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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-26
(45)【発行日】2025-01-10
(54)【発明の名称】固体酸化物形セルシステム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/00 20160101AFI20241227BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20241227BHJP
H01M 8/0432 20160101ALI20241227BHJP
H01M 8/04701 20160101ALI20241227BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20241227BHJP
H01M 8/04955 20160101ALI20241227BHJP
H01M 8/0656 20160101ALI20241227BHJP
H01M 8/12 20160101ALI20241227BHJP
H01M 8/249 20160101ALI20241227BHJP
C25B 1/042 20210101ALI20241227BHJP
C25B 1/23 20210101ALI20241227BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20241227BHJP
C25B 15/00 20060101ALI20241227BHJP
C25B 15/021 20210101ALI20241227BHJP
【ＦＩ】
H01M8/00 Z
H01M8/04 Z
H01M8/0432
H01M8/04701
H01M8/04858
H01M8/04955
H01M8/0656
H01M8/12 101
H01M8/249
C25B1/042
C25B1/23
C25B9/00 A
C25B9/00 Z
C25B15/00 303
C25B15/021
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2024518419
(86)(22)【出願日】2023-07-14
(86)【国際出願番号】 JP2023025990
【審査請求日】2024-10-28
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】下笠 諒平
【審査官】山本 雄一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１９０６４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２６３６８１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／０７３２７１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－２１２５２５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／２４９５
Ｃ２５Ｂ １／００－ ９／７７
Ｃ２５Ｂ １３／００－１５／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のガスを用いて発電し電力を出力するＳＯＦＣモードと電力が入力され第２のガスを電気分解するＳＯＥＣモードとを切り替え可能な固体酸化物形セルスタックを有し、前記固体酸化物形セルスタックを複数接続してなる固体酸化物形セルモジュールと、複数の前記固体酸化物形セルスタックの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ＳＯＦＣモードと前記ＳＯＥＣモードとを切り替えながら前記固体酸化物形セルスタックの動作を制御する運転期間内のいずれかの期間において、複数の前記固体酸化物形セルスタックのうち少なくとも１つの前記固体酸化物形セルスタックは前記ＳＯＦＣモードまたは前記ＳＯＥＣモードで動作するように制御し、少なくとも他の１つの前記固体酸化物形セルスタックに対し電力の入出力を停止し、前記ＳＯＦＣモード及び前記ＳＯＥＣモードのいずれのモードでも動作しない休止状態に制御し、
休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの休止状態の後のモードが休止状態の前のモードと同じ場合、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの温度を維持し、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの休止状態の後のモードが休止状態の前のモードと異なる場合、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの温度を休止状態の後のモードの動作温度に制御する、固体酸化物形セルシステム。
【請求項2】
前記制御装置は、前記運転期間のいずれの期間においても、複数の前記固体酸化物形セルスタックのうち少なくとも１つの前記固体酸化物形セルスタックは前記ＳＯＦＣモードまたは前記ＳＯＥＣモードで動作するように制御し、少なくとも他の１つの前記固体酸化物形セルスタックに対し電力の入出力を停止し、前記ＳＯＦＣモード及び前記ＳＯＥＣモードのいずれのモードでも動作しない休止状態に制御する請求項１に記載の固体酸化物形セルシステム。
【請求項3】
複数の前記固体酸化物形セルスタックは第１の固体酸化物形セルスタックおよび第２の固体酸化物形セルスタックを含み、前記制御装置は、前記運転期間のいずれかの期間において、前記第１の固体酸化物形セルスタックおよび前記第２の固体酸化物形セルスタックが前記ＳＯＦＣモードで動作し、かつ、当該期間において、前記第１の固体酸化物形セルスタックの出力電力と前記第２の固体酸化物形セルスタックの出力電力とが互いに異なるように制御する請求項１に記載の固体酸化物形セルシステム。
【請求項4】
複数の前記固体酸化物形セルスタックは第１の固体酸化物形セルスタックおよび第２の固体酸化物形セルスタックを含み、
前記制御装置は、前記運転期間のいずれかの期間において、前記第１の固体酸化物形セルスタックおよび前記第２の固体酸化物形セルスタックが前記ＳＯＦＣモードで動作し、かつ、当該期間において、前記第１の固体酸化物形セルスタックの出力電力と前記第２の固体酸化物形セルスタックの出力電力とが互いに異なるように制御する請求項２に記載の固体酸化物形セルシステム。
【請求項5】
前記制御装置は、複数の前記固体酸化物形セルスタック毎に、入出力される電力及び温度を制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載の固体酸化物形セルシステム。
【請求項6】
前記固体酸化物形セルスタックの温度をそれぞれ調整するスタック用温度調整器を備え、前記制御装置は、
休止状態にある前記固体酸化物形セルスタックを予め設定された時間内に降温させる場合、
前記固体酸化物形セルスタックの自然放熱、
前記スタック用温度調整器による熱供給の停止、
前記固体酸化物形セルスタック内に滞留するガスの外部への掃気、
前記固体酸化物形セルスタック内で吸熱反応を生じさせる、のうち少なくとも１つの方法を用いて温度制御を行う、請求項５に記載の固体酸化物形セルシステム。
【請求項7】
前記固体酸化物形セルスタックの温度をそれぞれ調整するスタック用温度調整器と、前記第１のガス及び前記第２のガスの温度を調整する温度調整装置と、を備え、
前記制御装置は、
休止状態にある前記固体酸化物形セルスタックを予め設定された時間内に昇温させる場合、
前記スタック用温度調整器による熱供給、及び前記温度調整装置により昇温したガスの供給、のうち少なくとも１つの方法を用いて温度制御を行う、請求項５に記載の固体酸化物形セルシステム。
【請求項8】
前記制御装置は、休止状態にある前記固体酸化物形セルスタックを予め設定された時間内に昇温させる場合、
前記ＳＯＦＣモードまたは前記ＳＯＥＣモードで動作中の他の前記固体酸化物形セルスタックからの輻射熱を用いて温度制御を行う請求項５に記載の固体酸化物形セルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、固体酸化物形セルシステムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下、ＳＯＦＣと称する）は、水素又は炭化水素あるいは一酸化炭素を原料に電力及び熱を出力することができる。またその逆反応である、水蒸気又は二酸化炭素を水素又は一酸化炭素あるいは酸素に電気分解する固体酸化物形電解セル（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：以下、ＳＯＥＣと称する）としても動作できる。このような発電及び電解の機能を有するリバーシブルＳＯＣ（固体酸化物形セル：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｃｅｌｌ）を用いた電力貯蔵・供給システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６８８１００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
通常、電力貯蔵・供給システムにおいては、ＳＯＣが複数積層されてなるスタック構造を備えている。従来のリバーシブルＳＯＣを用いたシステムにおいては、それぞれの運転モードで動作温度が異なるため、運転モードを切り替える時にＳＯＣスタックの動作温度を調整するための休止時間が必要である。この休止時間に温度を急変させると、ＳＯＣに熱に起因する物理的ダメージを与えて耐久性を低下させるおそれがあった。一方、休止時間を設けるため、要求された入出力に応答するのが遅延するという課題があった。
【0005】
本開示は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、運転モード切り替え時に出力が遅延することなく、ＳＯＣの耐久性低下を抑制可能な固体酸化物形セルシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の固体酸化物形セルシステムは、
第１のガスを用いて発電し電力を出力するＳＯＦＣモードと電力が入力され第２のガスを電気分解するＳＯＥＣモードとを切り替え可能な固体酸化物形セルスタックを有し、前記固体酸化物形セルスタックを複数接続してなる固体酸化物形セルモジュールと、
