JP2017142944A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザーの利便性を向上した燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう複数個の燃料電池セル２２と、該燃料電池セル同士を電気的に接続する導電部材２３とを備えるセルスタック装置２１と、セルスタック装置２１の温度を測定する温度センサ６と、時間と電圧変化との関係を示し、少なくとも１つ以上の変曲点を有する基準電圧変化モデルを記憶する記憶部８と、温度センサ６により測定された温度と記憶部８で記憶された基準電圧変化モデルとを対比して、セルスタック装置２１の寿命を予測する予測部９とを備える制御装置１０とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池システムが種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このような燃料電池システムでは、例えば設計寿命が１０年に設定されている。

特開２００７−５９３７７号公報

しかしながら、上記のような燃料電池システムは、ユーザーの使用条件によって、寿命が必ずしも１０年とは限らず、短くなる場合や長くなる場合があるものの、ユーザーにとってはその寿命が、実際に寿命を迎えてからしか分からないことから、ユーザーの利便性において改善の余地があった。

それゆえ、本発明は、使用条件に応じて寿命を算出することができ、ユーザーの利便性を向上した燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう複数個の燃料電池セルと、該燃料電池セル同士を電気的に接続する導電部材とを備えるセルスタック装置と、前記セルスタック装置の温度を測定する温度センサと、時間と電圧変化との関係を示し、少なくとも１つ以上の変曲点を有する基準電圧変化モデルを記憶する記憶部と、前記温度センサにより測定された温度と前記記憶部で記憶された前記基準電圧変化モデルとを対比して、前記セルスタック装置の寿命を予測する予測部とを備える制御装置と、を有することを特徴とする。

本発明の燃料電池システムは、寿命を予測することがき、ユーザーの利便性を向上することができる。

本実施形態の燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。 本実施形態のセルスタック装置を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す横断面図である。 本実施形態における燃料電池モジュールの一例を示す斜視図である。 基準電圧変化モデルの設定を説明するためのグラフである。 基準電圧変化モデルを示すグラフである。 （ａ）は各モードにおける時間をプロットしたグラフであり、（ｂ）は各モードにおける電圧の高さの変化をプロットしたグラフである。 本実施形態の燃料電池システムを構成する燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。

以下、図面を用いて本実施形態の燃料電池システムについて説明する。なお、以降の図において同一の構成については同一の符号を用いて説明する。

図１は、本実施形態の燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。図１に示す燃料電池システムは、燃料電池装置である発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。なお、燃料電池システムとしては、発電ユニットのみの構成としてもよい。

図１に示す発電ユニットは、都市ガス等の原燃料を供給する原燃料供給装置３、燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給装置２、セルスタック４および改質器５を有する燃料電池モジュール１（以下、モジュールと略す場合がある。）、セルスタック４の温度を測定する温度センサ６を備えている。なお、図１に示す発電ユニットでは、モジュール１を二点鎖線により囲って示している。また、図１には示していないが、セルスタック４と改質器５との間には、セルスタック４の発電に使用されなかった余剰の燃料ガスを燃焼させるための着火装置を設けるほか、燃焼後の排ガスやセルスタック４から排出される発電に使用されなかった排ガスを浄化するための浄化装置を設けることができる。

また、図１に示す発電ユニットにおいては、セルスタック４を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器７に水を循環させる循環配管１１、熱交換器７で生成された凝縮水を純水に処理するための水処理装置１２、水処理装置１２にて処理された水（純水）を貯水するための水タンク１４とが設けられており、水タンク１４と熱交換器７との間が凝縮水供給管１３により接続されている。なお、水処理装置１２としてはイオン交換樹脂を備えるイオン交換樹脂装置を用いることが好ましい。

