具有两种不同类型燃料电池的燃料电池发电系统和其控制方法

摘要

固体氧化物燃料电池组(57)通过氧与重整气体(27)(由天然气(1)通过重整器(3)制成)中的氢或氢和一氧化碳的电化学反应发电，并将废热和包含蒸汽的阳极排出气体(61)供给至重整器(3)。通过重整器(3)产生的重整气体(27)通过CO转化器(4)和CO选择氧化器(5)降低其CO浓度。聚合物电解质燃料电池组(9)通过氧与重整气体(38)中氢的电化学反应发电，所述重整气体通过CO选择氧化器(5)释放，其CO浓度降低，水分通过冷凝器(39)冷凝。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池发电系统及其控制方法。具体地，本发明涉及一种具有两个不同类型的燃料电池组的燃料电池发电系统及其控制方法。

背景技术

图1给出了一种常规燃料电池发电系统的结构。该常规系统是使用天然气作为燃料的聚合物电解质燃料电池系统。该常规系统主要包括脱硫器2、重整器3、重整器燃烧器53、CO转化器4、CO选择氧化器5、冷凝器39、聚合物电解质燃料电池组9、功率调节设备20、汽化器14、汽化器燃烧器35、水罐90、流动控制阀(10，11，12....)、加料水泵42、空气供给吹风机13和将这些组件相互连接的管道或类似物。

现在描述图1中的标号。标号1表示用作燃料的天然气，标号2表示从天然气1中去除硫的脱硫器，标号3表示引起燃料的蒸汽重整反应的重整器。标号4表示通过水转换反应将得自蒸汽重整反应的一氧化碳(CO)转化成二氧化碳，并这样提供氢的CO转化器。标号5表示将在水转换反应之后剩下的一氧化碳氧化成二氧化碳的CO选择氧化器。

标号9表示聚合物电解质燃料电池组，标号6、7和8分别表示聚合物电解质燃料电池组9的阳极、固体聚合物电解质和阴极。标号10、11和12表示控制空气供给吹风机13的空气18流速的流动控制阀。标号14表示产生用于蒸汽重整反应的蒸汽的汽化器。标号15表示用于汽化器14的泵，标号16表示通过汽化器14产生的蒸汽。

标号17表示来自聚合物电解质燃料电池组9的阴极排出气体，标号18表示来自空气供给吹风机13的空气，标号19表示来自聚合物电解质燃料电池组9的阳极排出气体。标号20表示功率调节设备，标号21表示负载，标号22表示来自聚合物电解质燃料电池组9的DC输出功率，标号23表示在送电端的AC输出功率，标号24表示来自重整器燃烧器53的燃烧排出气体。标号25表示CO浓度减至约10ppm的重整气体，它是来自CO选择氧化器5的排出气体。标号26表示CO浓度减至1％或更低的重整气体，它是来自CO转化器4的排出气体。标号27表示在重整器3出口处的富含氢的重整气体，它是来自重整器3的排出气体。

标号29表示脱硫天然气，它是来自脱硫器2的排出气体，标号28表示蒸汽和脱硫天然气的混合气体。标号30表示控制空气供给吹风机13的空气18流速的流动控制阀。标号36表示来自汽化器燃烧器35的燃烧排出气体，标号37表示控制天然气45的流速的流动控制阀。标号31表示用于汽化器燃烧器35的空气，标号32表示用于聚合物电解质燃料电池组9的空气，标号33表示用于CO选择氧化器5的空气，和标号34表示用于重整器燃烧器53的空气。

标号39表示冷凝重整气体25(来自CO选择氧化器的排出气体)中的水分的冷凝器。标号38表示在冷凝器39冷凝未反应的蒸汽之后得到的重整气体。标号40表示在聚合物电解质燃料电池组9中通过电池反应所产生的水，标号41表示通过冷凝器39产生的冷凝物。标号42表示加料水泵，标号43表示加料水，标号44表示要供给至汽化器14的水。

标号45表示要供给至脱硫器2的天然气，标号46表示用于汽化器燃烧器35的天然气，标号47和48表示分别控制天然气45和49的流速的流动控制阀，标号49表示用于重整器燃烧器53的天然气。标号50表示用于脱硫器2的再循环重整气体。标号51表示控制再循环重整气体50的流速的流动控制阀。标号52表示用于CO选择氧化器5的重整气体。标号53表示如上所述的重整器燃烧器，标号90表示水罐，标号91表示来自汽化器14的排出气体，标号96表示控制汽化器14的蒸汽16流速的流动控制阀。

上述词语“富含氢”是指包含足够的氢以通过电池反应而用于发电。

为简便起见，图1给出了由一个单元电池构成的聚合物电解质燃料电池组9，其中单元电池由一组阳极6、固体聚合物电解质7和阴极8组成。但实际上，聚合物电解质燃料电池组9包括多个单元电池。

以下将参照图1描述该常规燃料电池发电系统的操作。作为燃料，天然气1、天然气45、天然气46和天然气49分别供给至脱硫器2、汽化器燃烧器35和重整器燃烧器53。所供给的天然气45的量根据DC输出功率22的电池电流、重整器温度和流动控制阀37的开启度(即所供给的天然气45的量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀37的开启度，设定为适合DC输出功率22的电池电流和重整器3的温度(重整器温度)的值。

脱硫器2去除天然气45中的臭味材料的含硫物质如硫醇，否则造成重整器3中的重整催化剂和聚合物电解质燃料电池组9中的阳极6的电极催化剂的变质，通过在钴-钼基催化剂(一种脱硫催化剂)作用下加氢脱硫和在脱硫器2中加载氧化锌吸附剂进行脱硫。具体地，钴-钼基催化剂首先引起硫和氢反应以生成硫化氢，并随后引起所得硫化氢和氧化锌反应生成硫化锌，这样去除含硫物质。为了供给产生硫化氢所需的氢，将部分已将CO浓度减至1％或更低的富含氢的重整气体26再循环并作为再循环重整气体50供给至脱硫器2。

所供给的再循环重整气体50的量根据流动控制阀37的开启度(即所供给的天然气45的量)和流动控制阀51的开启度(即所供给的再循环重整气体50的量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀51的开启度设定为适合天然气45的供给量的值。加氢脱硫和产生硫化锌的反应都是吸热反应。反应所需要的热通过将CO转化器4中的水转换反应(其为放热反应，以下进行描述)所产生的热由CO转化器4供给至脱硫器2而提供。

将已通过脱硫器2去除含硫物质的脱硫天然气29与汽化器14所供给的蒸汽16混合，并将蒸汽和脱硫天然气的混合气体28供给至重整器3。重整器3填充有用作重整催化剂的镍基催化剂或钌基催化剂。设定与脱硫天然气29混合的蒸汽16的量，使得根据流动控制阀37的开启度(即用于发电的天然气45的供给量)和流动控制阀96的开启度(即蒸汽16的供给量)之间的预设关系、通过控制流动控制阀96的开启度达到预设的预定蒸汽-碳比率(蒸汽与天然气中碳的比率)。

汽化器14蒸发通过泵15从水罐90供给的水44。蒸发水44所需的热通过将以下描述的高温燃烧排出气体24供给至汽化器14和造成水44和燃烧排出气体24之间的热交换而提供。已与水44热交换的燃烧排出气体24作为排出气体91排出。如果水44和燃烧排出气体24之间的热交换不能提供足够的热以充分蒸发汽化器14中的水44，通过流动控制阀47供给至汽化器燃烧器35的天然气46和空气31(为通过空气供给吹风机13吸收的空气的一部分，通过流动控制阀30供给至汽化器燃烧器35)的燃烧可另外向汽化器14提供热。

设定天然气46的供给量，使得根据汽化器14的温度和流动控制阀47的开启度(即天然气46的供给量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀47的开启度达到预设的预定汽化器温度。此外，设定空气31的供给量，使得根据流动控制阀47的开启度(即天然气46的供给量)和流动控制阀30的开启度(即空气31的供给量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀30的开启度达到预设的预定空气-燃料比率(空气与燃料的比率)。

向水罐90供给通过以下描述的冷凝器39所产生的冷凝物41和在聚合物电解质燃料电池组9中通过电池反应所产生的水40。如果它们不能充分填充水罐90，根据需要启动加料水泵42，以供给加料水43至水罐90。

在重整器3中，天然气中烃的蒸汽重整反应通过装填在重整器3中的重整催化剂的作用下进行，并因此生成富含氢的重整气体27。甲烷(天然气的主要组分)的蒸汽重整反应表示为下式(1)。

(甲烷的蒸汽重整反应)

  (1)

烃的蒸汽重整反应，包括式(1)的甲烷的蒸汽重整反应，是吸热反应。因此，为了有效地产生氢，反应所需的热必须由重整器3的外部供给且重整器3的温度必须保持在700-750℃。因此，以下描述的包含约20％未反应氢的阳极排出气体19由聚合物电解质燃料电池组9供给至重整器燃烧器53，且空气34(是通过空气供给吹风机13吸收的空气18中的一部分)同时供给至重整器燃烧器53以引起其燃烧，这样将蒸汽重整反应所需的热25供给至重整器3。设定空气34的供给量，使得根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀12的开启度(即空气34的供给量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀12的开启度达到预设的预定空气-燃料比率。

如果阳极排出气体19在重整器燃烧器53中的燃烧不能提供足够的热用于重整器3中烃的蒸汽重整反应，则通过流动控制阀48供给至重整器燃烧器53的天然气49和空气34(通过空气供给吹风机13吸收的空气18中的一部分，通过流动控制阀12供给至重整器燃烧器53)的燃烧另外向重整器3提供热。

