JP5787049B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質型燃料電池に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell.
固体電解質型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。 A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, has electrodes attached to both sides thereof, supplies fuel gas on one side, and supplies the other This is a fuel cell that operates at a relatively high temperature by supplying an oxidizing agent (air, oxygen, etc.) to the side.
このSOFCにおいては、酸化物イオン導電性固体電解質を通過した酸素イオンと燃料との反応によって水蒸気又は二酸化炭素を生成し、電気エネルギー及び熱エネルギーが発生する。電気エネルギーは、SOFC外部に取り出されて、各種電気的用途に使用される。一方、熱エネルギーは、燃料、SOFC及び酸化剤等の温度を上昇させるために使用される。 In this SOFC, water vapor or carbon dioxide is generated by the reaction between oxygen ions that have passed through the oxide ion conductive solid electrolyte and fuel, and electric energy and thermal energy are generated. Electric energy is taken out of the SOFC and used for various electrical applications. On the other hand, thermal energy is used to raise the temperature of fuel, SOFC, oxidant and the like.
燃料電池セルは、長期間に亘る使用により劣化していくことが知られている。燃料電池セルの劣化に伴い、発電電圧値の低下や、電気抵抗の部分的な増加による局所的な温度上昇が現象として現れる。燃料電池セルの劣化原因の一つは、燃料電池セル内の電流発生部分の有効な領域(面積)の減少と考えられている。これにより、有効な面積が減少すると、燃料電池セルの発電電圧値が低下していく。この状態で燃料電池セルから同じように電流を引き出すと、単位面積当たりの引き出し電流が過剰になるため、燃料電池セルの負担が大きくなる。これにより、さらに燃料電池セルの劣化が促進される。 It is known that fuel cells are deteriorated by long-term use. Along with the deterioration of the fuel cell, a decrease in the generated voltage value and a local increase in temperature due to a partial increase in electrical resistance appear as phenomena. One of the causes of deterioration of the fuel cell is considered to be a reduction in an effective area (area) of a current generation portion in the fuel cell. Thereby, when the effective area decreases, the power generation voltage value of the fuel cell decreases. If current is similarly drawn from the fuel cell in this state, the drawn current per unit area becomes excessive, and the burden on the fuel cell increases. Thereby, deterioration of the fuel cell is further promoted.
特開2004−265671号公報(特許文献1)に記載された燃料電池では、発電電圧値の低下に応じて、燃料電池から引き出す電流の上限電流値を低下させるように構成されている。特許文献1の燃料電池では、発電電圧値の低下に応じた上限電流値の制限により、燃料電池セルの負担が低減されるので、燃料電池セルの劣化を抑制することができる。
The fuel cell described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-265671 (Patent Document 1) is configured to decrease the upper limit current value of the current drawn from the fuel cell in accordance with the decrease in the generated voltage value. In the fuel cell of
しかしながら、特許文献1の燃料電池は、燃料電池セルの劣化抑制により耐用年数を延長することはできるが、燃料電池セルの電力供給能力を最大限に使用するという観点からは改良の余地があった。
However, the fuel cell of
従って、本発明は、燃料電池セルの電力供給能力を最大限に発揮させつつ、燃料電池セルの耐用年数を延長することが可能な固体電解質型燃料電池を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of extending the useful life of the fuel cell while maximizing the power supply capability of the fuel cell.
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の固体電解質型燃料電池セルに燃料と酸化剤ガスを供給して発電を行う固体電解質型燃料電池であって、固体電解質型燃料電池セルを有する燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、前記燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、出力電流値が上限電流値を超えないように燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、制御手段は、燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、劣化により低下した発電電圧値を回復させるように燃料供給手段を制御して燃料供給量を増量補正する劣化対応制御を実行するように構成されており、制御手段は、劣化判定に基づいて、前記電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する上限電流値を、劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、制御手段は、劣化抑制制御を固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid oxide fuel cell that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of solid oxide fuel cells. A fuel cell module, fuel supply means for supplying fuel to the fuel cell module, oxidant gas supply means for supplying oxidant gas to the fuel cell module, and voltage value detection for detecting a power generation voltage value by the fuel cell module Means, a current value detecting means for detecting an output current value by the fuel cell module, and a control means for controlling the amount of fuel supplied from the fuel supply means, the control means having a smaller power generation voltage value. Set the upper limit current value to a small value and execute current limit control to control the output power of the fuel cell module so that the output current value does not exceed the upper limit current value. The means determines the deterioration of the fuel cell module, and based on the deterioration determination, executes a deterioration countermeasure that controls the fuel supply means so as to recover the power generation voltage value decreased due to the deterioration and corrects the increase in the fuel supply amount. Based on the deterioration determination, the control means changes the upper limit current value for each power generation voltage value used in the current limit control to a value smaller than the upper limit current value used at the time of deterioration determination. The deterioration suppression control is executed, and the control means is configured to execute the deterioration suppression control a plurality of times within the product life of the solid oxide fuel cell. However, it is characterized in that the reduction correction amount of the upper limit current value is set to be smaller than the deterioration suppression control in the second half .
このように構成された本発明においては、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、燃料電池モジュールからの出力電流値が設定された上限電流値を超えないように制御する電流制限制御が実行される。これにより、燃料電池モジュールの劣化に応じて過剰な電流の取り出しを制限することができるので、燃料電池セルの耐久性を向上させることができる。
また、本発明では、劣化の進行が大きくなると、劣化対応制御により発電電圧値を回復させることで、再び大きな制限値の上限電流値での使用状態に回復、言い換えると最大出力の抑制に繋がる電流制限に安易にかかることを回避することができる。これにより、燃料電池セルの電力供給性能を長期に渡って最大限に使用することが可能となる。
このように、本発明では、上限電流値を用いた電流制限制御と、燃料増量補正による劣化対応制御を一つの制御で行うことができるので、簡単な制御の構成により、燃料電池セルの電力供給性能を最大限まで使用しつつ、燃料電池セルの耐久年数を大きく向上させることが可能となる。
In the present invention configured as described above, the smaller the generated voltage value, the smaller the upper limit current value is set, and the current is controlled so that the output current value from the fuel cell module does not exceed the set upper limit current value. Limit control is performed. Thereby, since extraction of an excessive current can be restricted according to deterioration of the fuel cell module, durability of the fuel cell can be improved.
Further, in the present invention, when the progress of deterioration increases, the power generation voltage value is recovered by the deterioration corresponding control, so that the state is restored to the use state at the upper limit current value of the large limit value, in other words, the current that leads to the suppression of the maximum output. It is possible to avoid taking restrictions easily. As a result, the power supply performance of the fuel cell can be used to the maximum for a long period.
As described above, in the present invention, the current limit control using the upper limit current value and the deterioration countermeasure control by the fuel increase correction can be performed by one control. Therefore, the power supply of the fuel battery cell can be performed with a simple control configuration. It is possible to greatly improve the durability of the fuel cell while using the maximum performance.
また、本発明によれば、劣化抑制制御により、劣化の進行に応じて、上限電流値がより小さい値に変更され、出力電流値の上限値がより制限される。これにより、劣化の進行に応じて燃料電池モジュールからの過剰な電流取り出しを制限することができ、燃料電池セルの劣化進行を抑制して、燃料電池セルの耐久性をより向上させることができる。また、燃料電池セルの劣化は、固体電解質型燃料電池の運転時間が経過するにしたがって進行する。よって、本発明では、劣化の進行が大きい後半期に実行される劣化抑制制御よりも、劣化の進行が軽微な前半期に実行される劣化抑制制御における上限電流値からの減少補正量を小さく設定している。これにより、本発明では、燃料電池セルの劣化の進行度合に合わせて、簡単な制御で燃料電池セルの耐久年数の延長と発電性能維持の両立を的確に図ることができる。 According to the present invention, the upper limit value of the output current value is further limited by the deterioration suppression control, with the upper limit current value being changed to a smaller value in accordance with the progress of deterioration. Accordingly, excessive current extraction from the fuel cell module can be restricted according to the progress of deterioration, and the progress of deterioration of the fuel cell can be suppressed to further improve the durability of the fuel cell. Further, the deterioration of the fuel cell progresses as the operating time of the solid oxide fuel cell elapses. Therefore, in the present invention, the amount of decrease correction from the upper limit current value is set smaller in the deterioration suppression control executed in the first half when the progress of deterioration is lighter than the deterioration suppression control executed in the second half when the progress of deterioration is large. doing. As a result, in the present invention, it is possible to accurately achieve both extension of the durability of the fuel cell and maintenance of the power generation performance with simple control in accordance with the degree of progress of deterioration of the fuel cell.
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化判定により、所定の劣化度が検出されるまでは、劣化対応制御を実行することなく電流制限制御を実行し、所定の劣化度が検出された場合に、劣化対応制御を実行する。
このように構成された本発明によれば、電流制限制御と劣化対応制御とを、同じ制御パラメータである劣化度に基づいて実行できるので、制御が容易となる。また、劣化度が大きくなった場合に劣化対応制御を実行する構成であるので、燃料電池セルの温度上昇を伴う燃料増量補正の頻度を抑制することで、燃料電池セルの過剰な負担を軽減しつつ、燃料電池セルの劣化進行を抑制して、燃料電池セルの耐久性をより向上させることができる。
In the present invention, it is preferable that the control unit performs the current limit control without executing the deterioration handling control until the predetermined deterioration degree is detected by the deterioration determination, and the predetermined deterioration degree is detected. In addition, deterioration countermeasure control is executed.
According to the present invention configured as described above, the current limiting control and the degradation countermeasure control can be executed based on the degradation degree that is the same control parameter, so that the control becomes easy. In addition, since the deterioration countermeasure control is executed when the degree of deterioration increases, the excessive load on the fuel cell is reduced by suppressing the frequency of fuel increase correction that accompanies the temperature rise of the fuel cell. However, the progress of deterioration of the fuel cell can be suppressed, and the durability of the fuel cell can be further improved.
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化対応制御の実行に伴って、各発電電圧値における上限電流値を、固体電解質型燃料電池の使用を開始したときに設定されていた上限電流値である基準上限電流値まで、又は、この基準上限電流値よりも小さな電流値まで戻す。
このように構成された本発明によれば、劣化対応制御により発電電圧値が回復することにより、上限電流値を基準上限電流値まで戻すことができる。しかしながら、劣化の進行度合によっては、上限電流値を基準上限電流値よりも小さな電流値まで戻すように、制限的な補正を加える。これにより、本発明では、簡単な制御により、劣化度に応じて燃料電池セルの電力供給性能を最大限に使用しつつ、燃料電池セルへの負担をより軽減し、耐用年数の延長を図ることができる。
In the present invention, preferably, the control means sets the upper limit current value in each power generation voltage value to the upper limit current value set when the use of the solid oxide fuel cell is started in accordance with the execution of the deterioration countermeasure control. It returns to a certain reference upper limit current value or a current value smaller than this reference upper limit current value.