水タンク１４に貯水された水は、水タンク１４と改質器５とを接続する水供給管１６に備えられた水ポンプ１５により改質器５に供給される。

さらに図１に示す発電ユニットは、各種機器の動作を制御する制御装置１０が設けられているほか、モジュール１にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワーコンディショナ）１７、熱交換器７の出口に設けられ熱交換器７の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１８が設けられており、循環配管１１内で水を循環させる循環ポンプ１９とあわせて発電ユニットが構成されている。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な発電ユニットとすることができる。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク２０を具備して構成されている。

また、制御装置１０は、時間と電圧変化との関係を示し、少なくとも１つ以上の変曲点を有する基準電圧変化モデルを記憶する記憶部８、温度センサ６により測定された温度と記憶部８で記憶された基準電圧変化モデルと対比して、セルスタック装置の寿命を予測する予測部９とを備えている。なお、制御装置１０はマイクロコンピュータを有しており、入出力インターフェイス、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備えている。なお、ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施するものであり、ＲＡＭはプログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭはプログラムを記憶するものである。各制御につ
いては、後述する。

また、制御装置１０にて算出されたセルスタック装置の寿命に関する表示を行なう表示部４２を備えている。

ここで、図１に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。

セルスタック４の発電に必要な燃料ガスを生成するにあたり、制御装置１０は原燃料供給装置２、水ポンプ１５を作動させる。それにより、改質器５に原燃料（天然ガス、灯油等）と水とが供給され、改質器５で水蒸気改質を行なうことにより、水素を含む燃料ガスが生成されて燃料電池セルの燃料極層側に供給される。

一方、制御装置１０は酸素含有ガス供給装置２を動作させることにより、燃料電池セルの酸素極層側に酸素含有ガス（空気）を供給する。

なお、制御装置１０はモジュール１において着火装置を作動させることにより、セルスタック４の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる。それにより、モジュール内の温度（セルスタック４や改質器５の温度）が上昇し、効率よい発電を行なうことができる。

セルスタック４の発電に伴って生じた排ガスは、浄化装置にて浄化された後、熱交換器７に供給され、循環配管１１を流れる水とで熱交換される。熱交換器７での熱交換により生じたお湯は、循環配管１１を流れて貯湯タンク２０に貯水される。一方、熱交換器７での熱交換によりセルスタック４より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水供給管１３を通じて、水処理装置１２に供給される。凝縮水は、水処理装置１２にて純水とされて、水タンク１４に供給される。水タンク１４に貯水された水は、水ポンプ１５により水供給管１６を介して改質器５に供給される。このように、凝縮水を有効利用することにより、水自立運転を行なうことができる。

なお、上述の例においては熱交換器７にて生成される凝縮水のみを改質器５に供給する構成の燃料電池装置を用いて説明したが、改質器５に供給する水として水道水を利用することもできる。この場合、水道水に含まれる不純物を処理するための水処理装置として、例えば、活性炭フィルター、逆浸透膜装置、イオン交換樹脂装置等を、この順に接続することで、純水を効率よく精製することができる。なお、水道水を用いる場合においても、水処理装置にて生成した純水が、水タンク１４に貯水されるよう各装置を接続する。

また貯湯ユニットを設けない構成においては、熱交換器７に変えて、ラジエター等の冷却装置を備えることで、凝縮水を生成してもよい。

そして、本実施形態の燃料電池システムにおいては、セルスタック４を備えるセルスタック装置の温度に基づいて、予め記憶部８に記憶されている基準電圧変化モデルと対比して、セルスタック装置の寿命を予測する。まずは、図２を用いてセルスタック装置について説明する。

