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公開番号2025037433
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2023144365
出願日2023-09-06
発明の名称固体酸化物形燃料電池システム
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類H01M 8/04828 20160101AFI20250311BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】水蒸気改質に用いる水を十分に確保しつつ、電力需要の高まる時間帯に大きな電力を出力できる固体酸化物形燃料電池システムを提供する。
【解決手段】複数の燃料電池セル8から排出されるオフガスを燃焼する燃焼部11と、燃焼部11から排出される燃焼排ガスの熱を回収する熱回収装置Hと、熱回収装置Hで燃焼排ガス中から回収した回収水を貯える水タンク19とを備え、水タンク19に貯えられている水が改質部6での原燃料の水蒸気改質に用いられる固体酸化物形燃料電池システムSであって、運転制御部26は、電力系統での電力需要が高まることが予測されるという高需要条件、及び、電力系統での電力需要が高まる高需要時間帯に温度が高まることが予測されるという高温条件のうち、少なくとも高需要条件が満たされる場合、高需要時間帯よりも前の所定の事前時間帯の間、セルスタック9を水量増加モードで運転させる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池セルが複数積層されたセルスタックと、複数の前記燃料電池セルから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部と、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスの熱を回収する熱回収装置と、前記熱回収装置で前記燃焼排ガスを冷却することで当該燃焼排ガス中から回収した回収水を貯える水タンクと、運転を制御する運転制御部とを備え、前記水タンクに貯えられている水が、前記改質部での前記原燃料の水蒸気改質に用いられ、前記運転制御部は、前記水タンクに貯えられている水の量が所定の下限水量未満になった場合、前記セルスタックの発電運転を停止させる又は発電出力を抑制するように構成されている固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記運転制御部は、電力系統での電力需要が高まることが予測されるという高需要条件、及び、前記電力系統での電力需要が高まる高需要時間帯に前記セルスタックが設置されている地域の温度が高まることが予測されるという高温条件のうち、少なくとも前記高需要条件が満たされる場合、前記高需要時間帯よりも前の所定の事前時間帯の間、前記セルスタックを、前記水タンクでの水量を増加させるための水量増加モードで運転させる固体酸化物形燃料電池システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記運転制御部は、前記水量増加モードにおいて、前記セルスタックの出力電力を定格電力未満の所定電力にさせる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項３】
前記所定電力は、前記セルスタックが出力できる最低出力電力である請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項４】
前記運転制御部は、
前記高需要条件及び前記高温条件が満たされる場合、前記事前時間帯の間、前記セルスタックを前記水量増加モードで運転させるように構成され、
前記高需要時間帯での予想最高気温が所定温度以上の場合に前記高温条件が満たされると判定する請求項１～３の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項５】
前記運転制御部は、
前記高需要条件及び前記高温条件が満たされる場合、前記事前時間帯の間、前記セルスタックを前記水量増加モードで運転させるように構成され、
前記高需要時間帯を含む日が、気温が高くなると予め定められた日に該当する場合に前記高温条件が満たされると判定する請求項１～３の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項６】
前記熱回収装置は、前記燃焼部から排出される前記燃焼排ガスが供給される熱交換部、及び、湯水を貯える貯湯タンクを有し、前記貯湯タンクの下部から取り出した湯水を前記熱交換部に供給し、前記熱交換部を流れた湯水を前記貯湯タンクの上部に戻す構成で湯水を循環させることで、前記熱交換部で回収した前記燃焼排ガスの熱を前記貯湯タンクで蓄えるように構成され、
前記貯湯タンクの上部には、前記貯湯タンクで貯えている湯水を外部に排出するための出湯路が接続され、前記貯湯タンクの下部には、前記貯湯タンクに水を供給するための給水路が接続され、前記給水路により前記貯湯タンクの内部の湯水に対して所定の給水圧が加わることで、前記出湯路へ前記貯湯タンクから湯水が排出されるのに対応して前記給水路から水が貯湯タンク内に供給されるように構成される請求項１～３の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項７】
前記貯湯タンクの下部から取り出して前記熱交換部に供給する湯水から熱を放出させる放熱運転を行うことができる放熱部を備え、
前記運転制御部は、前記水量増加モードにおいて、前記放熱部を前記放熱運転させる請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
【請求項８】
