CN102414896A - 固体电解质型燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固体电解质型燃料电池，可保持实用的输出电力，并延长制品寿命。本发明是一种固体电解质型燃料电池，具有：燃料电池模块(2)；燃料供给装置(38)；氧化剂气体供给装置(45)；及控制燃料供给量的控制器(110)，控制器具备：劣化判定电路(110a)，判定燃料电池模块的劣化；及燃料修正电路(110b)，根据劣化判定来修正运行条件，燃料修正电路可执行使向燃料电池模块供给的燃料供给量增加的增量修正模式，以保持额定输出电力，以及使额定输出电压降低的减量修正模式，以使燃料供给量减少，还具有模式选择装置(110c)，用于选择修正模式。

Description

固体电解质型燃料电池
技术领域
本发明涉及一种固体电解质型燃料电池，尤其涉及根据要求发电量使输出电力可变的固体电解质型燃料电池。
背景技术
固体电解质型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下也称为“SOFC”)是将氧化物离子导电性固体电解质用作电解质，在其两侧安装电极，在一侧供给燃料气体，在另一侧供给氧化剂(空气、氧等)，并在较高的温度下进行动作的燃料电池。
在该SOFC中，利用经过氧化物离子导电性固体电解质的氧离子和燃料的反应生成水蒸气或二氧化碳，产生电能及热能。向SOFC外部取出电能，使用于各种电气用途。另一方面，热能用于使燃料、SOFC及氧化剂等的温度上升。
而且，公知燃料电池单电池经过长期间的使用会逐渐劣化。在日本国特开2007-87756号公报(专利文献1)中记载有固体氧化物型燃料电池。在该燃料电池中记载有，通过调节燃料流量而使燃料电池单电池的劣化减少。
而且，在日本国特开2003-217627号公报(专利文献2)中记载有燃料供给量控制装置、燃料供给量控制方法及电力供给***。该燃料供给量控制装置构成为，当由于燃料电池单电池劣化导致相对于规定的燃料供给量所能取出的电力降低时，补偿燃料供给量。
专利文献1：日本国特开2007-87756号公报
专利文献2：日本国特开2003-217627号公报
但是，如日本国特开2003-217627号公报记载的装置那样，对于已劣化的燃料电池单电池，补偿燃料供给量使供给量增加，以保持与初期的发电电力同等的输出的方式进行控制时，存在促进了燃料电池单电池的劣化，使燃料电池的制品寿命缩短的问题。另一方面，以使从已劣化的燃料电池单电池取出的电力降低的方式进行控制时，可抑制燃料电池单电池劣化加重，但是由于能够从燃料电池取出的电力逐渐减少，因此存在可取出实用电力的期间缩短的问题。
发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种固体电解质型燃料电池，可保持实用的输出电力，并延长制品寿命。
为了解决上述课题，本发明是一种固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备多个固体电解质型燃料电池单电池；燃料供给装置，向该燃料电池模块供给燃料；氧化剂气体供给装置，向燃料电池模块供给氧化剂气体；及控制器，控制从燃料供给装置供给的燃料供给量，控制器具备：劣化判定电路，判定燃料电池模块的劣化；及燃料修正电路，根据该劣化判定电路的劣化判定来修正运行条件，燃料修正电路在判定燃料电池模块已劣化时，可执行使向燃料电池模块供给的燃料供给量增加的增量修正模式，以保持燃料电池模块的最大输出电力即额定输出电力，以及使额定输出电压降低的减量修正模式，以使燃料供给量减少，还具有模式选择装置，用于选择增量修正模式或减量修正模式。
在如此构成的本发明中，控制器控制燃料供给装置及氧化剂气体供给装置，向燃料电池模块供给燃料及氧化剂气体。而且，控制器所具备的劣化判定电路判定燃料电池模块的劣化，燃料修正电路在判定燃料电池模块已劣化时，执行燃料修正。模式选择装置作为燃料修正电路所执行的燃料修正，选择增量修正模式或减量修正模式的任意一个。
根据如此构成的本发明，由于模式选择装置选择增量修正模式或减量修正模式，因此能够根据燃料电池的使用状况来选择恰当的修正模式，由此，可保持实用的输出电力，并延长制品寿命。
在本发明中，优选模式选择装置是可通过操作来选择增量修正模式或减量修正模式的模式选择用操作装置。
根据如此构成的本发明，可以在燃料电池的工厂出货时、判定了劣化时等，根据所预想的燃料电池的使用状况，来选择恰当的修正模式。
在本发明中，优选还具有运行状态记录装置，记录燃料电池模块过去的运行状态，模式选择装置根据由运行状态记录装置记录的过去的燃料电池模块的运行状态，自动地选择增量修正模式或减量修正模式。
根据如此构成的本发明，由于模式选择装置根据过去的运行状态来选择修正模式，因此可以自动地选择恰当的修正模式。
在本发明中，优选运行状态记录装置作为燃料电池模块过去的运行状态，记录与燃料电池模块的输出电力相关的过去的履历，在过去的规定期间内，当燃料电池模块输出额定输出电力的时间比输出小于额定输出电力的电力的时间长时，模式选择装置选择增量修正模式，在过去的规定期间内，当燃料电池模块输出额定输出电力的时间比输出小于额定输出电力的电力的时间短时，模式选择装置选择减量修正模式。
根据如此构成的本发明，作为燃料电池模块的过去的运行状态，输出额定输出电力的时间较长时，选择增量修正模式，在燃料电池模块已劣化后还保持额定输出电压，因此，可以节约***电力的使用费。另一方面，在输出额定输出电力的时间较短时，选择减量修正模式，额定输出电压降低，因此，可抑制因劣化而效率降低的燃料电池模块的燃料消耗量，实现节能。
而且，本发明是一种固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：燃料电池模块，具备多个固体电解质型燃料电池单电池；燃料供给部件，向该燃料电池模块供给燃料；氧化剂气体供给部件，向燃料电池模块供给氧化剂气体；及控制部件，控制从燃料供给部件供给的燃料供给量，控制部件具备：劣化判定部件，判定燃料电池模块的劣化；及燃料修正部件，根据该劣化判定部件的劣化判定来修正运行条件，燃料修正部件在最初判定燃料电池模块已劣化时，可执行使向燃料电池模块供给的燃料供给量增加的增量修正模式，以保持燃料电池模块的最大输出电力即额定输出电力，以及使额定输出电压降低的减量修正模式，以使燃料供给量减少，还具有模式选择部件，用于选择增量修正模式或减量修正模式。
根据本发明的固体电解质型燃料电池，可保持实用的输出电力，并延长制品寿命。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的整体结构图。
图2是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的正面剖视图。
图3是沿图2的III-III线的剖视图。
图4是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池单电池单元的局部剖视图。
图5是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池电堆的立体图。
图6是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的框图。
图7是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作的时间图。
图8是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作的时间图。
图9是说明本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池的劣化判定的时间图。
图10是表示输入至控制部的要求发电量和为了生成要求发电量所需的燃料供给量的关系的一个例子的曲线图。
图11是表示燃料供给量相对于要求发电量变更的时间变化的一个例子的曲线图。
