固體電解質(zhì)型燃料電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種固體電解質(zhì)型燃料電池，可以切實地避免損傷燃料電池模塊，并提高發(fā)電效率。本發(fā)明是一種固體電解質(zhì)型燃料電池（1），其特征在于，具有：燃料電池模塊（2）；燃料供給部件（38）；需求電力檢測部件（110a）；控制器（110），在根據(jù)需求電力控制燃料供給量的同時，設(shè)定可導(dǎo)出的最大電流值即可導(dǎo)出電流值；逆變器（54），在不超過可導(dǎo)出電流值的范圍內(nèi)從燃料電池模塊導(dǎo)出電流；及導(dǎo)出電流檢測部件（126），檢測出從燃料電池模塊導(dǎo)出的實際導(dǎo)出電流，控制器即使在需求電力上升時，也在符合規(guī)定的增加限制條件時不使可導(dǎo)出電流值增加，將可導(dǎo)出電流值保持于一定的值，或者使可導(dǎo)出電流值下降。
【專利說明】固體電解質(zhì)型燃料電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種固體電解質(zhì)型燃料電池，尤其涉及發(fā)出與需求電力相應(yīng)的可變電力的固體電解質(zhì)型燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為下一代能源，提出有各種燃料電池裝置，其具備:燃料電池，能夠使用燃料(氫氣)和空氣進行發(fā)電而得到電力；及輔助設(shè)備類，用于使該燃料電池工作。
[0003]在日本國特開平7-307163號公報(專利文獻I)中記載有一種燃料電池發(fā)電裝置。該燃料電池構(gòu)成為根據(jù)負荷而變更所發(fā)出的電力。
[0004]在此，參照圖15，說明使用了燃料電池的電力供給系統(tǒng)。圖15示出使用燃料電池向住宅供給電力的現(xiàn)有系統(tǒng)的一個例子。在該系統(tǒng)中，住宅200所消耗的電力通過燃料電池202及系統(tǒng)電力204而得到供應(yīng)。通常，由于住宅中所消耗的最大消耗電力比燃料電池202所能發(fā)出的最大額定電力大，因此在利用燃料電池202的住宅200中也從系統(tǒng)電力204補充其不足的部分，從燃料電池202及系統(tǒng)電力204向住宅供給電力。而且，為了避免燃料電池202所產(chǎn)生的發(fā)電電力向系統(tǒng)電力204發(fā)生逆潮流，即使在住宅的消耗電力低于燃料電池202的最大額定電力時，通常住宅200的消耗電力中的一部分也從系統(tǒng)電力204進行供給。
[0005]系統(tǒng)電力204是從輸電線向住宅內(nèi)的配電板輸送的電力即購入電力。也就是說，燃料電池202的發(fā)電電力和系統(tǒng)電力204的總和相當于住宅200中的消耗電力。燃料電池202從需求電力檢測器206取得住宅200購入的電力的監(jiān)控信號，根據(jù)該監(jiān)控信號來變更由燃料電池202發(fā)出的電力。即，燃料電池202根據(jù)從需求電力檢測器206取得的監(jiān)控信號，決定基礎(chǔ)電流Ii，其表示燃料電池202應(yīng)生成的電流，控制供給至燃料電池模塊208的燃料供給量等，以能夠生成該基礎(chǔ)電流H。另外，基礎(chǔ)電流Ii與住宅200的消耗電力無關(guān)，其被設(shè)定為與燃料電池202的最大額定電力對應(yīng)的值以下。
[0006]由于內(nèi)置于燃料電池202的燃料電池模塊208通常響應(yīng)極慢，因此很難跟蹤住宅200中的消耗電力的變化來變更發(fā)電電力。因此，向燃料電池模塊208指示發(fā)電量的基礎(chǔ)電流Ii的信號如下被決定，通過對監(jiān)控信號使用進行積分處理等的濾波器210而平緩地變化，以便與消耗電力的變化相比，極為平緩地發(fā)生變化。
[0007]燃料電池202向燃料電池模塊208供給與基礎(chǔ)電流Ii相應(yīng)的量的燃料，使燃料電池模塊208具有能夠生成基礎(chǔ)電流Ii的電流的能力。另一方面，逆變器212從燃料電池模塊208導(dǎo)出直流的實際導(dǎo)出電流值Ic，將其轉(zhuǎn)換為交流并供給至住宅200。而且，逆變器212從燃料電池模塊208導(dǎo)出的實際導(dǎo)出電流值Ic始終被設(shè)定在基礎(chǔ)電流Ii的值以下，以避免超過燃料電池模塊208的發(fā)電能力。如果從燃料電池模塊208導(dǎo)出與根據(jù)基礎(chǔ)電流Ii而決定的燃料供給量等對應(yīng)的發(fā)電能力以上的電流，則燃料電池模塊208內(nèi)的燃料電池單電池發(fā)生燃料枯竭，有可能顯著縮短燃料電池單電池的壽命，或破壞燃料電池單電池。
[0008]另一方面，由于住宅200中所消耗的電力急劇地發(fā)生變動，因此當消耗電力驟減時，住宅200的消耗電力變得比與緩慢變化的基礎(chǔ)電流Ii對應(yīng)的電力低。
[0009]在日本國特開平7-307163號公報記載的燃料電池發(fā)電裝置中，為了對應(yīng)于這種燃料電池模塊208的延遲，在使電流值增加時，介由延遲設(shè)定器來更新設(shè)定電流值，使設(shè)定電流值的增加延遲以防止燃料枯竭等的不良現(xiàn)象。而且，在該燃料電池發(fā)電裝置中，由于更新設(shè)定電流值時，始終按規(guī)定的減法電流值或加法電流值進行變更，因此使設(shè)定電流值變化的變化率成為始終一定的變化率。
[0010]專利文獻1:日本國特開平7-307163號公報
[0011]在日本國特開平7-307163號公報記載的燃料電池發(fā)電裝置中，需求電力(消耗電力)增加時，與此相伴使燃料氣體增加后，延遲一定時間而使從燃料電池導(dǎo)出的電流增加。因而，在需求電力增加時，從燃料電池導(dǎo)出的電流存在一定時間的延遲且必定增加。
[0012]但是，在日本國特開平7-307163號公報記載的燃料電池發(fā)電裝置中，由于使從燃料電池導(dǎo)出的電流相對于需求電力延遲并單純地進行跟蹤，因此雖然可以防止燃料枯竭等，但是存在燃料電池模塊的運行變得不穩(wěn)定，或?qū)е掳l(fā)電效率下降的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因而，本發(fā)明的目的在于提供一種固體電解質(zhì)型燃料電池，可以切實地避免因燃料枯竭等而損傷燃料電池模塊，并實現(xiàn)燃料電池模塊穩(wěn)定的運行，同時提高發(fā)電效率。
[0014]為了解決上述課題，本發(fā)明是一種發(fā)出與需求電力相應(yīng)的可變電力的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有:燃料電池模塊，通過所被供給的燃料進行發(fā)電；燃料供給部件，向該燃料電池模塊供給燃料；需求電力檢測部件，檢測出需求電力；控制器，根據(jù)由該需求電力檢測部件檢測出的需求電力，控制燃料供給部件的燃料供給量，同時根據(jù)燃料電池模塊的狀態(tài)設(shè)定能夠從燃料電池模塊導(dǎo)出的最大電流值即可導(dǎo)出電流值；逆變器，根據(jù)需求電力，在不超過可導(dǎo)出電流值的范圍內(nèi)從燃料電池模塊導(dǎo)出電流，并轉(zhuǎn)換為交流；及導(dǎo)出電流檢測部件，檢測出從燃料電池模塊向逆變器實際導(dǎo)出的實際導(dǎo)出電流，控制器即使在需求電力上升時，也在符合規(guī)定的增加限制條件時不使可導(dǎo)出電流值增加，將可導(dǎo)出電流值保持于一定的值，或者使可導(dǎo)出電流值下降。
[0015]在如此構(gòu)成的本發(fā)明中，控制器根據(jù)由需求電力檢測部件檢測出的需求電力來控制燃料供給部件的燃料供給量，向燃料電池模塊供給燃料。而且，控制器根據(jù)燃料電池模塊的狀態(tài)設(shè)定能夠從燃料電池模塊導(dǎo)出的最大電流值即可導(dǎo)出電流值。逆變器在不超過可導(dǎo)出電流值的范圍內(nèi)從燃料電池模塊導(dǎo)出與需求電力相應(yīng)的電流?？刂破骷词乖谛枨箅娏ι仙龝r，也在符合規(guī)定的增加限制條件時不使可導(dǎo)出電流值增加，將可導(dǎo)出電流值保持于一定的值，或者使可導(dǎo)出電流值下降。
[0016]通常逆變器以高響應(yīng)性被控制，以根據(jù)急劇變化的需求電力從燃料電池模塊導(dǎo)出所需的電流。另一方面，由于供給至燃料電池模塊的燃料供給量急劇變化時，燃料電池模塊的發(fā)電變得不穩(wěn)定，因此無法進行響應(yīng)性高的控制。而且，燃料電池模塊中存在溫度等影響發(fā)電能力的多個因素，即便使燃料供給量增加，燃料電池模塊的發(fā)電能力也未必立即上升。因而，如果無視這種燃料電池模塊的狀態(tài)，而單純地使燃料供給量增加，并使導(dǎo)出的電流增力口，則有時會在燃料電池模塊上施加過度的負擔，從而導(dǎo)致加快燃料電池模塊劣化。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，由于控制器即使在需求電力上升時，也在符合規(guī)定的增加限制條件時不使可導(dǎo)出電流值增加，將可導(dǎo)出電流值保持于一定的值，或者使可導(dǎo)出電流值下降，因此可以切實地避免因燃料枯竭等而損傷燃料電池模塊，并使燃料電池模塊穩(wěn)定地運行。而且，即使在需求電力上升時，也通過保持可導(dǎo)出電流值或使其下降，從而能夠從相對于燃料電池模塊的發(fā)電不適宜的狀態(tài)或者效率差的狀態(tài)快速地恢復(fù)，與立即使可導(dǎo)出電流值上升時相比，在抑制對燃料電池模塊的影響的同時，反而還能夠提高發(fā)電效率。
[0018]在本發(fā)明中，優(yōu)選控制器構(gòu)成為根據(jù)規(guī)定的參數(shù)來判斷增加限制條件，即使在需求電力上升時，也在規(guī)定的參數(shù)超過規(guī)定閾值時將可導(dǎo)出電流值保持于一定的值，在超過規(guī)定閾值而進一步擴大時則使可導(dǎo)出電流值下降。
[0019]在如此構(gòu)成的本發(fā)明中，增加限制條件根據(jù)規(guī)定的參數(shù)值而被判斷，在該參數(shù)值是不適于使可導(dǎo)出電流值上升的值時，可導(dǎo)出電流值被保持于一定的值。在該狀態(tài)下，參數(shù)值進一步惡化時，使可導(dǎo)出電流值下降。
