專利名稱：固體電解質(zhì)型燃料電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固體電解質(zhì)型燃料電池，尤其涉及能夠對應于要求發(fā)電量來變更發(fā)電輸出值的固體電解質(zhì)型燃料電池。
背景技術：
固體電解質(zhì)型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell 以下也稱為“SOFC”)是將氧化物離子導電性固體電解質(zhì)用作電解質(zhì)，在其兩側安裝電極，在一側供給燃料氣體，在另一側供給氧化劑(空氣、氧等)，并在較高的溫度下發(fā)生發(fā)電反應從而進行發(fā)電的燃料電池。在該SOFC中，利用經(jīng)過氧化物離子導電性固體電解質(zhì)的氧離子和燃料的反應生成水蒸氣或二氧化碳，產(chǎn)生電能及熱能。向SOFC外部取出電能，使用于各種電氣用途。另一方面，熱能傳遞給燃料、SOFC及氧化劑等，使用于使它們的溫度上升。
以往的SOFC通常在將發(fā)電輸出保持為一定的狀態(tài)下進行運行，但是將SOFC設置于夜間幾乎沒有供電需求的設施、晝夜的供電需求較大地變化的設施等時，需要根據(jù)要求發(fā)電量使發(fā)電輸出值變化。專利文獻1中提出有如下S0FC，根據(jù)該要求發(fā)電量使發(fā)電輸出值變化時，通過控制SOFC以防止SOFC的反應溫度急劇地變化，而在短期間內(nèi)使SOFC的工作狀態(tài)穩(wěn)定。S卩，在該專利文獻1的SOFC中，通過控制氧化劑供給量及氧化劑溫度的一方或雙方，使SOFC的反應溫度T與發(fā)電輸出變更前的SOFC的反應溫度TO滿足 "T0-10彡T彡T0+10”，從而防止SOFC的反應溫度急劇地變化。專利文獻1 日本國特開2003-115315號公報如上述的專利文獻1那樣，由于將SOFC的反應溫度T保持于以發(fā)電輸出變更前的反應溫度TO為中心的規(guī)定范圍(士 10°C)內(nèi)與只是適當控制SOFC的各種運行參數(shù)而使 SOFC運行條件最佳化時相比，能夠在短時間內(nèi)使SOFC穩(wěn)定，因此其自身是有用的技術。然而，使SOFC產(chǎn)品化時，SOFC的燃料電池單電池是具備多層不同材料的陶瓷制品，因此，穩(wěn)定地制作設置在1臺SOFC中的幾十個、幾百個燃料電池單電池的每1根在成型、燒成方面極為困難。而且，在各燃料電池單電池中發(fā)生材料的組成不均、形狀稍稍翹曲。 其結果，在燃料電池單電池中產(chǎn)生個體差異，由此，存在如下問題，在這種具備很多燃料電池單電池的SOFC這樣的裝置(系統(tǒng))間也產(chǎn)生較大的個體差異。但是，考慮這種不確定的個體差異，以不對燃料電池單電池給予較大損傷的方式，對SOFC進行運行控制是極為困難的。具體為，根據(jù)要求發(fā)電量使發(fā)電輸出值變化而進行負荷跟蹤時，例如在要求發(fā)電量降低時，需要使燃料供給量降低從而抑制不必要的能量消耗，但是此時，需要根據(jù)由在開發(fā)階段得到的實驗值而預先生成的燃料供給控制特性，進行使燃料供給量正確地降低的控制。但是，進行負荷跟蹤時，由于上述的燃料電池單電池自身所具有的不確定的個體差異， 發(fā)電反應不會如希望的那樣來進行，有時燃料電池單電池的溫度在控制上會脫離合適于所希望的發(fā)電反應的溫度區(qū)域。在這種不理想的狀態(tài)下(合適的溫度區(qū)域外)進行發(fā)電反應時，在燃料電池單電池上施加較大的負擔，存在燃料電池單電池的耐久性降低這樣的問題。 為了進行產(chǎn)品化，必須解決這種SOFC特有的問題。而且，作為SOFC從最適合于發(fā)電反應的溫度區(qū)域脫離的主要原因，外氣變?yōu)楫惓５牡蜏鼗蚋邷貢r、變?yōu)楫惓５母邼穸然蚋稍餇顟B(tài)時，也從燃料的燃燒狀態(tài)、重整狀態(tài)所希望的穩(wěn)定狀態(tài)偏離，由此，還存在如下問題，燃料電池單電池的溫度從合適的溫度區(qū)域脫離， 燃料電池單電池的耐久性降低。在專利文獻1的SOFC中，在發(fā)電輸出的變化前和變化后，能夠抑制燃料電池單電池的溫度急劇變動，但是無法完全解決所有上述的新課題。具體為，專利文獻1的SOFC無論如何是通過使反應變化后的溫度T從輸出電力變更前的反應溫度TO變化不超過士 10度， 來防止反應溫度的急劇變化。因此，由于現(xiàn)在的反應溫度T在發(fā)電輸出變更后變更至T0，因此燃料電池單電池的溫度區(qū)域逐漸偏離。如此，即使專利文獻1的SOFC通過防止瞬間的溫度變化，而能夠防止伴隨著溫度急劇變化的對燃料電池單電池的損傷，也無法保持最適合于發(fā)電反應的溫度區(qū)域。其結果，在專利文獻1的發(fā)明中，即使想要根據(jù)燃料供給控制特性正確地進行控制，也因為燃料電池單電池的個體差異，反應溫度逐漸從最適合于發(fā)電反應的溫度區(qū)域偏離，最終，使燃料電池單電池的耐久性降低，因此，無法解決上述的問題。艮口， 專利文獻1的SOFC無法解決本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的由于上述的燃料電池單電池的個體差異，燃料電池單電池的溫度從理想的溫度區(qū)域偏離這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述的新課題而進行的，目的在于提供一種固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)，在根據(jù)要求發(fā)電量變更發(fā)電輸出而進行負荷跟蹤時，即使存在燃料電池單電池的個體差異、較大的外氣環(huán)境的變化等，也能夠通過進行適應性控制，來吸收燃料電池單電池的個體差異、外氣環(huán)境的變化，使反應溫度保持最適合于發(fā)電反應的溫度區(qū)域從而發(fā)揮所期待的性能，而且，防止燃料電池單電池的耐久性降低。為了達成上述目的，本發(fā)明是一種能夠對應于要求發(fā)電量來變更發(fā)電輸出值的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池，配置在發(fā)電室內(nèi)；燃料供給裝置，向多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池供給燃料；溫度測定器，測定發(fā)電室的溫度(Tl)；及控制裝置，對應于要求發(fā)電量，根據(jù)預先確定的燃料供給用控制特性至少變更燃料供給裝置的燃料供給量，控制裝置具備具有根據(jù)固體電解質(zhì)型燃料電池的額定發(fā)電量的下限量及上限量而預先設定的適應性控制用的下限溫度值(Ta)和上限溫度值(Tb)的監(jiān)控用溫度區(qū)域；以及比適應性控制用溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高的異常對應控制用上限溫度值及比適應性控制用溫度區(qū)域的下限溫度值(Ta)低的異常對應控制用下限溫度值，控制裝置具備異常對應控制裝置，通過在發(fā)電室的溫度(Tl)比異常對應控制用上限溫度值高時及比異常對應控制用下限溫度值低時限制燃料電池的運行，來執(zhí)行異常對應控制；以及適應性控制裝置，當發(fā)電室的溫度(Tl)超過適應性控制用的下限溫度值 (Ta)或上限溫度值(Tb)而處于溫度區(qū)域之外時，通過根據(jù)來自溫度測定器的溫度信號修正燃料供給量，將發(fā)電室的溫度(Tl)保持于溫度區(qū)域內(nèi)，而執(zhí)行適應性控制。在如此構成的本發(fā)明中，控制裝置具備如下溫度區(qū)域，其具有根據(jù)固體電解質(zhì)型燃料電池的額定發(fā)電量的下限量及上限量而預先設定的適應性控制用的下限溫度值和上限溫度值，而且，即使在根據(jù)燃料供給用控制特性供給燃料時，也由于燃料電池單電池的個體差異，而導致發(fā)電室溫度超過上限溫度值或下限溫度值而處于溫度區(qū)域之外時，適應性控制裝置根據(jù)來自溫度測定器的溫度信號修正燃料供給量，將發(fā)電室溫度保持于溫度區(qū)域內(nèi)。其結果，根據(jù)本發(fā)明，由于即使燃料電池單電池存在個體差異而使發(fā)電室溫度發(fā)生變化，也始終將發(fā)電室溫度保持于溫度區(qū)域內(nèi)，因此可以有效地進行發(fā)電反應。而且，在本發(fā)明中，雖然有時由于外氣溫度、濕度較大地變化，而使燃燒狀態(tài)、重整狀態(tài)發(fā)生變化從而導致發(fā)電室溫度處于溫度區(qū)域之外，但是通過為了吸收燃料電池單電池的個體差異而執(zhí)行的適應性控制，可吸收這種外氣環(huán)境的較大變化，從而保持理想的發(fā)電室的溫度范圍。而且，由于本發(fā)明的適應性控制是以將發(fā)電室溫度保持在具有下限溫度值和上限溫度值的溫度區(qū)域內(nèi)的方式修正燃料供給量這樣簡單的控制，因此不必進行復雜的控制， 可簡單且極為有效地進行發(fā)電反應。而且，在本發(fā)明中，由于通過異常對應控制裝置，在發(fā)電室的溫度(Tl)比異常對應控制用上限溫度值高時及比異常對應控制用下限溫度值低時限制燃料電池的運行(運行停止、發(fā)電停止、降低燃料氣體供給量、報警等)，因此即使處于在適應性控制中無法使燃料供給用控制特性適應于外氣環(huán)境(溫度、濕度等)的變化、燃料電池單電池的個體差異的異常狀態(tài)時，也能夠切實地防止因進行異常對應控制而導致燃料電池單電池變?yōu)楫惓顟B(tài) (例如燃料電池單電池破損)。在本發(fā)明中，優(yōu)選適應性控制裝置具有溫度區(qū)域變更裝置，其在預先確定的條件下，變更下限溫度值(Ta)及上限溫度值(Tb)的雙方或任意一方，從而變更溫度區(qū)域。在如此構成的本發(fā)明中，由于通過溫度區(qū)域變更裝置，使溫度區(qū)域在預先確定的條件下，變更下限溫度值(Ta)及上限溫度值(Tb)的雙方或任意一方，因此對于燃料電池單電池的劣化、外氣溫度、要求發(fā)電量(負荷)等的各種各樣的狀態(tài)，可更加準確地進行適應性控制。在本發(fā)明中，優(yōu)選溫度區(qū)域變更裝置對應于外氣溫度，變更下限溫度值(Ta)及上限溫度值(Tb)的雙方或任意一方。在如此構成的本發(fā)明中，可以設定適應于外氣溫度的溫度區(qū)域，由此，可實現(xiàn)最恰當?shù)倪m應性控制。在本發(fā)明中，優(yōu)選溫度區(qū)域變更裝置對應于要求發(fā)電量的變動量，變更下限溫度值(Ta)及上限溫度值(Tb)的雙方或任意一方。在如此構成的本發(fā)明中，可以設定適應于要求發(fā)電量(負荷)的變動量的溫度區(qū)域，由此，即使在要求發(fā)電量急劇變化時，也能夠抑制燃料供給量的誤修正、修正延遲等。在本發(fā)明中，優(yōu)選溫度區(qū)域變更裝置在要求發(fā)電量較低的低負荷時，將溫度區(qū)域變更至低溫側。在如此構成的本發(fā)明中，在要求發(fā)電量較低的低負荷時，可以盡早地降低燃料電池單電池的溫度上升，可切實地防止對單電池的損傷。在本發(fā)明中，優(yōu)選還具有劣化判定裝置，其進行燃料電池單電池的劣化判定，該劣化判定裝置判定為燃料電池單電池已劣化時，適應性控制裝置使燃料供給量的修正量增加或減少，而且，溫度區(qū)域變更裝置變更溫度區(qū)域。
