(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体電解質型燃料電池セルに燃料と酸化剤ガスを供給して発電を行う固体電解質型燃料電池であって、
前記固体電解質型燃料電池セルを有する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、
前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、
前記燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、
前記燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、前記出力電流値が前記上限電流値を超えないように前記燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、
前記制御手段は、前記燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、劣化により低下した発電電圧値を回復させるように前記燃料供給手段を制御して燃料供給量を増量補正する劣化対応制御を実行するように構成されており、
前記制御手段は、前記劣化判定に基づいて、前記電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する前記上限電流値を、前記劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、
前記制御手段は、前記劣化抑制制御を前記固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、
前記劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、前記上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
前記制御手段は、前記劣化判定により、所定の劣化度が検出されるまでは、前記劣化対応制御を実行することなく前記電流制限制御を実行し、前記所定の劣化度が検出された場合に、前記劣化対応制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
前記制御手段は、前記劣化対応制御の実行に伴って、各発電電圧値における前記上限電流値を、前記固体電解質型燃料電池の使用を開始したときに設定されていた上限電流値である基準上限電流値まで、又は、この基準上限電流値よりも小さな電流値まで戻すことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
前記後半期において、高電圧側の発電電圧値における減少補正量が、低電圧側の発電電圧値における減少補正量よりも大きくなるように設定される劣化抑制制御を含むことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項５】
前記制御手段は、前記劣化対応制御を前記固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、後半期に実行される前記劣化対応制御における燃料供給量の増加補正量が、前半期に実行される前記劣化対応制御における燃料供給量の増加補正量よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項６】
前記制御手段は、前記劣化抑制制御を所定回数実行するまでは、前記劣化対応制御を実行しないことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項７】
前記制御手段は、前記劣化判定に基づいて、第１の劣化度が検出されるまでは、前記劣化対応制御及び前記劣化抑制制御を実行せずに前記電流制限制御を実行し、前記第１の劣化度が検出された場合には、前記劣化対応制御を実行し、その後、前記第１の劣化度よりも劣化度が大きい第２の劣化度が検出された場合には、前記劣化抑制制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項８】
前記制御手段は、前記第２の劣化度が検出された後に、前記第２の劣化度よりも劣化度が大きい第３の劣化度が検出された場合は、前記劣化対応制御を実行せず、前記電流制限制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第３の劣化度が検出された後は、前記劣化判定に基づいて、前記劣化抑制制御を更に実行するが、前記劣化対応制御を実行しないことを特徴とする請求項８に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１０】
複数の固体電解質型燃料電池セルに燃料と酸化剤ガスを供給して発電を行う固体電解質型燃料電池であって、
前記固体電解質型燃料電池セルを有する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、
前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、
前記燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、
前記燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、前記出力電流値が前記上限電流値を超えないように前記燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、
前記制御手段は、前記燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、前記電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する前記上限電流値を、前記劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、
前記制御手段は、前記劣化抑制制御を前記固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、
前記劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、前記上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。燃料電池セルの劣化に伴い、発電電圧値の低下や、電気抵抗の部分的な増加による局所的な温度上昇が現象として現れる。燃料電池セルの劣化原因の一つは、燃料電池セル内の電流発生部分の有効な領域（面積）の減少と考えられている。これにより、有効な面積が減少すると、燃料電池セルの発電電圧値が低下していく。この状態で燃料電池セルから同じように電流を引き出すと、単位面積当たりの引き出し電流が過剰になるため、燃料電池セルの負担が大きくなる。これにより、さらに燃料電池セルの劣化が促進される。
【０００５】
特開２００４−２６５６７１号公報（特許文献１）に記載された燃料電池では、発電電圧値の低下に応じて、燃料電池から引き出す電流の上限電流値を低下させるように構成されている。特許文献１の燃料電池では、発電電圧値の低下に応じた上限電流値の制限により、燃料電池セルの負担が低減されるので、燃料電池セルの劣化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６５６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の燃料電池は、燃料電池セルの劣化抑制により耐用年数を延長することはできるが、燃料電池セルの電力供給能力を最大限に使用するという観点からは改良の余地があった。