图12是表示基于劣化判定电路的劣化判定步骤的流程图。
图13是模式化表示约1年期间内的固体电解质型燃料电池的运行履历的时间图。
图14是模式化表示约1年期间内的固体电解质型燃料电池的运行履历的时间图。
图15是表示由模式选择装置选择了减量修正模式时的固体电解质型燃料电池的作用的一个例子的时间图。
图16是基于减量修正模式的燃料修正处理的流程图。
图17是表示由模式选择装置选择了增量修正模式时的固体电解质型燃料电池的作用的一个例子的时间图。
图18是基于增量修正模式的燃料修正处理的流程图。
图19是在变形例中表示由模式选择装置选择修正模式的时间图。
符号说明
1-固体电解质型燃料电池；2-燃料电池模块；4-辅助设备单元；8-密封空间；10-发电室；12-燃料电池单电池集合体；14-燃料电池电堆；16-燃料电池单电池单元(固体电解质型燃料电池单电池)；18-燃烧室；20-重整器；22-空气用换热器；24-供水源；26-纯水箱；28-水流量调节单元(供水装置、供水部件)；30-燃料供给源；38-燃料流量调节单元(燃料供给装置、燃料供给部件)；40-空气供给源；44-重整用空气流量调节单元；45-发电用空气流量调节单元(氧化剂气体供给装置、氧化剂气体供给部件)；46-第1加热器；48-第2加热器；50-温水制造装置；52-控制箱；54-逆变器；83-点火装置；84-燃料电池单电池；110-控制部(控制器、控制部件)；110a-劣化判定电路(劣化判定部件)；110b-燃料修正电路(燃料修正部件)；110c-模式选择装置(模式选择部件)；110d-运行状态记录装置(运行状态记录部件)；112-操作装置；114-显示装置；116-警报装置；126-电力状态检测传感器；142-发电室温度传感器(温度检测部件)；150-外气温度传感器。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)。
图1是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的整体结构图。如该图1所示，本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)1具备燃料电池模块2和辅助设备单元4。
燃料电池模块2具备壳体6，在该壳体6的内部隔着绝热材料(未图示，但是绝热材料不是必需的结构，没有也是可以的)形成有密封空间8。另外，也可以不设置绝热材料。在该密封空间8的下方部分即发电室10配置有利用燃料气体和氧化剂(空气)进行发电反应的燃料电池单电池集合体12。该燃料电池单电池集合体12具备10个燃料电池电堆14(参照图5)，该燃料电池电堆14由16根燃料电池单电池单元16(参照图4)构成。如此，燃料电池单电池集合体12具有160根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池单电池单元16全部串联连接。
在燃料电池模块2的密封空间8的上述发电室10的上方形成有燃烧室18，发电反应中未使用的剩余的燃料气体和剩余的氧化剂(空气)在该燃烧室18内燃烧，生成排放气体。
而且，在该燃烧室18的上方配置有对燃料气体进行重整的重整器20，利用前述剩余气体的燃烧热量将重整器20加热至可进行重整反应的温度。而且，在该重整器20的上方配置有用于接收燃烧热量以加热空气的空气用换热器22。
接下来，辅助设备单元4具备：纯水箱26，贮存来自水管等供水源24的水并通过过滤器使其成为纯水；及水流量调节单元28(由电动机驱动的“水泵”等)，调节从该贮水箱供给的水的流量。而且，辅助设备单元4具备：气体截止阀32，截断从城市煤气等的燃料供给源30供给的燃料气体；脱硫器36，用于从燃料气体除去硫磺；及燃料流量调节单元38(由电动机驱动的“燃料泵”等)，调节燃料气体的流量。辅助设备单元4还具备截断从空气供给源40供给的氧化剂即空气的电磁阀42、调节空气流量的重整用空气流量调节单元44及发电用空气流量调节单元45(由电动机驱动的“空气鼓风机”等)、加热向重整器20供给的重整用空气的第1加热器46及加热向发电室供给的发电用空气的第2加热器48。上述第1加热器46和第2加热器48是为了高效地进行起动时的升温而设置的，但是也可以省略。
接下来，在燃料电池模块2上连接有温水制造装置50，向其供给排放气体。向该温水制造装置50供给来自供水源24的自来水，该自来水利用排放气体的热量成为温水，以供给未图示的外部供热水器的贮热水箱。
而且，在燃料电池模块2上安装有控制箱52，其用于控制燃料气体的供给量等。
而且，在燃料电池模块2上连接有电力取出部(电力转换部)即逆变器54，其用于向外部供给由燃料电池模块发出的电力。
接下来，根据图2及图3，说明本发明实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的内部结构。图2是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池模块的正面剖视图，图3是沿图2的III-III线的剖视图。
如图2及图3所示，在燃料电池模块2的壳体6的密封空间8内，如上所述，从下方依次配置有燃料电池单电池集合体12、重整器20、空气用换热器22。
重整器20安装有用于向其上游端侧导入纯水的纯水导入管60和用于导入将要重整的燃料气体和重整用空气的被重整气体导入管62，而且，在重整器20的内部从上游侧依次形成有蒸发部20a和重整部20b，在重整部20b填充有重整催化剂。导入该重整器20的混合有水蒸气(纯水)的燃料气体及空气通过填充在重整器20内的重整催化剂而被重整。作为重整催化剂适合使用在氧化铝的球体表面赋予镍的物质，或在氧化铝的球体表面赋予钌的物质。
在该重整器20的下游端侧连接有燃料气体供给管64，该燃料气体供给管64向下方延伸，进而在形成于燃料电池单电池集合体12下方的分流器66内水平延伸。在燃料气体供给管64的水平部64a的下方面形成有多个燃料供给孔64b，从该燃料供给孔64b向分流器66内供给重整后的燃料气体。
在该分流器66的上方安装有用于支撑上述燃料电池电堆14的具备贯穿孔的下支撑板68，分流器66内的燃料气体被供给到燃料电池单电池单元16内。
接下来，在重整器20的上方设置有空气用换热器22。该空气用换热器22在上游侧具备空气汇集室70，在下游侧具备2个空气分配室72，这些空气汇集室70和空气分配室72通过6个空气流路管74连接。在此，如图3所示，3个空气流路管74成为一组(74a、74b、74c、74d、74e、74f)，空气汇集室70内的空气从各组空气流路管74流入各自的空气分配室72。
在空气用换热器22的6个空气流路管74内流动的空气利用在燃烧室18燃烧而上升的排放气体进行预热。
在各个空气分配室72上连接有空气导入管76，该空气导入管76向下方延伸，其下端侧与发电室10的下方空间连通，向发电室10导入预热后的空气。
接下来，在分流器66的下方形成有排放气体室78。而且，如图3所示，在沿壳体6长度方向的面即前面6a和后面6b的内侧，形成有在上下方向上延伸的排放气体通路80，该排放气体通路80的上端侧与配置有空气用换热器22的空间连通，下端侧与排放气体室78连通。而且，在排放气体室78的下面大致中央连接有排放气体排出管82，该排放气体排出管82的下游端连接于图1所示的上述温水制造装置50。
如图2所示，用于使燃料气体和空气开始燃烧的点火装置83设置于燃烧室18。
下面，根据图4对燃料电池单电池单元16进行说明。图4是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池单电池单元的局部剖视图。
如图4所示，燃料电池单电池单元16具备燃料电池单电池84和分别连接于该燃料电池单电池84的上下方向端部的内侧电极端子86。
燃料电池单电池84是在上下方向上延伸的管状结构体，具备在内部形成燃料气体流路88的圆筒形内侧电极层90、圆筒形外侧电极层92、位于内侧电极层90和外侧电极层92之间的电解质层94。该内侧电极层90是燃料气体经过的燃料极，为(-)极，另一方面，外侧电极层92是与空气接触的空气极，为(+)极。
