固体电解质型燃料电池的制作方法

专利名称：固体电解质型燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体电解质型燃料电池，尤其涉及一种具有根据要求电力的负荷 量改变燃料供给量的负荷跟踪功能的固体电解质型燃料电池。
背景技术：
为了使燃料电池实用化，使防止燃料电池单电池破损和节能(减少从商用电源得 到的系统电力，增大从燃料电池得到的发电电力)共存是最重要的问题。
现在，科学家们正在开展一种燃料电池即固体电解质型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell 以下也称为“S0FC”)朝向实用化的开发研究。该SOFC是如下燃料电池，将氧 化物离子导电性固体电解质用作电解质，在其两侧安装电极，在其中一侧供给燃料气体，在 另一侧供给空气(氧化剂)，并在较高的温度下发生发电反应来进行发电。
在该SOFC中，由于在供给到燃料电池单电池的氢(燃料)及空气达到稳定地供给 到全部燃料电池单电池(例如串联连接的160根燃料电池单电池)的状态之前，供给到燃 料电池单电池的氢和空气的量非常少，所以存在如下问题，氢和空气的供给量在各个燃料 电池单电池之间变为均等要花费时间。还存在如下问题，由于燃料电池单电池的个体差、温 度差等主要原因，所有的燃料电池单电池达到稳定地进行发电反应的目标状态要花费很长 时间。而且，再加上重整器的氢重整延迟或氢重整量无法达到目标值这样的问题，因而SOFC 存在如下问题，基于上述各种不易管理的不确定因素，在达到理想状态之前的过程中会花 费时间。
另一方面，由于无法向电力公司卖电，因此从节能的观点出发，需要SOFC进行负 荷跟踪控制，其跟踪由根据时间带等较大变化的使用者(普通家庭等)的需求电力确定的 燃料电池的要求电力的变化，使燃料供给量发生变化。但是，由于进行该负荷跟踪控制时， 燃料、空气和水的供给量等发生变化，因此供给到各个燃料电池单电池的燃料量和空气量 无法变得均等，或供给到重整器的水流量偏离目标值等不良现象有可能加重。并且，由于伴 随着负荷跟踪控制还产生燃料电池单电池的温度变化，因此各个燃料电池单电池之间的发 电量有可能产生较大的差距。如果上述的不稳定状态累积起来，则有时会引起燃料电池单 电池破损这样的严重问题。
为了解决上述问题，在专利文献1中公开有如下燃料电池(磷酸型燃料电池)，在 确定根据负荷变化量指示的气体增减量后，经过延迟时间后向燃料电池指示逆变器允许电 流值并输出电力，根据该专利文献1的方法，由于在负荷跟踪时等待变为理想的燃料量之 后取出电力，因此能够抑制伴随着燃料枯竭的燃料电池单电池破损。但是，由于在取出电力 时产生前述时间延迟，所以负荷跟踪性下降，因此从节能性能的立场出发，仅通过前述对应 是不充分的。如此，专利文献1的燃料电池无法解决使提高节能性能和抑制燃料电池单电 池破损共存这样的课题。
另外，在专利文献2中记载有如下燃料电池，当气体重整部(重整器)的温度变为 规定温度以下时，使燃料电池本体对电力转换部(逆变器)的输出停止逐渐增加并维持现状，当温度变为规定温度以上时则使其逐渐增加，以便在重整器因燃料供给不良等暂时陷 入加热不足时，防止装置停止运行。
专利文献1 日本国特许第7-307163号公报
专利文献2 日本国特许第2007-220620号公报
如上所述，原本为了提高节能性能，以迅速地跟踪负荷量的方式使进行燃料电池 电力取出指示的逆变器允许电流值(逆变器允许电力值)迅速地对应于负荷量，将增加速 度及减少速度改变为恰当的值。但是，由于在燃料电池中，发生燃料和水对重整器的供给 延迟、重整反应延迟，进而如上所述，燃料电池单电池也在各种状态下发生不确定的时间延 迟，因此即使将逆变器允许电流值的增加速度及减少速度变更为设计上理想而恰当的值， 也存在因SOFC的各种各样的时间延迟而无法变为理想状态的情况，因此，产生了使燃料电 池单电池破损的问题。换言之，在这种燃料电池的特性上，是反馈控制较为困难，而不得不 进行前馈控制的状况。因此，往往认为使负荷跟踪迅速进行在技术上实现较为困难。
而且，SOFC存在重要的固有问题。S卩，在通常的蓄电池中，即使想要取出比可取出 的电能大的电能，也在物理上无法从蓄电池取出超过其极限值的量，而且不破损，因此没有 任何问题，还能够简单地进行控制。但是，在SOFC中存在如下问题，只要进行超过极限值的 电力取出指示，就会从燃料电池单电池取出这样的电力，该过量的电力取出会导致燃料电 池单电池破损。由于存在这种固有问题，因此在SOFC中，为了在具有不确定因素的情况下 提高负荷跟踪性能，不得不需要精度非常高的控制，因此，认为提高SOFC的节能性能是非 常困难的。发明内容
本发明人在这种情况下，为了解决SOFC的固有问题，进行专心研究，发现在一定 的条件下，即使改变指令电力值(或指令电流值)的增加速度及减少速度(单位时间内的 变化量)，能够防止燃料电池单电池破损，同时还能够确保节能性能。
而且，本发明人发现在固体电解质型燃料电池中，由于在重整器的温度、燃料电池 电堆的温度、外气温度、燃料电池单电池的异常(劣化)等参数的状态发生变化时，也同样 会产生不确定的偏差且变为不稳定的状态，因此还需要同时解决该问题，进一步提高固体 电解质型燃料电池的可靠性。
因而，本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而进行的，其目的在于提供一 种固体电解质型燃料电池，能够使防止燃料电池单电池破损和伴随着负荷跟踪性能提高的 节能共存。
为了达到上述目的，本发明提供一种固体电解质型燃料电池，其具有根据由需求 电力确定的要求电力即负荷改变燃料供给量的负荷跟踪功能，其特征在于，具有燃料电池 模块，具有由多个固体电解质型燃料电池单电池组成的燃料电池电堆及对燃料进行重整并 供给到燃料电池单电池的重整器；逆变器单元，接收由燃料电池模块所发的电力并转换为 交流；指令电力值设定单元，根据负荷量设定燃料电池模块应发的指令电力值；燃料控制 单元，确定并供给向燃料电池单电池供给的燃料流量，以便能够生成指令电力值；逆变器允 许电力值指示单元，通过燃料控制单元向燃料电池单电池供给燃料流量后，向逆变器单元 指示与作为燃料电池模块的电力取出允许量的上述指令电力值相对应的逆变器允许电力值；及逆变器允许电力值改变单元，根据燃料电池模块内的温度，改变之后的逆变器允许电 力值单位时间内的变化量并输出至逆变器允许电力值指示单元，逆变器允许电力值改变单 元使逆变器允许电力值单位时间内的变化量进行如下改变，在第1规定温度以下的温度区 域中温度越高则越大，在温度高于第1规定温度的第2规定温度以上的温度区域中温度越 高则越小。
在如此构成的本发明中，根据负荷量来设定燃料供给量及燃料电池模块应发的 指令电力值，之后，向逆变器单元指示与作为燃料电池模块的电力取出允许量的指令电力 值相对应的逆变器允许电力值，此时，加上固体电解质型燃料电池(SOFC)的重整反应的状 态、空气或燃料遍布于燃料电池单电池全体的状态的变化等因素，根据燃料电池模块内的 温度来改变该逆变器允许电力值单位时间内的变化量，因此，能够防止伴随着燃料枯竭、空 气枯竭的燃料电池单电池破损，并提高负荷跟踪性，还可通过增大从燃料电池得到的发电 电力并减少从商用电源得到的系统电力来实现节能。
而且，在本发明中，由于在第1规定温度以下的温度高的区域中使逆变器允许电 力值单位时间内的变化量变大，因此能够提高负荷跟踪性，由于在第1规定温度以下的温 度低的区域中使逆变器允许电力值单位时间内的变化量变小，因此能够确保燃料电池单电 池的可靠性，同时能够提高节能性能。
而且，在本发明中，在第2规定温度以上的温度区域中，有可能出现重整器异常、 燃料电池单电池异常或劣化等现象，因此，温度越高则变更为使逆变器允许电力值单位时 间内的变化量越小，因此，能够在确保了节能性能的基础上，抑制燃料电池单电池进一步劣 化，并提高可靠性。