【０００８】
従って、本発明は、燃料電池セルの電力供給能力を最大限に発揮させつつ、燃料電池セルの耐用年数を延長することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の固体電解質型燃料電池セルに燃料と酸化剤ガスを供給して発電を行う固体電解質型燃料電池であって、固体電解質型燃料電池セルを有する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、燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、前記燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、出力電流値が上限電流値を超えないように燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、制御手段は、燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、劣化により低下した発電電圧値を回復させるように燃料供給手段を制御して燃料供給量を増量補正する劣化対応制御を実行するように構成されており、制御手段は、劣化判定に基づいて、前記電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する上限電流値を、劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、制御手段は、劣化抑制制御を固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴としている。
【００１０】
このように構成された本発明においては、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、燃料電池モジュールからの出力電流値が設定された上限電流値を超えないように制御する電流制限制御が実行される。これにより、燃料電池モジュールの劣化に応じて過剰な電流の取り出しを制限することができるので、燃料電池セルの耐久性を向上させることができる。
また、本発明では、劣化の進行が大きくなると、劣化対応制御により発電電圧値を回復させることで、再び大きな制限値の上限電流値での使用状態に回復、言い換えると最大出力の抑制に繋がる電流制限に安易にかかることを回避することができる。これにより、燃料電池セルの電力供給性能を長期に渡って最大限に使用することが可能となる。
このように、本発明では、上限電流値を用いた電流制限制御と、燃料増量補正による劣化対応制御を一つの制御で行うことができるので、簡単な制御の構成により、燃料電池セルの電力供給性能を最大限まで使用しつつ、燃料電池セルの耐久年数を大きく向上させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明によれば、劣化抑制制御により、劣化の進行に応じて、上限電流値がより小さい値に変更され、出力電流値の上限値がより制限される。これにより、劣化の進行に応じて燃料電池モジュールからの過剰な電流取り出しを制限することができ、燃料電池セルの劣化進行を抑制して、燃料電池セルの耐久性をより向上させることができる。また、燃料電池セルの劣化は、固体電解質型燃料電池の運転時間が経過するにしたがって進行する。よって、本発明では、劣化の進行が大きい後半期に実行される劣化抑制制御よりも、劣化の進行が軽微な前半期に実行される劣化抑制制御における上限電流値からの減少補正量を小さく設定している。これにより、本発明では、燃料電池セルの劣化の進行度合に合わせて、簡単な制御で燃料電池セルの耐久年数の延長と発電性能維持の両立を的確に図ることができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化判定により、所定の劣化度が検出されるまでは、劣化対応制御を実行することなく電流制限制御を実行し、所定の劣化度が検出された場合に、劣化対応制御を実行する。
このように構成された本発明によれば、電流制限制御と劣化対応制御とを、同じ制御パラメータである劣化度に基づいて実行できるので、制御が容易となる。また、劣化度が大きくなった場合に劣化対応制御を実行する構成であるので、燃料電池セルの温度上昇を伴う燃料増量補正の頻度を抑制することで、燃料電池セルの過剰な負担を軽減しつつ、燃料電池セルの劣化進行を抑制して、燃料電池セルの耐久性をより向上させることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化対応制御の実行に伴って、各発電電圧値における上限電流値を、固体電解質型燃料電池の使用を開始したときに設定されていた上限電流値である基準上限電流値まで、又は、この基準上限電流値よりも小さな電流値まで戻す。
このように構成された本発明によれば、劣化対応制御により発電電圧値が回復することにより、上限電流値を基準上限電流値まで戻すことができる。しかしながら、劣化の進行度合によっては、上限電流値を基準上限電流値よりも小さな電流値まで戻すように、制限的な補正を加える。これにより、本発明では、簡単な制御により、劣化度に応じて燃料電池セルの電力供給性能を最大限に使用しつつ、燃料電池セルへの負担をより軽減し、耐用年数の延長を図ることができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、後半期において、高電圧側の発電電圧値における減少補正量が、低電圧側の発電電圧値における減少補正量よりも大きくなるように設定される劣化抑制制御を含む。
このように構成された本発明によれば、劣化の進行が大きい後半期においては、さらに劣化が進行すると、高電圧側の発電電圧値に対する上限電流値の減少幅を低電圧側よりも大きくすることで、高電圧側での上限電流値がより大きく制限されるので、燃料電池セルの負荷をより低減して、さらなる劣化を抑制することができきる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、記制御手段は、劣化対応制御を固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、後半期に実行される劣化対応制御における燃料供給量の増加補正量が、前半期に実行される劣化対応制御における燃料供給量の増加補正量よりも大きく設定される。
固体電解質型燃料電池の運転時間が経過するにしたがって、燃料電池セルの劣化が進行する。よって、本発明では、前半期に実行される劣化対応制御での増加補正量よりも、後半期に実行される劣化対応制御での増加補正量の方を大きく設定している。これにより、本発明では、燃料電池セルの劣化の進行度合に合わせて、劣化の抑制と発電性能確保を図りつつ、燃料電池セルの電力供給性能を最大限まで使用することが可能となる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化抑制制御を所定回数実行するまでは、劣化対応制御を実行しない。