According to the present invention configured as described above, the upper limit current value can be returned to the reference upper limit current value when the power generation voltage value is recovered by the deterioration countermeasure control. However, depending on the degree of deterioration, restrictive correction is applied so that the upper limit current value is returned to a current value smaller than the reference upper limit current value. Thus, in the present invention, by simple control, the burden on the fuel cell is further reduced and the service life is extended while maximizing the power supply performance of the fuel cell according to the degree of deterioration. Can do.
本発明において、好ましくは、後半期において、高電圧側の発電電圧値における減少補正量が、低電圧側の発電電圧値における減少補正量よりも大きくなるように設定される劣化抑制制御を含む。
このように構成された本発明によれば、劣化の進行が大きい後半期においては、さらに劣化が進行すると、高電圧側の発電電圧値に対する上限電流値の減少幅を低電圧側よりも大きくすることで、高電圧側での上限電流値がより大きく制限されるので、燃料電池セルの負荷をより低減して、さらなる劣化を抑制することができきる。
In the present invention, preferably, in the second half, the deterioration suppression control is set such that the decrease correction amount in the high-voltage-side generated voltage value is larger than the decrease correction amount in the low-voltage-side generated voltage value.
According to the present invention configured as described above, in the second half when the progress of deterioration is large, when the deterioration further progresses, the reduction range of the upper limit current value with respect to the generated voltage value on the high voltage side is made larger than that on the low voltage side. Thus, since the upper limit current value on the high voltage side is more greatly limited, the load of the fuel cell can be further reduced and further deterioration can be suppressed.
本発明において、好ましくは、記制御手段は、劣化対応制御を固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、後半期に実行される劣化対応制御における燃料供給量の増加補正量が、前半期に実行される劣化対応制御における燃料供給量の増加補正量よりも大きく設定される。
固体電解質型燃料電池の運転時間が経過するにしたがって、燃料電池セルの劣化が進行する。よって、本発明では、前半期に実行される劣化対応制御での増加補正量よりも、後半期に実行される劣化対応制御での増加補正量の方を大きく設定している。これにより、本発明では、燃料電池セルの劣化の進行度合に合わせて、劣化の抑制と発電性能確保を図りつつ、燃料電池セルの電力供給性能を最大限まで使用することが可能となる。
In the present invention, preferably, the control means is configured to execute the deterioration countermeasure control a plurality of times within the product life of the solid oxide fuel cell, and the fuel supply amount in the deterioration countermeasure control executed in the second half. Is set to be larger than the fuel supply amount increase correction amount in the deterioration countermeasure control executed in the first half.
As the operating time of the solid oxide fuel cell elapses, the deterioration of the fuel cell progresses. Therefore, in the present invention, the increase correction amount in the deterioration handling control executed in the second half is set larger than the increase correction amount in the deterioration handling control executed in the first half. As a result, according to the present invention, it is possible to use the power supply performance of the fuel battery cell to the maximum while suppressing the deterioration and ensuring the power generation performance in accordance with the progress of the deterioration of the fuel battery cell.
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化抑制制御を所定回数実行するまでは、劣化対応制御を実行しない。
このように構成された本発明によれば、燃料電池モジュールの劣化が大幅には進行していない時点では、劣化対応制御を実行せずに劣化抑制制御を実行して劣化の進行を抑制する。これにより、燃料電池へ燃料増による負担をかけることなく、また、燃料増による燃料利用率の低下を招くことなく、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
In the present invention, it is preferable that the control unit does not execute the deterioration countermeasure control until the deterioration suppression control is executed a predetermined number of times.
According to the present invention configured as described above, when the deterioration of the fuel cell module has not progressed significantly, the deterioration suppression control is executed without executing the deterioration countermeasure control, thereby suppressing the progress of the deterioration. As a result, it is possible to extend the durable years of the fuel cell without placing a burden on the fuel cell due to the increase in fuel and without causing a decrease in the fuel utilization rate due to the increase in fuel.
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化判定に基づいて、第1の劣化度が検出されるまでは、劣化対応制御及び劣化抑制制御を実行せずに電流制限制御を実行し、第1の劣化度が検出された場合には、劣化対応制御を実行し、その後、第1の劣化度よりも劣化度が大きい第2の劣化度が検出された場合には、劣化抑制制御を実行する。
このように構成された本発明によれば、劣化がある程度進行するまでは電流制限制御のみで劣化の進行を抑制し、それでも劣化がある程度まで進行した場合には、劣化対応制御による燃料増により発電電圧値を回復させ、この状態でさらに劣化が進行した場合に、劣化抑制制御により上限値を小さい値に変更することで更なる劣化を抑制する。これにより、劣化の進行度合に応じて劣化の進行を抑制する制御を行うことにより、燃料利用率の低下を抑えると共に、燃料電池セルの電力供給性能を最大限まで使用しながら、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
In the present invention, preferably, the control means executes the current limiting control without executing the deterioration handling control and the deterioration suppression control until the first deterioration degree is detected based on the deterioration determination, When the degree of deterioration is detected, the deterioration handling control is executed. After that, when the second degree of deterioration larger than the first degree of deterioration is detected, the deterioration suppression control is executed. .
According to the present invention configured as described above, the progress of the deterioration is suppressed only by the current limiting control until the deterioration progresses to some extent. When the voltage value is recovered and further deterioration proceeds in this state, further deterioration is suppressed by changing the upper limit value to a smaller value by the deterioration suppression control. As a result, by controlling the progress of deterioration according to the degree of progress of deterioration, it is possible to suppress a decrease in fuel utilization rate and to maximize the power supply performance of the fuel battery cell while The durability can be extended.
本発明において、好ましくは、制御手段は、第2の劣化度が検出された後に、第2の劣化度よりも劣化度が大きい第3の劣化度が検出された場合は、劣化対応制御を実行せず、電流制限制御を行う。
このように構成された本発明によれば、劣化が相当程度まで進行した場合は、劣化対応制御の燃料増による負担をかけることなく、電流制限制御を実行することで、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
In the present invention, it is preferable that the control unit executes the deterioration countermeasure control when the third deterioration degree larger than the second deterioration degree is detected after the second deterioration degree is detected. Without current limit control.
According to the present invention configured as described above, when the deterioration has progressed to a considerable extent, the current limit control is executed without applying a burden due to the increase in fuel of the deterioration countermeasure control, so that the life of the fuel cell unit can be increased. Can be extended.
本発明において、好ましくは、制御手段は、第3の劣化度が検出された後は、劣化判定に基づいて、劣化抑制制御を更に実行するが、劣化対応制御を実行しない。
このように構成された本発明によれば、第3の劣化度が検出された後においては、劣化対応制御を実行することなく、劣化抑制制御を実行することで、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
In the present invention, preferably, after the third deterioration degree is detected, the control unit further executes the deterioration suppression control based on the deterioration determination, but does not execute the deterioration countermeasure control.
According to the present invention configured as described above, after the third deterioration degree is detected, the deterioration suppression control is executed without executing the deterioration countermeasure control, so that the durability of the fuel cell can be increased. Can be extended.
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の固体電解質型燃料電池セルに燃料と酸化剤ガスを供給して発電を行う固体電解質型燃料電池であって、固体電解質型燃料電池セルを有する燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、出力電流値が上限電流値を超えないように燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、制御手段は、燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する上限電流値を、劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、制御手段は、劣化抑制制御を固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid oxide fuel cell that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of solid oxide fuel cells. A fuel cell module, fuel supply means for supplying fuel to the fuel cell module, oxidant gas supply means for supplying oxidant gas to the fuel cell module, and voltage value detection for detecting a power generation voltage value by the fuel cell module Means, a current value detection means for detecting an output current value by the fuel cell module, and a control means for controlling the amount of fuel supplied from the fuel supply means. The control means has an upper limit as the generated voltage value is smaller. Set the current value to a small value and execute current limit control to control the output power of the fuel cell module so that the output current value does not exceed the upper limit current value. Performs the deterioration determination of the fuel cell module, on the basis of the deterioration determination, changes the upper limit current value for each generated voltage value used in the current limit control, to a value smaller than the upper limit current value that was used during the deterioration determination The deterioration suppression control is executed, and the control means is configured to execute the deterioration suppression control a plurality of times within the product life of the solid oxide fuel cell. It is characterized in that the reduction correction amount of the upper limit current value is set to be smaller than the deterioration suppression control in the second half .
このように構成された本発明においては、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、燃料電池モジュールからの出力電流値が設定された上限電流値を超えないように制御する電流制限制御が実行される。これにより、燃料電池モジュールの劣化に応じて過剰な電流の取り出しを制限することができるので、燃料電池セルの耐久性を向上させることができる。
また、本発明では、劣化抑制制御により、劣化の進行に応じて、上限電流値がより小さい値に変更され、出力電流値の上限値がより制限される。これにより、劣化の進行に応じて燃料電池モジュールからの過剰な電流取り出しを制限することができ、燃料電池セルの劣化進行を抑制して、燃料電池セルの耐久性をより向上させることができる。
このように、本発明では、上限電流値を用いた電流制限制御と、上限電流値自体の制限的な変更を行う劣化抑制制御とを行うことにより、燃料電池セルの耐久年数を大きく向上させることが可能となる。
また、燃料電池セルの劣化は、固体電解質型燃料電池の運転時間が経過するにしたがって進行する。よって、本発明では、劣化の進行が大きい後半期に実行される劣化抑制制御よりも、劣化の進行が軽微な前半期に実行される劣化抑制制御における上限電流値からの減少補正量を小さく設定している。これにより、本発明では、燃料電池セルの劣化の進行度合に合わせて、簡単な制御で燃料電池セルの耐久年数の延長と発電性能維持の両立を的確に図ることができる。
In the present invention configured as described above, the smaller the generated voltage value, the smaller the upper limit current value is set, and the current is controlled so that the output current value from the fuel cell module does not exceed the set upper limit current value. Limit control is performed. Thereby, since extraction of an excessive current can be restricted according to deterioration of the fuel cell module, durability of the fuel cell can be improved.
Further, in the present invention, the upper limit value of the output current value is further limited by the deterioration suppression control as the upper limit current value is changed to a smaller value in accordance with the progress of the deterioration. Accordingly, excessive current extraction from the fuel cell module can be restricted according to the progress of deterioration, and the progress of deterioration of the fuel cell can be suppressed to further improve the durability of the fuel cell.
As described above, in the present invention, by performing the current limit control using the upper limit current value and the deterioration suppressing control for restricting the upper limit current value itself, the durability of the fuel cell can be greatly improved. Is possible.
Further, the deterioration of the fuel cell progresses as the operating time of the solid oxide fuel cell elapses. Therefore, in the present invention, the amount of decrease correction from the upper limit current value is set smaller in the deterioration suppression control executed in the first half when the progress of deterioration is lighter than the deterioration suppression control executed in the second half when the progress of deterioration is large. doing. As a result, in the present invention, it is possible to accurately achieve both extension of the durability of the fuel cell and maintenance of the power generation performance with simple control in accordance with the degree of progress of deterioration of the fuel cell.
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、燃料電池セルの電力供給能力を最大限に発揮させつつ、燃料電池セルの耐用年数を延長することができる。 According to the solid oxide fuel cell of the present invention, the useful life of the fuel cell can be extended while maximizing the power supply capability of the fuel cell.
