(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの各構成物の劣化状態を確実に診断し効率的に運転することができる燃料電池発電装置及び劣化状態診断方法の提供。【解決手段】燃料極層と空気極層とその間に配設される固体電解質層とで構成される発電セル１４とその両側に配置される空気極集電体１８及び燃料極集電体１９とがセパレータ１７を挟んで積層された燃料電池スタックと、電圧測定手段５ａとを少なくとも備える燃料電池発電装置において、少なくとも１つの発電セル１４を含むユニットに対して、両端のセパレータ１７に端子２０ａ、２０ｂを接続すると共に、セパレータ１７と空気極集電体１８及び燃料極集電体１９との間、空気極集電体１８及び燃料極集電体１９と発電セル１４との間に端子２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂを挿入し、電圧測定手段５ａで各構成部材の過電圧を測定し、測定結果に基づいて劣化状態を診断する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記空気極層側の前記セパレータに接続される第１の端子と、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に挿入される第２の端子とを備え、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧が測定されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、
前記第２の端子は、前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に挿入されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に所定の金属層が配置され、
前記第２の端子は、前記空気極層側の前記セパレータと前記所定の金属層との間に挿入されることを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
更に、前記空気極集電体と前記発電セルとの間に挿入される第３の端子を備え、
前記電圧測定手段により、前記第２の端子と前記第３の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極集電体が劣化していると診断されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記燃料極層側の前記セパレータに接続される第４の端子と、前記発電セルと前記燃料極層側の前記セパレータとの間に挿入される第５の端子とを備え、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧が測定されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、
前記第５の端子は、前記燃料極集電体と前記燃料極層側の前記セパレータとの間に挿入されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断されることを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
更に、前記発電セルと前記燃料極集電体との間の挿入される第６の端子とを備え、
前記電圧測定手段により、前記第５の端子と前記第６の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極集電体が劣化していると診断されることを特徴とする請求項７又は８に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１０】
前記第２の端子、前記第３の端子、前記第５の端子及び前記第６の端子の少なくとも一つは、所定の厚さ以下のメッシュ状又は平板状の端子であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１１】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記空気極層側の前記セパレータに接続される第１の端子と、前記空気極集電体に接続される第７の端子とを備え、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第７の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項１２】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記燃料極層側の前記セパレータに接続される第４の端子と、前記燃料極集電体に接続される第８の端子とを備え、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第８の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項１３】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記空気極層側の前記セパレータに第１の端子を接続し、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に第２の端子を挿入し、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を測定することにより、前記空気極層側の前記セパレータの劣化状態を判定することを特徴とする燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項１４】
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、
前記第２の端子を、前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に挿入することを特徴とする請求項１３記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項１５】