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劣化が大幅には進行していない時点では、劣化対応制御を実行せずに劣化抑制制御を実行して劣化の進行を抑制する。これにより、燃料電池へ燃料増による負担をかけることなく、また、燃料増による燃料利用率の低下を招くことなく、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、制御手段は、劣化判定に基づいて、第１の劣化度が検出されるまでは、劣化対応制御及び劣化抑制制御を実行せずに電流制限制御を実行し、第１の劣化度が検出された場合には、劣化対応制御を実行し、その後、第１の劣化度よりも劣化度が大きい第２の劣化度が検出された場合には、劣化抑制制御を実行する。
このように構成された本発明によれば、劣化がある程度進行するまでは電流制限制御のみで劣化の進行を抑制し、それでも劣化がある程度まで進行した場合には、劣化対応制御による燃料増により発電電圧値を回復させ、この状態でさらに劣化が進行した場合に、劣化抑制制御により上限値を小さい値に変更することで更なる劣化を抑制する。これにより、劣化の進行度合に応じて劣化の進行を抑制する制御を行うことにより、燃料利用率の低下を抑えると共に、燃料電池セルの電力供給性能を最大限まで使用しながら、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、制御手段は、第２の劣化度が検出された後に、第２の劣化度よりも劣化度が大きい第３の劣化度が検出された場合は、劣化対応制御を実行せず、電流制限制御を行う。
このように構成された本発明によれば、劣化が相当程度まで進行した場合は、劣化対応制御の燃料増による負担をかけることなく、電流制限制御を実行することで、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
【００２０】
本発明において、好ましくは、制御手段は、第３の劣化度が検出された後は、劣化判定に基づいて、劣化抑制制御を更に実行するが、劣化対応制御を実行しない。
このように構成された本発明によれば、第３の劣化度が検出された後においては、劣化対応制御を実行することなく、劣化抑制制御を実行することで、燃料電池セルの耐久年数の延長を図ることができる。
【００２１】
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の固体電解質型燃料電池セルに燃料と酸化剤ガスを供給して発電を行う固体電解質型燃料電池であって、固体電解質型燃料電池セルを有する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、燃料電池モジュールによる発電電圧値を検出する電圧値検出手段と、燃料電池モジュールによる出力電流値を検出する電流値検出手段と、燃料供給手段から供給される燃料供給量を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、出力電流値が上限電流値を超えないように燃料電池モジュールの出力電力を制御する電流制限制御を実行し、制御手段は、燃料電池モジュールの劣化判定を行い、この劣化判定に基づいて、電流制限制御で用いる各発電電圧値に対する上限電流値を、劣化判定時に使用していた上限電流値よりも小さい値に変更する劣化抑制制御を実行し、制御手段は、劣化抑制制御を固体電解質型燃料電池の製品寿命内で複数回実行するように構成されており、劣化抑制制御は、前半期の劣化抑制制御の方が後半期の劣化抑制制御より、上限電流値の減少補正量が小さくなるように設定されることを特徴としている。
【００２２】
このように構成された本発明においては、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定し、燃料電池モジュールからの出力電流値が設定された上限電流値を超えないように制御する電流制限制御が実行される。これにより、燃料電池モジュールの劣化に応じて過剰な電流の取り出しを制限することができるので、燃料電池セルの耐久性を向上させることができる。
また、本発明では、劣化抑制制御により、劣化の進行に応じて、上限電流値がより小さい値に変更され、出力電流値の上限値がより制限される。これにより、劣化の進行に応じて燃料電池モジュールからの過剰な電流取り出しを制限することができ、燃料電池セルの劣化進行を抑制して、燃料電池セルの耐久性をより向上させることができる。
このように、本発明では、上限電流値を用いた電流制限制御と、上限電流値自体の制限的な変更を行う劣化抑制制御とを行うことにより、燃料電池セルの耐久年数を大きく向上させることが可能となる。
また、燃料電池セルの劣化は、固体電解質型燃料電池の運転時間が経過するにしたがって進行する。よって、本発明では、劣化の進行が大きい後半期に実行される劣化抑制制御よりも、劣化の進行が軽微な前半期に実行される劣化抑制制御における上限電流値からの減少補正量を小さく設定している。これにより、本発明では、燃料電池セルの劣化の進行度合に合わせて、簡単な制御で燃料電池セルの耐久年数の延長と発電性能維持の両立を的確に図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、燃料電池セルの電力供給能力を最大限に発揮させつつ、燃料電池セルの耐用年数を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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。
【図２】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３】図２のIII-III線に沿って断面図である。
【図４】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。
【図５】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６】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７】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。
【図８】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。
【図９】本発明の一実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の運転時の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】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。
【図１１】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】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの出力動作点を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態による電流制限ラインを示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態による劣化制御の処理フローである。
【図１５】本発明の他の実施形態による劣化制御の処理フローである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
