が供給され、自己発電の発熱により発電室温度が上昇するからである。ここで図１９の第２燃料ガス情報は、シミュレーションまたは実機試験などの結果に基づいて適切な値を設定したものである。 Here, as shown in FIG. 19, the second fuel gas information has a characteristic that the second fuel gas flow rate increases until the power generation chamber temperature reaches the second temperature threshold Tth2, and the power generation chamber temperature is the second temperature. It is said that the second fuel gas flow rate decreases after the threshold value Tth2 is reached. After the power generation chamber temperature reaches the second temperature threshold Tth2, the load rise mode is entered, the fuel gas L2 for the power generation reaction is supplied to the fuel electrode 13A, and the power generation chamber temperature rises due to the heat generated by the self-power generation. Because it does. Here, the second fuel gas information in FIG. 19 is set to an appropriate value based on the result of a simulation or an actual machine test.

また、第２燃料ガス流量設定部１７は、発電室温度が供給停止温度Ｔｓｔｏｐに到達した場合に、空気極１３Ｂへの燃料ガスＬ２の供給を停止させる。ここで、供給停止温度Ｔｓｔｏｐは、第２温度閾値Ｔｔｈ２よりも大きく発電室目標温度Ｔｔａｇ以下に設定されている。このように、発電室温度が発電室目標温度Ｔｔａｇに到達する前に、空気極１３Ｂへの燃料ガスＬ２の供給を停止することにより、発電室温度のオーバーシュートを抑制することが可能となる。一方、図１９は、Ｔｓｔｏｐに到達後も発電室温度に合せて同様な制御のもとに燃料ガスＬ２を供給し続けた場合を破線で示している。このように燃料ガスＬ２の供給を続けると、後述の図２１のように発電室温度はオーバーシュートすることになるとともに、発電室目標温度に安定するまでの時間も長く要する。 Further, the second fuel gas flow rate setting unit 17 stops the supply of the fuel gas L2 to the air electrode 13B when the power generation chamber temperature reaches the supply stop temperature Tstop. Here, the supply stop temperature Tstop is set to be larger than the second temperature threshold value Tth2 and equal to or lower than the power generation room target temperature Ttag. In this way, by stopping the supply of the fuel gas L2 to the air electrode 13B before the power generation chamber temperature reaches the power generation chamber target temperature Ttag, it is possible to suppress the overshoot of the power generation chamber temperature. On the other hand, FIG. 19 shows a case where the fuel gas L2 is continuously supplied under the same control according to the temperature of the power generation chamber even after reaching Tstop, with a broken line. If the fuel gas L2 is continuously supplied in this way, the temperature of the power generation chamber will overshoot as shown in FIG. 21 described later, and it will take a long time to stabilize at the target temperature of the power generation chamber.

ここで、供給停止温度Ｔｓｔｏｐは、例えば、上述した出力電流指令設定部５２が用いる第１電流変化率、出力電流指令の変化幅、及び出力電流指令のうち、少なくとも一つに応じて設定される。例えば、図２０に、供給停止温度の設定手順の一例を示したフローチャートを示す。図２０では、第１電流変化率、出力電流指令の変化幅、及び出力電流指令に基づいて供給停止温度を設定する場合について例示している。
図２０に示すように、目標負荷に対応する出力電流指令が第１閾値（例えば、第１閾値は、定格電流の２５％以上４０％以下の電流範囲の値に設定されている）以下の場合には（ステップＳＢ１において「ＮＯ」）、ＳＯＦＣの発電による発熱が小さく、発電室温度がオーバーシュートするおそれが小さいため、供給停止温度Ｔｓｔｏｐは第１温度（例えば、発電室目標温度Ｔｔａｇの９６％）に設定される（ステップＳＢ２）。一方、目標負荷に対応する出力電流指令が第１閾値よりも大きい場合には（ステップＳＢ１において「ＹＥＳ」）、続いて、電流上昇幅が第２閾値（例えば、第２閾値は、定格電流の５０％以上６５％以下の電流範囲の値に設定されている）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＢ３）。ここで、電流上昇幅とは、現在の出力電流値と目標負荷に対応する出力電流指令との差分であり、例えば、現在の出力電流値が０Ａの場合には、出力電流指令と電流上昇幅とは同じ値をとることとなる。 Here, the supply stop temperature Tstop is set according to, for example, at least one of the first current change rate, the change width of the output current command, and the output current command used by the output current command setting unit 52 described above. .. For example, FIG. 20 shows a flowchart showing an example of a procedure for setting the supply stop temperature. FIG. 20 illustrates a case where the supply stop temperature is set based on the first current change rate, the change width of the output current command, and the output current command.