由于安装在燃料电池单电池单元16的上端侧和下端侧的内侧电极端子86为相同结构，所以在此具体地说明安装于上端侧的内侧电极端子86。内侧电极层90的上部90a具备相对于电解质层94和外侧电极层92露出的外周面90b和上端面90c。内侧电极端子86隔着导电性密封材料96与内侧电极层90的外周面90b连接，而且，通过与内侧电极层90的上端面90c直接接触而与内侧电极层90电连接。在内侧电极端子86的中心部形成有与内侧电极层90的燃料气体流路88连通的燃料气体流路98。
内侧电极层90例如由Ni和掺杂有从Ca或Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元素的氧化锆的混合体、Ni和掺杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈的混合体、Ni和掺杂有从Sr、Mg、Co、Fe、Cu中选择的至少一种元素的镓酸镧的混合体中的至少一种形成。
电解质层94例如由掺杂有从Y、Sc等稀土类元素中选择的至少一种元素的氧化锆、掺杂有从稀土类元素中选择的至少一种元素的二氧化铈、掺杂有从Sr、Mg中选择的至少一种元素的镓酸镧中的至少一种形成。
外侧电极层92例如由掺杂有从Sr、Ca中选择的至少一种元素的锰酸镧、掺杂有从Sr、Co、Ni、Cu中选择的至少一种元素的铁酸镧、掺杂有从Sr、Fe、Ni、Cu中选择的至少一种元素的钴酸镧、银等中的至少一种形成。
下面，根据图5对燃料电池电堆14进行说明。图5是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的燃料电池电堆的立体图。
如图5所示，燃料电池电堆14具备16根燃料电池单电池单元16，这些燃料电池单电池单元16的下端侧及上端侧分别被陶瓷制下支撑板68及上支撑板100支撑。在这些下支撑板68及上支撑板100上分别形成有内侧电极端子86可贯穿的贯穿孔68a及100a。
而且，在燃料电池单电池单元16上安装有集电体102及外部端子104。该集电体102由与安装于燃料极即内侧电极层90的内侧电极端子86电连接的燃料极用连接部102a和与空气极即外侧电极层92的外周面整体电连接的空气极用连接部102b一体地形成。空气极用连接部102b由在外侧电极层92的表面沿上下方向延伸的铅垂部102c和从该铅垂部102c沿外侧电极层92的表面在水平方向上延伸的很多水平部102d形成。而且，燃料极用连接部102a从空气极用连接部102b的铅垂部102c朝向燃料电池单电池单元16的位于上下方向的内侧电极端子86，向斜上方或斜下方直线延伸。
而且，在位于燃料电池电堆14一端(图5中左端的里侧及跟前侧)的2个燃料电池单电池单元16的上侧端及下侧端的内侧电极端子86上分别连接有外部端子104。这些外部端子104与位于邻接的燃料电池电堆14一端的燃料电池单电池单元16的外部端子104(未图示)连接，如上所述，160根燃料电池单电池单元16全部串联连接。
下面，根据图6对安装于本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的传感器类等进行说明。图6是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)的框图。
如图6所示，固体电解质型燃料电池1具备控制部110，该控制部110连接有：操作装置112，具备用于使用者操作的“开”、“关”等操作按钮；显示装置114，用于显示发电输出值(瓦特数)等的各种数据；及警报装置116，在异常状态时等发出警报(warning)。另外，该警报装置116也可以是与位于远距离地点的管理中心连接，向该管理中心通知异常状态的形式。
接下来，向控制部110输入来自以下说明的各种传感器的信号。
首先，可燃气体检测传感器120是用于检测气体泄漏的元件，安装于燃料电池模块2及辅助设备单元4。
CO检测传感器122是用于检测原本经过排放气体通路80等向外部排出的排放气体中的CO是否泄漏在覆盖燃料电池模块2及辅助设备单元4的外部壳体(未图示)中的元件。
热水贮存状态检测传感器124是用于检测未图示的供热水器的热水温度、水量等的元件。
电力状态检测传感器126是用于检测逆变器54及配电板(未图示)的电流及电压等的元件。
发电用空气流量检测传感器128是用于检测向发电室10供给的发电用空气的流量的元件。
重整用空气流量传感器130是用于检测向重整器20供给的重整用空气的流量的元件。
燃料流量传感器132是用于检测向重整器20供给的燃料气体的流量的元件。
水流量传感器134是用于检测向重整器20供给的纯水(水蒸气)的流量的元件。
水位传感器136是用于检测纯水箱26的水位的元件。
压力传感器138是用于检测重整器20的外部上游侧的压力的元件。
排气温度传感器140是用于检测流入温水制造装置50的排放气体的温度的元件。
如图3所示，发电室温度传感器142设置在燃料电池单电池集合体12附近的前面侧和背面侧，是用于检测燃料电池电堆14附近的温度，从而推断燃料电池电堆14(即燃料电池单电池84自身)的温度的元件。
燃烧室温度传感器144是用于检测燃烧室18的温度的元件。
排放气体室温度传感器146是用于检测排放气体室78的排放气体的温度的元件。
重整器温度传感器148是用于检测重整器20的温度的元件，根据重整器20的入口温度和出口温度计算出重整器20的温度。
外气温度传感器150是当固体电解质型燃料电池(SOFC)配置在室外时用于检测外气温度的元件。而且，也可以设置测定外气湿度等的传感器。
来自这些传感器类的信号发送至控制部110，控制部110根据基于这些信号的数据，向水流量调节单元28、燃料流量调节单元38、重整用空气流量调节单元44、发电用空气流量调节单元45发送控制信号，以控制这些单元的各流量。
而且，控制部110向逆变器54发送控制信号，以控制电力供给量。
下面，根据图7说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作。图7是表示本发明一个实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)起动时的动作的时间图。
最初，为了加热燃料电池模块2，在无负荷状态，即，使包括燃料电池模块2的电路在开路状态下开始运行。此时，由于电路中未流动电流，所以燃料电池模块2不进行发电。
首先，从重整用空气流量调节单元44经由第1加热器46向燃料电池模块2的重整器20供给重整用空气。而且，与此同时从发电用空气流量调节单元45经由第2加热器48向燃料电池模块2的空气用换热器22供给发电用空气，该发电用空气到达发电室10及燃烧室18。
随后，还从燃料流量调节单元38供给燃料气体，混合有重整用空气的燃料气体经过重整器20及燃料电池电堆14、燃料电池单电池单元16，到达燃烧室18。
之后，通过点火装置83点火，使燃烧室18内的燃料气体和空气(重整用空气及发电用空气)燃烧。通过该燃料气体和空气的燃烧生成排放气体，利用该排放气体加热发电室10，而且，排放气体在燃料电池模块2的密封空间8内上升时，在加热重整器20内的包含重整用空气的燃料气体的同时，还加热空气换热器22内的发电用空气。
此时，由于通过燃料流量调节单元38及重整用空气流量调节单元44向重整器20供给混合有重整用空气的燃料气体，所以在重整器20中，进行式(1)所示的部分氧化重整反应POX。由于该部分氧化重整反应POX是发热反应，所以起动性良好。而且，该升温后的燃料气体通过燃料气体供给管64向燃料电池电堆14的下方供给，由此，燃料电池电堆14从下方被加热，而且，由于燃烧室18也通过燃料气体和空气的燃烧而升温，所以燃料电池电堆14还从上方被加热，结果燃料电池电堆14可以大致均等地在上下方向上升温。即使进行该部分氧化重整反应POX，在燃烧室18中也仍然持续保持燃料气体和空气的燃烧反应。