電力状態検出センサ１２６は、燃料電池モジュール２、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複数のセンサである。
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
ＣmＨn＋ｘＯ2  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2                （１）
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
ＣmＨn＋ｘＯ2＋ｙＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2       （２）
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2              （３）
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、発電用空気流量調整ユニット４５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。
【００６４】
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。
【００６５】
次に、図９乃至図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乃至図１２を参照して、固体電解質型燃料電池１の通常運転動作を説明する。図９は、本実施形態の固体電解質型燃料電池の運転時の動作を示す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、本実施形態による燃料電池モジュールの出力動作点を示すグラフである。
【００６６】
図９において、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電力を出力す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、制御手段である制御部１１０は、インバータ５４からの要求発電量に応じて、燃料供給手段である燃料流量調整ユニット３８、酸化剤ガス供給手段である発電用空気流量調整ユニット４５、及び水供給手段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。
【００６７】
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する。そして、制御部１１０は、決定した燃料供給量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の使用開始後、制御部１１０は、基本燃料供給量を規定する曲線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。
【００６８】
また、要求発電量が変更された場合には、図１１に示すように、燃料供給量は増減される。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変化される。これにより、制御部１１０は、燃料供給量が７００Ｗに対応する供給量まで増加するように燃料流量調整ユニット３８を制御する。
【００６９】
同様に、時刻ｔ１１において、要求発電量が７００Ｗから５００Ｗに変更されると、制御部１１０は、５００Ｗに対応する供給量まで燃料供給量が減少するように燃料流量調整ユニット３８を制御する。
なお、図１０及び図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。
【００７０】
図１２は、燃料電池モジュール２の出力特性を示している。燃料電池モジュール２の出力電力は、出力電圧値（発電電圧値）と出力電流値（引き出し電流値）で特定される出力動作点で表される。
劣化がない状態では、燃料電池モジュール２の出力動作点は、図１２の曲線Ｐ１上を移動する。すなわち、制御部１１０が、曲線Ｆ０（図１０）に基づいて要求発電量に対する燃料供給量を決定すると、劣化がない状態では、曲線Ｐ１（図１２）上の動作点で特定される出力電力をインバータ５４に対して供給可能である。
【００７１】
例えば、要求発電量が５９０Ｗ〜７００Ｗの間では、動作点は、曲線Ｐ１上で曲線Ｑ１との交点（動作点Ｒ１），曲線Ｑ３との交点（動作点Ｒ２）との間を移動する。要求発電量が７００Ｗ（定格電力）の場合、制御部１１０は、曲線Ｑ１（変換効率９０％）と交差する動作点Ｒ１（約１１６Ｖ、約６．７Ａ）で特定される電力を、燃料電池モジュール２から出力させるように、インバータ５４を制御することができる。
なお、図１２の曲線Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は、それぞれ出力電力が７００Ｗ，６３０Ｗ，５９０Ｗ（それぞれ変換効率９０％）となる曲線を示している。
【００７２】
一方、燃料電池モジュール２が劣化してくると、曲線Ｆ０に基づいて決定される燃料供給量で燃料を供給しても、要求発電量が得られなくなる。すなわち、劣化時には、要求発電量と燃料供給量との関係が、図１０中で上側に仮想的にシフトする。
図１２の曲線Ｐ２及びＰ３は、劣化状態における燃料電池モジュール２の出力を示している。劣化状態では同じ作動条件（燃料供給量、空気流量、水流量等）で燃料電池モジュール２を作動させた場合、より劣化していない状態と比較すると、発電電圧値が低下する。したがって、図１２において、曲線Ｐ１よりも曲線Ｐ２及びＰ３は下側に位置する。また、曲線Ｐ３の方が、曲線Ｐ２よりも劣化が進行した状態を示している。曲線Ｐ３よりもさらに劣化が進行すると、曲線Ｐ３よりも下側に位置する曲線（図示せず）に動作点が移動する。
【００７３】
例えば、曲線Ｐ２に相当する劣化が生じている状態では、制御部１１０は、曲線Ｆ０（図１０）に基づいて、要求発電量に対する燃料供給量を決定しても、曲線Ｐ２（図１２）上の動作点で決定される発電電圧値及び引き出し電流値による出力電力しかインバータ５４に対して供給できなくなる。
したがって、要求発電量が５９０Ｗ〜７００Ｗの間では、動作点は、曲線Ｐ２上で曲線Ｑ１との交点（動作点Ｒ３），曲線Ｑ３との交点（動作点Ｒ４）との間を動く。例えば、要求発電量が７００Ｗの場合、制御部１１０は、曲線Ｑ１（変換効率９０％）と交差する動作点Ｒ３（約１０５Ｖ、約７．６Ａ）で燃料電池モジュール２から出力させるように、インバータ５４を制御する。動作点Ｒ３では、動作点Ｒ１と比べて、より小さい電圧値及びより大きい電流値となる。すなわち、劣化が進行すると、同じ電力を出力するための引き出し電流は、より大きな電流値となる。
また、図１２には、曲線Ｐ３と曲線Ｑ１との交点が動作点Ｒ５で示され、曲線Ｐ３と曲線Ｑ３との交点が動作点Ｒ６で示されている。
【００７４】
また、本実施形態では、制御部１１０は、曲線Ｆ０に基づいて燃料供給量を供給するが、後述する劣化対応制御に基づいて、基準となる曲線Ｆ０による燃料供給量よりも、燃料供給量を増量補正していく。図１０の曲線Ｆ１は基準値（曲線Ｆ０）に対して３％だけ増量補正された補正曲線を示している。同様に、曲線Ｆ２は曲線Ｆ１よりもさらに３％だけ増量補正されている。隣り合う曲線Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７，・・・の間では、それぞれ５％ずつ増量補正されている。制御部１１０は、曲線Ｆ０と共に、曲線Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７，・・・をメモリに記憶している。