As shown in FIG. 20, when the output current command corresponding to the target load is equal to or less than the first threshold value (for example, the first threshold value is set to a value in the current range of 25% or more and 40% or less of the rated current). (“NO” in step SB1), the heat generated by the power generation of the SOFC is small, and the risk of overshooting the power generation room temperature is small. Therefore, the supply stop temperature Tstop is 96% of the first temperature (for example, the power generation room target temperature Ttag). ) Is set (step SB2). On the other hand, when the output current command corresponding to the target load is larger than the first threshold value (“YES” in step SB1), then the current increase width is the second threshold value (for example, the second threshold value is the rated current). It is determined whether or not it is larger than (set to a value in the current range of 50% or more and 65% or less) (step SB3). Here, the current increase width is the difference between the current output current value and the output current command corresponding to the target load. For example, when the current output current value is 0A, the output current command and the current increase width are used. Will take the same value as.

ステップＳＢ３において、電流上昇幅が第２閾値以下である場合には（ステップＳＢ３において「ＮＯ」）、更に出力電流指令が第３閾値（例えば、第３閾値は、定格電流の５０％以上６５％以下の電流範囲の値に設定されている）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＢ４）。この結果、出力電流指令が第３閾値以下である場合には（ステップＳＢ４において「ＮＯ」）、ＳＯＦＣの発電による発熱が小さく、発電室温度がオーバーシュートするおそれが小さいため、供給停止温度Ｔｓｔｏｐは第１温度に設定される（ステップＳＢ２）。一方、ステップＳＢ４において、出力電流指令が第３閾値よりも大きい場合には（ステップＳＢ４において「ＹＥＳ」）、供給停止温度Ｔｓｔｏｐは第１温度よりも低い第２温度（例えば、発電室目標温度の９５％）に設定される（ステップＳＢ５）。 In step SB3, when the current increase width is equal to or less than the second threshold value (“NO” in step SB3), the output current command is further set to the third threshold value (for example, the third threshold value is 50% or more and 65% of the rated current). It is determined whether or not it is larger than (set to the value of the following current range) (step SB4). As a result, when the output current command is equal to or less than the third threshold value (“NO” in step SB4), the heat generated by the SOFC power generation is small and the power generation chamber temperature is unlikely to overshoot, so that the supply stop temperature Tstop is set. It is set to the first temperature (step SB2). On the other hand, in step SB4, when the output current command is larger than the third threshold value (“YES” in step SB4), the supply stop temperature Tstop is the second temperature lower than the first temperature (for example, the target temperature of the power generation room). 95%) (step SB5).

また、ステップＳＢ３において、電流上昇幅が第２閾値よりも大きい場合には（ステップＳＢ３において「ＹＥＳ」）、第１電流変化率が第４閾値（例えば、第４閾値は定格電流の２％／ｍｉｎに設定されている）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳＢ６）。この結果、第１電流変化率が第４閾値以下の場合（ステップＳＢ６において「ＮＯ」）には、上述のステップＳＢ４に移行する。一方、ステップＳＢ６において、第１電流変化率が第４閾値よりも大きい場合（ステップＳＢ６において「ＹＥＳ」）には、供給停止温度Ｔｓｔｏｐは第２温度よりも低い第３温度（例えば、発電室目標温度の９３％）に設定される（ステップＳＢ７）。 Further, in step SB3, when the current increase width is larger than the second threshold value (“YES” in step SB3), the first current change rate is the fourth threshold value (for example, the fourth threshold value is 2% of the rated current / It is determined whether or not it is larger than (set to min) (step SB6). As a result, when the first current change rate is equal to or less than the fourth threshold value (“NO” in step SB6), the process proceeds to step SB4 described above. On the other hand, in step SB6, when the first current change rate is larger than the fourth threshold value (“YES” in step SB6), the supply stop temperature Tstop is the third temperature lower than the second temperature (for example, the power generation room target). It is set to (93% of temperature) (step SB7).