前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に所定の金属層が配置される構成において、
前記第２の端子を、前記空気極層側の前記セパレータと前記所定の金属層との間に挿入することを特徴とする請求項１４記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項１６】
前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一に記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項１７】
更に、前記空気極集電体と前記発電セルとの間に第３の端子を挿入し、
前記電圧測定手段により、前記第２の端子と前記第３の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極集電体が劣化していると診断することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一に記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項１８】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記燃料極層側の前記セパレータに第４の端子を接続し、前記発電セルと前記燃料極層側の前記セパレータとの間に第５の端子を挿入し、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧を測定することにより、前記燃料極層側の前記セパレータの劣化状態を判定することを特徴とする燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項１９】
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、
前記第５の端子を、前記燃料極集電体と前記燃料極層側の前記セパレータとの間に挿入することを特徴とする請求項１８記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項２０】
前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項２１】
更に、前記発電セルと前記燃料極集電体との間に第６の端子を挿入し、
前記電圧測定手段により、前記第５の端子と前記第６の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極集電体が劣化していると診断することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項２２】
前記第２の端子、前記第３の端子、前記第５の端子及び前記第６の端子の少なくとも一つを、所定の厚さ以下のメッシュ状又は平板状の端子とすることを特徴とする請求項１３乃至２１のいずれか一に記載の燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項２３】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記空気極層側の前記セパレータに第１の端子を接続し、前記空気極集電体に第７の端子を接続し、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第７の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断することを特徴とする燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【請求項２４】
酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、
前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、
少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記燃料極層側の前記セパレータに第４の端子を接続し、前記燃料極集電体に第８の端子を接続し、
前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第８の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断することを特徴とする燃料電池スタックの劣化状態診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置及び劣化状態診断方法に関し、特に、発電中に燃料電池スタックの劣化状態を診断することができる燃料電池発電装置及び該燃料電池発電装置を用いた燃料電池スタックの劣化状態診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの電気化学反応により電気を発生させる燃料電池発電装置は、発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ないことから、近年、発電用途などに利用されている。この燃料電池発電装置は、反応温度や電解質の種類によって分類することができ、反応温度が３００℃程度以下の低温型には、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、アルカリ型（ＡＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）などがあり、高温型には、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）などがある。
【０００３】
この中で、固体酸化物型は、運転温度が高いためにＰｔ等の高価な貴金属の触媒を使用する必要がなく、排熱が利用しやすく、また、電池構成材料が全て固体でできていることから構成がシンプルであり、高い発電効率が得られるなどの特徴があり、近年盛んに開発が行われている。また、燃料電池発電装置は、発電セルの形状により、円筒型、モノリス型、平板積層型の３つに分類されるが、発電セルの形成が容易な平板積層型が広く採用されている。
【０００４】