CmHn+xO2→aCO2+bCO+cH2       (1)
部分氧化重整反应POX开始后，当通过重整器温度传感器148检测出重整器20变为规定温度(例如600℃)时，通过水流量调节单元28、燃料流量调节单元38及重整用空气流量调节单元44向重整器20供给预先混合有燃料气体、重整用空气及水蒸气的气体。此时，在重整器20中，进行并用有上述的部分氧化重整反应POX和后述的水蒸气重整反应SR的自热重整反应ATR。由于该自热重整反应ATR可取得热量内部平衡，所以在重整器20内以热量自足的状态进行反应。即，当氧(空气)较多时，基于部分氧化重整反应POX的发热占支配地位，当水蒸气较多时，基于水蒸气重整反应SR的吸热反应占支配地位。由于在该阶段中，已经过起动的初期阶段，发电室10内已升温至一定程度的温度，所以即使吸热反应占支配地位也不会引起大幅度的温度降低。而且，在自热重整反应ATR进行中，在燃烧室18中也仍然持续进行燃烧反应。
式(2)所示的自热重整反应ATR开始后，当通过重整器温度传感器146检测出重整器20变为规定温度(例如700℃)时，在停止基于重整用空气流量调节单元44的重整用空气的供给的同时，增加基于水流量调节单元28的水蒸气的供给。由此，向重整器20供给不含空气而仅包含燃料气体和水蒸气的气体，在重整器20中，进行式(3)的水蒸气重整反应SR。
CmHn+xO2+yH2O→aCO2+bCO+cH2    (2)
CmHn+xH2O→aCO2+bCO+cH2        (3)
由于该水蒸气重整反应SR是吸热反应，所以与来自燃烧室18的燃烧热量取得热平衡并进行反应。由于该阶段是燃料电池模块2起动的最终阶段，所以发电室10内升温至足够高的温度，因此，即使进行吸热反应，也不会导致发电室10大幅度的温度降低。而且，即使进行水蒸气重整反应SR，在燃烧室18中也仍然持续进行燃烧反应。
如此，燃料电池模块2通过点火装置83点火后，通过依次进行部分氧化重整反应POX、自热重整反应ATR、水蒸气重整反应SR，使发电室10内的温度逐渐上升。之后，当发电室10内及燃料电池单电池84的温度达到比使燃料电池模块2稳定地工作的额定温度低的规定的发电温度后，使包括燃料电池模块2的电路闭路，开始基于燃料电池模块2的发电，由此，在电路中流过电流。通过燃料电池模块2的发电，燃料电池单电池84自身也发热，燃料电池单电池84的温度也上升。结果使燃料电池模块2工作的额定温度达到例如600℃至800℃。
此后，为了保持额定温度，供给比燃料电池单电池84中消耗的燃料气体及空气的量多的燃料气体及空气，使燃烧室18中的燃烧持续。另外，在发电中以重整效率高的水蒸气重整反应SR进行发电。
下面，根据图8说明本实施方式的固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作。图8是通过本实施方式表示固体电解质型燃料电池(SOFC)运行停止时的动作的时间图。
如图8所示，进行燃料电池模块2的运行停止时，首先，操作燃料流量调节单元38及水流量调节单元28，减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给量。
而且，进行燃料电池模块2的运行停止时，在减少燃料气体及水蒸气对重整器20的供给量的同时，增大基于发电用空气流量调节单元45的发电用空气对燃料电池模块2内的供给量，利用空气冷却燃料电池单电池集合体12及重整器20，使它们的温度降低。其后，当发电室的温度降低至规定温度例如400℃时，停止向重整器20供给燃料气体及水蒸气，结束重整器20的水蒸气重整反应SR。该发电用空气的供给持续至重整器20的温度降低至规定温度例如200℃，在变为该规定温度时，停止从发电用空气流量调节单元45供给发电用空气。
如此，在本实施方式中，由于进行燃料电池模块2的运行停止时，并用基于重整器20的水蒸气重整反应SR和基于发电用空气的冷却，所以能够在较短的时间内使燃料电池模块的运行停止。
下面，参照图9至14，说明本发明实施方式的固体电解质型燃料电池1的作用。
首先，参照图9至12，说明固体电解质型燃料电池1的负荷跟踪运行及燃料电池模块2的劣化判定。
图9是说明本实施方式的固体电解质型燃料电池的劣化判定的时间图。图10是表示输入至控制部110的要求发电量和为了生成要求发电量所需的燃料供给量的关系的一个例子的曲线图。图11是表示燃料供给量相对于要求发电量变更的时间变化的一个例子的曲线图。图12是表示基于劣化判定电路的劣化判定步骤的流程图。
在图9的时刻t0～t1，固体电解质型燃料电池1进行负荷跟踪运行，以得到与来自逆变器54(图6)的要求发电量相应的输出电力。即，如图6所示，控制器即控制部110根据来自逆变器54的要求发电量，向燃料供给装置即燃料流量调节单元38、氧化剂气体供给装置即重整用空气流量调节单元44、发电用空气流量调节单元45及供水装置即水流量调节单元28发送信号，向燃料电池模块2供给所需流量的燃料、空气、水。由此，如图9所示，固体电解质型燃料电池1的输出电力发生变化，以跟踪来自逆变器54的要求发电量。在此，输出电力相对于燃料供给量等的响应存在延迟，相对于燃料供给量等的变化，输出电力延后变化，相对于要求发电量的急剧变化，输出电力几乎不发生变化。另外，控制部110、燃料流量调节单元38、发电用空气流量调节单元45及水流量调节单元28分别作为控制部件、燃料供给部件、氧化剂气体供给部件、供水部件发挥作用。
控制部110根据来自逆变器54的要求发电量，利用在图10中表示一个例子的曲线来确定燃料供给量，并控制燃料流量调节单元38，向燃料电池模块2供给确定了流量的燃料。在固体电解质型燃料电池1初期的使用开始后到判定燃料电池模块2已劣化的期间，控制部110按照图10的曲线F0，确定相对于要求发电量的燃料供给量。如图10所示，虽然燃料供给量确定为随着要求发电量的增大而单调增加，但是在要求发电量小于约200W时燃料供给量为大致一定值。
而且，由于在变更要求发电量时，如果使燃料供给量急剧地发生变化，则会加快燃料电池模块2的劣化，因此如图11所示，燃料供给量逐渐增加或逐渐减少。图11是表示要求发电量以阶梯状从500W变化至700W时的燃料供给量相对于时间的变化的一个例子的曲线图。如图11所示，在时刻t10，如果要求发电量从500W变更至700W，则所需的燃料供给量也从对应于500W输出电力的供给量急剧地变化至对应于700W的供给量。对此，控制部110控制燃料流量调节单元38，以使燃料供给量不会急剧地增加，如图11中由假想线所示，燃料供给量平缓地增加。另外，在固体电解质型燃料电池1初期的使用开始后到判定燃料电池模块2已劣化的期间，控制部110按照图11的线F10使燃料供给量增加。
同样，在时刻t11，要求发电量从700W变更至500W时，控制部110也按照图11的线F10平缓地使燃料供给量减少，以使燃料供给量不会急剧地减少。另外，燃料供给量的变化率设定为，使供给量增加时比使供给量减少时平缓。
另外，虽然图10及11是关于燃料供给量的图，但是空气供给量、供水量也可根据要求发电量同样地进行变更。
接下来，在图9的时刻t1，内置在控制部110中的劣化判定部件即劣化判定电路110a(图6)开始劣化判定模式的运行。另外，劣化判定电路110a由微处理器、存储器及使它们工作的程序(以上未图示)等构成。图12是表示基于劣化判定电路110a的处理的流程图。
通过劣化判定电路110a每隔规定时间执行图12所示的流程图。首先，在步骤S1中，判断距上次劣化判定模式运行的经过时间。在距上次劣化判定模式运行未经过规定的劣化判定间隔即2周时，进入步骤S9，结束该流程图一次的处理。通过该处理，可防止不必要地频繁执行劣化判定模式运行，从而防止燃料等浪费。
在距上次劣化判定模式运行已经过2周以上时，进入步骤S2，判断固体电解质型燃料电池1的外部环境是否处于适合于劣化判定模式运行的规定的劣化判定外气状态。具体为，判断由外气温度传感器150(图6)及外气湿度传感器(未图示)检测出的外气温度及外气湿度是否适合于规定的条件。在本实施方式中，在外气温度为5～30℃、外气湿度为30～70％时，则判断为外部环境处于适合于劣化判定模式运行的劣化判定外气状态。当判断为外部环境未处于劣化判定外气状态时，进入步骤S9，结束该流程图一次的处理。