【００７５】
次に、図１３及び図１４を参照して、固体電解質型燃料電池１の劣化制御処理を説明する。図１３は、図１２に、本実施形態の固体電解質型燃料電池における電流制限ラインを付加したものである。図１４は、劣化制御の処理フローである。
【００７６】
燃料電池モジュール２では、図１２に示したように、劣化の進行度合及び要求発電量に応じて、曲線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・上を出力動作点が移動する。そして、上述のように、劣化が進行すると発電電圧値が低下していくので、要求発電量を確保するには出力電流を大きくしなければならない。しかしながら、出力電流が過剰に大きくなると燃料電池セルユニット１６の負担が大きくなり、燃料電池セルユニット１６における内部劣化が進行してしまう。
【００７７】
したがって、本実施形態では、図１３に示すように、電流制限ラインＬ１〜Ｌ５を設けている。制御部１１０は、これら電流制限ラインＬ１〜Ｌ５をメモリに記憶している。これら電流制限ラインＬ１〜Ｌ５は、各発電電圧値において引き出し可能な電流の最大値である上限電流値を規定したものである。制御部１１０は、後述するように劣化の進行度合に応じていずれかの電流制限ラインを使用する。
電流制限ラインＬ１は、各発電電圧値における基準上限電流値を規定している。基準上限電流値は、固体電解質型燃料電池１の製造時に設定された基準となる上限電流値であり、使用を開始したときに設定されているものである。
また、電流制限ラインＬ２〜Ｌ５は、各発電電圧値における、劣化度に応じた上限電流値をそれぞれ規定している。
【００７８】
本実施形態では、制御部１１０は、電流制限制御を実行する。すなわち、図１３から分かるように、制御部１１０は、電流制限ラインＬ１〜Ｌ５により、所定の電圧以上において、発電電圧値が小さいほど上限電流値を小さい値に設定している。そして、制御部１１０は、燃料電池モジュール２から取り出される出力電流の検出電流値を、電流値検出手段である電力状態検出センサ１２６から受け取り、受け取った検出電流値が、現在使用している電流制限ラインで規定される上限電流値を超えないように、インバータ５４を制御する。制御部１１０は、この電流制限制御を固体電解質型燃料電池１の運転時には常に実行している。
なお、本実施形態では、理解の容易のため、電流制限ラインＬ１〜Ｌ５の間隔を広く設定しているが、これら電流制限ラインの間隔をより狭く設定することが可能である。また、本実施形態では、５本の電流制限ラインを設定しているが、１本以上の任意の数に設定してもよい。
【００７９】
電流制限ラインＬ１は、曲線Ｐ１上の動作点Ｒ７で曲線Ｐ１と交差するが、この動作点Ｒ７は、定格電力（７００Ｗ）よりも大きな出力電力に対応する動作点である。したがって、燃料電池モジュール２が曲線Ｐ１上の動作点で動作している場合は、定格電力以下の運転では、取り出し電流は制限を受けない。
一方、電流制限ラインＬ１は、曲線Ｐ２上の動作点Ｒ３で曲線Ｐ２と交差するが、この動作点Ｒ３は、定格電力（７００Ｗ）に対応する動作点である。したがって、燃料電池モジュール２が曲線Ｐ２上の動作点で動作している場合は、定格運転時のみ動作点Ｒ３で電流制限ラインＬ１により制限を受ける。このとき、取り出し電流は約７．６Ａに制限される。
【００８０】
また、電流制限ラインＬ１は、曲線Ｐ３上の動作点Ｒ８で曲線Ｐ３と交差するが、この動作点Ｒ８は、６３０Ｗの出力電力に対応する動作点である。したがって、燃料電池モジュール２が曲線Ｐ３上の動作点で動作している場合は、６３０Ｗ以上の発電量が要求されると取り出し電流が制限を受ける。よって、曲線Ｐ３に対応する劣化状態では、６３０Ｗよりも大きな電力を出力することができず、このとき、取り出し電流の最大値は約７Ａに制限される。
【００８１】
また、本実施形態では、発電電圧値が閾値電圧値（例えば、１００Ｖ）以下になることで、劣化検出されるように構成されており、電流制限ラインＬ１は、発電電圧値が閾値電圧値以下では、出力電流値が一定値（７Ａ）に設定されている。
このように、電流制限ラインＬ１（及びＬ２〜Ｌ５）は、劣化が進行して発電電圧値が低下するほど、取り出し電流の上限値が小さくなるように設定されている。これにより、劣化に伴って燃料電池セルユニット１６内で過剰な電流が流れることが防止され、更なる劣化を抑制することができる。
【００８２】
また、電流制限ラインＬ２，Ｌ３は、制御部１１０が、発電電圧値の低下に基づいて燃料電池モジュール２の劣化が検出された場合に、後述する劣化抑制制御により、電流制限ラインＬ１に代えて順次に用いられるものであり、それぞれ取り出し電流の上限値を規定している。
電流制限ラインＬ１からＬ２に変更される場合、取り出し電流の上限値は、例えば、曲線Ｐ１に相当する無劣化状態では約０．２Ａだけ減少補正され、曲線Ｐ３に相当する劣化状態では約０．３Ａだけ減少補正され、発電電圧値１１０Ｖでは約０．３Ａだけ減少補正される。また、電流制限ラインＬ２からＬ３に変更される場合、取り出し電流の上限値は、曲線Ｐ１に相当する無劣化状態では約０．４Ａだけ減少補正され、曲線Ｐ３に相当する劣化状態では約０．７Ａだけ減少補正され、発電電圧値１１０Ｖでは約０．９Ａだけ減少補正される。
【００８３】
このように、本実施形態では、電流制限ラインＬ１からＬ２への変更と、電流制限ラインＬ２からＬ３への変更とを比較して分かるように、複数回実行される劣化抑制制御における変更前の上限電流値から変更後の上限電流値への電流値の減少補正量は、後半期に実行される劣化抑制制御（例えば、Ｌ２からＬ３）での減少補正量よりも、後半期より以前の前半期に実行される劣化抑制制御（例えば、Ｌ１からＬ２）での減少補正量の方が小さくなるように設定される。すなわち、本実施形態では、劣化が進行するほど減少補正量を大きくすることで、更なる劣化を確実に抑制するように構成されている。
【００８４】
また、電流制限ラインＬ４，Ｌ５は、相当程度に劣化が進行した場合に、電流制限ラインＬ３に代えて順次に用いられるものであり、それぞれ取り出し電流の上限値を規定する。
電流制限ラインＬ３から電流制限ラインＬ４に変更される場合、取り出し電流の上限値は、例えば、曲線Ｐ１に相当する劣化状態では約１Ａだけ減少補正され、曲線Ｐ３に相当する劣化状態では約０．９Ａだけ減少補正される。また、発電電圧値１１０Ｖでは約１．８Ａだけ減少補正され、発電電圧値１０５Ｖでは約１．６Ａだけ減少補正される。
また、電流制限ラインＬ４から電流制限ラインＬ５に変更される場合、取り出し電流の上限値は、曲線Ｐ１及び曲線Ｐ３に相当する劣化状態で約１Ａだけ減少補正される。また、発電電圧値１１０Ｖでは約２．０Ａだけ減少補正され、発電電圧値１０５Ｖでは約２．０Ａだけ減少補正される。
【００８５】
本実施形態では、相当程度に劣化が進行した場合には、電流制限ラインＬ３から電流制限ラインＬ４に変更されるが、このとき、高電圧側の発電電圧値に対する取り出し電流の上限値の減少補正量を、低電圧側の発電電圧値に対する減少補正量よりも大きく設定している。これにより、各発電電圧値に対する取り出し電流の上限値のうちの最大値をより小さな値に制限することができ、燃料電池モジュール２の耐用年数を延長することが可能となる。
【００８６】
