WO2010114047A1 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

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WO2010114047A1
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fuel cell
fuel
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solid oxide
correction
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重住　司
大江　俊春
勝久 土屋
中野　清隆
川村　昌之
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Toto株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell in which output power is variable according to a required power generation amount.
  • Solid Oxide Fuel Cell uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, has electrodes on both sides, supplies fuel gas on one side, and supplies the other This is a fuel cell that operates at a relatively high temperature by supplying an oxidizing agent (air, oxygen, etc.) to the side.
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-87756 (Patent Document 1) describes a solid oxide fuel cell. In this fuel cell, it is described that the deterioration of the fuel cell is reduced by adjusting the flow rate of the fuel.
  • Patent Document 2 describes a fuel supply amount control device, a fuel supply amount control method, and a power supply system.
  • the fuel supply amount control device is configured to compensate the fuel supply amount when the power that can be taken out with respect to the predetermined fuel supply amount is reduced due to deterioration of the fuel cell.
  • the fuel supply amount is compensated so that the supply amount is increased with respect to the deteriorated fuel cell, and the output equivalent to the initial generated power is maintained. If the control is performed, deterioration of the fuel cell is promoted, and there is a problem that the product life of the fuel cell is shortened. On the other hand, if the control is performed to reduce the power taken out from the deteriorated fuel cell, the progress of the deterioration of the fuel cell can be suppressed, but the power that can be taken out from the fuel cell gradually decreases. There is a problem that the period during which practical power can be taken out becomes short.
  • an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of extending the product life while maintaining a practical output power.
  • the present invention provides a solid oxide fuel cell, a fuel cell module including a plurality of solid electrolyte fuel cells, and a fuel supply device that supplies fuel to the fuel cell module And an oxidant gas supply device that supplies an oxidant gas to the fuel cell module, and a controller that controls a fuel supply amount supplied from the fuel supply device.
  • the controller is a deterioration that determines deterioration of the fuel cell module.
  • a determination circuit and a fuel correction circuit that corrects the operating condition based on the deterioration determination by the deterioration determination circuit, and the fuel correction circuit outputs a maximum output of the fuel cell module when it is determined that the fuel cell module has deteriorated.
  • An increase correction mode for increasing the amount of fuel supplied to the fuel cell module so that the rated output power as power is maintained Being capable of performing reduction correction mode to lower the rated output voltage so that the fuel supply amount is reduced, further characterized by having a mode selection device for selecting the increasing correction mode or the decreasing correction mode.
  • the controller controls the fuel supply device and the oxidant gas supply device to supply fuel and oxidant gas to the fuel cell module.
  • the deterioration determination circuit provided in the controller determines the deterioration of the fuel cell module, and the fuel correction circuit executes fuel correction when it is determined that the fuel cell module has deteriorated.
  • the mode selection device selects either the increase correction mode or the decrease correction mode as the fuel correction executed by the fuel correction circuit.
  • the mode selection device selects the increase correction mode or the decrease correction mode, it is possible to select an appropriate correction mode according to the use state of the fuel cell. Product life can be extended while maintaining practical output power.
  • the mode selection device is preferably a mode selection operation device that can select an increase correction mode or a decrease correction mode by an operation. According to the present invention configured as described above, it is possible to select an appropriate correction mode in accordance with an expected use state of the fuel cell when the fuel cell is shipped from the factory or when deterioration is determined. it can.
  • the fuel cell module further includes an operation state recording device that records a past operation state of the fuel cell module, and the mode selection device stores the past operation state of the fuel cell module recorded by the operation state recording device. Based on this, the increase correction mode or the decrease correction mode is automatically selected.
  • the mode selection device selects the correction mode based on the past operation state, so that an appropriate correction mode can be automatically selected.
  • the operating state recording device records a past history related to the output power of the fuel cell module as a past operating state of the fuel cell module, and the fuel cell within a predetermined period in the past.
  • the mode selection device selects the increase correction mode, and within the predetermined period in the past, When the time during which the fuel cell module outputs the rated output power is shorter than the time during which the power less than the rated output power is output, the mode selection device selects the weight reduction correction mode.
  • the increase correction mode is selected and the fuel cell module is deteriorated. Since the rated output voltage is maintained, the system power usage fee can be saved. On the other hand, if the time during which the rated output power is output is short, the weight reduction correction mode is selected and the rated output voltage is reduced, so that the fuel consumption of the fuel cell module whose efficiency has been reduced due to deterioration is suppressed. , Energy saving can be realized.
  • the present invention also relates to a solid oxide fuel cell, a fuel cell module having a plurality of solid oxide fuel cells, fuel supply means for supplying fuel to the fuel cell module, and oxidation to the fuel cell module.
  • An oxidant gas supply means for supplying the agent gas, and a control means for controlling the amount of fuel supplied from the fuel supply means, the control means for determining deterioration of the fuel cell module, and Fuel correction means for correcting the operating condition based on the deterioration determination by the deterioration determination means is provided, and the fuel correction means is the maximum output power of the fuel cell module when it is first determined that the fuel cell module has deteriorated.
  • Cormorant to being capable of performing reduction correction mode to lower the rated output voltage further characterized by having a mode selecting means for selecting the increasing correction mode or the decreasing correction mode.
  • the product life can be extended while maintaining a practical output power.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a front sectional view showing a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. It is a fragmentary sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to one embodiment of the present invention.
  • 1 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a block diagram illustrating a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a time chart schematically showing an operation history of a solid oxide fuel cell over about one year.
  • 3 is a time chart schematically showing an operation history of a solid oxide fuel cell over about one year.
  • It is a time chart which shows an example of an effect
  • It is a flowchart of the fuel correction process by the weight reduction correction mode.
  • It is a time chart which shows an example of an effect
  • It is a flowchart of the fuel correction process by the increase correction mode.
  • it is a time chart which shows selection of amendment mode by a mode selection device.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
  • a solid oxide fuel cell (SOFC) 1 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit 4.
  • the fuel cell module 2 includes a housing 6, and a sealed space 8 is formed inside the housing 6 via a heat insulating material (not shown, but the heat insulating material is not an essential component and may not be necessary). Is formed. In addition, you may make it not provide a heat insulating material.
  • a fuel cell assembly 12 that performs a power generation reaction with fuel gas and an oxidant (air) is disposed in a power generation chamber 10 that is a lower portion of the sealed space 8.
  • the fuel cell assembly 12 includes ten fuel cell stacks 14 (see FIG. 5), and the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell unit 16 (see FIG. 4). Yes.
  • the fuel cell assembly 12 has 160 fuel cell units 16, and all of these fuel cell units 16 are connected in series.
  • a combustion chamber 18 is formed above the above-described power generation chamber 10 in the sealed space 8 of the fuel cell module 2.
  • this combustion chamber 18 the remaining fuel gas that has not been used for the power generation reaction and the remaining oxidant (air) ) And combusted to generate exhaust gas.
  • a reformer 20 for reforming the fuel gas is disposed above the combustion chamber 18, and the reformer 20 is heated to a temperature at which a reforming reaction can be performed by the combustion heat of the residual gas.
  • an air heat exchanger 22 for receiving combustion heat and heating air is disposed above the reformer 20.
  • the auxiliary unit 4 stores a pure water tank 26 that stores water from a water supply source 24 such as tap water and uses the filter to obtain pure water, and a water flow rate that adjusts the flow rate of the water supplied from the water storage tank.
  • An adjustment unit 28 (such as a “water pump” driven by a motor) is provided.
  • the auxiliary unit 4 also includes a gas shut-off valve 32 that shuts off the fuel gas supplied from a fuel supply source 30 such as city gas, a desulfurizer 36 for removing sulfur from the fuel gas, and a flow rate of the fuel gas.
  • a fuel flow rate adjusting unit 38 (such as a “fuel pump” driven by a motor) is provided.
  • the auxiliary unit 4 includes an electromagnetic valve 42 that shuts off air that is an oxidant supplied from the air supply source 40, a reforming air flow rate adjusting unit 44 that adjusts the flow rate of air, and a power generation air flow rate adjusting unit. 45 (such as an “air blower” driven by a motor), a first heater 46 for heating the reforming air supplied to the reformer 20, and a second for heating the power generating air supplied to the power generation chamber And a heater 48.
  • the first heater 46 and the second heater 48 are provided in order to efficiently raise the temperature at startup, but may be omitted.
  • a hot water production apparatus 50 to which exhaust gas is supplied is connected to the fuel cell module 2.
  • the hot water production apparatus 50 is supplied with tap water from the water supply source 24, and the tap water is heated by the heat of the exhaust gas and supplied to a hot water storage tank of an external hot water heater (not shown).
  • the fuel cell module 2 is provided with a control box 52 for controlling the amount of fuel gas supplied and the like. Furthermore, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module to the outside.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • the fuel cell assembly 12, the reformer 20, and the air heat exchange are sequentially performed from below.
  • a vessel 22 is arranged.
  • the reformer 20 is provided with a pure water introduction pipe 60 for introducing pure water and a reformed gas introduction pipe 62 for introducing reformed fuel gas and reforming air to the upstream end side thereof.
  • a pure water introduction pipe 60 for introducing pure water
  • a reformed gas introduction pipe 62 for introducing reformed fuel gas and reforming air to the upstream end side thereof.
  • an evaporation unit 20a and a reforming unit 20b are formed in order from the upstream side, and the reforming unit 20b is filled with a reforming catalyst.
  • the fuel gas and air mixed with the steam (pure water) introduced into the reformer 20 are reformed by the reforming catalyst filled in the reformer 20.
  • the reforming catalyst a catalyst obtained by imparting nickel to the alumina sphere surface or a catalyst obtained by imparting ruthenium to the alumina sphere surface is appropriately used.
  • a fuel gas supply pipe 64 is connected to the downstream end side of the reformer 20, and the fuel gas supply pipe 64 extends downward and further in an manifold 66 formed below the fuel cell assembly 12. It extends horizontally.
  • a plurality of fuel supply holes 64 b are formed in the lower surface of the horizontal portion 64 a of the fuel gas supply pipe 64, and the reformed fuel gas is supplied into the manifold 66 from the fuel supply holes 64 b.
  • a lower support plate 68 having a through hole for supporting the fuel cell stack 14 described above is attached above the manifold 66, and the fuel gas in the manifold 66 flows into the fuel cell unit 16. Supplied.
  • the air heat exchanger 22 includes an air aggregation chamber 70 on the upstream side and two air distribution chambers 72 on the downstream side.
  • the air aggregation chamber 70 and the air distribution chamber 72 include six air flow path tubes 74. Connected by.
  • three air flow path pipes 74 form a set (74a, 74b, 74c, 74d, 74e, 74f), and the air in the air collecting chamber 70 is in each set. It flows into each air distribution chamber 72 from the air flow path pipe 74.
  • the air flowing through the six air flow path pipes 74 of the air heat exchanger 22 is preheated by exhaust gas that burns and rises in the combustion chamber 18.
  • An air introduction pipe 76 is connected to each of the air distribution chambers 72, the air introduction pipe 76 extends downward, and the lower end side communicates with the lower space of the power generation chamber 10, and the air that has been preheated in the power generation chamber 10. Is introduced.
  • an exhaust gas chamber 78 is formed below the manifold 66. Further, as shown in FIG. 3, an exhaust gas passage 80 extending in the vertical direction is formed inside the front surface 6 a and the rear surface 6 b which are surfaces along the longitudinal direction of the housing 6, and the upper end of the exhaust gas chamber passage 80 is formed. The side communicates with the space in which the air heat exchanger 22 is disposed, and the lower end side communicates with the exhaust gas chamber 78. Further, an exhaust gas discharge pipe 82 is connected to substantially the center of the lower surface of the exhaust gas chamber 78, and the downstream end of the exhaust gas discharge pipe 82 is connected to the above-described hot water producing apparatus 50 shown in FIG. As shown in FIG. 2, an ignition device 83 for starting combustion of fuel gas and air is provided in the combustion chamber 18.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a fuel cell unit of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel cell unit 16 includes a fuel cell 84 and inner electrode terminals 86 respectively connected to the vertical ends of the fuel cell 84.
  • the fuel cell 84 is a tubular structure that extends in the vertical direction, and includes a cylindrical inner electrode layer 90 that forms a fuel gas flow path 88 therein, a cylindrical outer electrode layer 92, an inner electrode layer 90, and an outer side.
  • An electrolyte layer 94 is provided between the electrode layer 92 and the electrode layer 92.
  • the inner electrode layer 90 is a fuel electrode through which fuel gas passes and becomes a ( ⁇ ) electrode, while the outer electrode layer 92 is an air electrode in contact with air and becomes a (+) electrode.
  • the upper portion 90 a of the inner electrode layer 90 includes an outer peripheral surface 90 b and an upper end surface 90 c exposed to the electrolyte layer 94 and the outer electrode layer 92.
  • the inner electrode terminal 86 is connected to the outer peripheral surface 90b of the inner electrode layer 90 through a conductive sealing material 96, and is further in direct contact with the upper end surface 90c of the inner electrode layer 90, thereby Electrically connected.
  • a fuel gas passage 98 communicating with the fuel gas passage 88 of the inner electrode layer 90 is formed at the center of the inner electrode terminal 86.
  • the inner electrode layer 90 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, and Ni and ceria doped with at least one selected from rare earth elements.
  • the mixture is formed of at least one of Ni and a mixture of lanthanum garade doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu.
  • the electrolyte layer 94 is, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following.
  • the outer electrode layer 92 includes, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni and Cu, Sr, Fe, Ni and Cu. It is formed from at least one of lanthanum cobaltite doped with at least one selected from the group consisting of silver and silver.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a fuel cell stack of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel cell stack 14 includes 16 fuel cell units 16, and the lower end side and the upper end side of these fuel cell units 16 are a ceramic lower support plate 68 and an upper side, respectively. It is supported by the support plate 100.
  • the lower support plate 68 and the upper support plate 100 are formed with through holes 68a and 100a through which the inner electrode terminal 86 can pass.
  • the current collector 102 includes a fuel electrode connection portion 102a that is electrically connected to an inner electrode terminal 86 attached to the inner electrode layer 90 that is a fuel electrode, and an entire outer peripheral surface of the outer electrode layer 92 that is an air electrode. And an air electrode connecting portion 102b electrically connected to each other.
  • the air electrode connecting portion 102b is formed of a vertical portion 102c extending in the vertical direction on the surface of the outer electrode layer 92 and a plurality of horizontal portions 102d extending in a horizontal direction along the surface of the outer electrode layer 92 from the vertical portion 102c. Has been.
  • the fuel electrode connecting portion 102a is linearly directed obliquely upward or obliquely downward from the vertical portion 102c of the air electrode connecting portion 102b toward the inner electrode terminal 86 positioned in the vertical direction of the fuel cell unit 16. It extends.