天然气49的供给量根据重整器3的温度和流动控制阀48的开启度(即天然气49的供给量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀48的开启度设定为适合重整器3的预设的预定温度值。此外，设定空气34的供给量，使得根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀12的开启度(即空气34的供给量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀12的开启度达到预设的预定空气-燃料比率。

作为来自重整器3的排出气体的富含氢的重整气体27包含一氧化碳，后者引起聚合物电解质燃料电池组9的阳极6上的电极催化剂变质。因此，富含氢的重整气体27被供给至载有CO转换催化剂如铜-锌基催化剂的CO转化器41，这样通过CO转换催化剂所引起的水转换反应将CO在富含氢的重整气体27中的浓度减至1％或更低，所述水转换反应表示为下式(2)。

(水转换反应)

  (2)

水转换反应是放热反应。所产生的热被供给至脱硫器2并用于上述脱硫器2中的加氢脱硫和产生硫化锌的反应(它们是吸热反应)。

作为来自CO转化器4的排出气体，重整气体26部分如上所述作为再循环重整气体50被供给至脱硫器2，将剩余部分作为重整气体52供给至载有用作CO选择氧化催化剂的贵金属催化剂如铂基催化剂或钌基催化剂的CO选择氧化器5。这是为了将重整气体52的CO浓度减至约10ppm，因为供给至阳极6的CO浓度为100ppm或更高的重整气体造成电极催化剂变质。另外，空气33(通过空气供给吹风机13吸收的空气18中的一部分)被供给至CO选择氧化器5。CO选择氧化器5造成重整气体52中的一氧化碳与空气33中的氧反应，通过下式(3)的CO选择氧化反应(是放热反应)将一氧化碳转化成二氧化碳，这样将重整气体52的CO浓度减至约10ppm。

(一氧化碳的CO选择氧化反应)

  (3)

空气33的供给量根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀11的开启度(即空气33的供给量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀11的开启度设定为适合天然气45的供给量的值。

已将CO浓度减至约10ppm的重整气体25(来自CO选择氧化器5的排出气体)中的未反应的蒸汽被冷却至100℃或更低的温度，并在冷凝器39中作为冷凝物41收集。冷凝物41被供给至水罐90，再利用为水44以供给至汽化器14。冷凝器39中冷凝未反应蒸汽后得到的重整气体38被供给至阳极6。

另一方面，空气32(通过空气供给吹风机13吸收的空气18中的一部分)被供给至聚合物电解质燃料电池组9的阴极8。通常，聚合物电解质燃料电池组9的发电温度是60℃-80℃。发电温度通过电池反应所产生的热而保持。空气32的供给量根据DC输出功率22的电池电流和流动控制阀10的开启度(即空气32的供给量)之间的预设关系，通过控制流动控制阀10的开启度设定为适合DC输出功率22的电池电流的值。

在阳极6上，通过铂基电极催化剂的作用，重整气体38中约80％的氢通过下式(4)的阳极反应而转化成氢离子和电子。

(阳极反应)

  (4)

在阳极6产生的氢离子在由具有磺酸基团的氟基聚合物如Nafion组成的固体聚合物电解质7中移动，并到达阴极8。另一方面，在阳极6上产生的电子通过外电路(未示)移动并到达阴极8。在电子通过外电路移动的过程中，电能可作为DC输出功率22被提取。

在阴极8上，通过铂基电极催化剂的作用，已由阳极6通过固体聚合物电解质7移动至阴极8的氢离子、已由阳极6通过外电路移动至阴极8的电子和供给至阴极8的空气32中的氧相互反应形成水，所述反应称作阴极反应并以下式(5)表示。

(阴极反应)

  (5)

结合式(4)和(5)，聚合物电解质燃料电池组9中的电池反应可表示为水电解的逆反应，其中氢和氧相互反应形成水，例如下式(6)所示。

(电池反应)

  (6)

功率调节设备20在由聚合物电解质燃料电池组9所产生的DC输出功率22上进行电压转化和DC/AC转化，使得它适合于负载21并随后将所得AC输出功率23供给至负载21。尽管图1给出了其中功率调节设备20进行DC/AC转化的一个例子，功率调节设备20可仅进行电压转化，并可将送电端DC输出功率供给至负载21。

重整气体38在其约80％的氢在阳极6通过式(4)的阳极反应被消耗之后，作为聚合物电解质燃料电池组9的阳极排出气体19被排出。另一方面，空气32在其部分氧在阴极8通过式(5)的阴极反应被消耗之后，作为聚合物电解质燃料电池组9的阴极排出气体17排出。

在聚合物电解质燃料电池组9中通过式(6)的电池反应所产生的水40与冷凝物41一起被供给至水罐90，并再利用为供给至汽化器14的水44。因为重整气体38中约20％氢留在阳极排出气体19中没有反应，阳极排出气体19如上所述用作重整器燃烧器53的燃料。

图1所示的常规燃料电池发电系统具有下述问题。为了在重整器3使来自聚合物电解质燃料电池组9的阳极排出气体19中的天然气45所含的烃进行蒸汽重整反应，不仅来自聚合物电解质燃料电池组9的阳极排出气体19而且用于重整器燃烧器53的天然气49必须供给至重整器燃烧器53用于燃烧。另外，因为聚合物电解质燃料电池组9的发电温度低，具体为60℃-80℃，在冷却电池组的过程中不能产生蒸汽，这不同于使用具有发电温度190℃的磷酸燃料电池组的情形。因此，必须提供汽化器14，用于与燃烧排出气体24热交换，且必须使供给至汽化器燃烧器35的天然气46燃烧以向汽化器14外部供给蒸发水44所需的热，这样产生重整器3中烃蒸汽重整反应所需的蒸汽16。因此。该常规燃料电池发电系统的送电端效率低，具体地，低于40％(低热值(LHV)参考，以下同)。另外，因为送电端效率低，送电端的AC输出功率也低。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种减少了能量损失、因此送电端效率提高和送电端输出功率增加的燃料电池发电系统。

本发明的另一目的是提供一种控制燃料电池发电系统的方法，使得即使该系统的送电端输出功率不同也可保持燃料电池组和重整器的温度在给定的温度范围内。

本发明的一种燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应产生含氢重整气体的重整装置；用于通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电并将发电产生的废热和蒸汽供给重整装置的第一发电装置；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将重整气体中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；用于通过氧化将转化装置所排出的一氧化碳转化成二氧化碳的氧化装置；和用于通过氧化装置所排出的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应产生含氢重整气体的重整装置；用于通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电并将发电产生的废热和蒸汽供给重整装置的第一发电装置；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将重整气体中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；和用于通过转化装置所排出的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应产生含氢重整气体的重整装置；用于通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电并将发电产生的废热和蒸汽供给至重整装置的第一发电装置；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将重整气体中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；用于从转化装置的排放物中分离氢的分离装置；和用于通过分离的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应产生含氢重整气体的重整装置；用于通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电并将发电产生的废热和包含蒸汽的排放物供给至重整装置的第一发电装置；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将排放物中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；用于通过氧化将转化装置所排出的一氧化碳转化成二氧化碳的氧化装置；和用于通过氧化装置所排出的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应产生含氢重整气体的重整装置；用于通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电并将发电产生的废热和包含蒸汽的排放物供给重整装置的第一发电装置；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将排放物中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；和用于通过转化装置所排出的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应产生含氢重整气体的重整装置；用于通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电并将发电产生的废热和包含蒸汽的排放物供给重整装置的第一发电装置；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将排放物中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；用于从转化装置的排放物中分离氢的分离装置；和用于通过分离的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应在阳极产生含氢重整气体和通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电的第一发电装置，所述第一发电装置消耗蒸汽重整反应所需的热并将含发电产生的蒸汽的排放物再循环至阳极，所述热是由所述发电产生的；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应用于将排放物中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；用于通过氧化将转化装置所排出的一氧化碳转化成二氧化碳的氧化装置；和用于通过氧化装置所排出的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应在阳极产生含氢重整气体和通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电的第一发电装置，所述第一发电装置消耗蒸汽重整反应所需的热并将含发电产生的蒸汽的排放物再循环至阳极，所述热是由所述发电产生的；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将排放物中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；和用于通过转化装置所排出的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明的另一燃料电池发电系统包括：用于通过燃料的蒸汽重整反应在阳极产生含氢重整气体和通过重整气体中的氢或氢和一氧化碳与氧的电化学反应发电的第一发电装置，所述第一发电装置消耗蒸汽重整反应所需的热并将含发电产生的蒸汽的排放物再循环至阳极，所述热是由所述发电产生的；用于通过一氧化碳与蒸汽的反应将排放物中的一氧化碳转化成二氧化碳和氢的转化装置；用于从转化装置的排放物中分离氢的分离装置；和用于通过分离的氢与氧的电化学反应发电的第二发电装置。

本发明另一燃料电池发电系统是任何上述燃料电池发电系统，并包括：用于确定第一发电装置的输出功率是否增加或下降的装置；和当第一发电装置的输出功率增加时降低供给至第一发电装置的空气的量，或当第一发电装置的输出功率下降时增加空气的量的装置。

本发明的另一燃料电池发电系统是任何上述燃料电池发电系统，并包括：用于确定第二发电装置的输出功率是否增加或下降的装置；和当第二发电装置的输出功率增加时降低供给至第一发电装置的空气的量，或当第二发电装置的输出功率下降时增加空气的量的装置。

本发明另外涉及控制燃料电池发电系统的方法，该方法是控制任何上述燃料电池发电系统的方法，并包括以下步骤：确定第一发电装置的输出功率是否增加或下降，和当第一发电装置的输出功率增加时降低供给至第一发电装置的空气的量，或当第一发电装置的输出功率下降时增加空气的量。