本実施形態では、図１４のフローチャートを参照して以下に説明するように、制御部１１０は、劣化の進行度合に応じて、電流制限ラインを変更すると共に、燃料供給量の増量補正を行うように構成されている。この燃料供給量の増量補正は、劣化によって低下した発電電圧値を回復させるためのものであり、具体的には、制御部１１０は、燃料供給量と要求発電量との関係を、図１０の曲線Ｆ０から曲線Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・に順次に変更する。
【００８７】
次に、図１４を参照して、本発明の実施形態による劣化制御の処理フローを説明する。図１４に示す劣化制御処理は、固体電解質型燃料電池１の運転が開始されてから、製品寿命が尽きて廃棄されるまで繰り返し行われる。制御部１１０は、この劣化制御処理を所定時間毎（例えば、１時間毎）に繰り返すように構成されている。
なお、固体電解質型燃料電池１の使用開始時には、制限電流ラインとしてＬ１（基準上限電流値）が設定され、後述する劣化判定数及び劣化対応数がゼロに設定されており、制御部１１０はこれらをメモリに記憶している。
【００８８】
まず、制御部１１０は、燃料電池モジュール２の発電機能についての劣化判定制御（ステップＳ１，Ｓ２）を行う。具体的には、制御部１１０は、電圧値検出手段である電力状態検出センサ１２６から、燃料電池モジュール２の発電電圧値を受け取り、この発電電圧値が閾値電圧値（例えば１００Ｖ）より小さいか否かを判定する（ステップＳ１）。
発電電圧値が閾値電圧値以上である場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、劣化がこの処理の実行時点での許容範囲内であるので、制御部１１０は、劣化判定数をインクリメントすることなく処理を終了する。
一方、発電電圧値が閾値電圧値より小さい場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、この処理の実行時点での許容範囲を超える劣化が検出されたので、制御部１１０は、劣化判定数を１だけインクリメントし、ステップＳ２へ移行する。
【００８９】
なお、本実施形態では、劣化判定制御（ステップＳ１）を閾値電圧値と発電電圧値との比較によって行っているが、発電電圧値に基づいて劣化を判定することができれば任意の方法を採用してもよい。
例えば、本実施形態では、劣化判定制御において、燃料電池モジュール２の劣化の進行度合にかかわらず、閾値電圧値を固定値に設定することで処理を簡単化しているが、劣化の進行度合に応じて閾値電圧値を変更してもよい。例えば、電流制限ラインＬ１，Ｌ３，Ｌ３，・・・を使用している状態では、それぞれ閾値電圧値として１００Ｖ，１０２Ｖ，１０４，・・・を使用してもよい。
【００９０】
また、他の劣化判定制御として、図１３に示された発電電圧値と取り出し電流値との関係を表すデータに基づいて、実際の発電電圧値と取り出し電流値により規定される出力動作点から、劣化判定を行うように構成してもよい。この場合、曲線Ｐ１からの電圧低下量に応じて劣化判定を行うことができる。例えば、測定した出力動作点の電流値と同じ電流値を有する曲線Ｐ１の動作点を特定し、この動作点の電圧値と、測定した出力動作点の発電電圧値とを比較して、電圧低下量を算出することができる。そして、この電圧低下量が、所定の閾値よりも大きい場合に、劣化を検出することができる。
さらには、劣化判定制御として、発電温度センサ１４２等により、燃料電池モジュール２内の温度を測定し、この温度に基づいて、燃料電池モジュール２の劣化を判定してもよい。
【００９１】
ステップＳ２では、制御部１１０は、劣化判定数が２であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
劣化判定数が２でない場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、劣化の誤検出の可能性があるので、制御部１１０は、劣化判定数をゼロリセットすることなく処理を終了する。
一方、劣化判定数が２である場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、実質的な劣化が検出されたので（劣化検出数は２）、劣化判定数をゼロリセットし、ステップＳ３へ移行する。固体電解質型燃料電池１の使用開始時には、劣化判定数はゼロであるので、発電電圧値が閾値電圧値を２回、下回った場合に、ステップＳ３へ移行する。本実施形態では、許容範囲を超える劣化が２回検出された場合に、劣化であると判定されるので、劣化の誤検出を防止することができる。なお、２回目の劣化が検出されるのは、固体電解質型燃料電池１の使用開始から数年以上（例えば、１０年）経過した時点である。
【００９２】
ステップＳ３では、制御部１１０は、劣化対応数がゼロであるか否かを判定する（ステップＳ３）。
劣化対応数がゼロである場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、すなわち使用開始から実質的な劣化が検出された場合（一例として第１の劣化度の検出に相当）、制御部１１０は、劣化対応制御を実行し（ステップＳ４）、処理を終了する。
【００９３】
ステップＳ４で実行される劣化対応制御では、燃料供給量が３％増量補正され、劣化対応数が１だけインクリメントされる。ステップＳ４の燃料供給量の増量補正では、制御部１１０は、燃料供給量を図１０の曲線Ｆ０から曲線Ｆ１に変更する。燃料供給量が増量補正されると、発電室１０内の温度が上昇するので、この温度上昇により発電電圧値が運転開始当初の発電電圧値に向けて回復される。これにより、電流制限ライン１を用いた電流制限制御により制限されていた上限電流値が、発電電圧値の回復に伴って回復する。
そして、劣化により低下していた発電電圧値の回復により、燃料電池モジュール２の出力動作点は、曲線Ｐ１又はその付近まで回復し、定格運転（７００Ｗ）を確保することができる。例えば、曲線Ｐ２に対応する劣化状態よりも劣化が進行していた場合は、再び、定格運転が可能になる。
【００９４】
なお、初回の劣化対応制御の実施までは定格運転が確保されるように、ステップＳ１及びＳ２とは別の劣化判定制御を付加してもよい。そして、この別の劣化判定制御により、ステップＳ１及びＳ２の劣化判定制御よりも劣化度合の小さく、定格運転を実施ができる限界に相当する劣化が検出された場合に、初回の劣化対応制御を実行するように構成することで、定格運転を確保できる期間を延ばすことができる。
【００９５】
一方、劣化対応数が１以上である場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、すなわち使用開始から４回目以上の劣化が検出された場合、制御部１１０は、現在の電流制限ラインとしてＬ３が設定されているか否かを判定する（ステップＳ５）。
電流制限ラインＬ３が設定されていない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、制御部１１０は、現在の電流制限ラインとしてＬ４又はＬ５が設定されているか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００９６】