在如此構成的本發(fā)明中，即使在燃料電池單電池劣化時，也能夠切實地防止伴隨劣化的燃料供給量的誤修正。在本發(fā)明中，優(yōu)選溫度區(qū)域變更裝置以劣化后測定的燃料電池單電池的溫度即基準溫度為中心設定溫度區(qū)域的下限溫度值及上限溫度值。在如此構成的本發(fā)明中，由于以劣化后測定的燃料電池單電池的溫度為中心設定溫度區(qū)域的下限溫度值及上限溫度值，因此可實現(xiàn)考慮了劣化后的燃料電池單電池的個體差異的適應性控制，可切實地抑制對燃料電池單電池的損傷。在本發(fā)明中，優(yōu)選溫度區(qū)域變更裝置在判定為燃料電池單電池已劣化時，變更為使溫度區(qū)域的幅度變小。在如此構成的本發(fā)明中，由于能夠更加抑制劣化后的燃料電池單電池的溫度變化，因此能夠減輕伴隨溫度變化的對燃料電池單電池的損傷，保持燃料電池單電池的耐久性。在本發(fā)明中，優(yōu)選適應性控制裝置在燃料電池單電池劣化時，在規(guī)定期間內(nèi)中止適應性控制，在經(jīng)過該規(guī)定期間后，在變更后的溫度區(qū)域內(nèi)執(zhí)行適應性控制。在如此構成的本發(fā)明中，由于燃料電池單電池劣化時，在規(guī)定期間內(nèi)中止適應性控制，因此可以防止使燃料供給量的修正量增加或減少所引起的修正量的變動部分所導致的誤判。在本發(fā)明中，優(yōu)選適應性控制裝置在發(fā)電室的溫度超過上限溫度值(Tb)時以使發(fā)電室溫度降低的方式使燃料供給量減少的方向的減量修正次數(shù)與在發(fā)電室的溫度超過下限溫度值(Ta)時以使發(fā)電室溫度上升的方式使燃料供給量增加的方向的增量修正次數(shù)各自使上述的減量修正次數(shù)和增量修正次數(shù)相互抵消后變?yōu)橐?guī)定的次數(shù)時，由此以后限制同一方向的燃料供給量的修正，適應性控制裝置還在燃料電池單電池劣化而變更了溫度區(qū)域時，使減量修正次數(shù)和增量修正次數(shù)復位。在如此構成的本發(fā)明中，由于以基準溫度為中心重新設定溫度區(qū)域，并且使減量修正次數(shù)和增量修正次數(shù)復位，因此在燃料電池單電池劣化后，燃料供給量的修正量也變?yōu)榍‘數(shù)牧?，可進行最恰當?shù)倪m應性控制。在本發(fā)明中，優(yōu)選適應性控制裝置具有修正量變更裝置，其在預先確定的條件下變更燃料供給量的修正量。在如此構成的本發(fā)明中，由于通過修正量變更裝置，在預先確定的條件下變更燃料供給量的修正量，因此能夠最恰當?shù)刈兏剂瞎┙o量的修正量，由此，能夠提高針對外氣溫度的收斂性、保持性能，還能夠實現(xiàn)燃料電池單電池的劣化抑制、發(fā)電性能的提高。在本發(fā)明中，優(yōu)選還具有劣化判定裝置，其進行燃料電池單電池的劣化判定，當該劣化判定裝置判定為燃料電池單電池已劣化時，修正量變更裝置使燃料供給量的修正量增加。在如此構成的本發(fā)明中，由于在燃料電池單電池劣化時，使燃料供給量的修正量增加，因此對于劣化后的燃料電池單電池能夠更加抑制溫度變化，因此，可減輕伴隨溫度變化的燃料電池單電池的損傷，保持燃料電池的耐久性。在本發(fā)明中，優(yōu)選修正量變更裝置在對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時，根據(jù)發(fā)電室溫度的變動量來變更燃料供給量的修正量。
在如此構成的本發(fā)明中，由于為了進行負荷跟蹤而使燃料供給量變化時因燃料電池單電池的個體差異而導致溫度變動量不同，因此通過根據(jù)該個體差異所引起的溫度變動量變更燃料供給量的修正量，能夠將發(fā)電室溫度保持于溫度區(qū)域內(nèi)，盡快地適應于外部環(huán)
^Mi ο在本發(fā)明中，優(yōu)選還具有冷卻控制裝置，其在發(fā)電室的溫度(Tl)比溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高且比異常對應控制用上限溫度值低的溫度區(qū)域內(nèi)冷卻燃料電池單電池。在如此構成的本發(fā)明中，由于處在發(fā)電室溫度比溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高且比異常對應控制用上限溫度值低的溫度區(qū)域內(nèi)時，通過冷卻控制裝置冷卻燃料電池單電池，因此即使在禁止燃料供給量修正的期間內(nèi)，也能切實地防止燃料電池單電池變?yōu)楫惓８邷?，而且，由于即使不進行運行停止也能得到控制，因此還能夠切實地降低運行停止所引起的損失。而且，本發(fā)明是一種能夠對應于要求發(fā)電量來變更發(fā)電輸出值的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池，配置在發(fā)電室內(nèi)；燃料供給部件，向多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池供給燃料；溫度測定部件，測定發(fā)電室的溫度 (Tl)；及控制部件，對應于要求發(fā)電量，根據(jù)預先確定的燃料供給用控制特性至少變更燃料供給部件的燃料供給量，控制部件具備具有根據(jù)固體電解質(zhì)型燃料電池的額定發(fā)電量的下限量及上限量而預先設定的適應性控制用的下限溫度值(Ta)和上限溫度值(Tb)的監(jiān)控用溫度區(qū)域；以及比適應性控制用溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高的異常對應控制用上限溫度值及比適應性控制用溫度區(qū)域的下限溫度值(Ta)低的異常對應控制用下限溫度值， 控制部件具備異常對應控制部件，通過在發(fā)電室的溫度(Tl)比異常對應控制用上限溫度值高時及比異常對應控制用下限溫度值低時限制燃料電池的運行，來執(zhí)行異常對應控制； 以及適應性控制部件，當發(fā)電室的溫度(Tl)超過適應性控制用的下限溫度值(Ta)或上限溫度值(Tb)而處于溫度區(qū)域之外時，通過根據(jù)來自溫度測定部件的溫度信號修正燃料供給量，將發(fā)電室的溫度(Tl)保持于溫度區(qū)域內(nèi)，而執(zhí)行適應性控制。根據(jù)本發(fā)明的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)，在根據(jù)要求發(fā)電量變更發(fā)電輸出而進行負荷跟蹤時，即使存在燃料電池單電池的個體差異、較大的外氣環(huán)境的變化等，也能夠通過進行適應性控制，來吸收燃料電池單電池的個體差異、外氣環(huán)境的變化，使反應溫度保持最適合于發(fā)電反應的溫度區(qū)域從而發(fā)揮所期待的性能，而且，防止燃料電池單電池的耐久性降低。


圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的整體結構圖。圖2是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料電池模塊的正面剖視圖。圖3是沿圖2的III-III線的剖視圖。圖4是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。圖5是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料電池電堆的立體圖。
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圖6是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的框圖。圖7是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)起動時的動作的時間圖。圖8是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)運行停止時的動作的時間圖。圖9是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時的運行狀態(tài)的時間圖。圖10是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料供給控制特性(目標發(fā)電量和燃料氣體供給量的關系)的圖。圖11是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料供給控制特性(目標發(fā)電量和發(fā)電用空氣供給量的關系)的圖。圖12是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于劣化判定的運行狀態(tài)的時間圖。圖13是在本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時表示燃料電池單電池劣化時的運行狀態(tài)的時間圖。圖14是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時的適應性控制基本流程的流程圖。圖15是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第1例的流程圖。圖16是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于對燃料供給量的修正次數(shù)進行清零的修正次數(shù)復位流程的流程圖。圖17是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第2例的流程圖。圖18是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第3例的流程圖。
具體實施例方式下面，參照