  • the inner electrode terminals 86 at the upper end and the lower end of the two fuel cell units 16 located at the ends of the fuel cell stack 14 are external terminals, respectively. 104 is connected. These external terminals 104 are connected to the external terminals 104 (not shown) of the fuel cell unit 16 at the end of the adjacent fuel cell stack 14, and as described above, the 160 fuel cell units 16 Everything is connected in series.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
  • the solid oxide fuel cell 1 includes a control unit 110, and the control unit 110 includes operation buttons such as “ON” and “OFF” for operation by the user.
  • a device 112 a display device 114 for displaying various data such as a power generation output value (wattage), and a notification device 116 for issuing an alarm (warning) in an abnormal state are connected.
  • the notification device 116 may be connected to a remote management center and notify the management center of an abnormal state.
  • the combustible gas detection sensor 120 is for detecting a gas leak, and is attached to the fuel cell module 2 and the auxiliary unit 4.
  • the CO detection sensor 122 detects whether or not CO in the exhaust gas originally discharged to the outside through the exhaust gas passage 80 or the like leaks to an external housing (not shown) that covers the fuel cell module 2 and the auxiliary unit 4. Is to do.
  • the hot water storage state detection sensor 124 is for detecting the temperature and amount of hot water in a water heater (not shown).
  • the power state detection sensor 126 is for detecting the current and voltage of the inverter 54 and the distribution board (not shown).
  • the power generation air flow rate detection sensor 128 is for detecting the flow rate of power generation air supplied to the power generation chamber 10.
  • the reforming air flow sensor 130 is for detecting the flow rate of the reforming air supplied to the reformer 20.
  • the fuel flow sensor 132 is for detecting the flow rate of the fuel gas supplied to the reformer 20.
  • the water flow rate sensor 134 is for detecting the flow rate of pure water (steam) supplied to the reformer 20.
  • the water level sensor 136 is for detecting the water level of the pure water tank 26.
  • the pressure sensor 138 is for detecting the pressure on the upstream side outside the reformer 20.
  • the exhaust temperature sensor 140 is for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the hot water production apparatus 50.
  • the power generation chamber temperature sensor 142 is provided on the front side and the back side in the vicinity of the fuel cell assembly 12, and detects the temperature in the vicinity of the fuel cell stack 14 to thereby detect the fuel cell stack. 14 (ie, the fuel cell 84 itself) is estimated.
  • the combustion chamber temperature sensor 144 is for detecting the temperature of the combustion chamber 18.
  • the exhaust gas chamber temperature sensor 146 is for detecting the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas chamber 78.
  • the reformer temperature sensor 148 is for detecting the temperature of the reformer 20, and calculates the temperature of the reformer 20 from the inlet temperature and the outlet temperature of the reformer 20.
  • the outside air temperature sensor 150 is for detecting the temperature of the outside air when the solid oxide fuel cell (SOFC) is disposed outdoors. Further, a sensor for measuring the humidity or the like of the outside air may be provided.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • Signals from these sensors are sent to the control unit 110, and the control unit 110, based on data based on these signals, the water flow rate adjustment unit 28, the fuel flow rate adjustment unit 38, the reforming air flow rate adjustment unit 44, A control signal is sent to the power generation air flow rate adjusting unit 45 to control each flow rate in these units. Further, the control unit 110 sends a control signal to the inverter 54 to control the power supply amount.
  • FIG. 7 is a time chart showing the operation at the time of startup of the solid oxide fuel cell (SOFC) according to one embodiment of the present invention.
  • reforming air is supplied from the reforming air flow rate adjustment unit 44 to the reformer 20 of the fuel cell module 2 via the first heater 46.
  • the power generation air is supplied from the power generation air flow rate adjustment unit 45 to the air heat exchanger 22 of the fuel cell module 2 via the second heater 48, and this power generation air is supplied to the power generation chamber 10 and the combustion chamber.
  • the fuel gas is also supplied from the fuel flow rate adjustment unit 38, and the fuel gas mixed with the reforming air passes through the reformer 20, the fuel cell stack 14, and the fuel cell unit 16, and It reaches the combustion chamber 18.
  • the ignition device 83 is ignited to burn the fuel gas and air (reforming air and power generation air) in the combustion chamber 18.
  • Exhaust gas is generated by the combustion of the fuel gas and air, and the power generation chamber 10 is warmed by the exhaust gas, and when the exhaust gas rises in the sealed space 8 of the fuel cell module 2, The fuel gas containing the reforming air is warmed, and the power generation air in the air heat exchanger 22 is also warmed.
  • the fuel gas mixed with the reforming air is supplied to the reformer 20 by the fuel flow rate adjusting unit 38 and the reforming air flow rate adjusting unit 44.
  • the heated fuel gas is supplied to the lower side of the fuel cell stack 14 through the fuel gas supply pipe 64, whereby the fuel cell stack 14 is heated from below, and the combustion chamber 18 also has the fuel gas and air.
  • the fuel cell stack 14 is also heated from above, and as a result, the fuel cell stack 14 can be heated substantially uniformly in the vertical direction. Even if the partial oxidation reforming reaction POX proceeds, the combustion reaction between the fuel gas and air continues in the combustion chamber 18.
  • the reformer temperature sensor 148 detects that the reformer 20 has reached a predetermined temperature (for example, 600 ° C.) after the partial oxidation reforming reaction POX is started, the water flow rate adjustment unit 28 and the fuel flow rate adjustment unit 38 are detected.
  • the reforming air flow rate adjusting unit 44 supplies a gas in which fuel gas, reforming air, and water vapor are mixed in advance to the reformer 20.
  • an autothermal reforming reaction ATR in which the partial oxidation reforming reaction POX described above and a steam reforming reaction SR described later are used proceeds. Since the autothermal reforming reaction ATR is thermally balanced internally, the reaction proceeds in the reformer 20 in a thermally independent state.
  • the reformer temperature sensor 146 detects that the reformer 20 has reached a predetermined temperature (for example, 700 ° C.) after the start of the autothermal reforming reaction ATR shown in Formula (2), the reforming air flow rate The supply of reforming air by the adjustment unit 44 is stopped, and the supply of water vapor by the water flow rate adjustment unit 28 is increased. As a result, the reformer 20 is supplied with a gas that does not contain air and contains only fuel gas and water vapor, and the steam reforming reaction SR of formula (3) proceeds in the reformer 20.
  • a predetermined temperature for example, 700 ° C.
  • this steam reforming reaction SR is an endothermic reaction, the reaction proceeds while maintaining a heat balance with the combustion heat from the combustion chamber 18. At this stage, since the fuel cell module 2 is in the final stage of start-up, the power generation chamber 10 is heated to a sufficiently high temperature. Therefore, even if the endothermic reaction proceeds, the power generation chamber 10 is greatly reduced in temperature. There is nothing. Even if the steam reforming reaction SR proceeds, the combustion reaction continues in the combustion chamber 18.
  • the partial oxidation reforming reaction POX, the autothermal reforming reaction ATR, and the steam reforming reaction SR proceed in sequence, so that the inside of the power generation chamber 10 The temperature gradually increases.
  • the circuit including the fuel cell module 2 is closed, and the fuel cell Power generation by the module 2 is started, so that a current flows in the circuit. Due to the power generation of the fuel cell module 2, the fuel cell 84 itself also generates heat, and the temperature of the fuel cell 84 also rises.
  • the rated temperature at which the fuel cell module 2 is operated becomes, for example, 600 ° C. to 800 ° C.
  • FIG. 8 is a time chart showing the operation when the solid oxide fuel cell (SOFC) is stopped according to this embodiment.
  • the fuel flow rate adjustment unit 38 and the water flow rate adjustment unit 28 are operated to supply fuel gas and water vapor to the reformer 20. Reduce the amount.
  • the amount of fuel gas and water vapor supplied to the reformer 20 is reduced, and at the same time, the fuel cell module for generating air by the reforming air flow rate adjusting unit 44
  • the supply amount into 2 is increased, the fuel cell assembly 12 and the reformer 20 are cooled by air, and these temperatures are lowered.
  • the temperature of the power generation chamber decreases to a predetermined temperature, for example, 400 ° C.
  • the supply of fuel gas and steam to the reformer 20 is stopped, and the steam reforming reaction SR of the reformer 20 is ended.
  • This supply of power generation air continues until the temperature of the reformer 20 decreases to a predetermined temperature, for example, 200 ° C., and when this temperature is reached, the power generation air from the power generation air flow rate adjustment unit 45 is supplied. Stop supplying.
  • the steam reforming reaction SR by the reformer 20 and the cooling by the power generation air are used in combination.
  • the operation of the fuel cell module can be stopped.
  • FIG. 9 is a time chart for explaining deterioration determination in the solid oxide fuel cell of the present embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing an example of the relationship between the required power generation amount input to the control unit 110 and the fuel supply amount necessary to generate the required power generation amount.
  • FIG. 11 is a graph illustrating an example of a temporal change in the fuel supply amount with respect to a change in the required power generation amount.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a procedure of deterioration determination by the deterioration determination circuit.
  • the solid oxide fuel cell 1 performs load following operation so that output power corresponding to the required power generation amount from the inverter 54 (FIG. 6) is obtained. That is, as shown in FIG. 6, the control unit 110 that is a controller responds to the required power generation amount from the inverter 54, the fuel flow rate adjustment unit 38 that is a fuel supply device, and the reforming air that is an oxidant gas supply device. Signals are sent to the flow rate adjusting unit 44 and the water flow rate adjusting unit 28 which is a water supply device, and fuel, air, and water at the required flow rates are supplied to the fuel cell module 2. As a result, as shown in FIG.
  • the output power of the solid oxide fuel cell 1 changes so as to follow the required power generation amount from the inverter 54.
  • the control unit 110, the fuel flow rate adjustment unit 38, the power generation air flow rate adjustment unit 45, and the water flow rate adjustment unit 28 function as a control unit, a fuel supply unit, an oxidant gas supply unit, and a water supply unit, respectively. .
  • the control unit 110 determines the fuel supply amount based on the graph shown in FIG. 10 according to the required power generation amount from the inverter 54, and adjusts the fuel flow rate so that the determined flow rate of fuel is supplied to the fuel cell module 2.
  • the unit 38 is controlled. After the initial use of the solid oxide fuel cell 1 is started, until it is determined that the fuel cell module 2 has deteriorated, the control unit 110 sets the fuel supply amount with respect to the required power generation amount according to the curve F0 in FIG. decide. As shown in FIG. 10, the fuel supply amount is determined so as to increase monotonously with an increase in the required power generation amount. However, the fuel supply amount is set to a substantially constant value when the required power generation amount is less than about 200 W.
  • FIG. 11 is a graph showing an example of a change in the fuel supply amount with respect to time when the required power generation amount is changed in a step shape from 500 W to 700 W. As shown in FIG. 11, when the required power generation amount is changed from 500 W to 700 W at time t10, the required fuel supply amount suddenly changes from the supply amount corresponding to the power output of 500 W to the supply amount corresponding to 700 W. Changed.
  • control unit 110 controls the fuel flow rate adjustment unit 38 so that the fuel supply amount is gradually increased as shown by an imaginary line in FIG. 11 so that the fuel supply amount does not increase rapidly. Control.
  • the controller 110 increases the fuel supply amount according to the line F10 in FIG. 11 until it is determined that the fuel cell module 2 has deteriorated after the initial use of the solid oxide fuel cell 1 is started.
  • the control unit 110 gradually increases the fuel supply amount according to the line F10 in FIG. 11 so that the fuel supply amount does not rapidly decrease. Decrease. Note that the rate of change of the fuel supply amount is set more gently when the supply amount is increased than when the supply amount is decreased. 10 and 11 relate to the fuel supply amount, the air supply amount and the water supply amount are similarly changed according to the required power generation amount.
  • the deterioration determination circuit 110a (FIG. 6), which is a deterioration determination means built in the control unit 110, starts operation in the deterioration determination mode.
  • the deterioration determination circuit 110a includes a microprocessor, a memory, a program (not shown above) for operating these, and the like.
  • FIG. 12 is a flowchart showing processing by the deterioration determination circuit 110a.
  • step S1 an elapsed time from the previous operation in the deterioration determination mode is determined.
  • step S9 an elapsed time from the previous operation in the deterioration determination mode is determined.
  • step S2 When two weeks or more have passed since the previous deterioration determination mode operation, the process proceeds to step S2 and whether or not the external environment of the solid oxide fuel cell 1 is in a predetermined deterioration determination outside air state suitable for the deterioration determination mode operation. Is judged. Specifically, it is determined whether or not the outside air temperature and the outside air humidity detected by the outside air temperature sensor 150 (FIG. 6) and the outside air humidity sensor (not shown) meet predetermined conditions. In this embodiment, when the outside air temperature is 5 to 30 ° C. and the outside air humidity is 30 to 70%, it is determined that the external environment is in the deterioration determination outside air state suitable for the deterioration determination mode operation. When it is determined that the external environment is not in the deterioration determination outside air state, the process proceeds to step S9, and the one-time process of this flowchart is ended.
  • the deterioration determination is performed in a cycle of once every two weeks.
  • the high frequency means that the deterioration determination mode is forcibly changed without performing load follow-up control. This is a disadvantage in terms of energy saving. Therefore, it is desirable to set according to the degree of performance degradation, and if the degradation is small, the frequency is desirably once every six months. Further, since the deterioration is small if the operation period is short, the frequency is once a year, and it is more desirable to shorten the determination cycle as the operation period becomes longer, such as 5 years or 10 years. Become. In the present embodiment, a very easy-to-understand correspondence is taken as an example.
  • step S4 the fuel supply amount, the air supply amount, and the water supply amount are fixed at predetermined predetermined supply amounts. That is, in the deterioration determination mode operation, the deterioration determination circuit 110a allows the fuel flow rate adjustment unit 38, the power generation air flow rate adjustment unit 45, and the water flow rate adjustment unit 28 to maintain a constant supply amount regardless of the required power generation amount for the control unit 110. Control these adjustment units to maintain.
  • the deterioration determination fuel supply amount is 3 L / min
  • the deterioration determination oxidant gas supply amount is 100 L / min
  • the deterioration determination water supply amount is 8 mL / min.
  • These fixed values of the fuel supply amount, the air supply amount, and the water supply amount are the supply amounts obtained in advance through experiments by setting 700 W, which is the rated power generation amount of the solid oxide fuel cell 1 according to the present embodiment, as an amount capable of generating power. Therefore, while fuel, air, and water are supplied at fixed values, the solid oxide fuel cell 1 has the ability to output 700 W of electric power, although there are individual differences in fuel cells. . However, even if the fuel supply amount or the like is fixed, the operating state of the fuel cell module 2 is not sufficiently stable if the electric power extracted from the fuel cell module 2 changes according to the required power generation amount.
  • the fixed value such as the fuel supply amount is set to a value corresponding to the rated power generation amount, but these fixed values can be arbitrarily set.
  • the fuel cell module 2 is set to a value capable of generating electric power close to the rated power generation amount, in which the fuel cell module 2 can be thermally autonomous and the temperature changes sufficiently greatly depending on the degree of deterioration of the fuel cell module 2.
  • power is not extracted from the fuel cell module 2 during the deterioration determination mode operation, but the solid oxide fuel cell 1 is configured so that constant power is extracted during the deterioration determination mode operation.