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)を示す全体構成図である。この図1に示すように、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell (SOFC) 1 according to an embodiment of the present invention includes a
燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材(図示せず但し断熱材は必須の構成ではなく、なくても良いものである。)を介して密封空間8が形成されている。なお、断熱材は設けないようにしても良い。この密閉空間8の下方部分である発電室10には、燃料ガスと酸化剤(空気)とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体12が配置されている。この燃料電池セル集合体12は、10個の燃料電池セルスタック14(図5参照)を備え、この燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16(図4参照)から構成されている。このように、燃料電池セル集合体12は、160本の燃料電池セルユニット16を有し、これらの燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されている。
The
燃料電池モジュール2の密封空間8の上述した発電室10の上方には、燃焼室18が形成され、この燃焼室18で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤(空気)とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、この燃焼室18の上方には、燃料ガスを改質する改質器20が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器20を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器20の上方には、燃焼熱を受けて空気を加熱するための空気用熱交換器22が配置されている。
A
Further, a
次に、補機ユニット4は、水道等の水供給源24からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁32と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器36と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)を備えている。さらに、補機ユニット4は、空気供給源40から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁42と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット44及び発電用空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)と、改質器20に供給される改質用空気を加熱する第1ヒータ46と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第2ヒータ48とを備えている。これらの第1ヒータ46と第2ヒータ48は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
Next, the
次に、燃料電池モジュール2には、排気ガスが供給される温水製造装置50が接続されている。この温水製造装置50には、水供給源24から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
Next, a hot
The
Furthermore, the
次に、図2及び図3により、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図2は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図3は、図2のIII-III線に沿って断面図である。
図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2のハウジング6内の密閉空間8には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体12、改質器20、空気用熱交換器22が配置されている。
Next, the internal structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a side sectional view showing a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, in the sealed
改質器20は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管60と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管62が取り付けられ、また、改質器20の内部には、上流側から順に、蒸発部20aと改質部20bを形成され、改質部20bには改質触媒が充填されている。この改質器20に導入された水蒸気(純水)が混合された燃料ガス及び空気は、改質器20内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
The
この改質器20の下流端側には、燃料ガス供給管64が接続され、この燃料ガス供給管64は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体12の下方に形成されたマニホールド66内で水平に延びている。燃料ガス供給管64の水平部64aの下方面には、複数の燃料供給孔64bが形成されており、この燃料供給孔64bから、改質された燃料ガスがマニホールド66内に供給される。
A fuel
このマニホールド66の上方には、上述した燃料電池セルスタック14を支持するための貫通孔を備えた下支持板68が取り付けられており、マニホールド66内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット16内に供給される。
A
次に、改質器20の上方には、空気用熱交換器22が設けられている。この空気用熱交換器22は、上流側に空気集約室70、下流側に2つの空気分配室72を備え、これらの空気集約室70と空気分配室72は、6個の空気流路管74により接続されている。ここで、図3に示すように、3個の空気流路管74が一組(74a,74b,74c,74d,74e,74f)となっており、空気集約室70内の空気が各組の空気流路管74からそれぞれの空気分配室72へ流入する。
Next, an
空気用熱交換器22の6個の空気流路管74内を流れる空気は、燃焼室18で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
空気分配室72のそれぞれには、空気導入管76が接続され、この空気導入管76は、下方に延び、その下端側が、発電室10の下方空間に連通し、発電室10に余熱された空気を導入する。
The air flowing through the six air flow path pipes 74 of the
An
次に、マニホールド66の下方には、排気ガス室78が形成されている。また、図3に示すように、ハウジング6の長手方向に沿った面である前面6aと後面6bの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路80が形成され、この排気ガス室通路80の上端側は、空気用熱交換器22が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室78と連通している。また、排気ガス室78の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管82が接続され、この排気ガス排出管82の下流端は、図1に示す上述した温水製造装置50に接続されている。
図2に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置83が、燃焼室18に設けられている。
Next, an
As shown in FIG. 2, an
次に図4により燃料電池セルユニット16について説明する。図4は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図4に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
Next, the
As shown in FIG. 4, the
The
燃料電池セル16の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子86は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子86について具体的に説明する。内側電極層90の上部90aは、電解質層94と外側電極層92に対して露出された外周面90bと上端面90cとを備えている。内側電極端子86は、導電性のシール材96を介して内側電極層90の外周面90bと接続され、さらに、内側電極層90の上端面90cとは直接接触することにより、内側電極層90と電気的に接続されている。内側電極端子86の中心部には、内側電極層90の燃料ガス流路88と連通する燃料ガス流路98が形成されている。
Since the
内側電極層90は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
The
電解質層94は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。 The electrolyte layer 94 is, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following.
外側電極層92は、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
The
次に図5により燃料電池セルスタック14について説明する。図5は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図5に示すように、燃料電池セルスタック14は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板68及び上支持板100により支持されている。これらの下支持板68及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴68a及び100aがそれぞれ形成されている。
Next, the
As shown in FIG. 5, the
さらに、燃料電池セルユニット16には、集電体102及び外部端子104が取り付けられている。この集電体102は、燃料極である内側電極層90に取り付けられた内側電極端子86と電気的に接続される燃料極用接続部102aと、空気極である外側電極層92の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部102bとにより一体的に形成されている。空気極用接続部102bは、外側電極層92の表面を上下方向に延びる鉛直部102cと、この鉛直部102cから外側電極層92の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部102dとから形成されている。また、燃料極用接続部102aは、空気極用接続部102bの鉛直部102cから燃料電池セルユニット16の上下方向に位置する内側電極端子86に向って斜め上方又は斜め下方に向って直線的に延びている。
Furthermore, a current collector 102 and an
さらに、燃料電池セルスタック14の端(図5では左端の奥側及び手前側)に位置する2個の燃料電池セルユニット16の上側端及び下側端の内側電極端子86には、それぞれ外部端子104が接続されている。これらの外部端子104は、隣接する燃料電池セルスタック14の端にある燃料電池セルユニット16の外部端子104(図示せず)に接続され、上述したように、160本の燃料電池セルユニット16の全てが直列接続されるようになっている。
Further, the
次に図6により本実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)に取り付けられたセンサ類等について説明する。図6は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)を示すブロック図である。
図6に示すように、固体電解質型燃料電池1は、制御部110を備え、この制御部110には、使用者が操作するための「ON」や「OFF」等の操作ボタンを備えた操作装置112、発電出力値(ワット数)等の種々のデータを表示するための表示装置114、及び、異常状態のとき等に警報(ワーニング)を発する報知装置116が接続されている。なお、この報知装置116は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
Next, sensors and the like attached to the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram illustrating a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the solid
次に、制御部110には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ120は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4に取り付けられている。
CO検出センサ122は、本来排気ガス通路80等を経て外部に排出される排気ガス中のCOが、燃料電池モジュール2及び補機ユニット4を覆う外部ハウジング(図示せず)へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ124は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
Next, signals from various sensors described below are input to the
First, the combustible
The CO detection sensor 122 detects whether or not CO in the exhaust gas originally discharged to the outside through the
The hot water storage state detection sensor 124 is for detecting the temperature and amount of hot water in a water heater (not shown).
電力状態検出センサ126は、燃料電池モジュール2、インバータ54及び分電盤(図示せず)の電流及び電圧等を検知するための複数のセンサである。
発電用空気流量検出センサ128は、発電室10に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ130は、改質器20に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ132は、改質器20に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
The power state detection sensor 126 is a plurality of sensors for detecting the current and voltage of the
The power generation air flow rate detection sensor 128 is for detecting the flow rate of power generation air supplied to the
The reforming
The fuel flow sensor 132 is for detecting the flow rate of the fuel gas supplied to the
水流量センサ134は、改質器20に供給される純水(水蒸気)の流量を検出するためのものである。
水位センサ136は、純水タンク26の水位を検出するためのものである。
圧力センサ138は、改質器20の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ140は、温水製造装置50に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
The water flow rate sensor 134 is for detecting the flow rate of pure water (steam) supplied to the
The water level sensor 136 is for detecting the water level of the
The pressure sensor 138 is for detecting the pressure on the upstream side outside the
The
発電室温度センサ142は、図3に示すように、燃料電池セル集合体12の近傍の前面側と背面側に設けられ、燃料電池セルスタック14の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック14(即ち燃料電池セル84自体)の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ144は、燃焼室18の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ146は、排気ガス室78の排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ148は、改質器20の温度を検出するためのものであり、改質器20の入口温度と出口温度から改質器20の温度を算出する。
外気温度センサ150は、固体電解質型燃料電池(SOFC)が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
As shown in FIG. 3, the power generation
The combustion chamber temperature sensor 144 is for detecting the temperature of the
The exhaust gas chamber temperature sensor 146 is for detecting the temperature of the exhaust gas in the
The reformer temperature sensor 148 is for detecting the temperature of the
The outside
これらのセンサ類からの信号は、制御部110に送られ、制御部110は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット28、燃料流量調整ユニット38、改質用空気流量調整ユニット44、発電用空気流量調整ユニット45に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。
また、制御ユニット110は、インバータ54に、制御信号を送り、電力供給量を制御するようになっている。
Signals from these sensors are sent to the
Further, the
次に図7により本実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)による起動時の動作を説明する。図7は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)の起動時の動作を示すタイムチャートである。
最初は、燃料電池モジュール2を温めるために、無負荷状態で、即ち、燃料電池モジュール2を含む回路を開いた状態で、運転を開始する。このとき、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュール2は発電を行わない。
Next, the operation at the time of start-up by the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a time chart showing the operation at the time of startup of the solid oxide fuel cell (SOFC) according to one embodiment of the present invention.