本發(fā)明實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)。圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的整體結構圖。 如該圖1所示，本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)I具備燃料電池模塊 2和輔助設備單元4。燃料電池模塊2具備殼體6，在該殼體6的內(nèi)部隔著絕熱材料(未圖示，但是絕熱材料不是必需的結構，沒有也是可以的)形成有密封空間8。另外，也可以不設置絕熱材料。 在該密封空間8的下方部分即發(fā)電室10配置有利用燃料氣體和氧化劑(空氣)進行發(fā)電反應的燃料電池單電池集合體12。該燃料電池單電池集合體12具備10個燃料電池電堆 14 (參照圖5)，該燃料電池電堆14由16根燃料電池單電池單元16 (參照圖4)構成。如此，燃料電池單電池集合體12具有160根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16全部串聯(lián)連接。在燃料電池模塊2的密封空間8的上述發(fā)電室10的上方形成有燃燒室18，發(fā)電反應中未使用的剩余的燃料氣體和剩余的氧化劑(空氣)在該燃燒室18內(nèi)燃燒，生成排放氣體。而且，在該燃燒室18的上方配置有對燃料氣體進行重整的重整器20，利用上述的剩余氣體的燃燒熱量將重整器20加熱至可進行重整反應的溫度。而且，在該重整器20的上方配置有用于接收燃燒熱量以加熱空氣的空氣用換熱器22。接下來，輔助設備單元4具備純水箱沈，貯存來自水管等供水源M的水并通過過濾器使其成為純水；及水流量調(diào)節(jié)單元觀(由電動機驅動的“水泵”等)，調(diào)節(jié)從該貯水箱供給的水的流量。而且，輔助設備單元4具備氣體截止閥32，截斷從城市煤氣等的燃料供給源30供給的燃料氣體；脫硫器36，用于從燃料氣體除去硫磺；及燃料流量調(diào)節(jié)單元 38 (由電動機驅動的“燃料泵”等)，調(diào)節(jié)燃料氣體的流量。輔助設備單元4還具備截斷從空氣供給源40供給的氧化劑即空氣的電磁閥42、調(diào)節(jié)空氣流量的重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44(由電動機驅動的“空氣鼓風機”等)及發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45(由電動機驅動的“空氣鼓風機”等)、加熱向重整器20供給的重整用空氣的第1加熱器46及加熱向發(fā)電室供給的發(fā)電用空氣的第2加熱器48。上述第1加熱器46和第2加熱器48是為了高效地進行起動時的升溫而設置的，但是也可以省略。接下來，在燃料電池模塊2上連接有溫水制造裝置50，向其供給排放氣體。向該溫水制造裝置50供給來自供水源M的自來水，該自來水利用排放氣體的熱量成為溫水，以供給未圖示的外部供熱水器的貯熱水箱。而且，在燃料電池模塊2上安裝有控制箱52，其用于控制燃料氣體的供給量等。而且，在燃料電池模塊2上連接有電力取出部(電力轉換部)即逆變器M，其用于向外部供給由燃料電池模塊發(fā)出的電力。接下來，根據(jù)圖2及圖3，說明本發(fā)明實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC) 的燃料電池模塊的內(nèi)部結構。圖2是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池 (SOFC)的燃料電池模塊的正面剖視圖，圖3是沿圖2的III-III線的剖視圖。如圖2及圖3所示，在燃料電池模塊2的殼體6的密封空間8內(nèi)，如上所述，從下方依次配置有燃料電池單電池集合體12、重整器20、空氣用換熱器22。重整器20安裝有用于向其上游端側導入純水的純水導入管60和用于導入將要重整的燃料氣體和重整用空氣的被重整氣體導入管62，而且，在重整器20的內(nèi)部從上游側依次形成有蒸發(fā)部20a和重整部20b，在重整部20b填充有重整催化劑。導入該重整器20的混合有水蒸氣(純水)的燃料氣體及空氣通過填充在重整器20內(nèi)的重整催化劑而被重整。 作為重整催化劑適合使用在氧化鋁的球體表面賦予鎳的物質(zhì)，或在氧化鋁的球體表面賦予釕的物質(zhì)。在該重整器20的下游端側連接有燃料氣體供給管64，該燃料氣體供給管64向下方延伸，進而在形成于燃料電池單電池集合體12下方的分流器66內(nèi)水平延伸。在燃料氣體供給管64的水平部6 的下方面形成有多個燃料供給孔64b，從該燃料供給孔64b向分流器66內(nèi)供給重整后的燃料氣體。在該分流器66的上方安裝有用于支撐上述燃料電池電堆14的具備貫穿孔的下支撐板68，分流器66內(nèi)的燃料氣體被供給到燃料電池單電池單元16內(nèi)。接下來，在重整器20的上方設置有空氣用換熱器22。該空氣用換熱器22在上游側具備空氣匯集室70，在下游側具備2個空氣分配室72，這些空氣匯集室70和空氣分配室72通過6個空氣流路管74連接。在此，如圖3所示，3個空氣流路管74成為一組(74a、 7仙、74(、74(1、7如、740，空氣匯集室70內(nèi)的空氣從各組空氣流路管74流入各自的空氣分配室72。 在空氣用換熱器22的6個空氣流路管74內(nèi)流動的空氣利用在燃燒室18燃燒而上升的排放氣體進行預熱。 在各個空氣分配室72上連接有空氣導入管76，該空氣導入管76向下方延伸，其下端側與發(fā)電室10的下方空間連通，向發(fā)電室10導入預熱后的空氣。接下來，在分流器66的下方形成有排放氣體室78。而且，如圖3所示，在沿殼體6 長度方向的面即前面6a和后面6b的內(nèi)側，形成有在上下方向上延伸的排放氣體通路80，該排放氣體通路80的上端側與配置有空氣用換熱器22的空間連通，下端側與排放氣體室78 連通。而且，在排放氣體室78的下面大致中央連接有排放氣體排出管82，該排放氣體排出管82的下游端連接于圖1所示的上述溫水制造裝置50。如圖2所示，用于使燃料氣體和空氣開始燃燒的點火裝置83設置于燃燒室18。下面，根據(jù)圖4對燃料電池單電池單元16進行說明。圖4是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。如圖4所示，燃料電池單電池單元16具備燃料電池單電池84和分別連接于該燃料電池單電池84的上下方向端部的內(nèi)側電極端子86。燃料電池單電池84是在上下方向上延伸的管狀結構體，具備在內(nèi)部形成燃料氣體流路88的圓筒形內(nèi)側電極層90、圓筒形外側電極層92、位于內(nèi)側電極層90和外側電極層92之間的電解質(zhì)層94。該內(nèi)側電極層90是燃料氣體經(jīng)過的燃料極，為(-)極，另一方面，外側電極層92是與空氣接觸的空氣極，為(+)極。由于安裝在燃料電池單電池單元16的上端側和下端側的內(nèi)側電極端子86為相同結構，所以在此具體地說明安裝于上端側的內(nèi)側電極端子86。內(nèi)側電極層90的上部90a具備相對于電解質(zhì)層94和外側電極層92露出的外周面90b和上端面90c。內(nèi)側電極端子86 隔著導電性密封材料96與內(nèi)側電極層90的外周面90b連接，而且，通過與內(nèi)側電極層90 的上端面90c直接接觸而與內(nèi)側電極層90電連接。在內(nèi)側電極端子86的中心部形成有與內(nèi)側電極層90的燃料氣體流路88連通的燃料氣體流路98。內(nèi)側電極層90例如由Ni和摻雜有從Ca或YJc等稀土類元素中選擇的至少一種元素的氧化鋯的混合體、Ni和摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二氧化鈰的混合體、Ni和摻雜有從Sr、Mg、Co、Fe、Cu中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭的混合體中的至少一種形成。電解質(zhì)層94例如由摻雜有從Y、Sc等稀土類元素中選擇的至少一種元素的氧化鋯、摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二氧化鈰、摻雜有從Sr、Mg中選擇的至少一種元素的鎵酸鑭中的至少一種形成。外側電極層92例如由摻雜有從Sr、Ca中選擇的至少一種元素的錳酸鑭、摻雜有從 Sr、Co、Ni、Cu中選擇的至少一種元素的鐵酸鑭、摻雜有從Sr、!^e、Ni、Cu中選擇的至少一種元素的鈷酸鑭、銀等中的至少一種形成。 下面，根據(jù)圖5對燃料電池電堆14進行說明。圖5是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料電池電堆的立體圖。如圖5所示，燃料電池電堆14具備16根燃料電池單電池單元16，這些燃料電池單電池單元16的下端側及上端側分別被陶瓷制下支撐板68及上支撐板100支撐。在這些下支撐板68及上支撐板100上分別形成有內(nèi)側電極端子86可貫穿的貫穿孔68a及100a。而且，在燃料電池單電池單元16上安裝有集電體102及外部端子104。該集電體 102由與安裝于燃料極即內(nèi)側電極層90的內(nèi)側電極端子86電連接的燃料極用連接部10 和與空氣極即外側電極層92的外周面整體電連接的空氣極用連接部102b —體地形成?？諝鈽O用連接部102b由在外側電極層92的表面沿上下方向延伸的鉛垂部102c和從該鉛垂部102c沿外側電極層92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料極用連接部10 從空氣極用連接部102b的鉛垂部102c朝向燃料電池單電池單元16的位于上下方向的內(nèi)側電極端子86，向斜上方或斜下方直線延伸。而且，在位于燃料電池電堆14 一端(圖5中左端的里側及跟前側)的2個燃料電池單電池單元16的上側端及下側端的內(nèi)側電極端子86上分別連接有外部端子104。這些外部端子104與位于鄰接的燃料電池電堆14 一端的燃料電池單電池單元16的外部端子 104(未圖示)連接，如上所述，160根燃料電池單電池單元16全部串聯(lián)連接。下面，根據(jù)圖6對安裝于本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的傳感器類等進行說明。圖6是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的框圖。如圖6所示，固體電解質(zhì)型燃料電池1具備控制部110，該控制部110連接有操作裝置112，具備用于使用者操作的“開”、“關”等操作按鈕；顯示裝置114，用于顯示發(fā)電輸出值(瓦特數(shù))等的各種數(shù)據(jù)；及警報裝置116，在異常狀態(tài)時等發(fā)出警報(warning)。另外， 該警報裝置116也可以是與位于遠距離地點的管理中心連接，向該管理中心通知異常狀態(tài)的形式。接下來，向控制部110輸入來自以下說明的各種傳感器的信號。首先，可燃氣體檢測傳感器120是用于檢測氣體泄漏的元件，安裝于燃料電池模塊2及輔助設備單元4。CO檢測傳感器122是用于檢測原本經(jīng)過排放氣體通路80等向外部排出的排放氣體中的CO是否泄漏在覆蓋燃料電池模塊2及輔助設備單元4的外部殼體(未圖示)中的元件。熱水貯存狀態(tài)檢測傳感器IM是用于檢測未圖示的供熱水器的熱水溫度、水量等的元件。電力狀態(tài)檢測傳感器1 是用于檢測逆變器M及配電板(未圖示)的電流及電壓等的元件。發(fā)電用空氣流量檢測傳感器1 是用于檢測向發(fā)電室10供給的發(fā)電用空氣的流量的元件。重整用空氣流量傳感器130是用于檢測向重整器20供給的重整用空氣的流量的元件。燃料流量傳感器132是用于檢測向重整器20供給的燃料氣體的流量的元件。水流量傳感器134是用于檢測向重整器20供給的純水(水蒸氣)的流量的元件。水位傳感器136是用于檢測純水箱26的水位的元件。