本发明的另一个控制燃料电池发电系统的方法是一种控制任何上述燃料电池发电系统的方法，并包括以下步骤：确定第二发电装置的输出功率是否增加或下降，和当第二发电装置的输出功率增加时降低供给至第一发电装置的空气的量，或当第二发电装置的输出功率下降时增加空气的量。

在根据本发明的燃料电池发电系统中，来自第一燃料电池组的废热和在第一燃料电池组的电池反应中产生的蒸汽可用于引起燃料在重整器中的蒸汽重整反应，且富含氢的所得重整气体可供给至第一燃料电池组和第二燃料电池组以实现发电。因此，该燃料电池发电系统可提高送电端效率和增加送电端输出功率。

另外，在根据本发明的燃料电池发电系统中，第一燃料电池组的电池反应所得到的蒸汽和废热可用于引起燃料的蒸汽重整反应，富含氢的所得重整气体可通过第一燃料电池组用于发电，且第一燃料电池组的包含未反应氢的阳极排出气体可供给至第二燃料电池组并由第二燃料电池组用于发电。因此，该燃料电池发电系统可提高送电端效率和增加送电端输出功率。

根据控制本发明燃料电池发电系统的方法，可以改变燃料电池发电系统的功率，同时保持燃料电池组和重整器的温度在预定温度范围内。这提供了一个优点，燃料电池发电系统的功率可随负载的变化而变化，同时保持高效率发电，不会对燃料电池组和重整器的寿命和系统可靠性产生不利影响。

本发明的以上和其它目的、作用、特点和优点根据以下对其实施方案的描述并结合附图而变得更加显然。

附图的简要描述

图1是显示一种常规燃料电池发电系统的图；

图2是显示本发明燃料电池发电系统实施方案1的图；

图3是显示本发明燃料电池发电系统实施方案2的图；

图4是显示本发明燃料电池发电系统实施方案3的图；

图5是显示本发明燃料电池发电系统实施方案4的图；

图6是显示本发明燃料电池发电系统实施方案5的图；

图7是显示本发明燃料电池发电系统实施方案6的图；

图8是显示本发明燃料电池发电系统实施方案7的图；

图9是显示本发明燃料电池发电系统实施方案8的图；

图10是显示本发明燃料电池发电系统实施方案9的图；

图11是显示本发明燃料电池发电系统实施方案10的图；

图12是显示本发明燃料电池发电系统实施方案11的图；

图13是显示本发明燃料电池发电系统实施方案12的图；

图14是显示本发明燃料电池发电系统实施方案13的图；

图15是显示本发明燃料电池发电系统实施方案14的图；

图16是显示本发明燃料电池发电系统实施方案15的图；

图17是显示本发明燃料电池发电系统实施方案16的图；

图18是显示本发明燃料电池发电系统实施方案17的图；

图19是显示本发明燃料电池发电系统实施方案18的图；

图20是显示本发明燃料电池发电系统实施方案19的图；

图21是显示本发明燃料电池发电系统实施方案20的图；

图22是显示本发明燃料电池发电系统实施方案21的图；

图23是系统流程图，显示了控制本发明燃料电池发电系统的方法的一个例子；

图24是系统流程图，显示了控制本发明燃料电池发电系统的方法的另一例子；

图25是特性图，显示了供给固体氧化物燃料电池组阴极的空气量和氧利用率之间的关系；

图26是特性图，显示了相对氧利用率的固体氧化物燃料电池组送电端AC输出功率和整个系统的送电端效率；

图27是特性图，显示了相对氧利用率的聚合物电解质燃料电池组送电端AC输出功率和整个系统的送电端效率；

图28显示可有效地应用本发明控制方法的燃料电池发电系统的替代实施方案；

图29显示可有效地应用本发明控制方法的燃料电池发电系统的替代实施方案；和

图30显示可有效地应用本发明控制方法的燃料电池发电系统的替代实施方案。

优选实施方案的详细描述

燃料电池发电系统

以下根据附图描述本发明燃料电池发电系统的实施方案。在以下描述的实施方案中，第一燃料电池组是固体氧化物燃料电池组，第二燃料电池组是聚合物电解质燃料电池组。另外，第二燃料电池组也可以是磷酸燃料电池组。在这种情况下，以下实施方案中描述的CO选择氧化器可省略，由CO转化器排出的重整气体可原样供给第二燃料电池组。

(实施方案1)

图2显示了本发明燃料电池发电系统的实施方案1。在图2和以下附图中，与已描述的附图相同的组件使用相同的标号，并省略其描述。

现在描述图2中的标号。标号57表示作为第一燃料电池组的固体氧化物燃料电池组，标号54表示固体氧化物燃料电池组57的阳极，标号55表示固体氧化物燃料电池组57的固体氧化物电解质，标号56表示固体氧化物燃料电池组57的阴极。标号58表示用于固体氧化物燃料电池组57发电的空气。标号61表示固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体。标号60表示由固体氧化物燃料电池组57至重整器3的再循环阳极排出气体。

标号64表示固体氧化物燃料电池组57的排放的阳极排出气体。标号59表示控制再循环阳极排出气体60的流速的流动控制阀。标号62表示控制空气58的流速的流动控制阀，标号63表示固体氧化物燃料电池组57的阴极排出气体，标号74和75表示控制由重整器3排出的富含氢的重整气体27的流速的流动控制阀。标号86表示功率调节设备，标号87表示负载，标号88表示由固体氧化物燃料电池组57产生的DC输出功率，标号89表示送电端的AC输出功率。

为简便起见，图2给出了由一个单元电池构成的固体氧化物燃料电池组57，该单元电池由一组阳极54、固体氧化物电解质55和阴极56组成。但实际上，固体氧化物燃料电池组57包括多个单元电池。类似地，作为第二燃料电池组的聚合物电解质燃料电池组9包括多个如上所述的单元电池。

如图2所示，根据实施方案1的燃料电池发电系统与图1所示的常规燃料电池发电系统的不同之处在于，除了聚合物电解质燃料电池组9，固体氧化物燃料电池组57设置在重整器3附近。在该结构中，由固体氧化物燃料电池组57产生的DC输出功率88在功率调节设备86中转化成AC输出功率89并随后供给至负载87。

现在根据图2描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。天然气45的供给量根据DC输出功率22的电池电流和DC输出功率88的电池电流和流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀37的开启度设定为适合DC输出功率22的电池电流和DC输出功率88的电池电流的值。将在脱硫器2中脱硫得到的脱硫天然气29与含固体氧化物燃料电池组57中的电池反应产生的蒸汽的再循环阳极排出气体60混合，并随后将蒸汽和脱硫天然气的混合气体28供给至重整器3。再循环阳极排出气体60的供给量根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀59的开启度(即再循环阳极排出气体60的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀59的开启度设定为适合天然气45的供给量的值。

在重整器3中，天然气中所含烃的蒸汽重整反应通过装填在重整器3中的重整催化剂的作用下进行，并由此得到富含氢的重整气体27。蒸汽重整反应是吸热反应，因此，为了有效地产生氢，反应所需的热必须由重整器3的外部供给且重整器3的温度必须保持在700-750℃。因此，如下所述在800-1000℃下发电的固体氧化物燃料电池组57的废热作为蒸汽重整反应所需的热被供给至重整器3。

在重整器3中产生的部分富含氢的重整气体27被供给至CO转化器4，剩余部分被供给至固体氧化物燃料电池组57的阳极54。供给至CO转化器4的重整气体27的量根据DC输出功率22的直流电和流动控制阀74的开启度(即供给至CO转化器4的重整气体27的量)之间的关系，通过控制流动控制阀74的开启度设定为适合DC输出功率22的直流电的值。另一方面，供给至固体氧化物燃料电池组57的阳极54的重整气体27的量根据DC输出功率88的直流电和流动控制阀75的开启度(即供给至阳极54的重整气体27的量)之间的关系，通过控制流动控制阀75的开启度设定为适合DC输出功率88的直流电的值。

向固体氧化物燃料电池组57的阴极56供给空气58，后者是通过空气供给吹风机13吸收的空气18中的一部分。空气58的量根据流动控制阀75的开启度(即供给至阳极54的重整气体27的量)和流动控制阀62的开启度(即空气58的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀62的开启度设定为适合供给至阳极54的重整气体27的量的值。类似地，供给至聚合物电解质燃料电池组9的阴极8的空气32的量根据流动控制阀74的开启度(即供给至CO转化器4的重整气体27的量)和流动控制阀10的开启度(即空气32的供给量)之间的关系通过，控制流动控制阀10的开启度设定为适合供给至CO转化器4的重整气体27的量的值。

在固体氧化物燃料电池组57的阴极56，通过金属氧化物为基础的电极催化剂的作用，用于发电的空气58中的氧与电子反应，通过下式(7)的阴极反应转化成氧离子。

(阴极反应)

  (7)

在阴极56处产生的氧离子在稳定化氧化锆(YSZ或类似物)的固体氧化物电解质55中移动并到达阳极54。在阳极54，通过金属基电极催化剂如镍-YSZ金属陶瓷或钌-YSZ金属陶瓷的作用，已由阴极56移动来的氧离子与供给至阳极54的重整气体27中的氢或一氧化碳反应(式(8)和(9)的阳极反应)，并由此生成蒸汽或二氧化碳和电子。

(阳极反应)

  (8)

  (9)

在阳极54产生的电子通过外电路(未示)移动并到达阴极56。已到达阴极56的电子通过式(7)的阴极反应与氧反应。在电子移动通过外部电路的过程中，电能可作为DC输出功率88被提取。