[0020]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于當規(guī)定的參數(shù)值是不適于使可導(dǎo)出電流值上升的值時，保持可導(dǎo)出電流值，因此不會在燃料電池模塊上施加新的負擔，可以看清響應(yīng)慢的燃料電池模塊的狀態(tài)是否趨于恢復(fù)。而且，可以在燃料電池模塊的狀態(tài)進一步惡化時，使可導(dǎo)出電流值下降，從而積極地減少對燃料電池模塊的負擔。
[0021]在本發(fā)明中，優(yōu)選增加限制條件包括將可導(dǎo)出電流值保持于一定值的電流保持條件以及使可導(dǎo)出電流值下降的電流下降條件，與電流保持條件相比，控制器優(yōu)先應(yīng)用電流下降條件。
[0022]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于與電流保持條件相比，電流下降條件被優(yōu)先應(yīng)用，因此可以在施加于燃料電池模塊的負擔持續(xù)時則有可能導(dǎo)致燃料電池模塊損傷的情況下，快速地減輕負擔，可以切實地防止燃料電池模塊損傷。
[0023]在本發(fā)明中，優(yōu)選控制器分別具備多個電流保持條件以及電流下降條件，可導(dǎo)出電流值在不符合所有多個電流保持條件時增加，在符合多個電流下降條件中的即使I個時也下降。
[0024]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，由于對燃料電池模塊的負擔大的可導(dǎo)出電流值的增加只有在不符合所有電流保持條件時才被執(zhí)行，因此在不具備能夠使可導(dǎo)出電流值增加的良好程度的情況下，可導(dǎo)出電流值被保持于一定的值。另外，在電流下降條件中符合即使I個時，可導(dǎo)出電流值也立即下降，可以切實地防止燃料電池模塊損傷。
[0025]在本發(fā)明中，優(yōu)選控制器根據(jù)多個電流下降條件中符合的電流下降條件，以使可導(dǎo)出電流值下降的變化率不同的方式使可導(dǎo)出電流值變化。
[0026]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，對于需要急速減少燃料電池模塊的負擔的狀態(tài)，可以使可導(dǎo)出電流值急速下降從而快速減少負擔，同時對于不需要急速的負擔減輕的狀態(tài)，可以通過使可導(dǎo)出電流值平緩地下降，從而縮短可恢復(fù)至所需的可導(dǎo)出電流值為止的時間。
[0027]在本發(fā)明中，優(yōu)選增加限制條件根據(jù)燃料電池模塊的溫度、燃料電池模塊的輸出電壓、實際導(dǎo)出電流及可導(dǎo)出電流值中的多個參數(shù)而被判斷。
[0028]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，通過并行監(jiān)控對燃料電池模塊的發(fā)電能力的影響不同的多個參數(shù)，從而可以抑制燃料電池模塊劣化，并使燃料電池模塊的發(fā)電能力快速恢復(fù)。
[0029]在本發(fā)明中，優(yōu)選燃料電池模塊的溫度根據(jù)下限閾值及上限閾值而被判斷，燃料電池模塊的溫度超過下限閾值而下降時則可導(dǎo)出電流值被保持于一定的值，燃料電池模塊的溫度進一步下降時則使可導(dǎo)出電流值下降，燃料電池模塊的溫度超過上限閾值而上升時則使可導(dǎo)出電流值下降。
[0030]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，對于燃料電池模塊溫度的下降側(cè)，保持可導(dǎo)出電流值并等待溫度恢復(fù)，并且在發(fā)生進一步的溫度下降時使可導(dǎo)出電流值下降，由此可以縮短可恢復(fù)至所需的可導(dǎo)出電流值為止的時間。而且，對于燃料電池模塊溫度的上升側(cè)，通過使可導(dǎo)出電流值立即下降，從而可以防止燃料電池模塊損傷。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的固體電解質(zhì)型燃料電池，可以切實地避免因燃料枯竭等而損傷燃料電池模塊，并實現(xiàn)燃料電池模塊穩(wěn)定的運行，同時提高發(fā)電效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的整體構(gòu)成圖。
[0033]圖2是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池模塊的主視剖視圖。
[0034]圖3是沿圖2的II1-1II線的剖視圖。
[0035]圖4是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池單電池單元的局部剖視圖。
[0036]圖5是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的燃料電池電堆的立體圖。
[0037]圖6是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的框圖。
[0038]圖7是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置起動時的動作的時間圖。
[0039]圖8是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置停止時的動作的時間圖。
[0040]圖9是本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的控制圖表。
[0041]圖10是由控制部執(zhí)行的控制的流程圖。
[0042]圖11是由控制部執(zhí)行的控制的流程圖。
[0043]圖12是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的作用的時間圖。
[0044]圖13是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的作用的時間圖。
[0045]圖14是表示本發(fā)明一個實施方式的燃料電池裝置的作用的時間圖。
[0046]圖15表示使用燃料電池向住宅供給電力的現(xiàn)有系統(tǒng)的一個例子。
[0047]符號說明
[0048]1-固體電解質(zhì)型燃料電池；2_燃料電池模塊；4_輔助設(shè)備單元；8_密封空間；10-發(fā)電室；12-燃料電池單電池集合體；14-燃料電池電堆；16-燃料電池單電池單元(固體電解質(zhì)型燃料電池單電池)；18-燃燒室；20_重整器；22_空氣用換熱器；24_供水源；26-純水箱；28_水流量調(diào)節(jié)單元(供水部件)；30-燃料供給源；38_燃料流量調(diào)節(jié)單元(燃料供給部件);40-空氣供給源；44_重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元；45_發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元；46_第I加熱器；48_第2加熱器；50_溫水制造裝置；52_控制箱；54_逆變器；83_點火裝置；84_燃料電池單電池；110_控制部(燃料電池控制器);110a-第I需求電力檢測部件；111-逆變器控制部(逆變器控制器);11 Ia-第2需求電力檢測部件；112-操作裝置；114-顯示裝置；116_警報裝置；126_電力狀態(tài)檢測傳感器(導(dǎo)出電流檢測部件)；132-燃料流量傳感器(燃料供給量檢測傳感器)；138-壓力傳感器(重整器壓力傳感器)；142-發(fā)電室溫度傳感器(溫度檢測部件)；150_外氣溫度傳感器；200_住宅；202_燃料電池；204_系統(tǒng)電力；206-電流互感器；208_燃料電池模塊；210-濾波器；212_逆變器?！揪唧w實施方式】
[0049]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)。
[0050]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)的整體構(gòu)成圖。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(shè)備單元4。
[0051]燃料電池模塊2具備殼體6，在該殼體6內(nèi)部隔著絕熱材料(未圖示，但是絕熱材料不是必需的構(gòu)成，也可以沒有絕熱材料)形成有密封空間8。另外，也可以不設(shè)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(yīng)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(gòu)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。
[0052]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(yīng)中未使用的殘余的燃料氣體和殘余的氧化劑(空氣)在該燃燒室18內(nèi)燃燒，生成排放氣體。
[0053]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，利用前述殘余氣體的燃燒熱量將重整器20加熱為可進行重整反應(yīng)的溫度。而且，在該重整器20的上方配置有空氣用換熱器22，用于接收重整器20的熱量以加熱空氣，抑制重整器20的溫度下降。