電流制限ラインＬ４又はＬ５が設定されていない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、そのとき使用されている電流制限ラインはＬ１又はＬ２である。この場合、制御部１１０は、劣化抑制制御として、現在の電流制限ラインを、より制限された電流制限ラインへ変更し（ステップＳ７）、処理を終了する。なお、ステップＳ７の実行直前に検出された劣化度が、一例として第２の劣化度の検出に相当する。ステップＳ７では、具体的には、電流制限ラインがＬ１の場合はＬ２へ変更され、Ｌ２の場合はＬ３へ変更される。
このように、本実施形態では、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ５〜Ｓ７の処理において、劣化が検出されることに基づいて、電流制限ラインをより制限されたものへ変更することで、更なる劣化を抑制するように構成されている。
なお、劣化判定制御により劣化が検出された場合、制御部１１０は、後に検出された劣化の方が劣化度が大きいと判定する。したがって、制御部１１０は、より制限的な電流制限ラインが使用されているときの方が、劣化度が大きいと判定し、また、劣化対応制御の実行回数が多くなるほど、劣化度がより大きいと判定する。
【００９７】
一方、ステップＳ５において、電流制限ラインとしてＬ３が設定されている場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、劣化対応数が１以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。固体電解質型燃料電池１の使用開始時には、劣化対応数はゼロであり、ステップＳ４で最初の劣化対応制御が実行されると劣化対応数は１になっている。
劣化対応数が１の場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、劣化対応制御を実行し（ステップＳ９）、処理を終了する。
ステップＳ９で実行される劣化対応制御では、燃料供給量が３％増量補正され、劣化対応数が１だけインクリメントされる。また、燃料増量補正による発電電圧値の回復に伴い、電流制限ラインが、電流制限ラインＬ３から、基準上限電流値を規定する電流制限ラインＬ１（一例として第１の上限電流値に相当）に戻される。
【００９８】
ステップＳ９の燃料供給量の増量補正では、制御部１１０は、図１０の曲線Ｆ１が使用されていたので、燃料供給量を曲線Ｆ２に変更する。
運転開始からステップＳ９の劣化対応制御が実行されるまでには、初回の劣化対応制御（ステップＳ４）により発電電圧値の回復が図られ、更なる劣化の進行に応じて、劣化の進行を抑制すべく劣化抑制制御（ステップＳ７）により電流制限ラインがＬ１からＬ２を経てＬ３に変更されている。
このような状態において、さらに劣化が検出されたので、２回目の劣化対応制御（ステップＳ９）による燃料供給量の増量補正により、燃料電池モジュール２の発電電圧値の回復が図られる。
【００９９】
すなわち、電流制限ラインＬ３を、Ｌ３よりも制限的な電流制限ラインに変更すると、燃料電池モジュール２からの出力電力がさらに制限されてしまう。よって、本実施形態では、ある程度の劣化が進行した段階で、燃料供給量を増量補正し、発電電圧値の回復を図っている。
そして、発電電圧値の回復により、燃料電池モジュール２の出力動作点は、曲線Ｐ１付近まで再び回復する。これにより、燃料電池モジュール２からの出力電力が回復し、制御部１１０は電流制限ラインをＬ１まで戻すことができる。なお、出力動作点が曲線Ｐ２以上に回復すれば、再び定格電力が供給可能となる。
【０１００】
以下、燃料供給量が補正され曲線Ｆ２が使用されている状態で、さらにステップＳ１〜Ｓ７が繰り返され、電流制限ラインがＬ１からＬ２を経てＬ３に変更されると、ステップＳ５からステップＳ８へ移行する。このとき、劣化対応数が２であるので（ステップＳ８；Ｎｏ）、ステップＳ８からステップＳ１０（劣化対応制御）へ移行する。
【０１０１】
ステップＳ１０を行う段階では、劣化がある程度進行していると考えられる。そこで、ステップＳ９より後に実行されるステップＳ１０では、ステップＳ９とは異なり、燃料供給量の補正量が大きく設定される。これにより、本実施形態では、複数回実行される劣化対応制御において、前半期に実行される劣化対応制御（例えば、ステップＳ４，Ｓ９）よりも後半期に実行される劣化対応制御（例えば、ステップＳ１０，Ｓ１２）の方が、燃料補正量が大きく設定される。
具体的には、ステップＳ１０で実行される劣化対応制御では、燃料供給量が５％増量補正され、劣化対応数が１だけインクリメントされる。よって、ステップＳ１０では、制御部１１０は、図１０の曲線Ｆ２が使用されている場合には（劣化対応数＝２）、燃料供給量を曲線Ｆ３に変更し、曲線Ｆ３が使用されている場合には（劣化対応数＝３）、燃料供給量を曲線Ｆ４に変更し、曲線Ｆ４が使用されている場合には（劣化対応数＝４）、燃料供給量を曲線Ｆ５に変更し、曲線Ｆ５が使用されている場合には（劣化対応数＝５）、燃料供給量を曲線Ｆ６に変更する。
なお、本実施形態では、ステップＳ９及びＳ１０において、劣化対応制御による燃料供給量の増量補正を計６回実施するが、これはステップＳ９及びＳ１０でそれぞれ任意の回数（１回、２回、・・・）実施するように変更することができる。また、ステップＳ１０では、燃料供給量の補正量が一定であるが、劣化対応数が増えるにしたがって、燃料供給量の補正量を徐々に大きくしていってもよい。
【０１０２】
しかしながら、劣化がある程度進行しているので、ステップＳ１０では、ステップＳ９とは異なり、電流制限ラインが、基準上限電流値を規定する電流制限ラインＬ１ではなく、より小さな電流値を規定する電流制限ラインＬ２に戻される。
ステップＳ９を実施後に、さらに劣化が進行して電流制限ラインがＬ１からＬ２を経てＬ３に変更されている状態で、さらに大きな劣化が検出された場合には、上限電流値を基準上限電流値（一例として第１の上限電流値に相当）よりも小さな電流値である電流制限ラインＬ２（一例として第２の上限電流値に相当）まで戻すように抑制側に補正を加えることで、簡単な制御により、燃料電池セルへの負担をより軽減して、耐用年数の延長を図ることができる。
【０１０３】
燃料供給量が増量補正されると、発電電圧値の回復により、燃料電池モジュール２の出力動作点が、曲線Ｐ１或いは曲線Ｐ２付近まで回復する。しかしながら、この状態で電流制限ラインＬ１を使用すると、取り出し電流値が比較的高い状態となる場合がある。よって、本実施形態では、劣化がある程度進行している場合には、抑制側に補正を加えて、電流制限ラインをＬ１ではなくＬ２に戻すことで、取り出し電流値を低く抑え、燃料電池モジュール２への負担をより軽減して、更なる劣化を抑制している。
【０１０４】
ステップＳ１０からステップＳ１１に移行すると、制御部１１０は、劣化対応数が６であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
劣化対応数が５以下（実際は３〜５）の場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、制御部１１０は、処理を終了する。
ステップＳ１０が繰り返される毎に、劣化対応数が増加するので、劣化対応数が６になるまでは、ステップＳ１〜Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１１が繰り返される。
これにより、燃料を増量補正して発電電圧値を回復させ（ステップＳ１０）、この状態で、劣化が判定される毎に（ステップＳ１，Ｓ２）、電流制限ラインをＬ２からＬ３へ変更する（ステップＳ７）。これを繰り返すことにより、燃料電池モジュール２の電力供給能力を最大限に使用しつつ、耐用年数を延長することができる。