Initially, in order to warm the
先ず、改質用空気流量調整ユニット44から改質用空気を第1ヒータ46を経由して燃料電池モジュール2の改質器20へ供給する。また、同時に、発電用空気流量調整ユニット45から発電用空気を第2ヒータ48を経由して燃料電池モジュール2の空気用熱交換器22へ供給し、この発電用空気が、発電室10及び燃焼室18に到達する。
この直ぐ後、燃料流量調整ユニット38からも燃料ガスが供給され、改質用空気が混合された燃料ガスが、改質器20及び燃料電池セルスタック14、燃料電池セルユニット16を通過して、燃焼室18に到達する。
First, reforming air is supplied from the reforming air flow
Immediately after this, the fuel gas is also supplied from the fuel flow
次に、点火装置83により着火して、燃焼室18にある燃料ガスと空気(改質用空気及び発電用空気)とを燃焼させる。この燃料ガスと空気との燃焼により排気ガスが生じ、この排気ガスにより、発電室10が暖められ、また、排気ガスが燃料電池モジュール2の密封空間8内を上昇する際、改質器20内の改質用空気を含む燃料ガスを暖めると共に、空気熱交換器22内の発電用空気も暖める。
Next, the
このとき、燃料流量調整ユニット38及び改質用空気流量調整ユニット44により、改質用空気が混合された燃料ガスが改質器20に供給されているので、改質器20において、式(1)に示す部分酸化改質反応POXが進行する。この部分酸化改質反応POXは、発熱反応であるので、起動性が良好となる。また、この昇温した燃料ガスが燃料ガス供給管64により燃料電池セルスタック14の下方に供給され、これにより、燃料電池セルスタック14が下方から加熱され、また、燃焼室18も燃料ガスと空気が燃焼して昇温されているので、燃料電池セルスタック14は、上方からも加熱され、この結果、燃料電池セルスタック14は、上下方向において、ほぼ均等に昇温可能となっている。この部分酸化改質反応POXが進行しても、燃焼室18では継続して燃料ガスと空気との燃焼反応が持続される。
At this time, the fuel gas mixed with the reforming air is supplied to the
CmHn+xO2 → aCO2+bCO+cH2 (1)
C m H n + xO 2 →
部分酸化改質反応POXの開始後、改質器温度センサ148により改質器20が所定温度(例えば、600℃)になったことを検知したとき、水流量調整ユニット28、燃料流量調整ユニット38及び改質用空気流量調整ユニット44により、燃料ガスと改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器20に供給する。このとき、改質器20においては、上述した部分酸化改質反応POXと後述する水蒸気改質反応SRとが併用されたオートサーマル改質反応ATRが進行する。このオートサーマル改質反応ATRは、熱的に内部バランスが取れるので、改質器20内では熱的に自立した状態で反応が進行する。即ち、酸素(空気)が多い場合には部分酸化改質反応POXによる発熱が支配的となり、水蒸気が多い場合には水蒸気改質反応SRによる吸熱反応が支配的となる。この段階では、既に起動の初期段階は過ぎており、発電室10内がある程度の温度まで昇温されているので、吸熱反応が支配的であっても大幅な温度低下を引き起こすことはない。また、オートサーマル改質反応ATRが進行中も、燃焼室18では燃焼反応が継続して行われている。
When the reformer temperature sensor 148 detects that the
式(2)に示すオートサーマル改質反応ATRの開始後、改質器温度センサ146により改質器20が所定温度(例えば、700℃)になったことを検知したとき、改質用空気流量調整ユニット44による改質用空気の供給を停止すると共に、水流量調整ユニット28による水蒸気の供給を増加させる。これにより、改質器20には、空気を含まず燃料ガスと水蒸気のみを含むガスが供給され、改質器20において、式(3)の水蒸気改質反応SRが進行する。
When the reformer temperature sensor 146 detects that the
CmHn+xO2+yH2O → aCO2+bCO+cH2 (2)
CmHn+xH2O → aCO2+bCO+cH2 (3)
C m H n + xO 2 + yH 2
C m H n + xH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (3)
この水蒸気改質反応SRは吸熱反応であるので、燃焼室18からの燃焼熱と熱バランスをとりながら反応が進行する。この段階では、燃料電池モジュール2の起動の最終段階であるため、発電室10内が十分高温に昇温されているので、吸熱反応が進行しても、発電室10が大幅な温度低下を招くこともない。また、水蒸気改質反応SRが進行しても、燃焼室18では継続して燃焼反応が進行する。
Since the steam reforming reaction SR is an endothermic reaction, the reaction proceeds while maintaining a heat balance with the combustion heat from the
このようにして、燃料電池モジュール2は、点火装置83により点火した後、部分酸化改質反応POX、オートサーマル改質反応ATR、水蒸気改質反応SRが、順次進行することにより、発電室10内の温度が徐々に上昇する。次に、発電室10内及び燃料電池セル84の温度が燃料電池モジュール2を安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュール2を含む回路を閉じ、燃料電池モジュール2による発電を開始し、それにより、回路に電流が流れる。燃料電池モジュール2の発電により、燃料電池セル84自体も発熱し、燃料電池セル84の温度も上昇する。この結果、燃料電池モジュール2を作動させる定格温度、例えば、600℃〜800℃になる。
In this way, after the
この後、定格温度を維持するために、燃料電池セル84で消費される燃料ガス及び空気の量よりも多い燃料ガス及び空気を供給し、燃焼室18での燃焼を継続させる。なお、発電中は、改質効率の高い水蒸気改質反応SRで発電が進行する。
Thereafter, in order to maintain the rated temperature, more fuel gas and air than the amount of fuel gas and air consumed in the
次に、図8により本実施形態による固体電解質型燃料電池(SOFC)の運転停止時の動作を説明する。図8は、本実施形態により固体電解質型燃料電池(SOFC)の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。
図8に示すように、燃料電池モジュール2の運転停止を行う場合には、先ず、燃料流量調整ユニット38及び水流量調整ユニット28を操作して、燃料ガス及び水蒸気の改質器20への供給量を減少させる。
Next, the operation when the solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present embodiment is stopped will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a time chart showing the operation when the solid oxide fuel cell (SOFC) is stopped according to this embodiment.
As shown in FIG. 8, when the operation of the
また、燃料電池モジュール2の運転停止を行う場合には、燃料ガス及び水蒸気の改質器20への供給量を減少させると同時に、発電用空気流量調整ユニット45による発電用空気の燃料電池モジュール2内への供給量を増大させて、燃料電池セル集合体12及び改質器20を空気により冷却し、これらの温度を低下させる。その後、発電室温度が所定温度、例えば、400℃まで低下したとき、燃料ガス及び水蒸気の改質器20への供給を停止し、改質器20の水蒸気改質反応SRを終了する。この発電用空気の供給は、改質器20の温度が所定温度、例えば、200℃まで低下するまで、継続し、この所定温度となったとき、発電用空気流量調整ユニット45からの発電用空気の供給を停止する。
When the operation of the
このように、本実施形態においては、燃料電池モジュール2の運転停止を行うとき、改質器20による水蒸気改質反応SRと発電用空気による冷却とを併用しているので、比較的短時間に、燃料電池モジュールの運転を停止させることができる。
As described above, in the present embodiment, when the operation of the
次に、図9乃至図14を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池1の作用を説明する。
まず、図9乃至図12を参照して、固体電解質型燃料電池1の通常運転動作を説明する。図9は、本実施形態の固体電解質型燃料電池の運転時の動作を示すタイムチャートである。図10は、制御部110に入力される要求発電量と、要求発電量を生成するために必要な燃料供給量の関係の一例を示すグラフである。図11は、要求発電量の変更に対する燃料供給量の時間的変化の一例を示すグラフである。図12は、本実施形態による燃料電池モジュールの出力動作点を示すグラフである。
Next, the operation of the solid
First, the normal operation of the solid
図9において、固体電解質型燃料電池1は、インバータ54(図6)からの要求発電量に応じた電力を出力するように負荷追従運転を行っている。即ち、図6に示すように、制御手段である制御部110は、インバータ54からの要求発電量に応じて、燃料供給手段である燃料流量調整ユニット38、酸化剤ガス供給手段である発電用空気流量調整ユニット45、及び水供給手段である水流量調整ユニット28に信号を送り、必要な流量の燃料、空気、水を燃料電池モジュール2に供給している。これにより、図9に示すように、インバータ54からの要求発電量に追従するように固体電解質型燃料電池1の出力電力が変化する。
In FIG. 9, the solid
制御部110は、インバータ54からの要求発電量に応じて、図10に一例を示すグラフによって燃料供給量を決定する。そして、制御部110は、決定した燃料供給量が燃料電池モジュール2に供給されるように燃料流量調整ユニット38を制御する。固体電解質型燃料電池1の使用開始後、制御部110は、基本燃料供給量を規定する曲線F0に従って、要求発電量に対する燃料供給量を決定する。図10に示すように、燃料供給量は、要求発電量の増大に伴って単調に増加するように決定されるが、要求発電量約200W未満では燃料供給量はほぼ一定値にされる。
The
また、要求発電量が変更された場合には、図11に示すように、燃料供給量は増減される。図11に示すように、時刻t10において、要求発電量が500Wから700Wに変更されると、必要な燃料供給量は、500Wの電力出力に対応する供給量から700Wに対応する供給量に変化される。これにより、制御部110は、燃料供給量が700Wに対応する供給量まで増加するように燃料流量調整ユニット38を制御する。
When the required power generation amount is changed, the fuel supply amount is increased or decreased as shown in FIG. As shown in FIG. 11, when the required power generation amount is changed from 500 W to 700 W at time t10, the required fuel supply amount is changed from the supply amount corresponding to the power output of 500 W to the supply amount corresponding to 700 W. The Accordingly, the
同様に、時刻t11において、要求発電量が700Wから500Wに変更されると、制御部110は、500Wに対応する供給量まで燃料供給量が減少するように燃料流量調整ユニット38を制御する。
なお、図10及び図11は、燃料供給量に関するものであるが、空気供給量、水供給量も、要求発電量に応じて、同様に変更される。
Similarly, when the required power generation amount is changed from 700 W to 500 W at time t11, the
10 and 11 relate to the fuel supply amount, the air supply amount and the water supply amount are similarly changed according to the required power generation amount.
図12は、燃料電池モジュール2の出力特性を示している。燃料電池モジュール2の出力電力は、出力電圧値(発電電圧値)と出力電流値(引き出し電流値)で特定される出力動作点で表される。
劣化がない状態では、燃料電池モジュール2の出力動作点は、図12の曲線P1上を移動する。すなわち、制御部110が、曲線F0(図10)に基づいて要求発電量に対する燃料供給量を決定すると、劣化がない状態では、曲線P1(図12)上の動作点で特定される出力電力をインバータ54に対して供給可能である。
FIG. 12 shows the output characteristics of the
In a state where there is no deterioration, the output operating point of the
例えば、要求発電量が590W〜700Wの間では、動作点は、曲線P1上で曲線Q1との交点(動作点R1),曲線Q3との交点(動作点R2)との間を移動する。要求発電量が700W(定格電力)の場合、制御部110は、曲線Q1(変換効率90%)と交差する動作点R1(約116V、約6.7A)で特定される電力を、燃料電池モジュール2から出力させるように、インバータ54を制御することができる。
なお、図12の曲線Q1,Q2,Q3は、それぞれ出力電力が700W,630W,590W(それぞれ変換効率90%)となる曲線を示している。
For example, when the required power generation amount is between 590 W and 700 W, the operating point moves on the curve P1 between an intersection with the curve Q1 (operating point R1) and an intersection with the curve Q3 (operating point R2). When the required power generation amount is 700 W (rated power), the
Note that the curves Q1, Q2, and Q3 in FIG. 12 are curves with output powers of 700 W, 630 W, and 590 W (conversion efficiency of 90%, respectively).