在本发明中，优选的燃料电池模块内的温度是重整器的温度，还具有用于检测重 整器温度的重整器温度检测单元。
在如此构成的本发明中，由于根据表示重整反应变化的重整器温度来改变逆变器 允许电力值单位时间内的变化量，因此能够通过吸收重整器重整反应的变化，而使逆变器 允许电力值单位时间内的变化量(变化率)最适化，由此，能够提高燃料电池单电池的可靠 性和节能性能。
在本发明中，由于在重整器温度为第1规定温度以下时的高温区域中，重整器的 重整反应处于稳定状态，因此通过使逆变器允许电力值单位时间内的变化量变大，能够提 高负荷跟踪性，而且，由于在重整器温度为第1规定温度以下时的温度低的区域中，重整反 应不充分，因此使逆变器允许电力值单位时间内的变化量变小，能够确保燃料电池单电池 的可靠性，同时提高节能性能。
在本发明中，由于在重整器温度为第2规定温度以上的异常高温区域内，有可能 出现重整器异常、燃料电池单电池异常(劣化)，在这种情况下，使逆变器允许电力值单位 时间内的变化量变小，能够在确保了节能性能的基础上，抑制燃料电池单电池进一步劣化， 并提高可靠性。
在本发明中，优选的燃料电池模块内的温度是燃料电池电堆的温度，还具有用于 检测燃料电池电堆温度的电堆温度检测单元。
在如此构成的本发明中，由于根据表示发电反应变化的燃料电池电堆的温度来改 变逆变器允许电力值单位时间内的变化量，因此能够根据燃料电池电堆的发电反应的温度状态，而使逆变器允许电力值最适化，由此，能够提高燃料电池单电池的可靠性和节能性 能。
在本发明中，由于在燃料电池电堆为第1规定温度以下的高温区域中，燃料电池 电堆的发电反应处于稳定状态，因此，通过使逆变器允许电力值单位时间内的变化量变大， 能够提高负荷跟踪性，其结果，能够确保燃料电池单电池的可靠性，同时提高节能性能。在 本发明中，在燃料电池电堆温度处在第2规定温度以上的异常高温区域中，燃料电池单电 池有可能会异常(劣化)，而且，虽然供给到燃料电池电堆的发电用空气体积比通常情况下 膨胀，但是空气所包含的氧气量不变，因此氧气浓度下降，由此可以想到供给到燃料电池单 电池的氧气量减少，从而呈现能够参与发电的氧气量减少的状态，在这种情况下，使逆变器 允许电力值单位时间内的变化量变小，能够在确保节能性能的基础上提高燃料电池单电池 的可靠性。
在本发明中，优选的逆变器允许电力值改变单元进行如下控制，使逆变器允许电 力值单位时间内的变化量在第1规定温度和第2规定温度之间的温度区域中为一定。
在如此构成的本发明中，由于在第1规定温度和第2规定温度之间的温度区域中 发电反应、重整反应处于稳定，因此通过不使逆变器允许电力值单位时间内的变化量不合 理地变化而是保持一定，来保持发电反应、重整反应的稳定状态，由此，能够提高节能性能 并提高燃料电池单电池的可靠性。
根据本发明的固体电解质型燃料电池，能够使防止燃料电池单电池破损和伴随着 提高负荷跟踪性能的节能共存。


图1为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的整体结构图2为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的燃料电池模块的正面剖 视图3为沿图2的III-III线的剖视图4为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的燃料电池单电池单元的 局部剖视图5为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的燃料电池电堆的立体图6为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的框图7为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池起动时的动作的时间图8为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池运行停止时的动作的时间 图9为根据本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的要求电力的负荷量 改变燃料供给量并进行负荷跟踪时的运行状态的时间图10为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第1例的线图11为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第2例的线图12为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位时间内的变化量的控制内容的第3例的线图13为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第3例的线图14为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第4例的线图15为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第5例的线图16为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第6例的线图17为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第8例的线图18为本发明第二实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值的变 化的线图19为本发明第二实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第1例的线图20为本发明第二实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第2例的线图21为本发明第二实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第3例的线图22为本发明第二实施方式的固体电解质型燃料电池的逆变器允许电流值单位 时间内的变化量的控制内容的第4例的线图。
具体实施方式
下面，参照

本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池。
图1为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的整体结构图。如图1所示， 本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC) 1具有燃料电池模块2和辅助设备单 元4。
燃料电池模块2具有壳体6，在该壳体6的内部隔着绝热材料(未图示，但是绝热 材料不是必需的结构，没有也是可以的)形成有密封空间8。另外，也可以不设置绝热材料。 在该密封空间8的下方部分即发电室10配置有利用燃料气体和氧化剂(空气)进行发电 反应的燃料电池单电池集合体12。该燃料电池单电池集合体12具有10个燃料电池电堆 14 (参照图5)，该燃料电池电堆14由16根燃料电池单电池单元16 (参照图4)构成。如 此，燃料电池单电池集合体12具有160根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池单电池单 元16全部串联连接。
在燃料电池模块2的密封空间8的所述发电室10的上方形成有燃烧室18，发电反 应中未使用的剩余的燃料气体和剩余的氧化剂(空气)在该燃烧室18内燃烧，生成排放气 体。