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壓力傳感器138是用于檢測重整器20的外部上游側的壓力的元件。排氣溫度傳感器140是用于檢測流入溫水制造裝置50的排放氣體的溫度的元件。如圖3所示，發(fā)電室溫度傳感器142設置在燃料電池單電池集合體12附近的前面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?，是用于檢測燃料電池電堆14附近的溫度，從而推斷燃料電池電堆14(即燃料電池單電池84自身)的溫度的元件。燃燒室溫度傳感器144是用于檢測燃燒室18的溫度的元件。排放氣體室溫度傳感器146是用于檢測排放氣體室78的排放氣體的溫度的元件。重整器溫度傳感器148是用于檢測重整器20的溫度的元件，根據(jù)重整器20的入口溫度和出口溫度計算出重整器20的溫度。外氣溫度傳感器150是當固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)配置在室外時用于檢測外氣溫度的元件。而且，也可以設置測定外氣濕度等的傳感器。來自這些傳感器類的信號發(fā)送至控制部110，控制部110根據(jù)基于這些信號的數(shù)據(jù)，向水流量調(diào)節(jié)單元觀、燃料流量調(diào)節(jié)單元38、重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44、發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45發(fā)送控制信號，以控制這些單元的各流量。而且，控制部110向逆變器M發(fā)送控制信號，以控制電力供給量。下面，根據(jù)圖7說明本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)起動時的動作。 圖7是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)起動時的動作的時間圖。最初，為了加熱燃料電池模塊2，在無負荷狀態(tài)，即，使包括燃料電池模塊2的電路在開路狀態(tài)下開始運行。此時，由于電路中未流動電流，所以燃料電池模塊2不進行發(fā)電。首先，從重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44經(jīng)由第1加熱器46向燃料電池模塊2的重整器20供給重整用空氣。而且，與此同時從發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45經(jīng)由第2加熱器 48向燃料電池模塊2的空氣用換熱器22供給發(fā)電用空氣，該發(fā)電用空氣到達發(fā)電室10及燃燒室18。隨后，還從燃料流量調(diào)節(jié)單元38供給燃料氣體，混合有重整用空氣的燃料氣體經(jīng)過重整器20及燃料電池電堆14、燃料電池單電池單元16，到達燃燒室18。之后，通過點火裝置83點火，使燃燒室18內(nèi)的燃料氣體和空氣(重整用空氣及發(fā)電用空氣)燃燒。通過該燃料氣體和空氣的燃燒生成排放氣體，利用該排放氣體加熱發(fā)電室10，而且，排放氣體在燃料電池模塊2的密封空間8內(nèi)上升時，在加熱重整器20內(nèi)的包含重整用空氣的燃料氣體的同時，還加熱空氣換熱器22內(nèi)的發(fā)電用空氣。此時，由于通過燃料流量調(diào)節(jié)單元38及重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44向重整器20 供給混合有重整用空氣的燃料氣體，所以在重整器20中，進行式(1)所示的部分氧化重整反應Ρ0Χ。由于該部分氧化重整反應POX是發(fā)熱反應，所以起動性良好。而且，該升溫后的燃料氣體通過燃料氣體供給管64向燃料電池電堆14的下方供給，由此，燃料電池電堆14 從下方被加熱，而且，由于燃燒室18也通過燃料氣體和空氣的燃燒而升溫，所以燃料電池電堆14還從上方被加熱，結果燃料電池電堆14可以大致均等地在上下方向上升溫。即使進行該部分氧化重整反應Ρ0Χ，在燃燒室18中也仍然持續(xù)保持燃料氣體和空氣的燃燒反應。CmHn+x02 — aC02+bC0+cH2 (1)部分氧化重整反應POX開始后，當通過重整器溫度傳感器148檢測出重整器20變?yōu)橐?guī)定溫度(例如600°C)時，通過水流量調(diào)節(jié)單元觀、燃料流量調(diào)節(jié)單元38及重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44向重整器20供給預先混合有燃料氣體、重整用空氣及水蒸氣的氣體。此時，在重整器20中，進行并用有上述的部分氧化重整反應POX和后述的水蒸氣重整反應SR 的自熱重整反應ATR。由于該自熱重整反應ATR可取得熱量內(nèi)部平衡，所以在重整器20內(nèi)以熱量自足的狀態(tài)進行反應。即，當氧(空氣)較多時，基于部分氧化重整反應POX的發(fā)熱占支配地位，當水蒸氣較多時，基于水蒸氣重整反應SR的吸熱反應占支配地位。由于在該階段中，已經(jīng)過起動的初期階段，發(fā)電室10內(nèi)已升溫至一定程度的溫度，所以即使吸熱反應占支配地位也不會引起大幅度的溫度降低。而且，在自熱重整反應ATR進行中，在燃燒室 18中也仍然持續(xù)進行燃燒反應。式( 所示的自熱重整反應ATR開始后，當通過重整器溫度傳感器146檢測出重整器20變?yōu)橐?guī)定溫度(例如700°C)時，在停止基于重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44的重整用空氣的供給的同時，增加基于水流量調(diào)節(jié)單元觀的水蒸氣的供給。由此，向重整器20供給不含空氣而僅包含燃料氣體和水蒸氣的氣體，在重整器20中，進行式(3)的水蒸氣重整反應SR。CmHn+x02+yH20 ^ aC02+bC0+cH2 (2)CmHn+xH20 ^ aC02+bC0+cH2(3)由于該水蒸氣重整反應SR是吸熱反應，所以與來自燃燒室18的燃燒熱量取得熱平衡并進行反應。由于該階段是燃料電池模塊2起動的最終階段，所以發(fā)電室10內(nèi)升溫至足夠高的溫度，因此，即使進行吸熱反應，也不會導致發(fā)電室10大幅度的溫度降低。而且， 即使進行水蒸氣重整反應SR，在燃燒室18中也仍然持續(xù)進行燃燒反應。如此，燃料電池模塊2通過點火裝置83點火后，通過依次進行部分氧化重整反應 Ρ0Χ、自熱重整反應ATR、水蒸氣重整反應SR，使發(fā)電室10內(nèi)的溫度逐漸上升。之后，當發(fā)電室10內(nèi)及燃料電池單電池84的溫度達到比使燃料電池模塊2穩(wěn)定地工作的額定溫度低的規(guī)定的發(fā)電溫度后，使包括燃料電池模塊2的電路閉路，開始基于燃料電池模塊2的發(fā)電， 由此，在電路中流過電流。通過燃料電池模塊2的發(fā)電，燃料電池單電池84自身也發(fā)熱，燃料電池單電池84的溫度也上升。其結果，使燃料電池模塊2達到工作的額定溫度例如600°C M 800 °C ο此后，為了保持額定溫度，供給比燃料電池單電池84中消耗的燃料氣體及空氣的量多的燃料氣體及空氣，使燃燒室18中的燃燒持續(xù)。另外，在發(fā)電中以重整效率高的水蒸氣重整反應SR進行發(fā)電。下面，根據(jù)圖8說明本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)運行停止時的動作。圖8是通過本實施方式表示固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)運行停止時的動作的時間圖。如圖8所示，進行燃料電池模塊2的運行停止時，首先，操作燃料流量調(diào)節(jié)單元38 及水流量調(diào)節(jié)單元觀，減少燃料氣體及水蒸氣對重整器20的供給量。而且，進行燃料電池模塊2的運行停止時，在減少燃料氣體及水蒸氣對重整器20 的供給量的同時，增大基于發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45的發(fā)電用空氣對燃料電池模塊2內(nèi)的供給量，利用空氣冷卻燃料電池單電池集合體12及重整器20，使它們的溫度降低。其后， 當發(fā)電室的溫度降低至規(guī)定溫度例如400°C時，停止向重整器20供給燃料氣體及水蒸氣， 結束重整器20的水蒸氣重整反應SR。該發(fā)電用空氣的供給持續(xù)至重整器20的溫度降低至規(guī)定溫度例如200°C，在變?yōu)樵撘?guī)定溫度時，停止從發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45供給發(fā)電用空氣。如此，在本實施方式中，由于進行燃料電池模塊2的運行停止時，并用基于重整器 20的水蒸氣重整反應SR和基于發(fā)電用空氣的冷卻，所以能夠在較短的時間內(nèi)使燃料電池模塊的運行停止。下面，根據(jù)圖9至圖11，說明本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的對應于要求發(fā)電量變更發(fā)電輸出值而進行負荷跟蹤時的運行狀態(tài)。圖9是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時的運行狀態(tài)的時間圖，圖10是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料供給控制特性(要求發(fā)電量和燃料氣體供給量的關系)的圖， 圖11是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的燃料供給控制特性(要求發(fā)電量和發(fā)電用空氣供給量的關系)的圖。首先，在圖9中，縱軸表示發(fā)電室溫度(Tl)、燃料氣體供給量、發(fā)電用空氣供給量， 橫軸表示時間(t)。本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC) 1是額定發(fā)電量為100W 700W的燃料電池，在該范圍內(nèi)，能夠相對于要求發(fā)電量來變更發(fā)電輸出值從而進行負荷跟蹤。接下來，燃料電池單電池84在發(fā)出100W 700W的額定發(fā)電輸出值時，為了良好地進行發(fā)電反應，需要保持在溫度區(qū)域內(nèi)，該溫度區(qū)域在規(guī)定的基準運行狀態(tài)下使沒有個體差異的設計時的標準的燃料電池單電池進行動作這樣的條件下，對應于100W 700W的額定發(fā)電輸出值。