このように、出力電流指令、電流上昇幅、及び電流変化率が大きく、オーバーシュートしやすい状況にあるほど、供給停止温度Ｔｓｔｏｐを低い値に設定する。これにより、発電室温度が発電室目標温度に達する前に空気極１３Ｂへの燃料ガスＬ２の供給を止めることができ、発電室温度のオーバーシュートを抑制することができる。
なお、上述した供給停止温度Ｔｓｔｏｐの設定については、例えば、ＳＯＦＣ１３の起動開始時、換言すると、上述した第１昇温モードが開始される前に、図２０に示した処理を１回実行し、供給停止温度Ｔｓｔｏｐを設定することとしてもよい。また、出力電流指令は所定の繰り返し時間間隔で設定されるため、再設定された出力電流指令、電流上昇幅、電流変化率によってＴｓｔｏｐの再設定を行ってもよい。 In this way, the larger the output current command, the current increase width, and the current change rate, and the easier it is to overshoot, the lower the supply stop temperature Tstop is set. As a result, the supply of the fuel gas L2 to the air electrode 13B can be stopped before the temperature of the power generation chamber reaches the target temperature of the power generation chamber, and overshoot of the temperature of the power generation chamber can be suppressed.
Regarding the setting of the supply stop temperature Tstop described above, for example, at the start of SOFC 13, in other words, before the first temperature rise mode described above is started, the process shown in FIG. 20 is executed once. The supply stop temperature Tstop may be set. Further, since the output current command is set at a predetermined repetition time interval, the Tstop may be reset according to the reset output current command, the current increase width, and the current change rate.

上述のように、本実施形態に係る温度上昇制御部５によれば、図２１に示すように燃料ガスＬ２の流量を発電室温度がオーバーシュートすることを抑制して制御することができる。また、比較用にＴｓｔｏｐ後も、発電室目標温度になるまで同様な制御のもとに燃料ガスＬ２を供給し続けた場合を破線で示している。このように燃料ガスＬ２の供給を続けると、発電室温度はオーバーシュートすることになるとともに、発電室目標温度に安定するまでの時間も長く要する。また、図１９及び図２１に示すように、発電室温度が予め設定された第１温度閾値Ｔｔｈ１に到達した場合に、空気極１３Ｂへの燃料ガスＬ２の供給を開始し、発電室温度が第１温度閾値Ｔｔｈ１よりも大きく発電室目標温度Ｔｔａｇ以下に設定された供給停止温度Ｔｓｔｏｐに到達したときに空気極１３Ｂへの燃料ガスＬ２の供給を停止する。燃料ガスＬ２の供給を停止した以降は、発電による発熱のみにより発電室温度が上昇することとなる。これにより、発電室をＴｔｈ２またはＴｓｔｏｐまで素早く昇温させた後に、発電室温度を発電室目標温度Ｔｔａｇまで緩やかに上昇させることができ、オーバーシュートを抑制することが可能となり、オーバーシュートによる発電室の再冷却が抑制される。このため発電室温度を上昇させるための無駄なエネルギ消費を抑制することができる。
また、供給停止温度Ｔｓｔｏｐは、出力電流指令を設定する際に使用される第１電流変化率、出力電流指令、およびその変化幅に応じて設定されるので、負荷上昇の様子に応じて適切な温度に供給停止温度Ｔｓｔｏｐを設定することが可能となる。 As described above, according to the temperature rise control unit 5 according to the present embodiment, as shown in FIG. 21, the flow rate of the fuel gas L2 can be controlled by suppressing the overshoot of the power generation chamber temperature. Further, for comparison, the broken line shows the case where the fuel gas L2 is continuously supplied under the same control until the target temperature of the power generation chamber is reached even after Tstop. If the fuel gas L2 is continuously supplied in this way, the temperature of the power generation chamber will overshoot, and it will take a long time to stabilize at the target temperature of the power generation chamber. Further, as shown in FIGS. 19 and 21, when the power generation chamber temperature reaches the preset first temperature threshold Tth1, the supply of the fuel gas L2 to the air electrode 13B is started, and the power generation chamber temperature becomes the first. When the supply stop temperature Tstop set to be larger than the temperature threshold Tth1 and equal to or lower than the target temperature Ttag of the power generation room is reached, the supply of the fuel gas L2 to the air electrode 13B is stopped. After the supply of the fuel gas L2 is stopped, the temperature of the power generation room rises only by the heat generated by the power generation. As a result, after the power generation chamber is quickly raised to Tth2 or Tstop, the temperature of the power generation chamber can be gradually raised to the target temperature Ttag of the power generation chamber, overshoot can be suppressed, and the power generation chamber due to overshoot can be suppressed. Recooling is suppressed. Therefore, wasteful energy consumption for raising the temperature of the power generation chamber can be suppressed.