结合式(7)和(8)以及式(7)和(9)，固体氧化物燃料电池组57中的电池反应可分别表示为其中氢和氧相互反应形成蒸汽的水电解的逆反应(这与聚合物电解质燃料电池组9中的式(6)的电池反应相同)和下式(10)的一氧化碳和氧相互反应形成二氧化碳的反应。

(电池反应)

  (10)

功率调节设备86对由固体氧化物燃料电池组57产生的DC输出功率88进行电压转化和DC/AC转化，使得它适用于负载87并随后将所得AC输出功率89供给负载87。尽管图2给出了其中功率调节设备86进行DC/AC转化的一个例子，功率调节设备86可仅进行电压转化，送电端DC输出功率可供给至负载87。

固体氧化物燃料电池组57的发电温度通常是800-1000℃，发电温度通过电池反应所产生的热而保持。因此，固体氧化物燃料电池组57的废热可如上所述用作重整器3中烃的蒸汽重整反应的反应热。

实际上，在常规固体氧化物燃料电池发电系统中，通过固体氧化物燃料电池组57中的电池反应产生许多热，且为了保持发电温度，大量空气58被供给至阴极56并用于冷却固体氧化物燃料电池组57。阴极56的氧利用率是约20％。

因此，如果空气58的供给量随着天然气45的供给量而改变，并控制由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热的量，烃的蒸汽重整反应可在重整器3中有效地实现。即，根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀62的开启度的修正(即空气58的供给量的修正)之间的关系，如果天然气45的供给量增加，流动控制阀62的开启度下降以减少供给至阴极56的空气58的量，这样提高阴极56的氧利用率和增加由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热的量，同时保持固体氧化物燃料电池组57的发电温度为800-1000℃。

另一方面，如果天然气45的供给量下降，增加流动控制阀62的开启度以增加空气58的供给量，这样减少阴极56的氧利用率并降低由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热的量，同时保持固体氧化物燃料电池组57的发电温度为800-1000℃。

为了提供如上所述重整器3中烃的蒸汽重整反应所需的蒸汽，由电池反应在阳极54产生的含蒸汽的阳极排出气体61部分被再循环，将再循环阳极排出气体60与脱硫天然气29混合，将混合气体28供给至重整器3。剩余的阳极排出气体61作为排放的阳极排出气体64被排出。排放的阳极排出气体64可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加该系统的总热效率，包括电和热的利用率。此外，阴极排出气体63也可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加该系统的总热效率，包括电力和热利用率。

根据实施方案1，因为固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中所含蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要在常规系统中必要的用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比降低了。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，可减少外部供给用于蒸汽重整反应的能量。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可降低冷却所需的空气58的量。因此，升温所需的能量和空气58的供给可降低，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案2)

图3显示了本发明燃料电池发电系统的实施方案2。现在描述图3中的标号。标号68表示氢分离器，标号65表示通过氢分离器68分离的氢，标号66表示通过氢分离器68从中分离了氢的排出气体。标号67表示冷凝排出气体66中的水分的冷凝器，标号69表示通过冷凝器67减少了水分含量的干排出气体。标号70表示清洗阀，标号71表示清洗气体。标号72表示包含未反应氢的阳极氢排出气体，标号73表示在冷凝器67中产生的冷凝物，标号98表示用于氢分离器68的重整气体。

根据实施方案2的燃料电池发电系统与图2所示的实施方案1的系统不同之处在于，提供氢分离器68和冷凝器67替代CO选择氧化器5和冷凝器39。

现在根据图3描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。由CO转化器4排出的重整气体98被供给至具有氢分离膜如钯膜的氢分离器68，其中氢65从重整气体98中被分离。此时，为了有效地分离氢，重整气体98根据需要被加压。氢65被供给至聚合物电解质燃料电池组9的阳极6，并与空气32中的氧发生电化学反应。这样，通过聚合物电解质燃料电池组9进行发电。

为了提高聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率，包含未反应氢的阳极氢排出气体72完全被再循环至阳极6并再用于聚合物电解质燃料电池组9的发电。但阳极氢排出气体72不仅包含氢而且包含少量杂质，因此，间歇地打开清洗阀70以排出清洗气体71。排出气体66的水分含量通过冷凝器67冷凝，得到冷凝物73，并随后作为干排出气体69排出。

如实施方案1，该实施方案中，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案3)

图4显示了本发明燃料电池发电系统的实施方案3。现在描述图4中的标号。标号76表示燃烧器，标号79表示用于燃烧器76的空气。标号78表示来自燃烧器76的排出气体，标号77表示控制空气79的流速的流动控制阀。

根据实施方案3的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统的不同之处在于，提供接收排放的阳极排出气体64和空气79以引起燃烧的燃烧器76。

现在参考图4描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。排放的阳极排出气体64和空气79(是空气供给吹风机13所吸收的空气18中的一部分)被供给至燃烧器76以引起排放的阳极排出气体64中的未反应的甲烷、未反应的氢和未反应的一氧化碳与空气79中的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。氢和一氧化碳的燃烧反应分别表示为式(11)和(12)。

(氢的燃烧反应)

    (11)

(一氧化碳的燃烧反应)

     (12)

高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样可增加系统的总热效率，包括电和热的利用率。空气79的供给量根据流动控制阀75和流动控制阀59的开启度(即分别代表供给至阳极54的重整气体27的量和再循环阳极排出气体60的供给量)和流动控制阀77的开启度(即空气79的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀77的开启度设定为适合供给至固体氧化物燃料电池组57之阳极54的重整气体27的量和再循环阳极排出气体60的供给量的值。

如实施方案1，该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且用于蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案4)

图5显示了本发明的燃料电池发电系统的实施方案4。

根据实施方案4的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统不同之处在于，提供接收排放的阳极排出气体64、阳极排出气体19和空气79以引起燃烧的燃烧器76。

现在参考图5描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。排放的阳极排出气体64、阳极排出气体19和空气79被供给至燃烧器76以引起排放的阳极排出气体64中的未反应的甲烷、未反应的氢和未反应的一氧化碳和阳极排出气体19中的未反应的甲烷和未反应的氢与空气79中氧的燃烧，这样产生高温排出气体78。

高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电和热的利用率。空气79的供给量根据流动控制阀75、流动控制阀59和流动控制阀74的开启度(即分别相应于供给至阳极54的重整气体27的量、再循环阳极排出气体60的供给量和供给至CO转化器4的重整气体27的量)和流动控制阀77的开启度(即空气79的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀77的开启度设定为适合供给至固体氧化物燃料电池组57阳极54的重整气体27的量、再循环阳极排出气体60的供给量和供给至CO转化器4的重整气体27的量的值。

如实施方案1，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和供给空气58可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，和整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案5)

图6给出了本发明燃料电池发电系统的实施方案5。

根据实施方案5的燃料电池发电系统与图3所示的根据实施方案2的系统不同之处在于，省略冷凝器67并提供接收排放的阳极排出气体64、在氢分离器68中已从其中分离出氢的排出气体66和空气79以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图6描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。将排放的阳极排出气体64、排出气体66和空气79被供给至燃烧器76以使排放的阳极排出气体64中的未反应的甲烷、未反应的氢和未反应的一氧化碳和排出气体66中的未反应的甲烷和氢与空气79中的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。

高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电和热的利用率。空气79的供给量根据流动控制阀75、流动控制阀59和流动控制阀74的开启度(即分别相应于供给至阳极54的重整气体27的量、再循环阳极排出气体60的供给量和供给至CO转化器4的重整气体27的量)和流动控制阀77的开启度(即空气79的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀77的开启度设定为适合供给至固体氧化物燃料电池组57的阳极54的重整气体27的量、再循环阳极排出气体60的供给量和供给至CO转化器4的重整气体27的量的值。

如实施方案1，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与使用固体氧化物燃料电池组的常规燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案6)

图7给出了按照本发明的燃料电池发电系统的实施方案6。

根据实施方案6的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统的不同之处在于，提供接收排放的阳极排出气体64和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图7描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。将排放的阳极排出气体64和阴极排出气体63供给至燃烧器76以使排放的阳极排出气体64中的未反应的甲烷、未反应的氢和未反应的一氧化碳与阴极排出气体63中的未反应的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热的利用率。

如实施方案1，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案3的改进，其中阴极排出气体63而不是空气79被供给至燃烧器76。实施方案4和5可按照相同的方式改进以提供与该实施方案相同的优点。

(实施方案7)

图8给出了按照本发明的燃料电池发电系统的实施方案7。

根据实施方案7的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统的不同之处在于，提供接收排放的阳极排出气体64和阴极排出气体17以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图8描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。排放的阳极排出气体64和阴极排出气体17被供给至燃烧器76以使排放的阳极排出气体64中的未反应的甲烷、未反应的氢和未反应的一氧化碳与阴极排出气体17中的未反应的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热的利用率。

如实施方案1，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案3的改进，其中来自聚合物电解质燃料电池组9的阴极排出气体17而不是空气79被供给至燃烧器76。实施方案4和5可按照相同的方式改进以提供与该实施方案相同的优点。

(实施方案8)

图9给出了按照本发明的燃料电池发电系统的实施方案8。

根据实施方案8的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统的不同之处在于，提供接收排放的阳极排出气体64、阴极排出气体63和阴极排出气体17以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图9描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。将排放的阳极排出气体64、阴极排出气体63和阴极排出气体17供给至燃烧器76以使排放的阳极排出气体64中的未反应的甲烷、未反应的氢和未反应的一氧化碳与阴极排出气体63和阴极排出气体17中的未反应的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热的利用率。

如实施方案1，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案3的改进，其中阴极排出气体63和阴极排出气体17而不是空气79被供给至燃烧器76。实施方案4和5可按照相同的方式改进以提供与该实施方案相同的优点。