上記平板積層型の固体酸化物型燃料電池装置は、発電セルとセパレータとが交互に積層されて燃料電池スタックが構成されている。発電セルは、酸化物イオン導電体からなる固体電解質層を空気極（カソード）層と燃料極（アノード）層とで挟み込んだ積層構造を有し、空気極側には酸化剤ガスとしても酸素（空気）が供給され、燃料極側には燃料ガスが供給されるようになっている。
【０００５】
上記空気極層及び燃料極層は、酸素や燃料ガスが固体電解質層との界面に到達することができるように多孔質材料で形成されている。また、セパレータ或いはインターコネクタは、発電セル間を電気的に接続すると共に、燃料ガスや酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入して燃料極層に向かって吐出させる通路を有している。また、セパレータと空気極層との間には空気極集電体が配置され、セパレータと燃料極層との間には燃料極集電体が配置されている。
【０００６】
上記構成の固体酸化物燃料電池では、セパレータを介して発電セルの空気極側に供給された酸化剤ガス（酸素）は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、空気極から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）になる。この酸化物イオンは、燃料極に向かって固体電解質層内を拡散移動し、燃料極との界面近傍で燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ等）となり、燃料極に電子を放出する。そして、この電子を燃料極集電体から取り出すことによって電流が発生する。上記電極反応（発電反応）は、燃料ガスとして水素を用いた場合は以下のようになる。
【０００７】
空気極：  １／２Ｏ２  ＋      ２ｅ−    →  Ｏ２−
燃料極：        Ｈ２  ＋      Ｏ２−     →  Ｈ２Ｏ  ＋  ２ｅ−
全体  ：        Ｈ２  ＋  １／２Ｏ２    →  Ｈ２Ｏ
【０００８】
ここで、燃料ガスとして水素を使用する場合、水素の濃度をコントロールするために窒素が混合されるが、装置が大型化するにつれて窒素の使用量が増加してしまう。そこで、燃料ガスとして水素に代えて都市ガスや天然ガスなどの炭化水素系ガスを使用する燃料電池発電装置が提案されている（例えば、下記引用文献１参照）。
【０００９】
この燃料電池発電装置は、例えば、燃料ガスの流量と酸化剤ガスの流量とに応じて直流出力電力を発生する燃料電池スタックと、燃料電池スタックに酸化剤ガスを導入する空気供給系と、燃料電池スタックに燃料ガスを導入する燃料ガス供給系と、燃料ガス供給系から送られる炭化水素ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質器と、燃料ガス供給系に水蒸気を導入する水蒸気供給系と、各種制御を行う制御部などで構成され、燃料電池スタックと燃料改質器とで燃料電池モジュールが構成される。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２６０６９７号公報（第４−９頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、燃料電池発電装置では発電中に燃料電池スタックが高温（ＳＯＦＣでは、約６５０〜１０００℃）になり、燃料電池スタックを構成する各構成物（例えば、発電セルの外側の空気極集電体及び燃料極集電体、該集電体の外側のセパレータなど）の状態が経時的に変化し、各構成物の表面が酸化されるなどによって過電圧が生じ発電効率が徐々に低下するため、定期的に燃料電池発電装置の運転を停止し、燃料電池スタックを分解して各構成物の状態を確認し、必要に応じて劣化した構成物を交換するなどの保守、点検を行っていた。
【００１２】
しかしながら、燃料電池発電装置の運転を停止したり再開させる場合には、急激な温度変化による発電セルの破損を防ぐために燃料電池スタックの温度を徐々に変化させなければならず、保守、点検に時間を要する。従って、燃料電池発電装置を効率的に運転するためには適切なタイミングで保守、点検を行う必要があるが、従来は燃料電池スタックの各構成物の劣化状態を診断する方法がなかったため、各構成物が劣化していないにも関わらず保守、点検を行って時間を浪費してしたり、各構成物の状態が急激に変化した場合に各構成物が劣化しているにも関わらず保守、点検を行わずに、燃料電池スタックを破損させてしてしまうなどの問題があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、燃料電池スタックの各構成物の劣化状態を確実に診断し、効率的に運転を実施することができる燃料電池発電装置及び燃料電池スタックの劣化状態診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記空気極層側の前記セパレータに接続される第１の端子と、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に挿入される第２の端子とを備え、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧が測定されるものである。
【００１５】
本発明においては、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、前記第２の端子は、前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に挿入される構成、又は、前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に所定の金属層が配置され、前記第２の端子は、前記空気極層側の前記セパレータと前記所定の金属層との間に挿入される構成とすることができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断される構成、又は、更に、前記空気極集電体と前記発電セルとの間に挿入される第３の端子を備え、前記電圧測定手段により、前記第２の端子と前記第３の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極集電体が劣化していると診断される構成とすることができる。