在该燃烧室18的上方还配置有对燃料气体进行重整的重整器20，利用上述剩余 气体的燃烧热量将重整器20加热至可进行重整反应的温度。在该重整器20的上方还配置有用于接收燃烧热量以加热空气的空气用换热器22。
辅助设备单元4具有纯水箱沈，贮存来自水管等供水源M的水并通过过滤器使 其成为纯水；及水流量调节单元观(由电动机驱动的“水泵”等)，调节从该贮水箱供给的水 的流量。辅助设备单元4还具有气体截止阀32，截断从城市煤气等的燃料供给源30供给 的燃料气体；脱硫器36，用于从燃料气体除去硫磺；及燃料流量调节单元38 (由电动机驱动 的“燃料泵”等)，调节燃料气体的流量。辅助设备单元4还具有截断从空气供给源40供给 的氧化剂即空气的电磁阀42、调节空气流量的重整用空气流量调节单元44(由电动机驱动 的“空气鼓风机”等)及发电用空气流量调节单元45(由电动机驱动的“空气鼓风机”等)、 加热向重整器20供给的重整用空气的第1加热器46、及加热向发电室供给的发电用空气的 第2加热器48。所述第1加热器46和第2加热器48是为了有效地进行起动时的升温而设 置的，但是也可以省略。
在燃料电池模块2上连接有温水制造装置50，燃料电池模块2向温水制造装置50 供给排放气体。供水源M向该温水制造装置50供给自来水，自来水利用排放气体的热量 成为温水，以供给未图示的外部供热水器的贮热水箱。
在燃料电池模块2上还安装有控制箱52，其用于控制燃料气体的供给量等。
在燃料电池模块2上还连接有电力取出部(电力转换部)即逆变器M，用于将由 燃料电池模块发出的电力(直流电力)转换为交流电力并向外部供给。
下面，根据图2及图3，说明本发明实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃 料电池模块的内部结构。图2为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的 燃料电池模块的正面剖视图，图3是沿图2的III-III线的剖视图。
如图2及图3所示，在燃料电池模块2的壳体6的密封空间8内，如上所述，从下 方依次配置有燃料电池单电池集合体12、重整器20、空气用换热器22。
重整器20安装有用于向其上游端导入纯水的纯水导入管60和用于导入将要重整 的燃料气体和重整用空气的被重整气体导入管62，而且，在重整器20的内部从上游端依次 形成有蒸发部20a和重整部20b，在重整部20b填充有重整催化剂。导入该重整器20的混 合有水蒸气(纯水)的燃料气体及空气通过填充在重整器20内的重整催化剂而被重整。作 为重整催化剂适合使用在赋予镍的氧化铝的球体物质的表面，或在赋予钌的氧化铝的球体 物质的表面。
在该重整器20的下游端连接有燃料气体供给管64，该燃料气体供给管64向下方 延伸，进而在形成于燃料电池单电池集合体12下方的分流器66内水平延伸。在燃料气体 供给管64的水平部6 的下方形成有多个燃料供给孔64b，从该燃料供给孔64b向分流器 66内供给重整后的燃料气体。
在该分流器66的上方安装有用于支撑上述燃料电池电堆14的具有贯穿孔的下支 撑板68，分流器66内的燃料气体被供给到燃料电池单电池单元16内。
接下来，在重整器20的上方设置有空气用换热器22。该空气用换热器22在上游 端具有空气汇集室70，在下游端具有2个空气分配室72，这些空气汇集室70和空气分配 室72通过6个空气流路管74连接。在此，如图3所示，3个空气流路管74成为一组(74a、 7仙、74(、74(1、7如、740，空气汇集室70内的空气从各组空气流路管74流入各自的空气分 配室72。
在空气用换热器22的6个空气流路管74内流动的空气利用在燃烧室18燃烧后 上升的排放气体进行预热。
在各个空气分配室72上连接有空气导入管76，该空气导入管76向下方延伸，其下 端与发电室10的下方空间连通，向发电室10导入预热后的空气。
在分流器66的下方形成有排放气体室78。而且，如图3所示，在沿壳体6长度方 向的面即前面6a和后面6b的内侧，形成有在上下方向上延伸的排放气体通路80，该排放气 体通路80的上端与配置有空气用换热器22的空间连通，下端与排放气体室78连通。
而且，在排放气体室78的下面大致中间位置连接有排放气体排出管82，该排放气 体排出管82的下端连接于图1所示的所述温水制造装置50。
如图2所示，用于点燃燃料气体和空气的点火装置83设置于燃烧室18内。
下面，根据图4对燃料电池单电池单元16进行说明。图4是表示本发明一个实施 方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池单电池单元的局部剖视图。
如图4所示，燃料电池单电池单元16具有燃料电池单电池84和分别连接于该燃 料电池单电池84的上下方向端部的内侧电极端子86。
燃料电池单电池84是在上下方向上延伸的管状结构体，具有在内部形成燃料气 体流路88的圆筒形内侧电极层90、圆筒形外侧电极层92、位于内侧电极层90和外侧电极 层92之间的电解质层94。该内侧电极层90是燃料气体经过的燃料极，为(-)极，另一方 面，外侧电极层92是与空气接触的空气极，为(+)极。
由于安装在燃料电池单电池单元16的上端和下端的内侧电极端子86为相同结 构，所以在此具体地说明安装于上端的内侧电极端子86。内侧电极层90的上部90a具有相 对于电解质层94和外侧电极层92露出的外周面90b和上端面90c。内侧电极端子86隔着 导电性密封材料96与内侧电极层90的外周面90b连接，而且，通过与内侧电极层90的上 端面90c直接接触而与内侧电极层90电连接。在内侧电极端子86的中心部形成有与内侧 电极层90的燃料气体流路88连通的燃料气体流路98。
内侧电极层90由Ni和掺杂有从Ca或Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元 素的氧化锆的混合体、M和掺杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈的混合 体、Ni和掺杂有从Sr、Mg、Co、Fe、Cu中选择的至少一种元素的镓酸镧的混合体中的至少一 种形成。
电解质层94由掺杂有从Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元素的氧化锆、掺 杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈、掺杂有从Sr、Mg中选择的至少一种 元素的镓酸镧中的至少一种形成。
外侧电极层92由掺杂有从Sr、Ca中选择的至少一种元素的锰酸镧、掺杂有从Sr、 Co、Ni、Cu中选择的至少一种元素的铁酸镧、掺杂有从Sr、Fe、Ni、Cu中选择的至少一种元 素的钴酸镧、银等中的至少一种形成。
下面，根据图5对燃料电池电堆14进行说明。图5为本发明一个实施方式的固体 电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池电堆的立体图。
如图5所示，燃料电池电堆14具有16根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池 单电池单元16的下端及上端分别被陶瓷制下支撑板68及上支撑板100支撑。在下支撑板 68及上支撑板100上分别形成有可被内侧电极端子86贯穿的贯穿孔68a及100a。
在燃料电池单电池单元16上还安装有集电体102及外部端子104。该集电体102 由与安装于燃料极即内侧电极层90的内侧电极端子86电连接的燃料极用连接部10 和 与空气极即外侧电极层92的外周面整体电连接的空气极用连接部102b —体地形成。空气 极用连接部102b由在外侧电极层92的表面沿上下方向延伸的铅垂部102c和从该铅垂部 102c沿外侧电极层92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料极用 连接部10 从空气极用连接部102b的铅垂部102c朝向燃料电池单电池单元16的位于上 下方向的内侧电极端子86，向斜上方或斜下方直线延伸。