接下來，將僅比對應于下限額定發(fā)電量100W的燃料電池單電池84的溫度低規(guī)定溫度的溫度即下限溫度值(Ta)設定為690°C，將僅比對應于上限額定發(fā)電量700W的燃料電池單電池84的溫度高規(guī)定溫度的溫度即上限溫度值(Tb)設定為710°C，使該下限溫度值 (Ta)和上限溫度值(Tb)的溫度范圍為監(jiān)控用溫度區(qū)域W。另外，也可以使對應于下限額定發(fā)電量100W的燃料電池單電池84的溫度為下限溫度值，使對應于上限額定發(fā)電量700W的燃料電池單電池84的溫度為上限溫度值，將上述下限溫度值和上限溫度值的溫度范圍作為監(jiān)控用溫度區(qū)域W。如此，考慮下限額定發(fā)電量及上限額定發(fā)電量來確定下限溫度值及上限溫度值， 如后所述，當發(fā)電室溫度處于具有上述下限溫度值和上限溫度值的監(jiān)控用溫度區(qū)域W之外時，修正燃料氣體、發(fā)電用空氣的供給量，因此，在對應于要求發(fā)電量變更燃料供給量而進行負荷跟蹤時，不需要進行變更燃料供給用控制特性這樣復雜的控制，便能實現(xiàn)簡單且充分的控制。而且，在本實施方式中，也可以在設置固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)時，進行額定運行，將此時的燃料電池單電池的發(fā)電室溫度作為額定基準溫度(TO)，以該額定基準溫度為中心在上下方向上設定僅偏離10°c的下限溫度值和上限溫度值。由此，能夠在運行的初期階段吸收燃料電池單電池84的個體差異。接下來，在本實施方式中，如圖10所示，預先確定燃料供給用控制特性即“要求發(fā)電量和燃料氣體供給量的關系”，而且，如圖11所示，預先確定燃料供給用控制特性即“要求發(fā)電量和發(fā)電用空氣供給量的關系”。
在本實施方式中，在燃料電池模塊2轉入恒定運行后，對應于要求發(fā)電量變更發(fā)電輸出值而進行負荷跟蹤時，根據(jù)圖10及圖11所示的燃料供給控制特性，使燃料氣體供給量及發(fā)電用空氣供給量增大或減少，從而可以跟蹤于所要求的負荷。進行該負荷跟蹤時，燃料電池模塊2的燃料電池單電池84由于燃料電池單電池84 所具有的個體差異及設置有燃料電池模塊2的外氣環(huán)境(溫度、濕度等)，有時會使燃料電池單電池84的溫度(Tl)處于監(jiān)控用溫度區(qū)域W之外。因此，在本實施方式中，當燃料電池單電池84的發(fā)電室溫度(Tl)低于下限溫度值(Ta)時，進行使燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量分別僅增大規(guī)定量(燃料供給用控制特性中的供給量的10% )的增量修正，另一方面， 當燃料電池單電池84的發(fā)電室溫度(Tl)超過上限溫度值(Tb)時，進行使燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量分別僅減少規(guī)定量(燃料供給用控制特性中的供給量的10% )的減量修正，從而執(zhí)行使燃料電池單電池84的發(fā)電室溫度(Tl)處于監(jiān)控用溫度區(qū)域W內(nèi)的適應性控制(adaptive control)。在本實施方式中，通過該適應性控制，在負荷跟蹤時使燃料氣體供給量及發(fā)電用空氣供給量增大或減少地進行修正后，在經(jīng)過規(guī)定的禁止期間(例如5小時)之前不執(zhí)行下次的修正。由此，由于對燃料供給量進行減量修正或增量修正后，在燃料電池單電池84 的溫度達到穩(wěn)定程度的期間(對于SOFC通常需要幾小時)之前不執(zhí)行燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量修正，因此可防止過度修正對燃料電池單電池84的不良影響，能夠適應于由燃料電池單電池84的個體差異、外氣環(huán)境變化所產(chǎn)生的對燃料供給用控制特性的影響。在本實施方式中，在該適應性控制中，可至多執(zhí)行3次(修正次數(shù)+ 上述的增量修正，而且，可至多執(zhí)行5次(修正次數(shù)-5)減量修正，制約超過以上次數(shù)的修正。此時，在增量修正后，進行減量修正時，各自的修正次數(shù)相互抵消。因而，增量修正的次數(shù)(+側的次數(shù))和減量修正的次數(shù)(-側的次數(shù))各自使上述的增量修正次數(shù)和減量修正次數(shù)相互抵消后(進行加法運算后)變?yōu)橐?guī)定的次數(shù)(增量修正為+3，減量修正為- 時，由此以后制約(限制)同一方向的燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量修正。在此，燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量修正所引起的燃料電池單電池的發(fā)電室溫度(Tl)變化發(fā)生在幾小時后(例如5小時)，但是由于在本實施方式的適應性控制中，當增量修正次數(shù)和減量修正次數(shù)相互抵消后變?yōu)橐?guī)定次數(shù)(增量修正為3次，減量修正為5次) 時，由此以后制約(限制)同一方向的修正，因此能夠防止通過適應性控制進行過大的燃料修正，能夠防止例如在異常時等過度修正燃料供給量而對燃料電池單電池84給予過度的負擔。而且，在本實施方式的適應性控制中，由于使減量修正的次數(shù)(5次)比增量修正的次數(shù)(3次)多，因此能夠較低地抑制燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量修正所產(chǎn)生的增加量的上限，即使發(fā)生外氣環(huán)境變化、暫時不穩(wěn)定的控制狀態(tài)等，也能夠切實地防止燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量變得過大而導致燃料電池單電池變?yōu)楫惓８邷?。而且，減量修正的次數(shù)較多，因此，因燃料電池單電池的個體差異即使是較少的燃料供給量，發(fā)電室溫度也保持在溫度監(jiān)控區(qū)域內(nèi)時，較多地減少燃料供給量，因此，能夠在保持燃料電池單電池的性能的狀態(tài)下切實地抑制不必要的燃料氣體的消耗。接下來，如圖9所示，在本實施方式中，使比監(jiān)控用溫度區(qū)域W的上限溫度值(Tb) 高的溫度即720°C為冷卻溫度(Tc)，當燃料電池單電池84的發(fā)電室溫度(Tl)超過該冷卻溫度(Tc)時，通過空氣流量調(diào)節(jié)單元44，向燃料電池模塊2的發(fā)電室10內(nèi)導入大量的發(fā)電用空氣，通過該空氣，強制冷卻燃料電池單電池集合體12。由此，根據(jù)本實施方式，即使在后述的禁止燃料供給量修正的期間(適應性控制禁止期間)內(nèi)，也能切實地防止燃料電池單電池變?yōu)楫惓８邷?，而且，由于即使不進行運行停止也能得到控制，因此還能切實地降低運行停止所引起的損失。而且，如圖9所示，在本實施方式中，將比監(jiān)控用溫度區(qū)域W的上限溫度值(Tb)及冷卻溫度(Tc)高的溫度(800°C以上)的區(qū)域以及比監(jiān)控用溫度區(qū)域W的下限溫度值(Ta) 低的溫度(500°C以下)的區(qū)域設定為異常溫度區(qū)域，燃料電池單電池84的發(fā)電室溫度 (Tl)處于該異常溫度區(qū)域內(nèi)時，限制燃料電池的運行。具體為，使燃料電池的運行自身停止，使燃料電池的發(fā)電運行停止，使燃料氣體供給量降低，發(fā)出警報(warning)等。由此，根據(jù)本實施方式，即使在燃料供給用控制特性無法適應于外氣環(huán)境(溫度、濕度等)的變化、 燃料電池單電池84的個體差異的異常狀態(tài)時，也能夠切實地防止燃料電池單電池84變?yōu)楫惓顟B(tài)。下面，根據(jù)圖12，說明本實施方式的燃料電池單電池的劣化判定。圖12是表示本發(fā)明一個實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于劣化判定的運行狀態(tài)的時間圖。縱軸表示要求發(fā)電量、輸出電力量、發(fā)電室溫度(Tl)、燃料氣體供給量、發(fā)電用空氣供給量、供水量，橫軸表示時間。公知燃料電池單電池84經(jīng)過長時間的使用而逐漸劣化。由于燃料電池單電池84劣化時，燃料電池單電池84的特性發(fā)生變化，因此需要各種對策。因此，在本實施方式中，如圖12所示，通過劣化判定模式，判定燃料電池單電池的劣化。在本實施方式中，從SOFC開始運行時的t0每隔規(guī)定期間(例如2周)執(zhí)行劣化判定。而且，進行劣化判定時，需要外氣溫度及外氣濕度處于規(guī)定的范圍(例如外氣溫度 5 30°C，外氣濕度30 70% )內(nèi)。具體為，如圖12所示，在時刻tl t2的時間(例如5小時)內(nèi)執(zhí)行劣化判定模式運行，實施劣化判定。在該劣化判定模式中，燃料氣體供給量、發(fā)電用空氣供給量、供水量分別保持于與上限額度發(fā)電輸出即700瓦(=劣化判定用輸出電力量)相對應的供給量 (一定的固定值)。這種基于固定值的發(fā)電運行執(zhí)行規(guī)定時間(5小時)。通過經(jīng)過該規(guī)定時間，燃料電池單電池的運行狀態(tài)處于穩(wěn)定(即發(fā)電室溫度處于穩(wěn)定)。另外，該劣化判定模式運行中使輸出電力量為零。接下來，在發(fā)電運行經(jīng)過規(guī)定時間后(時刻t2)，判定發(fā)電室溫度(Tl)是否比上述的基準溫度TO高規(guī)定溫度(例如30°C)以上，高規(guī)定溫度以上時，判定為燃料電池單電池已劣化。該規(guī)定溫度是比上述的監(jiān)控用溫度區(qū)域W的上限溫度值(Tb)高的溫度。劣化時溫度上升是因為由于燃料電池單電池自身的劣化以及電連接各燃料電池單電池單元16的集電體102的劣化，導致燃料電池電堆14的內(nèi)部電阻增大而產(chǎn)生焦耳熱等。如此，當判定為燃料電池單電池已劣化時，如以下說明的那樣，需要變更SOFC的運行狀態(tài)。下面，根據(jù)圖13，說明本實施方式的負荷跟蹤時的燃料電池單電池的劣化時的運行狀態(tài)。圖13是在本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時表示燃料電池單電池劣化時的運行狀態(tài)的時間圖。如圖13所示，當判定為燃料電池單電池84已劣化時，將輸出處于穩(wěn)定狀態(tài)時所測定的劣化后的燃料電池單電池84的溫度作為額定基準溫度(TO = 730°C )，設定相對于該額定基準溫度(TO)，將僅低7。