(实施方案9)

图10给出了按照本发明的燃料电池发电系统的实施方案9。现在描述图10中的标号。标号80表示用于固体氧化物燃料电池组57的空气预热器，标号82表示通过空气预热器80升温的用于固体氧化物燃料电池组57的空气，标号84表示来自空气预热器80的排出气体。

根据实施方案9的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统的不同之处在于，提供接收排放的阳极排出气体64和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76，和接收排出气体78和空气58并通过排出气体78和空气58之间的热交换而增加空气58的温度的空气预热器80。

现在根据图10描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。在空气预热器80中，空气58的温度通过高温排出气体78和空气58之间的热交换而增加。已升温的空气82被供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56并通过固体氧化物燃料电池组57用于发电。已经与空气预热器80中的空气58进行热交换的排出气体78作为排出气体84排出。

如实施方案1，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。另外，因为排出气体78可用于升高空气58的温度，升温所需的能量和空气58的供给可下降。因此，固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案6的改进，其中另外提供空气预热器80以引起排出气体78和空气58之间的热交换。实施方案3，4，5，7和7可按照相同的方式改进以提供与该实施方案相同的优点。

(实施方案10)

图11给出了本发明的燃料电池发电系统的实施方案10。现在描述图11中的标号。标号81表示燃料预热器，标号83表示通过燃料预热器81升温的脱硫天然气，标号85表示来自燃料预热器81的排出气体。

根据实施方案10的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统的不同之处在于，提供接收排放的阳极排出气体64和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76，接收排出气体78和空气58并通过排出气体78和空气58之间的热交换而增加空气58的温度的空气预热器80，和接收排出气体78和脱硫天然气29(燃料)并通过排出气体78和脱硫天然气29之间的热交换而增加脱硫天然气29的温度的燃料预热器81。

现在根据图11描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。在空气预热器80中，空气58的温度通过部分高温排出气体78和空气58之间的热交换而增加。已升温的空气82被供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56并通过固体氧化物燃料电池组57用于发电。已经与空气预热器80中的空气58进行了热交换的排出气体78作为排出气体84排出。

此外，在燃料预热器81中，脱硫天然气29的温度通过剩余的高温排出气体78和脱硫天然气29之间的热交换而增加。将已升温的脱硫天然气83与再循环阳极排出气体60混合，并将蒸汽和脱硫天然气的混合气体28供给至重整器3。已经与脱硫天然气29在燃料预热器81进行了热交换的排出气体78作为排出气体85排出。

如实施方案1，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。另外，因为排出气体78可用于升高空气58的温度，升温所需的能量和空气58的供给可下降。因此，固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。

另外，因为排出气体78用于增加脱硫天然气29(燃料)的温度，增加脱硫天然气29的温度所需的能量也可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率可进一步提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案6的改进，其中另外提供使排出气体78和空气58之间热交换的空气预热器80和使排出气体78和脱硫天然气29之间热交换的燃料预热器81。实施方案3，4，5，7和7可按照相同的方式改进以提供与该实施方案相同的优点。

分别显示在图2-11的本发明实施方案1-10中，仅提供了一个重整器3。但可以使用两个重整器。即，可以使用主要造成天然气中具有两个或多个碳原子且在相对低温度下容易热分解烃的蒸汽重整反应的第一阶段预重整器，和主要造成不太容易热分解的甲烷的蒸汽重整反应的第二阶段重整器。

(实施方案11)

图12给出了本发明的燃料电池发电系统的实施方案11。现在描述图12中的标号。标号99表示用于固体氧化物燃料电池组57的CO转化器4的阳极排出气体，标号101表示CO浓度减至1％或更低的固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体。标号102表示将用于CO选择氧化器5的固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体，标号93表示CO浓度减至约10ppm的固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体。标号94表示已通过冷凝从中去除未反应的蒸汽的固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体。标号95表示由固体氧化物燃料电池组57再循环至脱硫器2的阳极排出气体，标号97表示控制阳极排出气体95的流速的流动控制阀。

根据实施方案11的燃料电池发电系统与图2所示的根据实施方案1的系统的不同之处在于，阳极排出气体99而不是重整气体27被供给至CO转化器4。

现在根据图12描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。

为了提供脱硫器2所需的氢以产生硫化氢，包含未反应的氢且CO浓度已减至1％或更低的固体氧化物燃料电池组57的部分阳极排出气体101作为再循环阳极排出气体95被再循环至脱硫器2。再循环阳极排出气体95的供给量根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀97的开启度(即阳极排出气体95的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀97的开启度设定为适合天然气45的供给量的值。

将得自脱硫器2中的脱硫天然气29与通过固体氧化物燃料电池组57中的电池反应而产生的含蒸汽的再循环阳极排出气体60混合，并随后将形成的蒸汽和脱硫天然气的混合气体28供给至重整器3。再循环阳极排出气体60的供给量根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀59的开启度(即再循环阳极排出气体60的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀59的开启度设定为适合天然气45的供给量的值。在重整器3中，天然气中烃的蒸汽重整反应通过装填在重整器3中的重整催化剂的作用下进行，由此产生出富含氢的重整气体27。蒸汽重整反应是吸热反应，因此，为了有效地产生氢，反应所需的热必须由重整器3的外部供给且重整器3的温度必须保持在700-750℃。因此，如下所述在800-1000℃下发电的固体氧化物燃料电池组57的废热作为蒸汽重整反应所需的热被供给至重整器3。

在重整器3中制成的富含氢的重整气体27被供给至固体氧化物燃料电池组57的阳极54并通过固体氧化物燃料电池组57用于发电。

为了如上所述提供烃在重整器3中的蒸汽重整反应所需的蒸汽，包含通过在阳极54处的电池反应所产生蒸汽的阳极排出气体61部分被再循环，将再循环阳极排出气体60与脱硫天然气29混合，并将混合气体28供给至重整器3。剩余的阳极排出气体61作为阳极排出气体99被供给至CO转化器4。阴极排出气体63可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热的利用率。

阳极排出气体99包含一氧化碳，后者会造成聚合物电解质燃料电池组9的阳极6处的电极催化剂变质。因此，CO转化器4造成式(2)的水转换反应以降低阳极排出气体99的CO浓度至1％或更低，并从中排出阳极排出气体101。

已将CO浓度减至1％或更低的部分阳极排出气体101如上所述作为阳极排出气体95被再循环至脱硫器2。剩余的阳极排出气体101作为阳极排出气体102被供给至CO选择氧化器5以将其CO浓度减至约10ppm。这是因为，如果CO浓度100ppm或更高的阳极排出气体101被供给至聚合物电解质燃料电池组9的阳极6，它会造成电极催化剂的变质。CO选择氧化器5装载有用作CO选择氧化催化剂的贵金属催化剂，如铂基催化剂或钌基催化剂。另外，空气33(是通过空气供给吹风机13吸收的空气18中的一部分)被供给至CO选择氧化器5。CO选择氧化器5造成包含在阳极排出气体102中的一氧化碳与空气33中的氧反应，通过式(3)的CO选择氧化反应(放热反应)将一氧化碳转化成二氧化碳，这样减少阳极排出气体102的CO浓度至约10ppm。随后，CO选择氧化器5排出阳极排出气体93。

CO浓度已减至约10ppm的阳极排出气体93中的未反应蒸汽被冷却至100℃或更低的温度，并作为冷凝器39中的冷凝物41被收集。在冷凝器39中未反应的蒸汽冷凝后得到的阳极排出气体94被供给至聚合物电解质燃料电池组9的阳极6。

在聚合物电解质燃料电池组9的阳极6，通过铂基电极催化剂的作用，未反应的蒸汽冷凝后得到的阳极排出气体94中的约80％氢通过式(4)的阳极反应转化成氢离子和电子。

根据该实施方案，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案12)

图13给出了本发明燃料电池发电系统的实施方案12。图13中的标号92表示将用于氢分离器68的固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体。

根据实施方案12的燃料电池发电系统与图12所示的根据实施方案11的系统的不同之处在于，提供氢分离器68和冷凝器67替代CO选择氧化器5和冷凝器39。

现在根据图13描述根据该实施方案的燃料电池发电系统的操作。阳极排出气体92被供给至具有氢分离膜如钯膜的氢分离器68，其中氢65从阳极排出气体92中被分离。此时，为了有效地分离氢，阳极排出气体92根据需要加压。氢65被供给至聚合物电解质燃料电池组9的阳极6并与空气32中的氧进行电化学反应。这样，通过聚合物电解质燃料电池组9进行发电。

为了提高聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率，包含未反应的氢的阳极氢排出气体72被完全再循环至阳极6并再用于发电。但聚合物电解质燃料电池组9的阳极氢排出气体72不仅包含氢而且包含少量杂质，因此，间歇地打开清洗阀70以排出清洗气体71。排出气体66通过冷凝器67冷凝其水分，得到冷凝物73，并随后作为干排出气体69排出。

如实施方案11，在该实施方案中，因为阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加

(实施方案13)

图14给出了本发明燃料电池发电系统的实施方案13。

根据实施方案13的燃料电池发电系统与图12所示的实施方案11的系统不同之处在于省略了重整器3。

现在根据图14描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。将经脱硫器2脱硫产生的脱硫天然气29与包含通过固体氧化物燃料电池组57中的电池反应产生的蒸汽的再循环阳极排出气体60混合，并将形成的蒸汽和脱硫天然气的混合气体28供给至固体氧化物燃料电池组57的阳极54。在阳极54上，通过阳极催化剂的作用，实现天然气中烃(主要是甲烷)的蒸汽重整反应以产生包含氢的重整气体。在阳极54上产生的重整气体中的氢和一氧化碳在此分别通过阳极反应(8)和(9)被消耗，从而通过固体氧化物燃料电池组57进行发电。