在位于燃料电池电堆14 一端(图5中左端的里侧及跟前侧)的2个燃料电池单 电池单元16的上端及下端的内侧电极端子86上分别连接有外部端子104。这些外部端子 104与位于邻接的燃料电池电堆14 一端的燃料电池单电池单元16的外部端子104(未图 示)连接，如上所述，160根燃料电池单电池单元16全部串联连接。
下面，根据图6对安装于本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的传感器类 等进行说明。图6为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的框图。
如图6所示，固体电解质型燃料电池1具有控制部110，该控制部110连接有操 作装置112，具有用于使用者操作的“开”、“关”等操作按钮；显示装置114，用于显示发电输 出值(瓦特数)等的各种数据；及警报装置116，在异常状态时发出警报(warning)。
另外，该警报装置116也可以为与位于远距离地点的管理中心连接，向该管理中 心通知异常状态的形式。
接下来，向控制部110输入来自以下说明的各种传感器的信号。
首先，可燃气体检测传感器120是用于检测气体泄漏的元件，安装于燃料电池模 块2及辅助设备单元4。
CO检测传感器122是用于检测原本经过排放气体通路80等向外部排出的排放气 体中的CO是否泄漏在覆盖燃料电池模块2及辅助设备单元4的外部壳体(未图示)中的 元件。
热水贮存状态检测传感器IM是用于检测未图示的供热水器的热水温度、水量等 的元件。
电力状态检测传感器1 是用于检测逆变器M及配电板(未图示)的电流及电 压等的元件。
发电用空气流量检测传感器1 是用于检测向发电室10供给的发电用空气的流 量的元件。
重整用空气流量传感器130是用于检测向重整器20供给的重整用空气的流量的 元件。
燃料流量传感器132是用于检测向重整器20供给的燃料气体的流量的元件。
水流量传感器134是用于检测向重整器20供给的纯水(水蒸气)的流量的元件。
水位传感器136是用于检测纯水箱26的水位的元件。
压力传感器138是用于检测重整器20的外部上端的压力的元件。
排气温度传感器140是用于检测流入温水制造装置50的排放气体的温度的元件。
如图3所示，发电室温度传感器142设置在燃料电池单电池集合体12附近的前面 和后面，是用于检测燃料电池电堆14附近的温度，从而推断燃料电池电堆14(即燃料电池单电池84自身)的温度的元件。
燃烧室温度传感器144是用于检测燃烧室18的温度的元件。
排放气体室温度传感器146是用于检测排放气体室78的排放气体的温度的元件。
重整器温度传感器148是用于检测重整器20的温度的元件，根据重整器20的入 口温度和出口温度计算出重整器20的温度。
外气温度传感器150是当固体电解质型燃料电池(SOFC)配置在室外时用于检测 外气温度的元件。并且，也可以设置测定外气湿度等的传感器。
来自这些传感器的信号发送至控制部110，控制部110根据基于这些信号的数据， 向水流量调节单元观、燃料流量调节单元38、重整用空气流量调节单元44、发电用空气流 量调节单元45发送控制信号，以控制这些单元的空气流量。
控制部110向逆变器M发送控制信号，以控制电力供给量。
下面，根据图7说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作。 图7为本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作的时间图。
最初，为了加热燃料电池模块2，在无负荷状态，即，使包括燃料电池模块2的电路 在开路状态下开始运行。此时，由于电路中没有电流通过，所以燃料电池模块2不进行发 H1^ ο
首先，从重整用空气流量调节单元44经由第1加热器46向燃料电池模块2的重 整器20供给重整用空气。而且，与此同时从发电用空气流量调节单元45经由第2加热器 48向燃料电池模块2的空气用换热器22供给发电用空气，该发电用空气到达发电室10及 燃烧室18。
随后，还从燃料流量调节单元38供给燃料气体，混合有重整用空气的燃料气体经 过重整器20及燃料电池电堆14、燃料电池单电池单元16，到达燃烧室18。
之后，通过点火装置83点火，使燃烧室18内的燃料气体和空气(重整用空气及发 电用空气)燃烧。通过该燃料气体和空气的燃烧生成排放气体，利用该排放气体加热发电 室10，而且，排放气体在燃料电池模块2的密封空间8内上升时，在加热重整器20内的包含 重整用空气的燃料气体的同时，还加热空气换热器22内的发电用空气。
此时，由于通过燃料流量调节单元38及重整用空气流量调节单元44向重整器20 供给混合有重整用空气的燃料气体，所以在重整器20中，进行式(1)所示的部分氧化重整 反应Ρ0Χ。由于该部分氧化重整反应POX是发热反应，所以起动性良好。而且，该升温后的 燃料气体通过燃料气体供给管64向燃料电池电堆14的下方供给，由此，燃料电池电堆14 从下方被加热，而且，由于燃烧室18也通过燃料气体和空气的燃烧而升温，所以燃料电池 电堆14还从上方被加热，结果燃料电池电堆14可以在上下方向上大致均等地升温。即使进 行该部分氧化重整反应Ρ0Χ，在燃烧室18中也仍然持续保持燃料气体和空气的燃烧反应。
CmHn+x02 ^ aC02+bC0+cH2(1)
部分氧化重整反应POX开始后，由重整器温度传感器148检测出重整器20变为规 定温度(例如600°C)时，通过水流量调节单元观、燃料流量调节单元38及重整用空气流量 调节单元44开始向重整器20供给预先混合有燃料气体、重整用空气及水蒸气的气体。此 时，在重整器20中，进行并用有上述的部分氧化重整反应POX和下面所述的水蒸气重整反 应SR的自热重整反应ATR。由于该自热重整反应ATR可取得热量内部平衡，所以在重整器20内以热量自足的状态进行反应。即，当氧(空气)较多时，基于部分氧化重整反应POX的 放热反应占支配地位，当水蒸气较多时，基于水蒸气重整反应SR的吸热反应占支配地位。 由于在该阶段中，已经过起动的初期阶段，发电室10内升温至一定温度，所以即使吸热反 应占支配地位也不会引起大幅度的温度降低。而且，在进行自热重整反应ATR时，在燃烧室 18中也仍然持续进行燃烧反应。
式⑵所示的自热重整反应ATR开始后，由重整器温度传感器146检测出重整器 20变为规定温度(例如700°C)时，停止基于重整用空气流量调节单元44的重整用空气的 供给，同时增加基于水流量调节单元观的水蒸气的供给。由此，向重整器20供给不含空气 而仅包含燃料气体和水蒸气的气体，在重整器20中，进行式(3)的水蒸气重整反应SR。
CmHn+x02+yH20 → aC02+bC0+cH2(2)
CmHn+xH20 → aC02+bC0+cH2(3)
由于该水蒸气重整反应SR是吸热反应，所以与来自燃烧室18的燃烧热量取得热 平衡并进行反应。由于该阶段是燃料电池模块2起动的最终阶段，所以发电室10内升温至 足够高的温度，因此，即使进行吸热反应，也不会导致发电室10大幅度的温度降低。而且， 即使进行水蒸气重整反应SR，在燃烧室18中也仍然持续进行燃烧反应。
如此，燃料电池模块2通过点火装置83点火后，通过依次进行部分氧化重整反应 Ρ0Χ、自热重整反应ATR、水蒸气重整反应SR，使发电室10内的温度逐渐上升。之后，当发电 室10内及燃料电池单电池84的温度达到比使燃料电池模块2稳定地工作的额定温度低的 规定的发电温度后，使包括燃料电池模块2的电路闭合，开始基于燃料电池模块2的发电， 由此，电路通电。通过燃料电池模块2的发电，燃料电池单电池84自身也发热，燃料电池单 电池84的温度也上升。其结果使燃料电池模块2工作的额定温度达到600°C 800°C。