[0054]接下來，輔助設(shè)備單元4具備:純水箱26，貯存來自水管等供水源24的水并通過過濾器使其成為純水；及水流量調(diào)節(jié)單元28 (由電動機驅(qū)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(shè)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；及燃料流量調(diào)節(jié)單元38 (由電動機驅(qū)動的“燃料泵”等)，調(diào)節(jié)燃料氣體的流量。輔助設(shè)備單元4還具備:電磁閥42，截斷從空氣供給源40供給的氧化劑即空氣；重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44及發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45 (由電動機驅(qū)動的“空氣鼓風機”等)，調(diào)節(jié)空氣的流量；第I加熱器46，加熱向重整器20供給的重整用空氣；及第2加熱器48，加熱向發(fā)電室供給的發(fā)電用空氣。上述第I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(shè)置的，但是也可以省略。
[0055]接下來，在燃料電池模塊2上連接有溫水制造裝置50，其被供給排放氣體。該溫水制造裝置50被供給來自供水源24的自來水，該自來水由于排放氣體的熱量而成為溫水，并被供給至未圖示的外部供熱水器的貯熱水箱。
[0056]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。
[0057]而且，在燃料電池模塊2上連接有電力導(dǎo)出部(電力轉(zhuǎn)換部)即逆變器54，其用于向外部供給由燃料電池模塊發(fā)出的電力。
[0058]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(jié)構(gòu)。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)的燃料電池模塊的側(cè)視剖視圖，圖3是沿圖2的II1-1II線的剖視圖。
[0059]如圖2及圖3所示，在燃料電池模塊2的殼體6內(nèi)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。
[0060]重整器20安裝有用于向其上游端側(cè)導(dǎo)入純水的純水導(dǎo)入管60和用于導(dǎo)入將要重整的燃料氣體和重整用空氣的被重整氣體導(dǎo)入管62，而且，在重整器20的內(nèi)部從上游側(cè)依次形成有蒸發(fā)部20a和重整部20b，在上述蒸發(fā)部20a和重整部20b填充有重整催化劑。導(dǎo)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)。
[0061]在該重整器20的下游端側(cè)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64a的下面上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。
[0062]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)的燃料氣體被供給至燃料電池單電池單元16內(nèi)。
[0063]接下來，在重整器20的上方設(shè)置有空氣用換熱器22。該空氣用換熱器22在上游側(cè)具備空氣匯集室70，在下游側(cè)具備2個空氣分配室72，上述空氣匯集室70和空氣分配室72通過6個空氣流路管74而連接。在此，如圖3所示，3個空氣流路管74成為一組(74a、74b、74c、74d、74e、74f )，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。
[0064]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(yù)熱。
[0065]在各個空氣分配室72上連接有空氣導(dǎo)入管76，該空氣導(dǎo)入管76向下方延伸，其下端側(cè)與發(fā)電室10的下方空間連通，向發(fā)電室10導(dǎo)入預(yù)熱后的空氣。
[0066]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(cè)，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(cè)與配置有空氣用換熱器22的空間連通，下端側(cè)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。
[0067]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(shè)置于燃燒室18。
[0068]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。
[0069]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(cè)電極端子86。
[0070]燃料電池單電池84是在上下方向上延伸的管狀結(jié)構(gòu)體，具備在內(nèi)部形成燃料氣體流路88的圓筒形內(nèi)側(cè)電極層90、圓筒形外側(cè)電極層92、位于內(nèi)側(cè)電極層90和外側(cè)電極層92之間的電解質(zhì)層94。該內(nèi)側(cè)電極層90是燃料氣體經(jīng)過的燃料極，為(_)極，另一方面，外側(cè)電極層92是與空氣接觸的空氣極，為(+ )極。
[0071]由于安裝在燃料電池單電池84的上端側(cè)和下端側(cè)的內(nèi)側(cè)電極端子86為相同結(jié)構(gòu)，所以在此對安裝于上端側(cè)的內(nèi)側(cè)電極端子86具體地進行說明。內(nèi)側(cè)電極層90的上部90a具備相對于電解質(zhì)層94和外側(cè)電極層92露出的外周面90b和上端面90c。內(nèi)側(cè)電極端子86隔著導(dǎo)電性密封材料96與內(nèi)側(cè)電極層90的外周面90b連接，而且，通過與內(nèi)側(cè)電極層90的上端面90c直接接觸而與內(nèi)側(cè)電極層90電連接。在內(nèi)側(cè)電極端子86的中心部形成有與內(nèi)側(cè)電極層90的燃料氣體流路88連通的燃料氣體流路98。
[0072]內(nèi)側(cè)電極層90例如由Ni和摻雜有從Ca或Y、Sc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。
[0073]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錯、摻雜有從稀土類元素中選擇的至少一種元素的二氧化鋪、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。
[0074]外側(cè)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、Fe、N1、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。
[0075]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。
[0076]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(cè)及上端側(cè)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(cè)電極端子86可貫穿的貫穿孔68a及100a。
[0077]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(cè)電極層90的內(nèi)側(cè)電極端子86電連接的燃料極用連接部102a和與空氣極即外側(cè)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。空氣極用連接部102b由在外側(cè)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(cè)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102a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(cè)電極端子86，向斜上方或斜下方直線延伸。
[0078]而且，在位于燃料電池電堆14 一端(圖5中左端的里側(cè)及跟前側(cè))的2個燃料電池單電池單元16的上側(cè)端及下側(cè)端的內(nèi)側(cè)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。
[0079]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。
[0080]如圖6所示，固體電解質(zhì)型燃料電池I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(guān)”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。
[0081]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。
[0082]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(shè)備單元4。[0083]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(shè)備單元4的外部殼體(未圖示)中的元件。
[0084]熱水貯存狀態(tài)檢測傳感器124是用于檢測未圖示的供熱水器的熱水溫度、水量等的元件。
[0085]電力狀態(tài)檢測傳感器126是用于檢測逆變器54及配電板(未圖示)的電流及電壓等的兀件。
[0086]發(fā)電用空氣流量檢測傳感器128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。
[0087]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。
[0088]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。