  • the operation state of the fuel cell module 2 can be stabilized and the deterioration can be determined.
  • the solid oxide fuel cell 1 In an environment where the power generated by the solid oxide fuel cell 1 can be sold, it is possible to easily obtain an operation state in which constant power is taken out. Further, by providing the solid oxide fuel cell 1 with a dummy load (not shown) such as a heater for consuming the electric power generated during the operation in the deterioration determination mode, the generated electric power is consumed by this. You may take out fixed electric power.
  • a dummy load such as a heater for consuming the electric power generated during the operation in the deterioration determination mode
  • step S5 of FIG. 12 it is determined whether or not a sufficient time has elapsed after starting operation with a fixed value and a stable operation state has been reached.
  • 5 hours which is a deterioration determination time
  • step S5 it is determined that the operation state has stabilized and a predetermined deterioration determination operation condition has been satisfied. If 5 hours have not elapsed since the start of operation with a fixed value, the process of step S5 is repeated. As a result, the operation with the fixed value started in step S4 is maintained for 5 hours (FIG. 9, times t1 to t2).
  • step S6 it is determined whether or not the temperature of the fuel cell unit 16 measured by the power generation chamber temperature sensor 142 is equal to or higher than a predetermined temperature.
  • a predetermined temperature the temperature of the fuel cell module 2 that is an operation result of operating the fuel cell module 2 in a stable operation state and a reference temperature that is a predetermined deterioration determination reference value (in the state where the fuel cell module 2 is not deteriorated, the rating is The deterioration of the fuel cell module 2 is determined by comparing the ideal stack temperature value to be generated in a stable operation state of 700 W.
  • the reference temperature T0 of the fuel cell module 2 when the rated output operation of 700 W is performed in the initial state is about 700 ° C., and the deterioration of the fuel cell module 2 proceeds. This temperature rises. This is because the internal resistance of the fuel cell stack 14 increases due to deterioration of the fuel cell unit 16 itself, which is a solid oxide fuel cell, and deterioration of the contact portion that electrically connects each fuel cell unit 16. This is due to Joule heat and the like.
  • the deterioration determination circuit 110a determines that the fuel cell module 2 has deteriorated when the temperature T1 measured by the power generation chamber temperature sensor 142 is higher by 30 ° C. than the reference temperature T0. If the fuel cell module 2 has not deteriorated, the process proceeds to step S10, where one process of this flowchart is terminated, and the operating conditions such as the fuel supply amount are not changed.
  • step S7 fuel supply correction is performed by the fuel correction circuit 110b (FIG. 6), which is a fuel correction means built in the control unit 110, and the fuel supply amount with respect to the required power generation amount and the gain of the fuel supply amount are changed. . That is, when it is determined for the first time that the fuel cell module 2 has deteriorated after the start of use of the solid oxide fuel cell 1, the fuel correction circuit 110b determines the fuel supply amount relative to the required power generation amount by the fuel supply correction. The curve F0 is changed to the curve F1 or the curve F-1, and thereafter, the fuel supply amount is determined using the curve F1 or F-1.
  • the change rate when changing the fuel supply amount is changed from the line F10 in FIG. 11 to a more gradual line F11, and thereafter, the fuel supply amount is changed according to this change rate.
  • the fuel supply amount changed by the fuel supply correction is maintained until it is determined that the fuel cell module 2 is further deteriorated.
  • Whether the fuel supply correction is performed in the increase correction mode using the curve F1 or the decrease correction mode using the curve F-1 is determined by a mode selection means built in the control unit 110, as will be described later. It is selected by a certain mode selection device 110c and an operation state recording device 110d which is an operation state recording means. Further, the fuel correction circuit 110b, the mode selection device 110c, and the operation state recording device 110d are configured by a microprocessor, a memory, a program (not shown above) for operating these, and the like.
  • step S8 the temperature T2 of the fuel cell unit 16 when the solid oxide fuel cell 1 is operated with the corrected fuel supply amount. Is measured by the power generation chamber temperature sensor 142. The measured temperature T2 is stored as a new reference temperature T0 in a memory (not shown) of the deterioration determination circuit 110a. This new reference temperature T0 is used as a reference temperature in the next deterioration determination.
  • the operation is performed with the fuel supply amount kept constant for a predetermined time, and then the temperature T2 of the fuel cell unit 16 is measured. Thereby, it is possible to measure an accurate temperature from which the influence of the change in the fuel supply amount due to the correction is eliminated.
  • the deterioration determination circuit 110a ends the deterioration determination mode operation, and the control unit 110 resumes normal operation corresponding to the required power generation amount (FIG. 9, time t2).
  • FIGS. FIG. 13 and FIG. 14 are time charts schematically showing the operation history of the solid oxide fuel cell 1 over about one year, the electric power consumed by the user from the top (shown by a broken line), the solid oxide fuel The electric power generated by the battery 1 (shown by a solid line), the fuel supply amount, and the temperature of the fuel cell unit are shown. Note that power consumption in ordinary households tends to be large during the day and less during the night, so the time charts shown in FIGS. 13 and 14 are from 6:00 am to midnight, which is the time zone in which power is mainly consumed.
  • the operation state recording device 110d records such an operation history for about one year.
  • the power consumption by the user always exceeds the rated output power, which is the maximum output power of the solid oxide fuel cell 1, so that the fuel cell module 2 always supports the rated output.
  • the solid oxide fuel cell 1 always generates the rated output power.
  • the part for which the rated output power is insufficient with respect to the power consumption is supplied from the grid power.
  • the output voltage of the fuel cell module 2 with respect to the same fuel supply amount decreases and the temperature of the fuel cell unit 16 increases. In order to output the rated power with the output voltage of the fuel cell module 2 lowered, it is necessary to increase the current taken out from the fuel cell module 2.
  • the electric current taken out from the fuel cell module 2 is regulated below a predetermined electric current. Due to the regulation of the current value, the output power is reduced from time t101 to t102 in FIG. 13 even though the fuel supply amount is constant.
  • the deterioration determination described above is executed at time t103 in FIG.
  • the temperature T1 of the fuel cell unit 16 is 30 ° C. or more higher than the reference temperature T0 of the fuel cell unit 16 in the initial use, so the deterioration determination circuit 110a determines that the fuel cell module 2 has deteriorated. Determination is made (step S6 in FIG. 12).
  • the operation state recording device 110d records the daytime operation history of the solid oxide fuel cell 1 over the past year, and the mode selection device 110c is based on the past operation state recorded in the operation state recording device 110d. Then, the increase correction mode or the decrease correction mode is automatically selected. In the example shown in FIG. 13, since the power consumption always exceeds the rated output power and the fuel cell module 2 always outputs the rated output power, the mode selection device 110c selects the increase correction mode, thereby The fuel correction circuit 110b executes correction for increasing the fuel supply amount.
  • the controller 110 changes the curve for determining the fuel supply amount from the curve F0 in FIG. 10 to the curve F1 by the increase correction, and the fuel supply amount is increased (time t103 in FIG. 13).
  • the output power of the fuel cell module 2 is recovered to the initial rated output power (time t103 to t104 in FIG. 13).
  • the temperature of the fuel cell unit 16 after a predetermined time has elapsed since the increase correction is stored in the deterioration determination circuit 110a as the reference temperature T0 and used in the next deterioration determination.
  • the time during which the user's power consumption is lower than the rated power of the solid oxide fuel cell 1 (from time t201 in FIG. 14).
  • t202) is longer than the excess time (time t200 to t201 and t202 to t205 in FIG. 14).
  • the fuel cell module 2 deteriorates due to long-term use from time t203 to t204, the output power for the same fuel supply amount decreases, and the temperature of the fuel cell unit 16 increases. is doing. Note that the decrease in the output power from time t203 to t204 is also due to the regulation of the current value taken out from the fuel cell module 2.
  • deterioration determination is executed at time t205 in FIG.
  • the temperature T1 of the fuel cell unit 16 is 30 ° C. or more higher than the reference temperature T0 of the fuel cell unit 16 in the initial use, so that the deterioration determination circuit 110a determines that the fuel cell module 2 has deteriorated. Determination is made (step S6 in FIG. 12).
  • the mode selection device 110c selects the weight reduction correction mode.
  • the fuel correction circuit 110b executes correction for reducing the fuel supply amount.
  • the controller 110 changes the curve for determining the fuel supply amount from the curve F0 in FIG. 10 to the curve F-1 by the decrease correction, and the fuel supply amount is decreased (time t205 in FIG. 14).
  • the output power of the fuel cell module 2 is lowered, but the temperature of the fuel cell unit 16 is also lowered (time t205 to t207 in FIG. 14).
  • the temperature of the fuel cell unit 16 (temperature at time t206 to t207 in FIG. 14) after a lapse of a predetermined time from the weight reduction correction is stored in the deterioration determination circuit 110a as the reference temperature T0 and used in the next deterioration determination.
  • the weight reduction correction is selected when the operation time is less than the rated output power in the past operation state. Thereby, when the power consumed by the user is large, the amount of power supplied from the system power increases. However, since such a period is short, the power purchase cost from the system power does not increase so much. On the other hand, since the temperature of the fuel cell unit 16 is reduced by the fuel supply amount reduction correction, the deterioration of the fuel cell module 2 is suppressed.
  • the mode selection device 110c selects either the decrease correction mode or the increase correction mode as described above.
  • the curve for determining the fuel supply amount is changed from the curve F0 of FIG. The curve is changed to the curve F-1 in which the supply amount is reduced. After this fuel supply correction, the fuel supply amount with respect to the same required power generation amount is reduced, and the electric power actually output with respect to the required power generation amount is reduced.
  • the fuel supply amount of the deteriorated fuel cell module 2 is rapidly changed, the deterioration is further advanced, so that the rate of change of the fuel supply amount is further reduced.
  • the fuel supply amount is changed from the curve F-1 to the curve F-2.
  • the curve F-2 is changed to the curve F-3.
  • the curve F-2 is reduced by 20% with respect to the curve F0, and the curve F-3 is reduced by 30% with respect to the curve F0.
  • the gain of the fuel supply amount is also changed from line F11 to line F12 when the reduction correction is executed for the second time, and from line F12 to line F13 when the reduction correction is executed for the third time.
  • the curve for determining the fuel supply amount is changed from the curve F0 of FIG. 10 to the curve F0 by the fuel supply correction.
  • the curve F1 is changed so that the 10% fuel supply amount is increased.
  • the fuel supply amount with respect to the same required power generation amount is increased, and even if the fuel cell module 2 is deteriorated, the initial rated output power of 700 W is maintained.
  • the increase correction mode when it is determined that the fuel cell module 2 has further deteriorated and the fuel cell module 2 has further deteriorated, the fuel supply amount is corrected to increase again from the curve F1 to the curve F2.
  • the curve F2 is changed to the curve F3.
  • the curve F2 is 18% lower than the curve F0, and the curve F3 is 23% lower than the curve F0.
  • the gain of the fuel supply amount is changed from the line F11 to the line F12 when the decrease correction is executed for the second time, and the line when the decrease correction is executed for the third time.
  • the line is changed from F12 to line F13.
  • the amount of change in the fuel supply amount is set to a fixed value that is set in advance both when performing the decrease correction and when performing the increase correction. For this reason, for example, unlike the case where the correction amount of the fuel supply amount is calculated based on the temperature rise of the fuel cell unit 16 or the correction amount is calculated based on the decrease amount of the output power, the correction is greatly incorrect. Can be prevented. That is, since the temperature and output power of the fuel cell unit 16 are affected by various factors and change their values, if an abnormal temperature or output power is measured due to some factor, based on these values. When the correction amount is calculated, abnormal correction is executed.
  • FIG. 15 is a time chart showing an example of the operation of the solid oxide fuel cell 1 when the reduction selection mode is selected by the mode selection device 110c
  • FIG. 16 is a flowchart of the fuel correction processing in the reduction correction mode
  • FIG. 17 is a time chart showing an example of the operation when the increase correction mode is selected
  • FIG. 18 is a flowchart of the fuel correction process in the increase correction mode.
  • 15 and 17 are time charts showing the time on the horizontal axis, the output power, the fuel supply amount, and the temperature of the fuel cell unit on the vertical axis, which is much higher than the time chart shown in FIG.
  • the operation state of the fuel cell for a long period is schematically shown. Further, in order to simplify the time chart, the solid oxide fuel cell 1 is depicted as being always operated at the rated output power.
  • the flowcharts shown in FIGS. 16 and 18 are called as a subroutine from step S7 of the flowchart shown in FIG. 12, and when the reduction correction mode is selected, the flowchart of FIG. When the correction mode is selected, the flowchart of FIG. 18 is called.
  • the initial use of the solid oxide fuel cell 1 is started at time t300 in FIG.
  • the rated output power is obtained by operating the solid oxide fuel cell 1 with a specified fuel supply amount, and the temperature at this time is set as the initial reference temperature T0 of the fuel cell unit 16. It is stored in the deterioration determination circuit 110a.
  • the use period of the solid oxide fuel cell 1 becomes longer, the fuel cell module 2 starts to deteriorate, and the output voltage of the fuel cell module 2 with respect to the same fuel supply amount decreases.
  • the output power decreases and the temperature of the fuel cell unit 16 also increases (time t301 to t302 in FIG. 15).
  • step S6 the reduction correction mode is selected by the mode selection device 110c. Since the weight reduction correction mode is selected, the subroutine shown in FIG. 16 is called from step S7 of FIG.
  • step S101 in FIG. 16 the value of the switching flag FL1 is determined.
  • the process proceeds to step S102.
  • step S102 the temperature T1 of the fuel cell unit 16 at time t303 is determined. That is, if the temperature T1 of the fuel cell unit 16 when the required power is the rated power is lower than the correction switching temperature Tmax1 in the reduction correction mode that is a predetermined correction switching condition, the process proceeds to step S103, and the correction switching temperature If it is equal to or greater than Tmax1, the process proceeds to step S106.
  • step S103 the value of the weight reduction correction counter is determined.
  • the decrease correction number counter is a counter that counts the number of times the fuel supply amount decrease correction is executed after the start of initial use. If the number of reduction corrections is less than 3, the process proceeds to step S104, and if it is 3 or more, the process proceeds to step S106.
  • step S104 the fuel supply amount is corrected to decrease (time t303 in FIG. 15) and the decrease correction number counter is incremented by 1 so that deterioration of the deteriorated fuel cell module 2 does not proceed.
  • the curve for determining the fuel supply amount is changed from the curve F0 of FIG. 10 to the curve F-1, and the value of the decrease correction number counter is changed from 0 to 1.
  • the temperature when a predetermined time has elapsed after the fuel supply amount reduction correction (the temperature at times t304 to t305 in FIG. 15) is updated and stored as a new reference temperature T0 (step S8 in FIG. 12).
  • the rated output power actually output by the solid oxide fuel cell 1 is lowered, and the temperature of the fuel cell unit 16 is also lowered (time t303 to t305 in FIG. 15).
  • step S7 of FIG. 12 the flowchart of FIG. 16 is called, and steps S101, S102, S103 and S104 are executed in order.