此后，为了保持额定温度，向燃烧室18中供给比燃料电池单电池84中消耗的燃料 气体及空气的量多的燃料气体及空气，使燃烧室18中的燃烧持续。另外，在发电中以重整 效率高的水蒸气重整反应SR进行发电。
下面，根据图8说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动 作。图8是通过本实施方式表示固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作的时间 图。
如图8所示，进行燃料电池模块2的运行停止时，首先，操作燃料流量调节单元38 及水流量调节单元观，减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给量。
进行燃料电池模块2的运行停止时，在减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给 量的同时，增大基于发电用空气流量调节单元45的发电用空气对燃料电池模块2内的供给 量，利用空气冷却燃料电池单电池集合体12及重整器20，使它们的温度降低。其后，当发电 室的温度降低至规定温度400°C时，停止向重整器20供给燃料气体及水蒸气，结束重整器 20的水蒸气重整反应SR。该发电用空气的供给持续至重整器20的温度降低至规定温度例 如200°C，在变为该规定温度时，停止从发电用空气流量调节单元45供给发电用空气。
如此，在本实施方式中，由于进行燃料电池模块2的运行停止时，并用基于重整器 20的水蒸气重整反应SR和基于发电用空气的冷却，所以能够在较短的时间内使燃料电池 模块的运行停止。
下面，如图1及6所示，本实施方式的固体电解质型燃料电池1配置在家庭或店铺等设施56，从逆变器M向设施56供给发电电力。而且，该设施56还连接有商用电源58， 从该商用电源58供给系统电力。
本实施方式的固体电解质型燃料电池1将设施56所需的需求电能的全部或一部 分电能设定为固体电解质型燃料电池1的要求电力P，对应于该要求电力P进行基于改变发 电输出值的负荷跟踪的运行。
如图6所示，固体电解质型燃料电池1具有指令电流值设定部111，其根据由设施 56所需的需求电力确定的固体电解质型燃料电池1的要求电力P，设定固体电解质型燃料 电池1应发的电力的电流量即指令电流值Is。
下面，根据图9说明本实施方式的固体电解质型燃料电池的负荷跟踪时的运行状 态。
在此，本实施方式的固体电解质型燃料电池1所产生的电力(实发电力)根据住 宅等设施56所需的需求电力(总需求电力)来进行控制，但是在需求电力超过可由固体电 解质型燃料电池1产生的最大额定电力时，不足部分由系统电力供给[在此，将需求电力 中固体电解质型燃料电池1所被要求的分担量称为要求电力(负荷量)P]。而且，由于要 求电力的时间变化激烈，所以固体电解质型燃料电池1所产生的电力很难完全对其进行跟 踪。因此，固体电解质型燃料电池1 (燃料电池模块2~)所产生的电力将抑制为可跟踪要求 电力P变化程度的指令电力作为目标值来进行控制。而且，由于在根据指令电力控制燃料 供给量等时，在燃料电池模块2内实际生成电力也需要时间，所以从燃料电池模块2实际取 出的实发电力距燃料供给存在时间延迟，因此，预想距燃料供给的时间延迟从而对输出至 逆变器且作为实际上用于取出电力的容许值的允许信号即逆变器允许电力进行输出。
另外，在本实施方式中，由于固体电解质型燃料电池1以逆变器M的输出电压为 100V的方式工作，所以上述的要求电力、最大额定电力、逆变器允许电力、实发电力分别与 要求电流、最大额定电流、逆变器允许电流、实发电流成比例。而且，虽然本实施方式的固体 电解质型燃料电池1根据这些电流值进行控制，但是固体电解质型燃料电池1即使将这些 “电流”替换成“电力”也能够实施同样的控制。另外，在本发明的权利要求的范围内，作为 包括电流控制的记载使用了广义的电力(指令电力、逆变器允许电力等)，并不是以电流进 行限定解释的记载。
图9是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池对应于需求电力改变 发电输出值的负荷跟踪时的运行状态的时间图。在此，图9的横轴表示时间，由tl t5表 示指令电流值Is变化的典型时刻。另一方面，图9的纵轴从上方向下方按时间顺序表示设 定要求电力P到在逆变器M中输出允许取出实发电力已的逆变器允许电流Isinv的工序 ⑴ (iv)。
首先，如图9所示，固体电解质型燃料电池1在根据设施56所需的需求电力确定 了固体电解质型燃料电池1的要求电力P(负荷量)后(参照图9的“(i)要求电力P”)， 根据该要求电力P，通过指令电流设定部111设定固体电解质型燃料电池1应发的电流量即 指令电流Is(参照图9的“ (ii)指令电流Is”)。
在此，在本实施方式中，指令电流Is根据要求电力P即负荷量设定为单位时间内 发生变化的电流的变化量。另外，在现有的固体电解质型燃料电池中，为了防止单电池破 损，指令电流单位时间内的变化量设定为0. 5A/min,以相当慢的速度增大。
之后，控制部110根据由指令电流设定部111设定的指令电流Is，设定从燃料流量 调节单元38向燃料电池模块2内的重整器20供给的燃料供给量F。而且，控制燃料流量调 节单元38，以便使该燃料供给量F根据指令电流Is的变化增大或减少，并至少能够输出指 令电流Is，进行跟踪所要求的负荷的燃料供给。
同时，通过燃料流量传感器132检测出从燃料流量调节单元38向重整器20实 际供给的燃料供给量的实测值即实际燃料供给量FJ参照图9的“(iii)实际燃料供给量Fr “)
之后，控制部110根据由指令电流设定部111设定的指令电流值Is及前面检测出 的实际燃料供给量&，设定从发电用空气流量调节单元45向燃料电池模块2内的燃料电池 单电池集合体12供给的发电用空气供给量A。
同样，控制部110根据由指令电流设定部111设定的指令电流值Is及前面检测出 的实际燃料供给量Fr，设定从水流量调节单元观向燃料电池模块2内的重整器20供给的 水供给量W。
之后，控制部110允许取出实发电力Pp将对应于上述指令电流Is的逆变器允许电 流Isinv的控制信号发送至逆变器M，控制供给到设施56的电力供给量。在此，在本实施方 式的固体电解质型燃料电池1中，逆变器允许电流Isinv通常是相当于从燃料电池模块2向 逆变器M实际输出的电流(实发电流I》的值(参照图9的“(iv)逆变器允许电流Isinv”)。
如图9所示，在本实施方式的固体电解质型燃料电池1中，具有如下特性，根据在 后面说明详细内容的负荷状态，改变指示给逆变器M的逆变器允许电流Isinv单位时间内的 变化量，即，可取得多个逆变器允许电流值单位时间内的变化量不同的值，因此，通过防止 伴随着燃料枯竭、空气枯竭的燃料电池单电池破损，并提高负荷跟踪性，可以增大从燃料电 池得到的发电电力并减少从商用电源得到的系统电力，从而实现节能。控制部110如此改 变逆变器允许电流Isinv单位时间内的变化量，将该改变后的逆变器允许电流Isinv单位时间 内的变化量输出至逆变器M。
下面，通过图10至图17说明由控制部110执行的如下控制内容，使本实施方式的 固体电解质型燃料电池的用于负荷跟踪的相对于负荷量的逆变器允许电流值单位时间内 的变化量变化。以下，虽然说明在各种负荷状态下改变逆变器允许电流值单位时间内的变 化量，提高负荷跟踪性，由此提高节能性能的例子，但是这些例子可以根据需要任意地组合 实施。