複数の前記固体酸化物形セルスタックの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ＳＯＦＣモードと前記ＳＯＥＣモードとを切り替えながら前記固体酸化物形セルスタックの動作を制御する運転期間内のいずれかの期間において、複数の前記固体酸化物形セルスタックのうち少なくとも１つの前記固体酸化物形セルスタックは前記ＳＯＦＣモードまたは前記ＳＯＥＣモードで動作するように制御し、少なくとも他の１つの前記固体酸化物形セルスタックに対し電力の入出力を停止し、前記ＳＯＦＣモード及び前記ＳＯＥＣモードのいずれのモードでも動作しない休止状態に制御し、
休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの休止状態の後のモードが休止状態の前のモードと同じ場合、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの温度を維持し、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの休止状態の後のモードが休止状態の前のモードと異なる場合、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの温度を休止状態の後のモードの動作温度に制御する、ように構成されたものである。
第１のガスを用いて発電し電力を出力するＳＯＦＣモードと電力が入力され第２のガスを電気分解するＳＯＥＣモードとを切り替え可能な固体酸化物形セルスタックを有し、前記固体酸化物形セルスタックを複数接続してなる固体酸化物形セルモジュールと、
複数の前記固体酸化物形セルスタックの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ＳＯＦＣモードと前記ＳＯＥＣモードとを切り替えながら前記固体酸化物形セルスタックの動作を制御する運転期間内のいずれかの期間において、複数の前記固体酸化物形セルスタックのうち少なくとも１つの前記固体酸化物形セルスタックは前記ＳＯＦＣモードまたは前記ＳＯＥＣモードで動作するように制御し、少なくとも他の１つの前記固体酸化物形セルスタックに対し電力の入出力を停止し、前記ＳＯＦＣモード及び前記ＳＯＥＣモードのいずれのモードでも動作しない休止状態に制御し、
休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの休止状態の後のモードが休止状態の前のモードと同じ場合、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの温度を維持し、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの休止状態の後のモードが休止状態の前のモードと異なる場合、休止状態に制御される前記固体酸化物形セルスタックの温度を休止状態の後のモードの動作温度に制御する、ように構成されたものである。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、運転モード切り替え時の応答性を向上させるとともに、ＳＯＣスタックの耐久性低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの構成を示す図である。
【図2】実施の形態１に係るＳＯＣスタックの構成を示す図である。
【図3】実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムにおいてＳＯＦＣモードでの動作を説明するための図である。
【図4】実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムにおいてＳＯＥＣモードでの動作を説明するための図である。
【図5】実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの具備するＳＯＣスタックの入出力制御及び温度制御のパターンを比較例と対比して示した図である。図５Ａは比較例における固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの入出力制御パターンを示す図、図５Ｂは比較例における固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの温度制御パターンを示す図、図５Ｃは実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時の各ＳＯＣスタックの入出力制御パターンを示す図、図５Ｄは実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時の各ＳＯＣスタックの温度制御パターンを示す図である。
【図6】実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの制御状態を説明するためのフローチャートである。
【図7】実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムの具備するＳＯＣスタックの入出力制御及び温度制御のパターンを比較例と対比して示した図である。図７Ａは比較例における固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの入出力制御パターンを示す図、図７Ｂは比較例における固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの温度制御パターンを示す図、図７Ｃは実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時の各ＳＯＣスタックの入出力制御パターンを示す図、図７Ｄは実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時の各ＳＯＣスタックの温度制御パターンを示す図である。
【図8】実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの制御状態を説明するためのフローチャートである。
【図9A】実施の形態３に係る固体酸化物形セルシステムの具備するＳＯＣスタックの温度制御の方法を説明するためのフローチャートである。
【図9B】実施の形態３に係る固体酸化物形セルシステムの具備するＳＯＣスタックの温度制御の方法を説明するためのフローチャートである。
【図10】実施の形態１から３に係る固体酸化物形セルシステムの制御装置のハードウエア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示による固体酸化物形セルシステムの実施の形態について図を参照して説明する。本開示では、ＳＯＦＣとＳＯＥＣの両機能を有するリバーシブルＳＯＣを用いた固体酸化物形セルシステムを対象とする。なお、各図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
また、以下において、固体酸化物形セルをＳＯＣ、固体酸化物形セルスタックをＳＯＣスタック、固体酸化物形セルモジュールをＳＯＣモジュールと称し、ＳＯＣスタックがＳＯＦＣとして動作する運転モードをＳＯＦＣモード、ＳＯＥＣとして動作する運転モードをＳＯＥＣモードと称する。
また、以下において、固体酸化物形セルをＳＯＣ、固体酸化物形セルスタックをＳＯＣスタック、固体酸化物形セルモジュールをＳＯＣモジュールと称し、ＳＯＣスタックがＳＯＦＣとして動作する運転モードをＳＯＦＣモード、ＳＯＥＣとして動作する運転モードをＳＯＥＣモードと称する。
【0010】
実施の形態１．
以下に、実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムについて図を用いて説明する。
＜固体酸化物形セルシステムの構成＞
図１は、実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの構成を示す図、図２はＳＯＣスタックの構成を示す図である。図１において固体酸化物形セルシステム１は、ＳＯＦＣモード時に必要な原料ガスを供給するガス供給部２１と、ＳＯＥＣモード時に水蒸気（Ｈ２Ｏ）を供給する水蒸気供給部２２、供給されたガス及び水蒸気の温度を調整する温度調整装置２０と、温度調整装置２０により予め設定された温度に調整されたガスが供給されるＳＯＣモジュール１００と、温度調整装置２０、ＳＯＣモジュール１００の運転モード切り替え及びガス配管中に設けられたバルブＶ１－Ｖ６の開閉制御を行う制御装置２００と、を備え、これらは図１の点線の領域で示す固体酸化物形セルシステム１の主要構成要件１Ａである。ＳＯＣモジュール１００には、外部装置３００が接続される。外部装置３００は、ＳＯＣモジュール１００がＳＯＦＣモード時に発生させた電力が供給される負荷またはＳＯＣモジュール１００がＳＯＥＣモード時に電力を供給する電流源である。
以下に、実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムについて図を用いて説明する。
＜固体酸化物形セルシステムの構成＞
図１は、実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの構成を示す図、図２はＳＯＣスタックの構成を示す図である。図１において固体酸化物形セルシステム１は、ＳＯＦＣモード時に必要な原料ガスを供給するガス供給部２１と、ＳＯＥＣモード時に水蒸気（Ｈ２Ｏ）を供給する水蒸気供給部２２、供給されたガス及び水蒸気の温度を調整する温度調整装置２０と、温度調整装置２０により予め設定された温度に調整されたガスが供給されるＳＯＣモジュール１００と、温度調整装置２０、ＳＯＣモジュール１００の運転モード切り替え及びガス配管中に設けられたバルブＶ１－Ｖ６の開閉制御を行う制御装置２００と、を備え、これらは図１の点線の領域で示す固体酸化物形セルシステム１の主要構成要件１Ａである。ＳＯＣモジュール１００には、外部装置３００が接続される。外部装置３００は、ＳＯＣモジュール１００がＳＯＦＣモード時に発生させた電力が供給される負荷またはＳＯＣモジュール１００がＳＯＥＣモード時に電力を供給する電流源である。
【0011】
ＳＯＣモジュール１００は、複数のＳＯＣスタック１０＿１－１０＿ｎ（ｎは２以上の自然数）を接続した集合体である。各ＳＯＣスタック１０には、ＳＯＣスタック用温度調整器１８が設けられている。温度調整器１８は例えば、ヒータ等の加熱器である。なお、ＳＯＣスタックを総称する場合はＳＯＣスタック１０と称する。
【0012】
＜ＳＯＣスタックの構成＞
ここで、図２を用い、ＳＯＣモジュール１００を構成する、複数のＳＯＣスタック１０の構造について説明する。ＳＯＣモジュール１００は複数のＳＯＣスタック１０＿１－１０＿ｎ（ｎは２以上の自然数）を接続した集合体である。各ＳＯＣスタック１０は複数のＳＯＣ１１＿１－１１＿ｍ（ｍは２以上の自然数）が積層されて構成されている。