[0089]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。
[0090]水位傳感器136是用于檢測純水箱26的水位的元件。
[0091]壓力傳感器138是用于檢測重整器20的外部上游側(cè)的壓力的元件。
[0092]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。
[0093]如圖3所示，發(fā)電室溫度傳感器142設(shè)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，從而估計燃料電池電堆14 (即燃料電池單電池84自身)的溫度的元件。
[0094]燃燒室溫度傳感器144是用于檢測燃燒室18的溫度的元件。
[0095]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。
[0096]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。
[0097]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(shè)置測定外氣濕度等的傳感器。
[0098]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)這些信號的數(shù)據(jù)，向水流量調(diào)節(jié)單元28、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。
[0099]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。
[0100]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。
[0101]首先，從重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44經(jīng)由第I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。
[0102]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。
[0103]之后，通過點火裝置83進行點燃，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，還加熱空氣用換熱器22內(nèi)的發(fā)電用空氣。
[0104]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，因此在重整器20中，進行式(I)所示的部分氧化重整反應(yīng)Ρ0Χ。由于該部分氧化重整反應(yīng)POX是發(fā)熱反應(yīng)，因此起動性良好。而且，通過燃料氣體供給管64向燃料電池電堆14的下方供給該升溫后的燃料氣體，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，因此燃料電池電堆14還從上方被加熱，結(jié)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(yīng)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(yīng)。
[0105]CmHn+x02 — aC02+bC0+cH2 (I)
[0106]部分氧化重整反應(yīng)POX開始后，當通過重整器溫度傳感器148檢測到重整器20變?yōu)橐?guī)定溫度(例如600°C)時，通過水流量調(diào)節(jié)單元28、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(yù)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(yīng)POX和后述的水蒸氣重整反應(yīng)SR的自熱重整反應(yīng)ATR。由于該自熱重整反應(yīng)ATR可取得熱量內(nèi)部平衡，因此在重整器20內(nèi)以熱量自足的狀態(tài)進行反應(yīng)。即，當氧(空氣)較多時基于部分氧化重整反應(yīng)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(yīng)SR的吸熱反應(yīng)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)升溫至一定程度的溫度，因此即使吸熱反應(yīng)占支配地位也不會引起大幅度的溫度下降。而且，在自熱重整反應(yīng)ATR進行中，在燃燒室18中也持續(xù)進行燃燒反應(yīng)。
[0107]式(2)所示的自熱重整反應(yīng)ATR開始后，當通過重整器溫度傳感器146檢測到重整器20變?yōu)橐?guī)定溫度(例如，700°C)時，在停止重整用空氣流量調(diào)節(jié)單元44的重整用空氣供給的同時，增加水流量調(diào)節(jié)單元28的水蒸`氣供給。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(yīng)SR。
[0108]CmHn+x02+yH20 ^ aC02+bC0+cH2 (2)
[0109]CmHn+xH20 ^ aC02+bC0+cH2 (3)
[0110]由于該水蒸氣重整反應(yīng)SR是吸熱反應(yīng)，因此與來自燃燒室18的燃燒熱量取得熱平衡并進行反應(yīng)。由于該階段是燃料電池模塊2起動的最終階段，因此發(fā)電室10內(nèi)升溫至足夠高的溫度，因而，即使進行吸熱反應(yīng)，也不會導(dǎo)致發(fā)電室10大幅度的溫度下降。而且，即使進行水蒸氣重整反應(yīng)SR，在燃燒室18中也持續(xù)進行燃燒反應(yīng)。
[0111]如此，燃料電池模塊2利用點火裝置83點火后，通過依次進行部分氧化重整反應(yīng)Ρ0Χ、自熱重整反應(yīng)ATR、水蒸氣重整反應(yīng)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)定工作的額定溫度低的規(guī)定發(fā)電溫度后，使包括燃料電池模塊2的電路閉合，開始燃料電池模塊2的發(fā)電，由此，電流流過電路。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(jié)果，達到使燃料電池模塊2工作的額定溫度例如600°C至800°C。
[0112]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(yīng)SR進行發(fā)電。
[0113]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)的運行停止時的動作。圖8是表示本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池(SOFC)運行停止時的動作的時間圖。
[0114]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28，使燃料氣體及水蒸氣流向重整器20的供給量減少。
[0115]而且，進行燃料電池模塊2的運行停止時，在使燃料氣體及水蒸氣流向重整器20的供給量減少的同時，使發(fā)電用空氣流量調(diào)節(jié)單元45向燃料電池模塊2內(nèi)供給發(fā)電用空氣的供給量增大，利用空氣冷卻燃料電池單電池集合體12及重整器20，使它們的溫度下降。其后，當重整器20的溫度下降至規(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(jié)束重整器20的水蒸氣重整反應(yīng)SR。該發(fā)電用空氣的供給持續(xù)至重整器20的溫度下降至規(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。
[0116]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，并用重整器20所進行的水蒸氣重整反應(yīng)SR和基于發(fā)電用空氣的冷卻，因此能夠在較短的時間內(nèi)使燃料電池模塊的運行停止。
[0117]下面，參照圖6，說明本發(fā)明實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池I的控制。
[0118]首先，如圖6所示，本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池I具備燃料電池控制器即控制部110和逆變器控制器即逆變器控制部111。
[0119]控制部110具`備第I需求電力檢測部件110a，根據(jù)從需求電力檢測器206(圖15)輸入的需求電力監(jiān)控信號Ms檢測出需求電力。住宅200 (圖15)等設(shè)施所消耗的總需求電力通過從商用電源供給的系統(tǒng)電力以及從固體電解質(zhì)型燃料電池I供給的電力而得到供應(yīng)。作為需求電力檢測器206使用電流互感器時，作為需求電力監(jiān)控信號Ms可得到系統(tǒng)電流(購入電流)作為監(jiān)控信號，因此，通過從逆變器54得到的輸出端的交流電壓及發(fā)電互聯(lián)輸出電力，使系統(tǒng)電力?發(fā)電互聯(lián)電力合在一起而得到需求電力。而且，也可以通過從逆變器54間接得到上述信息而成為第I需求電力檢測部件110a。在本實施方式中，雖然在控制部110中輸入有總需求電力中的系統(tǒng)電力而作為需求電力監(jiān)控信號Ms，但是也可以根據(jù)控制部，使用總需求電力作為需求電力監(jiān)控信號。
[0120]另外，控制部110構(gòu)成為根據(jù)需求電力監(jiān)控信號Ms等來控制水流量調(diào)節(jié)單元28、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等。而且，控制部110構(gòu)成為根據(jù)來自各種傳感器的輸入信號以及需求電力監(jiān)控信號Ms來設(shè)定可導(dǎo)出電流值Iinv，向逆變器控制部111輸出該值。具體而言，控制部110由微處理器、存儲器及使它們工作的程序等構(gòu)成。