Further, since the supply stop temperature Tstop is set according to the first current change rate used when setting the output current command, the output current command, and the change width thereof, it is appropriate according to the state of load increase. It is possible to set the supply stop temperature Tstop to the temperature.

以上説明してきたように、燃料電池の制御装置及び制御方法並びに発電システムによれば、負荷上昇時において、制御量のオーバーシュートを回避しながら目標到達までの時間を短縮することが可能となる。
なお、本実施形態においては、負荷上昇制御部４による電流変化率の切り替えと、温度上昇制御部５による供給停止温度Ｔｓｔｏｐにおける燃料ガスＬ２の供給停止の両方を実施する場合について説明したが、いずれか一方の制御を実施することとしてもよい。例えば、負荷上昇制御部４による電流変化率の切り替えを行う場合には、温度上昇制御部５は、供給停止温度Ｔｓｔｏｐで燃料ガスＬ２の供給を停止することなく、発電室温度が発電室目標温度Ｔｔａｇに到達するまで図１９に示した第２燃料ガス情報に基づいて燃料ガスＬ２の供給を継続して行うこととしてもよい。 As described above, according to the fuel cell control device, control method, and power generation system, it is possible to shorten the time to reach the target while avoiding overshoot of the controlled amount when the load increases.
In the present embodiment, the case where the load increase control unit 4 switches the current change rate and the temperature increase control unit 5 stops the supply of the fuel gas L2 at the supply stop temperature Tstop has been described. One of the controls may be performed. For example, when the load increase control unit 4 switches the current change rate, the temperature increase control unit 5 sets the power generation room temperature to the power generation room target temperature without stopping the supply of the fuel gas L2 at the supply stop temperature Tstop. The fuel gas L2 may be continuously supplied based on the second fuel gas information shown in FIG. 19 until the temperature reaches Ttag.

また、温度情報制御部５による供給停止温度Ｔｓｔｏｐにおける燃料ガスＬ２の供給停止を実施する場合には、例えば、負荷上昇制御部４は電流変化率の切り替えを行わずに、出力電流指令が目標出力電流に到達するまで、第１電流変化率のみを用いて出力電流指令を設定することとしてもよい。 Further, when the supply stop temperature Tstop of the fuel gas L2 is stopped by the temperature information control unit 5, for example, the load increase control unit 4 does not switch the current change rate, and the output current command outputs the target output. The output current command may be set using only the first current change rate until the current is reached.

