JP2012204125A - 固体酸化物形燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】原燃料ガスを改質するための改質器4と、改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うためのセルスタック6と、改質器4に原燃料ガスを供給するための燃料ポンプ28と、セルスタックに酸化材を供給するための酸化材ブロア20とを備えた固体酸化物形燃料電池システム。セルスタック6の第1の部位間の電圧を検出するための第1電圧検出手段52と、その第2の部位間の電圧を検出するための第2電圧検出手段54とを備え、燃料電池システムの起動時又は稼動終了時に第1電圧検出手段は、第1の部位間の第1開回路電圧を検出し、第2電圧検出手段は、第2の部位間の第2開回路電圧を検出し、第1及び第2開回路電圧に基づいてセルスタックの劣化状態を判定する。
【選択図】図1
Description
本発明の目的は、ガスシール性によるセルスタックの劣化を正確に検知することができる固体酸化物形燃料電池システムを提供することである。
前記セルスタックの第1の部位間の電圧を検出するための第1電圧検出手段と、前記セルスタックの第2の部位間の電圧を検出するための第2電圧検出手段とを備え、前記制御手段は、前記セルスタックの劣化状態を判定するための劣化判定手段を含んでおり、
前記第1電圧検出手段は、前記セルスタックの前記第1の部位間の第1開回路電圧を検出し、前記第2電圧検出手段は、前記セルスタックの前記第2の部位間の第2開回路電圧を検出し、前記劣化判定手段は、前記第1及び第2の部位間の前記第1及び第2開回路電圧に基づいて前記セルスタックの劣化状態を判定することを特徴とする。
前記セルスタックの第1の部位間の電圧を検出するための第1電圧検出手段と、前記セルスタックの第2の部位間の電圧を検出するための第2電圧検出手段とを備え、前記制御手段は、前記セルスタックの劣化状態を判定する劣化判定モードに切り換えるための劣化判定モード切換手段と、仮想開回路電圧を演算するための仮想開回路演算手段と、前記セルスタックの劣化状態を判定するための劣化判定手段を含んでおり、
前記劣化判定モード切換手段により前記劣化判定モードに切り換えられると、前記制御手段は、前記セルスタックの出力電流が低くなる側に挿引制御し、前記第1電圧検出手段は、挿引制御時の前記セルスタックの前記第1の部位間の出力電圧を検出し、前記第2電圧検出手段は、挿引制御時の前記セルスタックの前記第2の部位間の出力電圧を検出し、前記仮想開回路演算手段は、前記第1電圧検出手段の検出電圧に基づいて第1仮想開回路電圧を演算するとともに、前記第2電圧検出手段の検出電圧に基づいて第2仮想開回路電圧を演算し、前記劣化判定手段は、前記第1及び第2仮想開回路電圧に基づいて前記セルスタックの劣化状態を判定することを特徴とする。
図1〜図4を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第1の実施形態について説明する。図1において、図示の固体酸化物形燃料電池システム2は、改質器4及びセルスタック6を備えている。改質器4は、改質触媒として例えばアルミナにルテニウムを担持させたものが用いられ、この改質触媒によって、原燃料ガスが後述するようにして水蒸気改質される。原燃料ガスとしては、天然ガス(例えば、都市ガス)などが用いられる。
次に、図6及び図7を参照して、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態では、燃料電池セルスタックの第1及び第2の部位間の開回路電圧を直接的に検出するのではなく、発電中に発電電流を低い側に挿引制御して得られる電流−電圧特性(I−V特性)を利用して仮想開回路電圧を求め、この仮想開回路電圧を用いてセルスタック6の局部的な劣化状態を診断している。尚、第2の実施形態において、上述した第1の実施形態と同様のものには同一の番号を付し、その説明を省略する。
V=〔V100+(V100−VX)X100〕/(100−X)
として算出することができる。
4 改質器
6 セルスタック
8 燃料電池セル
52 第1温度検出手段
54 第2温度検出手段
56 温度検出手段
58 電流検出手段
60,60A 制御手段
64 電圧差演算手段
66 劣化判定手段
68 モード切換手段
82 劣化判定モード切換手段
84 仮想開回路電圧演算手段
Claims (5)
- 原燃料ガスを改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数の燃料電池セルを備えたセルスタックと、前記改質器に原燃料ガスを供給するための燃料ポンプと、前記セルスタックに酸化材を供給するための酸化材ブロアと、前記燃料ポンプ及び前記酸化材ブロアを制御するための制御手段とを備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記セルスタックの第1の部位間の電圧を検出するための第1電圧検出手段と、前記セルスタックの第2の部位間の電圧を検出するための第2電圧検出手段とを備え、前記制御手段は、前記セルスタックの劣化状態を判定するための劣化判定手段を含んでおり、
前記第1電圧検出手段は、前記セルスタックの前記第1の部位間の第1開回路電圧を検出し、前記第2電圧検出手段は、前記セルスタックの前記第2の部位間の第2開回路電圧を検出し、前記劣化判定手段は、前記第1及び第2の部位間の前記第1及び第2開回路電圧に基づいて前記セルスタックの劣化状態を判定することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記制御手段は、システムの起動時又は稼働終了時に劣化判定モードの制御を行い、前記劣化判定モードにおいて、前記劣化判定手段は、前記セルスタックの劣化状態を判定することを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 原燃料ガスを改質するための改質器と、前記改質器にて改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元により発電を行うための複数の燃料電池セルを備えたセルスタックと、前記改質器に原燃料ガスを供給するための燃料ポンプと、前記セルスタックに酸化材を供給するための酸化材ブロアと、前記燃料ポンプ及び前記酸化材ブロアを制御するための制御手段とを備えた固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記セルスタックの第1の部位間の電圧を検出するための第1電圧検出手段と、前記セルスタックの第2の部位間の電圧を検出するための第2電圧検出手段とを備え、前記制御手段は、前記セルスタックの劣化状態を判定する劣化判定モードに切り換えるための劣化判定モード切換手段と、仮想開回路電圧を演算するための仮想開回路演算手段と、前記セルスタックの劣化状態を判定するための劣化判定手段を含んでおり、
前記劣化判定モード切換手段により前記劣化判定モードに切り換えられると、前記制御手段は、前記セルスタックの出力電流が低くなる側に挿引制御し、前記第1電圧検出手段は、挿引制御時の前記セルスタックの前記第1の部位間の出力電圧を検出し、前記第2電圧検出手段は、挿引制御時の前記セルスタックの前記第2の部位間の出力電圧を検出し、前記仮想開回路演算手段は、前記第1電圧検出手段の検出電圧に基づいて第1仮想開回路電圧を演算するとともに、前記第2電圧検出手段の検出電圧に基づいて第2仮想開回路電圧を演算し、前記劣化判定手段は、前記第1及び第2仮想開回路電圧に基づいて前記セルスタックの劣化状態を判定することを特徴とする固体酸化物形燃料電池システム。 - 前記セルスタックの三つ以上の部位の各々に対応して電圧検出手段が設けられ、各電圧検出手段は対応する部位間の電圧を検出し、前記制御手段の前記劣化判定手段は、前記電圧検出手段の検出電圧を利用して前記セルスタックの劣化状態を判定することを特徴とする請求項1又は3に記載の固体酸化物形燃料電池システム。
- 前記制御手段は、更に、運転モードを切り換えるためのモード切換手段を含み、前記劣化判定手段が劣化状態であると判定すると、前記モード切換手段は劣化モードの運転に切り換え、前記劣化モードの運転において、制御手段は前記セルスタックにおける燃料利用率が下がるようにシステムを運転制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。
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