【００１７】
また、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記燃料極層側の前記セパレータに接続される第４の端子と、前記発電セルと前記燃料極層側の前記セパレータとの間に挿入される第５の端子とを備え、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧が測定されるものである。
【００１８】
本発明においては、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、前記第５の端子は、前記燃料極集電体と前記燃料極層側の前記セパレータとの間に挿入される構成とすることができる。
【００１９】
また、本発明においては、前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断される構成、又は、更に、前記発電セルと前記燃料極集電体との間の挿入される第６の端子とを備え、前記電圧測定手段により、前記第５の端子と前記第６の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極集電体が劣化していると診断される構成とすることができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記第２の端子、前記第３の端子、前記第５の端子及び前記第６の端子の少なくとも一つは、所定の厚さ以下のメッシュ状又は平板状の端子とすることができる。
【００２１】
また、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記空気極層側の前記セパレータに接続される第１の端子と、前記空気極集電体に接続される第７の端子とを備え、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第７の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断されるものである。
【００２２】
また、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルがセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置され、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに、前記燃料極層側の前記セパレータに接続される第４の端子と、前記燃料極集電体に接続される第８の端子とを備え、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第８の端子との間の電圧が測定され、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断されるものである。
【００２３】
また、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記空気極層側の前記セパレータに第１の端子を接続し、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に第２の端子を挿入し、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧を測定することにより、前記空気極層側の前記セパレータの劣化状態を判定するものである。
【００２４】
本発明においては、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、前記第２の端子を、前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に挿入する構成、又は、前記空気極層側の前記セパレータと前記空気極集電体との間に所定の金属層が配置される構成において、前記第２の端子を、前記空気極層側の前記セパレータと前記所定の金属層との間に挿入する構成とすることができる。
【００２５】
また、本発明においては、前記第１の端子と前記第２の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断する構成、又は、更に、前記空気極集電体と前記発電セルとの間に第３の端子を挿入し、前記電圧測定手段により、前記第２の端子と前記第３の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極集電体が劣化していると診断する構成とすることができる。
【００２６】
また、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記燃料極層側の前記セパレータに第４の端子を接続し、前記発電セルと前記燃料極層側の前記セパレータとの間に第５の端子を挿入し、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧を測定することにより、前記燃料極層側の前記セパレータの劣化状態を判定するものである。
【００２７】
本発明においては、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、前記第５の端子を、前記燃料極集電体と前記燃料極層側の前記セパレータとの間に挿入する構成とすることができる。
【００２８】
また、本発明においては、前記第４の端子と前記第５の端子との間の電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断する構成、又は、更に、前記発電セルと前記燃料極集電体との間に第６の端子を挿入し、前記電圧測定手段により、前記第５の端子と前記第６の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極集電体が劣化していると診断する構成とすることができる。
【００２９】