ここで、図２を用い、ＳＯＣモジュール１００を構成する、複数のＳＯＣスタック１０の構造について説明する。ＳＯＣモジュール１００は複数のＳＯＣスタック１０＿１－１０＿ｎ（ｎは２以上の自然数）を接続した集合体である。各ＳＯＣスタック１０は複数のＳＯＣ１１＿１－１１＿ｍ（ｍは２以上の自然数）が積層されて構成されている。
【0013】
ｋ番目（１＜ｋ≦ｍ；ｋは自然数）のＳＯＣ１１＿ｋを例に説明すると、ＳＯＣ１１はそれぞれ空気極１２と燃料極１４とが電解質１３を挟んだ構造を有し、インタコネクタ１５により隣接するＳＯＣ１１と接続されている。空気極１２と電解質１３との間には、材料劣化を抑制するための拡散防止層が挿入される場合もある。なお、ＳＯＣを総称する場合はＳＯＣ１１と称する。
【0014】
制御装置２００は、システム制御部２０１と、温度制御部２０２とを具備する。システム制御部２０１は、ＳＯＣモジュール１００の運転モード切り替え及びガス配管中に設けられたバルブＶ１－Ｖ６の開閉制御等を行う。温度制御部２０２は、供給されたガス及び水蒸気が予め設定された温度になるように温度調整装置２０を制御するとともに、各ＳＯＣスタック１０が予め設定された温度になるようにＳＯＣスタック用温度調整器１８を制御する。
【0015】
外部装置３００は、上述したように負荷または電流源である。ＳＯＣモジュール１００がＳＯＦＣモード時に発生させたエネルギが供給される負荷としては、例えば電力変換器または電力変換器を介して接続されたモータ等である。ＳＯＣモジュール１００がＳＯＥＣモード時に供給される電流源としては、電力変換器または系統などの電流源等である。
【0016】
ガス供給部２１は、ＳＯＦＣモード時に必要な燃料極側の原料ガスとして、水素（Ｈ２）等を供給し、ＳＯＥＣモード時には水素、二酸化炭素（ＣＯ２）等を供給する。外部にそれぞれガスボンベを有し、ガス供給部２１に供給するような形態であってもよい。また、ＳＯＦＣモード時に空気極に供給されるガスは、例えば酸素（Ｏ２）、空気（Ａｉｒ）等である。これらはＳＯＥＣモード時にも用いられ、供給時（上流）と反応後（下流）とでガス種は理論的に同じであるため、ガスを循環させて用いてもよい。
【0017】
温度調整装置２０は、ＳＯＣモジュール１００に供給される（上流）ガス及び水蒸気の配管温度を調整するもので、例えば配管の周囲に設けられたヒータ、加熱器等である。また、ＳＯＣモジュール１００から生成された下流のガスを熱源として、上流のガスを加熱してもよい。
【0018】
固体酸化物形セルシステム１の任意の構成要件として、改質器３０、水蒸気発生器３１、貯水部３２、凝縮器３３、ガス貯蔵部３４、貯蔵用ガス調整部３５を具備してもよい。
改質器３０は、ＳＯＦＣモード時に、都市ガス（メタンを主成分とするガス）などを用いる場合に用いる。改質時の熱源であるバーナにＳＯＣモジュール１００から生成された下流のガスを燃料として供給してもよい。
改質器３０は、ＳＯＦＣモード時に、都市ガス（メタンを主成分とするガス）などを用いる場合に用いる。改質時の熱源であるバーナにＳＯＣモジュール１００から生成された下流のガスを燃料として供給してもよい。
【0019】
水蒸気発生器３１は、貯水部３２から供給された水を加熱して水蒸気を生成し、水蒸気供給部２２を介してＳＯＣモジュール１００に供給する。水蒸気発生器３１を用いずに、外部から直接水蒸気を供給してもよい。
【0020】
貯水部３２は、水蒸気発生器３１に供給する水を貯蔵する。ＳＯＣモジュール１００から排出された燃料極側下流ガスの水蒸気を回収し、供給ガスあるいは改質器３０の燃料として再利用してもよい。
【0021】
凝縮器３３は、ＳＯＣモジュール１００から排出された燃料極側下流ガスを脱水する。例えば、ＳＯＦＣモードにおいて、ＳＯＣモジュール１００で生成された水蒸気と未反応の水素等を脱水により分離し、ＳＯＥＣモードにおいて、ＳＯＣモジュール１００で生成された水素等と未反応の水蒸気を脱水により分離する。
【0022】
ガス貯蔵部３４は、ＳＯＥＣモードにおいてＳＯＣモジュール１００から排出された燃料極側下流ガス（水素等）を回収し、ＳＯＦＣモードに必要な燃料極側上流ガスとして、貯蔵する。ＳＯＣモジュール１００から排出されたガスは直接システム外に供給してもよい。
【0023】
貯蔵用ガス調整部３５は、ガス貯蔵部３４においてそれぞれのガスを貯蔵するためにガスに適宜処理を施し調整を行う。例えば、圧縮機によりガスを圧縮する、ＳＯＥＣモードにおいてＳＯＣモジュール１００から排出された燃料極側下流ガスである、例えば水素と一酸化炭素（ＣＯ）等の混合ガスを分離器により分離する、あるいは例えば水素と一酸化炭素（ＣＯ）とを用いメタン化反応器によりメタンを合成する等によりガスの形態を調整する。貯蔵用ガス調整部３５により調整処理されたガスは、ガス貯蔵部３４で貯蔵される。
【0024】
なお、図１及び以降の固体酸化物形セルシステムの構成を示す図において、各線は以下の内容を示すものとする。
実線：反応前ガス流路（上流）
一点鎖線：反応後ガス流路(下流)
破線：燃料電池、水蒸気電解反応以外に使用されるガスの流路
黒矢印：燃料極に供給される、あるいは燃料極から排出されるガス（水素、窒素、一酸化炭素、炭化水素、水蒸気、二酸化炭素など)
白抜き矢印：空気極に供給される、あるいは空気極から排出されるガス(酸素、空気など)
実線：反応前ガス流路（上流）
一点鎖線：反応後ガス流路(下流)
破線：燃料電池、水蒸気電解反応以外に使用されるガスの流路
黒矢印：燃料極に供給される、あるいは燃料極から排出されるガス（水素、窒素、一酸化炭素、炭化水素、水蒸気、二酸化炭素など)
白抜き矢印：空気極に供給される、あるいは空気極から排出されるガス(酸素、空気など)
【0025】
＜ＳＯＦＣモードでの動作＞
次に、ＳＯＦＣモードでの固体酸化物形セルシステム１の動作を説明する。図３は、図１においてＳＯＦＣモード時のガスの流れを太線で示したものである。ＳＯＦＣモードにおいては、燃料極１４、空気極１２それぞれに以下で説明するガスが供給され、発電した電力が出力される。
次に、ＳＯＦＣモードでの固体酸化物形セルシステム１の動作を説明する。図３は、図１においてＳＯＦＣモード時のガスの流れを太線で示したものである。ＳＯＦＣモードにおいては、燃料極１４、空気極１２それぞれに以下で説明するガスが供給され、発電した電力が出力される。
【0026】
（１）ＳＯＣモジュール１００へのガスの供給（上流）
燃料極１４側へは、水素を主成分とするガスが供給される。水素を主成分とするガスはガス供給部２１から温度調整装置２０を介してＳＯＣモジュール１００へ供給される。ガス貯蔵部３４から水素を主成分とするガスを供給してもよい。
燃料極１４側へメタンを主成分とするガスを供給してもよい。メタンを主成分とするガスはガス貯蔵部３４から温度調整装置２０を介してＳＯＣモジュール１００へ供給される。あるいは、外部から改質器３０を経由して供給されるものであってもよい。また、ガス貯蔵部３４から改質器３０を経由して供給されるものであってもよい。改質器３０では貯水部３２から供給された水蒸気を用いて以下の反応により水蒸気改質が行われ、改質されたガスが燃料極１４側へ供給される。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ２
なお、以下で説明するが、ＳＯＣモジュール１００のうちＳＯＦＣモードで運転せず、温度調整中あるいは休止中のＳＯＣスタック１０の燃料極１４側には、水素と窒素を主成分とするパージガスまたは還元ガスがガス供給部２１あるいはガス貯蔵部３４から供給される。
燃料極１４側へは、水素を主成分とするガスが供給される。水素を主成分とするガスはガス供給部２１から温度調整装置２０を介してＳＯＣモジュール１００へ供給される。ガス貯蔵部３４から水素を主成分とするガスを供給してもよい。
燃料極１４側へメタンを主成分とするガスを供給してもよい。メタンを主成分とするガスはガス貯蔵部３４から温度調整装置２０を介してＳＯＣモジュール１００へ供給される。あるいは、外部から改質器３０を経由して供給されるものであってもよい。また、ガス貯蔵部３４から改質器３０を経由して供給されるものであってもよい。改質器３０では貯水部３２から供給された水蒸気を用いて以下の反応により水蒸気改質が行われ、改質されたガスが燃料極１４側へ供給される。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ２
なお、以下で説明するが、ＳＯＣモジュール１００のうちＳＯＦＣモードで運転せず、温度調整中あるいは休止中のＳＯＣスタック１０の燃料極１４側には、水素と窒素を主成分とするパージガスまたは還元ガスがガス供給部２１あるいはガス貯蔵部３４から供給される。
【0027】
空気極１２側へは酸素または空気がガス供給部２１から供給される。ＳＯＣモジュール１００のうちＳＯＦＣモードで運転せず、温度調整中あるいは休止中のＳＯＣスタック１０の空気極１２側にも同様に酸素または空気が供給される。
ＳＯＣモジュール１００へのガス供給においては、バルブＶ１の開閉方向により燃料極１４側へのガスの供給源が決定される。燃料極１４側に供給されるガスがメタンを主成分とするガスの場合、バルブＶ２の開閉方向動作によりガス貯蔵部３４からメタンを主成分とするガスを改質器３０に供給する。バルブＶ３の開閉方向は改質器３０からガスを供給するか否かで決定する。これらバルブＶ１－Ｖ３は３方向弁であり、開閉方向の動作はシステム制御部２０１により制御される。
ＳＯＣモジュール１００へのガス供給においては、バルブＶ１の開閉方向により燃料極１４側へのガスの供給源が決定される。燃料極１４側に供給されるガスがメタンを主成分とするガスの場合、バルブＶ２の開閉方向動作によりガス貯蔵部３４からメタンを主成分とするガスを改質器３０に供給する。バルブＶ３の開閉方向は改質器３０からガスを供給するか否かで決定する。これらバルブＶ１－Ｖ３は３方向弁であり、開閉方向の動作はシステム制御部２０１により制御される。
【0028】
（２）ＳＯＣモジュール１００からのガスの排出（下流）
燃料極１４側からは、水素を主成分とするガスが供給された場合は水蒸気および未反応の水素等が排出され、メタンを主成分とするガスが供給された場合は水蒸気および二酸化炭素等が排出される。排出されたガスは外部へそのまま排出してもよいが、図３においては、凝縮器３３で水蒸気とその他のガスを分離し、その後貯蔵用ガス調整部３５で水素と二酸化炭素等を分離してもよい。水蒸気は貯水部３２に貯蔵してもよい。
空気極１２側からは、未反応の酸素または空気が排出される。排出されたガスはガス供給部２１に戻してシステムを循環する構成としてもよい。
燃料極１４側からは、水素を主成分とするガスが供給された場合は水蒸気および未反応の水素等が排出され、メタンを主成分とするガスが供給された場合は水蒸気および二酸化炭素等が排出される。排出されたガスは外部へそのまま排出してもよいが、図３においては、凝縮器３３で水蒸気とその他のガスを分離し、その後貯蔵用ガス調整部３５で水素と二酸化炭素等を分離してもよい。水蒸気は貯水部３２に貯蔵してもよい。