烃的蒸汽重整反应是吸热反应。固体氧化物燃料电池组57所产生的热用于烃在阳极54上的蒸汽重整反应。固体氧化物燃料电池组57的发电温度通常是800℃-1000℃并通过电池反应所产生的热而保持。因此，固体氧化物燃料电池组57所产生的热可如上所述用于烃在阳极54上的蒸汽重整反应。

为了如上所述提供烃阳极54上的蒸汽重整反应所需的蒸汽，包含通过在阳极54处的电池反应产生的蒸汽的固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61部分被再循环，将再循环阳极排出气体60与脱硫天然气29混合，并随后将所得混合气体28供给至阳极54。剩余的阳极排出气体61作为固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体99被供给至CO转化器4。

如实施方案11，在该实施方案中，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为固体氧化物燃料电池组57中所产生的热在阳极54上用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为固体氧化物燃料电池组57中所产生的热在阳极54上用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案14)

图15给出了本发明燃料电池发电系统的实施方案14。

根据实施方案14的燃料电池发电系统与图12所示的根据实施方案11的系统不同之处在于，省略了重整器3并提供氢分离器68和冷凝器67替代CO选择氧化器5和冷凝器39。

现在根据图15描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。为了如上所述提供烃在阳极54上的蒸汽重整反应所需的蒸汽，包含通过电池反应在阳极54上产生的蒸汽的固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61部分被再循环，再循环阳极排出气体60与脱硫天然气29混合，并随后将所得混合气体28供给至阳极54。剩余的阳极排出气体61作为固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体92被供给至氢分离器68。氢分离器68将氢65从供给的阳极排出气体92中分离并排出形成的气体。

如实施方案11，该实施方案中，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为固体氧化物燃料电池组57中所产生的热在阳极54上用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为固体氧化物燃料电池组57中所产生的热在阳极54上用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

(实施方案15)

图16给出了按照本发明的燃料电池发电系统的实施方案15。

根据实施方案15的燃料电池发电系统与图12所示的根据实施方案11的系统不同之处在于，提供接收聚合物电解质燃料电池组9的阳极排出气体19和空气79以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图16描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。阳极排出气体19和空气79(是空气供给吹风机13所吸收的空气18中的一部分)被供给至燃烧器76以使阳极排出气体19中的未反应的甲烷和未反应的氢与空气79中的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。氢的燃烧反应表示为式(11)。

高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热利用率。空气79的供给量根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀77的开启度(即空气79的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀77的开启度设定为适合天然气45的供给量的值。

如实施方案11，该实施方案中，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案相当于其中增加了燃烧器76的实施方案11。燃烧器76接收阳极排出气体19和空气79以引起燃烧。相同的增加或改进可针对实施方案13进行，得到与该实施方案相同的优点。

(实施方案16)

图17给出了按照本发明的燃料电池发电系统的实施方案16。

根据实施方案16的燃料电池发电系统与图13所示的根据实施方案12的系统不同之处在于，省略了冷凝器67并提供接收氢分离器68的排出气体66和空气79以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图17描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。氢分离器68的排出气体66和空气79被供给至燃烧器76以使排出气体66中的未反应的甲烷和氢与空气79中的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热利用率。空气79的供给量根据流动控制阀37的开启度(即天然气45的供给量)和流动控制阀77的开启度(即空气79的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀77的开启度设定为适合天然气45的供给量的值。

如实施方案11，该实施方案中，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案12的改进，其中另外提供燃烧器76。燃烧器76接收排出气体66和空气79以引起燃烧。实施方案14可按照相同的方式改进，得到与该实施方案相同的优点。

(实施方案17)

图18给出了本发明的燃料电池发电系统的实施方案17。

根据实施方案17的燃料电池发电系统与图12所示的根据实施方案11的系统不同之处在于，提供接收阳极排出气体19和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图18描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。阳极排出气体19和阴极排出气体63被供给至燃烧器76以使阳极排出气体19中的未反应的甲烷和未反应的氢与阴极排出气体63中的未反应的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热利用率。

如实施方案11，该实施方案中，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案15的改进，其中阴极排出气体63而不是空气79被供给至燃烧器76。实施方案16可按照相同的方式改进，得到与该实施方案相同的优点。

(实施方案18)

图19给出了本发明的燃料电池发电系统的实施方案18。

根据实施方案18的燃料电池发电系统与图12所示的实施方案11的系统不同之处在于，提供接收阳极排出气体19和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图19描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。阳极排出气体19和阴极排出气体17被供给至燃烧器76以使阳极排出气体19中的未反应的甲烷和未反应的氢与阴极排出气体17中的未反应的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热利用率。

如实施方案11，在该实施方案中，因为固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案15的改进，其中阴极排出气体17而不是空气79被供给至燃烧器76。实施方案16可按照相同的方式改进，得到与该实施方案相同的优点。

(实施方案19)

图20给出了本发明燃料电池发电系统的实施方案19。

根据实施方案19的燃料电池发电系统与图12所示的实施方案11的系统不同之处在于，提供接收阳极排出气体19、阴极排出气体17和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76。

现在根据图20描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。阳极排出气体19、阴极排出气体17和阴极排出气体63被供给至燃烧器76以使阳极排出气体19中的未反应的甲烷和未反应的氢与阴极排出气体17和阴极排出气体63中的未反应的氧燃烧，这样产生高温排出气体78。高温排出气体78可用作热水供给的热源，使用吸收冷冻机加热和冷却，这样增加系统的总热效率，包括电力和热利用率。

如实施方案11，在该实施方案中，因为来自固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案15的改进，其中阴极排出气体17和63而不是空气79被供给至燃烧器76。实施方案16可按照相同的方式改进，得到与该实施方案相同的优点。

(实施方案20)

图21给出了本发明的燃料电池发电系统的实施方案20。

根据实施方案20的燃料电池发电系统与图12所示的根据实施方案11的系统的不同之处在于，提供接收阳极排出气体19和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76、和接收燃烧器76的排出气体78和空气58并通过排出气体78和空气58之间的热交换而增加空气58的温度的空气预热器80。

现在根据图21描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。在空气预热器80中，空气58的温度通过高温排出气体78和空气58之间的热交换而增加。已升温的空气82被供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56并通过固体氧化物燃料电池组57用于发电。已经与空气预热器80中的空气58进行了热交换的排出气体78作为排出气体84排出。

如实施方案11，该实施方案中，因为固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，用于产生蒸汽的汽化器14(图1)是不必要的，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。另外，排出气体78可用于升高空气58的温度。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案17的改进，其中另外提供空气预热器80以引起排出气体78和空气58之间的热交换。相同的添加可针对实施方案15、16、18和19进行，得到与该实施方案相同的优点。

(实施方案21)

图22给出了本发明燃料电池发电系统的实施方案21。

根据实施方案21的燃料电池发电系统与图12所示的实施方案11的系统的不同之处在于，提供接收阳极排出气体19和阴极排出气体63以引起燃烧的燃烧器76，接收燃烧器76的排出气体78和空气58并通过排出气体78和空气58之间的热交换而增加空气58的温度的空气预热器80，和接收排出气体78和脱硫天然气29并通过排出气体78和脱硫天然气29之间的热交换增加脱硫天然气29的温度的燃料预热器81。

现在根据图22描述该实施方案的燃料电池发电系统的操作。在空气预热器80中，空气58的温度通过部分高温排出气体78和空气58之间的热交换而增加。已升温的空气82被供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56并通过固体氧化物燃料电池组57用于发电。已经与空气预热器80中的空气58进行了热交换的排出气体78作为排出气体84排出。

此外，在燃料预热器81中，脱硫天然气29的温度通过燃烧器的剩余高温排出气体78和脱硫天然气29之间的热交换而增加。将已升温的脱硫天然气83与再循环阳极排出气体60混合，将形成的蒸汽和脱硫天然气的混合气体28供给至重整器3。已经与脱硫天然气29在燃料预热器81中进行了热交换的排出气体78作为排出气体85排出。

如实施方案11，该实施方案中，因为固体氧化物燃料电池组57的阳极排出气体61中的蒸汽用于烃的蒸汽重整反应，不需要用于产生蒸汽的汽化器14(图1)，且蒸发水所需的能量与图1所示的常规系统相比可下降。另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，外部供给用于蒸汽重整反应的能量可下降。因此，聚合物电解质燃料电池组9的送电端效率可提高。

另外，因为来自固体氧化物燃料电池组57的废热在重整器3中用于烃的蒸汽重整反应，冷却所需的空气58的量与常规固体氧化物燃料电池发电系统相比可下降。另外，燃烧器76的排出气体78可用于升高空气58的温度。因此，升温所需的能量和空气58的供给可下降，从而固体氧化物燃料电池组57的送电端效率也可提高。

另外，因为燃烧器76的排出气体78用于增加脱硫天然气29(燃料)的温度，增加脱硫天然气29的温度所需的能量也可下降，因此，固体氧化物燃料电池组57的送电端效率可进一步提高。结果，整个系统的送电端效率增加，整个系统的送电端输出功率增加。

该实施方案是实施方案17的改进，其中另外提供空气预热器80和燃料预热器81。空气预热器80造成排出气体78和空气58之间的热交换，燃料预热器81造成排出气体78和脱硫天然气29之间的热交换。相同的添加可针对实施方案15、16、18和19进行，得到与该实施方案相同的优点。