また、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記空気極層側の前記セパレータに第１の端子を接続し、前記空気極集電体に第７の端子を接続し、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第１の端子と前記第７の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記空気極層側の前記セパレータが劣化していると診断するものである。
【００３０】
また、本発明は、酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料ガスが供給される燃料極層と前記空気極層及び前記燃料極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルが、セパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの外部に配置される電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置における燃料電池スタックの劣化状態診断方法であって、前記空気極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に空気極集電体が配置され、前記燃料極層側の前記セパレータと前記発電セルとの間に燃料極集電体が配置される構成において、少なくとも一つの前記発電セルと該発電セルの両側の前記セパレータとを含むユニットに対して、前記燃料極層側の前記セパレータに第４の端子を接続し、前記燃料極集電体に第８の端子を接続し、前記燃料電池発電装置の発電中に、前記電圧測定手段により、前記第４の端子と前記第８の端子との間の電圧を測定し、該電圧が所定の閾値を越える場合に、前記燃料極層側の前記セパレータが劣化していると診断するものである。
【００３１】
このように、本発明では、燃料電池スタックの少なくとも１つの発電セルを含むユニットに対して、両側のセパレータに端子が接続されると共に、各構成物の間に端子が挿入され、燃料電池発電装置の運転中に、燃料電池スタックの外部に設けられた電圧測定手段によって各端子間の電圧が測定され、その電圧に基づいて各構成物の劣化状態が診断されるため、適切な時期に保守、点検を実施することができ、燃料電池発電装置を効率的に運転することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の燃料電池発電装置及び燃料電池スタックの劣化状態診断方法によれば、適切な時期に保守、点検を実施することができ、燃料電池発電装置を効率的に運転することができる。
【００３３】
その理由は、燃料電池スタックの少なくとも１つの発電セルを含むユニットに対して、その両端のセパレータや集電体に端子が接続されると共に、セパレータと発電セルとの間や、セパレータと集電体との間、集電体と発電セルとの間などに所定のサイズ、厚さ、形態の端子が挿入され、燃料電池発電装置の運転中（発電中）に、燃料電池スタックの外部に設けられた電圧測定手段によって各端子間の電圧が測定され、各構成物の過電圧と予め定められた閾値電圧との比較結果に基づいて、燃料電池スタックの各構成物の劣化状態が診断されるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明は、その好ましい一実施の形態において、燃料ガスが供給される燃料極層と酸化剤ガスが供給される空気極層と燃料極層及び空気極層の間に配設される固体電解質層とで構成される発電セルと、発電セルの両側に配置される空気極集電体及び燃料極集電体と、がセパレータを挟んで積層された燃料電池スタックと、燃料電池スタックの外部に設けられた電圧測定手段と、を少なくとも備える燃料電池発電装置において、燃料電池スタックの少なくとも１つの発電セルを含むユニットに対して、両端に配置されたセパレータに端子を接続すると共に、各々のセパレータと空気極集電体及び燃料極集電体との間や、空気極集電体及び燃料極集電体と発電セルとの間に所定のサイズ、厚み、形態の端子を挿入し、燃料電池発電装置の運転中に電圧測定手段を用いて上記端子間の電圧を測定し、各構成物の過電圧と実験データに基づいて予め設定した閾値電圧とを比較して、過電圧が閾値電圧を超えている場合にその構成物が劣化していると診断し、その診断結果に基づいて保守、点検を実行する。これにより、適切な時期に保守、点検を実施することができ、燃料電池発電装置を効率的に運転することができる。以下、その具体的構成について、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００３５】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置及び燃料電池スタックの劣化状態診断方法について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本実施例の燃料電池発電装置の構成を模式的に示す図である。また、図２は、燃料電池モジュール内の燃料電池スタックの具体的構成例を示す図であり、図３は、燃料電池モジュール内の１つの発電セルを含むユニットにおける端子の配置を具体的に示す図である。また、図４は、燃料電池スタックの各構成物の電圧（過電圧）の経時的な変化を示す実験データであり、図５は、本実施例の燃料電池発電装置を用いた燃料電池スタックの劣化状態の診断手順を示すフローチャート図である。
【００３６】
図１に示すように、本実施例の燃料電池発電装置１は、燃料ガス（都市ガスや天然ガス、ＬＰＧガスなどの炭化水素ガス）の流量と酸化剤ガス（酸素や空気など）の流量とに応じて直流出力電力を発生する燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３に酸化剤ガス（本実施例では空気とする。）を導入する空気ブロア６や空気供給配管などの空気供給系と、燃料電池スタック３に燃料ガスを導入する燃料ガス昇圧器７や燃料ガス供給配管などの燃料ガス供給系と、燃料電池モジュール２内に配設され、燃料ガス供給系から送られる炭化水素ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質器４と、燃料ガス供給系に水蒸気を導入する水移送ポンプ８や水蒸気発生器１０、水蒸気供給配管などの水蒸気供給系と、燃料電池スタック３内の各構成物の電圧（過電圧）を測定する電圧測定手段５ａと、燃料電池スタック３の温度を測定する温度測定手段（図示せず）と、電圧測定手段１１で測定した電圧や温度測定手段で測定した温度に基づいて燃料ガスや水蒸気、空気の流量制御などを行う制御部５と、燃料電池スタック３からの直流出力を交流出力に変換して交流電力を外部負荷に供給するインバータ（図示せず）などで構成されている。