C的溫度作為下限溫度值(Ta = 723°C )，將僅高7°C的溫度作為上限溫度值(Tb = 737°C )的新的監(jiān)控用溫度區(qū)域W。如此，在本實施方式中，當燃料電池單電池84劣化時，使溫度監(jiān)控區(qū)域W變更至更高溫側的區(qū)域，同時縮小監(jiān)控用溫度區(qū)域 W的幅度。而且，在本實施方式中，當判定為燃料電池單電池84已劣化時，在變更監(jiān)控用溫度區(qū)域W的同時，作為強制冷卻燃料電池單電池集合體12的基準的冷卻溫度(Tc)的溫度也變更至高溫側的740°C。由此，在燃料電池單電池84劣化時，即使在后述的禁止燃料供給量修正的期間(適應性控制禁止期間)內(nèi)，也能切實地防止燃料電池單電池變?yōu)楫惓８邷?，而且，由于即使不進行運行停止也能得到控制，因此還能切實地降低運行停止所引起的損失。下面，根據(jù)圖14，具體地說明本實施方式的適應性控制基本流程。圖14是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時的適應性控制基本流程的流程圖。在圖14中，S表示各步驟。首先，在Sl中，判定燃料電池模塊2是否處于發(fā)電運行中，即除去起動時、停止時， 可穩(wěn)定地發(fā)電的運行狀態(tài)。在該Sl中，如果處于發(fā)電運行中，則進入S2，判定是否能在規(guī)定修正次數(shù)內(nèi)進行修正。具體為，如上所述，判定增量修正是否已執(zhí)行3次，另外減量修正的次數(shù)是否已執(zhí)行 5次。 如果能進行增量修正或減量修正，則進入S3，判定是否處于適應性控制禁止中。在以下的情況下禁止適應性控制。第一，由于距上次的修正5小時以內(nèi)時，燃料電池單電池不穩(wěn)定，因此禁止適應性修正。通過禁止修正，可防止過度修正對燃料電池單電池的不良影響，能夠適應于外氣環(huán)境變化、個體差異對燃料供給控制特性的影響。第二，在上述的燃料電池單電池的劣化判定運行中禁止適應性修正。第三，由于距劣化修正5小時以內(nèi)時，燃料電池單電池不穩(wěn)定，因此禁止適應性控制。在S3中，判定為不在適應性控制禁止中時，進入S4，測定燃料電池單電池84的發(fā)電室溫度(Tl)。具體為，由發(fā)電室溫度傳感器142測定燃料電池單電池集合體12附近的溫度，其溫度作為燃料電池單電池84的發(fā)電室溫度而被使用。接下來，進入S5，判定發(fā)電室溫度(Tl)是否處于上述的監(jiān)控用溫度區(qū)域W內(nèi)，即是否為“下限溫度值(Ta)彡發(fā)電室溫度(Tl)彡上限溫度值(Tb)”。在S5中，如果發(fā)電室溫度(Tl)不在監(jiān)控用溫度區(qū)域W內(nèi)，則進入S6，判定發(fā)電室溫度(Tl)是否比下限溫度值(Ta)低，即是否為“下限溫度值(Ta) >發(fā)電室溫度(Tl) ”。當發(fā)電室溫度(Tl)比下限溫度值(Ta)低時，進入S7，運算用于求出燃料氣體及發(fā)電用空氣的增量修正的修正量所需的加法運算修正投入量α及β。在此，α是燃料氣體供給量的加法運算修正投入量，β是發(fā)電用空氣供給量的加法運算修正量，投入燃料氣體后的發(fā)電室溫度的變化量與基準值相比越大，則上述α及β為越大的值，而且，燃料電池單電池84的劣化次數(shù)越多，則為越大的值。接下來，進入S8,由于需要通過適應性控制對燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量進行增量修正，使發(fā)電室溫度上升，因此運算該適應性控制中的增量修正的修正量。燃料氣體為如下修正量，增加在固定值即10%上加上由S7求出的α的量(10%+α)，發(fā)電用空氣為如下修正量，增加在固定值即10%上加上由S7求出的β的量(10%+β)。接下來，進入S9，運算修正投入增益。增量修正中的燃料氣體及發(fā)電用空氣的修正量的投入與后述的減量修正的修正量的投入相比，緩慢地進行投入。即，使增量修正的時間常數(shù)為B，使減量修正的時間常數(shù)為A時，B = 3ΧΑ。而且，燃料電池單電池84的劣化次數(shù)越多，則使時間常數(shù)A及B的值越大，緩慢地投入燃料氣體及發(fā)電用空氣。而且，此時提升電流值的速度為0. 5Α/分。接下來，進入S10，執(zhí)行適應性控制。具體為，僅增加(10% +α)的量而緩慢地投入燃料氣體，而且，僅增加(10%+β)的量而緩慢地投入發(fā)電用空氣，使發(fā)電室溫度升溫而處于監(jiān)控用溫度區(qū)域W內(nèi)(參照圖9)。接下來，進入S11，將增量修正的次數(shù)儲存為“+1”。接下來，進入S12，儲存該增量修正的修正量。由此，在發(fā)電室溫度Tl下次低于下限溫度值(Ta)之前，作為燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量使用僅增加了該修正量的值。接下來，在S6中，由于當判定為發(fā)電室溫度(Tl)不比下限溫度值(Ta)低時，為 “發(fā)電室溫度(Tl) >上限溫度值(Tb)”，因此進入S13。在S13中，運算用于求出燃料氣體及發(fā)電用空氣的減量修正的修正量所需的加法運算修正投入量α及β。在此，α是燃料氣體供給量的加法運算修正投入量，β是發(fā)電用空氣供給量的加法運算修正量，投入燃料氣體后的發(fā)電室溫度的變化量與基準值相比越大，則上述α及β為越大的值，而且，燃料電池單電池84的劣化次數(shù)越多，則為越大的值。接下來，進入S14，由于需要通過適應性控制對燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量進行減量修正，使發(fā)電室溫度降低，因此運算該適應性控制中的減量修正的修正量。燃料氣體為如下修正量，減少在固定值即10%上加上由S13求出的α的量(10%+α)，發(fā)電用空氣為如下修正量，減少在固定值即10%上加上由S13求出的β的量(10%+β)。接下來，進入S15，運算修正投入增益。減量修正中的燃料氣體及發(fā)電用空氣的修正量的投入與增量修正的修正量的投入相比，如上所述快速地進行投入。即，使溫度上升修正的時間常數(shù)為B，使減量修正的時間常數(shù)為A時，B = 3ΧΑ。而且，燃料電池單電池84的劣化次數(shù)越多，則使時間常數(shù)A及B的值越大，緩慢地投入燃料氣體及發(fā)電用空氣。而且， 此時提升電流值的速度為0. 5Α/分。接下來，進入S16，執(zhí)行適應性控制。具體為，僅減少(10% +α)的量而快速地投入燃料氣體，而且，僅減少(10%+β)的量而快速地投入發(fā)電用空氣，使發(fā)電室溫度降低而處于監(jiān)控用溫度區(qū)域W內(nèi)(參照圖9)。接下來，進入S17，將減量修正的次數(shù)儲存為“-1 ”。接下來，進入S18，儲存該減量修正的修正量。由此，在發(fā)電室溫度Tl下次超過上限溫度值(Tb)之前，作為燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量使用僅減少了該修正量的值。根據(jù)以上說明的本實施方式的適應性控制，首先，在燃料電池單電池84變?yōu)榭砂l(fā)電狀態(tài)之前，即在燃料電池單電池84、重整器20等處于不穩(wěn)定狀態(tài)的起動中等時，不進行燃料氣體、發(fā)電用空氣的供給量修正，因此，當燃料電池單電池變?yōu)榭砂l(fā)電狀態(tài)時，可切實地防止在不穩(wěn)定的狀態(tài)下進行的燃料氣體、發(fā)電用空氣的供給量修正所引起的不良影響。接下來，根據(jù)本實施方式的適應性控制，當發(fā)電室溫度超過下限溫度值或上限溫度值而處于監(jiān)控用溫度區(qū)域W之外時，在根據(jù)燃料供給控制特性而得到的燃料供給量上加上或減去預先確定的固定量即修正量(10% )而對燃料供給量進行修正，因此，即不是通過反饋控制，而是通過開環(huán)控制，利用固定量(10% )對燃料供給量進行修正，因此，當發(fā)電室溫度處于監(jiān)控用溫度區(qū)域W之外時，能夠瞬間且切實地抑制發(fā)電室溫度的偏離，可使燃料電池單電池84處于穩(wěn)定狀態(tài)。而且，由于此時的增量修正的修正量(固定量)和減量修正的修正量(固定量) 為相同量(都是10% )，因此可以使適應性控制更加簡單化。而且，即使因外氣環(huán)境的變化等而使發(fā)電室溫度變動至監(jiān)控用溫度區(qū)域W之外時，也由于每次燃料氣體、發(fā)電用空氣的供給量僅修正相同的量，因此發(fā)電室溫度能夠切實地收斂在監(jiān)控用溫度區(qū)域W內(nèi)，能夠進行穩(wěn)定的控制。而且，根據(jù)本實施方式的適應性控制，由于儲存并保持修正后的燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量，在發(fā)電室溫度下次超過下限溫度值或上限溫度值之前，根據(jù)該儲存保持的燃料供給量，對應于要求發(fā)電量來變更燃料供給量，因此能夠在考慮了燃料電池單電池的個體差異的狀態(tài)下切實地執(zhí)行基于燃料供給用控制特性的燃料供給量的控制。而且，根據(jù)本實施方式的適應性控制，由于根據(jù)發(fā)電室溫度的變化量、燃料電池單電池的劣化次數(shù)等來變更燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量的增量修正和減量修正的修正量，因此能夠最恰當?shù)刈兏剂瞎┙o量的修正量，由此，能夠提高針對外氣溫度的收斂性、 保持性能，而且，可實現(xiàn)燃料電池單電池的劣化抑制、發(fā)電性能的提高。下面，根據(jù)圖15，說明本實施方式的監(jiān)控用溫度區(qū)域的變更流程的第1例。圖15 是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第1例的流程圖。在圖15中，S表示各步驟。該變更溫度監(jiān)控區(qū)域的第1例是在燃料電池單電池劣化時變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的同時縮小溫度監(jiān)控區(qū)域的幅度的例子。首先，在S21中，讀取額定基準溫度(TO)。該額定基準溫度是在燃料電池設置時或判定上述的燃料電池單電池劣化后，在穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，由發(fā)電室溫度傳感器142檢測出的發(fā)電室溫度。接下來，進S22，判定是否存在上述的劣化修正。由于未進行劣化修正時，燃料電池單電池84處于還未劣化的狀態(tài)，因此進入S23，如下設定監(jiān)控基準溫度(Tz)及監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)。此時，監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)的幅度為20°C。