一方、燃料電池モジュール2が劣化してくると、曲線F0に基づいて決定される燃料供給量で燃料を供給しても、要求発電量が得られなくなる。すなわち、劣化時には、要求発電量と燃料供給量との関係が、図10中で上側に仮想的にシフトする。
図12の曲線P2及びP3は、劣化状態における燃料電池モジュール2の出力を示している。劣化状態では同じ作動条件(燃料供給量、空気流量、水流量等)で燃料電池モジュール2を作動させた場合、より劣化していない状態と比較すると、発電電圧値が低下する。したがって、図12において、曲線P1よりも曲線P2及びP3は下側に位置する。また、曲線P3の方が、曲線P2よりも劣化が進行した状態を示している。曲線P3よりもさらに劣化が進行すると、曲線P3よりも下側に位置する曲線(図示せず)に動作点が移動する。
On the other hand, if the
Curves P2 and P3 in FIG. 12 show the output of the
例えば、曲線P2に相当する劣化が生じている状態では、制御部110は、曲線F0(図10)に基づいて、要求発電量に対する燃料供給量を決定しても、曲線P2(図12)上の動作点で決定される発電電圧値及び引き出し電流値による出力電力しかインバータ54に対して供給できなくなる。
したがって、要求発電量が590W〜700Wの間では、動作点は、曲線P2上で曲線Q1との交点(動作点R3),曲線Q3との交点(動作点R4)との間を動く。例えば、要求発電量が700Wの場合、制御部110は、曲線Q1(変換効率90%)と交差する動作点R3(約105V、約7.6A)で燃料電池モジュール2から出力させるように、インバータ54を制御する。動作点R3では、動作点R1と比べて、より小さい電圧値及びより大きい電流値となる。すなわち、劣化が進行すると、同じ電力を出力するための引き出し電流は、より大きな電流値となる。
また、図12には、曲線P3と曲線Q1との交点が動作点R5で示され、曲線P3と曲線Q3との交点が動作点R6で示されている。
For example, in a state where deterioration corresponding to the curve P2 occurs, the
Therefore, when the required power generation amount is between 590 W and 700 W, the operating point moves on the curve P2 between the intersection with the curve Q1 (operating point R3) and the intersection with the curve Q3 (operating point R4). For example, when the required power generation amount is 700 W, the
In FIG. 12, the intersection of the curve P3 and the curve Q1 is indicated by an operating point R5, and the intersection of the curve P3 and the curve Q3 is indicated by an operating point R6.
また、本実施形態では、制御部110は、曲線F0に基づいて燃料供給量を供給するが、後述する劣化対応制御に基づいて、基準となる曲線F0による燃料供給量よりも、燃料供給量を増量補正していく。図10の曲線F1は基準値(曲線F0)に対して3%だけ増量補正された補正曲線を示している。同様に、曲線F2は曲線F1よりもさらに3%だけ増量補正されている。隣り合う曲線F2,F3,F4,F5,F6,F7,・・・の間では、それぞれ5%ずつ増量補正されている。制御部110は、曲線F0と共に、曲線F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,・・・をメモリに記憶している。
In the present embodiment, the
次に、図13及び図14を参照して、固体電解質型燃料電池1の劣化制御処理を説明する。図13は、図12に、本実施形態の固体電解質型燃料電池における電流制限ラインを付加したものである。図14は、劣化制御の処理フローである。
Next, the deterioration control process of the solid
燃料電池モジュール2では、図12に示したように、劣化の進行度合及び要求発電量に応じて、曲線P1,P2,P3,・・・上を出力動作点が移動する。そして、上述のように、劣化が進行すると発電電圧値が低下していくので、要求発電量を確保するには出力電流を大きくしなければならない。しかしながら、出力電流が過剰に大きくなると燃料電池セルユニット16の負担が大きくなり、燃料電池セルユニット16における内部劣化が進行してしまう。
In the
したがって、本実施形態では、図13に示すように、電流制限ラインL1〜L5を設けている。制御部110は、これら電流制限ラインL1〜L5をメモリに記憶している。これら電流制限ラインL1〜L5は、各発電電圧値において引き出し可能な電流の最大値である上限電流値を規定したものである。制御部110は、後述するように劣化の進行度合に応じていずれかの電流制限ラインを使用する。
電流制限ラインL1は、各発電電圧値における基準上限電流値を規定している。基準上限電流値は、固体電解質型燃料電池1の製造時に設定された基準となる上限電流値であり、使用を開始したときに設定されているものである。
また、電流制限ラインL2〜L5は、各発電電圧値における、劣化度に応じた上限電流値をそれぞれ規定している。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 13, current limiting lines L1 to L5 are provided. The
The current limit line L1 defines a reference upper limit current value for each generated voltage value. The reference upper limit current value is a reference upper limit current value set when the solid
In addition, the current limit lines L2 to L5 respectively define upper limit current values corresponding to the degree of deterioration in each generated voltage value.
本実施形態では、制御部110は、電流制限制御を実行する。すなわち、図13から分かるように、制御部110は、電流制限ラインL1〜L5により、所定の電圧以上において、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定している。そして、制御部110は、燃料電池モジュール2から取り出される出力電流の検出電流値を、電流値検出手段である電力状態検出センサ126から受け取り、受け取った検出電流値が、現在使用している電流制限ラインで規定される上限電流値を超えないように、インバータ54を制御する。制御部110は、この電流制限制御を固体電解質型燃料電池1の運転時には常に実行している。
なお、本実施形態では、理解の容易のため、電流制限ラインL1〜L5の間隔を広く設定しているが、これら電流制限ラインの間隔をより狭く設定することが可能である。また、本実施形態では、5本の電流制限ラインを設定しているが、1本以上の任意の数に設定してもよい。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the interval between the current limit lines L1 to L5 is set wide for easy understanding, but the interval between these current limit lines can be set narrower. Further, in the present embodiment, five current limit lines are set, but an arbitrary number of one or more may be set.
電流制限ラインL1は、曲線P1上の動作点R7で曲線P1と交差するが、この動作点R7は、定格電力(700W)よりも大きな出力電力に対応する動作点である。したがって、燃料電池モジュール2が曲線P1上の動作点で動作している場合は、定格電力以下の運転では、取り出し電流は制限を受けない。
一方、電流制限ラインL1は、曲線P2上の動作点R3で曲線P2と交差するが、この動作点R3は、定格電力(700W)に対応する動作点である。したがって、燃料電池モジュール2が曲線P2上の動作点で動作している場合は、定格運転時のみ動作点R3で電流制限ラインL1により制限を受ける。このとき、取り出し電流は約7.6Aに制限される。
The current limit line L1 intersects the curve P1 at an operating point R7 on the curve P1, and this operating point R7 is an operating point corresponding to an output power larger than the rated power (700 W). Therefore, when the
On the other hand, the current limit line L1 intersects the curve P2 at an operating point R3 on the curve P2, and this operating point R3 is an operating point corresponding to the rated power (700 W). Therefore, when the
また、電流制限ラインL1は、曲線P3上の動作点R8で曲線P3と交差するが、この動作点R8は、630Wの出力電力に対応する動作点である。したがって、燃料電池モジュール2が曲線P3上の動作点で動作している場合は、630W以上の発電量が要求されると取り出し電流が制限を受ける。よって、曲線P3に対応する劣化状態では、630Wよりも大きな電力を出力することができず、このとき、取り出し電流の最大値は約7Aに制限される。
Further, the current limit line L1 intersects the curve P3 at the operating point R8 on the curve P3, and this operating point R8 is an operating point corresponding to the output power of 630W. Therefore, when the
また、本実施形態では、発電電圧値が閾値電圧値(例えば、100V)以下になることで、劣化検出されるように構成されており、電流制限ラインL1は、発電電圧値が閾値電圧値以下では、出力電流値が一定値(7A)に設定されている。
このように、電流制限ラインL1(及びL2〜L5)は、劣化が進行して発電電圧値が低下するほど、取り出し電流の上限値が小さくなるように設定されている。これにより、劣化に伴って燃料電池セルユニット16内で過剰な電流が流れることが防止され、更なる劣化を抑制することができる。
Moreover, in this embodiment, it is comprised so that degradation may be detected when a generated voltage value becomes a threshold voltage value (for example, 100V) or less, and the current limiting line L1 has a generated voltage value not more than a threshold voltage value. Then, the output current value is set to a constant value (7A).
As described above, the current limit line L1 (and L2 to L5) is set so that the upper limit value of the extraction current decreases as the deterioration progresses and the generated voltage value decreases. Thereby, it is possible to prevent an excessive current from flowing in the
また、電流制限ラインL2,L3は、制御部110が、発電電圧値の低下に基づいて燃料電池モジュール2の劣化が検出された場合に、後述する劣化抑制制御により、電流制限ラインL1に代えて順次に用いられるものであり、それぞれ取り出し電流の上限値を規定している。
電流制限ラインL1からL2に変更される場合、取り出し電流の上限値は、例えば、曲線P1に相当する無劣化状態では約0.2Aだけ減少補正され、曲線P3に相当する劣化状態では約0.3Aだけ減少補正され、発電電圧値110Vでは約0.3Aだけ減少補正される。また、電流制限ラインL2からL3に変更される場合、取り出し電流の上限値は、曲線P1に相当する無劣化状態では約0.4Aだけ減少補正され、曲線P3に相当する劣化状態では約0.7Aだけ減少補正され、発電電圧値110Vでは約0.9Aだけ減少補正される。
Further, when the
When the current limit line L1 is changed to L2, the upper limit value of the extraction current is corrected to decrease by about 0.2 A in the non-deterioration state corresponding to the curve P1, for example, and about 0. 0 in the deterioration state corresponding to the curve P3. It is corrected to decrease by 3A, and is corrected to decrease by about 0.3A at the generated voltage value 110V. When the current limit line L2 is changed to L3, the upper limit value of the extraction current is corrected to be decreased by about 0.4 A in the non-deterioration state corresponding to the curve P1, and about 0. 0 in the deterioration state corresponding to the curve P3. It is corrected to decrease by 7A, and is corrected to decrease by about 0.9A at the generated voltage value 110V.
このように、本実施形態では、電流制限ラインL1からL2への変更と、電流制限ラインL2からL3への変更とを比較して分かるように、複数回実行される劣化抑制制御における変更前の上限電流値から変更後の上限電流値への電流値の減少補正量は、後半期に実行される劣化抑制制御(例えば、L2からL3)での減少補正量よりも、後半期より以前の前半期に実行される劣化抑制制御(例えば、L1からL2)での減少補正量の方が小さくなるように設定される。すなわち、本実施形態では、劣化が進行するほど減少補正量を大きくすることで、更なる劣化を確実に抑制するように構成されている。 Thus, in this embodiment, as can be seen by comparing the change from the current limit line L1 to L2 with the change from the current limit line L2 to L3, the change before the change in the deterioration suppression control that is executed a plurality of times. The decrease correction amount of the current value from the upper limit current value to the changed upper limit current value is the first half before the second half of the decrease correction amount in the deterioration suppression control (for example, L2 to L3) executed in the second half. The decrease correction amount in the deterioration suppression control (for example, L1 to L2) executed in the period is set to be smaller. In other words, the present embodiment is configured to reliably suppress further deterioration by increasing the decrease correction amount as the deterioration progresses.
また、電流制限ラインL4,L5は、相当程度に劣化が進行した場合に、電流制限ラインL3に代えて順次に用いられるものであり、それぞれ取り出し電流の上限値を規定する。
電流制限ラインL3から電流制限ラインL4に変更される場合、取り出し電流の上限値は、例えば、曲線P1に相当する劣化状態では約1Aだけ減少補正され、曲線P3に相当する劣化状態では約0.9Aだけ減少補正される。また、発電電圧値110Vでは約1.8Aだけ減少補正され、発電電圧値105Vでは約1.6Aだけ減少補正される。
また、電流制限ラインL4から電流制限ラインL5に変更される場合、取り出し電流の上限値は、曲線P1及び曲線P3に相当する劣化状態で約1Aだけ減少補正される。また、発電電圧値110Vでは約2.0Aだけ減少補正され、発電電圧値105Vでは約2.0Aだけ減少補正される。
The current limit lines L4 and L5 are sequentially used in place of the current limit line L3 when the deterioration has progressed to a considerable extent, and each defines an upper limit value of the extraction current.