空気極１２側からは、未反応の酸素または空気が排出される。排出されたガスはガス供給部２１に戻してシステムを循環する構成としてもよい。
【0029】
ＳＯＣモジュール１００からのガスの排出においては、バルブＶ５の開閉により改質器３０が動作する場合に、水を貯水部３２から供給可能とする。また、バルブＶ４の開閉方向により排出ガスの一部を、改質器３０の熱供給用バーナの燃料として供給することができる。バルブＶ４は３方向弁、バルブＶ５は開閉弁であり、開閉方向、開閉の動作はシステム制御部２０１により制御される。
【0030】
なお、温度調整装置２０に熱交換機能をもたせ、排出されるガスとの熱交換により供給ガスを加熱するように構成することができる。
また、運転中の温度調整装置２０の温度、ＳＯＣスタック用温度調整器１８の温度、及び改質器３０の温度は温度制御部２０２によりそれぞれ設定された温度に制御される。
また、運転中の温度調整装置２０の温度、ＳＯＣスタック用温度調整器１８の温度、及び改質器３０の温度は温度制御部２０２によりそれぞれ設定された温度に制御される。
【0031】
＜ＳＯＥＣモードでの動作＞
次に、ＳＯＥＣモードでの固体酸化物形セルシステム１の動作を説明する。図４は、図１においてＳＯＥＣモード時のガスの流れを太線で示したものである。ＳＯＥＣモードにおいては、燃料極１４、空気極１２それぞれに以下で説明するガスが供給され、入力された電力により電気分解反応が生じる。
次に、ＳＯＥＣモードでの固体酸化物形セルシステム１の動作を説明する。図４は、図１においてＳＯＥＣモード時のガスの流れを太線で示したものである。ＳＯＥＣモードにおいては、燃料極１４、空気極１２それぞれに以下で説明するガスが供給され、入力された電力により電気分解反応が生じる。
【0032】
（１）ＳＯＣモジュール１００へのガスの供給（上流）
燃料極１４側へは、水蒸気を主成分とするガスが水蒸気供給部２２から供給される。外部から直接水蒸気を導入してもよいが、図４に示すように貯水部３２から供給された水を水蒸気発生器３１で加熱して水蒸気を発生させてもよい。また、ガス貯蔵部３４またはガス供給部２１から水素を供給し、温度調整装置２０で水蒸気と混合させて燃料極１４側へ供給してもよい。
また、燃料極１４側へガス供給部２１から二酸化炭素を主成分とするガスを供給してもよい。この時、水蒸気と二酸化炭素の混合ガスを燃料極１４側へ供給してもよい。
なお、以下で説明するが、ＳＯＣモジュール１００のうちＳＯＥＣモードで運転せず、温度調整中あるいは休止中のＳＯＣスタック１０の燃料極１４側には、水素と窒素を主成分とするパージガスまたは還元ガスがガス供給部２１あるいはガス貯蔵部３４から供給される。
燃料極１４側へは、水蒸気を主成分とするガスが水蒸気供給部２２から供給される。外部から直接水蒸気を導入してもよいが、図４に示すように貯水部３２から供給された水を水蒸気発生器３１で加熱して水蒸気を発生させてもよい。また、ガス貯蔵部３４またはガス供給部２１から水素を供給し、温度調整装置２０で水蒸気と混合させて燃料極１４側へ供給してもよい。
また、燃料極１４側へガス供給部２１から二酸化炭素を主成分とするガスを供給してもよい。この時、水蒸気と二酸化炭素の混合ガスを燃料極１４側へ供給してもよい。
なお、以下で説明するが、ＳＯＣモジュール１００のうちＳＯＥＣモードで運転せず、温度調整中あるいは休止中のＳＯＣスタック１０の燃料極１４側には、水素と窒素を主成分とするパージガスまたは還元ガスがガス供給部２１あるいはガス貯蔵部３４から供給される。
【0033】
空気極１２側へは酸素または空気がガス供給部２１から供給される。ＳＯＣモジュール１００のうちＳＯＥＣモードで運転せず、温度調整中あるいは休止中のＳＯＣスタック１０の空気極１２側にも同様に酸素または空気が供給される。
ＳＯＣモジュール１００へのガス供給においては、バルブＶ１の開閉方向及びバルブＶ６の開閉により燃料極１４側へのガスの供給源が決定される。バルブＶ１は３方向弁、バルブＶ６は開閉弁であり、開閉方向および開閉動作はシステム制御部２０１により制御される。
ＳＯＣモジュール１００へのガス供給においては、バルブＶ１の開閉方向及びバルブＶ６の開閉により燃料極１４側へのガスの供給源が決定される。バルブＶ１は３方向弁、バルブＶ６は開閉弁であり、開閉方向および開閉動作はシステム制御部２０１により制御される。
【0034】
（２）ＳＯＣモジュール１００からのガスの排出（下流）
燃料極１４側からは、水蒸気を主成分とするガスが供給された場合は水素及び未反応の水蒸気等が排出され、二酸化炭素を主成分とするガスが供給された場合は一酸化炭素及び未反応の二酸化炭素等が排出される。排出されたガスはシステムの外部へそのまま排出してもよいが、図４においては、凝縮器３３で水蒸気とその他のガスを分離し、その後貯蔵用ガス調整部３５で水素と一酸化炭素を分離する、あるいはメタン化反応器に水素と一酸化炭素を含む混合ガスのまま導入し、メタンを生成してもよい。貯蔵用ガス調整部３５で処理された水素、一酸化炭素、メタン等のガスはガス貯蔵部３４で貯蔵される。未反応の水蒸気は貯水部３２に貯蔵し、再度燃料極１４へ供給してもよい。
空気極１２側からは、発生した酸素または酸素濃度が高い状態の空気が排出される。排出されたガスはガス供給部２１に戻してシステムを循環する構成としてもよい。
燃料極１４側からは、水蒸気を主成分とするガスが供給された場合は水素及び未反応の水蒸気等が排出され、二酸化炭素を主成分とするガスが供給された場合は一酸化炭素及び未反応の二酸化炭素等が排出される。排出されたガスはシステムの外部へそのまま排出してもよいが、図４においては、凝縮器３３で水蒸気とその他のガスを分離し、その後貯蔵用ガス調整部３５で水素と一酸化炭素を分離する、あるいはメタン化反応器に水素と一酸化炭素を含む混合ガスのまま導入し、メタンを生成してもよい。貯蔵用ガス調整部３５で処理された水素、一酸化炭素、メタン等のガスはガス貯蔵部３４で貯蔵される。未反応の水蒸気は貯水部３２に貯蔵し、再度燃料極１４へ供給してもよい。
空気極１２側からは、発生した酸素または酸素濃度が高い状態の空気が排出される。排出されたガスはガス供給部２１に戻してシステムを循環する構成としてもよい。
【0035】
なお、温度調整装置２０に熱交換機能をもたせ、排出されるガスとの熱交換により供給ガスを加熱するように構成することができる。また、水蒸気発生器３１に熱交換機能をもたせ、排出されるガスとの熱交換により水蒸気を発生させるようにしてもよい。
また、ＳＯＦＣモードと同様に、運転中の温度調整装置２０の温度、ＳＯＣスタック用温度調整器１８の温度は温度制御部２０２によりそれぞれ設定された温度に制御される。
また、ＳＯＦＣモードと同様に、運転中の温度調整装置２０の温度、ＳＯＣスタック用温度調整器１８の温度は温度制御部２０２によりそれぞれ設定された温度に制御される。
【0036】
以下に、本実施の形態１に係るＳＯＣモジュール１００の動作について説明するが、ＳＯＣモジュール１００の具備する複数のＳＯＣスタック１０は、それぞれ独立にガス供給及び排出ができるように図示しない配管及びバルブが設けられており、それぞれ独立に各運転モードが制御できるように電力入出力が制御され、それぞれ独立に温度制御が可能である。
【0037】
＜ＳＯＣモジュール１００の動作の例＞
次に、本実施の形態１に係るＳＯＣモジュール１００の動作について図５及び図６を用いて説明する。
図５は、実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの動作制御パターン及び温度制御パターンを比較例と対比して示した図である。図５Ａ、図５Ｂは比較例、図５Ｃ、図５Ｄは実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムによるものである。図５Ａ-５Ｄにおいて横軸は時間で、説明の便宜上それぞれ時間幅を有する時間ブロックｔ１－ｔ９を用いて説明する。図５Ａ、図５Ｃにおいて、縦軸は電力入出力を任意の単位－３から＋３で示している。正方向は発電により外部へ出力するＳＯＦＣモードであり、負方向は外部からの入力により電気分解を行うＳＯＥＣモードである。システムへの入出力の要求をドットのハッチングで示しており、その要求に応じた入出力となるようにＳＯＣスタックは制御される。図５Ｂ、図５Ｄにおいて、縦軸はＳＯＣスタックの動作温度を示し、それぞれ図５Ａ、図５ＣのＳＯＣスタックの動作に対応した温度制御パターンを示している。
次に、本実施の形態１に係るＳＯＣモジュール１００の動作について図５及び図６を用いて説明する。
図５は、実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの動作制御パターン及び温度制御パターンを比較例と対比して示した図である。図５Ａ、図５Ｂは比較例、図５Ｃ、図５Ｄは実施の形態１に係る固体酸化物形セルシステムによるものである。図５Ａ-５Ｄにおいて横軸は時間で、説明の便宜上それぞれ時間幅を有する時間ブロックｔ１－ｔ９を用いて説明する。図５Ａ、図５Ｃにおいて、縦軸は電力入出力を任意の単位－３から＋３で示している。正方向は発電により外部へ出力するＳＯＦＣモードであり、負方向は外部からの入力により電気分解を行うＳＯＥＣモードである。システムへの入出力の要求をドットのハッチングで示しており、その要求に応じた入出力となるようにＳＯＣスタックは制御される。図５Ｂ、図５Ｄにおいて、縦軸はＳＯＣスタックの動作温度を示し、それぞれ図５Ａ、図５ＣのＳＯＣスタックの動作に対応した温度制御パターンを示している。
【0038】
なお、以下で説明する本実施の形態１に係るＳＯＣモジュール１００は３個のＳＯＣスタック１０を備え、各ＳＯＣスタックをスタックＡ，Ｂ，Ｃとする。また、スタックＡ，Ｂ，Ｃは同等の機能を具備するものとする。なお、比較例のＳＯＣモジュールも同等な３個のスタックを具備する、すなわち、スタックＡを３個具備することに相当する。また、比較例では３個のＳＯＣスタックは一律の動作を行い、実施の形態１に係るＳＯＣスタックＡ，Ｂ，Ｃは独立した動作を行う。各スタックは±３の電力入出力制御を可能とする。
さらに、各ＳＯＣスタックは運転モード切り替え時には最低１時間ブロック分の休止期間を要するものとする。休止期間中のスタックの入出力は０である。また各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに昇温してＳＯＥＣモードで動作させ、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに降温してＳＯＦＣモードで動作させる。
さらに、各ＳＯＣスタックは運転モード切り替え時には最低１時間ブロック分の休止期間を要するものとする。休止期間中のスタックの入出力は０である。また各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに昇温してＳＯＥＣモードで動作させ、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに降温してＳＯＦＣモードで動作させる。