分别如图12、13和16-22中所示的本发明实施方案11、12和15-21中，仅提供了一个重整器3。但可以使用两个重整器。即，替代重整器3，可以使用主要造成天然气中具有两个或多个碳原子和在相对低温度下容易热分解烃的蒸汽重整反应的第一阶段预重整器，和主要造成不太容易热分解的甲烷的蒸汽重整反应的第二阶段重整器。此外，在图14和15所示的本发明实施方案中，主要造成天然气中具有两个或多个碳原子且在相对低温度下容易热分解的烃的蒸汽重整反应的第一阶段预重整器可提供在脱硫器2和固体氧化物燃料电池组57之间。

控制燃料电池发电系统的方法

图23和24是系统流程图，显示控制本发明燃料电池发电系统的方法。现描述了一个例子，其中本发明的控制方法用于图2所示的实施方案1的燃料电池发电系统。

根据图23所示的控制本发明燃料电池发电系统的方法，如果第一燃料电池组(第一FC组)，即固体氧化物燃料电池组57，的AC输出功率89随着负载87的增加而增加，打开流动控制阀37以增加燃料(天然气45)的供给量，和关闭流动控制阀62以降低供给至第一燃料电池组阴极的空气(供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58)的供给量，这样提高阴极56上的氧利用率。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89随着负载87的下降而下降，关闭流动控制阀37以降低燃料(天然气45)的供给量，并打开流动控制阀62以增加供给至第一燃料电池组阴极的空气(供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58)的量。

因此，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应(吸热反应)。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率的量增加。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

另外，根据图24所示的控制方法，如果第二燃料电池组(第二FC组)，即聚合物电解质燃料电池组9，的AC输出功率23随着负载21的增加而增加，打开流动控制阀37以增加燃料(天然气45)的供给量，并关闭流动控制阀62以下降供给至第一燃料电池组阴极的空气(供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58)的量，这样提高阴极56的氧利用率。

另一方面，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23随着负载21的下降而下降，关闭流动控制阀37以降低燃料(天然气45)的供给量，并打开流动控制阀62以增加供给至第一燃料电池组阴极的空气(供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58)的量)，这样减少阴极56的氧利用率。

供给至聚合物电解质燃料电池组9阴极8的空气32的量可任意控制。即，供给至阴极8的空气32的量可随着聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23而增加或下降，这样阴极8上的氧利用率保持恒定。或者，供给至阴极8的空气32的量可保持恒定，从而改变阴极8上的氧利用率。

因此，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量被而抑制。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，当聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23下降时，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

现在具体地描述当图23和24所示的控制方法在实施方案1的燃料电池发电系统中实施以降低空气58的供给量时所提供的效果。

图25和26是特性图，显示了实施图24所示的控制方法时所提供的效果。

图25显示了供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的发电用空气58的量(水平轴)和在固体氧化物燃料电池组57的阴极56上的氧利用率(垂直轴)之间的关系。在固体氧化物燃料电池组57的送电端的AC输出功率89是100kW，固体氧化物燃料电池组57的最大温度是1000℃。

从图25可以看出，空气58的供给量下降时，在固体氧化物燃料电池组57的阴极56上的氧利用率成反比地增加。

图26显示了在聚合物电解质燃料电池组9的送电端上的AC输出功率23(右侧垂直轴)和在阴极56上的氧利用率(水平轴)之间的关系以及整个系统的送电端效率(左侧垂直轴)和在阴极56上的氧利用率(水平轴)之间的关系。在固体氧化物燃料电池组57的送电端的AC输出功率89是100kW，固体氧化物燃料电池组57的最大温度是1000℃，在固体氧化物燃料电池组57的阴极54上的燃料利用率是80％，在聚合物电解质燃料电池组9的阳极6上的燃料利用率是85％。

表示为“a”的AC输出功率89是在聚合物电解质燃料电池组9送电端的最大AC输出功率，可使用由燃料(天然气，以下同)的蒸汽重整反应所产生的氢利用固体氧化物燃料电池组57的废热而产生。表示为“b”的送电端效率是包含固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9的整个发电系统的系统送电端效率。

从图26可以看出，如果在固体氧化物燃料电池组57阴极56上的氧利用率通过降低供给至阴极56的空气58的量而升高，“a”表示的AC输出功率23增加，“b”表示的整个系统的送电端效率也增加。但也可看出，随着氧利用率的升高，AC输出功率23和整个系统的送电端效率分别接近恒定值。因为两者的上升曲线具有基本上相同的分布，可以推断，AC输出功率23的增加造成整个系统的送电端效率的增加。

如果氧利用率低，大量空气58被供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56。因此，固体氧化物燃料电池组57的大量废热用于预热空气58，固体氧化物燃料电池组57通过空气58更有效的地冷却。另一方面，如果氧利用率高，少量空气58被供给至阴极56。因此，用于预热空气58的固体氧化物燃料电池组57的f废热的量减少，固体氧化物燃料电池组57通过空气58冷却效率下降。

结果，如果提高氧利用率，固体氧化物燃料电池组57的废热可有效地用于产生氢，这是通过聚合物电解质燃料电池组9发电所需的，否则该废热用于预热供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58或通过被空气58冷却所浪费。因此，系统送电端效率增加。但随着氧利用率的增加，固体氧化物燃料电池组57的废热的有效利用对增加整个系统的送电端效率的效果下降。

在图25和26所示的情况下，提高氧利用率可提供55％或更高的整个系统的高送电端效率。

图27是特性图，显示当实施图23所示的控制方法以降低空气58的供给量时所提供的效果。在此，供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的发电空气58的量和阴极56的氧利用率之间的关系与图25所示相同，假设聚合物电解质燃料电池组9的送电端的AC输出功率23是100kW，且固体氧化物燃料电池组57的最大温度是1000℃。如果空气58的供给量下降，在固体氧化物燃料电池组57的阴极56上的氧利用率成反比地增加。

图27给出了在固体氧化物燃料电池组57的送电端上的AC输出功率89(右侧垂直轴)和在阴极56上的氧利用率(水平轴)之间的关系以及整个系统的送电端效率(左侧垂直轴)和在阴极56上的氧利用率(水平轴)之间的关系。聚合物电解质燃料电池组9的送电端的AC输出功率23是100kW，固体氧化物燃料电池组57的最大温度是1000℃，在固体氧化物燃料电池组57的阳极54上的燃料利用率是80％，在聚合物电解质燃料电池组9的阳极26上的燃料利用率是85％。

表示为“c”的AC输出功率89是在固体氧化物燃料电池组57的送电端的最低AC输出功率，这样聚合物电解质燃料电池组9发电所需的氢可通过使用废热的燃料蒸汽重整反应来生成。表示为”d”的送电端效率是包含固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9的整个发电系统的系统送电端效率。

从图27可以看出，如果在固体氧化物燃料电池组57的阴极56上的氧利用率通过降低供给至阴极56的空气58的量而提高，“c”表示的AC输出功率89减少，但”d”表示的整个系统的送电端效率增加。但也可看出，随着氧利用率的增加，AC输出功率89和整个系统的送电端效率分别接近恒定值。

如果氧利用率低，大量空气58被供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56。因此，固体氧化物燃料电池组57的大量废热用于预热空气58，固体氧化物燃料电池组57通过空气58更有效的地冷却。因此，固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，所述AC输出功率89是通过燃料的蒸汽重整反应使用废热产生氢所需的，所述氢是聚合物电解质燃料电池组9发电所需的。另一方面，如果氧利用率高，少量空气58被供给至阴极56。因此，用于预热空气58的固体氧化物燃料电池组57的废热的量减少，固体氧化物燃料电池组57通过空气58冷却的效率降低。

因此，如果提高氧利用率，固体氧化物燃料电池组57的废热可有效地用于产生氢，这是通过聚合物电解质燃料电池组9发电所需的，否则该废热用于预热供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58或通过被空气58冷却所浪费。结果，固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，所述AC输出功率89是通过使用废热的燃料蒸汽重整反应产生氢所需的，所述氢是聚合物电解质燃料电池组9发电所需的。

如果氧利用率增加和固体氧化物燃料电池组57的送电端的AC输出功率89下降，在图27中”d”表示的整个系统的送电端效率增加。但该增加不明显。整个系统的送电端效率的增加是由聚合物电解质燃料电池组9的电压高于固体氧化物燃料电池组57的电压而引起的。但电压差对整个系统的送电端效率的作用比根据图26所述的废热有效利用的作用小，因此，送电端效率的增加值减少。

另外在图27所示的情况下，提高氧利用率可提供55％或更高的整个系统的高送电端效率。

控制本发明燃料电池发电系统的这种方法不仅可有效地应用于实施方案1的燃料电池发电系统(图2)，而且可应用于实施方案2(图3)和11-14的燃料电池发电系统(分别如图12-15)。另外，它可有效的应用于结构示于图28-30的燃料电池发电系统的替代实施方案。

以下描述本发明的控制方法应用于上述实施方案的燃料电池发电系统的例子。

以下描述本发明的控制方法应用于图3所示实施方案2的燃料电池发电系统的例子。

在图23所示的本发明的控制方法应用于实施方案2的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于重整器3中的烃(天然气的一种组分)的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

另外，在图24所示的本发明控制方法应用于根据实施方案2的燃料电池发电系统的情况下，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23增加，且需要更多的热用于重整器3中的烃(天然气的一种组分)的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

现在描述本发明的控制方法应用于按照图12所示实施方案11的燃料电池发电系统的例子。

在图23所示本发明的控制方法应用于实施方案11的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于重整器3中的烃(天然气的一种组分)的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

另外，在图24所示本发明的控制方法应用于实施方案11的燃料电池发电系统的情况下，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23增加，且需要更多的热用于重整器3中的烃(天然气的一种组分)的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58的量而促进。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