When the current limit line L3 is changed to the current limit line L4, for example, the upper limit value of the extraction current is corrected to be decreased by about 1 A in the deterioration state corresponding to the curve P1, and about 0. 0 in the deterioration state corresponding to the curve P3. It is corrected to decrease by 9A. Further, the power generation voltage value 110V is corrected to decrease by about 1.8A, and the power generation voltage value 105V is corrected to decrease by about 1.6A.
When the current limit line L4 is changed to the current limit line L5, the upper limit value of the extraction current is corrected to decrease by about 1 A in the deterioration state corresponding to the curves P1 and P3. Further, the power generation voltage value 110V is corrected to decrease by about 2.0A, and the power generation voltage value 105V is corrected to decrease by about 2.0A.
本実施形態では、相当程度に劣化が進行した場合には、電流制限ラインL3から電流制限ラインL4に変更されるが、このとき、高電圧側の発電電圧値に対する取り出し電流の上限値の減少補正量を、低電圧側の発電電圧値に対する減少補正量よりも大きく設定している。これにより、各発電電圧値に対する取り出し電流の上限値のうちの最大値をより小さな値に制限することができ、燃料電池モジュール2の耐用年数を延長することが可能となる。
In this embodiment, when the deterioration progresses to a considerable extent, the current limit line L3 is changed to the current limit line L4. At this time, the reduction correction of the upper limit value of the extraction current with respect to the generated voltage value on the high voltage side is performed. The amount is set larger than the decrease correction amount for the generated voltage value on the low voltage side. As a result, the maximum value among the upper limit values of the extraction current for each generated voltage value can be limited to a smaller value, and the useful life of the
本実施形態では、図14のフローチャートを参照して以下に説明するように、制御部110は、劣化の進行度合に応じて、電流制限ラインを変更すると共に、燃料供給量の増量補正を行うように構成されている。この燃料供給量の増量補正は、劣化によって低下した発電電圧値を回復させるためのものであり、具体的には、制御部110は、燃料供給量と要求発電量との関係を、図10の曲線F0から曲線F1,F2,F3,・・・に順次に変更する。
In the present embodiment, as will be described below with reference to the flowchart of FIG. 14, the
次に、図14を参照して、本発明の実施形態による劣化制御の処理フローを説明する。図14に示す劣化制御処理は、固体電解質型燃料電池1の運転が開始されてから、製品寿命が尽きて廃棄されるまで繰り返し行われる。制御部110は、この劣化制御処理を所定時間毎(例えば、1時間毎)に繰り返すように構成されている。
なお、固体電解質型燃料電池1の使用開始時には、制限電流ラインとしてL1(基準上限電流値)が設定され、後述する劣化判定数及び劣化対応数がゼロに設定されており、制御部110はこれらをメモリに記憶している。
Next, with reference to FIG. 14, a processing flow of deterioration control according to the embodiment of the present invention will be described. The deterioration control process shown in FIG. 14 is repeated after the operation of the solid
Note that at the start of use of the solid
まず、制御部110は、燃料電池モジュール2の発電機能についての劣化判定制御(ステップS1,S2)を行う。具体的には、制御部110は、電圧値検出手段である電力状態検出センサ126から、燃料電池モジュール2の発電電圧値を受け取り、この発電電圧値が閾値電圧値(例えば100V)より小さいか否かを判定する(ステップS1)。
発電電圧値が閾値電圧値以上である場合(ステップS1;No)、劣化がこの処理の実行時点での許容範囲内であるので、制御部110は、劣化判定数をインクリメントすることなく処理を終了する。
一方、発電電圧値が閾値電圧値より小さい場合(ステップS1;Yes)、この処理の実行時点での許容範囲を超える劣化が検出されたので、制御部110は、劣化判定数を1だけインクリメントし、ステップS2へ移行する。
First, the
If the generated voltage value is equal to or greater than the threshold voltage value (step S1; No), the deterioration is within the allowable range at the time of execution of this process, and therefore the
On the other hand, when the generated voltage value is smaller than the threshold voltage value (step S1; Yes), since the deterioration exceeding the allowable range at the time of executing this process is detected, the
なお、本実施形態では、劣化判定制御(ステップS1)を閾値電圧値と発電電圧値との比較によって行っているが、発電電圧値に基づいて劣化を判定することができれば任意の方法を採用してもよい。
例えば、本実施形態では、劣化判定制御において、燃料電池モジュール2の劣化の進行度合にかかわらず、閾値電圧値を固定値に設定することで処理を簡単化しているが、劣化の進行度合に応じて閾値電圧値を変更してもよい。例えば、電流制限ラインL1,L3,L3,・・・を使用している状態では、それぞれ閾値電圧値として100V,102V,104,・・・を使用してもよい。
In this embodiment, the deterioration determination control (step S1) is performed by comparing the threshold voltage value and the generated voltage value. However, any method may be adopted as long as deterioration can be determined based on the generated voltage value. May be.
For example, in the present embodiment, in the deterioration determination control, the process is simplified by setting the threshold voltage value to a fixed value regardless of the degree of progress of deterioration of the
また、他の劣化判定制御として、図13に示された発電電圧値と取り出し電流値との関係を表すデータに基づいて、実際の発電電圧値と取り出し電流値により規定される出力動作点から、劣化判定を行うように構成してもよい。この場合、曲線P1からの電圧低下量に応じて劣化判定を行うことができる。例えば、測定した出力動作点の電流値と同じ電流値を有する曲線P1の動作点を特定し、この動作点の電圧値と、測定した出力動作点の発電電圧値とを比較して、電圧低下量を算出することができる。そして、この電圧低下量が、所定の閾値よりも大きい場合に、劣化を検出することができる。
さらには、劣化判定制御として、発電温度センサ142等により、燃料電池モジュール2内の温度を測定し、この温度に基づいて、燃料電池モジュール2の劣化を判定してもよい。
Further, as another deterioration determination control, based on the data representing the relationship between the generated voltage value and the extracted current value shown in FIG. 13, from the output operation point defined by the actual generated voltage value and the extracted current value, You may comprise so that deterioration determination may be performed. In this case, the deterioration determination can be performed according to the voltage drop amount from the curve P1. For example, the operating point of the curve P1 having the same current value as the current value of the measured output operating point is specified, and the voltage value at this operating point is compared with the generated voltage value at the measured output operating point to reduce the voltage. The amount can be calculated. Degradation can be detected when the voltage drop amount is larger than a predetermined threshold value.
Furthermore, as deterioration determination control, the temperature in the
ステップS2では、制御部110は、劣化判定数が2であるか否かを判定する(ステップS2)。
劣化判定数が2でない場合(ステップS2;No)、劣化の誤検出の可能性があるので、制御部110は、劣化判定数をゼロリセットすることなく処理を終了する。
一方、劣化判定数が2である場合(ステップS2;Yes)、制御部110は、実質的な劣化が検出されたので(劣化検出数は2)、劣化判定数をゼロリセットし、ステップS3へ移行する。固体電解質型燃料電池1の使用開始時には、劣化判定数はゼロであるので、発電電圧値が閾値電圧値を2回、下回った場合に、ステップS3へ移行する。本実施形態では、許容範囲を超える劣化が2回検出された場合に、劣化であると判定されるので、劣化の誤検出を防止することができる。なお、2回目の劣化が検出されるのは、固体電解質型燃料電池1の使用開始から数年以上(例えば、10年)経過した時点である。
In step S2,
When the number of deterioration determinations is not 2 (step S2; No), there is a possibility of erroneous detection of deterioration, so the
On the other hand, when the number of deterioration determinations is 2 (step S2; Yes), since substantial deterioration is detected (the number of deterioration detections is 2), the number of deterioration determinations is reset to zero, and the process proceeds to step S3. Transition. When the use of the solid
ステップS3では、制御部110は、劣化対応数がゼロであるか否かを判定する(ステップS3)。
劣化対応数がゼロである場合(ステップS3;Yes)、すなわち使用開始から実質的な劣化が検出された場合(一例として第1の劣化度の検出に相当)、制御部110は、劣化対応制御を実行し(ステップS4)、処理を終了する。
In step S3, the
When the number of degradation countermeasures is zero (step S3; Yes), that is, when substantial degradation is detected from the start of use (corresponding to detection of the first degradation degree as an example), the
ステップS4で実行される劣化対応制御では、燃料供給量が3%増量補正され、劣化対応数が1だけインクリメントされる。ステップS4の燃料供給量の増量補正では、制御部110は、燃料供給量を図10の曲線F0から曲線F1に変更する。燃料供給量が増量補正されると、発電室10内の温度が上昇するので、この温度上昇により発電電圧値が運転開始当初の発電電圧値に向けて回復される。これにより、電流制限ライン1を用いた電流制限制御により制限されていた上限電流値が、発電電圧値の回復に伴って回復する。
そして、劣化により低下していた発電電圧値の回復により、燃料電池モジュール2の出力動作点は、曲線P1又はその付近まで回復し、定格運転(700W)を確保することができる。例えば、曲線P2に対応する劣化状態よりも劣化が進行していた場合は、再び、定格運転が可能になる。
In the deterioration countermeasure control executed in step S4, the fuel supply amount is corrected by 3% and the deterioration countermeasure number is incremented by one. In the fuel supply amount increase correction in step S4, the
And by the recovery | restoration of the power generation voltage value which had fallen by deterioration, the output operation point of the
なお、初回の劣化対応制御の実施までは定格運転が確保されるように、ステップS1及びS2とは別の劣化判定制御を付加してもよい。そして、この別の劣化判定制御により、ステップS1及びS2の劣化判定制御よりも劣化度合の小さく、定格運転を実施ができる限界に相当する劣化が検出された場合に、初回の劣化対応制御を実行するように構成することで、定格運転を確保できる期間を延ばすことができる。 In addition, you may add deterioration determination control different from step S1 and S2 so that rated operation may be ensured until implementation of the first deterioration countermeasure control. Then, by this other deterioration determination control, when the deterioration is smaller than the deterioration determination control in steps S1 and S2 and the deterioration corresponding to the limit at which the rated operation can be performed is detected, the first deterioration countermeasure control is executed. By comprising so, the period which can ensure a rated operation can be extended.