４ ：負荷上昇制御部
５ ：温度上昇制御部
１０ ：発電システム
１１ ：ＭＧＴ（マイクロガスタービン）
１２ ：発電機
１３Ａ ：燃料極
１３Ｂ ：空気極
１４ ：空気制御部
１５ ：燃料ガス制御部
１６ ：発電室温度特定部
１７ ：第２燃料ガス流量設定部
１８ ：第２燃料ガス流量制御部
５１ ：目標負荷設定部
５２ ：出力電流指令設定部
５３ ：制御指令設定部
５３ａ ：第１燃料ガス流量設定部
５３ｂ ：入口空気温度設定部
５３ｃ ：ＭＧＴ出力設定部
５３ｄ ：差圧設定部
５３ｅ ：再循環流量設定部
５３ｆ ：純水流量設定部
５４ ：制御部
５４ａ ：第１燃料ガス流量制御部
５４ｂ ：入口空気温度制御部
５４ｃ ：ＭＧＴ出力制御部
５４ｄ ：差圧制御部
５４ｅ ：再循環流量制御部
５４ｆ ：純水流量制御部
６０ ：制御装置
６０ａ ：ＳＯＦＣ制御装置
６０ｂ ：ＭＧＴ制御装置
９０ ：差圧センサ
９２ ：温度センサ
９４ ：外気温度センサ
１０５ ：燃料電池セル
１１１ ：固体電解質
２０１ ：ＳＯＦＣモジュール
２０３ ：ＳＯＦＣカートリッジ
２１５ ：発電室 4: Load increase control unit 5: Temperature increase control unit 10: Power generation system 11: MGT (micro gas turbine)
12: Generator 13A: Fuel pole 13B: Air pole 14: Air control unit 15: Fuel gas control unit 16: Power generation room temperature specifying unit 17: Second fuel gas flow rate setting unit 18: Second fuel gas flow rate control unit 51: Target load setting unit 52: Output current command setting unit 53: Control command setting unit 53a: First fuel gas flow rate setting unit 53b: Inlet air temperature setting unit 53c: MGT output setting unit 53d: Differential pressure setting unit 53e: Recirculation flow rate Setting unit 53f: Pure water flow rate setting unit 54: Control unit 54a: First fuel gas flow rate control unit 54b: Inlet air temperature control unit 54c: MGT output control unit 54d: Differential pressure control unit 54e: Recirculation flow rate control unit 54f: Pure water flow control unit 60: Control device 60a: SOFC control device 60b: MGT control device 90: Differential pressure sensor 92: Temperature sensor 94: Outside air temperature sensor 105: Fuel cell cell 111: Solid oxide 201: SOFC module 203: SOFC cartridge 215: Power generation room

Claims (14)

燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御装置であって、
目標負荷を設定する目標負荷設定部と、
所定の電流変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する出力電流指令設定部と、
前記出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定部と、
発電室温度が予め設定された第１温度閾値に到達した場合に、前記空気極への可燃性ガスの供給を開始し、前記発電室温度が前記第１温度閾値よりも大きく発電室目標温度以下に設定された供給停止温度に到達したときに前記空気極への前記可燃性ガスの供給を停止する可燃性ガス流量制御部と
を備え、
前記供給停止温度は、前記所定の電流変化率、前記目標負荷に対応する出力電流指令、及び前記出力電流指令の変化幅の少なくともいずれか一つに応じて設定される燃料電池の制御装置。 A fuel cell control device including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
The target load setting unit that sets the target load and
An output current command setting unit that sets an output current command of the fuel cell from the target load using a predetermined current change rate, and an output current command setting unit.
A control command setting unit that sets control commands to a plurality of control systems for changing the load of the fuel cell using the output current command, and a control command setting unit.
When the power generation chamber temperature reaches a preset first temperature threshold, the supply of flammable gas to the air electrode is started, and the power generation chamber temperature is larger than the first temperature threshold and equal to or lower than the power generation chamber target temperature. It is provided with a flammable gas flow rate control unit that stops the supply of the flammable gas to the air electrode when the supply stop temperature set in is reached.
The fuel cell control device in which the supply stop temperature is set according to at least one of the predetermined current change rate, the output current command corresponding to the target load, and the change width of the output current command. 燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御装置であって、
目標負荷を設定する目標負荷設定部と、
所定の第１電流変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する出力電流指令設定部と、
前記出力電流指令設定部によって設定された出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定部と、
を備え、
前記出力電流指令設定部は、前記出力電流指令が前記目標負荷に対応する目標出力電流以下に設定された電流閾値に到達した場合、または、発電室温度が発電室目標温度以下に設定された温度閾値に到達した場合に、前記第１電流変化率よりも小さな値に設定された第２電流変化率を用いて前記出力電流指令を設定し、
前記電流閾値または前記温度閾値は、前記第１電流変化率に応じて設定される燃料電池の制御装置。 A fuel cell control device including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
The target load setting unit that sets the target load and
An output current command setting unit that sets an output current command of the fuel cell from the target load using a predetermined first current change rate, and an output current command setting unit.