図２に示すセルスタック装置２１は、内部にガス流路３３を有して、一対の対向する平坦面をもつ断面が扁平状で全体として柱状の導電性支持体３２の一方の平坦面上に内側電極層としての燃料極層２８と、固体電解質層２９と、外側電極層としての空気極層３０とを順次積層してなるとともに、他方の平坦面のうち空気極層３０が形成されていない部位にインターコネクタ３１を積層してなる柱状の燃料電池セル２２の複数個を備えるセルスタック４を有している。そして、隣接する燃料電池セル２２間に導電部材２３を介して配
置することで、燃料電池セル２２同士が電気的に直列に接続される。なお、インターコネクタ３１の外面および空気極層３０の外面には、導電性の接合材３４が設けられており、導電部材２３を、接合材３４を介して空気極層３０およびインターコネクタ３１に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくし、導電性能の低下を有効に抑制することができる。

そして、セルスタック４を構成する各燃料電池セル２２の下端が、ガス流路３３を介して燃料電池セル２２に反応ガスを供給するためのマニホールド２６にガラス等のシール材３５により固定されている。また、図２に示すセルスタック装置２１においては、ガス流路３３にマニホールド２６より反応ガスとして水素含有ガス（燃料ガス）を供給する場合の例を示しており、マニホールド２６の側面に、燃料ガスをマニホールド２６内に供給するための燃料ガス供給管２７が接続されている。

また、燃料電池セル２２の配列方向（図２に示すＸ方向）の両端から導電部材２３を介してセルスタック４を挟持するように、マニホールド２６に下端が固定された弾性変形可能な導電部材２４を具備している。ここで、図２に示す導電部材２４においては、燃料電池セル２２の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック４（燃料電池セル２２）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部２５が設けられている。

ちなみに、上記セルスタック装置２１においては、ガス流路３３より排出される燃料ガス（余剰の燃料ガス）を燃料電池セル２２の上端部側で燃焼させるように構成することにより燃料電池セル２２の温度を上昇させることができる。それにより、セルスタック装置２１の起動を早めることができる。

以下に、図２において示す燃料電池セル２２を構成する各部材について説明する。

例えば、燃料極層２８は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする。）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質層２９は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。

空気極層３０は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気極層３０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

インターコネクタ３１は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ３１は導電性支持体３２に形成された複数のガス流路３３を流通する燃料ガス、および導電性支持体３２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ましい。

導電性支持体３２としては、燃料ガスを燃料極層２８まで透過するためにガス透過性で
あること、さらには、インターコネクタ３１を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、導電性支持体３２としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。燃料電池セル２２を作製するにあたり、燃料極層２８または固体電解質層２９との同時焼成により導電性支持体３２を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３等）とから導電性支持体３２を形成することが好ましい。また、導電性支持体３２は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

なお、図示はしていないが、固体電解質層２９と空気極層３０との間に、固体電解質層２９と空気極層３０との接合を強固とするとともに、固体電解質層２９の成分と空気極層３０の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で中間層を備えることもできる。

ここで、中間層としては、Ｃｅ（セリウム）と他の希土類元素とを含有する組成にて形成することができ、例えば、
（１）：（ＣｅＯ_２）_１−ｘ（ＲＥＯ_１．５）_ｘ
式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数。
で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ_１．５またはＧｄＯ_１．５が固溶したＣｅＯ_２からなることが好ましい。

また、固体電解質層２９と空気極層３０とを強固に接合するとともに、固体電解質層２９の成分と空気極層３０の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることをさらに抑制することを目的として、中間層を２層から形成することもできる。

また、図示はしていないが、インターコネクタ３１と導電性支持体３２との間に、インターコネクタ３１と導電性支持体３２との間の熱膨張係数差を軽減する等のために密着層を設けることもできる。

密着層としては、燃料極層２８と類似した組成とすることができ、例えば、ＹＳＺなどの希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称する）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。

続いて図３を用いて、上記セルスタック装置２１を収納してなる燃料電池モジュール（以下、モジュールと略す場合がある。）１について説明する。

図３は、本実施形態の燃料電池装置における燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。

図３に示すモジュール１は、収納容器３６の内部に、セルスタック４を２つ備えるセルスタック装置２１が収納されている。なお、図３においては、セルスタック装置２１が２つのセルスタック４を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック４を１つだけ備えていてもよい。