一方、劣化対応数が1以上である場合(ステップS3;No)、すなわち使用開始から4回目以上の劣化が検出された場合、制御部110は、現在の電流制限ラインとしてL3が設定されているか否かを判定する(ステップS5)。
電流制限ラインL3が設定されていない場合(ステップS5;No)、制御部110は、現在の電流制限ラインとしてL4又はL5が設定されているか否かを判定する(ステップS6)。
On the other hand, when the number of deterioration correspondences is 1 or more (step S3; No), that is, when the fourth or more deterioration is detected from the start of use, is the
When the current limit line L3 is not set (step S5; No), the
電流制限ラインL4又はL5が設定されていない場合(ステップS6;No)、そのとき使用されている電流制限ラインはL1又はL2である。この場合、制御部110は、劣化抑制制御として、現在の電流制限ラインを、より制限された電流制限ラインへ変更し(ステップS7)、処理を終了する。なお、ステップS7の実行直前に検出された劣化度が、一例として第2の劣化度の検出に相当する。ステップS7では、具体的には、電流制限ラインがL1の場合はL2へ変更され、L2の場合はL3へ変更される。
このように、本実施形態では、ステップS1、S2、S5〜S7の処理において、劣化が検出されることに基づいて、電流制限ラインをより制限されたものへ変更することで、更なる劣化を抑制するように構成されている。
なお、劣化判定制御により劣化が検出された場合、制御部110は、後に検出された劣化の方が劣化度が大きいと判定する。したがって、制御部110は、より制限的な電流制限ラインが使用されているときの方が、劣化度が大きいと判定し、また、劣化対応制御の実行回数が多くなるほど、劣化度がより大きいと判定する。
When the current limit line L4 or L5 is not set (step S6; No), the current limit line used at that time is L1 or L2. In this case, the
As described above, in the present embodiment, further deterioration is achieved by changing the current limit line to a more limited one based on the detection of the deterioration in the processes of steps S1, S2, and S5 to S7. It is configured to suppress.
When the deterioration is detected by the deterioration determination control, the
一方、ステップS5において、電流制限ラインとしてL3が設定されている場合(ステップS3;Yes)、制御部110は、劣化対応数が1以下であるか否かを判定する(ステップS8)。固体電解質型燃料電池1の使用開始時には、劣化対応数はゼロであり、ステップS4で最初の劣化対応制御が実行されると劣化対応数は1になっている。
劣化対応数が1の場合(ステップS8;Yes)、制御部110は、劣化対応制御を実行し(ステップS9)、処理を終了する。
ステップS9で実行される劣化対応制御では、燃料供給量が3%増量補正され、劣化対応数が1だけインクリメントされる。また、燃料増量補正による発電電圧値の回復に伴い、電流制限ラインが、電流制限ラインL3から、基準上限電流値を規定する電流制限ラインL1(一例として第1の上限電流値に相当)に戻される。
On the other hand, when L3 is set as the current limit line in step S5 (step S3; Yes), the
When the number of degradation correspondences is 1 (step S8; Yes), the
In the deterioration countermeasure control executed in step S9, the fuel supply amount is corrected by 3% and the deterioration countermeasure number is incremented by one. In addition, with the recovery of the power generation voltage value by the fuel increase correction, the current limit line is returned from the current limit line L3 to the current limit line L1 that defines the reference upper limit current value (corresponding to the first upper limit current value as an example). It is.
ステップS9の燃料供給量の増量補正では、制御部110は、図10の曲線F1が使用されていたので、燃料供給量を曲線F2に変更する。
運転開始からステップS9の劣化対応制御が実行されるまでには、初回の劣化対応制御(ステップS4)により発電電圧値の回復が図られ、更なる劣化の進行に応じて、劣化の進行を抑制すべく劣化抑制制御(ステップS7)により電流制限ラインがL1からL2を経てL3に変更されている。
このような状態において、さらに劣化が検出されたので、2回目の劣化対応制御(ステップS9)による燃料供給量の増量補正により、燃料電池モジュール2の発電電圧値の回復が図られる。
In the fuel supply amount increase correction in step S9, the
From the start of operation until the deterioration response control in step S9 is executed, the power generation voltage value is recovered by the first deterioration response control (step S4), and the progress of deterioration is suppressed as further deterioration progresses. As much as possible, the current limit line is changed from L1 through L2 to L3 by deterioration suppression control (step S7).
In this state, since further deterioration is detected, the power generation voltage value of the
すなわち、電流制限ラインL3を、L3よりも制限的な電流制限ラインに変更すると、燃料電池モジュール2からの出力電力がさらに制限されてしまう。よって、本実施形態では、ある程度の劣化が進行した段階で、燃料供給量を増量補正し、発電電圧値の回復を図っている。
そして、発電電圧値の回復により、燃料電池モジュール2の出力動作点は、曲線P1付近まで再び回復する。これにより、燃料電池モジュール2からの出力電力が回復し、制御部110は電流制限ラインをL1まで戻すことができる。なお、出力動作点が曲線P2以上に回復すれば、再び定格電力が供給可能となる。
That is, if the current limit line L3 is changed to a current limit line that is more restrictive than L3, the output power from the
The output operating point of the
以下、燃料供給量が補正され曲線F2が使用されている状態で、さらにステップS1〜S7が繰り返され、電流制限ラインがL1からL2を経てL3に変更されると、ステップS5からステップS8へ移行する。このとき、劣化対応数が2であるので(ステップS8;No)、ステップS8からステップS10(劣化対応制御)へ移行する。 Hereinafter, when the fuel supply amount is corrected and the curve F2 is used, steps S1 to S7 are further repeated, and when the current limit line is changed from L1 to L3 to L3, the process proceeds from step S5 to step S8. To do. At this time, since the number of degradation countermeasures is 2 (step S8; No), the process proceeds from step S8 to step S10 (degradation countermeasure control).
ステップS10を行う段階では、劣化がある程度進行していると考えられる。そこで、ステップS9より後に実行されるステップS10では、ステップS9とは異なり、燃料供給量の補正量が大きく設定される。これにより、本実施形態では、複数回実行される劣化対応制御において、前半期に実行される劣化対応制御(例えば、ステップS4,S9)よりも後半期に実行される劣化対応制御(例えば、ステップS10,S12)の方が、燃料補正量が大きく設定される。
具体的には、ステップS10で実行される劣化対応制御では、燃料供給量が5%増量補正され、劣化対応数が1だけインクリメントされる。よって、ステップS10では、制御部110は、図10の曲線F2が使用されている場合には(劣化対応数=2)、燃料供給量を曲線F3に変更し、曲線F3が使用されている場合には(劣化対応数=3)、燃料供給量を曲線F4に変更し、曲線F4が使用されている場合には(劣化対応数=4)、燃料供給量を曲線F5に変更し、曲線F5が使用されている場合には(劣化対応数=5)、燃料供給量を曲線F6に変更する。
なお、本実施形態では、ステップS9及びS10において、劣化対応制御による燃料供給量の増量補正を計6回実施するが、これはステップS9及びS10でそれぞれ任意の回数(1回、2回、・・・)実施するように変更することができる。また、ステップS10では、燃料供給量の補正量が一定であるが、劣化対応数が増えるにしたがって、燃料供給量の補正量を徐々に大きくしていってもよい。
It is considered that the deterioration has progressed to some extent at the stage of performing step S10. Therefore, in step S10 executed after step S9, unlike in step S9, the correction amount of the fuel supply amount is set large. Thereby, in this embodiment, in the degradation response control executed a plurality of times, the degradation response control (for example, step S4) executed in the second half of the degradation response control (for example, steps S4 and S9) performed in the first half period. In S10 and S12), the fuel correction amount is set larger.
Specifically, in the degradation countermeasure control executed in step S10, the fuel supply amount is corrected by 5% and the degradation countermeasure number is incremented by one. Therefore, in step S10, the
In the present embodiment, in steps S9 and S10, the fuel supply amount increase correction by the deterioration countermeasure control is performed six times in total, but this may be performed any number of times (once, twice,.・ ・) Can be changed to implement. In step S10, the correction amount of the fuel supply amount is constant, but the correction amount of the fuel supply amount may be gradually increased as the number of deterioration countermeasures increases.
しかしながら、劣化がある程度進行しているので、ステップS10では、ステップS9とは異なり、電流制限ラインが、基準上限電流値を規定する電流制限ラインL1ではなく、より小さな電流値を規定する電流制限ラインL2に戻される。
ステップS9を実施後に、さらに劣化が進行して電流制限ラインがL1からL2を経てL3に変更されている状態で、さらに大きな劣化が検出された場合には、上限電流値を基準上限電流値(一例として第1の上限電流値に相当)よりも小さな電流値である電流制限ラインL2(一例として第2の上限電流値に相当)まで戻すように抑制側に補正を加えることで、簡単な制御により、燃料電池セルへの負担をより軽減して、耐用年数の延長を図ることができる。
However, since the deterioration has progressed to some extent, in step S10, unlike step S9, the current limit line is not the current limit line L1 that defines the reference upper limit current value, but the current limit line that defines a smaller current value. Returned to L2.
After the step S9 is performed, when the deterioration further progresses and the current limit line is changed from L1 to L3 through L2, and further large deterioration is detected, the upper limit current value is changed to the reference upper limit current value ( Simple control by adding correction to the suppression side so as to return to the current limit line L2 (corresponding to the second upper limit current value as an example) which is smaller than the first upper limit current value as an example) As a result, it is possible to further reduce the burden on the fuel cell and to extend the useful life.
燃料供給量が増量補正されると、発電電圧値の回復により、燃料電池モジュール2の出力動作点が、曲線P1或いは曲線P2付近まで回復する。しかしながら、この状態で電流制限ラインL1を使用すると、取り出し電流値が比較的高い状態となる場合がある。よって、本実施形態では、劣化がある程度進行している場合には、抑制側に補正を加えて、電流制限ラインをL1ではなくL2に戻すことで、取り出し電流値を低く抑え、燃料電池モジュール2への負担をより軽減して、更なる劣化を抑制している。
When the fuel supply amount is corrected to increase, the output operating point of the
ステップS10からステップS11に移行すると、制御部110は、劣化対応数が6であるか否かを判定する(ステップS11)。
劣化対応数が5以下(実際は3〜5)の場合(ステップS11;No)、制御部110は、処理を終了する。
ステップS10が繰り返される毎に、劣化対応数が増加するので、劣化対応数が6になるまでは、ステップS1〜S7、S8、S10、S11が繰り返される。
これにより、燃料を増量補正して発電電圧値を回復させ(ステップS10)、この状態で、劣化が判定される毎に(ステップS1,S2)、電流制限ラインをL2からL3へ変更する(ステップS7)。これを繰り返すことにより、燃料電池モジュール2の電力供給能力を最大限に使用しつつ、耐用年数を延長することができる。
When the process proceeds from step S10 to step S11, the
When the degradation correspondence number is 5 or less (actually 3 to 5) (step S11; No), the
Each time step S10 is repeated, the number of degradation correspondences increases, so steps S1 to S7, S8, S10, and S11 are repeated until the degradation correspondence number reaches six.