A control command setting unit that sets control commands to a plurality of control systems for changing the load of the fuel cell by using the output current command set by the output current command setting unit.
With
Said output current command setting unit, when the output current command reaches the set current threshold below the target output current corresponding to the target load, or temperature of the generating chamber temperature is set below the generating chamber target temperature When the temperature threshold is reached, the output current command is set using the second current change rate set to a value smaller than the first current change rate.
The fuel cell control device in which the current threshold value or the temperature threshold value is set according to the first current change rate. 前記出力電流指令設定部は、前記出力電流指令が前記電流閾値に達してから所定時間経過した場合、または、前記発電室温度が前記温度閾値に達してから所定時間経過した場合に、前記第２電流変化率よりも大きく設定された第３電流変化率を用いて前記出力電流指令を設定する請求項２に記載の燃料電池の制御装置。 The output current command setting unit is the second when a predetermined time has elapsed since the output current command reached the current threshold value, or when a predetermined time has elapsed since the temperature of the power generation chamber reached the temperature threshold value. The fuel cell control device according to claim 2, wherein the output current command is set using a third current change rate set larger than the current change rate. 前記第２電流変化率はゼロに設定されている請求項２または請求項３に記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to claim 2 or 3, wherein the second current change rate is set to zero. 前記目標負荷設定部は、前記燃料電池の周囲の外気温度から前記燃料電池の目標負荷を設定する請求項２から請求項４のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to any one of claims 2 to 4, wherein the target load setting unit sets a target load of the fuel cell from the outside air temperature around the fuel cell. 前記発電室温度が予め設定された第１温度閾値に到達した場合に、前記空気極への可燃性ガスの供給を開始し、前記発電室温度が前記第１温度閾値よりも大きく発電室目標温度以下に設定された供給停止温度に到達したときに前記空気極への前記可燃性ガスの供給を停止する可燃性ガス流量制御部を備え、
前記供給停止温度は、前記所定の電流変化率、前記目標負荷に対応する出力電流指令、及び前記出力電流指令の変化幅の少なくともいずれか一つに応じて設定される請求項２から請求項５のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。 When the power generation chamber temperature reaches a preset first temperature threshold, the supply of flammable gas to the air electrode is started, and the power generation chamber temperature is larger than the first temperature threshold and the power generation chamber target temperature. A flammable gas flow control unit that stops the supply of the flammable gas to the air electrode when the supply stop temperature set below is reached is provided.
Claims 2 to 5 are set in accordance with at least one of the predetermined current change rate, the output current command corresponding to the target load, and the change width of the output current command. The fuel cell control device according to any one of. 前記供給停止温度は、前記所定の変化率、前記出力電流指令の変化幅、または前記出力電流指令が大きいほど、低い値に設定される請求項１または請求項６に記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to claim 1 or 6, wherein the supply stop temperature is set to a lower value as the rate of change, the width of change of the output current command, or the output current command is larger. .. 前記目標負荷設定部は、前記燃料電池の周囲の外気温度から前記燃料電池の目標負荷を設定する請求項１に記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to claim 1, wherein the target load setting unit sets a target load of the fuel cell from the outside air temperature around the fuel cell. 前記複数の制御系は、燃料極への燃料ガス供給流量、燃料電池空気極入口温度、マイクロガスタービン出力、前記燃料極と前記空気極との差圧、再循環ブロワ回転数、及び純水流量のうち２つ以上を含む請求項１から請求項８のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。 The plurality of control systems include fuel gas supply flow rate to the fuel electrode, fuel cell air electrode inlet temperature, micro gas turbine output, differential pressure between the fuel electrode and the air electrode, recirculation blower rotation speed, and pure water flow rate. The fuel cell control device according to any one of claims 1 to 8, which comprises two or more of them. 前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である請求項１から請求項９のいずれかに記載の燃料電池の制御装置。 The fuel cell control device according to any one of claims 1 to 9, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell. 燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の燃料電池セルが配置された発電室を備える燃料電池と、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の燃料電池の制御装置を備える発電システム。 A fuel cell including a power generation chamber in which a plurality of fuel cell cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
A power generation system including the fuel cell control device according to any one of claims 1 to 10. 前記発電室の中央領域に設けられた複数の温度計測部を備え、
前記温度計測部によって計測された複数の計測温度のうちの最高温度が前記発電室温度として用いられる請求項１１に記載の発電システム。 A plurality of temperature measuring units provided in the central region of the power generation chamber are provided.