ここで、モジュール１の外面には、断熱材が配置されており、モジュール１全体を断熱
材で覆うことで、モジュール１からの放熱を抑制でき、モジュール１の温度を高く維持することが可能となる。

また、セルスタック装置２１の上方には、セルスタック４の上方に、燃料電池セル２２に供給する燃料ガスを生成するための改質器５が配置されている。ここで、セルスタック４と改質器５との間が、燃料電池セル２２より排出された余剰の燃料ガスを燃焼させる燃焼部となる。

また図３においては、収納容器３６の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置２１を後方に取り出した状態を示している。ここで、図３に示したモジュール１においては、セルスタック装置２１を、収納容器３６内にスライドして収納することが可能である。

また、図３に示す改質器５においては、原燃料供給管４０を介して改質器５の内部に天然ガスやメタンガス、さらには灯油等の原燃料が供給され、水供給管１６を介して水が供給され、原燃料と水とで水蒸気改質を行ない、燃料ガスを生成する。それゆえ、改質器５は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とされ、水を気化させるための気化部３７と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部３８とを備えている。

改質器５は、燃料ガス流通管２９を介してマニホールド２６と接続されており、改質器５を流れた燃料ガスがマニホールド２６に供給され、マニホールド２６より燃料電池セル２２の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、図示していないが、改質器５には、セラミックボールやペレット等からなる担持体にＲｕやＰｔ等の金属を担持させた粒状や粉状の改質触媒が充填されている。

また、図３において、収納容器３６の内部には、セルスタック４の側面側に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル２２の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材４１が配置されている。

上述のようなモジュール１においては、通常発電時においては、モジュール１内の温度は５００〜８００℃程度となる。ここで、セルスタック装置２１は使用条件（温度等）によって劣化が進むこととなるが、その使用条件によっては、劣化速度が変化する。例えば低い温度で発電している場合は劣化速度が遅くなり、一方で高い温度で発電している場合は劣化速度が速くなる。すなわち、セルスタック装置２１の寿命は、使用条件によって変動することとなる。それゆえ、このセルスタック装置２１の寿命を、使用条件に応じて予測することが好ましい。以下に本実施形態におけるセルスタック装置２１の寿命予測の方法について説明する。

図４は、基準電圧変化モデルを作成するための基礎データとなる、温度に伴う電圧の変化を示したグラフである。なお、以下の説明においては、特に導電部材２３における劣化予測をもとに説明するものとする。

まず、導電部材２３のモデルとなる試験試料を準備する。この準備した試験試料を電極で挟み込んだものを試験片とし、この試験片を各温度に設定した試験炉に配置し、試験片に電流を流した時の電圧をデータロガーで読み込み、各温度における時間と電圧変化（ｍＶ）の関係（グラフ）を作成する。なお、本例では、７５０℃〜１０５０℃までを５０℃ごとに設定した温度で調査した。

続いて図４に示した各温度における電圧変化の結果から、基準電圧変化モデルを作成す
る。その結果を図５に示す。

図５は、図４に示した各温度における電圧変化の結果から作成した基準電圧変化モデルを示している。なお、図５に示したモデルでは、開始点と３つの変曲点と寿命点とを有しており（以下、これらの点をまとめて呼ぶ場合には極点と呼ぶ。）、隣り合う各極点の間をモード１〜４に分類している。記憶部８では、この基準電圧変化モデルを記憶している。

そして、測定部９においては、温度センサ６により測定された温度情報と、この記憶部８に記憶された基準電圧変化モデルと対比することで、寿命を予測することができる。それにより、燃料電池システムの寿命を明示することができることで、ユーザーの利便性を向上することができる。

図６は、各温度におけるモード１〜４の時間および電圧変化をアレニウスプロットしたグラフであり、（ａ）は各モードにおける時間を、（ｂ）は各モードにおける電圧変化の高さを示したグラフである。