另外，在该实施方式中构成为以2周1次的周期进行劣化判定，但是该频度较高意味着不进行负荷跟踪控制而是强制地变更为后述的劣化判定模式，因此，从节能的观点出发成为缺点。因而，希望根据性能劣化的程度来进行设定，如果是劣化较小的情况，则希望半年1次的频度。而且，如果是运行期间较短的初期则由于劣化较少，因此设定1年1次的频度，而随着运行期间如5年、10年这样变长，则缩短判定周期是更加希望的方式。在本实施方式中作为例子采用非常容易懂的对应。
在外部环境适合于劣化判定模式运行时，进入步骤S3，开始劣化判定模式的运行。而且，在步骤S4中，将燃料供给量、空气供给量、供水量固定于预先决定的规定的供给量。即，在劣化判定模式运行中，劣化判定电路110a与针对控制部110的要求发电量无关，以使燃料流量调节单元38、发电用空气流量调节单元45、水流量调节单元28保持一定的供给量的方式控制这些调节单元。在本实施方式中，在图9的时刻t1，使劣化判定燃料供给量固定于3L/min，使劣化判定氧化剂气体供给量固定于100L/min，使劣化判定供水量固定于8mL/min。
上述燃料供给量、空气供给量、供水量的固定值是将本实施方式的固体电解质型燃料电池1的额定发电量即700W作为可发电的量而预先通过实验求出的供给量。因而，在根据固定值供给燃料、空气、水的期间，虽然燃料电池单电池还存在个体差异，但是固体电解质型燃料电池1具有输出700W电力的能力。但是，即使燃料供给量等固定，从燃料电池模块2取出的电力根据要求发电量而变化时，燃料电池模块2的运行状态也不会足够稳定。因此，在本实施方式中，劣化判定模式运行中与要求发电量无关，不从燃料电池模块2取出电力(即虽然供给对应于额定发电量的燃料，但是实际上发出的电力为0)。因而，劣化判定模式运行中所供给的燃料未使用于发电而是在燃烧室18中燃烧。
另外，在本实施方式中，虽然燃料供给量等的固定值被设定为对应于额定发电量的值，但是上述固定值可以任意地进行设定。优选设定为燃料电池模块2可实现热自律，并且温度根据燃料电池模块2的劣化程度而足够大地进行变化的可产生接近额定发电量的电力的值。而且，在本实施方式中，虽然在劣化判定模式运行中未从燃料电池模块2取出电力，但是也能够以在劣化判定模式运行中取出一定电力的方式构成固体电解质型燃料电池1，使燃料电池模块2的运行状态稳定，从而进行劣化判定。在可卖出由固体电解质型燃料电池1发出的电力的环境中，能够容易地得到取出一定电力这样的运行状态。而且，也可以预先在固体电解质型燃料电池1中具备用于消耗劣化判定模式运行中生成的电力的加热器等模拟负载(未图示)，通过由其消耗所生成的电力而取出一定的电力。
接下来，在图12的步骤S5中，开始基于固定值的运行后，判断是否已经过足够的时间而变为稳定的运行状态。在本实施方式中，在开始基于固定值的运行后经过劣化判定时间即5小时后，判断为运行状态稳定，满足了规定的劣化判定运行条件。在开始基于固定值的运行后未经过5小时的情况下，反复进行步骤S5的处理。由此，步骤S4中开始的基于固定值的运行保持5个小时(图9，时刻t1～t2)。
基于固定值的运行持续5小时后，在图9的时刻t2，进入步骤S6，判断由发电室温度传感器142测定的燃料电池单电池单元16的温度是否为规定温度以上。即，通过对比在稳定的运行状态下运行燃料电池模块2的运行结果即燃料电池模块2的温度和规定的劣化判定基准值即基准温度(在燃料电池模块2未劣化的状态下，在额定700W的稳定运行状态下应产生的理想的电堆温度值)，来判定燃料电池模块2的劣化。本实施方式的固体电解质型燃料电池1在初期状态下进行700W的额定输出运行时的燃料电池模块2的基准温度T0为约700℃，如果燃料电池模块2的劣化加重，则该温度上升。这起因于，由于固体电解质型燃料电池单电池即燃料电池单电池单元16自身的劣化以及电连接各燃料电池单电池单元16的接点部分的劣化而导致燃料电池电堆14的内部电阻增大所引起的焦耳热等。
在本实施方式中，劣化判定电路110a在由发电室温度传感器142测定的温度T1比基准温度T0高30℃以上时，判定为燃料电池模块2已劣化。当燃料电池模块2未劣化时，进入步骤S10，结束该流程图一次的处理，不进行燃料供给量等运行条件的变更。
当判定为燃料电池模块2已劣化时，进入步骤S7，开始劣化处理。在步骤S7中，由内置在控制部110中的燃料修正部件即燃料修正电路110b(图6)执行燃料供给修正，变更相对于要求发电量的燃料供给量及燃料供给量的增益。即，燃料修正电路110b在固体电解质型燃料电池1的使用开始后，初次判定燃料电池模块2已劣化时，通过燃料供给修正将相对于要求发电量的燃料供给量从图10的曲线F0变更至曲线F1或曲线F-1，以后，使用曲线F1或F-1来确定燃料供给量。而且，变更燃料供给量时的变化率从图11的线F10变更至更加平缓的线F11，以后，通过该变化率来变更燃料供给量。通过燃料供给修正而变更的燃料供给量保持到判定燃料电池模块2已进一步劣化为止。
另外，对于通过使用曲线F1的增量修正模式来进行燃料供给修正，还是通过使用曲线F-1的减量修正模式来进行燃料供给修正，如后所述，通过内置在控制部110中的模式选择部件即模式选择装置110c及运行状态记录部件即运行状态记录装置110d来进行选择。而且，燃料修正电路110b、模式选择装置110c及运行状态记录装置110d由微处理器、存储器及使它们工作的程序(以上未图示)等构成。
在步骤S7中进行了燃料供给量的修正后进入步骤S8，在步骤S8中，由发电室温度传感器142测定以修正后的燃料供给量使固体电解质型燃料电池1运行时的燃料电池单电池单元16的温度T2。所测定的温度T2作为新的基准温度T0而储存在劣化判定电路110a的存储器(未图示)内。该新的基准温度T0在下次劣化判定时作为基准温度而使用。优选在执行燃料供给量的修正后，使规定时间、燃料供给量一定地进行运行，其后，测定燃料电池单电池单元16的温度T2。由此，可以测定排除了修正对燃料供给量变更的影响的正确的温度。
以上的劣化处理结束后，劣化判定电路110a使劣化判定模式运行结束，控制部110再次开始对应于要求发电量的通常运行(图9，时刻t2)。
下面，参照图13及图14，说明基于模式选择装置110c的修正模式的选择。图13及图14是模式化表示约1年期间内的固体电解质型燃料电池1的运行履历的时间图，从上段表示使用者消耗的电力(由虚线表示)、固体电解质型燃料电池1发出的电力(由实线表示)、燃料供给量、燃料电池单电池单元的温度。另外，由于一般家庭的电力消耗存在白天较多而夜晚较少的倾向，因此图13及图14所示的时间图仅取出主要消耗电力的时间带即早晨6点至深夜0点的运行履历，运行状态记录装置110d记录约1年份的这种运行履历。
在图13的时刻t100～t103中，由于使用者的消耗电力始终超过固体电解质型燃料电池1的最大输出电力即额定输出电力，因此始终向燃料电池模块2供给对应于额定输出的量的燃料，固体电解质型燃料电池1始终发出额定输出电力。另外，额定输出电力相对于消耗电力不足的部分由***电力供给。而且，由于长期间的使用燃料电池模块2劣化时，相对于同一燃料供给量的燃料电池模块2的输出电压降低，同时燃料电池单电池单元16的温度上升。在燃料电池模块2的输出电压降低后的状态下，为了输出额定电力，需要增加从燃料电池模块2取出的电流。但是，从燃料电池模块2取出的电流变得过大时，对燃料电池单电池单元16的负担变大，会加快单电池的劣化。因此，在本实施方式中，将从燃料电池模块2取出的电流限制在规定电流以下。通过该电流值的限制，在图13的时刻t101～t102中，尽管燃料供给量一定，输出电力还是降低。
接下来，在图13的时刻t103执行上述的劣化判定。由于在时刻t103，燃料电池单电池单元16的温度T1比初期使用时的燃料电池单电池单元16的基准温度T0高30℃以上，因此劣化判定电路110a判定为燃料电池模块2已劣化(图12的步骤S6)。