[0121]逆變器控制部111具備第2需求電力檢測部件111a，根據(jù)從需求電力檢測器206(圖15)輸入的需求電力監(jiān)控信號Ms檢測出需求電力。作為需求電力檢測器206使用電流互感器時，作為需求電力監(jiān)控信號Ms可得到系統(tǒng)電流(購入電流)作為監(jiān)控信號，因此，通過由逆變器54得到的在輸出端所具備的電壓檢測部件所檢測的輸出端的交流電壓以及輸出部中的輸出電力檢測部件所檢測的發(fā)電互聯(lián)輸出電力，使系統(tǒng)電力.發(fā)電互聯(lián)電力合在一起而得到需求電力。另外，也可以將上述信息發(fā)送給控制部110。逆變器控制部111構(gòu)成為根據(jù)需求電力監(jiān)控信號Ms以及從控制部110輸入的可導(dǎo)出電流值Iinv來控制逆變器54，在不超過可導(dǎo)出電流值Iinv的范圍內(nèi)從燃料電池模塊2導(dǎo)出實際導(dǎo)出電流值Ic。具體而言，逆變器控制部111由微處理器、存儲器及使它們工作的程序等構(gòu)成。
[0122]控制部110具備可導(dǎo)出電流值設(shè)定部件，其根據(jù)燃料電池模塊2的狀態(tài)，依次設(shè)定當時可從燃料電池模塊2導(dǎo)出的最大電流即可導(dǎo)出電流值Iinv。逆變器控制部111獨立于控制部110而控制逆變器54，在不超過從控制部110輸入的可導(dǎo)出電流值Iinv的范圍內(nèi)從燃料電池模塊2導(dǎo)出實際導(dǎo)出電流值Ic，供給至住宅200 (圖15)等的設(shè)施。另外，在本實施方式中，控制部110的控制周期為500 [msec]，逆變器控制部111的控制周期為I [msec]以下。如此，控制部110為了控制響應(yīng)慢的燃料電池模塊2而在所必需且充分的控制周期內(nèi)進行動作，逆變器控制部111在較短的控制周期內(nèi)進行動作，以對應(yīng)于急速變動的需求電力而從逆變器54導(dǎo)出電力。另外，控制部110及逆變器控制部111的控制并未同步，逆變器控制部111根據(jù)從控制部110輸入的可導(dǎo)出電流值Iinv以及需求電力監(jiān)控信號Ms，獨立于控制部110而控制逆變器54。
[0123]下面，參照圖9至圖14，說明本發(fā)明實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池I的作用。圖9是用于通過控制部110設(shè)定可導(dǎo)出電流值Iinv的控制圖表。圖10及圖11是應(yīng)用圖9所示的控制圖表從而決定可導(dǎo)出電流值Iinv的流程圖。
[0124]如圖9所示，控制部110根據(jù)發(fā)電室溫度Tfc、從燃料電池模塊2輸出的發(fā)電電壓Vdc、從商用電源向住宅等設(shè)施供給的電力即系統(tǒng)電力W1、從逆變器54輸出的電力即互聯(lián)電力Winv、可導(dǎo)出電流值Iinv的當前值、及燃料供給電流值If，決定可導(dǎo)出電流值Iinv的增加、下降或保持。
[0125]發(fā)電室溫度Tfc是收容有燃料電池單電池單元16的發(fā)電室10內(nèi)的溫度，其通過溫度檢測部件即發(fā)電室溫度傳感器142而被檢測，被輸入至控制部110。另外，在本說明書中，將發(fā)電室溫度Tfc等成為燃料電池模塊2的發(fā)電能力指標的溫度稱為“燃料電池模塊的
溫度”。
[0126]發(fā)電電壓Vdc是從燃料電池模塊2輸出的輸出電壓。
[0127]系統(tǒng)電力Wl是從商用電源對住宅等設(shè)施供給的電力，從設(shè)施的總需求電力減去由燃料電池供給的電力后的電力相當于該系統(tǒng)電力W1，根據(jù)需求電力監(jiān)控信號Ms而進行檢測。
[0128]互聯(lián)電力Winv是從逆變器54輸出的電力。通過電力狀態(tài)檢測傳感器126檢測出從燃料電池模塊2實際導(dǎo)出至逆變器54的電力，從逆變器54輸出由該電力變換的電力。從燃料電池模塊2實際輸出的實際導(dǎo)出電流值Ic [A]根據(jù)由電力狀態(tài)檢測傳感器126檢測出的電力而求出。因而，電力狀態(tài)檢測傳感器126作為導(dǎo)出電流檢測部件而發(fā)揮作用。
[0129]燃料供給電流值If是作為用于求出燃料供給量的基礎(chǔ)的電流值，相當于可由供給至燃料電池模塊2的燃料供給量(L/min)進行發(fā)電的電流值。因此，燃料供給電流值If始終設(shè)定為一定不會低于可導(dǎo)出電流值Iinv。
[0130]控制部110判定燃料電池模塊2當前的狀態(tài)符合圖9的編號I?9的哪一個，執(zhí)行圖9的右端欄所示的可導(dǎo)出電流值Iinv的變更或保持。
[0131]例如，圖9的編號I欄所記載的所有條件同時被滿足時，如編號I欄的右端所示，控制部110將可導(dǎo)出電流值Iinv變更為下降5[mA]。如上所述，在本實施方式中，由于控制部110的控制周期為500[msec]，因此當編號I欄的條件被滿足的狀態(tài)連續(xù)時，可導(dǎo)出電流值Iinv每500 [msec]各下降5[mA]。此時,可導(dǎo)出電流值Iinv以10[mA/sec]的電流減少變化率減少。
[0132]同樣，圖9的編號8欄所記載的所有條件同時被滿足時，如編號8欄的右端所示，控制部110將可導(dǎo)出電流值Iinv變更為增加10 [mA]。因而，當編號8欄的條件被滿足的狀態(tài)連續(xù)時，可導(dǎo)出電流值Iinv以第I電流上升變化率即20[mA/sec]的變化率上升。
[0133]另外，在圖9的編號I?8欄所記載的條件都未被滿足時，則符合編號9欄的條件，可導(dǎo)出電流值Iinv的值未被變更而得以保持。
[0134]下面，參照圖10及圖11，說明圖9的控制圖表的條件的判斷順序。另外，圖10及圖11中的符號A?D示出處理的轉(zhuǎn)移目標。例如，流程的處理從圖10的符號“C”轉(zhuǎn)至圖11的符號“C”。
[0135]另外，如以下說明的那樣，控制部110構(gòu)成為，即使在需求電力上升時等而應(yīng)使可導(dǎo)出電流值Iinv增加的狀況下，也僅在未與規(guī)定的多個增加限制條件相符合時，使可導(dǎo)出電流值Iinv增加。另外，增加限制條件包括多個電流下降條件及電流保持條件，當符合這些條件時，使可導(dǎo)出電流值Iinv下降或進行保持。而且，多個電流下降條件(圖10的步驟S5、S7、S9、S11、S13)與多個電流保持條件(圖11的S15、S16、S17、S18、S19)相比首先被優(yōu)先應(yīng)用。
[0136]首先，圖10的步驟SI是判斷在可導(dǎo)出電流值Iinv和實際導(dǎo)出電流值Ic之間是否產(chǎn)生了非常大的偏差的步驟，判斷在兩者之間是否產(chǎn)生了大于1000[mA]的偏差。可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差在短控制周期中初次產(chǎn)生大于1000 [mA]的偏差的情況是指，作為逆變器54因為總需求電力急劇下降或者某種理由而使實際導(dǎo)出電流值Ic急劇下降，由此產(chǎn)生了偏差的狀況而進入步驟S2。
[0137]在步驟S2中，判斷系統(tǒng)電力Wl是否少于50[W]。系統(tǒng)電力Wl少于50[W]的情況是指，當系統(tǒng)電力Wl進一步減少時，則處于如下狀態(tài)，即來自逆變器54的輸出電力流入商用電源的“逆潮流(系統(tǒng)電力Wl變?yōu)樨撝档臓顟B(tài))”發(fā)生的可能性變高。因而，通過S2的判定和SI的判定可以判斷為，為了防止因為總需求電力非常大的下落而產(chǎn)生逆潮流，逆變器54處于使實際導(dǎo)出電流值Ic急劇下降的狀態(tài)。另外，在S2中將系統(tǒng)電力Wl的值設(shè)定為50W是指，設(shè)置50W程度的安全系數(shù)，以避免萬一發(fā)生逆潮流。
[0138]接下來，在S1、S2雙方被判斷為“是”的情況下，S卩，在伴隨著非常大的總需求電力下落的逆變器54進行逆潮流防止控制的情況下，在步驟S3中，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值急劇下降至實際導(dǎo)出電流值Ic的值(對應(yīng)于圖9的編號6)。通過步驟S3的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。由于逆變器54在不超過可導(dǎo)出電流值Iinv的值的范圍內(nèi)導(dǎo)出實際導(dǎo)出電流值Ic，因此通過使可導(dǎo)出電流值Iinv下降而使可導(dǎo)出電流值Iinv=實際導(dǎo)出電流值Ic，從而限制逆變器54擅自使導(dǎo)出電流比當前的導(dǎo)出電流值Ic增加這樣的對應(yīng)。這是為了將如下情況防患于未然而進行的措施，即在總需求電力發(fā)生急劇下降的情況下，隨后立即發(fā)生總需求電力急劇恢復(fù)(增力口)的狀況的可能性較高，但是在超過1000 [mA]這樣的存在較大偏差量的情況下，逆變器54為了響應(yīng)恢復(fù)的總需求電力而急劇地進行電力導(dǎo)出時，會因為控制超調(diào)等而導(dǎo)致逆變器54進行誤超過需求電力、可導(dǎo)出電流值Iinv的電力導(dǎo)出。換言之，由于在1000 [mA]以下的較小的偏差中，未進行使可導(dǎo)出電流值Iinv變?yōu)閷嶋H導(dǎo)出電流值Ic的控制，因此容許逆變器54在直至比實際導(dǎo)出電流值Ic高的可導(dǎo)出電流值Iinv的區(qū)間內(nèi)自由迅速地進行電力導(dǎo)出。這是為了如下情況而考慮的進一步的措施，即如果是上述較小的偏差，則不會產(chǎn)生超調(diào)所引起的過量的電力導(dǎo)出等的問題，因此，可以快速地跟蹤總需求電力的恢復(fù)。
[0139]另一方面，在通過步驟SI和S2的判定而判斷為并未處于伴隨著非常大的總需求電力下降的發(fā)生逆潮流的狀況時，則進入步驟S4。在步驟S4中，判斷可導(dǎo)出電流值Iinv是否大于1[A]。當可導(dǎo)出電流值Iinv大于I [A]時，則進入步驟S5，判斷發(fā)電電壓Vdc是否低于95 [V]。當發(fā)電電壓Vdc低于95 [V]時，則進入步驟S6。