前記運転制御部は、前記水量増加モードにおいて、前記貯湯タンクから前記出湯路を介して設定量以上の湯水を排出させる請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池システムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特許第５４３８４２０号公報）には、供給される原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、改質部で生成された燃料ガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池セルが複数積層されたセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池システムが記載されている。この固体酸化物形燃料電池システムでは、セルスタックから排出されるオフガスを燃焼させ、その燃焼排ガスを冷却することで水を凝縮させ、その凝縮水をタンクに回収している。そして、タンクに回収した水を、原燃料を水蒸気改質するために用いている。
【０００３】
そのため、特許文献１に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、タンクの水位が高水位よりも低い水位であることが水位センサにより検知されるとき、電力負荷の大きさに拘わらず、セルスタックの出力を低い値に制限することを行っている。そして、セルスタックの出力が低くなると、例えば、水蒸気改質に要する単位時間当たりの改質用水の量が少なくなることで、タンクの水位が再び高水位以上に戻ることが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５４３８４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体酸化物形燃料電池システムでは、外気温が高いほど燃焼排ガスを冷却する能力が低下するため、外気温が高い時間帯でタンクの水位が低下する可能性が高くなる。そのため、特許文献１に記載の固体酸化物形燃料電池システムでは、例えば夏季の昼間の時間帯などでタンクの水位が低下して、燃料電池の出力が抑制又は停止される可能性が高くなる。
【０００６】
尚、電力の使用率は夏季の昼間の時間帯などで高くなるため、電力価値はその時間帯で高くなると言える。そのため、特許文献１に記載の固体酸化物形燃料電池システムは、電力価値が高くなる時間帯で出力が抑制又は停止される可能性が高くなるため、固体酸化物形燃料電池システムを設置したことによる経済的メリットを十分に享受できない可能性が高くなる。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水蒸気改質に用いる水を十分に確保しつつ、電力需要の高まる時間帯に大きな電力を出力できる固体酸化物形燃料電池システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの特徴構成は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスを用いて発電する固体酸化物形の燃料電池セルが複数積層されたセルスタックと、複数の前記燃料電池セルから排出されるオフガスを燃焼する燃焼部と、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスの熱を回収する熱回収装置と、前記熱回収装置で前記燃焼排ガスを冷却することで当該燃焼排ガス中から回収した回収水を貯える水タンクと、運転を制御する運転制御部とを備え、前記水タンクに貯えられている水が、前記改質部での前記原燃料の水蒸気改質に用いられ、前記運転制御部は、前記水タンクに貯えられている水の量が所定の下限水量未満になった場合、前記セルスタックの発電運転を停止させる又は発電出力を抑制するように構成されている固体酸化物形燃料電池であって、
前記運転制御部は、電力系統での電力需要が高まることが予測されるという高需要条件、及び、前記電力系統での電力需要が高まる高需要時間帯に前記セルスタックが設置されている地域の温度が高まることが予測されるという高温条件のうち、少なくとも前記高需要条件が満たされる場合、前記高需要時間帯よりも前の所定の事前時間帯の間、前記セルスタックを、前記水タンクでの水量を増加させるための水量増加モードで運転させる点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、運転制御部は、少なくとも高需要条件が満たされる場合、高需要時間帯よりも前の所定の事前時間帯の間、セルスタックを、水タンクでの水量を増加させるための水量増加モードで運転させる。つまり、電力系統での電力需要が高まる高需要時間帯よりも前に、水タンクでの水量が増加させられる。その結果、高需要時間帯の間に水タンクに貯えられている水の量が所定の下限水量未満になることを避けることができ、高需要時間帯にセルスタックの発電運転が継続されることが期待される。
従って、水蒸気改質に用いる水を十分に確保しつつ、電力需要の高まる時間帯に大きな電力を出力できる固体酸化物形燃料電池システムを提供できる。
【００１０】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池システムの別の特徴構成は、前記運転制御部は、前記水量増加モードにおいて、前記セルスタックの出力電力を定格電力未満の所定電力にさせる点にある。
ここで、前記所定電力は、前記セルスタックが出力できる最低出力電力であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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