运行状态记录装置110d记录过去1年期间内的固体电解质型燃料电池1的白天中的运行履历，模式选择装置110c根据运行状态记录装置110d所记录的过去的运行状态，自动地选择增量修正模式或减量修正模式。在图13所示的例子中，由于消耗电力始终超过额定输出电力，燃料电池模块2始终输出额定输出电力，因此模式选择装置110c选择增量修正模式，由此燃料修正电路110b执行对燃料供给量进行增量的修正。通过增量修正，控制部110将用于确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F0变更至曲线F1，使燃料供给量增加(图13的时刻t103)。通过使燃料供给量增加，燃料电池模块2的输出电力恢复至初期的额定输出电力(图13的时刻t103～t104)。从增量修正经过规定时间后的燃料电池单电池单元16的温度作为基准温度T0而被储存在劣化判定电路110a中，从而在下次劣化判定中使用。
如图13所示的例子，作为运行状态，在过去的规定期间内，当生成额定输出电力的时间较长时，判定上述燃料电池模块2劣化后，选择增量修正，以保持初期的额定输出电力。由此，减少从***电力接受供给的电力量，可以削减从***电力购入电力的成本。
另一方面，在图14所示的例子中，在运行状态记录装置110d所记录的运行履历中，使用者的消耗电力低于固体电解质型燃料电池1的额定电力的时间(图14的时刻t201～t202)比超过的时间(图14的时刻t200～t201及t202～t205)长。而且，在图14所示的例子中，在时刻t203～t204时，由于长期间的使用燃料电池模块2劣化，相对于同一燃料供给量的输出电力降低，同时燃料电池单电池单元16的温度上升。另外，时刻t203～t204时的输出电力的降低也是由限制从燃料电池模块2取出的电流值而引起的。
接下来，在图14的时刻t205执行劣化判定。由于在时刻t204，燃料电池单电池单元16的温度T1比初期使用时的燃料电池单电池单元16的基准温度T0高30℃以上，因此劣化判定电路110a判定为燃料电池模块2已劣化(图12的步骤S6)。
如图14所示的例子，作为运行状态，在过去的规定期间内，当固体电解质型燃料电池1以小于额定输出的状态运行的时间比以额定输出以上的状态运行的时间长时，劣化判定电路110a判定燃料电池模块2已劣化后，模式选择装置110c选择减量修正模式。由此，燃料修正电路110b执行对燃料供给量进行减量的修正。通过减量修正，控制部110将用于确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F0变更至曲线F-1，使燃料供给量减少(图14的时刻t205)。通过使燃料供给量减少，燃料电池模块2的输出电力降低，而燃料电池单电池单元16的温度也降低(图14的时刻t205～t207)。从减量修正经过规定时间后的燃料电池单电池单元16的温度(图14的时刻t206～t207时的温度)作为基准温度T0而被储存在劣化判定电路110a中，从而在下次劣化判定中使用。
如图14所示的例子，在过去的运行状态中，当以小于额定输出电力的状态运行的时间较长时选择减量修正。由此，虽然使用者消耗的电力较大时从***电力接受供给的电力量增大，但是由于那种期间较短，因此从***电力购入电力的成本并不怎么增大。另一方面，由于通过燃料供给量的减量修正，燃料电池单电池单元16的温度降低，因此可抑制燃料电池模块2劣化。
如上所述，由劣化判定电路110a初次判定燃料电池模块2已劣化时，如上所述，模式选择装置110c选择减量修正模式或增量修正模式的任意一个。在初次判定燃料电池模块2劣化而选择了减量修正模式时，通过燃料供给修正将确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F0，变更至相对于曲线F0使燃料供给量减少了10％的曲线F-1。该燃料供给修正以后，相对于同一要求发电量的燃料供给量减少，相对于要求发电量实际输出的电力降低。燃料供给修正后，相对于初期的额定输出电力即700W的要求电力的燃料电池模块2的实际输出电力为降低后的新的额定输出电力。通过使燃料供给量减少，防止燃料电池模块2过度的温度上升。而且，由于使已劣化的燃料电池模块2的燃料供给量急剧地变化时，会导致使劣化进一步加重，因此使燃料供给量的变化率更小。
而且，在减量修正模式中，当判定燃料电池模块2的劣化加重，燃料电池模块2已进一步劣化时，燃料供给量从曲线F-1变更至曲线F-2，进而在又一次进行减量修正时从曲线F-2变更至曲线F-3。曲线F-2相对于曲线F0减少了20％的燃料供给量，曲线F-3相对于曲线F0减少了30％的燃料供给量。由此，防止劣化已加重的燃料电池单电池单元16的温度上升而施加过度的负担。而且，燃料供给量的增益也在第2次执行减量修正时从线F11变更至线F12，在第3次执行减量修正时从线F12变更至线F13。
另一方面，在初次判定燃料电池模块2已劣化而选择了增量修正模式时，通过燃料供给修正将确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F0，变更至相对于曲线F0使燃料供给量增加了10％的曲线F1。该燃料供给修正以后，相对于同一要求发电量的燃料供给量增加，即使燃料电池模块2已劣化，也能保持初期的额定输出电力即700W。通过使燃料供给量增加，可从已劣化的燃料电池模块2取出与初期使用时同等的电力。
而且，在增量修正模式中，当判定燃料电池模块2的劣化加重，燃料电池模块2已进一步劣化时，燃料供给量从曲线F1变更至曲线F2，进而在又一次进行增量修正时从曲线F2变更至曲线F3。曲线F2相对于曲线F0增加了18％的燃料供给量，曲线F3相对于曲线F0增加了23％的燃料供给量。如此，通过随着劣化加重，减少燃料的增加量，防止劣化已加重的燃料电池单电池单元16的温度上升而施加过度的负担。而且，燃料供给量的增益与减量修正模式时一样，在第2次执行增量修正时从线F11变更至线F12，在第3次执行增量修正时从线F12变更至线F13。
如此，在本实施方式中，无论执行减量修正时，还是执行增量修正时，燃料供给量的变化量都为预先设定的固定值。因此，与例如根据燃料电池单电池单元16的温度上升计算燃料供给量的修正量，或根据输出电力的降低量计算修正量时不同，可防止进行较大误差的修正。即，由于燃料电池单电池单元16的温度、输出电力被各种因素影响而使值发生变化，因此在因某种主要原因而测定了异常的温度、输出电力时，如果根据该值计算修正量，则变为执行异常的修正。
下面，参照图15至图18，详细说明基于燃料修正电路110b的燃料修正。图15是表示由模式选择装置110c选择了减量修正模式时的固体电解质型燃料电池1的作用的一个例子的时间图，图16是基于减量修正模式的燃料修正处理的流程图。而且，图17是表示选择了增量修正模式时的作用的一个例子的时间图，图18是基于增量修正模式的燃料修正处理的流程图。
另外，虽然图15及图17是在横轴上表示时间，在纵轴上表示输出电力、燃料供给量及燃料电池单电池单元的温度的时间图，但是与图9所示的时间图相比，模式化表示非常长的期间的燃料电池的运行状态。而且，为了简化时间图，描画为固体电解质型燃料电池1始终以额定输出电力运行。而且，图16及图18所示的流程图是从图12所示的流程图的步骤S7作为子程序而被调出的流程图，在选择了减量修正模式时调出图16的流程图，在选择了增量修正模式时调出图18的流程图。
首先，在图15的时刻t300，开始固体电解质型燃料电池1的初期使用。在该初期运行时，通过以规定的燃料供给量使固体电解质型燃料电池1运行，得到额定输出电力，此时的温度作为燃料电池单电池单元16初期的基准温度T0而被储存在劣化判定电路110a中。固体电解质型燃料电池1的使用期间变长时，燃料电池模块2开始劣化，相对于同一燃料供给量的燃料电池模块2的输出电压降低。作为随着该输出电压的降低而使限制输出电流进行作用的结果，在输出电力降低的同时，燃料电池单电池单元16的温度也上升(图15的时刻t301～t302)。