  • the curve for determining the fuel supply amount is changed from the curve F-1 to the curve F-2 in FIG. 10, and the value of the reduction correction number counter is changed from 1 to 2.
  • the fuel supply amount is further corrected to decrease (time t307 in FIG. 15).
  • the output power of the solid oxide fuel cell 1 decreases and the temperature of the fuel cell unit 16 also decreases (time t307 to t308 in FIG. 15).
  • step S6 the reduction correction mode is selected as described above, in step S7, the flowchart of FIG. 16 is called, and steps S101 and S102 are executed in order.
  • step S102 the temperature T1 of the fuel cell unit 16 at time t311 exceeds the correction switching temperature Tmax1 in the decrease correction mode, so the process proceeds to step S106.
  • step S106 the value of the switching flag FL1 is changed from 0 to 1.
  • the switch flag FL1 is a flag that indicates whether or not the fuel correction circuit 110b is performing a correction for reducing the rated output power so that the fuel supply amount is decreased in the decrease correction mode. While the value of the switching flag FL1 is 0, the fuel supply amount is corrected to decrease. When the value of the switching flag FL1 is switched to 1, the fuel correction circuit 110b subsequently increases and decreases the fuel supply amount. The correction is executed in the direction in which the rated output power is maintained (step S107 in FIG. 16).
  • the fuel correction circuit 110b first performs correction to decrease the fuel supply amount, and the deterioration of the fuel cell module 2 proceeds to some extent, and the correction switching condition Is satisfied, that is, when the correction switching temperature Tmax1 is exceeded, the fuel supply amount is increased, and correction is performed so that the rated output power is not further reduced.
  • the value of the switching flag FL1 is changed from 0 to 1 when the temperature of the fuel cell unit 16 during the rated output operation exceeds the correction switching temperature Tmax1, Also when the fuel supply amount reduction correction has been performed three times in the past (step S103 in FIG. 16), the value of the switching flag FL1 is changed from 0 to 1, and thereafter the correction for increasing the fuel supply amount is executed. It becomes like this.
  • step S107 correction for increasing the fuel supply amount is performed so as to maintain the reduced rated output power (output power at times t308 to t309 in FIG. 15).
  • the fuel correction circuit 110b increases the fuel supply amount by a preset fixed value (time t311 in FIG. 15). By this increase correction of the fuel supply amount, the output power is recovered and the temperature of the fuel cell unit 16 rises (time t311 to t312 in FIG. 15).
  • step S108 the value of the output power (power at times t312 to t313 in FIG. 15) after the fuel supply amount is corrected to increase is determined.
  • the output power after the increase correction is larger than the predetermined lower limit power Wmin, the process proceeds to step S109, and one process of the flowchart of FIG. If the output power is less than or equal to the predetermined lower limit power Wmin, the process proceeds to step S110.
  • step S107 the fuel correction circuit 110b further increases the fuel supply amount by a preset fixed value (time t314 in FIG. 15).
  • time t314 the output power is recovered and the temperature of the fuel cell unit 16 rises (time t314 to t315 in FIG. 15). Since the recovered output power (output power at times t315 to t316 in FIG. 15) is larger than the lower limit power Wmin, the process proceeds to step S109, and one process of the flowchart in FIG.
  • step S107 the fuel correction circuit 110b further increases the fuel supply amount (time t317 in FIG. 15).
  • the output power does not recover and only the temperature of the fuel cell unit 16 rises (time t317 to t318 in FIG. 15).
  • step S108 the output power after the increase correction (output power at time t318 in FIG. 15) is compared with the lower limit power Wmin. Since the output power at time t318 is equal to or lower than the lower limit power Wmin, the process proceeds to step S110.
  • step S ⁇ b> 110 the control unit 110 sends a signal to the alarm device 116 to notify the user that the product life of the solid oxide fuel cell 1 has been reached and stops the operation of the fuel cell module 2.
  • the flowchart shown in FIG. 18 is substantially the same as the flowchart shown in FIG. 16, and the temperature T1 of the fuel cell unit 16 is compared with the correction switching temperature Tmax2 in the increase correction mode in step S202 of FIG. 16 differs from FIG. 16 in that the fuel supply amount is corrected to increase in S204 and the fuel supply amount is corrected to decrease in step S208.
  • the correction switching temperature Tmax2 in the increase correction mode is set to 900 ° C.
  • step S7 of FIG. 18 steps S201, S202, S203, and S204 are executed in order, and the fuel supply amount increase correction is executed by the fuel correction circuit 110b (step S204 of FIG. 18). Accordingly, the curve for determining the fuel supply amount is changed from the curve F0 to the curve F1 in FIG. 10, and the value of the increase correction number counter is changed from 0 to 1.
  • the deterioration determination circuit 110a determines the second deterioration of the fuel cell module 2, and the fuel correction circuit 110b performs the second increase correction of the fuel supply amount.
  • the curve for determining the fuel supply amount is changed from the curve F1 in FIG. 10 to the curve F2.
  • the third deterioration of the fuel cell module 2 is determined, and the third increase correction of the fuel supply amount is executed.
  • the curve for determining the fuel supply amount is changed from the curve F2 in FIG. 10 to the curve F3.
  • step S207 the fuel correction circuit 110b performs a fuel supply amount decrease correction (time t404 in FIG. 17). Since the value of the switching flag FL2 has been changed to 1, when the deterioration determination circuit 110a determines that the fuel cell module 2 has deteriorated thereafter, the fuel supply amount reduction correction is executed. This deterioration determination and fuel supply amount reduction correction are repeated until the corrected output power falls below a predetermined lower limit power Wmin, as in the reduction correction mode.
  • the mode selection device 110c selects the increase correction mode (time t103 in FIG. 13) or the decrease correction mode (time t205 in FIG. 14).
  • An appropriate correction mode can be selected in accordance with the use situation, and thereby the product life can be extended while maintaining a practical output power.
  • the mode selection device 110c selects the correction mode based on the past operation state recorded in the operation state recording device 110d. A mode can be selected.
  • the increase correction mode is selected when the rated output power is output for a long time as the past operation state of the fuel cell module 2 (FIG. 13). ) Since the rated output voltage is maintained even after the fuel cell module 2 is deteriorated, it is possible to save the system power usage fee. On the other hand, when the time during which the rated output power is output is short, the weight reduction correction mode is selected (FIG. 14), and the rated output voltage is reduced, so that the fuel consumption of the fuel cell module 2 whose efficiency has been reduced due to deterioration. Energy saving can be realized by suppressing the amount.
  • the mode selection device 110c selects the increase correction mode or the decrease correction mode based on all the operation histories up to the point when it is first determined that the fuel cell module 2 has deteriorated.
  • the present invention can be configured to select the correction mode based on the latest driving history.
  • the initial use is started at time t500, and power exceeding the rated power of the solid oxide fuel cell 1 is consumed until about time t501 after 10 years have elapsed. Due to changes in family structure, etc., power consumption is decreasing.
  • the deterioration determination circuit 110a determines that the fuel cell module 2 has deteriorated at time t505 after one year has elapsed from time t501, in the above-described embodiment, the period during which the power consumption is equal to or higher than the rated power is: Since it is shorter than the period when the power consumption is low, the increase correction mode is selected by the mode selection device 110c.
  • the correction mode is selected based on the most recent year of operation from time t501 to time t505 in FIG. 19, and thus the reduction correction mode is selected by the mode selection device 110c. Thereby, the reduction correction is executed at time t505 in FIG. 19, and the rated power is reduced.