【0039】
図５Ａ、図５Ｃにおいて、時間ブロックｔ１、ｔ２で「３」の入力要求、時間ブロックｔ３、ｔ４で「３」の出力要求、時間ブロックｔ５、ｔ６で「３」の入力要求、時間ブロックｔ７、ｔ８で「３」の出力要求、時間ブロックｔ９で「３」の入力要求がなされている。
【0040】
比較例の図５Ａ、図５Ｂにおいて、時間ブロックｔ１、ｔ２では各ＳＯＣスタックはそれぞれ「１」の入力に対応して制御し、ＳＯＥＣモードで動作している。すなわち、「１」の入力に対応する３個のＳＯＣスタックにより、計「３」の入力に対応している。この時各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣモードのため、各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに制御される。
【0041】
時間ブロックｔ３で「３」の出力要求を受けても、全てのＳＯＣスタックは休止期間を要するために対応できず出力は０となる。この時、動作温度をＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣからＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに低下させる。１時間ブロック経過後の時間ブロックｔ４に各ＳＯＣスタックがＳＯＦＣモードとなりそれぞれ出力「１」で制御し、計「３」の出力要求に応じることが可能となる。この時ＳＯＣスタックはＳＯＦＣモードのため、各ＳＯＣスタックはＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに制御される。
【0042】
また、時間ブロックｔ５で「３」の入力要求を受けても全てのＳＯＣスタックは休止期間を要するために対応できず、動作温度をＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣからＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに昇温するように制御する。１時間ブロック経過後の時間ブロックｔ６に各ＳＯＣスタックがＳＯＥＣモードとなり計「３」の入力要求に応じることが可能となる。この時ＯＣスタックはＳＯＥＣモードのため、各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに制御される。以降同様に、ＳＯＣスタックの入出力制御と動作温度制御が繰り返される。
【0043】
図５Ｃ、図５Ｄに示す本実施の形態１のスタックＡ，Ｂ，Ｃの入出力制御パターン及び動作温度制御パターンにおいて、時間ブロックｔ１では、ＳＯＣスタック１０のうちスタックＣが「３」の入力要求に対応しＳＯＥＣモードで動作している。この時、他のスタックＡ，Ｂは休止期間であるが、スタックＡはＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持され、スタックＢはＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに昇温中である。
時間ブロックｔ２では、スタックＡは休止期間が維持されかつＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持され、スタックＢは「３」の入力要求に対応しＳＯＥＣモードで動作し、スタックＣは休止期間となり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温される。
時間ブロックｔ２では、スタックＡは休止期間が維持されかつＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持され、スタックＢは「３」の入力要求に対応しＳＯＥＣモードで動作し、スタックＣは休止期間となり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温される。
【0044】
時間ブロックｔ３では、「３」の出力要求に切り替わり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持されていたスタックＡがＳＯＦＣモードで動作し、「３」を出力する。スタックＢは休止期間となるがＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに維持され、スタックＣは休止期間が維持されかつＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへの降温が継続する。
【0045】
時間ブロックｔ４では、スタックＡは休止期間となり、ＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへ昇温される。スタックＢは休止期間が維持されるとともにＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに維持され、スタックＣはＳＯＦＣモードで動作し、「３」を出力する。
【0046】
時間ブロックｔ５では、「３」の入力要求に切り替わり、スタックＡは休止期間が維持され、ＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへの昇温が継続する。ＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに維持されていたスタックＢが「３」の入力要求に対応しＳＯＥＣモードで動作し、スタックＣは休止期間となり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持される。
【0047】
時間ブロックｔ６では、スタックＡが「３」の入力要求に対応しＳＯＥＣモードで動作し、スタックＢは休止期間となり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに降温され、スタックＣは休止期間が維持されるとともにＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持される。
【0048】
＜ＳＯＣスタックの制御パターン＞
図６は、本実施の形態１に係るＳＯＣスタックの制御パターンを示す図である。以下、図５Ｃ、図５Ｄに示すスタックＣを例に説明する。
まずスタックＣは、時間ブロックｔ１においてＳＯＥＣモードで動作するように制御され（ステップＳ１０１）、時間ブロックｔ２，ｔ３においてＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温するように制御される（ステップＳ１０２）。
図６は、本実施の形態１に係るＳＯＣスタックの制御パターンを示す図である。以下、図５Ｃ、図５Ｄに示すスタックＣを例に説明する。
まずスタックＣは、時間ブロックｔ１においてＳＯＥＣモードで動作するように制御され（ステップＳ１０１）、時間ブロックｔ２，ｔ３においてＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温するように制御される（ステップＳ１０２）。
【0049】
時間ブロックｔ４においてＳＯＦＣモードで動作するように制御され（ステップＳ１０３）、時間ブロックｔ５－ｔ６においてＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣが維持されるように制御される（ステップＳ１０４）。
時間ブロックｔ７においてＳＯＦＣモードで動作するように制御され（ステップＳ１０５）、時間ブロックｔ８－ｔ９においてＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣが昇温するように制御される（ステップＳ１０６）。ここで、時間ブロックｔ９における制御は時間ブロックｔ１におけるスタックＢの制御に相当する。従って時間ブロックｔ１０以降のスタックＣの制御は図示されていないが、時間ブロックｔ２に以降のスタックＢの制御を参照して説明する。
時間ブロックｔ７においてＳＯＦＣモードで動作するように制御され（ステップＳ１０５）、時間ブロックｔ８－ｔ９においてＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣが昇温するように制御される（ステップＳ１０６）。ここで、時間ブロックｔ９における制御は時間ブロックｔ１におけるスタックＢの制御に相当する。従って時間ブロックｔ１０以降のスタックＣの制御は図示されていないが、時間ブロックｔ２に以降のスタックＢの制御を参照して説明する。
【0050】
スタックＣは、時間ブロックｔ１０においてＳＯＥＣモードで動作するように制御され（ステップＳ１０７）、時間ブロックｔ１１，ｔ１２においてＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣが維持される（ステップＳ１０７）。時間ブロックｔ１３は再び時間ブロックｔ１に戻り、ＳＯＥＣモードで動作するように制御される（ステップＳ１０１）。
【0051】
【0052】
このように、本実施の形態１においては、ＳＯＣモジュール１００が複数のＳＯＣスタック１０を具備し、複数のＳＯＣスタック１０はそれぞれ独立に入出力制御及び温度制御がなされるとともに、ＳＯＣモジュール１００の運転期間において、全てのＳＯＣスタック１０が同一の運転モードで動作することがないように制御したので、比較例のように、運転期間において、全てのＳＯＣスタック１０が同一の運転モードで動作する場合よりもＳＯＣスタック１０の劣化を抑制することが可能となる。
また、各ＳＯＣスタック１０は、同じモードで動作させ続けると、劣化が進行しやすい。本実施の形態１においては、各ＳＯＣスタック１０の運転モードを一定時間内で切り替えながら動作させるため、各ＳＯＣスタック１０の劣化を抑制することができる。
また、各ＳＯＣスタック１０は、同じモードで動作させ続けると、劣化が進行しやすい。本実施の形態１においては、各ＳＯＣスタック１０の運転モードを一定時間内で切り替えながら動作させるため、各ＳＯＣスタック１０の劣化を抑制することができる。
【0053】
また、全てのＳＯＣスタック１０が同一の運転モードで動作することがないように制御しているので、全てのＳＯＣスタック１０の休止期間も重なることはなく、全てのＳＯＣスタック１０が休止期間となることがない、すなわち、少なくとも１つのＳＯＣスタック１０はいずれかの運転モードで運転中の状態であり、少なくとも他の１つのＳＯＣスタック１０は休止期間であるので、入出力要求に応答できない期間がなくなり、入出力要求への遅延がなく、追従性が向上する。なお、いずれのＳＯＣスタック１０も停止しない期間があってもよい。
【0054】