现在描述本发明的控制方法应用于按照图13所示实施方案12的燃料电池发电系统的例子。

在图23所示本发明的控制方法应用于根据实施方案12的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于重整器3中的烃(天然气的一种组分)的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

另外，在图24所示的本发明的控制方法应用于实施方案12的燃料电池发电系统的情况下，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23增加，且需要更多的热用于重整器3中的烃(天然气的一种组分)的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

现在描述本发明的控制方法应用于按照图14所示实施方案13的燃料电池发电系统的例子。

在图23所示本发明的控制方法应用于实施方案13的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57的阳极54上的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57的阳极54上的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57由于其温度增加而造成的变劣被抑制，且可防止固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

另外，在图24所示的本发明的控制方法应用于实施方案13的燃料电池发电系统的情况下，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57的阳极54上的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58的量而促进。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57由于其温度增加而造成的变劣被抑制，且可防止固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的降低。

现在描述其中根据本发明的控制方法应用于按照图15所示实施方案14的燃料电池发电系统的例子。

在图23所示本发明的控制方法应用于实施方案14的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57由于其温度增加而造成的变劣被抑制，且可防止固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

另外，在图24所示的本发明的控制方法应用于实施方案14的燃料电池发电系统的情况下，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和聚合物电解质燃料电池组9可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果聚合物电解质燃料电池组9的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57由于其温度增加而造成的变劣被抑制，且可防止固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

图28显示了本发明的控制方法可有效地应用于的燃料电池发电系统的替代实施方案的系统结构。标号109表示磷酸燃料电池组，磷酸燃料电池组109包括阳极106，磷酸电解质107和阴极108。为简便起见，图28给出了由一个单元电池构成的磷酸燃料电池组109，其中前者由一组阳极106、磷酸电解质107和阴极108组成。但实际上，磷酸燃料电池组109包括多个单元电池。标号110表示用于磷酸燃料电池组109的重整气体。

图28所示的该替代实施方案的燃料电池发电系统与实施方案1的燃料电池发电系统(图2)的不同之处在于，省略了CO选择氧化器5和冷凝器39，且磷酸燃料电池组109用作第二燃料电池组以替代聚合物电解质燃料电池组9。即，该替代实施方案的系统是改进的燃料电池发电系统，磷酸燃料电池组109用作第二燃料电池组，且由CO转化器4排出的重整气体26照原样作为重整气体110被供给至磷酸燃料电池组109的阳极106。

现在根据图28描述该燃料电池发电系统的操作。在CO转化器4中产生的已将CO浓度减至1％或更低的部分重整气体26作为用于磷酸燃料电池组109的重整气体110被供给至磷酸燃料电池组109(第二燃料电池组)的阳极106。另一方面，空气32(通过空气供给吹风机13吸收的空气18中的一部分)被供给至磷酸燃料电池组109的阴极108。空气32的供给量根据磷酸燃料电池组109的DC输出功率22的电池电流和流动控制阀10的开启度(即空气32的供给量)之间的关系，通过控制流动控制阀10的开启度设定为适合DC输出功率22电池电流的值。磷酸燃料电池组109的发电温度通常是190℃，并通过电池反应所产生的热而保持。

在磷酸燃料电池组109的阳极106上，通过铂基电极催化剂的作用，用于磷酸燃料电池组109的重整气体110中的氢约80％通过式(4)的阳极反应而转化成氢离子和电子，如同聚合物电解质燃料电池组9。

在阳极106上产生的氢离子在磷酸电解质107中移动并到达阴极108。另一方面，在阳极106上产生的电子移动通过外电路(未示)并到达阴极108。在电子移动通过外部电路的过程中，电能可作为DC输出功率22被提取。

在磷酸燃料电池组109的阴极108上，通过铂基电极催化剂的作用，已通过磷酸电解质107由阳极106移动至阴极108的氢离子、已通过外部电路由阳极106移动至阴极108的电子和供给至阴极108的空气32中的氧相互反应形成蒸汽，所述反应是式(5)的阴极反应。

结合式(4)和(5)，磷酸燃料电池组109中的电池反应可表示为水电解的逆反应，表示为式(6)，其中氢和氧相互反应形成蒸汽。

将磷酸燃料电池组109所产生的DC输出功率22经电压转化和DC/AC转化以适应功率调节设备20中的负载21，并随后作为AC输出功率23供给至负载21。在图28中，功率调节设备20进行DC/AC转化。但功率调节设备20可仅进行电压转化并可将送电端的DC输出功率供给至负载21。

空气32在其中部分氧在阴极108通过式(5)的阴极反应被消耗之后作为磷酸燃料电池组109的阴极排出气体17排出。另一方面，用于磷酸燃料电池组109的重整气体110在其中约80％氢在阳极106通过式(4)的阳极反应被消耗之后作为磷酸燃料电池组109的阳极排出气体19排出。

在图23所示的本发明的控制方法应用于该替代实施方案的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和磷酸燃料电池组109可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

另外，在图24所示的本发明的控制方法应用于该替代实施方案的燃料电池发电系统的情况下，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23随着负载21的增加而增加，打开流动控制阀37以增加燃料(天然气45)的供给量，并关闭流动控制阀62以下降供给至第一燃料电池组阴极的空气(供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58)的量，这样提高阴极56的氧利用率。

另一方面，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23随着负载21的下降而下降，关闭流动控制阀37以降低燃料(天然气45)的供给量，和打开流动控制阀62以增加供给至第一燃料电池组阴极的空气(供给至固体氧化物燃料电池组57的阴极56的空气58)的量，这样减少阴极56的氧利用率。

可任意控制供给至磷酸燃料电池组109的阴极108的空气32的量。即，供给至阴极108的空气32的量可随着磷酸燃料电池组109的AC输出功率23而增加或下降，这样阴极108上的氧利用率保持恒定。或者，供给至阴极108的空气32的量可保持恒定，这样可改变阴极108上的氧利用率。

这样，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23增加，需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和磷酸燃料电池组109可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

图29显示了本发明的控制方法可有效地应用的燃料电池发电系统的替代实施方案的系统结构。图29所示的该替代实施方案的系统是按照与上述图28相同的方式改进的实施方案11的燃料电池发电系统(图12)。标号111表示用于磷酸燃料电池组109的阳极排出气体。

图29所示的该替代实施方案的燃料电池发电系统与图12所示的燃料电池发电系统的不同之处在于，省略了CO选择氧化器5和冷凝器39，且磷酸燃料电池组109用作第二燃料电池组以替代聚合物电解质燃料电池组9。

现在根据图29描述该替代实施方案的燃料电池发电系统的操作。在CO转化器4中产生并已将CO浓度减至1％或更低的固体氧化物燃料电池组57的部分阳极排出气体101作为用于磷酸燃料电池组109的阳极排出气体111被供给至磷酸燃料电池组109(第二燃料电池组)的阳极106。

在图23所示的本发明的控制方法应用于该替代实施方案的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和磷酸燃料电池组109可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

另外，在图24所示本发明的控制方法应用于该替代实施方案的燃料电池发电系统的情况下，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23增加，需要更多的热用于重整器3中的烃(天然气的一种组分)的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可增加，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和磷酸燃料电池组109可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在重整器3中的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。因此，由固体氧化物燃料电池组57供给至重整器3的废热可下降，从而预定量的氢和一氧化碳可在重整器3中稳定地产生，同时保持重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度在预定温度范围内。结果，由于重整器3和固体氧化物燃料电池组57的温度增加而造成的重整器3的重整催化剂和固体氧化物燃料电池组57的变劣受到抑制，且可以防止重整器3和固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

图30给出了本发明的控制方法可有效地应用的燃料电池发电系统的替代实施方案的系统结构。图30所示的该替代实施方案的系统是按照与上述图28的相同方式改进的实施方案13的燃料电池发电系统(图14)。

图30所示的该替代实施方案的燃料电池发电系统与图14所示的燃料电池发电系统的不同之处在于，省略了CO选择氧化器5和冷凝器39，且磷酸燃料电池组109用作第二燃料电池组以替代聚合物电解质燃料电池组9。按照该替代实施方案的燃料电池发电系统的操作与图29所示的燃料电池发电系统相同。

在图23所示的本发明的控制方法应用于该替代实施方案的燃料电池发电系统的情况下，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热增加，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率增加。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和磷酸燃料电池组109可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果固体氧化物燃料电池组57的AC输出功率89下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。另外，由固体氧化物燃料电池组57产生的热下降，因为由固体氧化物燃料电池组57产生的功率下降。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57由于其温度增加而造成的变劣被抑制，且可防止固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

另外，在图24所示本发明的控制方法应用于该替代实施方案的燃料电池发电系统的情况下，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23增加，且需要更多的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过降低供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而被抑制。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上稳定地产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57和磷酸燃料电池组109可在其相应的送电端高效产生预定AC输出功率，并可抑制整个系统的功率和送电端效率的下降。

另一方面，如果磷酸燃料电池组109的AC输出功率23下降，需要较少的热用于烃(天然气的一种组分)在固体氧化物燃料电池组57阳极54上的蒸汽重整反应。在此，固体氧化物燃料电池组57的空气冷却通过增加供给至固体氧化物燃料电池组57阴极56的空气58的量而促进。因此，预定量的氢和一氧化碳可在阳极54上产生，同时将固体氧化物燃料电池组57的温度保持在预定温度范围内。结果，固体氧化物燃料电池组57由于其温度增加而造成的变劣被抑制，且可防止固体氧化物燃料电池组57的寿命和系统可靠性的下降。

已根据优选的实施方案对本发明进行了详细描述，根据前述内容在不背离本发明精神的情况下进行变化和改进对本领域技术人员是显而易见的，因此所附权利要求书意在包括落入本发明精神内的所有这些变化和改进。