[0140]在步驟S6中，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值下降10[mA](對應(yīng)于圖9的編號4)。通過步驟S6的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。在每次執(zhí)行圖10的流程圖而步驟S6的處理連續(xù)被執(zhí)行時，可導(dǎo)出電流值Iinv以20[mA/sec]的電流減少變化率減少。由于可以認為發(fā)電電壓Vdc低于95[V]時，在從燃料電池模塊2向逆變器54導(dǎo)出電力時因燃料電池模塊的劣化等而導(dǎo)致產(chǎn)生電壓降，因此通過使可導(dǎo)出電流值Iinv下降，從而抑制被逆變器54導(dǎo)出的電流，以減輕施加在燃料電池模塊2上的負擔。
[0141]另一方面，在步驟S5中，當發(fā)電電壓Vdc為95[V]以上時，則進入步驟S7。在步驟S7中，判斷互聯(lián)電力Winv是否超過710 [W]。當互聯(lián)電力Winv超過710 [W]時則進入步驟S8，在步驟S8中，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值下降5[mA](對應(yīng)于圖9的編號5)。S卩，當互聯(lián)電力Winv超過710[W]時，來自燃料電池模塊2的輸出電力超過額定電力，因此，使從燃料電池模塊2導(dǎo)出的電流下降以免超過額定電力。通過步驟S8的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。在每次執(zhí)行圖10的流程圖而步驟S8的處理連續(xù)被執(zhí)行時，可導(dǎo)出電流值Iinv以10[mA/sec]的電流減少變化率減少。
[0142]如此，控制部110通過多個電流下降條件中相符合的電流下降條件，以使可導(dǎo)出電流值Iinv減少的變化率不同的方式，使可導(dǎo)出電流值Iinv變化。
[0143]另一方面，在步驟S7中，當互聯(lián)電力Winv為710[W]以下時，則進入步驟S9。在步驟S9中，判斷發(fā)電室溫度Tfc是否超過850 [°C ]。當發(fā)電室溫度Tfc超過850 [°C ]時則進入步驟S10，在步驟SlO中，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值下降5[mA](對應(yīng)于圖9的編號2)。即，當發(fā)電室溫度Tfc超過850[°C ]時，則超過了燃料電池模塊2適當?shù)墓ぷ鳒囟龋虼?，使可?dǎo)出電流值Iinv的值下降，從而等待溫度下降。通過步驟SlO的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。在每次執(zhí)行圖10的流程圖而步驟SlO的處理連續(xù)被執(zhí)行時,可導(dǎo)出電流值Iinv以10[mA/sec]的電流減少變化率減少。
[0144]另一方面，在步驟S9中，當發(fā)電室溫度Tfc為850[°C ]以下時，則進入步驟S11。在步驟Sll中，判斷發(fā)電室溫度Tfc是否低于550[°C ]。當發(fā)電室溫度Tfc低于550[°C ]時則進入步驟S12，在步驟S12中，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值下降5[mA](對應(yīng)于圖9的編號3)。即，當發(fā)電室溫度Tfc低于550[°C ]時，則低于燃料電池模塊2可進行適當發(fā)電的溫度，因此，使可導(dǎo)出電流值Iinv下降。由此，使發(fā)電所消耗的燃料減少，將燃料轉(zhuǎn)用于燃料電池單電池單元16的加熱，使溫度上升。通過步驟S12的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。在每次執(zhí)行圖10的流程圖而步驟S12的處理連續(xù)被執(zhí)行時，可導(dǎo)出電流值Iinv以10[mA/sec]的電流減少變化率減少。
[0145]另一方面，在步驟Sll中，當發(fā)電室溫度Tfc為550[°C ]以上時，則進入步驟S13。在步驟S13中，判斷可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差是否超過400[mA]，且可導(dǎo)出電流值Iinv是否超過I [A]。當可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差超過400 [mA]，且可導(dǎo)出電流值Iinv超過1[A]時，則進入步驟S14，在步驟S14中，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值下降5[mA](對應(yīng)于圖9的編號I)。即，當可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差超過400[mA]時,相對于可導(dǎo)出的電流即可導(dǎo)出電流值Iirw，從燃料電池模塊2實際導(dǎo)出的實際導(dǎo)出電流值Ic過少，燃料被白白供給，因此，使可導(dǎo)出電流值Iinv的值下降從而抑制燃料浪費。通過步驟S14的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。在每次執(zhí)行圖10的流程圖而步驟S14的處理連續(xù)被執(zhí)行時，可導(dǎo)出電流值Iinv以10[mA/sec]的電流減少變化率減少。
[0146]如此，控制部110在符合多個電流下降條件(圖10的步驟S5、S7、S9、S11、S13)中的即便一個的情況下，則即使在需求電力上升的狀況下，也使可導(dǎo)出電流值Iinv減少(步^6、S8、S10、S12、S14)。
[0147]另一方面，在步驟S4中，可導(dǎo)出電流值Iinv為I [A]以下時，以及在步驟S13中，可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差為400[mA]以下時，則進入圖11的步驟S15。
[0148]在步驟S15中，判斷可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差是否為300 [mA]以下，在步驟S16中，判斷發(fā)電電壓Vdc是否為100[V]以上，在步驟S17中，判斷互聯(lián)電力Winv是否為690 [W]以下，在步驟S18中，判斷發(fā)電室溫度Tfc是否為600 [°C ]以上，在步驟S19中，判斷系統(tǒng)電力W l是否超過40 [W]。當上述條件全部被滿足時則進入步驟S20，當上述條件中的即便一個未被滿足的條件存在時(對應(yīng)于圖9的編號9)，則進入步驟S21。在步驟S21中，可導(dǎo)出電流值Iinv的值未被變更而保持以前的值，圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。
[0149]如此，在本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池I中，即使在需求電力上升的狀況下，也在規(guī)定條件未被滿足時，將可導(dǎo)出電流值Iinv保持為一定(圖11的步驟S21)。而且，著眼于發(fā)電室溫度Tfc時，當發(fā)電室溫度Tfc超過上限閾值即850[°C ]時，則使可導(dǎo)出電流值Iinv下降(圖10的步驟S9、S10)，當發(fā)電室溫度Tfc低于下限閾值即600[°C ]時，則保持可導(dǎo)出電流值Iinv (圖11的步驟S18、S21)。而且，當發(fā)電室溫度Tfc更低而低于550[°C ]時，則使可導(dǎo)出電流值Iinv下降(圖10的步驟S11、S12)。
[0150]另一方面，在步驟S20以下的處理中，使可導(dǎo)出電流值Iinv的值上升。控制部110僅在多個電流保持條件(圖11的步驟S15、S16、S17、S18、S19)的任意一個都不相符合時，使可導(dǎo)出電流值Iinv增加(圖11的步驟S22、S23)。
[0151]即，當可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差超過300 [mA]時(步驟S15)，由于可導(dǎo)出電流值Iinv與實際導(dǎo)出電流值Ic的差比較大，因此不應(yīng)使可導(dǎo)出電流值Iirw上升。而且，當發(fā)電電壓Vdc低于100[V]時(步驟S16)，則不應(yīng)使可導(dǎo)出電流值Iinv上升以避免使能從燃料電池模塊2導(dǎo)出的電流增加。另外，當互聯(lián)電力Winv超過690 [W]時(步驟S17)，來自燃料電池模塊2的輸出電力已經(jīng)達到大致額定輸出電力，因此,不應(yīng)使能從燃料電池模塊2導(dǎo)出的電流增加。[0152]另外，當發(fā)電室溫度Tfc低于600 [°C ]時(步驟S18)，則未達到燃料電池模塊2可以充分進行發(fā)電的溫度，因此，不應(yīng)使可導(dǎo)出電流值Iinv的值上升，避免使能從燃料電池模塊2導(dǎo)出的電流增加而在燃料電池單電池單元16上施加負擔。而且，當系統(tǒng)電力Wl為40 [W]以下時(步驟S19)，則處于“逆潮流”容易發(fā)生的狀況，因此，不應(yīng)使能從燃料電池模塊2導(dǎo)出的電流增加。
[0153]當步驟S15至步驟S19的條件全部被滿足時，則進入步驟S20。在步驟S20中，判斷燃料供給電流值If與實際導(dǎo)出電流值Ic的差是否為1000 [mA]以上。求出對應(yīng)于燃料供給電流值If的燃料供給量，從而向燃料電池模塊2進行供給并進行發(fā)電運行。因此，換言之，是根據(jù)該燃料對燃料電池模塊2可發(fā)出的電流值進行換算的值。例如，當供給相當于燃料供給電流值If=5[A]的燃料供給量[L/min]時，燃料電池模塊2潛在具有安全穩(wěn)定地輸出5[A]的電流的能力。因而，當燃料供給電流值If與實際導(dǎo)出電流值Ic的差為1000[mA]時，則變?yōu)橄蛉剂想姵啬K2供給如下分量的燃料，可輸出比實際發(fā)出的實際導(dǎo)出電流值Ic多1[A]程度的電流。