Tz = TOTa = TO-IO0CTb = TO+10 °C由于存在劣化修正時，是燃料電池單電池84被判斷為幾次劣化的情況，因此進 S24，如下設定監(jiān)控基準溫度(Tz)及監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)。此時，監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、 Tb)的幅度在第1次的劣化判定時為14°C，在第2次的劣化判定時為12°C，在第3次的劣化判定時為10°C，判定為劣化的次數(shù)越多，則監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)的幅度變得越窄。Tz = TOI^a = TO-(第 1 次 7°C / 第 2 次 6°C / 第 3 次 5°C )Tb = TO+(第 1 次 7°C / 第 2 次 6°C / 第 3 次 5°C )接下來，進入S25，將S23及S24中分別設定的值更新為以下所示的監(jiān)控基準溫度(Tz)及監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)的基準值(T0、Ta0及TbO)，從而變更監(jiān)控用溫度區(qū)域(參照圖Π)。Tz = TOTa = TaOTb = TbO下面，根據(jù)圖16，說明本實施方式的用于使燃料供給量的修正次數(shù)復位的修正次數(shù)復位流程。圖16是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于對燃料供給量的修正次數(shù)進行清零的修正次數(shù)復位流程的流程圖。在圖16中，S表示各步驟。對于該修正次數(shù)復位流程，在上述的適應性控制中，當發(fā)電室溫度處于溫度區(qū)域之外時，進行使燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量增加或減少的修正，儲存其修正次數(shù)(參照圖14的Sll及S17)，但是在判定為燃料電池單電池84劣化時，使該儲存的修正次數(shù)復位。由此，燃料電池單電池劣化后，燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量的修正量也為適當?shù)牧浚蛇M行最恰當?shù)倪m應性控制。首先，在S31中，判定是否是劣化判定時期。如果是劣化判定時期，則進入S32，對上述的適應性控制中的燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量的修正量進行清零。具體為，返回圖10及圖11所示的成為基礎的燃料供給用控制特性。接下來，進入S33，判定燃料電池單電池是否已劣化。在S33中，當判定為燃料電池單電池已劣化時，進入S34，對適應性控制中的燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量的修正次數(shù)進行清零。另一方面，在S33中，當未判定為燃料電池單電池已劣化時，進入S35，使適應性控制中的燃料氣體及發(fā)電用空氣的供給量的修正量恢復(返回)至在S32中進行清零之前。下面，根據(jù)圖17，說明本實施方式的監(jiān)控用溫度區(qū)域的變更流程的第2例。圖17 是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第2例的流程圖。在圖17中，S表示各步驟。該變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第2例是在使負荷跟蹤時的發(fā)電量較大地變化時暫時縮小溫度區(qū)域的幅度的例子。首先，在S41中，判定負荷跟蹤時的發(fā)電量的變更量(包括增大時和減少時兩者) 是否為150W以上，為150W以上時，進入S42。在S42中，如下設定監(jiān)控基準溫度(Tz)及監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)。在該第2例中，使溫度區(qū)域(Ta、Tb)的幅度暫時(后述的僅2小時)僅縮小4°C。Tz = TOTa = Ta+2°CTb = Tb-2°C接下來，進入S43，判定是否已經(jīng)過2小時，如果已經(jīng)過2小時，則進入S44，如下所示，使監(jiān)控基準溫度(Tz)及溫度區(qū)域(Ta、Tb)返回至在S42中縮小溫度區(qū)域時之前的值。Tz = TOTa = TaOTb = TbO下面，根據(jù)圖18，說明本實施方式的監(jiān)控用溫度區(qū)域的變更流程的第3例。圖18是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)的用于變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第3例的流程圖。在圖18中，S表示各步驟。該變更監(jiān)控用溫度區(qū)域的第3例是在根據(jù)目標發(fā)電輸出(目標發(fā)電量)的大小 (大、中、小)變更溫度區(qū)域的同時變更溫度區(qū)域的幅度的例子。首先，在S51中，讀取額定基準溫度(TO)。該額定基準溫度是在燃料電池設置時或判定上述的燃料電池單電池劣化后，在穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，由發(fā)電室溫度傳感器142檢測出的發(fā)電室溫度。接下來，進入S52，讀取目標發(fā)電輸出(目標發(fā)電量)Wl。接下來，進入S53，判定目標發(fā)電輸出Wl是否大于650W，大于650W時，進入S54。在S54中，確定監(jiān)控基準溫度Tz的修正量A(A = +5°C )，同時確定溫度監(jiān)控區(qū)域(Ta、Tb)的修正量C (C =使Tb+2°C )。在第 3例中，當目標發(fā)電輸出Wl較大時，將監(jiān)控用溫度區(qū)域變更至高溫側，同時提高上限溫度值 (Tb)的值，使溫度區(qū)域的幅度擴大至高溫側。接下來，在S53中，當判定為目標發(fā)電輸出Wl不大于650W時，進入S55，判定目標發(fā)電輸出Wl是否小于550W。在此，目標發(fā)電輸出Wl為550W彡Wl彡650W時，進入S56。在 S56中，確定監(jiān)控基準溫度Tz的修正量A(A = 0°C ),同時確定溫度區(qū)域(Ta、Tb)的修正量 C(C = 0oC)o即，在第3例中，目標發(fā)電輸出Wl為普通大小時，不變更溫度區(qū)域，而且也不
變更其幅度。接下來，在S55中，當判定為目標發(fā)電輸出Wl小于550W時，進入S57。在S57中， 確定監(jiān)控基準溫度Tz的修正量A(A = -5°C )，同時確定監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)的修正量 C(C =使Tb-2°C )。在第3例中，當目標發(fā)電輸出Wl較小時，將溫度區(qū)域變更至低溫側，同時降低下限溫度值(Ta)的值，使溫度區(qū)域的幅度擴大至低溫側。下面，進入S58，讀取由外氣溫度傳感器150檢測出的外氣溫度tl。接下來，進入 S59，判定外氣溫度tl是否高于30°C，高于30°C時，進入S60。在S60中，確定監(jiān)控基準溫度 Tz的修正量B (B = +50C )，同時確定監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)的修正量D (D =使Tb+2°C )。 在第3例中，當外氣溫度tl較高時，將溫度區(qū)域變更至高溫側，同時提高上限溫度值(Tb) 的值，使溫度區(qū)域的幅度擴大至高溫側。接下來，在S59中，當判定為外氣溫度tl不高于30°C時，進入S61，判定外氣溫度 tl是否低于-20°C。在此，當外氣溫度tl為-20°C彡tl彡30°C時，進入S62。在S62中， 確定監(jiān)控基準溫度Tz的修正量B(B = 0°C),同時確定監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)的修正量 D(D = O0C)0即，在第3例中，外氣溫度tl為普通溫度時，不變更溫度區(qū)域，而且也不變更其幅度。接下來，在S61中，當判定為外氣溫度tl低于_20°C時，進入S63。在S63中，確定監(jiān)控基準溫度Tz的修正量B (B = _5°C )，同時確定監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)的修正量D (D =使Tb_2°C )。在第3例中，當外氣溫度tl為較低的溫度時，將溫度區(qū)域變更至低溫側，同時降低下限溫度值(Ta)的值，使溫度區(qū)域的幅度擴大至低溫側。接下來，進入S64，使用在上述的SM、S56、S57、S60、S62及S63中確定的監(jiān)控基準溫度的修正量A及B以及監(jiān)控用溫度區(qū)域的修正量C及D，利用如下運算計算出監(jiān)控基準溫度(Tz)和監(jiān)控用溫度區(qū)域(Ta、Tb)。Tz = T0+A+B
Ta = Tz+C+DTb = Tz+C+D接下來，進入S66，將S64中計算出的值更新為以下所示的監(jiān)控基準溫度(Tz)及溫度區(qū)域(Ta、Tb)的基準值(TO、TaO及TbO)，從而變更溫度區(qū)域。Tz = TOTa = TaOTb = TbO如以上說明的那樣，在本實施方式中，當判定為燃料電池單電池已劣化時，使監(jiān)控用溫度區(qū)域變更上限溫度值及下限溫度值的雙方或任意一方，因此，對于燃料電池單電池的劣化、外氣溫度、要求發(fā)電量(負荷)等的各種各樣的狀態(tài)，可更加準確地進行適應性控制。而且，可以設定適應于外氣溫度的監(jiān)控用溫度區(qū)域，由此，可實現(xiàn)最恰當?shù)倪m應性控制。而且，可以設定適應于要求發(fā)電量(負荷)的變動量的監(jiān)控用溫度區(qū)域，由此，即使在要求發(fā)電量急劇變化時，也能夠抑制燃料供給量的誤修正、修正延遲等。而且，由于在要求發(fā)電量較低的低負荷時，將監(jiān)控用溫度區(qū)域變更至低溫側，因此能夠盡早地降低燃料電池單電池的溫度上升，能夠切實地防止對單電池的損傷。而且，由于判定為燃料電池單電池已劣化時，使燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量的修正量增加或減少，而且變更監(jiān)控用溫度區(qū)域，因此即使在燃料電池單電池已劣化時，也能夠切實地防止伴隨劣化的燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量的誤修正。而且，由于以劣化后測定的燃料電池單電池的溫度即基準溫度為中心設定監(jiān)控用溫度區(qū)域的上限溫度值及下限溫度值，因此可考慮劣化后的燃料電池單電池的個體差異來進行適應性控制，可切實地抑制對燃料電池單電池的損傷。而且，由于判定為燃料電池單電池已劣化時，變更為使監(jiān)控用溫度區(qū)域的幅度變小，因此相對于劣化后的燃料電池單電池，可更加抑制燃料電池單電池的溫度變化，因此， 可減輕伴隨燃料電池單電池溫度變化的對燃料電池單電池的損傷，保持燃料電池單電池的耐久性。而且，由于燃料電池單電池劣化時，在規(guī)定期間內(nèi)中止適應性控制，在經(jīng)過該規(guī)定期間后，在變更后的溫度區(qū)域內(nèi)執(zhí)行適應性控制，因此可防止使燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量的修正量增加或減少所引起的修正量的變動部分所導致的誤判。而且，由于在燃料電池單電池劣化而變更監(jiān)控用溫度區(qū)域時，使減量修正的次數(shù)和增量修正的次數(shù)復位，因此燃料電池單電池劣化后，燃料氣體和發(fā)電用空氣的供給量的修正量也為恰當?shù)牧浚蛇M行最恰當?shù)倪m應性控制。