The power generation system according to claim 11, wherein the maximum temperature among the plurality of measured temperatures measured by the temperature measuring unit is used as the power generation room temperature. 燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の発電セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御方法であって、
前記発電室内に設けられた所定の測定点の温度を計測する温度計測工程と、
目標負荷を設定する目標負荷設定工程と、
所定の変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する電流指令設定工程と、
前記出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定工程と、
前記温度計測工程で計測された計測温度から特定される発電室温度が予め設定された第１温度閾値に到達した場合に、前記空気極に可燃性ガスを供給する供給開始工程と、
前記発電室温度が前記第１温度閾値よりも大きく発電室目標温度以下に設定された供給停止温度に到達したときに前記空気極への前記可燃性ガスの供給を停止する供給停止工程と
を備え、
前記供給停止温度は、前記所定の電流変化率、前記目標負荷に対応する出力電流指令、及び前記出力電流指令の変化幅の少なくともいずれか一つに応じて設定される燃料電池の制御方法。 A method for controlling a fuel cell having a power generation chamber in which a plurality of power generation cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
A temperature measurement process for measuring the temperature of a predetermined measurement point provided in the power generation chamber, and
The target load setting process for setting the target load and
A current command setting step of setting an output current command of the fuel cell from the target load using a predetermined rate of change, and a current command setting process.
A control command setting step of setting control commands to a plurality of control systems for changing the load of the fuel cell by using the output current command, and
A supply start step of supplying a flammable gas to the air electrode when the power generation chamber temperature specified from the measured temperature measured in the temperature measurement step reaches a preset first temperature threshold value, and
It is provided with a supply stop step of stopping the supply of the combustible gas to the air electrode when the power generation chamber temperature reaches the supply stop temperature set to be larger than the first temperature threshold value and equal to or lower than the power generation room target temperature. ,
A fuel cell control method in which the supply stop temperature is set according to at least one of the predetermined current change rate, the output current command corresponding to the target load, and the change width of the output current command. 燃料極と、固体電解質と、空気極とを備える複数の発電セルが配置された発電室を備える燃料電池の制御方法であって、
前記発電室内に設けられた所定の測定点の温度を計測する温度計測工程と、
目標負荷を設定する目標負荷設定工程と、
所定の第１電流変化率を用いて、前記目標負荷から前記燃料電池の出力電流指令を設定する出力電流指令設定工程と、
前記出力電流指令を用いて、前記燃料電池の負荷を変化させるための複数の制御系への制御指令を設定する制御指令設定工程と、
を備え、
前記出力電流指令設定工程は、前記出力電流指令が前記目標負荷に対応する目標出力電流以下に設定された電流閾値に到達した場合、または、発電室温度が発電室目標温度以下に設定された温度閾値に到達した場合に、前記第１電流変化率よりも小さな値に設定された第２電流変化率を用いて前記出力電流指令を設定し、
前記電流閾値または前記温度閾値は、前記第１電流変化率に応じて設定される燃料電池の制御方法。 A method for controlling a fuel cell having a power generation chamber in which a plurality of power generation cells including a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are arranged.
A temperature measurement process for measuring the temperature of a predetermined measurement point provided in the power generation chamber, and
The target load setting process for setting the target load and
An output current command setting step of setting an output current command of the fuel cell from the target load using a predetermined first current change rate, and an output current command setting step.
A control command setting step of setting control commands to a plurality of control systems for changing the load of the fuel cell by using the output current command, and
With
Said output current command setting step, when the output current command reaches the set current threshold below the target output current corresponding to the target load, or temperature of the generating chamber temperature is set below the generating chamber target temperature When the temperature threshold is reached, the output current command is set using the second current change rate set to a value smaller than the first current change rate.
The fuel cell control method in which the current threshold value or the temperature threshold value is set according to the first current change rate.
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