首先，通过图10说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量 的控制内容的第1实施例。
如图10所示，逆变器允许电流值单位时间内的变化量(逆变器允许电流值变化 量)由负荷的变化量(负荷变化量)及负荷变化量的正和负来决定。
首先，逆变器允许电流值单位时间内的变化量(指令电流值变化量)在负荷变化 量较小时与较大时相比设定为较小。具体为，负荷变化量较小时，设定逆变器允许电流值变 化量为ΙΑ/min (负荷变化量为正)、lA/min及3A/min (负荷变化量为负)，在负荷变化量较 大时，设定逆变器允许电流值变化量为2A/min (负荷变化量为正)、5A/min (负荷变化量为 负)。
在此，由于负荷变化量小时燃料及空气的变化量也小，所以相对于燃料电池单电池全体的燃料蔓延、稳定性不好，因此，如果增大燃料电池的发电电能，则对燃料电池单电 池产生影响，但是根据本实施方式第1实施例的固体电解质型燃料电池，在这种情况下，减 小逆变器允许电流值单位时间内的变化量，能够切实地防止前述现象。
如图10所示，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量(逆变器允许电流值变化 量)在负荷变化量为正的情况(负荷量增大时)及负的情况(负荷量减少时)两者中进行 改变，但是使逆变器允许电流值单位时间内的变化量(逆变器允许电流值变化量)在负荷 变化量为负的情况下与正的情况相比改变为较大的值。
如此，在本实施方式的第1实施例中，由于使逆变器允许电流值单位时间内的变 化量(逆变器允许电流值变化量)在负荷变化量为负时与为正时相比改变为较大的值，因 此能够通过提高燃料电池对负荷量向负方向变化的跟踪性，抑制无谓的燃料消耗，同时由 于在负荷量急剧增加时减小逆变器允许电流值单位时间内的变化量，因此发生逆变器允许 电流值的跟踪延迟，由此能够切实地防止逆变器进行过量电力供给。
下面通过图11说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的 控制内容的第2实施例。
如图11所示，在时刻t6 t7之间，作为目标的逆变器允许电力值与现在的逆变 器允许电力值的偏差(=作为目标的逆变器允许电流值-现在的逆变器允许电流值)为 正(即作为目标的逆变器允许电流值>现在的逆变器允许电流值)且负荷量正在减少的状 态。在本实施方式的第2实施例中，在这种状态时，抑制逆变器允许电流值单位时间内的变 化量减少。具体为，将逆变器允许电流值单位时间内的变化量从虚线A改变至实线B。
根据该本实施方式的第2实施例，由于在作为目标的逆变器允许电力值与现在的 逆变器允许电力值的偏差为正且负荷量正在减少的状态下，改变逆变器允许电流值单位时 间内的变化量，抑制逆变器允许电流值的变化量减少，因此能够通过增大从燃料电池得到 的发电电能并减少从商用电源得到的系统电力来实现节能。而且，根据逆变器允许电流值 的偏差量改变为抑制负荷量正在减少时的逆变器允许电流值单位时间内的变化量减少，因 此，能够提高跟踪性。
下面通过图12及图13说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变 化量的控制内容的第3实施例。
在第3例中，之后的逆变器允许电流值单位时间内的变化量在现在的逆变器允许 电流值较大时与较小时相比修正为较大的值。具体为，如图12所示，在现在的逆变器允许 电流值为OA 3A之间时，逆变器允许电流值的值越大，则逆变器允许电流值单位时间内的 变化量的修正量变为越大的值，在现在的逆变器允许电流值为3A以上时，修正量变为固定 值。而且，现在的逆变器允许电流值为2A时，修正量为“1”。
图13中示出如此改变现在的逆变器允许电流值单位时间内的变化量而计算出的 之后的逆变器允许电流值。图13中示出根据现在的逆变器允许电流值而改变的之后的逆 变器允许电流值单位时间内的变化量为2A/min的例子，由虚线A表示该变化量，实际上是 实线B所示的相应变化。
根据本实施方式的第3实施例，在逆变器允许电流值是较大的值时，即在发电电 能高的状态下发生发电反应，燃料电池单电池也处于高温并稳定，因此，即便使之后的逆变 器允许电流值单位时间内的变化量，在现在的逆变器允许电流值较大时与较小时相比，改变为较大的值来提高跟踪灵敏度，也能够抑制给予燃料电池单电池的不良影响。
下面通过图14说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的 控制内容的第4实施例。
在该第4实施例中，根据过去的逆变器允许电流值的状态改变逆变器允许电流值 单位时间内的变化量。即，过去的逆变器允许电流值的变化率越大，则以逆变器允许电流值 单位时间内的变化量越大的方式，改变之后的逆变器允许电流值单位时间内的变化量。
作为过去的逆变器允许电流值的状态，优选使用例如过去5次逆变器允许电流值 的差分平均值。而且，也可以使用过去5次逆变器允许电流值本身的平均值。
根据该本实施方式的第4实施例，由于在指令电流值变化率小的发电初期重整延 迟，燃料、空气的分散性低且不稳定，因此通过较小地抑制指令电流值单位时间内的变化 量，能够切实地防止燃料枯竭，另一方面，在指令电流值变化率大的转入发电的过程中，可 实现空气的分散性、重整的稳定性，因此，可通过增大逆变器允许电流值单位时间内的变化 量来实现提升跟踪性，提高节能性能。
下面通过图15说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的 控制内容的第5实施例。
在第5实施例中，使现在的逆变器允许电流值单位时间内的变化量，相对于作为 目标的逆变器允许电流值的偏差越小，则修正量越小。具体为，如图15所示，在逆变器允许 电流值的偏差为OA 2A之间的区域中，逆变器允许电流值的偏差越大，则逆变器允许电流 值单位时间内的变化量的修正量越大，在逆变器允许电流值的偏差为2A以上的区域中，修 正量变为固定值。而且，逆变器允许电流值的偏差为1.5々时，修正量为“1”。
根据该本实施方式的第5实施例，由于现在的逆变器允许电流值相对于作为目标 的逆变器允许电流值的偏差越小，则使现在的逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正 量越小，因此能够提高跟踪性。而且，由于在偏差变小的过程中，逆变器允许电流值单位时 间内的变化量也下降，且逆变器允许电流值缓慢地达到作为目标的逆变器允许电流值，因 此能够切实地防止燃料枯竭。
下面通过图16说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的 控制内容的第6实施例。
在第6实施例中，针对逆变器允许电流值单位时间内的变化量设定3个不同的比 例特性，根据负荷的变化量，选择这些比例特性中的1个，通过被选择的比例特性，改变逆 变器允许电流值单位时间内的变化量。
具体为，如图16所示，设定在负荷变化量大时所选择的逆变器允许电流值单位时 间内的变化量为3A/min的比例特性Bi，在负荷变化量中时所选择的逆变器允许电流值单 位时间内的变化量为2A/min的比例特性B2，在负荷变化量小时所选择的逆变器允许电流 值单位时间内的变化量为lA/min的比例特性B3，根据负荷变化量的大小，选择这些比例特 性中的一个。
在该第6例中，能够实现燃料电池控制的简便性，同时能够相对于变化的负荷量 使逆变器允许电流值的变化稳定，其结果，能够使燃料、空气、重整反应稳定。
下面说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的控制内容 的第7实施例。
在第7实施例中，将图16所示的对应于多个比例特性的负荷变化量(大、中、小) 设定为处于根据负荷量所确定的指令电流值的上下范围内，而且，即使在负荷变化量超过 由比例特性Bl规定的最大负荷变化量时，也限制为选择规定了最大的负荷量变化量的比 例特性Bi。