モード１を例にして説明すると、まず各温度で測定されたモード１における時間をプロットする。このプロットした値に基づいて近似線（時間変化式）を算出する。モード２〜４においても同様に近似線を算出する。

同様に各温度で測定されたモード１における電圧の高さ変化をプロットする。このプロットした値に基づいて近似線（電圧変化式）を算出する。モード２〜４においても同様に近似線を算出する。

記憶部８は、上述のようにして求められた各モードの近似線（変化式）を記憶している。

続いて、予測部９は、温度センサ６により求められた温度に基づき、記憶部８に記憶されたモード１における時間の近似線と、モード１における電圧の高さ変化の近似線とから、モード１における基準電圧変化モデルを修正する。モード２〜４においても同様に時間の近似線と電圧の高さ変化の近似線とからそれぞれを修正する。それにより、温度セン６により求められた温度に関する電圧変化モデルを算出することができる。続いて、予め設定した電圧変化限界点を寿命点として、その時間を電圧変化モデルから算出することで、セルスタック装置２１の寿命を算出することができる。

なお実際の燃料電池システムの運転においては、要求される外部負荷に伴って、セルスタック装置の温度は変化する。従って、予測部９は温度センサ６により求められた温度に基づいて常時寿命予測を行なってもよいが、所定時間ごとに予測を行なうようにしてもよい。

この場合に、例えばセルスタック装置２１の温度が、モード１において７００℃で５ｈ運転した後に、７５０℃となった場合には、予測部９は、モード１における７００℃の電圧変化モデルと、７５０℃の電圧変化モデルを対比して、７５０℃の電圧変化モデルにおける７００℃５ｈに相当する分を差し引いた７５０℃の電圧変化モデルを用いることで、セルスタック装置２１の寿命予測を行なうことができる。なお、温度センサ６による測定時間と測定温度に合わせて、適宜電圧変化モデルを変更することで、継続して寿命予測を行なうことができる。

ここで、制御装置１０は、表示部４２に対し、予測部９により算出されたセルスタック
装置２１の寿命に関する表示を行なうように制御することができる。具体的には、例えば表示部４２が、燃料電池システムの寿命時間を表示する表示部である場合には、予測部９により算出された寿命時間（残り時間）を表示部４２に表示するように制御する。

また、制御装置１０は、例えば予測部９により算出された寿命時間（残り時間）が、予め定められた寿命時間（残り時間）よりも短い場合に、表示部４２に対し警告を表示するように制御することもできる。なおこの場合に、表示部４２での表示のみならず、警告音等を発するようにしてもよい。

一方で、燃料電池システムの寿命時間（残り時間）が短くなった場合に、ユーザーが燃料電池システムの発電効率や運転効率を低減してでも、寿命時間を長くしたいケースが考えられる。

それゆえ、図１に示す燃料電池システムにおいては、ユーザーが操作を行なうことができる操作部４３を備えている。ここで、操作部４３は、ユーザーにより入力された情報を制御装置１０に伝送する。

例えば、７５０℃で運転を行なっており、セルスタック装置２１の寿命時間（残り時間）が１００ｈである場合に、ユーザーが操作部４３を操作してセルスタック装置２１の寿命時間（残り時間）を１０００ｈに設定したとする。

この場合に、操作部４３より伝送された１０００ｈの情報が制御装置１０に伝送される。制御装置１０では、予測部９が、セルスタック装置２１の寿命時間（残り時間）が１０００ｈとなる温度を、上述の時間変化式および電圧変化式より算出する。続いて、制御装置１０は、セルスタック装置２１の温度が算出された温度となるように、酸素含有ガス供給装置２および原燃料供給装置３のうち少なくとも一方を制御する。例えば、酸素含有ガス供給装置２に対しては、供給する酸素含有ガスの量を増大するように制御し、原燃料供給装置３に対しては、供給する原燃料の量を低減するように制御する。それにより、セルスタック装置２１の温度を低減することができ、セルスタック装置２１の寿命時間（残り時間）を目的とする時間に調整することが可能となる。それにより、ユーザーの利便性を向上することができる。