さらに、全てのＳＯＣスタック１０が同一の運転モードで動作することがないように制御しているので、１つのＳＯＣスタック１０が、比較例よりも大きな入出力になるが、いずれかの運転モードで動作中に他の休止期間中のＳＯＣスタック１０を温度調整させることが可能となる。これにより、入出力要求に対し、ＳＯＣスタック１０の劣化を抑制することが可能な制御を行うことができる。例えば、１つのＳＯＣスタック１０を同じ運転モードで複数回動作させることで、温度変更回数を抑制可能となり、温度調整期間を比較例より長く設けることで、温度調整速度を低下することができＳＯＣスタック１０への負荷を低減させることができる。
【0055】
以上のように、実施の形態１によれば、第１のガスを用いて発電し電力を出力するＳＯＦＣモードと電力が入力され第２のガスを電気分解するＳＯＥＣモードとを切り替え可能な固体酸化物形セルスタックを有し、この固体酸化物形セルスタックを複数接続してなる固体酸化物形セルモジュールと、複数の固体酸化物形セルスタックの動作を制御する制御装置と、を備えた固体酸化物形セルシステムであって、制御装置は、ＳＯＦＣモードとＳＯＥＣモードとを切り替えながら固体酸化物形セルスタックの動作を制御する運転期間内のいずれかの期間において、複数の前記固体酸化物形セルスタックのうち少なくとも１つの前記固体酸化物形セルスタックは休止状態でなくＳＯＦＣモードまたはＳＯＥＣモードで動作するように制御し、少なくとも他の１つの固体酸化物形セルスタックに対しては電力の入出力を停止し、ＳＯＦＣモード及びＳＯＥＣモードのいずれのモードでも動作しない休止状態に制御したので、全ての固体酸化物形セルスタックが停止する期間がなくなり、すなわち入出力要求に応答できない期間がないので入出力要求への遅延がなく、追従性が向上する。
なお、第１のガスは、例えば燃料極側に供給される水素を主成分とするガスまたはメタンを主成分とするガス、空気極側に供給される酸素または空気であり、第２のガスは、例えば燃料極側に供給される水蒸気を主成分とするガスまたは二酸化炭素を主成分とするガス、空気極側に供給される酸素または空気である。
なお、第１のガスは、例えば燃料極側に供給される水素を主成分とするガスまたはメタンを主成分とするガス、空気極側に供給される酸素または空気であり、第２のガスは、例えば燃料極側に供給される水蒸気を主成分とするガスまたは二酸化炭素を主成分とするガス、空気極側に供給される酸素または空気である。
【0056】
また、温度変更回数が抑制され、温度調整期間を長く設けることで、温度調整速度を低下することができるので、ＳＯＣスタック１０の負荷を低減し、ＳＯＣスタックの耐久性低下を抑制することが可能となる。
【0057】
実施の形態２．
以下に、実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムについて図を用いて説明する。
本実施の形態２は実施の形態１とは異なる入出力要求に対するＳＯＣモジュール１００の動作について説明する。なお、本実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステム１の構成は実施の形態１と同様であり、ＳＯＥＣモード、ＳＯＦＣモードでの動作も同様であるので、説明を省略する。
以下に、実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムについて図を用いて説明する。
本実施の形態２は実施の形態１とは異なる入出力要求に対するＳＯＣモジュール１００の動作について説明する。なお、本実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステム１の構成は実施の形態１と同様であり、ＳＯＥＣモード、ＳＯＦＣモードでの動作も同様であるので、説明を省略する。
【0058】
＜ＳＯＣモジュール１００の動作＞
本実施の形態２に係るＳＯＣモジュール１００の動作について図７及び図８を用いて説明する。
図７は、実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの動作制御パターン及び温度制御パターンを比較例と対比して示した図である。図７Ａ、図７Ｂは比較例、図７Ｃ、図７Ｄは実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムによるものである。図の横軸、縦軸、凡例は図５Ａ-５Ｄと同様である。
本実施の形態２に係るＳＯＣモジュール１００の動作について図７及び図８を用いて説明する。
図７は、実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムの運転モード切り替え時のＳＯＣスタックの動作制御パターン及び温度制御パターンを比較例と対比して示した図である。図７Ａ、図７Ｂは比較例、図７Ｃ、図７Ｄは実施の形態２に係る固体酸化物形セルシステムによるものである。図の横軸、縦軸、凡例は図５Ａ-５Ｄと同様である。
【0059】
図７Ａ、図７Ｃにおいて、時間ブロックｔ１で「３」の入力要求、時間ブロックｔ２、ｔ３で「３」の出力要求、時間ブロックｔ４で「３」の入力要求、時間ブロックｔ５、ｔ６で「３」の出力要求、時間ブロックｔ７で「３」の入力要求、時間ブロックｔ８、ｔ９で「３」の出力要求がなされている。すなわち、１時間ブロックの入力要求、２時間ブロックの出力要求が繰り返される例である。
【0060】
比較例の図７Ａ、図７Ｂにおいて、時間ブロックｔ１では各ＳＯＣスタックはそれぞれ「１」の入力に対応して制御され、ＳＯＥＣモードで動作している。すなわち、「１」の入力に対応する３個のＳＯＣスタックにより、計「３」の入力に対応している。この時各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣモードのため、各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに制御される。
【0061】
時間ブロックｔ２で「３」の出力要求を受けても、全てのＳＯＣスタックは休止期間を要するために対応できず出力は０となる。この時、動作温度をＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣからＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに低下させる。１時間ブロック経過後の時間ブロックｔ３に各ＳＯＣスタックがＳＯＦＣモードとなりそれぞれ出力「１」で制御し、計「３」の出力要求に応じることが可能となる。この時ＳＯＣスタックはＳＯＦＣモードのため、各ＳＯＣスタックはＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに制御される。
【0062】
次の時間ブロックｔ４で「３」の入力要求を受けても全てのＳＯＣスタックは休止期間を要するために対応できない。さらに、時間ブロックｔ５で「３」の出力要求を受けるため、時間ブロックｔ４では各ＳＯＣスタックの動作温度はＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持される。
時間ブロックｔ５では「３」の出力要求に対し、各ＳＯＣスタックはＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣが維持されているので、それぞれ「１」を出力するようにＳＯＦＣモードで制御される。
時間ブロックｔ５では「３」の出力要求に対し、各ＳＯＣスタックはＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣが維持されているので、それぞれ「１」を出力するようにＳＯＦＣモードで制御される。
【0063】
時間ブロックｔ６は「３」の出力要求が維持されるが、次の時間ブロックｔ７で「３」の入力要求を受けるため、時間ブロックｔ６では各ＳＯＣスタックは休止期間となり、動作温度をＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣからＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣに昇温するように制御する。すなわち、時間ブロックｔ６の出力要求に対応できない。
時間ブロックｔ７で「３」の入力要求を受けると、各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣモードで制御されそれぞれ「１」の入力要求に対応し、計「３」の入力要求に応じることが可能となる。
時間ブロックｔ７で「３」の入力要求を受けると、各ＳＯＣスタックはＳＯＥＣモードで制御されそれぞれ「１」の入力要求に対応し、計「３」の入力要求に応じることが可能となる。
【0064】
一方、図７Ａとは異なり、時間ブロックｔ６において「３」の出力要求に対し、時間ブロックｔ５のまま各ＳＯＣスタックがＳＯＦＣモードで制御された場合、時間ブロックｔ７では休止期間を要するため、「３」の入力要求には対応できないことになる。
【0065】
このように、運転モードの切り替え時には温度調整の休止期間が必要なため、比較例では入出力要求に応答できないデッドタイムが発生してしまう。
【0066】
図７Ｃ、図７Ｄに示す本実施の形態２のスタックＡ，Ｂ，Ｃの入出力制御パターン及び動作温度制御パターンにおいて、時間ブロックｔ１では、ＳＯＣスタック１０のうちスタックＣが「３」の入力要求に対応しＳＯＥＣモードで動作している。この時、他のスタックＡ，Ｂは休止期間であるが、スタックＡ，ＢともにＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持されている。
【0067】
時間ブロックｔ２では、「３」の出力要求に切り替わると、スタックＡ，ＢともにＳＯＦＣモードで制御され、スタックＡは「２」を出力し、スタックＢは「１」を出力し、計「３」を出力するように制御される。スタックＣは休止期間となり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温される。
【0068】
時間ブロックｔ３では、「３」の出力要求が継続され、スタックＡは出力が「２」から「１」に制御され、スタックＣは出力が「２」になるように制御され、スタックＢは休止期間となり、ＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへ昇温される。
【0069】
次の時間ブロックｔ４では、「３」の入力要求に対し、スタックＢが対応し、ＳＯＥＣモードで運転している。他のスタックＡ，Ｃは休止期間であるが、スタックＡ，ＣともにＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持されている。
【0070】
次の時間ブロックｔ５で、「３」の出力要求に切り替わると、スタックＡ，ＣともにＳＯＦＣモードで制御され、スタックＡは「１」を出力し、スタックＣは「２」を出力し、計「３」を出力するように制御される。スタックＢは休止期間となり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温される。