  • the correction mode is selected based on the operating state of the most recent predetermined period, even if the tendency of power consumption by the user has changed after the start of initial use, the appropriate mode after the deterioration determination is appropriate.
  • a correction mode can be selected.
  • the correction mode is automatically selected by the mode selection device 110c incorporated in the control unit.
  • a mode for selecting the increase correction mode or the decrease correction mode is also possible to configure the present invention so that a selection operation device 112 is provided and the correction mode can be selected by operating the operation device 112.
  • the operation device 112 for mode selection can be configured to be arbitrarily set when the solid oxide fuel cell is shipped from the factory.
  • an appropriate correction mode can be selected in advance according to the installation location of the solid oxide fuel cell.
  • the operation device 112 for mode selection can be configured to be operable by the user when it is first determined that the fuel cell module has deteriorated.
  • an appropriate correction mode can be selected according to the future electricity usage situation expected by the user.
  • the correction mode when it is determined for the first time that the fuel cell module has deteriorated, the correction mode is selected only once by the mode selection device. However, as a modification, the correction mode is selected.
  • the present invention can also be configured to be performed multiple times. For example, the present invention can be configured such that the correction mode is selected every time it is determined a predetermined number of times that the fuel cell module has deteriorated.
  • an appropriate correction mode can be selected again when the power demand tendency by the user changes.

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Abstract

　実用的な出力電力を維持しながら、製品寿命を延長することができる固体電解質型燃料電池を提供する。本発明は、固体電解質型燃料電池であって、燃料電池モジュール（２）と、燃料供給装置（３８）と、酸化剤ガス供給装置（４５）と、燃料供給量を制御するコントローラ（１１０）と、を有し、コントローラは、燃料電池モジュールの劣化を判定する劣化判定回路（１１０ａ）、及び、劣化判定に基づいて運転条件を補正する燃料補正回路（１１０ｂ）を備え、燃料補正回路は、定格出力電力が維持されるように燃料電池モジュールに供給する燃料供給量を増加させる増量補正モード、及び、燃料供給量が減少されるように定格出力電圧を低下させる減量補正モードを実行可能であり、さらに、補正モードを選択するためのモード選択装置（１１０ｃ）を有することを特徴としている。

Description

固体電解質型燃料電池
　本発明は、固体電解質型燃料電池に関し、特に、要求発電量に応じて出力電力を可変する固体電解質型燃料電池に関する。
　固体電解質型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
　このＳＯＦＣにおいては、酸化物イオン導電性固体電解質を通過した酸素イオンと燃料との反応によって水蒸気又は二酸化炭素を生成し、電気エネルギー及び熱エネルギーが発生する。電気エネルギーは、ＳＯＦＣ外部に取り出されて、各種電気的用途に使用される。一方、熱エネルギーは、燃料、ＳＯＦＣ及び酸化剤等の温度を上昇させるために使用される。
　また、燃料電池セルは、長期間に亘る使用により劣化していくことが知られている。特開２００７－８７７５６号公報（特許文献１）には、固体酸化物型燃料電池が記載されている。この燃料電池においては、燃料の流量を調整することにより、燃料電池セルの劣化を減少させることが記載されている。
　さらに、特開２００３－２１７６２７号公報（特許文献２）には、燃料供給量制御装置、燃料供給量制御方法および電力供給システムが記載されている。この燃料供給量制御装置は、燃料電池セルが劣化することにより所定の燃料供給量に対して取り出すことができる電力が低下した場合には、燃料供給量を補償するように構成されている。
特開２００７－８７７５６号公報 特開２００３－２１７６２７号公報
　しかしながら、特開２００３－２１７６２７号公報記載の装置のように、劣化した燃料電池セルに対し、供給量が増加するように燃料供給量を補償し、初期の発電電力と同等の出力を維持するように制御を行うと、燃料電池セルの劣化が促進されてしまい、燃料電池の製品寿命を短縮してしまうという問題がある。一方、劣化した燃料電池セルから取り出す電力を低下させるように制御を行うと、燃料電池セルの劣化の進行を抑制することはできるが、燃料電池から取り出すことができる電力は次第に減少していくので、実用的な電力を取り出し可能な期間が短くなってしまうという問題がある。
　従って、本発明は、実用的な出力電力を維持しながら、製品寿命を延長することができる固体電解質型燃料電池を提供することを目的としている。
　上述した課題を解決するために、本発明は、固体電解質型燃料電池であって、複数の固体電解質型燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給装置と、燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃料供給装置から供給する燃料供給量を制御するコントローラと、を有し、コントローラは、燃料電池モジュールの劣化を判定する劣化判定回路、及び、この劣化判定回路による劣化判定に基づいて運転条件を補正する燃料補正回路を備え、燃料補正回路は、燃料電池モジュールが劣化したことが判定されたとき、燃料電池モジュールの最大出力電力である定格出力電力が維持されるように燃料電池モジュールに供給する燃料供給量を増加させる増量補正モード、及び、燃料供給量が減少されるように定格出力電圧を低下させる減量補正モードを実行可能であり、さらに、増量補正モード又は減量補正モードを選択するためのモード選択装置を有することを特徴としている。
　このように構成された本発明においては、コントローラは、燃料供給装置、及び酸化剤ガス供給装置を制御して、燃料電池モジュールに燃料、及び酸化剤ガスを供給する。また、コントローラに備えられた劣化判定回路は、燃料電池モジュールの劣化を判定し、燃料補正回路は、燃料電池モジュールが劣化したことが判定されると、燃料補正を実行する。モード選択装置は、燃料補正回路が実行する燃料補正として、増量補正モード又は減量補正モードの何れかを選択する。
　このように構成された本発明によれば、モード選択装置が増量補正モード又は減量補正モードを選択するので、燃料電池の使用状況に応じて適切な補正モードを選択することができ、これにより、実用的な出力電力を維持しながら、製品寿命を延長することができる。
　本発明において、好ましくは、モード選択装置は、操作により増量補正モード又は減量補正モードを選択することができるモード選択用の操作装置である。
　このように構成された本発明によれば、燃料電池の工場出荷時や、劣化が判定されたとき等に、予想される燃料電池の使用状況に応じて、適切な補正モードを選択することができる。
　本発明において、好ましくは、さらに、燃料電池モジュールの過去の運転状態を記録する運転状態記録装置を有し、モード選択装置は、運転状態記録装置により記録された過去の燃料電池モジュールの運転状態に基づいて、自動的に増量補正モード又は減量補正モードを選択する。
　このように構成された本発明によれば、モード選択装置が過去の運転状態に基づいて補正モードを選択するので、自動的に適切な補正モードを選択することができる。
　本発明において、好ましくは、運転状態記録装置は、燃料電池モジュールの過去の運転状態として、燃料電池モジュールの出力電力に関連する過去の履歴を記録しており、過去の所定期間内において、燃料電池モジュールが定格出力電力を出力している時間が、定格出力電力未満の電力を出力している時間よりも長い場合には、モード選択装置は増量補正モードを選択し、過去の所定期間内において、燃料電池モジュールが定格出力電力を出力している時間が、定格出力電力未満の電力を出力している時間よりも短い場合には、モード選択装置は減量補正モードを選択する。
　このように構成された本発明によれば、燃料電池モジュールの過去の運転状態として定格出力電力を出力している時間が長い場合には、増量補正モードが選択され、燃料電池モジュールが劣化した後も定格出力電圧が維持されるので、系統電力の使用料を節約することができる。一方、定格出力電力を出力している時間が短い場合には、減量補正モードが選択され、定格出力電圧が低下されるので、劣化により効率が低下した燃料電池モジュールの燃料消費量を抑制して、省エネルギーを実現することができる。
　また、本発明は、固体電解質型燃料電池であって、複数の固体電解質型燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、燃料供給手段から供給する燃料供給量を制御する制御手段と、を有し、制御手段は、燃料電池モジュールの劣化を判定する劣化判定手段、及び、この劣化判定手段による劣化判定に基づいて運転条件を補正する燃料補正手段を備え、燃料補正手段は、燃料電池モジュールが劣化したことが最初に判定されたとき、燃料電池モジュールの最大出力電力である定格出力電力が維持されるように燃料電池モジュールに供給する燃料供給量を増加させる増量補正モード、及び、燃料供給量が減少されるように定格出力電圧を低下させる減量補正モードを実行可能であり、さらに、増量補正モード又は減量補正モードを選択するためのモード選択手段を有することを特徴としている。
　本発明の固体電解質型燃料電池によれば、実用的な出力電力を維持しながら、製品寿命を延長することができる。
本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。 図２のIII-III線に沿って断面図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セル単体を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池における劣化判定を説明するタイムチャートである。 制御部に入力される要求発電量と、要求発電量を生成するために必要な燃料供給量の関係の一例を示すグラフである。 要求発電量の変更に対する燃料供給量の時間的変化の一例を示すグラフである。 劣化判定回路による劣化判定の手順を示すフローチャートである。 約１年間に亘る固体電解質型燃料電池の運転履歴を模式的に表したタイムチャートである。 約１年間に亘る固体電解質型燃料電池の運転履歴を模式的に表したタイムチャートである。 モード選択装置により減量補正モードが選択された場合における固体電解質型燃料電池の作用の一例を示すタイムチャートである。 減量補正モードによる燃料補正処理のフローチャートである。 モード選択装置により増量補正モードが選択された場合における固体電解質型燃料電池の作用の一例を示すタイムチャートである。 増量補正モードによる燃料補正処理のフローチャートである。 変形例において、モード選択装置による補正モードの選択を示すタイムチャートである。
　次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を説明する。
　図１は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
　燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材（図示せず但し断熱材は必須の構成ではなく、なくても良いものである。）を介して密封空間８が形成されている。なお、断熱材は設けないようにしても良い。この密閉空間８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤（空気）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、１０個の燃料電池セルスタック１４（図５参照）を備え、この燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６（図４参照）から構成されている。このように、燃料電池セル集合体１２は、１６０本の燃料電池セルユニット１６を有し、これらの燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
　燃料電池モジュール２の密封空間８の上述した発電室１０の上方には、燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤（空気）とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
　また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器２０が配置され、前記残余ガスの燃焼熱によって改質器２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器２０の上方には、燃焼熱を受けて空気を加熱するための空気用熱交換器２２が配置されている。
　次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）と、改質器２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
　次に、燃料電池モジュール２には、排気ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
　また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。
　さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
　次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図２は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿って断面図である。
　図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール２のハウジング６内の密閉空間８には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体１２、改質器２０、空気用熱交換器２２が配置されている。
　改質器２０は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管６０と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管６２が取り付けられ、また、改質器２０の内部には、上流側から順に、蒸発部２０ａと改質部２０ｂを形成され、改質部２０ｂには改質触媒が充填されている。この改質器２０に導入された水蒸気（純水）が混合された燃料ガス及び空気は、改質器２０内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
　この改質器２０の下流端側には、燃料ガス供給管６４が接続され、この燃料ガス供給管６４は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内で水平に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、改質された燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。
　このマニホールド６６の上方には、上述した燃料電池セルスタック１４を支持するための貫通孔を備えた下支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。
　次に、改質器２０の上方には、空気用熱交換器２２が設けられている。この空気用熱交換器２２は、上流側に空気集約室７０、下流側に２つの空気分配室７２を備え、これらの空気集約室７０と空気分配室７２は、６個の空気流路管７４により接続されている。ここで、図３に示すように、３個の空気流路管７４が一組（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ）となっており、空気集約室７０内の空気が各組の空気流路管７４からそれぞれの空気分配室７２へ流入する。
　空気用熱交換器２２の６個の空気流路管７４内を流れる空気は、燃焼室１８で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
　空気分配室７２のそれぞれには、空気導入管７６が接続され、この空気導入管７６は、下方に延び、その下端側が、発電室１０の下方空間に連通し、発電室１０に余熱された空気を導入する。
　次に、マニホールド６６の下方には、排気ガス室７８が形成されている。また、図３に示すように、ハウジング６の長手方向に沿った面である前面６ａと後面６ｂの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路８０が形成され、この排気ガス室通路８０の上端側は、空気用熱交換器２２が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室７８と連通している。また、排気ガス室７８の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管８２が接続され、この排気ガス排出管８２の下流端は、図１に示す上述した温水製造装置５０に接続されている。
　図２に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。
　次に図４により燃料電池セルユニット１６について説明する。図４は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
　図４に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。
　燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（－）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
　燃料電池セル１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。