[0154]在步驟S20中，在燃料供給電流值If與實際導(dǎo)出電流值Ic的差為1000 [mA]以上時則進入步驟S22，在少于1000 [mA]時則進入步驟S23。在步驟S22中，處于大量多余的燃料被供給至燃料電池模塊2的狀態(tài)，因此，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值增加100 [mA](對應(yīng)于圖9的編號7)，使可導(dǎo)出電流值Iinv急速上升。通過步驟S22的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。在每次執(zhí)行圖11的流程圖而步驟S22的處理連續(xù)被執(zhí)行時，可導(dǎo)出電流值Iinv以第2電流上升變化率即200[mA/sec]的變化率上升。
[0155]另一方面，在步驟S23中，雖然處于使可導(dǎo)出電流值Iinv上升的狀況，但是未處于大量多余的燃料被供給至燃料電池模塊2的狀態(tài)，因此，控制部110使指示給逆變器控制部111的可導(dǎo)出電流值Iinv的值增加10 [mA](對應(yīng)于圖9的編號8)，使可導(dǎo)出電流值Iinv平緩上升。通過步驟S23的處理結(jié)束，從而圖10及圖11的流程圖的I次處理結(jié)束。在每次執(zhí)行圖11的流程圖而步驟S23的處理連續(xù)被執(zhí)行時，可導(dǎo)出電流值Iinv以第I電流上升變化率即20[mA/sec]的變化率上升。
[0156]下面，參照圖12至圖14，說明本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池的作用的一個例子。
[0157]圖12的上段中示出電力曲線，下段中示出電流曲線。
[0158]首先，如圖12上段中細實線所示，在住宅200等設(shè)施的總需求電力細小變動并平緩增加時，與其對應(yīng)，可導(dǎo)出電流值Iinv也平緩上升(圖12的時刻t0?tl)。在此期間，圖11的流程圖的步驟S23反復(fù)被執(zhí)行，可導(dǎo)出電流值Iinv以20[mA/sec]的第I電流上升變化率上升。逆變器控制部111從控制部110輸入可導(dǎo)出電流值Iinv后，獨立于控制部110的控制而控制逆變器54，從燃料電池模塊2導(dǎo)出不超過可導(dǎo)出電流值Iinv的范圍的實際導(dǎo)出電流值Ic。而且，在圖12的時刻t0?tl，由于總需求電力始終超過對應(yīng)于可導(dǎo)出電流值Iirw的電力，因此實際導(dǎo)出電流值Ic與能夠?qū)С龅纳舷拗导纯蓪?dǎo)出電流值Iirw —致，互聯(lián)電力Winv也與實際導(dǎo)出電流值Ic 一起上升。在上述狀態(tài)下，盡管逆變器控制部111獨立于控制部110而控制逆變器54，實際導(dǎo)出電流值Ic實質(zhì)上還是處于控制部110的支配下。另外，燃料供給電流值If稍稍先于可導(dǎo)出電流值Iinv而上升。另外，總需求電力與互聯(lián)電力Winv的差的不足部分的電力通過系統(tǒng)電力Wl而得到供應(yīng)。
[0159]之后，在圖12的時刻tl，當總需求電力急劇減少時，逆變器控制部111響應(yīng)于該減少而控制逆變器54，使從燃料電池模塊2導(dǎo)出的實際導(dǎo)出電流值Ic (互聯(lián)電力Winv)減少?？刂撇?10使可導(dǎo)出電流值Iinv減少至與導(dǎo)出電流值Ic相同的值，避免因前述超調(diào)而導(dǎo)致進行過量的電力導(dǎo)出(圖10的步驟S3)。另一方面，控制部110在時刻tl，未使燃料供給電流值If的值下降而保持于以前的值。這是因為如果使燃料供給量(燃料供給電流值If)與可導(dǎo)出電流值Iinv —起急劇減少，則不僅會導(dǎo)致燃料電池模塊2的急劇的溫度下降，燃料電池模塊2的動作變得不穩(wěn)定，還由于需求電力急劇下降時需求立即增加的可能性較高，因此雖然想要盡快跟蹤該需求，但是在使燃料電池模塊2的溫度下降后的情況下使其恢復(fù)則需要較長時間，因此，為了提高針對該需求的跟蹤性而未使燃料供給電流值If下降。因此，在可導(dǎo)出電流值Iirw急劇減少時，燃料供給電流值If與其相比延后減少。在可導(dǎo)出電流值Iinv剛剛減少之后的燃料供給電流值If被保持的狀態(tài)下，燃料電池模塊2相對于能導(dǎo)出的可導(dǎo)出電流值I inv，處于燃料供給量充裕的狀態(tài)。
[0160]在圖12的時刻11?t2，由于總需求電力維持下降的狀態(tài)，因此控制部110將可導(dǎo)出電流值Iinv的值保持于一定(圖11的步驟S21)，而且，燃料供給電流值If的值也以燃料剩余的狀態(tài)而被保持于一定。
[0161]之后，在時刻t2，總需求電力再次上升時，控制部110將燃料供給電流值If保持于一定，處于流向燃料電池模塊2的燃料供給量充裕的狀態(tài)，因此，使可導(dǎo)出電流值Iinv的值以比通常的變化率(第I電流上升變化率)大的200[mA/sec]的第2電流上升變化率急速上升(圖11的步驟S22)。由此，提高相對于總需求的負荷跟蹤性。即，使從控制部110輸出的可導(dǎo)出電流值Iinv的值上升時，逆變器控制部111在該上升的可導(dǎo)出電流值Iinv的范圍內(nèi)，從燃料電池模塊2導(dǎo)出實際導(dǎo)出電流值Ic。通過使可導(dǎo)出電流值Iinv的值急速上升，從而能夠從燃料電池模塊2導(dǎo)出與燃料供給電流值If相稱的較多的電力，可以抑制系統(tǒng)電力Wl的使用量。
[0162]另外，在本實施方式中，通過第2電流上升變化率即200[mA/sec]的較大的電流上升變化率以及第I電流上升變化率即20[mA/sec]的通常的電流上升變化率使可導(dǎo)出電流值Iinv上升。在此，電流上升變化率僅為通常的第I電流上升變化率時，如圖12中雙點劃線所示，可導(dǎo)出電流值Iinv從時刻t2開始平緩地上升。因此，在未使電流上升變化率急速上升時，盡管燃料供給量相同，實際導(dǎo)出電流值Ic還是減少圖12中施以斜線的區(qū)域部分，燃料被白白消耗。反而言之，通過采用本技術(shù)中的需求預(yù)測控制，可以解決固體電解質(zhì)型燃料電池的較大課題即溫度變化慢的問題，從而提高針對負荷的快速跟蹤性。
[0163]另外，雖然在本實施例中將燃料供給電流值If保持于其原本的狀態(tài)，但是在燃料供給電流值If與可導(dǎo)出電流值Iinv呈現(xiàn)過大的偏差時，即使考慮到總需求電力的再次恢復(fù)，成為剩余燃料的量變得過多也還是會浪費，因此，可以說以停留在不會變成過大的偏差量的程度上來保持燃料供給電流值If是更好的對應(yīng)。
[0164]在圖12的時刻t3，當燃料供給電流值If與實際導(dǎo)出電流值Ic的差變小時，控制部Iio將電流上升變化率變更為第I電流上升變化率即20[mA/sec]，使可導(dǎo)出電流值Iinv的上升變得平緩(圖11的步驟S23)。這是為了防止在燃料供給量(燃料供給電流值If)不很充裕的狀態(tài)下使可導(dǎo)出電流值Iinv急劇上升時，因與獨立于控制部110而控制逆變器54的逆變器控制部111的動作的偏差而發(fā)生燃料枯竭。
[0165]之后，可導(dǎo)出電流值Iinv的值上升，在圖12的時刻t4，當接近于燃料供給電流值If時，使燃料供給電流值If的值也與可導(dǎo)出電流值Iinv—起上升，以相對于可導(dǎo)出電流值Iinv確保規(guī)定的余量。
[0166]下面，參照圖13，說明本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池的其它作用例。
[0167]在圖12所示的作用例中，在時刻tl總需求電力下降后，在燃料供給電流值If的值被保持的期間總需求電力轉(zhuǎn)為上升。與此相對，在圖13所示的例子中，總需求電力下降后，其轉(zhuǎn)為上升之前的時間變長。由于將燃料供給電流值If保持于較大值的時間變長時所供給的燃料變得浪費，因此燃料供給電流值If在經(jīng)過規(guī)定的燃料下降等待時間tw后減少。
[0168]在圖13的時刻111，總需求電力急劇下降后，在時刻113之前總需求電力維持下降的狀態(tài)。在本實施方式中，控制部Iio構(gòu)成為在總需求電力急劇下降，使可導(dǎo)出電流值Iinv下降至實際導(dǎo)出電流值Ic時，其后在燃料下降等待時間tw即15[sec]的期間，將燃料供給電流值If保持于一定。
[0169]在圖13所示的例子中，在時刻til總需求電力急劇下降后，即使在經(jīng)過燃料下降等待時間tw后的時刻tl2，總需求電力還維持下降的狀態(tài)，因此，控制部110從時刻tl2使燃料供給電流值If (燃料供給量)以規(guī)定的減少變化率下降。該減少變化率被選擇為燃料電池模塊2可保持恰當動作的值。另外，在圖13所示的例子中，雖然在經(jīng)過燃料下降等待時間tw后,使燃料供給電流值If下降,但是在可導(dǎo)出電流值Iinv與燃料供給電流值If的差小于規(guī)定量時，即使經(jīng)過燃料下降等待時間tw，燃料供給電流值If也不下降而被保持。由此，可以防止燃料供給電流值If的微少變動對燃料電池模塊2的運行產(chǎn)生不良影響。
[0170]之后，在圖13的時刻tl3總需求電力上升時，控制部110使可導(dǎo)出電流值Iinv及燃料供給電流值If上升。但是，由于此時的可導(dǎo)出電流值Iirw的上升并不是在可導(dǎo)出電流值Iinv剛剛急劇減少之后，燃料供給電流值If的值也已減少，因此可導(dǎo)出電流值Iinv的電流上升變化率被設(shè)定為通常的值即第I電流上升變化率的20[mA/sec]。即，在圖13的時刻tl3，圖11的步驟S20的條件未被滿足，執(zhí)行步驟S23。
[0171]另外，雖然在本實施方式中構(gòu)成為使燃料供給電流值If在15秒鐘后下降并中止剩余燃料的保持，但是在總需求電力進一步下降的情況下，由于總需求電力恢復(fù)并上升的可能性較低，因此可以說不等待保持燃料供給電流值If的15秒的時間而使燃料供給電流值If快速下降是更好的對策。