【0071】
時間ブロックｔ６では、「３」の出力要求が継続され、スタックＣは出力が「２」から「１」に制御され、スタックＢは出力が「２」になるように制御され、スタックＡは休止期間となり、ＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへ昇温される。
以降、入出力要求に対応するように、各ＳＯＣスタックは同様の入出力制御パターン及び動作温度制御パターンで制御される。
時間ブロックｔ２，ｔ３，ｔ５，ｔ６，ｔ８，ｔ９の各々において、ＳＯＦＣモードで制御される２つのＳＯＣスタックのうち、一方のスタックが第１のＳＯＣスタックの例であり、他方のＳＯＣスタックが第２のＳＯＣスタックの例である。
以降、入出力要求に対応するように、各ＳＯＣスタックは同様の入出力制御パターン及び動作温度制御パターンで制御される。
時間ブロックｔ２，ｔ３，ｔ５，ｔ６，ｔ８，ｔ９の各々において、ＳＯＦＣモードで制御される２つのＳＯＣスタックのうち、一方のスタックが第１のＳＯＣスタックの例であり、他方のＳＯＣスタックが第２のＳＯＣスタックの例である。
【0072】
＜ＳＯＣスタックの制御パターン＞
図８は、本実施の形態１に係るＳＯＣスタックの制御パターンを示す図である。以下、図７Ｃ、図７Ｄの各制御パターンで示されるスタックＣを例に説明する。
まずスタックＣは、時間ブロックｔ１においてＳＯＥＣモードで動作され、「３」の入力に対応するように制御される（ステップＳ２０１）。時間ブロックｔ２は休止期間であり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温するように制御される（ステップＳ２０２）。
図８は、本実施の形態１に係るＳＯＣスタックの制御パターンを示す図である。以下、図７Ｃ、図７Ｄの各制御パターンで示されるスタックＣを例に説明する。
まずスタックＣは、時間ブロックｔ１においてＳＯＥＣモードで動作され、「３」の入力に対応するように制御される（ステップＳ２０１）。時間ブロックｔ２は休止期間であり、ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温するように制御される（ステップＳ２０２）。
【0073】
時間ブロックｔ３においてＳＯＦＣモードでかつ「２」を出力するように制御される（ステップＳ２０３）。時間ブロックｔ４は休止期間であるがＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣが維持されるように制御される（ステップＳ２０４）。
時間ブロックｔ５においてＳＯＦＣモードでかつ「２」を出力するように制御され（ステップＳ２０５）、時間ブロックｔ６においてＳＯＦＣモードでかつ「１」を出力するように制御される（ステップＳ２０６）。
時間ブロックｔ５においてＳＯＦＣモードでかつ「２」を出力するように制御され（ステップＳ２０５）、時間ブロックｔ６においてＳＯＦＣモードでかつ「１」を出力するように制御される（ステップＳ２０６）。
【0074】
時間ブロックｔ７は休止期間であるがＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣが維持されるように制御される（ステップＳ２０７）。
時間ブロックｔ８においてＳＯＦＣモードでかつ「１」を出力するように制御される（ステップＳ２０８）。
時間ブロックｔ８においてＳＯＦＣモードでかつ「１」を出力するように制御される（ステップＳ２０８）。
【0075】
時間ブロックｔ９は休止期間であり、ＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへ昇温するように制御される（ステップＳ２０９）。
以降、ステップＳ２０１に戻って制御が繰り返される。
図７Ｃ、図７Ｄに示すスタックＡは図８のステップＳ２０４からスタートし、スタックＢは図８のステップＳ２０７からスタートして循環する例である。
以降、ステップＳ２０１に戻って制御が繰り返される。
図７Ｃ、図７Ｄに示すスタックＡは図８のステップＳ２０４からスタートし、スタックＢは図８のステップＳ２０７からスタートして循環する例である。
【0076】
このように、実施の形態１で示した入出力要求とは異なる要求に対しても、ＳＯＣモジュール１００が複数のＳＯＣスタック１０を具備し、複数のＳＯＣスタック１０はそれぞれ独立に入出力制御及び温度制御がなされるとともに、ＳＯＣモジュール１００の運転期間において、全てのＳＯＣスタック１０が同一の運転モードで動作することがないように制御する。そのため、実施の形態１と同様に、入出力要求に応答できない期間がないので入出力要求への遅延がなく、追従性が向上する。
【0077】
以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。
また、実施の形態２においては、制御装置は、運転期間のいずれかの期間において、第１のＳＯＣスタックおよび第２のＳＯＣスタックがＳＯＦＣモードで動作し、かつ第１のＳＯＣスタックの出力電力と第２のＳＯＣスタックの出力電力とが互いに異なるように制御したので、固体酸化物形セルシステムの出力電力の調整の自由度が向上する。
また、実施の形態２においては、制御装置は、運転期間のいずれかの期間において、第１のＳＯＣスタックおよび第２のＳＯＣスタックがＳＯＦＣモードで動作し、かつ第１のＳＯＣスタックの出力電力と第２のＳＯＣスタックの出力電力とが互いに異なるように制御したので、固体酸化物形セルシステムの出力電力の調整の自由度が向上する。
【0078】
実施の形態３．
以下に、実施の形態３に係る固体酸化物形セルシステムについて図を用いて説明する。
実施の形態１、２において、ＳＯＣモジュール１００が複数のＳＯＣスタック１０を具備し、複数のＳＯＣスタック１０はそれぞれ独立に入出力制御及び温度制御されることを説明した。本実施の形態３では、各ＳＯＣスタック１０の休止期間における具体的な温度制御の方法について説明する。
以下に、実施の形態３に係る固体酸化物形セルシステムについて図を用いて説明する。
実施の形態１、２において、ＳＯＣモジュール１００が複数のＳＯＣスタック１０を具備し、複数のＳＯＣスタック１０はそれぞれ独立に入出力制御及び温度制御されることを説明した。本実施の形態３では、各ＳＯＣスタック１０の休止期間における具体的な温度制御の方法について説明する。
【0079】
ＳＯＣスタック１０の休止期間においては、
（１）ＳＯＥＣモードからＳＯＦＣモードの切り替え時はＳＯＣスタック１０をＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣからＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温する（ＳＯＣスタックの冷却）、
（２）ＳＯＦＣモードからＳＯＥＣモードの切り替え時はＳＯＣスタック１０をＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣからＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへ昇温する（ＳＯＣスタックの加熱）、
（３）ＳＯＣスタック１０の温度をＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣまたはＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持する、
のいずれかである。
以下では、上述の（１）（２）の場合の温度制御の方法について説明する。
（１）ＳＯＥＣモードからＳＯＦＣモードの切り替え時はＳＯＣスタック１０をＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣからＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温する（ＳＯＣスタックの冷却）、
（２）ＳＯＦＣモードからＳＯＥＣモードの切り替え時はＳＯＣスタック１０をＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣからＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへ昇温する（ＳＯＣスタックの加熱）、
（３）ＳＯＣスタック１０の温度をＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣまたはＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣに維持する、
のいずれかである。
以下では、上述の（１）（２）の場合の温度制御の方法について説明する。
【0080】
【0081】
（１）ＳＯＣスタックの冷却
ＳＯＣスタック１０の温度を低下させる場合（ステップＳ３０１でＮｏ）、対象ＳＯＣスタック１０への電力入出力及び熱供給を中断する（ステップＳ３０２）。熱供給の中断はＳＯＣスタック用温度調整器１８の加熱器等をオフにすることである。
対象ＳＯＣスタック１０へガス供給しない場合（ステップＳ３０３でＮｏ）、ＳＯＣモジュール１００の対象スタック１０へのガス配管のバルブ（図示せず）を閉にする。これにより、自然放熱させる。
ＳＯＣスタック１０の温度を低下させる場合（ステップＳ３０１でＮｏ）、対象ＳＯＣスタック１０への電力入出力及び熱供給を中断する（ステップＳ３０２）。熱供給の中断はＳＯＣスタック用温度調整器１８の加熱器等をオフにすることである。
対象ＳＯＣスタック１０へガス供給しない場合（ステップＳ３０３でＮｏ）、ＳＯＣモジュール１００の対象スタック１０へのガス配管のバルブ（図示せず）を閉にする。これにより、自然放熱させる。
【0082】
対象ＳＯＣスタック１０へガスを供給する場合（ステップＳ３０３でＹｅｓ）、供給するガス種によって温度の制御方法が異なる（ステップＳ３０５）。対象ＳＯＣスタック１０の燃料極１４側にガス貯蔵部３４から水素、ガス供給部２１から水素または窒素あるいはそれらの混合気体であるパージガス、還元ガスを供給し、空気極１２側にガス供給部２１から酸素または空気を供給する場合、対象ＳＯＣスタック１０内に残存する高温の滞留ガスを掃気して対象ＳＯＣスタック１０を冷却する（ステップＳ３０７）。
ここで、対象ＳＯＣスタック１０へ供給するガスの温度を温度調整装置２０において、調整することで、効率よく対象ＳＯＣスタック１０を冷却することが可能となる。すなわち、対象ＳＯＣスタック１０の降温速度を調整することが可能となる。温度調整装置２０では例えば、ＳＯＥＣモードまたはＳＯＦＣモードで運転している時より低く温度設定してもよい。
また、燃料極１４側に供給されるパージガス、還元ガスはシステム外から供給してもよい。