　内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
　電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
　外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
　次に図５により燃料電池セルスタック１４について説明する。図５は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
　図５に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板６８及び上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴６８ａ及び１００ａがそれぞれ形成されている。
　さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される燃料極用接続部１０２ａと、空気極である外側電極層９２の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部１０２ｂとにより一体的に形成されている。空気極用接続部１０２ｂは、外側電極層９２の表面を上下方向に延びる鉛直部１０２ｃと、この鉛直部１０２ｃから外側電極層９２の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部１０２ｄとから形成されている。また、燃料極用接続部１０２ａは、空気極用接続部１０２ｂの鉛直部１０２ｃから燃料電池セルユニット１６の上下方向に位置する内側電極端子８６に向って斜め上方又は斜め下方に向って直線的に延びている。
　さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図５では左端の奥側及び手前側）に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４（図示せず）に接続され、上述したように、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
　次に図６により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）に取り付けられたセンサ類等について説明する。図６は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。
　図６に示すように、固体電解質型燃料電池１は、制御部１１０を備え、この制御部１１０には、使用者が操作するための「ＯＮ」や「ＯＦＦ」等の操作ボタンを備えた操作装置１１２、発電出力値（ワット数）等の種々のデータを表示するための表示装置１１４、及び、異常状態のとき等に警報（ワーニング）を発する報知装置１１６が接続されている。なお、この報知装置１１６は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。
　次に、制御部１１０には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
　先ず、可燃ガス検出センサ１２０は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４に取り付けられている。
　ＣＯ検出センサ１２２は、本来排気ガス通路８０等を経て外部に排出される排気ガス中のＣＯが、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４を覆う外部ハウジング（図示せず）へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
　貯湯状態検出センサ１２４は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。
　電力状態検出センサ１２６は、インバータ５４及び分電盤（図示せず）の電流及び電圧等を検知するためのものである。
　発電用空気流量検出センサ１２８は、発電室１０に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
　改質用空気流量センサ１３０は、改質器２０に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
　燃料流量センサ１３２は、改質器２０に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。
　水流量センサ１３４は、改質器２０に供給される純水（水蒸気）の流量を検出するためのものである。
　水位センサ１３６は、純水タンク２６の水位を検出するためのものである。
　圧力センサ１３８は、改質器２０の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
　排気温度センサ１４０は、温水製造装置５０に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。
　発電室温度センサ１４２は、図３に示すように、燃料電池セル集合体１２の近傍の前面側と背面側に設けられ、燃料電池セルスタック１４の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック１４（即ち燃料電池セル８４自体）の温度を推定するためのものである。
　燃焼室温度センサ１４４は、燃焼室１８の温度を検出するためのものである。
　排気ガス室温度センサ１４６は、排気ガス室７８の排気ガスの温度を検出するためのものである。
　改質器温度センサ１４８は、改質器２０の温度を検出するためのものであり、改質器２０の入口温度と出口温度から改質器２０の温度を算出する。
　外気温度センサ１５０は、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。
　これらのセンサ類からの信号は、制御部１１０に送られ、制御部１１０は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８、改質用空気流量調整ユニット４４、発電用空気流量調整ユニット４５に、制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。
　また、制御ユニット１１０は、インバータ５４に、制御信号を送り、電力供給量を制御するようになっている。
　次に図７により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）による起動時の動作を説明する。図７は、本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートである。
　最初は、燃料電池モジュール２を温めるために、無負荷状態で、即ち、燃料電池モジュール２を含む回路を開いた状態で、運転を開始する。このとき、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュール２は発電を行わない。
　先ず、改質用空気流量調整ユニット４４から改質用空気を第１ヒータ４６を経由して燃料電池モジュール２の改質器２０へ供給する。また、同時に、発電用空気流量調整ユニット４５から発電用空気を第２ヒータ４８を経由して燃料電池モジュール２の空気用熱交換器２２へ供給し、この発電用空気が、発電室１０及び燃焼室１８に到達する。
　この直ぐ後、燃料流量調整ユニット３８からも燃料ガスが供給され、改質用空気が混合された燃料ガスが、改質器２０及び燃料電池セルスタック１４、燃料電池セルユニット１６を通過して、燃焼室１８に到達する。
　次に、点火装置８３により着火して、燃焼室１８にある燃料ガスと空気（改質用空気及び発電用空気）とを燃焼させる。この燃料ガスと空気との燃焼により排気ガスが生じ、この排気ガスにより、発電室１０が暖められ、また、排気ガスが燃料電池モジュール２の密封空間８内を上昇する際、改質器２０内の改質用空気を含む燃料ガスを暖めると共に、空気熱交換器２２内の発電用空気も暖める。
　このとき、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、改質用空気が混合された燃料ガスが改質器２０に供給されているので、改質器２０において、式（１）に示す部分酸化改質反応ＰＯＸが進行する。この部分酸化改質反応ＰＯＸは、発熱反応であるので、起動性が良好となる。また、この昇温した燃料ガスが燃料ガス供給管６４により燃料電池セルスタック１４の下方に供給され、これにより、燃料電池セルスタック１４が下方から加熱され、また、燃焼室１８も燃料ガスと空気が燃焼して昇温されているので、燃料電池セルスタック１４は、上方からも加熱され、この結果、燃料電池セルスタック１４は、上下方向において、ほぼ均等に昇温可能となっている。この部分酸化改質反応ＰＯＸが進行しても、燃焼室１８では継続して燃料ガスと空気との燃焼反応が持続される。
　　ＣmＨn＋ｘＯ2　→　aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2　　　　　　　　（１）
　部分酸化改質反応ＰＯＸの開始後、改質器温度センサ１４８により改質器２０が所定温度（例えば、６００℃）になったことを検知したとき、水流量調整ユニット２８、燃料流量調整ユニット３８及び改質用空気流量調整ユニット４４により、燃料ガスと改質用空気と水蒸気とを予め混合したガスを改質器２０に供給する。このとき、改質器２０においては、上述した部分酸化改質反応ＰＯＸと後述する水蒸気改質反応ＳＲとが併用されたオートサーマル改質反応ＡＴＲが進行する。このオートサーマル改質反応ＡＴＲは、熱的に内部バランスが取れるので、改質器２０内では熱的に自立した状態で反応が進行する。即ち、酸素（空気）が多い場合には部分酸化改質反応ＰＯＸによる発熱が支配的となり、水蒸気が多い場合には水蒸気改質反応ＳＲによる吸熱反応が支配的となる。この段階では、既に起動の初期段階は過ぎており、発電室１０内がある程度の温度まで昇温されているので、吸熱反応が支配的であっても大幅な温度低下を引き起こすことはない。また、オートサーマル改質反応ＡＴＲが進行中も、燃焼室１８では燃焼反応が継続して行われている。
　式（２）に示すオートサーマル改質反応ＡＴＲの開始後、改質器温度センサ１４６により改質器２０が所定温度（例えば、７００℃）になったことを検知したとき、改質用空気流量調整ユニット４４による改質用空気の供給を停止すると共に、水流量調整ユニット２８による水蒸気の供給を増加させる。これにより、改質器２０には、空気を含まず燃料ガスと水蒸気のみを含むガスが供給され、改質器２０において、式（３）の水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
　　ＣmＨn＋ｘＯ2＋ｙＨ2Ｏ　→　aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2　　　 （２）
　　ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ　→　aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2　　　　　　　（３）
　この水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるので、燃焼室１８からの燃焼熱と熱バランスをとりながら反応が進行する。この段階では、燃料電池モジュール２の起動の最終段階であるため、発電室１０内が十分高温に昇温されているので、吸熱反応が進行しても、発電室１０が大幅な温度低下を招くこともない。また、水蒸気改質反応ＳＲが進行しても、燃焼室１８では継続して燃焼反応が進行する。
　このようにして、燃料電池モジュール２は、点火装置８３により点火した後、部分酸化改質反応ＰＯＸ、オートサーマル改質反応ＡＴＲ、水蒸気改質反応ＳＲが、順次進行することにより、発電室１０内の温度が徐々に上昇する。次に、発電室１０内及び燃料電池セル８４の温度が燃料電池モジュール２を安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュール２を含む回路を閉じ、燃料電池モジュール２による発電を開始し、それにより、回路に電流が流れる。燃料電池モジュール２の発電により、燃料電池セル８４自体も発熱し、燃料電池セル８４の温度も上昇する。この結果、燃料電池モジュール２を作動させる定格温度、例えば、６００℃～８００℃になる。
　この後、定格温度を維持するために、燃料電池セル８４で消費される燃料ガス及び空気の量よりも多い燃料ガス及び空気を供給し、燃焼室１８での燃焼を継続させる。なお、発電中は、改質効率の高い水蒸気改質反応ＳＲで発電が進行する。
　次に、図８により本実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を説明する。図８は、本実施形態により固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転停止時の動作を示すタイムチャートである。
　図８に示すように、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、先ず、燃料流量調整ユニット３８及び水流量調整ユニット２８を操作して、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させる。
　また、燃料電池モジュール２の運転停止を行う場合には、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給量を減少させると同時に、改質用空気流量調整ユニット４４による発電用空気の燃料電池モジュール２内への供給量を増大させて、燃料電池セル集合体１２及び改質器２０を空気により冷却し、これらの温度を低下させる。その後、発電室の温度が所定温度、例えば、４００℃まで低下したとき、燃料ガス及び水蒸気の改質器２０への供給を停止し、改質器２０の水蒸気改質反応ＳＲを終了する。この発電用空気の供給は、改質器２０の温度が所定温度、例えば、２００℃まで低下するまで、継続し、この所定温度となったとき、発電用空気流量調整ユニット４５からの発電用空気の供給を停止する。
　このように、本実施形態においては、燃料電池モジュール２の運転停止を行うとき、改質器２０による水蒸気改質反応ＳＲと発電用空気による冷却とを併用しているので、比較的短時間に、燃料電池モジュールの運転を停止させることができる。
　次に、図９乃至１４を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池１の作用を説明する。
　まず、図９乃至１２を参照して、固体電解質型燃料電池１の負荷追従運転及び燃料電池モジュール２の劣化判定を説明する。
　図９は、本実施形態の固体電解質型燃料電池における劣化判定を説明するタイムチャートである。図１０は、制御部１１０に入力される要求発電量と、要求発電量を生成するために必要な燃料供給量の関係の一例を示すグラフである。図１１は、要求発電量の変更に対する燃料供給量の時間的変化の一例を示すグラフである。図１２は、劣化判定回路による劣化判定の手順を示すフローチャートである。
　図９の時刻ｔ０～ｔ１においては、固体電解質型燃料電池１は、インバータ５４（図６）からの要求発電量に応じた出力電力が得られるように負荷追従運転を行っている。即ち、図６に示すように、コントローラである制御部１１０は、インバータ５４からの要求発電量に応じて、燃料供給装置である燃料流量調整ユニット３８、酸化剤ガス供給装置である改質用空気流量調整ユニット４４、及び水供給装置である水流量調整ユニット２８に信号を送り、必要な流量の燃料、空気、水を燃料電池モジュール２に供給している。これにより、図９に示すように、インバータ５４からの要求発電量に追従するように固体電解質型燃料電池１の出力電力が変化する。ここで、燃料供給量等に対する出力電力の応答には遅れをもたせており、燃料供給量等の変化に対して出力電力は遅れて変化し、要求発電量の急激な変化に対しては、出力電力は殆ど変化しない。なお、制御部１１０、燃料流量調整ユニット３８、発電用空気流量調整ユニット４５、及び水流量調整ユニット２８は、夫々、制御手段、燃料供給手段、酸化剤ガス供給手段、及び水供給手段として機能する。
　制御部１１０は、インバータ５４からの要求発電量に応じて、図１０に一例を示すグラフによって燃料供給量を決定し、決定した流量の燃料が燃料電池モジュール２に供給されるように燃料流量調整ユニット３８を制御する。固体電解質型燃料電池１の初期の使用開始後、燃料電池モジュール２が劣化したことが判定されるまでの間は、制御部１１０は、図１０の曲線Ｆ０に従って、要求発電量に対する燃料供給量を決定する。図１０に示すように、燃料供給量は、要求発電量の増大に伴って単調に増加するように決定されるが、要求発電量約２００Ｗ未満では燃料供給量はほぼ一定値にされる。
　また、要求発電量が変更された場合に、燃料供給量を急激に変化させると燃料電池モジュール２の劣化を早めることがあるので、図１１に示すように、燃料供給量は漸増又は漸減される。図１１は、要求発電量が５００Ｗから７００Ｗにステップ状に変化された場合における、燃料供給量の時間に対する変化の一例を示すグラフである。図１１に示すように、時刻ｔ１０において、要求発電量が５００Ｗから７００Ｗに変更されると、必要な燃料供給量は、５００Ｗの電力出力に対応する供給量から７００Ｗに対応する供給量に急激に変化される。これに対して、制御部１１０は、燃料供給量が急激に増加することがないよう、図１１に想像線で示すように、燃料供給量が緩やかに増加されるように燃料流量調整ユニット３８を制御する。なお、固体電解質型燃料電池１の初期の使用開始後、燃料電池モジュール２が劣化したことが判定されるまでの間は、制御部１１０は、図１１の線Ｆ１０に従って燃料供給量を増加させる。
　同様に、時刻ｔ１１において、要求発電量が７００Ｗから５００Ｗに変更された場合にも、制御部１１０は燃料供給量が急激に減少することがないよう、図１１の線Ｆ１０に従って緩やかに燃料供給量を減少させる。なお、燃料供給量の変化率は、供給量を増加させる場合の方が、供給量を減少させる場合よりも緩やかに設定されている。
　なお、図１０及び１１は、燃料供給量に関するものであるが、空気供給量、水供給量も、要求発電量に応じて、同様に変更される。
　次に、図９の時刻ｔ１において、制御部１１０に内蔵された劣化判定手段である劣化判定回路１１０ａ（図６）は劣化判定モードの運転を開始する。なお、劣化判定回路１１０ａは、マイクロプロセッサ、メモリ及びこれらを作動させるプログラム（以上図示せず）等により構成されている。図１２は、劣化判定回路１１０ａによる処理を示すフローチャートである。
　図１２に示すフローチャートは、劣化判定回路１１０ａにより所定時間毎に実行される。まず、ステップＳ１においては、前回の劣化判定モードの運転からの経過時間が判断される。前回の劣化判定モード運転から所定の劣化判定間隔である２週間経過していない場合には、ステップＳ９に進み、このフローチャートの一回の処理を終了する。この処理により、劣化判定モード運転が不必要に頻繁に実行され、燃料等が浪費されるのを防止することができる。
　前回の劣化判定モード運転から２週間以上経過している場合には、ステップＳ２に進み、固体電解質型燃料電池１の外部環境が、劣化判定モード運転に適する所定の劣化判定外気状態であるか否かが判断される。具体的には、外気温度センサ１５０（図６）及び外気湿度センサ（図示せず）によって検出された外気温及び外気の湿度が、所定の条件に適合しているか否かが判断される。本実施形態においては、外気温度５～３０゜Ｃ、外気湿度３０～７０％である場合に、外部環境が劣化判定モード運転に適する劣化判定外気状態であると判断される。外部環境が劣化判定外気状態でないと判断された場合には、ステップＳ９に進み、このフローチャートの一回の処理を終了する。
　なお、この実施形態では劣化判定を２週間に１度のサイクルで行うように構成しているが、この頻度が高いということは負荷追従制御を行わずに強制的に後述する劣化判定モードに変更するため省エネという観点ではデメリットとなる。よって、性能劣化の度合いに応じて設定されることが望ましく、劣化が小さいような場合であれば半年に１回という頻度とすることが望ましい。また、運転期間が短い初期であれば劣化は少ないので１年に１回という頻度にし、運転期間が５年、１０年というように長くなるにつれて判定サイクルを短くするようなことは一層望ましい形態となる。本実施形態では非常にわかりやすい対応を例に取ったものである。