根据该第7实施例，由于即使负荷量较大地变化，也能抑制逆变器允许电流值单 位时间内的变化量，因此可实现燃料、空气、重整反应的稳定化。
下面通过图17说明本实施方式的改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的 控制内容的第8实施例。
在该第8实施例中，针对现在的逆变器允许电流值相对于作为目标的逆变器允许 电流值的偏差预先准备3个不同的比例特性，根据偏差的大小，选择这些比例特性中的1 个，通过该被选择的比例特性，改变现在的逆变器允许电流值单位时间内的变化量。
具体为，如图17所示，设定现在的逆变器允许电流值相对于作为目标的逆变器允 许电流值的偏差为3A以上的为比例特性Cl，偏差为IA 3A的为比例特性C2，偏差为小于 IA的为比例特性C3，根据偏差的大小，选择这些比例特性中的一个。
根据该第8实施例，与现在的逆变器允许电流值相对于作为目标的逆变器允许电 流值的偏差相对应地设定多个比例特性，因此，可实现控制的简单化，可通过采用针对偏差 最合适的特性来实现稳定性和稳定化，能够使节能性能和防止燃料枯竭共存。
在本实施方式中，也可以与上述的第1实施例至第8实施例同时执行以下的控制。 即，也可以在改变现在的逆变器允许电流值相对于作为目标的逆变器允许电流值的偏差的 单位时间内的变化量的同时，与所述的现在的逆变器允许电流值相对于作为目标的逆变器 允许电流值的偏差的单位时间内的变化量相对应地改变燃料供给量。
由此，根据本实施方式，由于在改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的同 时，与该逆变器允许电流值单位时间内的变化量相对应地使燃料供给量随之改变，因此可 在进一步提高燃料电池单电池可靠性的状态下提高负荷跟踪性。
下面，通过图18至图22，说明根据本发明第二实施方式的固体电解质型燃料电池 的用于负荷跟踪的规定参数(上述的负荷状态以外的参数)使逆变器允许电流值单位时间 内的变化量变化的控制内容。以下，虽然说明通过根据重整器温度、燃料电池电堆温度、外 气温度等参数来改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量，来提高燃料电池单电池的可 靠性，使节能性能提高的例子，但是这些例子可以根据需要任意地组合实施。
首先，通过图18说明作为通过第二实施方式的逆变器允许电流值改变单元来改 变逆变器允许电流值单位时间内的变化量的前提的逆变器允许电流值的变化。
如图18所示，为使逆变器允许电流值达到作为目标的逆变器允许电流值，逆变器 允许电流值以单位时间内的变化量为2A/min发生变化。
下面通过图19说明通过第二实施方式的逆变器允许电流值改变单元使基于规定 的参数即“重整器温度”的逆变器允许电流值单位时间内的变化量变化的控制内容(第1实 施例)。
如图19所示，重整器温度从开始重整反应的低温区域转入重整反应稳定进行的 稳定高温区域。而且，在重整器变为异常状态，或燃料电池单电池劣化并处于高温的情况 下，重整器温度也变为处于比稳定高温区域更高温的异常高温区域。
在本实施方式中，首先，根据这种重整器温度的状态，修正逆变器允许电流值单位 时间内的变化量。
根据该本发明第二实施方式的第1实施例，由于根据表示重整反应变化的重整器 温度修正逆变器允许电流值单位时间内的变化量，因此能够通过吸收重整器重整反应的变 化，而使逆变器允许电流值单位时间内的变化量(即变化率)最适化，由此，能够提高燃料 电池单电池的可靠性和节能性能。
如图19所示，在第二实施方式的第1实施例中，由于重整器温度为A°C以下时，重 整器温度处于低温区域，因此修正量小于“ 1 ”，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量 修正为变小。由于重整器温度为A°C C°C时，重整器温度处于高温状态，因此修正量大于 “ 1 ”，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变大。而且，由于重整器温度为B°C C°C时，处于稳定高温区域，因此指令电力值单位时间内的变化量的修正量为一定。
如此，在第1实施例中，在重整器温度为第1规定温度(重整器温度为B°C )以下 的温度区域中，重整器温度越高，则逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为越大。
根据该第二实施方式的第1例，在重整器为第2规定温度(重整器温度为C°C)以 下的温度区域中，在重整器温度为A°C C°C的高温状态下，重整器中的重整反应处于稳定 状态，因此，通过使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变大，能够提高负荷跟踪 性。而且，由于在重整器温度为A°C以下且重整器温度低的重整反应不充分的低温状态下， 使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变小，因此能够确保燃料电池单电池的可 靠性，同时提高节能性能。
而且，如图19所示，在第二实施方式的第1例中，在判断出重整器温度处在第2规 定温度(重整器温度为c°c)以上的异常高温区域时，使指令电流值单位时间内的变化量修 正为变小。
根据该第二实施方式的第1实施例，在重整器温度处在异常高温区域的情况下， 有可能出现重整器异常、燃料电池单电池异常(劣化)，因此，在这种情况下，使逆变器允许 电流值单位时间内的变化量修正为变小，因此，能够在确保节能性能的基础上，抑制燃料电 池单电池进一步劣化，并提高可靠性。
下面通过图20说明通过第二实施方式的第2指令电流值改变单元使基于规定 的参数即“燃料电池电堆温度”的逆变器允许电流值单位时间内的变化量变化的控制内容 (第2实施例)。
如图20所示，燃料电池电堆温度从开始发电反应的低温区域转入发电反应稳定 进行的稳定高温区域。而且，在燃料电池单电池劣化的情况下，燃料电池电堆温度处在比稳 定高温区域更高温的异常高温区域。
在本实施方式中，首先，根据燃料电池电堆温度的状态，修正逆变器允许电流值单 位时间内的变化量并修正逆变器允许电流值。
根据该本发明第二实施方式的第2实施例，由于根据表示发电反应变化的燃料电 池电堆的温度状态，来修正逆变器允许电流值单位时间内的变化量，因此能够根据燃料电 池电堆发电反应的温度状态，使逆变器允许电流值最适化，由此，能够提高燃料电池单电池 的可靠性和节能性能。
如图20所示，在第二实施方式的第2实施例中，燃料电池电堆温度为D°C以下时，修正量小于“1”，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变小，在重整器温度为 D°C F°C时，修正量大于“1”，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变大。而 且，由于燃料电池电堆温度为E°C F°C时，处于稳定高温区域，因此逆变器允许电流值单 位时间内的变化量的修正量为一定。
如此，在第2实施例中，在燃料电池电堆温度为第1规定温度(燃料电池电堆温度 为EV )以下的温度区域中，燃料电池电堆温度越高，则逆变器允许电流值单位时间内的变 化量修正为越大，从而对指令电流值进行改变。
根据该第二实施方式的第2实施例，由于燃料电池电堆在规定温度(燃料电池电 堆温度为F°C )以下的温度区域中处于高温状态时，燃料电池电堆中的发电反应处于稳定 状态，因此通过使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变大，能够提高负荷跟踪 性，其结果，能够确保燃料电池单电池的可靠性，同时提高节能性能。