図７は、本実施形態の燃料電池システムを構成する燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図７においては一部構成を省略して示している。

図７に示す燃料電池装置４４は、支柱４５と外装板４６とから構成される外装ケース内を仕切板４７により上下に区画し、その上方側を上述した各モジュールを収納するモジュール収納室４８とし、下方側を各モジュールを動作させるための補機類を収納する補機収納室４９として構成されている。なお、補機収納室４９に収納する補機類は省略して示している。

また、仕切板４７には、補機収納室４９の空気をモジュール収納室４８側に流すための空気流通口５０が設けられており、モジュール収納室４８を構成する外装板４６の一部に、モジュール収納室４８内の空気を排気するための排気口５１が設けられている。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上述の例では、セルスタック装置２１の寿命予測を行なうにあたり、導電部材
２３を用いた例を示したが、例えば燃料電池セル２２を用いて寿命予測を行なってもよく、またセルスタック装置２１全体として寿命予測を行なってもよい。なお複数の箇所において寿命予測を行なってもよく、この場合には最も短い寿命時間を、セルスタック装置２１の寿命時間とすればよい。

さらには、上述においてはセルスタック装置２１の寿命予測について説明したが、例えば各種の補機についても同様の方法を用いることで寿命予測することができ、これらを複数組み合わせることで、燃料電池システムの寿命予測とすることもできる。

また、セルスタック装置２１の温度を測定する温度センサ６は、セルスタック装置２１の温度を直接的もしくは間接的に測定してもよい。それゆえ、例えば温度センサ６は、セルスタック装置２１の近傍に配置してセルスタック装置２１の温度を直接的に測定するほか、酸素含有ガス導入部材４１内に配置してセルスタック装置２１の温度を間接的に測定してもよい。

さらに、上述の例においては、いわゆる中空平板型の燃料電池セル２２を用いて説明したが、例えば円筒型や横縞型等のほか、固体高分子形等の各種燃料電池を用いることができる。

１：モジュール
６：温度センサ
８：記憶部
９：予測部
１０：制御装置
２２：燃料電池セル
２３：導電部材

Claims (4)

1. 燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう複数個の燃料電池セルと、該燃料電池セル同士を電気的に接続する導電部材とを備えるセルスタック装置と、
   前記セルスタック装置の温度を測定する温度センサと、
   時間と電圧変化との関係を示し、少なくとも１つ以上の変曲点を有する基準電圧変化モデルを記憶する記憶部と、前記温度センサにより測定された温度と前記記憶部で記憶された前記基準電圧変化モデルとを対比して、前記セルスタック装置の寿命を予測する予測部とを備える制御装置と、
   を有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記基準電圧変化モデルは複数の変曲点を有しており、
   前記記憶部は、それぞれの変曲点において、当該変曲点と、隣り合う変曲点との間の時間と温度との関係を示す時間変化式と、
   それぞれの変曲点において、当該変曲点と、隣り合う変曲点との間の電圧変化と温度との関係を示す電圧変化式と、を記憶しており、
   前記予測部は、前記温度センサにより測定された温度に基づいて、前記時間変化式および前記電圧変化式より前記基準電圧変化モデルを当該温度における電圧変化モデルに修正して、当該温度における前記セルスタック装置の寿命を予測することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記セルスタック装置の寿命に関する表示を行なう表示部を備えており、
   前記制御装置は、前記予測部により算出された寿命に基づいて、前記表示部に寿命に関する表示を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
   前記燃料電池セルに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給装置と、
   操作部と、を有しており、
   前記制御装置は、前記操作部により入力された情報に基づいて、前記燃料ガス供給装置および前記酸素含有ガス供給装置のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池システム。