　外部環境が劣化判定モード運転に適している場合には、ステップＳ３に進み、劣化判定モードの運転が開始される。さらに、ステップＳ４においては、燃料供給量、空気供給量、水供給量が予め定められた所定の供給量に固定される。即ち、劣化判定モード運転において、劣化判定回路１１０ａは、制御部１１０に対する要求発電量に関わらず、燃料流量調整ユニット３８、発電用空気流量調整ユニット４５、水流量調整ユニット２８が一定の供給量を維持するように、これらの調整ユニットを制御する。本実施形態においては、図９の時刻ｔ１において、劣化判定燃料供給量３Ｌ／ｍｉｎ、劣化判定酸化剤ガス供給量１００Ｌ／ｍｉｎ、劣化判定水供給量８ｍＬ／ｍｉｎに固定される。
　これら燃料供給量、空気供給量、水供給量の固定値は、本実施形態による固体電解質型燃料電池１の定格発電量である７００Ｗを発電可能な量として予め実験によって求めた供給量である。従って、固定値により燃料、空気、水が供給されている間は、燃料電池セルの個体差もあるが固体電解質型燃料電池１は、７００Ｗの電力を出力する能力を有しているものである。しかしながら、燃料供給量等が固定されていても、燃料電池モジュール２から取り出される電力が要求発電量に応じて変化すると、燃料電池モジュール２の運転状態は十分に安定しない。このため、本実施形態においては、劣化判定モード運転中は要求発電量に関わらず、燃料電池モジュール２から電力を取り出すことはない（即ち、定格発電量に対応する燃料を供給するが、実際に発電する電力は０である）。従って、劣化判定モード運転中は、供給された燃料は発電には使用されず燃焼室１８において燃焼される。
　なお、本実施形態においては、燃料供給量等の固定値は定格発電量に対応する値に設定されているが、これらの固定値は任意に設定することができる。好ましくは、燃料電池モジュール２が熱的に自律することができ、且つ燃料電池モジュール２の劣化の度合いにより温度が十分に大きく変化する、定格発電量に近い電力を発生可能な値に設定する。また、本実施形態においては、劣化判定モード運転中は、燃料電池モジュール２から電力を取り出していないが、劣化判定モード運転中に一定の電力が取り出されるように固体電解質型燃料電池１を構成し、燃料電池モジュール２の運転状態を安定させ、劣化判定を行うこともできる。固体電解質型燃料電池１により発電した電力を売電可能な環境においては、一定の電力が取り出されるような運転状態を容易に得ることができる。また、劣化判定モード運転中に生成された電力を消費するためのヒーター等のダミー負荷（図示せず）を固体電解質型燃料電池１に備えておき、生成された電力をこれに消費させることにより一定の電力を取り出しても良い。
　次に、図１２のステップＳ５においては、固定値による運転が開始された後、十分な時間が経過し、安定した運転状態になったか否かが判断される。本実施形態においては、固定値による運転が開始された後、劣化判定時間である５時間が経過すると運転状態が安定し、所定の劣化判定運転条件が満足されたと判断される。固定値による運転開始後５時間経過していない場合には、ステップＳ５の処理が繰り返される。これにより、ステップＳ４において開始された固定値による運転が５時間に亘って維持される（図９、時刻ｔ１～ｔ２）。
　固定値による運転が５時間継続された後、図９の時刻ｔ２において、ステップＳ６に進み、発電室温度センサ１４２により測定された燃料電池セルユニット１６の温度が所定温度以上か否かが判断される。即ち、燃料電池モジュール２を安定した運転状態で運転した運転結果である燃料電池モジュール２の温度と、所定の劣化判定基準値である基準温度（燃料電池モジュール２が劣化していない状態においては定格７００Ｗの安定運転状態で発生すべき理想のスタック温度値）を比較することにより、燃料電池モジュール２の劣化を判定する。本実施形態の固体電解質型燃料電池１は、初期状態で７００Ｗの定格出力運転を行った場合の燃料電池モジュール２の基準温度Ｔ０は約７００゜Ｃであり、燃料電池モジュール２の劣化が進行すると、この温度が上昇する。これは、固体電解質型燃料電池セルである燃料電池セルユニット１６自体の劣化、及び各燃料電池セルユニット１６を電気的に接続する接点部分の劣化により燃料電池セルスタック１４の内部抵抗が増大することによるジュール熱等に起因している。
　本実施形態においては、劣化判定回路１１０ａは、発電室温度センサ１４２により測定された温度Ｔ１が、基準温度Ｔ０よりも３０゜Ｃ以上高い場合に、燃料電池モジュール２が劣化したと判定する。燃料電池モジュール２が劣化していない場合には、ステップＳ１０に進み、このフローチャートの一回の処理を終了し、燃料供給量等の運転条件の変更は行われない。
　燃料電池モジュール２が劣化したと判定された場合には、ステップＳ７に進み、劣化処理が開始される。ステップＳ７においては、制御部１１０に内蔵された燃料補正手段である燃料補正回路１１０ｂ（図６）による燃料供給補正が実行され、要求発電量に対する燃料供給量及び燃料供給量のゲインが変更される。即ち、燃料補正回路１１０ｂは、固体電解質型燃料電池１の使用開始後、燃料電池モジュール２が劣化したことが初めて判定された場合に、要求発電量に対する燃料供給量を、燃料供給補正により図１０の曲線Ｆ０から曲線Ｆ１又は曲線Ｆ－１に変更し、以後、曲線Ｆ１又はＦ－１を使用して燃料供給量を決定する。また、燃料供給量を変更する際の変化率は、図１１の線Ｆ１０から、より緩やかな線Ｆ１１に変更され、以後、この変化率により燃料供給量が変更される。燃料供給補正により変更された燃料供給量は、燃料電池モジュール２がさらに劣化したことが判定されるまで維持される。
　なお、燃料供給補正を、曲線Ｆ１を使用した増量補正モードで行うか、曲線Ｆ－１を使用した減量補正モードで行うかは、後述するように、制御部１１０に内蔵されたモード選択手段であるモード選択装置１１０ｃ及び運転状態記録手段である運転状態記録装置１１０ｄにより選択される。また、燃料補正回路１１０ｂ、モード選択装置１１０ｃ及び運転状態記録装置１１０ｄは、マイクロプロセッサ、メモリ及びこれらを作動させるプログラム（以上図示せず）等により構成されている。
　ステップＳ７において燃料供給量の補正が行われた後、ステップＳ８に進み、ステップＳ８においては、補正後の燃料供給量で固体電解質型燃料電池１を運転したときの燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ２が、発電室温度センサ１４２により測定される。測定された温度Ｔ２は、新たな基準温度Ｔ０として劣化判定回路１１０ａのメモリ（図示せず）に記憶される。この新たな基準温度Ｔ０は、次回の劣化判定の際に基準温度として使用される。好ましくは、燃料供給量の補正を実行した後、所定時間、燃料供給量を一定にして運転を行い、その後、燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ２を測定する。これにより、補正による燃料供給量の変更の影響が排除された正確な温度を測定することができる。
　以上の劣化処理が終了すると、劣化判定回路１１０ａは劣化判定モード運転を終了させ、制御部１１０は要求発電量に対応した通常の運転を再開する（図９、時刻ｔ２）。
　次に、図１３及び図１４を参照して、モード選択装置１１０ｃによる補正モードの選択を説明する。図１３及び図１４は、約１年間に亘る固体電解質型燃料電池１の運転履歴を模式的に表したタイムチャートであり、上段から使用者が消費した電力（破線で示す）、固体電解質型燃料電池１が発電した電力（実線で示す）、燃料供給量、燃料電池セルユニットの温度を表している。なお、一般家庭における電力消費は、昼間に多く、夜間は少なくなる傾向があるので、図１３及び図１４に示すタイムチャートは、電力を主に消費する時間帯である朝６時から深夜０時までの運転履歴のみを取り出したものであり、運転状態記録装置１１０ｄはこのような運転履歴を約１年分記録している。
　図１３の時刻ｔ１００～ｔ１０３においては、使用者による消費電力が、常に固体電解質型燃料電池１の最大出力電力である定格出力電力を上回っているので、燃料電池モジュール２には常に定格出力に対応した量の燃料が供給され、固体電解質型燃料電池１は常に定格出力電力を発電している。なお、定格出力電力が消費電力に対して不足している分は系統電力から供給される。また、長期間の使用により燃料電池モジュール２が劣化すると、同一の燃料供給量に対する燃料電池モジュール２の出力電圧が低下すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度が上昇する。燃料電池モジュール２の出力電圧が低下した状態で、定格電力を出力するためには、燃料電池モジュール２から取り出す電流を増加させる必要がある。しかしながら、燃料電池モジュール２から取り出す電流が大きくなりすぎると、燃料電池セルユニット１６への負担が大きくなり、セルの劣化を早めることになる。このため、本実施形態においては、燃料電池モジュール２から取り出す電流が所定の電流以下に規制されている。この電流値の規制により、図１３の時刻ｔ１０１～ｔ１０２においては、燃料供給量が一定であるにも関わらず、出力電力が低下している。
　次いで、図１３の時刻ｔ１０３において上述した劣化判定が実行される。時刻ｔ１０３においては、燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ１が、初期使用における燃料電池セルユニット１６の基準温度Ｔ０よりも３０゜Ｃ以上高いので、劣化判定回路１１０ａは、燃料電池モジュール２が劣化したと判定する（図１２のステップＳ６）。
　運転状態記録装置１１０ｄは過去１年間に亘る固体電解質型燃料電池１の昼間における運転履歴を記録しており、モード選択装置１１０ｃは、運転状態記録装置１１０ｄに記録された過去の運転状態に基づいて、自動的に増量補正モード又は減量補正モードを選択する。図１３に示す例においては、消費電力が定格出力電力を常に上回っており、燃料電池モジュール２は常に定格出力電力を出力しているので、モード選択装置１１０ｃは増量補正モードを選択し、これにより燃料補正回路１１０ｂは燃料供給量を増量する補正を実行する。増量補正により制御部１１０は、燃料供給量を決定するための曲線を図１０の曲線Ｆ０から曲線Ｆ１に変更し、燃料供給量が増加される（図１３の時刻ｔ１０３）。燃料供給量が増加されることにより、燃料電池モジュール２の出力電力は、初期の定格出力電力まで回復される（図１３の時刻ｔ１０３～ｔ１０４）。増量補正から所定時間経過した後の燃料電池セルユニット１６の温度は、基準温度Ｔ０として劣化判定回路１１０ａに記憶され、次回の劣化判定において使用される。
　図１３に示す例のように、運転状態として、過去の所定期間内において、定格出力電力を生成している時間が長い場合においては、上記燃料電池モジュール２の劣化が判定されると、初期の定格出力電力を維持するように、増量補正が選択される。これにより、系統電力から供給を受ける電力量を少なくし、系統電力からの電力購入コストを削減することができる。
　一方、図１４に示す例では、運転状態記録装置１１０ｄに記録されている運転履歴において、使用者の消費電力が固体電解質型燃料電池１の定格電力を下回っている時間（図１４の時刻ｔ２０１～ｔ２０２）が、上回っている時間（図１４の時刻ｔ２００～ｔ２０１及びｔ２０２～ｔ２０５）よりも長くなっている。また、図１４に示す例では、時刻ｔ２０３～ｔ２０４において、長期間の使用により燃料電池モジュール２が劣化し、同一の燃料供給量に対する出力電力が低下すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度が上昇している。なお、時刻ｔ２０３～ｔ２０４における出力電力の低下も、燃料電池モジュール２から取り出される電流値の規制によるものである。
　次いで、図１４の時刻ｔ２０５において劣化判定が実行される。時刻ｔ２０４においては、燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ１が、初期使用における燃料電池セルユニット１６の基準温度Ｔ０よりも３０゜Ｃ以上高いので、劣化判定回路１１０ａは、燃料電池モジュール２が劣化したと判定する（図１２のステップＳ６）。
　図１４に示す例のように、運転状態として、過去の所定期間内において、固体電解質型燃料電池１が定格出力未満で運転されている時間が定格出力以上で運転されている時間よりも長い場合には、劣化判定回路１１０ａが、燃料電池モジュール２が劣化したことを判定すると、モード選択装置１１０ｃは減量補正モードを選択する。これにより燃料補正回路１１０ｂは燃料供給量を減量する補正を実行する。減量補正により制御部１１０は、燃料供給量を決定するための曲線を図１０の曲線Ｆ０から曲線Ｆ－１に変更し、燃料供給量が減少される（図１４の時刻ｔ２０５）。燃料供給量が減少されることにより、燃料電池モジュール２の出力電力は低下されるが、燃料電池セルユニット１６の温度も低下される（図１４の時刻ｔ２０５～ｔ２０７）。減量補正から所定時間経過した後の燃料電池セルユニット１６の温度（図１４の時刻ｔ２０６～ｔ２０７における温度）は、基準温度Ｔ０として劣化判定回路１１０ａに記憶され、次回の劣化判定において使用される。
　図１４に示す例のように、過去の運転状態において、定格出力電力未満で運転されている時間が長い場合においては減量補正が選択される。これにより、使用者が消費する電力が大きいときには系統電力から供給を受ける電力量が増大するが、そのような期間は短いため系統電力からの電力購入コストはあまり増大しない。一方、燃料供給量の減量補正により、燃料電池セルユニット１６の温度が低下するので、燃料電池モジュール２の劣化が抑制される。
　上記のように、燃料電池モジュール２が劣化したことが、劣化判定回路１１０ａにより初めて判定されると、上述したようにモード選択装置１１０ｃは、減量補正モード又は増量補正モードの何れかを選択する。燃料電池モジュール２の劣化が初めて判定され、減量補正モードが選択された場合には、燃料供給量を決定する曲線が、燃料供給補正により図１０の曲線Ｆ０から、曲線Ｆ０に対して１０％燃料供給量が減少された曲線Ｆ－１に変更される。この燃料供給補正以後は、同一の要求発電量に対する燃料供給量が減少され、要求発電量に対して実際に出力される電力が低下する。燃料供給補正後は、初期の定格出力電力である７００Ｗの要求電力に対する燃料電池モジュール２の実際の出力電力が、低下された新たな定格出力電力とされる。燃料供給量を減少させることにより、燃料電池モジュール２の過度の温度上昇が防止される。また、劣化した燃料電池モジュール２の燃料供給量を急激に変化させると、劣化をさらに進行させることに繋がるため、燃料供給量の変化率は、より小さくされる。
　さらに、減量補正モードにおいて、燃料電池モジュール２の劣化が進行し、燃料電池モジュール２が更に劣化したことが判定された場合には、燃料供給量は曲線Ｆ－１から曲線Ｆ－２に、さらにもう一度減量補正する場合には曲線Ｆ－２から曲線Ｆ－３に変更される。曲線Ｆ－２は曲線Ｆ０に対して２０％、曲線Ｆ－３は曲線Ｆ０に対して３０％燃料供給量が減量されている。これにより、劣化が進行している燃料電池セルユニット１６の温度が上昇して過度の負担がかかるのを防止している。また、燃料供給量のゲインも、２回目に減量補正が実行される場合には線Ｆ１１から線Ｆ１２に、３回目に減量補正が実行される場合には線Ｆ１２から線Ｆ１３に変更される。
　一方、燃料電池モジュール２が劣化したことが初めて判定され、増量補正モード選択された場合には、燃料供給量を決定する曲線が、燃料供給補正により図１０の曲線Ｆ０から、曲線Ｆ０に対して１０％燃料供給量が増加された曲線Ｆ１に変更される。この燃料供給補正以後は、同一の要求発電量に対する燃料供給量が増加され、燃料電池モジュール２が劣化していても、初期の定格出力電力である７００Ｗが維持される。燃料供給量を増加させることにより、劣化した燃料電池モジュール２から初期使用時と同等の電力を取り出すことができる。
　さらに、増量補正モードにおいて、燃料電池モジュール２の劣化が進行し、燃料電池モジュール２が更に劣化したことが判定された場合には、燃料供給量は曲線Ｆ１から曲線Ｆ２に、さらにもう一度増量補正する場合には曲線Ｆ２から曲線Ｆ３に変更される。曲線Ｆ２は曲線Ｆ０に対して１８％、曲線Ｆ３は曲線Ｆ０に対して２３％燃料供給量が減量されている。このように、劣化が進行に従って、燃料の増分を少なくすることにより、劣化が進行している燃料電池セルユニット１６の温度が上昇して過度の負担がかかるのを防止している。また、燃料供給量のゲインは、減量補正モードの場合と同様に、２回目に減量補正が実行される場合には線Ｆ１１から線Ｆ１２に、３回目に減量補正が実行される場合には線Ｆ１２から線Ｆ１３に変更される。
　このように、本実施形態においては、減量補正を実行する場合、増量補正を実行する場合とも、燃料供給量の変化量は、予め設定された固定値とされている。このため、例えば、燃料電池セルユニット１６の温度上昇に基づいて燃料供給量の補正量を計算したり、出力電力の低下量に基づいて補正量を計算する場合とは異なり、大きく誤った補正がなされるのを防止することができる。即ち、燃料電池セルユニット１６の温度や、出力電力は、種々のファクターにより影響されて値が変化するので、何らかの要因により異常な温度や出力電力が測定された場合には、この値に基づいて補正量を計算すると、異常な補正が実行されることになる。
　次に、図１５乃至図１８を参照して、燃料補正回路１１０ｂによる燃料補正の詳細を説明する。図１５はモード選択装置１１０ｃにより減量補正モードが選択された場合における固体電解質型燃料電池１の作用の一例を示すタイムチャートであり、図１６は減量補正モードによる燃料補正処理のフローチャートである。また、図１７は増量補正モードが選択された場合における作用の一例を示すタイムチャートであり、図１８は増量補正モードによる燃料補正処理のフローチャートである。
　なお、図１５及び図１７は、横軸に時間、縦軸に出力電力、燃料供給量、及び燃料電池セルユニットの温度を示すタイムチャートであるが、図９に示したタイムチャートよりも非常に長い期間の燃料電池の運転状態を模式的に示すものである。また、タイムチャートを簡略化するために、固体電解質型燃料電池１が常に定格出力電力で運転されているものとして描かれている。また、図１６及び図１８に示すフローチャートは、図１２に示したフローチャートのステップＳ７からサブルーチンとして呼び出されるものであり、減量補正モードが選択されている場合には図１６のフローチャートが呼び出され、増量補正モードが選択されている場合には図１８のフローチャートが呼び出される。
　まず、図１５の時刻ｔ３００において、固体電解質型燃料電池１の初期使用が開始される。この初期運転時においては、規定の燃料供給量で固体電解質型燃料電池１を運転することにより、定格出力電力が得られ、このときの温度が燃料電池セルユニット１６の初期の基準温度Ｔ０として、劣化判定回路１１０ａに記憶される。固体電解質型燃料電池１の使用期間が長くなると、燃料電池モジュール２の劣化が始まり、同一の燃料供給量に対する燃料電池モジュール２の出力電圧が低下する。この出力電圧の低下に伴って出力電流の規制が働いた結果として出力電力が低下すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度も上昇する（図１５の時刻ｔ３０１～ｔ３０２）。
　次に、時刻ｔ３０３において、劣化判定が行われ、図１２に示したフローチャートが実行される。時刻ｔ３０３においては、定格出力運転時の燃料電池セルユニット１６の温度が、基準温度Ｔ０（時刻ｔ３００における温度）よりも３０゜Ｃ以上上昇しているので、燃料電池モジュール２が劣化したと判定され、図１２のステップＳ６からステップＳ７に処理が移行する。また、図１５に示す例では、モード選択装置１１０ｃにより減量補正モードが選択されている。減量補正モードが選択されたため、図１２のステップＳ７から、図１６に示すサブルーチンが呼び出される。
　図１６のステップＳ１０１においては、切替フラグＦＬ１の値が判定される。固体電解質型燃料電池１の初期状態においては、切替フラグＦＬ１＝０に設定されているので、処理はステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２おいては、時刻ｔ３０３における燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ１が判定される。即ち、要求電力が定格電力である場合における燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ１が、所定の補正切替条件である減量補正モードにおける補正切替温度Ｔｍａｘ１よりも低い場合にはステップＳ１０３に進み、補正切替温度Ｔｍａｘ１以上の場合にはステップＳ１０６に進む。なお、本実施形態においては、減量補正モードにおける補正切替温度Ｔｍａｘ１＝８００゜Ｃに設定されている。