接下来，在时刻t303，进行劣化判定，执行图12所示的流程图。由于在时刻t303，额定输出运行时的燃料电池单电池单元16的温度比基准温度T0(时刻t300时的温度)上升了30℃以上，因此判定为燃料电池模块2已劣化，处理从图12的步骤S6转入步骤S7。而且，在图15所示的例子中，由模式选择装置110c选择了减量修正模式。由于选择了减量修正模式，因此从图12的步骤S7调出图16所示的子程序。
在图16的步骤S101中，判定切换标志FL1的值。由于在固体电解质型燃料电池1的初期状态中，设定为切换标志FL1＝0，因此处理转入步骤S102。在步骤S102中，判定时刻t303时的燃料电池单电池单元16的温度T1。即，要求电力为额定电力时的燃料电池单电池单元16的温度T1比规定的修正切换条件即减量修正模式中的修正切换温度Tmax1低时，进入步骤S103，在修正切换温度Tmax1以上时进入步骤S106。另外，在本实施方式中，设定为减量修正模式中的修正切换温度Tmax1＝800℃。
在步骤S103中，判定减量修正次数计数器的值。减量修正次数计数器是初期使用开始后，计数已执行燃料供给量的减量修正的次数的计数器。在减量修正的次数小于3时进入步骤S104，在3以上时进入步骤S106。
在步骤S104中，为了避免已劣化的燃料电池模块2的劣化加重，而对燃料供给量进行减量修正(图15的时刻t303)，同时减量修正次数计数器加上1。在此，在减量修正是第1次时，将确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F0变更至曲线F-1，将减量修正次数计数器的值从0变更至1。而且，在燃料供给量的减量修正后，已经过规定时间时的温度(图15的时刻t304～t305时的温度)作为新的基准温度T0而被更新储存(图12的步骤S8)。通过该燃料供给量的减量修正，固体电解质型燃料电池1实际输出的额定输出电力降低，燃料电池单电池单元16的温度也降低(图15的时刻t303～t305)。
在固体电解质型燃料电池1的使用期间进一步经过时，燃料电池模块2的劣化进一步加重，相对于燃料供给量的输出电力降低，同时燃料电池单电池单元16的温度也上升(图15的时刻t305～t306)。接下来，在时刻t307，进行劣化判定。由于在时刻t307，额定输出运行时的燃料电池单电池单元16的温度比更新后的基准温度T0(时刻t304～t305时的温度)上升了30℃以上，因此判定已劣化，处理从图12所示的流程图的步骤S6转入步骤S7。
在此，由于在最初判定燃料电池模块2已劣化的时刻t303选择了减量修正模式，因此在图12的步骤S7中，调出图16的流程图，依次执行步骤S101、S102、S103、S104。在此，在减量修正是第2次时，将确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F-1变更至曲线F-2，将减量修正次数计数器的值从1变更至2，对燃料供给量进一步进行减量修正(图15的时刻t307)。通过该燃料供给量的减量修正，固体电解质型燃料电池1的输出电力降低，燃料电池单电池单元16的温度也降低(图15的时刻t307～t308)。
燃料电池模块2的劣化进一步加重时，固体电解质型燃料电池1的输出电力降低，燃料电池单电池单元16的温度上升(图15的时刻t309～t310)。接下来，在时刻t311，进行劣化判定。
由于在时刻t311，额定输出运行时的燃料电池单电池单元16的温度比更新后的基准温度T0(时刻t308～t309时的温度)上升了30℃以上，因此处理从图12所示的流程图的步骤S6转入步骤S7。如上所述，由于选择了减量修正模式，因此在步骤S7中，调出图16的流程图，依次执行步骤S101、S102。在步骤S102中，由于时刻t311时的燃料电池单电池单元16的温度T1超过了减量修正模式中的修正切换温度Tmax1，因此处理转入步骤S106。
在步骤S106中，将切换标志FL1的值从0变更至1。切换标志FL1是如下标志，即在减量修正模式中，表示燃料修正电路110b是否处于执行如下修正的状态，使额定输出电力降低，以使燃料供给量减少。切换标志FL1的值为0的期间进行燃料供给量的减量修正，切换标志FL1的值切换为1以后，燃料修正电路110b使燃料供给量增加，在保持已降低的额定输出电力的方向上执行修正(图16的步骤S107)。如此，在选择了减量修正模式时，燃料修正电路110b首先执行使燃料供给量减少的修正，在燃料电池模块2的劣化一定程度加重而满足修正切换条件时，即超过修正切换温度Tmax1时，使燃料供给量增加，以额定输出电力不再降低的方式执行修正。
另外，在图15所示的时间图中，虽然通过额定输出运行时的燃料电池单电池单元16的温度超过修正切换温度Tmax1，而将切换标志FL1的值从0变更至1，但是在燃料供给量的减量修正过去已进行3次时(图16的步骤S103)切换标志FL1的值也从0变更至1，以后，执行使燃料供给量增加的修正。
接下来，在步骤S107中，为了保持已降低的额定输出电力(图15的时刻t308～t309时的输出电力)，执行使燃料供给量增加的修正。具体为，燃料修正电路110b仅以预先设定的固定值使燃料供给量增加(图15的时刻t311)。通过该燃料供给量的增量修正，在输出电力恢复的同时，燃料电池单电池单元16的温度上升(图15的时刻t311～t312)。
而且，在步骤S108中，判定对燃料供给量进行增量修正后的输出电力的值(图15的时刻t312～t313的电力)。在增量修正后的输出电力比规定的下限电力Wmin大时，进入步骤S109，结束图16的流程图的一次处理。在输出电力为规定的下限电力Wmin以下时，进入步骤S110。
在使用期间进一步经过后，燃料电池模块2的劣化进一步加重，相对于燃料供给量的输出电力降低，同时燃料电池单电池单元16的温度也上升(图15的时刻t313～t314)。
接下来，在时刻t314进行劣化判定，当判定为燃料电池模块2已进一步劣化时，在图16的流程图中，依次执行步骤S101、S107。在步骤S107中，燃料修正电路110b仅以预先设定的固定值使燃料供给量进一步增加(图15的时刻t314)。通过该燃料供给量的增量修正，在输出电力恢复的同时，燃料电池单电池单元16的温度上升(图15的时刻t314～t315)。由于恢复后的输出电力(图15的时刻t315～t316时的输出电力)比下限电力Wmin大，因此进入步骤S109，结束图16的流程图的一次处理。
在使用期间进一步经过后，燃料电池模块2的劣化进一步加重，相对于燃料供给量的输出电力降低，同时燃料电池单电池单元16的温度也上升(图15的时刻t316～t317)。
接下来，在时刻t317进行劣化判定，当判定为燃料电池模块2已进一步劣化时，在图16的流程图中，依次执行步骤S101、S107。在步骤S107中，燃料修正电路110b使燃料供给量进一步增加(图15的时刻t317)。但是，由于燃料电池模块2的劣化已加重，因此输出电力未恢复，仅燃料电池单电池单元16的温度上升(图15的时刻t317～t318)。
接下来，在步骤S108中，将增量修正后的输出电力(图15的时刻t318时的输出电力)与下限电力Wmin进行比较。由于时刻t318时的输出电力在下限电力Wmin以下，因此进入步骤S110。在步骤S110中，控制部110向警报装置116发送信号，向使用者报告固体电解质型燃料电池1的制品寿命已临近结束，同时停止燃料电池模块2的运行。
下面，参照图17及图18，说明选择了增量修正模式时的本实施方式的固体电解质型燃料电池1的作用。另外，图18所示的流程图与图16所示的流程图大致相同，图18与图16的不同之处在于：在步骤S202中将燃料电池单电池单元16的温度T1与增量修正模式中的修正切换温度Tmax2进行比较；在步骤S204中对燃料供给量进行增量修正；以及在步骤S208中对燃料供给量进行减量修正。另外，在本实施方式中，增量修正模式中的修正切换温度Tmax2被设定为900℃。