As a result, the fuel generation amount is corrected and the generated voltage value is recovered (step S10). In this state, whenever the deterioration is determined (steps S1 and S2), the current limit line is changed from L2 to L3 (step S10). S7). By repeating this, it is possible to extend the service life while maximally using the power supply capability of the
一方、ステップS11で劣化対応数が6であった場合(ステップS11;Yes)、制御部110は、最終の劣化対応制御、及び劣化抑制制御を実施し(ステップS12)、処理を終了する。
ステップS12を実施するまでに、劣化対応制御(ステップS9、S10)により、合計26%の燃料増量補正を実施している。この燃料増量補正に応じて発電室10内の温度が上昇しているので、ステップS12で最終の燃料増量補正が実施される。
On the other hand, when the number of degradation responses is 6 in step S11 (step S11; Yes), the
Before executing step S12, the fuel increase correction of a total of 26% has been executed by the deterioration control (steps S9 and S10). Since the temperature in the
ステップS12では、最終の劣化対応制御として、燃料供給量が5%増量補正され、劣化対応数が1だけインクリメントされる。
また、ステップS12では、劣化抑制制御として、電流制限ラインがL4に変更される。電流制限ラインL4に設定されることで、低電圧側よりも高電圧側で取り出し電流値がより大きく減少補正されるので、取り出し電流値の最大値がより低く設定される。
電流制限ラインL4が使用されることにより、燃料電池モジュール2の出力電力が制限されるが、燃料電池モジュール2の耐用年数を延ばすことが可能となる。
In step S12, as the final deterioration countermeasure control, the fuel supply amount is corrected by 5% and the deterioration countermeasure number is incremented by one.
In step S12, the current limit line is changed to L4 as deterioration suppression control. By setting the current limit line L4, the extraction current value is corrected to be greatly decreased on the high voltage side than on the low voltage side, so that the maximum value of the extraction current value is set lower.
By using the current limit line L4, the output power of the
この後、ステップS1及びS2で劣化が検出されると、ステップS3を経て、ステップS6が実行される。ステップS6では、制御部110は、現在の電流制限ラインがL4又はL5であるか否かを判定する(ステップS6)。
電流制限ラインがL4又はL5であるので(ステップS6;Yes)、制御部110は、発電電圧値が第2の閾値電圧値(例えば、90V)より小さいか否かを判定する(ステップS13;劣化判定制御)。
発電電圧値が第2の閾値電圧値以上である場合(ステップS13;No)、制御部110は、発電電圧値が第3の閾値電圧値(例えば、95V)より小さいか否かを判定する(ステップS14;劣化判定制御)。第3の閾値電圧値は、第1の閾値電圧値(100V)と第2の閾値電圧値(90V)の間に設定されている。
Thereafter, when deterioration is detected in steps S1 and S2, step S6 is executed via step S3. In step S6, the
Since the current limit line is L4 or L5 (step S6; Yes), the
When the generated voltage value is greater than or equal to the second threshold voltage value (step S13; No), the
発電電圧値が第3の閾値電圧値以上である場合(ステップS14;No)、制御部110は、処理を終了し、燃料電池モジュール2を現状のままの運転条件で運転を継続する。
一方、発電電圧値が第3の閾値電圧値より小さい場合(ステップS14;Yes)、制御部110は、更に大きな劣化が進行していると判断し(一例として第3の劣化度の検出に相当)、最終劣化抑制制御として、劣化対応数を1だけインクリメントし、最終の劣化抑制制御として、電流制限ラインをL5に設定し(ステップS15)、処理を終了する。電流制限ラインL5が使用されることにより、さらに上限電流値が制限されるので、燃料電池モジュール2の劣化がさらに抑制される。なお、この場合、劣化対応制御は実行されない。
なお、電流制限ラインL5に設定された後、さらに所定の劣化度(例えば、発電電圧値<93V,92V,91V,・・・)が検出された場合に、劣化抑制制御をさらに実行して、より制限的な電流制限ライン(L6,L7,L8,・・・)に変更するように構成してもよい。
When the generated voltage value is equal to or greater than the third threshold voltage value (step S14; No), the
On the other hand, when the generated voltage value is smaller than the third threshold voltage value (step S14; Yes), the
In addition, after setting to the current limit line L5, when a predetermined deterioration level (for example, generated voltage value <93V, 92V, 91V,...) Is further detected, the deterioration suppression control is further executed. You may comprise so that it may change into a more restrictive current limiting line (L6, L7, L8, ...).
また、ステップS13において、発電電圧値が第2の閾値電圧値(90V)より小さい場合(ステップS13;Yes)、燃料電池モジュール2が使用限界にあるので、制御部110は、異常対応処理を実行して(ステップS16)、処理を終了する。異常対応処理では、例えば、固体電解質型燃料電池1の運転を停止する。
このように、劣化が相当程度進行した段階では、燃料供給量を増量補正することなく、取り出し電流値をより制限し、小さい出力電力を供給する態様で使用を継続することで、燃料電池モジュール2の耐用年数の延長を図ることができる。そして、発電電圧値が第2の閾値電圧値よりも小さくなった場合には、製品寿命が尽きたものとして、異常対応処理が行われる。
In step S13, when the generated voltage value is smaller than the second threshold voltage value (90V) (step S13; Yes), the
Thus, at the stage where the deterioration has progressed to a considerable extent, the
なお、本実施形態では、初回の劣化対応制御を実行した後、複数回の劣化抑制制御を実行し、その後、劣化対応制御と劣化抑制制御を複数回繰り返し、最終段階では、劣化対応制御を実行することなく、劣化抑制制御を実行するように構成されているが、これに限らず、劣化対応制御及び劣化抑制制御を任意の順番で組み合わせて実行するように構成することができる。 In this embodiment, after executing the first deterioration countermeasure control, the deterioration suppression control is executed a plurality of times, and then the deterioration correspondence control and the deterioration suppression control are repeated a plurality of times, and the deterioration correspondence control is executed in the final stage. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be configured to execute the combination of the deterioration handling control and the deterioration suppression control in any order.
本実施形態の固体電解質型燃料電池1では、劣化判定制御に基づいて、電流制限ラインを変更する劣化抑制制御と、発電電圧値を回復させる劣化対応制御を組み合わせて実行することにより、燃料電池モジュール2の耐用年数の延長を図りつつ、電力供給能力を最大限に使用することができる。
In the solid
次に、図15に本発明の他の実施形態による劣化制御の処理フローを示す。
図14の実施形態では、電流制限ラインL1が使用されている状態で劣化が検出された場合に、ステップS4による初回の劣化対応制御が実行されるように構成されている。このため、この劣化対応制御での燃料増量補正により、劣化抑制制御を実行する前に、燃料効率が低下する。また、固体電解質型燃料電池1に、劣化対応制御による燃料増量補正を実行する性能的な余裕が少ない場合には、劣化対応制御の実行回数を少なくすることが望ましい。
Next, FIG. 15 shows a processing flow of deterioration control according to another embodiment of the present invention.
In the embodiment of FIG. 14, when deterioration is detected in a state where the current limit line L1 is used, the first deterioration countermeasure control in step S4 is performed. For this reason, the fuel efficiency is lowered before the deterioration suppression control is executed by the fuel increase correction in the deterioration countermeasure control. Further, when the solid
そこで、図15に示す他の実施形態では、図14のステップS3及びS4が省略されている。このため、他の実施形態では、初回及び2回目の劣化対応制御がステップS9で実行される。したがって、制限ラインの変更による劣化抑制制御が所定回数実行されるまでは、劣化対応制御が実行されない。なお、他の処理ステップは、図14と同じであるので説明を省略する。 Therefore, in another embodiment shown in FIG. 15, steps S3 and S4 in FIG. 14 are omitted. For this reason, in another embodiment, the first and second deterioration countermeasures are executed in step S9. Therefore, the deterioration countermeasure control is not executed until the deterioration suppression control by changing the limit line is executed a predetermined number of times. Other processing steps are the same as those in FIG.
1 固体電解質型燃料電池
2 燃料電池モジュール
10 発電室
12 燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット(固体電解質型燃料電池セル)
18 燃焼室
20 改質器
28 水流量調整ユニット
38 燃料流量調整ユニット(燃料供給手段)
44 改質用空気流量調整ユニット
45 発電用空気流量調整ユニット(酸化剤ガス供給手段)
54 インバータ
84 燃料電池セル
110 制御部
126 電力状態検出センサ(電圧値検出手段、電流値検出手段)
DESCRIPTION OF
18
44 Reforming air flow
54
Claims (10)
前記固体電解質型燃料電池セルを有する燃料電池モジュールと、
この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、
前記燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、前記出力電流値が前記上限電流値を超えないように前記燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、
前記制御手段は、前記燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、劣化により低下した発電電圧値を回復させるように前記燃料供給手段を制御して燃料供給量を増量補正する劣化対応制御を実行するように構成されており、
前記制御手段は、前記劣化判定に基づいて、前記電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する前記上限電流値を、前記劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、
前記制御手段は、前記劣化抑制制御を前記固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、
前記劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、前記上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 A solid oxide fuel cell that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of solid oxide fuel cells,
A fuel cell module having the solid oxide fuel cell;
Fuel supply means for supplying fuel to the fuel cell module;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell module;
Voltage value detection means for detecting a power generation voltage value by the fuel cell module;
Current value detection means for detecting an output current value by the fuel cell module;
Control means for controlling the amount of fuel supplied from the fuel supply means,
The control means sets the upper limit current value to a smaller value as the power generation voltage value is smaller, and performs current limit control for controlling the output power of the fuel cell module so that the output current value does not exceed the upper limit current value. Run,
The control means performs deterioration determination of the fuel cell module and, based on the deterioration determination, controls the fuel supply means so as to recover the power generation voltage value decreased due to deterioration, and corrects the fuel supply amount to increase. Configured to perform response control,
Based on the deterioration determination, the control means changes the upper limit current value for each power generation voltage value used in the current limit control to a value smaller than the upper limit current value used at the time of the deterioration determination. the execution,
The control means is configured to execute the deterioration suppression control a plurality of times within the product life of the solid oxide fuel cell,
The solid electrolyte fuel cell is characterized in that the deterioration suppression control is set so that the deterioration correction control of the first half period is smaller in the decrease correction amount of the upper limit current value than the deterioration suppression control of the second half period .
前記固体電解質型燃料電池セルを有する燃料電池モジュールと、
この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、
前記燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、前記出力電流値が前記上限電流値を超えないように前記燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、
前記制御手段は、前記燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、前記電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する前記上限電流値を、前記劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、
前記制御手段は、前記劣化抑制制御を前記固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、
前記劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、前記上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 A solid oxide fuel cell that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of solid oxide fuel cells,
A fuel cell module having the solid oxide fuel cell;
Fuel supply means for supplying fuel to the fuel cell module;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell module;
Voltage value detection means for detecting a power generation voltage value by the fuel cell module;
Current value detection means for detecting an output current value by the fuel cell module;
Control means for controlling the amount of fuel supplied from the fuel supply means,
The control means sets the upper limit current value to a smaller value as the power generation voltage value is smaller, and performs current limit control for controlling the output power of the fuel cell module so that the output current value does not exceed the upper limit current value. Run,
The control means performs a deterioration determination of the fuel cell module, and based on the deterioration determination, the upper limit current value for each power generation voltage value used in the current limit control is used as the upper limit current value used in the deterioration determination. Execute deterioration suppression control to change to a smaller value ,
The control means is configured to execute the deterioration suppression control a plurality of times within the product life of the solid oxide fuel cell,
The solid electrolyte fuel cell is characterized in that the deterioration suppression control is set so that the deterioration correction control of the first half period is smaller in the decrease correction amount of the upper limit current value than the deterioration suppression control of the second half period .
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