【０１０５】
一方、ステップＳ１１で劣化対応数が６であった場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、最終の劣化対応制御、及び劣化抑制制御を実施し（ステップＳ１２）、処理を終了する。
ステップＳ１２を実施するまでに、劣化対応制御（ステップＳ９、Ｓ１０）により、合計２６％の燃料増量補正を実施している。この燃料増量補正に応じて発電室１０内の温度が上昇しているので、ステップＳ１２で最終の燃料増量補正が実施される。
【０１０６】
ステップＳ１２では、最終の劣化対応制御として、燃料供給量が５％増量補正され、劣化対応数が１だけインクリメントされる。
また、ステップＳ１２では、劣化抑制制御として、電流制限ラインがＬ４に変更される。電流制限ラインＬ４に設定されることで、低電圧側よりも高電圧側で取り出し電流値がより大きく減少補正されるので、取り出し電流値の最大値がより低く設定される。
電流制限ラインＬ４が使用されることにより、燃料電池モジュール２の出力電力が制限されるが、燃料電池モジュール２の耐用年数を延ばすことが可能となる。
【０１０７】
この後、ステップＳ１及びＳ２で劣化が検出されると、ステップＳ３を経て、ステップＳ６が実行される。ステップＳ６では、制御部１１０は、現在の電流制限ラインがＬ４又はＬ５であるか否かを判定する（ステップＳ６）。
電流制限ラインがＬ４又はＬ５であるので（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、発電電圧値が第２の閾値電圧値（例えば、９０Ｖ）より小さいか否かを判定する（ステップＳ１３；劣化判定制御）。
発電電圧値が第２の閾値電圧値以上である場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部１１０は、発電電圧値が第３の閾値電圧値（例えば、９５Ｖ）より小さいか否かを判定する（ステップＳ１４；劣化判定制御）。第３の閾値電圧値は、第１の閾値電圧値（１００Ｖ）と第２の閾値電圧値（９０Ｖ）の間に設定されている。
【０１０８】
発電電圧値が第３の閾値電圧値以上である場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、制御部１１０は、処理を終了し、燃料電池モジュール２を現状のままの運転条件で運転を継続する。
一方、発電電圧値が第３の閾値電圧値より小さい場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、制御部１１０は、更に大きな劣化が進行していると判断し（一例として第３の劣化度の検出に相当）、最終劣化抑制制御として、劣化対応数を１だけインクリメントし、最終の劣化抑制制御として、電流制限ラインをＬ５に設定し（ステップＳ１５）、処理を終了する。電流制限ラインＬ５が使用されることにより、さらに上限電流値が制限されるので、燃料電池モジュール２の劣化がさらに抑制される。なお、この場合、劣化対応制御は実行されない。
なお、電流制限ラインＬ５に設定された後、さらに所定の劣化度（例えば、発電電圧値＜９３Ｖ，９２Ｖ，９１Ｖ，・・・）が検出された場合に、劣化抑制制御をさらに実行して、より制限的な電流制限ライン（Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，・・・）に変更するように構成してもよい。
【０１０９】
また、ステップＳ１３において、発電電圧値が第２の閾値電圧値（９０Ｖ）より小さい場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、燃料電池モジュール２が使用限界にあるので、制御部１１０は、異常対応処理を実行して（ステップＳ１６）、処理を終了する。異常対応処理では、例えば、固体電解質型燃料電池１の運転を停止する。
このように、劣化が相当程度進行した段階では、燃料供給量を増量補正することなく、取り出し電流値をより制限し、小さい出力電力を供給する態様で使用を継続することで、燃料電池モジュール２の耐用年数の延長を図ることができる。そして、発電電圧値が第２の閾値電圧値よりも小さくなった場合には、製品寿命が尽きたものとして、異常対応処理が行われる。
【０１１０】
なお、本実施形態では、初回の劣化対応制御を実行した後、複数回の劣化抑制制御を実行し、その後、劣化対応制御と劣化抑制制御を複数回繰り返し、最終段階では、劣化対応制御を実行することなく、劣化抑制制御を実行するように構成されているが、これに限らず、劣化対応制御及び劣化抑制制御を任意の順番で組み合わせて実行するように構成することができる。
【０１１１】
本実施形態の固体電解質型燃料電池１では、劣化判定制御に基づいて、電流制限ラインを変更する劣化抑制制御と、発電電圧値を回復させる劣化対応制御を組み合わせて実行することにより、燃料電池モジュール２の耐用年数の延長を図りつつ、電力供給能力を最大限に使用することができる。
【０１１２】
次に、図１５に本発明の他の実施形態による劣化制御の処理フローを示す。
図１４の実施形態では、電流制限ラインＬ１が使用されている状態で劣化が検出された場合に、ステップＳ４による初回の劣化対応制御が実行されるように構成されている。このため、この劣化対応制御での燃料増量補正により、劣化抑制制御を実行する前に、燃料効率が低下する。また、固体電解質型燃料電池１に、劣化対応制御による燃料増量補正を実行する性能的な余裕が少ない場合には、劣化対応制御の実行回数を少なくすることが望ましい。
【０１１３】
そこで、図１５に示す他の実施形態では、図１４のステップＳ３及びＳ４が省略されている。このため、他の実施形態では、初回及び２回目の劣化対応制御がステップＳ９で実行される。したがって、制限ラインの変更による劣化抑制制御が所定回数実行されるまでは、劣化対応制御が実行されない。なお、他の処理ステップは、図１４と同じであるので説明を省略する。
【符号の説明】
【０１１４】
１  固体電解質型燃料電池
２  燃料電池モジュール
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
２８  水流量調整ユニット
３８  燃料流量調整ユニット（燃料供給手段）
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（酸化剤ガス供給手段）
５４  インバータ
８４  燃料電池セル
１１０  制御部
１２６  電力状態検出センサ（電圧値検出手段、電流値検出手段）
【図１】
0005787049.tif 000002
【図２】
0005787049.tif 000003
【図３】
0005787049.tif 000004
【図４】
0005787049.tif 000005
【図５】
0005787049.tif 000006
【図６】
0005787049.tif 000007
【図７】
0005787049.tif 000008
【図８】
0005787049.tif 000009
【図９】
0005787049.tif 000010
【図１０】
0005787049.tif 000011
【図１１】
0005787049.tif 000012
【図１２】
0005787049.tif 000013
【図１３】
0005787049.tif 000014
【図１４】
0005787049.tif 000015
【図１５】
0005787049.tif 000016