[0172]下面，參照圖14，說明本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池的其它作用例。
[0173]在圖14所示的作用例中，在總需求電力急劇下降后，并未上升而總需求電力再次急劇下降。在上述情況下，即使從最初的急劇下降未經(jīng)過燃料下降等待時間tw，也認為總需求電力立即轉(zhuǎn)為上升的概率較低，因此，控制部110使燃料供給電流值If下降。
[0174]在圖14所示的例子中，在時刻t21總需求電力急劇下降后，在經(jīng)過燃料下降等待時間tw即15 [sec]之前的時刻t22，總需求電力再次急劇下降。如此，在燃料供給電流值If與可導(dǎo)出電流值Iinv的差擴大的情況下，控制部110即使是在從總需求電力最初急劇下降經(jīng)過燃料下降等待時間tw之前，也從時刻t22使燃料供給電流值If (燃料供給量)以規(guī)定的減少變化率下降。之后，在圖14的時刻t23總需求電力上升時，控制部110使可導(dǎo)出電流值Iinv及燃料供給電流值If上升。[0175]根據(jù)本發(fā)明實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池1，控制部110即使在需求電力上升時，也在符合規(guī)定的增加限制條件(圖10的步驟S5、S7、S9、S11、S13，圖11的步驟S15、S16、S17、S18、S19)時，不使可導(dǎo)出電流值Iinv增加，將可導(dǎo)出電流值Iinv保持于一定的值(圖11的步驟S21)，或者使可導(dǎo)出電流值Iinv下降(圖10的步驟S6、S8、S10、S12、S14)，因此，可以切實地避免因燃料枯竭等而損傷燃料電池模塊2，并使燃料電池模塊2穩(wěn)定地運行。另外，即使在需求電力上升時，也通過保持可導(dǎo)出電流值Iirw或使其下降，從而可以使燃料電池模塊2的狀態(tài)快速地恢復(fù)，與立即使可導(dǎo)出電流值Iinv上升時相比，反而還能夠提高發(fā)電效率。
[0176]通常逆變器54以高響應(yīng)性被控制，以根據(jù)急劇變化的需求電力從燃料電池模塊2導(dǎo)出所需的電流。另一方面，由于供給至燃料電池模塊2的燃料供給量急劇變化時，燃料電池模塊2的發(fā)電變得不穩(wěn)定，因此無法進行響應(yīng)性高的控制。而且，燃料電池模塊2中存在溫度等影響發(fā)電能力的多個因素，即便使燃料供給量增加，燃料電池模塊2的發(fā)電能力也未必立即上升。因而，如果像以往的燃料電池那樣，無視燃料電池模塊的狀態(tài)，而單純地使燃料供給量增加，并使導(dǎo)出的電流增加，則有時會在燃料電池模塊上施加過度的負擔，從而導(dǎo)致加快燃料電池模塊劣化。
[0177]另外，根據(jù)本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池1，由于當發(fā)電室溫度Tfc等的參數(shù)值是不適于使可導(dǎo)出電流值Iinv上升的值時，則保持可導(dǎo)出電流值Iinv (圖11的步驟S18、S21)，因此不會在燃料電池模塊2上施加新的負擔，可以看清是否響應(yīng)慢的燃料電池模塊2的溫度上升而狀態(tài)趨于恢復(fù)。另外，當燃料電池模塊2的溫度進一步下降，而狀態(tài)進一步惡化時，則使可導(dǎo)出電流值Iinv下降(圖10的步驟S11、S12)，從而可以積極地減少對燃料電池模塊2的負擔。
[0178]而且，根據(jù)本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池1，由于與電流保持條件(圖11的步驟S15、S16、S17、S18、S19)相比，電流下降條件(圖10的步驟S5、S7、S9、S1US13)首先被優(yōu)先應(yīng)用，因此可以在施加于燃料電池模塊2的負擔持續(xù)時則有可能導(dǎo)致燃料電池模塊2損傷的情況下，快速地減輕負擔，可以切實地防止燃料電池模塊2損傷。
[0179]另外，根據(jù)本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池1，由于對燃料電池模塊2的負擔大的可導(dǎo)出電流值的增加(圖11的步驟S22、S23)只有在不符合所有電流保持條件(圖11的步驟S15、S16、S17、S18、S19)時才被執(zhí)行，因此在不具備能夠使可導(dǎo)出電流值增加的良好程度的情況下，可導(dǎo)出電流值Iinv被保持于一定的值。另外，在電流下降條件(圖10的步驟S5、S7、S9、SlU S13)中符合即使I個時，可導(dǎo)出電流值Iinv也立即下降(圖10的步驟S6、S8、S10、S12、S14)，可以切實地防止燃料電池模塊2損傷。
[0180]而且，根據(jù)本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池I，對于需要急速減少燃料電池模塊2的負擔的狀態(tài)，可以使可導(dǎo)出電流值Iinv急速下降(圖10的步驟S6)從而快速減少負擔，同時對于不需要急速的負擔減輕的狀態(tài)，可以通過使可導(dǎo)出電流值平緩地下降(圖10的步驟S8、S10、S12、S14)，從而在燃料電池模塊2的狀態(tài)改善時使可導(dǎo)出電流值Iinv上升，縮短恢復(fù)至所需值為止的時間。
[0181]另外，根據(jù)本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池1，由于根據(jù)燃料電池模塊2的溫度、燃料電池模塊的輸出電壓Vdc、實際導(dǎo)出電流值Ic及可導(dǎo)出電流值Iinv來判斷增加限制條件，因此通過并行監(jiān)控對燃料電池模塊2的發(fā)電能力的影響不同的多個參數(shù)，從而可以抑制燃料電池模塊2劣化，并使燃料電池模塊2的發(fā)電能力快速恢復(fù)。
[0182]而且，根據(jù)本實施方式的固體電解質(zhì)型燃料電池I，對于燃料電池模塊2的溫度下降至比下限閾值低的情況(圖11的步驟S18)，則保持可導(dǎo)出電流值Iinv (圖11的步驟S21)并等待溫度恢復(fù)，并且在發(fā)生進一步的溫度下降時(圖10的步驟S11)，使可導(dǎo)出電流值Iinv下降，由此可以縮短可恢復(fù)至所需的可導(dǎo)出電流值Iinv為止的時間。另外，對于燃料電池模塊2的溫度上升側(cè)，通過使可導(dǎo)出電流值立即下降(圖10的步驟S9、S10)，從而可以防止燃料電池模塊2損傷。
【權(quán)利要求】
1.一種固體電解質(zhì)型燃料電池，是發(fā)出與需求電力相應(yīng)的可變電力的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具有: 燃料電池模塊，通過所被供給的燃料進行發(fā)電； 燃料供給部件，向該燃料電池模塊供給燃料； 需求電力檢測部件，檢測出需求電力； 控制器，根據(jù)由該需求電力檢測部件檢測出的需求電力，控制上述燃料供給部件的燃料供給量，同時根據(jù)上述燃料電池模塊的狀態(tài)設(shè)定能夠從上述燃料電池模塊導(dǎo)出的最大電流值即可導(dǎo)出電流值； 逆變器，根據(jù)需求電力，在不超過上述可導(dǎo)出電流值的范圍內(nèi)從上述燃料電池模塊導(dǎo)出電流，并轉(zhuǎn)換為交流； 及導(dǎo)出電流檢測部件，檢測出從上述燃料電池模塊向上述逆變器實際導(dǎo)出的實際導(dǎo)出電流， 上述控制器即使在需求電力上升時，也在符合規(guī)定的增加限制條件時不使上述可導(dǎo)出電流值增加，將上述可導(dǎo)出電流值保持于一定的值，或者使上述可導(dǎo)出電流值下降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述控制器構(gòu)成為根據(jù)規(guī)定的參數(shù)來判斷上述增加限制條件，即使在需求電力上升時，也在上述規(guī)定的參數(shù)超過規(guī)定閾值時將上述可導(dǎo)出電流值保持于一定的值，在超過上述規(guī)定閾值而進一步擴大時則使上述可導(dǎo)出電流值下降。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述增加限制條件包括將上述可導(dǎo)出電流值保持于一定值的電流保持條件以及使上述可導(dǎo)出電流值下降的電流下降條件，與上述電流保持條件相比，上述控制器優(yōu)先應(yīng)用上述電流下降條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述控制器分別具備多個上述電流保持條件以及上述電流下降條件，上述可導(dǎo)出電流值在不符合所有上述多個電流保持條件時增加，在符合上述多個電流下降條件中的即使I個時也下降。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述控制器根據(jù)上述多個電流下降條件中符合的電流下降條件，以使可導(dǎo)出電流值下降的變化率不同的方式使上述可導(dǎo)出電流值變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述增加限制條件根據(jù)上述燃料電池模塊的溫度、上述燃料電池模塊的輸出電壓、實際導(dǎo)出電流及可導(dǎo)出電流值中的多個參數(shù)而被判斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固體電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，上述燃料電池模塊的溫度根據(jù)下限閾值及上限閾值而被判斷，上述燃料電池模塊的溫度超過上述下限閾值而下降時則上述可導(dǎo)出電流值被保持于一定的值，上述燃料電池模塊的溫度進一步下降時則使上述可導(dǎo)出電流值下降，上述燃料電池模塊的溫度超過上述上限閾值而上升時則使上述可導(dǎo)出電流值下降。
【文檔編號】H01M8/12GK103828108SQ201180073651
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】大塚俊治, 土屋勝久, 重住司, 大江俊春, 中野清隆, 松尾卓哉 申請人:Toto株式會社