ここで、対象ＳＯＣスタック１０へ供給するガスの温度を温度調整装置２０において、調整することで、効率よく対象ＳＯＣスタック１０を冷却することが可能となる。すなわち、対象ＳＯＣスタック１０の降温速度を調整することが可能となる。温度調整装置２０では例えば、ＳＯＥＣモードまたはＳＯＦＣモードで運転している時より低く温度設定してもよい。
また、燃料極１４側に供給されるパージガス、還元ガスはシステム外から供給してもよい。
【0083】
対象ＳＯＣスタック１０の燃料極１４側にガス貯蔵部３４からメタンを供給し、水蒸気供給部２２から水蒸気を供給する場合、電極上で水蒸気改質、
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ２
が行われる。この反応は内部改質と呼ばれ、吸熱反応であるため、水素を排出しながら対象スタックを冷却することが可能となる（ステップＳ３０６）。排出した水素は上述したように、貯蔵用ガス調整部３５で分離され、ガス貯蔵部３４に貯蔵または外部へ排出される。この時、空気極１２側にはガス供給部２１から酸素または空気が供給される。
燃料極１４側に供給されるメタン、水蒸気はシステム外から供給してもよいし、水蒸気は貯水部３２から供給された水から水蒸気発生器３１で生成されたものでもよい。
内部改質を利用する場合は、ガス流量を調整することで、降温速度を調整すればよい。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ２
が行われる。この反応は内部改質と呼ばれ、吸熱反応であるため、水素を排出しながら対象スタックを冷却することが可能となる（ステップＳ３０６）。排出した水素は上述したように、貯蔵用ガス調整部３５で分離され、ガス貯蔵部３４に貯蔵または外部へ排出される。この時、空気極１２側にはガス供給部２１から酸素または空気が供給される。
燃料極１４側に供給されるメタン、水蒸気はシステム外から供給してもよいし、水蒸気は貯水部３２から供給された水から水蒸気発生器３１で生成されたものでもよい。
内部改質を利用する場合は、ガス流量を調整することで、降温速度を調整すればよい。
【0084】
ＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣからＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣへ降温する場合は、目標温度はＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣであり、目標温度に到達すれば終了である（ステップＳ３０３でＹｅｓ）。目標温度に到達しない場合、上述した方法のいずれかを繰り返してもよいし、異なる方法に切り替えても良い。これらの方法から予め設定された時間内に目標温度に到達するように降温速度を調整すればよい。この時、状況に応じて適切な方法を選択あるいは組み合わせてＳＯＣスタック１０を降温すればよい。
【0085】
（２）ＳＯＣスタックの加熱
ＳＯＣスタック１０の温度を上昇させる場合（ステップＳ３０１でＹｅｓ）、対象ＳＯＣスタック１０への電力入出力を中断する（ステップＳ３１１）。
対象ＳＯＣスタック１０へ熱供給を行わない場合（ステップＳ３１２でＮｏ）、輻射熱により対象ＳＯＣスタック１０を加熱することになる（ステップＳ３１３）。ＳＯＦＣモードで動作している他のＳＯＣスタック、または対象ＳＯＣスタック１０よりも高温のＳＯＣスタックからの輻射熱を利用して昇温する。この時、対象ＳＯＣスタック１０のガス配管のバルブ（図示せず）を閉にし、ガスを供給しない。あるいは燃料極１４側にガス供給部２１あるいはシステム外からパージガスまたは還元ガスを供給し、空気極１２側にガス供給部２１から酸素または空気を供給する。ここで、対象ＳＯＣスタック１０へ供給するガスの温度を温度調整装置２０において、調整することで、効率よく対象ＳＯＣスタック１０を昇温することが可能となる。すなわち、対象ＳＯＣスタック１０の昇温速度を調整することが可能となる。
ＳＯＣスタック１０の温度を上昇させる場合（ステップＳ３０１でＹｅｓ）、対象ＳＯＣスタック１０への電力入出力を中断する（ステップＳ３１１）。
対象ＳＯＣスタック１０へ熱供給を行わない場合（ステップＳ３１２でＮｏ）、輻射熱により対象ＳＯＣスタック１０を加熱することになる（ステップＳ３１３）。ＳＯＦＣモードで動作している他のＳＯＣスタック、または対象ＳＯＣスタック１０よりも高温のＳＯＣスタックからの輻射熱を利用して昇温する。この時、対象ＳＯＣスタック１０のガス配管のバルブ（図示せず）を閉にし、ガスを供給しない。あるいは燃料極１４側にガス供給部２１あるいはシステム外からパージガスまたは還元ガスを供給し、空気極１２側にガス供給部２１から酸素または空気を供給する。ここで、対象ＳＯＣスタック１０へ供給するガスの温度を温度調整装置２０において、調整することで、効率よく対象ＳＯＣスタック１０を昇温することが可能となる。すなわち、対象ＳＯＣスタック１０の昇温速度を調整することが可能となる。
【0086】
対象ＳＯＣスタック１０へ熱供給を行う場合（ステップＳ３１２でＹｅｓ）、ＳＯＣスタック用温度調整器１８の加熱器等を用いて温度制御すればよい（ステップＳ３１４）。この場合も、燃料極１４側にガス供給部２１あるいはシステム外からパージガスまたは還元ガスを供給し、空気極１２側にガス供給部２１から酸素または空気を供給してもよい。対象ＳＯＣスタック１０へ供給するガスの温度を温度調整装置２０において、ＳＯＣスタック用温度調整器１８と併せて調整することで、効率よく対象ＳＯＣスタック１０を昇温することが可能となる。すなわち、対象ＳＯＣスタック１０の昇温速度を調整することが可能となる。
【0087】
ＳＯＦＣ動作温度ＴＦＣからＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣへ昇温する場合は、目標温度はＳＯＥＣ動作温度ＴＥＣであり、目標温度に到達すれば終了である（ステップＳ３１５でＹｅｓ）。目標温度に到達しない場合、上述した方法のいずれかを繰り返してもよいし、異なる方法に切り替えても良い。これらの方法から予め設定された時間内に目標温度に到達するように昇温速度を調整すればよい。この時、状況に応じて適切な方法を選択あるいは組み合わせてＳＯＣスタック１０を昇温すればよい。
【0088】
以上のように、実施の形態３によれば、休止期間のＳＯＣスタックを予め設定された時間内に、目標温度に到達するように温度制御を行うので、休止期間のＳＯＣスタックに温度の急変を誘引することがなく、目標温度に制御することが可能となり、ＳＯＣスタックの熱に起因する劣化を抑制することが可能となる。また、休止期間中に目標温度に到達するように制御するので、入出力要求への遅延がなく、追従性の向上に寄与する。
【0089】
図１０は実施の形態１から３に係る固体酸化物形セルシステムの具備する制御装置２００のハードウエア構成の一例を示す図である。制御装置２００は、プロセッサ１０００、記憶装置２０００を具備する。プロセッサ１０００は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などで構成される。
【0090】
記憶装置２０００の主記憶装置はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置で構成され、補助記憶装置としてフラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置またはハードディスクなどを具備する。補助記憶装置には、プロセッサ１０００により実行される所定のプログラムが記憶されており、プロセッサ１０００は、このプログラムを適宜読み出して実行し、各種演算処理を行う。この際、補助記憶装置から揮発性記憶装置に上記所定のプログラムが一時的に保存され、プロセッサ１０００は揮発性記憶装置からプログラムを読み出す。また、プロセッサ１０００は、演算結果等のデータを記憶装置２０００の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
【0091】
なお、遠隔制御を可能にするため、外部と通信するための通信モジュールとして、送信装置、受信装置（いずれも図示せず）を具備してもよい。
【0092】
＜その他の実施の形態＞
実施の形態１及び２において、ＳＯＣモジュール１００は、独立に制御可能な３個のスタックＡ，Ｂ，Ｃを備えた例で説明したが、３個に限るものではない。
また、スタックＡ，Ｂ，Ｃとそれぞれ同様に制御される複数のスタックからなる集合体を設け、スタック群Ａ，Ｂ，Ｃとしてそれぞれ群毎に独立に制御するようにしてもよい。固体酸化物形セルシステム１の運転期間中に全ての群が同一の運転モードにならないように、あるいは同時に休止期間とならないように制御すれば、実施の形態１，２と同様の効果を奏する。
実施の形態１及び２において、ＳＯＣモジュール１００は、独立に制御可能な３個のスタックＡ，Ｂ，Ｃを備えた例で説明したが、３個に限るものではない。
また、スタックＡ，Ｂ，Ｃとそれぞれ同様に制御される複数のスタックからなる集合体を設け、スタック群Ａ，Ｂ，Ｃとしてそれぞれ群毎に独立に制御するようにしてもよい。固体酸化物形セルシステム１の運転期間中に全ての群が同一の運転モードにならないように、あるいは同時に休止期間とならないように制御すれば、実施の形態１，２と同様の効果を奏する。
【0093】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、この明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、この明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【0094】
１：固体酸化物形セルシステム、 １０：ＳＯＣスタック、 １１：ＳＯＣ、 １２：空気極、 １３：電解質、 １４：燃料極、 １５：インタコネクタ、 １８：ＳＯＣスタック用温度調整器、 ２０：温度調整装置、 ２１：ガス供給部、 ２２：水蒸気供給部、 ３０：改質器、 ３１：水蒸気発生器、 ３２：貯水部、 ３３：凝縮器、 ３４：ガス貯蔵部、 ３５：貯蔵用ガス調整部、 １００：ＳＯＣモジュール、 ２００：制御装置、 ２０１：システム制御部、 ２０２：温度制御部、 １０００：プロセッサ、 ２０００：記憶装置。
【要約】
複数の固体酸化物形セルスタック（１０）が接続された固体酸化物形セルモジュール（１００）を有し、ＳＯＦＣモードとＳＯＥＣモードとを切り替え可能な固体酸化物形セルシステム（１）において、運転期間中のいずれかの期間において、少なくとも１つの固体酸化物形セルスタック（１０）はＳＯＦＣモードまたはＳＯＥＣモードで動作するように制御し、少なくとも他の１つの固体酸化物形セルスタック（１０）に対し入出力を停止し、ＳＯＦＣモード及びＳＯＥＣモードのいずれのモードでも動作しない休止状態に制御する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】