權利要求
1.一種固體電解質(zhì)型燃料電池，是能夠對應于要求發(fā)電量來變更發(fā)電輸出值的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池，配置在發(fā)電室內(nèi)；燃料供給裝置，向上述多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池供給燃料；溫度測定器，測定上述發(fā)電室的溫度(Tl)；及控制裝置，對應于要求發(fā)電量，根據(jù)預先確定的燃料供給用控制特性至少變更上述燃料供給裝置的燃料供給量，上述控制裝置具備具有根據(jù)固體電解質(zhì)型燃料電池的額定發(fā)電量的下限量及上限量而預先設定的適應性控制用的下限溫度值(Ta)和上限溫度值(Tb)的監(jiān)控用溫度區(qū)域；以及比上述適應性控制用溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高的異常對應控制用上限溫度值及比上述適應性控制用溫度區(qū)域的下限溫度值(Ta)低的異常對應控制用下限溫度值，上述控制裝置具備異常對應控制裝置，通過在上述發(fā)電室的溫度(Tl)比上述異常對應控制用上限溫度值高時及比上述異常對應控制用下限溫度值低時限制燃料電池的運行， 來執(zhí)行上述異常對應控制；以及適應性控制裝置，當發(fā)電室的溫度(Tl)超過上述適應性控制用的下限溫度值(Ta)或上限溫度值(Tb)而處于上述溫度區(qū)域之外時，通過根據(jù)來自上述溫度測定器的溫度信號修正上述燃料供給量，將發(fā)電室的溫度(Tl)保持于上述溫度區(qū)域內(nèi)，而執(zhí)行上述適應性控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述適應性控制裝置具有溫度區(qū)域變更裝置，其在預先確定的條件下，變更上述下限溫度值(Ta)及上限溫度值 (Tb)的雙方或任意一方，從而變更上述溫度區(qū)域。
3.根據(jù)權利要求2所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述溫度區(qū)域變更裝置對應于外氣溫度，變更上述下限溫度值(Ta)及上限溫度值(Tb)的雙方或任意一方。
4.根據(jù)權利要求2所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述溫度區(qū)域變更裝置對應于要求發(fā)電量的變動量，變更上述下限溫度值(Ta)及上限溫度值(Tb)的雙方或任眉、ο
5.根據(jù)權利要求2所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述溫度區(qū)域變更裝置在要求發(fā)電量較低的低負荷時，將上述溫度區(qū)域變更至低溫側。
6.根據(jù)權利要求2所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，還具有劣化判定裝置， 其進行燃料電池單電池的劣化判定，該劣化判定裝置判定為燃料電池單電池已劣化時，上述適應性控制裝置使上述燃料供給量的修正量增加或減少，而且，上述溫度區(qū)域變更裝置變更上述溫度區(qū)域。
7.根據(jù)權利要求6所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述溫度區(qū)域變更裝置以劣化后測定的燃料電池單電池的溫度即基準溫度為中心設定上述溫度區(qū)域的下限溫度值(Ta)及上限溫度值(Tb)。
8.根據(jù)權利要求6所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述溫度區(qū)域變更裝置在判定為燃料電池單電池已劣化時，變更為使上述溫度區(qū)域的幅度變小。
9.根據(jù)權利要求6所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述適應性控制裝置在燃料電池單電池劣化時，在規(guī)定期間內(nèi)中止適應性控制，在經(jīng)過該規(guī)定期間后，在上述變更后的溫度區(qū)域內(nèi)執(zhí)行適應性控制。
10.根據(jù)權利要求7所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述適應性控制裝置在發(fā)電室的溫度(Tl)超過上述上限溫度值(Tb)時以使發(fā)電室溫度降低的方式使燃料供給量減少的方向的減量修正次數(shù)與在發(fā)電室的溫度超過上述下限溫度值(Ta)時以使發(fā)電室溫度上升的方式使燃料供給量增加的方向的增量修正次數(shù)各自使上述的減量修正次數(shù)和增量修正次數(shù)相互抵消后變?yōu)橐?guī)定的次數(shù)時，由此以后限制同一方向的燃料供給量的修正，上述適應性控制裝置還在燃料電池單電池劣化而變更了上述溫度區(qū)域時，使上述減量修正次數(shù)和增量修正次數(shù)復位。
11.根據(jù)權利要求1所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述適應性控制裝置具有修正量變更裝置，其在預先確定的條件下變更上述燃料供給量的修正量。
12.根據(jù)權利要求11所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，還具有劣化判定裝置，其進行燃料電池單電池的劣化判定，當該劣化判定裝置判定為燃料電池單電池已劣化時，上述修正量變更裝置使上述燃料供給量的修正量增加。
13.根據(jù)權利要求11所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述修正量變更裝置在對應于要求發(fā)電量而變更發(fā)電輸出值的負荷跟蹤時，根據(jù)發(fā)電室溫度的變動量來變更燃料供給量的修正量。
14.根據(jù)權利要求1所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，還具有冷卻控制裝置，其在上述發(fā)電室的溫度(Tl)比上述溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高且比上述異常對應控制用上限溫度值低的溫度區(qū)域內(nèi)冷卻上述燃料電池單電池。
15.一種固體電解質(zhì)型燃料電池，是能夠對應于要求發(fā)電量來變更發(fā)電輸出值的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池，配置在發(fā)電室內(nèi)；燃料供給部件，向上述多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池供給燃料；溫度測定部件，測定上述發(fā)電室的溫度(Tl)；及控制部件，對應于要求發(fā)電量，根據(jù)預先確定的燃料供給用控制特性至少變更上述燃料供給部件的燃料供給量，上述控制部件具備具有根據(jù)固體電解質(zhì)型燃料電池的額定發(fā)電量的下限量及上限量而預先設定的適應性控制用的下限溫度值(Ta)和上限溫度值(Tb)的監(jiān)控用溫度區(qū)域；以及比上述適應性控制用溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高的異常對應控制用上限溫度值及比上述適應性控制用溫度區(qū)域的下限溫度值(Ta)低的異常對應控制用下限溫度值，上述控制部件具備異常對應控制部件，在上述發(fā)電室的溫度(Tl)比上述異常對應控制用上限溫度值高時及比上述異常對應控制用下限溫度值低時限制燃料電池的運行；以及適應性控制部件，當發(fā)電室的溫度(Tl)超過上述適應性控制用的下限溫度值(Ta)或上限溫度值(Tb)而處于上述溫度區(qū)域之外時，根據(jù)來自上述溫度測定部件的溫度信號修正上述燃料供給量，將發(fā)電室的溫度(Tl)保持于上述溫度區(qū)域內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明的SOFC具有多個固體電解質(zhì)型燃料電池單電池(84)，配置在發(fā)電室(10)內(nèi)；燃料供給單元(38)，向燃料電池單電池供給燃料；溫度傳感器(142)，測定發(fā)電室的溫度(T1)；及控制部(110)，對應于要求發(fā)電量，根據(jù)燃料供給用控制特性變更燃料供給量，控制部具備具有根據(jù)額定發(fā)電量的下限量及上限量而預先設定的適應性控制用的下限溫度值(Ta)和上限溫度值(Tb)的監(jiān)控用溫度區(qū)域；以及比適應性控制用溫度區(qū)域的上限溫度值(Tb)高的異常對應控制用上限溫度值及比適應性控制用溫度區(qū)域的下限溫度值(Ta)低的異常對應控制用下限溫度值，控制部具備異常對應控制部，通過在發(fā)電室的溫度(T1)比上限溫度值(Tb)高時及比下限溫度值(Ta)低時限制燃料電池的運行，來執(zhí)行異常對應控制；以及適應性控制部，當發(fā)電室的溫度(T1)超過下限溫度值(Ta)或上限溫度值(Tb)而處于溫度區(qū)域之外時，通過根據(jù)來自溫度測定傳感器的溫度信號修正燃料供給量，將發(fā)電室的溫度(T1)保持于溫度區(qū)域內(nèi)，而執(zhí)行適應性控制。
文檔編號H01M8/12GK102449837SQ20108002390
公開日2012年5月9日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權日2009年3月31日
發(fā)明者中野清隆, 土屋勝久, 大江俊春, 川村昌之, 重住司 申請人:Toto株式會社