如图20所示，在第二实施方式的第2实施例中，在判断出燃料电池电堆温度处在 第2规定温度(燃料电池电堆温度为F°C)以上的异常高温区域时，使逆变器允许电流值单 位时间内的变化量修正为变小。
根据该第二实施方式的第2实施例，在燃料电池电堆温度处在第2规定温度以上 的异常高温区域时，燃料电池单电池有可能会异常(劣化)，而且，虽然供给到燃料电池电 堆的发电用空气体积比通常状况下膨胀，但是空气所包含的氧气量不变，因此氧气浓度下 降，由此可以想到供给到燃料电池单电池的氧气量减少，从而出现能够参与发电的氧气量 减少的情况，在这种情况下，使逆变器允许电力值单位时间内的变化量修正为变小，能够在 确保节能性能的基础上提高燃料电池单电池的可靠性。
下面通过图21说明通过第二实施方式的第2指令电流值改变单元使基于规定的 参数即“外气温度”的逆变器允许电流值单位时间内的变化量变化的控制内容(第3实施 例)。
如图21所示，在第2实施方式的第3例中，外气温度越低，则逆变器允许电流值 单位时间内的变化量修正为越小。具体为，如图21所示，在外气温度高于H°C的温度区域 时，修正量大于“ 1 ”，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变大，在外气温度为 G0C H°C时，修正量为“ 1 ”，不修正逆变器允许电流值单位时间内的变化量，在外气温度为 G0C以下的低温区域中，修正量小于“ 1 ”，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为 变小。
根据该第二实施方式的第3实施例，由于在外气温度低的低温下，燃料电池电堆 周边空间的温度变小，而且，可以想到重整器中产生的水蒸气降低，因此跟踪这种状态，使 逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为变小，能够提高节能性能并提高燃料电池单 电池的可靠性。
下面通过图22说明通过第二实施方式的第2指令电流值改变单元使基于规定的 参数“燃料电池单电池的异常状态”的逆变器允许电流值单位时间内的变化量变化的控制 内容(第4实施例)。
首先，由于燃料电池单电池经过长年使用会逐渐劣化，因此在该燃料电池单电池 变为劣化状态时判断为异常状态。例如，燃料电池单电池通过使燃料气体供给量、发电用空 气供给量、供水量以对应于上限额定发电输出(例如700W)的供给量维持规定时间，使燃料电池单电池的运行状态稳定，在其稳定后，发电室温度高于规定温度时判断为劣化。而且， 过滤器堵塞等也判断为燃料电池单电池处于异常状态。
在该第二实施方式的第4实施例中，在判断燃料电池单电池处于异常时，如图22 所示，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量变小，具体为，将2A/min修正为0. 5A/min。
根据该第二实施方式的第4实施例，在判断为燃料电池单电池因燃料电池单电池 劣化或过滤器堵塞等而处于异常状态时，使逆变器允许电流值单位时间内的变化量修正为 变小，使逆变器允许电流值下降，因此，能够提高节能性能并提高燃料电池单电池的可靠 性。
下面，说明本发明第三实施方式的固体电解质型燃料电池。该第三实施方式组合 了上述的第一实施方式的第1逆变器允许电流值改变单元和第二实施方式的第2逆变器允 许电流值改变单元。
具体为，首先通过第1逆变器允许电流值改变单元，根据负荷量改变逆变器允许 电流值单位时间内的变化量，之后，通过第2逆变器允许电流值改变单元，根据规定的参数 进一步改变由该第1逆变器允许电流值改变单元改变的逆变器允许电流值单位时间内的变化量。
在该第三实施方式中，也可以根据需要适当组合上述的第一实施方式中的第1实 施例至第8实施例，而且，还可以根据需要适当组合上述的第二实施方式中的第1实施例至 第4实施例。
根据该第三实施方式，首先通过第1逆变器允许电流值改变单元，根据负荷量改 变逆变器允许电流值单位时间内的变化量，之后，通过第2逆变器允许电流值改变单元，判 断发电反应、重整反应的变化所产生的状况并进一步改变逆变器允许电流值单位时间内的 变化量，因此，通过设置根据负荷量最合适地改变逆变器允许电流值单位时间内的变化量 的第1逆变器允许电流值改变单元，能够提高对负荷的控制灵敏度，而且，还根据负荷以外 的参数来改变逆变器允许电流值，因此，可保证燃料电池单电池的可靠性，能够较大并安全 地提高负荷跟踪性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种固体电解质型燃料电池，其具有根据由需求电力确定的要求电力即负荷改变燃 料供给量的负荷跟踪功能，其特征在于，具有燃料电池模块，具有由多个固体电解质型燃料电池单电池组成的燃料电池电堆及对燃 料进行重整并供给到燃料电池单电池的重整器；逆变器单元，接收由所述燃料电池模块所发的电力并转换为交流；指令电力值设定单元，根据所述负荷量设定上述燃料电池模块应发的指令电力值；燃料控制单元，确定并供给向燃料电池单电池供给的燃料流量，以便能够生成所述指 令电力值；逆变器允许电力值指示单元，通过所述燃料控制单元向燃料电池单电池供给燃料流量 后，向所述逆变器单元指示与作为所述燃料电池模块的电力取出允许量的所述指令电力值 相对应的逆变器允许电力值；及逆变器允许电力值改变单元，根据所述燃料电池模块内的温度，改变之后的逆变器 允许电力值单位时间内的变化量并输出至所述逆变器允许电力值指示单元，所述逆变器允许电力值改变单元使逆变器允许电力值单位时间内的变化量进行如下 改变，在第1规定温度以下的温度区域中温度越高则所述逆变器允许电力值单位时间内的 变化量越大，在温度高于第1规定温度的第2规定温度以上的温度区域中温度越高则所述 逆变器允许电力值单位时间内的变化量越小。
2.根据权利要求1所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，所述燃料电池模块内的温度是所述重整器的温度，还具有用于检测重整器温度的重整 器温度检测单元。
3.根据权利要求1所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，所述燃料电池模块内的温度是上述燃料电池电堆的温度，还具有用于检测燃料电池电 堆温度的电堆温度检测单元。
4.根据权利要求1所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，所述逆变器允许电力值改变单元进行如下控制，使逆变器允许电力值单位时间内的变 化量在所述第1规定温度和第2规定温度之间的温度区域中为一定。
全文摘要
本发明提供一种能够使防止燃料电池单电池破损和节能共存的SOFC。本发明的SOFC具有负荷跟踪功能，其具有模块；逆变器；设定单元，根据负荷量设定模块应发的指令电力值；燃料控制单元，向单电池供给燃料，以便能够生成指令电力值；指示单元，向单电池供给燃料流量后，向逆变器单元指示与作为模块的电力取出允许量的指令电力值相对应的逆变器允许电力值；及逆变器允许电力值改变单元，改变逆变器允许电力值单位时间内的变化量并输出至指示单元，逆变器允许电力值改变单元使逆变器允许电力值单位时间内的变化量进行如下改变，在第1规定温度以下的温度区域中温度越高则越大，在温度高于第1规定温度的第2规定温度以上的温度区域中温度越高则越小。
文档编号H01M8/04GK102035005SQ20101050036
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月30日
发明者中野清隆, 土屋胜久, 大塚俊治, 大江俊春, 重住司 申请人:Toto株式会社