在图17的时刻t400，开始固体电解质型燃料电池1的初期使用。在时刻t401初次判定燃料电池模块2已劣化，由模式选择装置110c选择增量修正模式。由此，从图12的步骤S7调出图18的流程图。在图18的流程图中，依次执行步骤S201、S202、S203、S204，通过燃料修正电路110b执行燃料供给量的增量修正(图18的步骤S204)。由此，将确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F0变更至曲线F1，将增量修正次数计数器的值从0变更至1。
而且，在劣化加重的图17的时刻t402，劣化判定电路110a判定燃料电池模块2的第2次劣化，通过燃料修正电路110b执行燃料供给量的第2次增量修正。由此，将确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F1变更至曲线F2。而且，在时刻t403，判定燃料电池模块2的第3次劣化，执行燃料供给量的第3次增量修正。由此，将确定燃料供给量的曲线从图10的曲线F2变更至曲线F3。
接下来，在图17的时刻t404，判定燃料电池模块2的第4次劣化，从图12的步骤S7调出图18的流程图。由于在时刻t404，过去已执行3次增量修正，因此在图18的流程图中，依次执行步骤S201、S202、S203、S206，将切换标志FL2的值从0变更至1。接下来，在步骤S207中，通过燃料修正电路110b执行燃料供给量的减量修正(图17的时刻t404)。由于切换标志FL2的值被变更至1，因此以后通过劣化判定电路110a判定燃料电池模块2已劣化时，执行燃料供给量的减量修正。该劣化判定及燃料供给量的减量修正与减量修正模式时一样，反复进行直至修正后的输出电力低于规定的下限电力Wmin。
根据本发明实施方式的固体电解质型燃料电池1，由于模式选择装置110c选择增量修正模式(图13的时刻t103)或减量修正模式(图14的时刻t205)，因此可以根据燃料电池的使用状况选择恰当的修正模式，由此，可以保持实用的输出电力，并延长制品寿命。
而且，根据本实施方式的固体电解质型燃料电池1，由于模式选择装置110c根据记录在运行状态记录装置110d中的过去的运行状态来选择修正模式，因此能够自动地选择恰当的修正模式。
而且，根据本实施方式的固体电解质型燃料电池1，作为燃料电池模块2的过去的运行状态，输出额定输出电力的时间较长时，选择增量修正模式(图13)，在燃料电池模块2已劣化后还保持额定输出电压，因此，可以节约***电力的使用费。另一方面，在输出额定输出电力的时间较短时，选择减量修正模式(图14)，额定输出电压降低，因此，可抑制因劣化而效率降低的燃料电池模块2的燃料消耗量，实现节能。
以上，说明了本发明优选的实施方式，但是可以对上述的实施方式施加各种变更。在上述的实施方式中，虽然模式选择装置110c根据初次判定燃料电池模块2已劣化时之前的所有运行履历，来选择增量修正模式或减量修正模式，但是作为变形例也可以如下构成本发明，即根据最近的运行履历来选择修正模式。
在图19所示的时间图的例子中，在时刻t500开始初期使用，在经过10年后的时刻t501时之前消耗固体电解质型燃料电池1的额定电力以上的电力，其后，由于使用者的家族构成等的变化，消耗电力变少。在此，在从时刻t501经过1年后的时刻t505，劣化判定电路110a判定燃料电池模块2已劣化时，在上述的实施方式中，由于消耗电力为额定电力以上的期间比消耗电力较少的期间短，因此通过模式选择装置110c选择增量修正模式。在本变形例中，由于根据从图19的时刻t501直至t505的最近1年间的运行状态来选择修正模式，因此通过模式选择装置110c选择减量修正模式。由此，在图19的时刻t505执行减量修正，使额定电力降低。
根据本变形例，由于根据最近的规定期间的运行状态来选择修正模式，因此在初期使用开始以后，即使在使用者的电力消耗倾向发生变化时，也能选择劣化判定以后的恰当的修正模式。
而且，在上述的实施方式中，虽然修正模式通过内置在控制部中的模式选择装置110c自动地进行选择，但是作为变形例也可以如下构成本发明，即可以预先设置用于选择增量修正模式或减量修正模式的模式选择用操作装置112，通过操作该操作装置112来选择修正模式。
此时，模式选择用操作装置112可以构成为，在固体电解质型燃料电池的工厂出货时可以任意地设定。在如此构成的变形例中，可以根据固体电解质型燃料电池的设置场所，预先选择恰当的修正模式。
或者，模式选择用操作装置112也可以构成为在最初判定燃料电池模块已劣化时，可由使用者进行操作。在如此构成的变形例中，可以根据使用者所预想的今后的电气使用状况来选择恰当的修正模式。
而且，在上述的实施方式中，虽然初次判定燃料电池模块已劣化时，通过模式选择装置仅进行1次修正模式的选择，但是作为变形例也可以如下构成本发明，即进行多次修正模式的选择。例如，也可以如下构成本发明，在判定燃料电池模块已劣化的规定次数的每一次中进行修正模式的选择。
根据如此构成的变形例，在暂时选择了修正模式后，当使用者的电力需要倾向发生变化时，可以重新选择恰当的修正模式。

Claims (5)

1.一种固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：
燃料电池模块，具备多个固体电解质型燃料电池单电池；
燃料供给装置，向该燃料电池模块供给燃料；
氧化剂气体供给装置，向上述燃料电池模块供给氧化剂气体；
及控制器，控制从上述燃料供给装置供给的燃料供给量，
上述控制器具备：劣化判定电路，判定上述燃料电池模块的劣化；及燃料修正电路，根据该劣化判定电路的劣化判定来修正运行条件，
上述燃料修正电路在判定上述燃料电池模块已劣化时，可执行使向上述燃料电池模块供给的燃料供给量增加的增量修正模式，以保持上述燃料电池模块的最大输出电力即额定输出电力，以及使额定输出电压降低的减量修正模式，以使燃料供给量减少，
还具有模式选择装置，用于选择上述增量修正模式或上述减量修正模式。
2.根据权利要求1所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，上述模式选择装置是可通过操作来选择上述增量修正模式或上述减量修正模式的模式选择用操作装置。
3.根据权利要求1所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，还具有运行状态记录装置，记录上述燃料电池模块过去的运行状态，上述模式选择装置根据由上述运行状态记录装置记录的过去的燃料电池模块的运行状态，自动地选择上述增量修正模式或上述减量修正模式。
4.根据权利要求3所述的固体电解质型燃料电池，其特征在于，上述运行状态记录装置作为上述燃料电池模块过去的运行状态，记录与上述燃料电池模块的输出电力相关的过去的履历，在过去的规定期间内，当上述燃料电池模块输出额定输出电力的时间比输出小于额定输出电力的电力的时间长时，上述模式选择装置选择增量修正模式，在过去的规定期间内，当上述燃料电池模块输出额定输出电力的时间比输出小于额定输出电力的电力的时间短时，上述模式选择装置选择减量修正模式。
5.一种固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有：
燃料电池模块，具备多个固体电解质型燃料电池单电池；
燃料供给部件，向该燃料电池模块供给燃料；
氧化剂气体供给部件，向上述燃料电池模块供给氧化剂气体；
及控制部件，控制从上述燃料供给部件供给的燃料供给量，
上述控制部件具备：劣化判定部件，判定上述燃料电池模块的劣化；及燃料修正部件，根据该劣化判定部件的劣化判定来修正运行条件，
上述燃料修正部件在最初判定上述燃料电池模块已劣化时，可执行使向上述燃料电池模块供给的燃料供给量增加的增量修正模式，以保持上述燃料电池模块的最大输出电力即额定输出电力，以及使额定输出电压降低的减量修正模式，以使燃料供给量减少，
还具有模式选择部件，用于选择上述增量修正模式或上述减量修正模式。
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