　ステップＳ１０３においては、減量補正回数カウンタの値が判定される。減量補正回数カウンタは、初期使用開始後、燃料供給量の減量補正を実行した回数を計数するカウンタである。減量補正の回数が３未満である場合にはステップＳ１０４に進み、３以上である場合にはステップＳ１０６に進む。
　ステップＳ１０４においては、劣化した燃料電池モジュール２の劣化が進行しないように、燃料供給量が減量補正（図１５の時刻ｔ３０３）されると共に、減量補正回数カウンタが１加算される。ここで、減量補正が１回目である場合には、燃料供給量を決定する曲線は図１０の曲線Ｆ０から曲線Ｆ－１に、減量補正回数カウンタの値は０から１に変更される。また、燃料供給量の減量補正の後、所定時間経過したときの温度（図１５の時刻ｔ３０４～ｔ３０５における温度）は、新たな基準温度Ｔ０として更新記憶される（図１２のステップＳ８）。この燃料供給量の減量補正により、固体電解質型燃料電池１が実際に出力する定格出力電力は低下し、燃料電池セルユニット１６の温度も低下する（図１５の時刻ｔ３０３～ｔ３０５）。
　固体電解質型燃料電池１の使用期間がさらに経過すると、燃料電池モジュール２の更なる劣化が進行し、燃料供給量に対する出力電力が低下すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度も上昇する（図１５の時刻ｔ３０５～ｔ３０６）。次いで、時刻ｔ３０７において、劣化判定が行われる。時刻ｔ３０７においては、定格出力運転時の燃料電池セルユニット１６の温度が、更新された基準温度Ｔ０（時刻ｔ３０４～ｔ３０５における温度）よりも３０゜Ｃ以上上昇しているので、劣化したことが判定され、図１２に示すフローチャートのステップＳ６からステップＳ７に処理が移行する。
　ここで、燃料電池モジュール２が劣化したことが最初に判定された時刻ｔ３０３において減量補正モードが選択されているので、図１２のステップＳ７では、図１６のフローチャートが呼び出され、ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４が順に実行される。ここで、減量補正が２回目である場合には、燃料供給量を決定する曲線は図１０の曲線Ｆ－１から曲線Ｆ－２に、減量補正回数カウンタの値は１から２に変更され、燃料供給量が更に減量補正される（図１５の時刻ｔ３０７）。この燃料供給量の減量補正により、固体電解質型燃料電池１の出力電力は低下し、燃料電池セルユニット１６の温度も低下する（図１５の時刻ｔ３０７～ｔ３０８）。
　更に燃料電池モジュール２の劣化が進行すると、固体電解質型燃料電池１の出力電力は低下し、燃料電池セルユニット１６の温度は上昇する（図１５の時刻ｔ３０９～ｔ３１０）。次いで、時刻ｔ３１１において、劣化判定が行われる。
　時刻ｔ３１１においては、定格出力運転時の燃料電池セルユニット１６の温度が、更新された基準温度Ｔ０（時刻ｔ３０８～ｔ３０９における温度）よりも３０゜Ｃ以上上昇しているので、図１２に示すフローチャートのステップＳ６からステップＳ７に処理が移行する。上記のように減量補正モードが選択されているので、ステップＳ７では、図１６のフローチャートが呼び出され、ステップＳ１０１、Ｓ１０２が順に実行される。ステップＳ１０２において、時刻ｔ３１１における燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ１は、減量補正モードにおける補正切替温度Ｔｍａｘ１を超えているので、処理はステップＳ１０６に移行する。
　ステップＳ１０６においては、切替フラグＦＬ１の値が０から１に変更される。切替フラグＦＬ１は、減量補正モードにおいて、燃料補正回路１１０ｂが、燃料供給量が減少されるように定格出力電力を低下させる補正を実行している状態であるか否かを示すフラグである。切替フラグＦＬ１の値が０である間は燃料供給量の減量補正が行われ、切替フラグＦＬ１の値が１に切り替えられると、以後燃料補正回路１１０ｂは、燃料供給量を増加させ、低下されている定格出力電力を維持する方向に補正を実行するようになる（図１６のステップＳ１０７）。このように、減量補正モードが選択された場合には、燃料補正回路１１０ｂは、初めに燃料供給量を減少させる補正を実行し、燃料電池モジュール２の劣化が或る程度進行して補正切替条件が満たされると、即ち、補正切替温度Ｔｍａｘ１を超えると、燃料供給量を増加させ、定格出力電力がそれ以上低下されないように補正を実行する。
　なお、図１５に示すタイムチャートにおいては、定格出力運転時の燃料電池セルユニット１６の温度が、補正切替温度Ｔｍａｘ１を超えることにより、切替フラグＦＬ１の値が０から１に変更されているが、燃料供給量の減量補正が過去３回行われている場合（図１６のステップＳ１０３）にも切替フラグＦＬ１の値は０から１に変更され、以後、燃料供給量を増加させる補正が実行されるようになる。
　次に、ステップＳ１０７においては、低下されている定格出力電力（図１５の時刻ｔ３０８～ｔ３０９における出力電力）を維持すべく、燃料供給量を増加させる補正が実行される。具体的には、燃料補正回路１１０ｂは、予め設定されている固定値だけ燃料供給量を増加させる（図１５の時刻ｔ３１１）。この燃料供給量の増量補正により、出力電力が回復すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度は上昇する（図１５の時刻ｔ３１１～ｔ３１２）。
　さらに、ステップＳ１０８においては、燃料供給量を増量補正した後の出力電力の値（図１５の時刻ｔ３１２～ｔ３１３の電力）が判定される。増量補正後の出力電力が、所定の下限電力Ｗｍｉｎよりも大きい場合にはステップＳ１０９に進み、図１６のフローチャートの一回の処理を終了する。出力電力が、所定の下限電力Ｗｍｉｎ以下である場合には、ステップＳ１１０に進む。
　使用期間がさらに経過すると、燃料電池モジュール２の更なる劣化が進行し、燃料供給量に対する出力電力が低下すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度も上昇する（図１５の時刻ｔ３１３～ｔ３１４）。
　次いで、時刻ｔ３１４において劣化判定が行われ、燃料電池モジュール２が更に劣化していると判定された場合には、図１６のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１、Ｓ１０７が順に実行される。ステップＳ１０７においては、燃料補正回路１１０ｂは、予め設定されている固定値だけ燃料供給量を更に増加させる（図１５の時刻ｔ３１４）。この燃料供給量の増量補正により、出力電力が回復すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度は上昇する（図１５の時刻ｔ３１４～ｔ３１５）。回復された出力電力（図１５の時刻ｔ３１５～ｔ３１６における出力電力）は、下限電力Ｗｍｉｎよりも大きいのでステップＳ１０９に進み、図１６のフローチャートの一回の処理を終了する。
　使用期間がさらに経過すると、燃料電池モジュール２の更なる劣化が進行し、燃料供給量に対する出力電力が低下すると共に、燃料電池セルユニット１６の温度も上昇する（図１５の時刻ｔ３１６～ｔ３１７）。
　次いで、時刻ｔ３１７において劣化判定が行われ、燃料電池モジュール２が更に劣化していると判定された場合には、図１６のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１、Ｓ１０７が順に実行される。ステップＳ１０７においては、燃料補正回路１１０ｂは、燃料供給量を更に増加させる（図１５の時刻ｔ３１７）。しかしながら、燃料電池モジュール２の劣化が進行しているため、出力電力は回復することなく、燃料電池セルユニット１６の温度のみが上昇する（図１５の時刻ｔ３１７～ｔ３１８）。
　次いで、ステップＳ１０８において、増量補正後の出力電力（図１５の時刻ｔ３１８における出力電力）が下限電力Ｗｍｉｎと比較される。時刻ｔ３１８における出力電力は下限電力Ｗｍｉｎ以下であるので、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０において、制御部１１０は、警報装置１１６に信号を送って、固体電解質型燃料電池１の製品寿命が到来したことを使用者に報知すると共に、燃料電池モジュール２の運転を停止する。
　次に、図１７及び１８を参照して、増量補正モードが選択された場合における本実施形態の固体電解質型燃料電池１の作用を説明する。なお、図１８に示すフローチャートは図１６に示したフローチャートとほぼ同じであり、図１８のステップＳ２０２において燃料電池セルユニット１６の温度Ｔ１が増量補正モードにおける補正切替温度Ｔｍａｘ２と比較される点、ステップＳ２０４において燃料供給量が増量補正される点、及びステップＳ２０８において燃料供給量が減量補正される点が、図１６とは異なっている。なお、本実施形態においては、増量補正モードにおける補正切替温度Ｔｍａｘ２は９００゜Ｃに設定されている。
　図１７の時刻ｔ４００において、固体電解質型燃料電池１の初期使用が開始される。時刻ｔ４０１において燃料電池モジュール２が劣化したことが初めて判定され、モード選択装置１１０ｃにより増量補正モードが選択される。これにより、図１２のステップＳ７から図１８のフローチャートが呼び出される。図１８のフローチャートでは、ステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０４が順に実行され、燃料補正回路１１０ｂにより燃料供給量の増量補正が実行される（図１８のステップＳ２０４）。これにより、燃料供給量を決定する曲線は図１０の曲線Ｆ０から曲線Ｆ１に、増量補正回数カウンタの値は０から１に変更される。
　さらに劣化が進行した図１７の時刻ｔ４０２において、劣化判定回路１１０ａは、燃料電池モジュール２の２回目の劣化を判定し、燃料補正回路１１０ｂにより燃料供給量の２回目の増量補正が実行される。これにより、燃料供給量を決定する曲線は図１０の曲線Ｆ１から曲線Ｆ２に変更される。また、時刻ｔ４０３において、燃料電池モジュール２の３回目の劣化が判定され、燃料供給量の３回目の増量補正が実行される。これにより、燃料供給量を決定する曲線は図１０の曲線Ｆ２から曲線Ｆ３に変更される。
　次いで、図１７の時刻ｔ４０４において、燃料電池モジュール２の４回目の劣化が判定され、図１２のステップＳ７から図１８のフローチャートが呼び出される。時刻ｔ４０４においては過去３回増量補正が実行されているので、図１８のフローチャートでは、ステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０６が順に実行され、切替フラグＦＬ２の値が０から１に変更される。次に、ステップＳ２０７において、燃料補正回路１１０ｂにより燃料供給量の減量補正が実行される（図１７の時刻ｔ４０４）。切替フラグＦＬ２の値が１に変更されたため、以後、劣化判定回路１１０ａにより燃料電池モジュール２が劣化したことが判定されると、燃料供給量の減量補正が実行される。この劣化判定及び燃料供給量の減量補正は、減量補正モードの場合と同様に、補正後の出力電力が所定の下限電力Ｗｍｉｎを下回るまで繰り返される。
　本発明の実施形態の固体電解質型燃料電池１によれば、モード選択装置１１０ｃが増量補正モード（図１３の時刻ｔ１０３）又は減量補正モード（図１４の時刻ｔ２０５）を選択するので、燃料電池の使用状況に応じて適切な補正モードを選択することができ、これにより、実用的な出力電力を維持しながら、製品寿命を延長することができる。
　また、本実施形態の固体電解質型燃料電池１によれば、モード選択装置１１０ｃが運転状態記録装置１１０ｄに記録された過去の運転状態に基づいて補正モードを選択するので、自動的に適切な補正モードを選択することができる。
　さらに、本実施形態の固体電解質型燃料電池１によれば、燃料電池モジュール２の過去の運転状態として定格出力電力を出力している時間が長い場合には、増量補正モードが選択され（図１３）、燃料電池モジュール２が劣化した後も定格出力電圧が維持されるので、系統電力の使用料を節約することができる。一方、定格出力電力を出力している時間が短い場合には、減量補正モードが選択され（図１４）、定格出力電圧が低下されるので、劣化により効率が低下した燃料電池モジュール２の燃料消費量を抑制して、省エネルギーを実現することができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。上述した実施形態においては、モード選択装置１１０ｃは、燃料電池モジュール２が劣化したことが初めて判定された時点までの全ての運転履歴に基づいて、増量補正モード又は減量補正モードを選択していたが、変形例として直近の運転履歴に基づいて補正モードを選択するように本発明を構成することもできる。
　図１９に示すタイムチャートの例では、時刻ｔ５００において初期使用が開始され、１０年経過後の時刻ｔ５０１頃までは固体電解質型燃料電池１の定格電力以上の電力が消費され、その後、使用者の家族構成等の変化により、消費電力が少なくなっている。ここで、時刻ｔ５０１から１年経過後の時刻ｔ５０５において、劣化判定回路１１０ａが燃料電池モジュール２が劣化したことを判定すると、上述した実施形態においては、消費電力が定格電力以上である期間が、消費電力が少ない期間よりも短いので、モード選択装置１１０ｃにより増量補正モードが選択される。本変形例においては、図１９の時刻ｔ５０１からｔ５０５までの直近の１年間の運転状態に基づいて補正モードが選択されるので、モード選択装置１１０ｃにより減量補正モードが選択される。これにより、図１９の時刻ｔ５０５において減量補正が実行され、定格電力が低下される。
　本変形例によれば、直近の所定期間の運転状態に基づいて補正モードが選択されるので、初期使用開始以後、使用者による電力消費の傾向が変化した場合においても、劣化判定以後の適切な補正モードを選択することができる。
　また、上述した実施形態においては、補正モードは、制御部に内蔵されたモード選択装置１１０ｃにより自動的に選択されていたが、変形例として、増量補正モード又は減量補正モードを選択するためのモード選択用の操作装置１１２を設けておき、この操作装置１１２を操作することにより補正モードを選択することができるように、本発明を構成することもできる。
　この場合において、モード選択用の操作装置１１２は、固体電解質型燃料電池の工場出荷時において任意に設定できるように構成することができる。このように構成された変形例においては、固体電解質型燃料電池の設置場所に応じて、予め適切な補正モードを選択しておくことができる。
　或いは、モード選択用の操作装置１１２は、最初に燃料電池モジュールが劣化したことが判定されたとき、使用者により操作可能に構成することもできる。このように構成された変形例においては、使用者が予想する今後の電気の使用状況に応じて、適切な補正モードを選択することができる。
　また、上述した実施形態においては、燃料電池モジュールが劣化したことが初めて判定されたとき、モード選択装置により補正モードの選択が１回だけ行なわれているが、変形例として、補正モードの選択を複数回行うように本発明を構成することもできる。例えば、燃料電池モジュールが劣化したことが所定回数判定される毎に補正モードの選択が行われるように本発明を構成することができる。
　このように構成された変形例によれば、補正モードが一旦選択された後、使用者による電力の需要傾向が変化した場合に、適切な補正モードを選択し直すことができる。
　　１　固体電解質型燃料電池
　　２　燃料電池モジュール
　　４　補機ユニット
　　８　密封空間
　１０　発電室
　１２　燃料電池セル集合体
　１４　燃料電池セルスタック
　１６　燃料電池セルユニット（固体電解質型燃料電池セル）
　１８　燃焼室
　２０　改質器
　２２　空気用熱交換器
　２４　水供給源
　２６　純水タンク
　２８　水流量調整ユニット（水供給装置、水供給手段）
　３０　燃料供給源
　３８　燃料流量調整ユニット（燃料供給装置、燃料供給手段）
　４０　空気供給源
　４４　改質用空気流量調整ユニット
　４５　発電用空気流量調整ユニット（酸化剤ガス供給装置、酸化剤ガス供給手段）
　４６　第１ヒータ
　４８　第２ヒータ
　５０　温水製造装置
　５２　制御ボックス
　５４　インバータ
　８３　点火装置
　８４　燃料電池セル
１１０　制御部（コントローラ、制御手段）
１１０ａ　劣化判定回路（劣化判定手段）
１１０ｂ　燃料補正回路（燃料補正手段）
１１０ｃ　モード選択装置（モード選択手段）
１１０ｄ　運転状態記録装置（運転状態記録手段）
１１２　操作装置
１１４　表示装置
１１６　警報装置
１２６　電力状態検出センサ
１４２　発電室温度センサ（温度検出手段）
１５０　外気温度センサ

Claims (5)

  1. 　固体電解質型燃料電池であって、
    　複数の固体電解質型燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールと、
    　この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給装置と、
    　上記燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
    　上記燃料供給装置から供給する燃料供給量を制御するコントローラと、を有し、
    　上記コントローラは、上記燃料電池モジュールの劣化を判定する劣化判定回路、及び、この劣化判定回路による劣化判定に基づいて運転条件を補正する燃料補正回路を備え、
    　上記燃料補正回路は、上記燃料電池モジュールが劣化したことが判定されたとき、上記燃料電池モジュールの最大出力電力である定格出力電力が維持されるように上記燃料電池モジュールに供給する燃料供給量を増加させる増量補正モード、及び、燃料供給量が減少されるように定格出力電圧を低下させる減量補正モードを実行可能であり、
    　さらに、上記増量補正モード又は上記減量補正モードを選択するためのモード選択装置を有することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  2. 　上記モード選択装置は、操作により上記増量補正モード又は上記減量補正モードを選択することができるモード選択用の操作装置である請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
  3. 　さらに、上記燃料電池モジュールの過去の運転状態を記録する運転状態記録装置を有し、上記モード選択装置は、上記運転状態記録装置により記録された過去の燃料電池モジュールの運転状態に基づいて、自動的に上記増量補正モード又は上記減量補正モードを選択する請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
  4. 　上記運転状態記録装置は、上記燃料電池モジュールの過去の運転状態として、上記燃料電池モジュールの出力電力に関連する過去の履歴を記録しており、過去の所定期間内において、上記燃料電池モジュールが定格出力電力を出力している時間が、定格出力電力未満の電力を出力している時間よりも長い場合には、上記モード選択装置は増量補正モードを選択し、過去の所定期間内において、上記燃料電池モジュールが定格出力電力を出力している時間が、定格出力電力未満の電力を出力している時間よりも短い場合には、上記モード選択装置は減量補正モードを選択する請求項３記載の固体電解質型燃料電池。
  5. 　固体電解質型燃料電池であって、
    　複数の固体電解質型燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールと、
    　この燃料電池モジュールに燃料を供給する燃料供給手段と、
    　上記燃料電池モジュールに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
    　上記燃料供給手段から供給する燃料供給量を制御する制御手段と、を有し、
    　上記制御手段は、上記燃料電池モジュールの劣化を判定する劣化判定手段、及び、この劣化判定手段による劣化判定に基づいて運転条件を補正する燃料補正手段を備え、
    　上記燃料補正手段は、上記燃料電池モジュールが劣化したことが最初に判定されたとき、上記燃料電池モジュールの最大出力電力である定格出力電力が維持されるように上記燃料電池モジュールに供給する燃料供給量を増加させる増量補正モード、及び、燃料供給量が減少されるように定格出力電圧を低下させる減量補正モードを実行可能であり、
    　さらに、上記増量補正モード又は上記減量補正モードを選択するためのモード選択手段を有することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
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