【００３７】
また、燃料電池スタック３は、例えば、図２に示すように、固体電解質層１２の両面に燃料極層１３と空気極層１１とを配置した発電セル１４と、燃料極層１３の外側に配置した燃料極集電体１９と、空気極層１１の外側に配置した空気極集電体１８と、各集電体の外側に配したセパレータ１７とからなる単セル（ユニット）が縦方向に多数積層されて構成されている。
【００３８】
固体電解質層１２はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層１３はＮｉ、Ｃｏ等の金属又はＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層１１はＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３等で構成されている。また、燃料極集電体１９はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体１８はＡｇ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成されている。
【００３９】
また、セパレータ１７は、ステンレス等で構成され、空気極集電体１８側の面にはＡｇメッキ層が形成され、燃料極集電体１９側の面にはＮｉメッキ層が形成され、発電セル１４間を電気的に接続する。また、セパレータ１７は、発電セル１４に対してガスを供給する機能を有し、燃料ガスをセパレータ１７の外周面から導入して燃料極集電体１９に対向する面のほぼ中央部から吐出する燃料ガス通路と、酸化剤ガス（空気）をセパレータ１７の外周面から導入して空気極集電体１８に対向する面に吐出する酸化剤ガス通路とを備えている。
【００４０】
また、この燃料電池スタック３の両側にはステンレス等で形成された一対の端板１５、１６が配置されており、燃料電池スタック３の電力はこの上下一対の端板１５、１６を介して外部に取り出すことができるようになっている。
【００４１】
また、燃料電池スタック３は、発電セル１４の外周部にガス漏れ防止シールを設けないシールレス構造となっており、運転時には、燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路を通してセパレータ１７の略中心部から発電セル１４に向けて供給される燃料ガス及び酸化剤ガス（空気）を発電セル１４の外周方向に拡散させながら燃料極層１３及び空気極層１１の全面に良好な分布で行き渡らせて発電反応を生じさせると共に、発電反応で消費されなかった余剰ガス（高温排ガス）を発電セル１４の外周部からハウジング内に自由に放出するようになっており、ハウジングの内部空間に放出された排ガスは排気穴より燃料電池モジュール２外に排出されるようになっている。
【００４２】
なお、図２では、発電セル１４の両側に燃料極集電体１９及び空気極集電体１８が配置された構成を示しているが、燃料極集電体１９及び空気極集電体１８を配置しない構成に対しても、本発明を適用することができる。また、図２では、シールレス構造の燃料電池スタック３を示したが、燃料電池スタック３が隔壁によって密閉されるシール構造に対しても、本発明を適用することができる。
【００４３】
ここで、従来の燃料電池発電装置には、燃料電池スタック３の発電状態をモニタするために、所定の発電セル１４の両側に配置されるセパレータ１７の各々に電圧を測定するための端子がねじ止め等によって固定されているものはあるが、この構成では、セパレータ１７間の電圧が変化した場合に、その変化が発電セル１４で発生する電圧自体の変化に起因しているのか、セパレータ１７や空気極集電体１８、燃料極集電体１９等の状態変化による過電圧に起因しているのかを判別することができず、セパレータ１７や空気極集電体１８、燃料極集電体１９の劣化状態を診断することはできなかった。
【００４４】
上記構成物の状態変化について具体的に説明すると、空気極側のセパレータ１７はステンレスの表面にＡｇメッキ処理が施されているが、メッキの施工状態により表面にＡｇメッキのピンホールなどがあると、供給している空気中の酸素がピンホールから侵入し、Ａｇメッキ内部のステンレスと反応して酸化スケールが生じ、この反応が進行するとＡｇメッキ内部がふくれあがり、Ａｇメッキが徐々に剥がれてステンレスとの固着状態が悪化し、電気抵抗が増加する。また、燃料極側のセパレータ１７表面は水素を含む還元性雰囲気であり、ステンレス表面は酸化されにくい状態になっているが、発電を行うと水素が水蒸気に変化し、この水蒸気がステンレスの表面を酸化し、また、水蒸気と水素の混合ガスでは、水蒸気が水素と酸素に分離し、この酸素がセパレータ表面を酸化する可能性もある。また、発泡Ｎｉなどからなる燃料極集電体１９は高温での長期使用によってクリープ変形の可能性があり、この変形によって燃料極集電体１９と発電セル１４の燃料極層１３との接触不良が起こり、過電圧が上昇する場合もある。また、発泡金属にＡｇメッキを施して作製した空気極集電体１８はセパレータ１７と同様にＡｇメッキのピンホールにより過電圧が生じる可能性があり、燃料極集電体１９と同様にクリープ変形により接触不良によって過電圧が上昇する場合もある。
【００４５】
そこで、本実施例の燃料電池発電装置１では、燃料電池スタック３の各構成部品（特に、セパレータ１７や空気極集電体１８、燃料極集電体１９）の劣化状態を診断することができるようにするために、燃料電池スタック３の少なくとも一つの発電セル１４を含むユニットに対して、セパレータ１７に端子を接続すると共に、各構成部品間に所定のサイズ、厚み、形態の端子を挿入し、燃料電池スタック３の外部に設けた電圧測定手段５ａによって端子間の電圧を測定できるようにする。
【００４６】
具体的には、図３の左側に示すように、空気極側のセパレータ１７（図の上側のセパレータ）の側面にねじ止めなどによって端子２０ａ（請求項における第１の端子）を接続すると共に、セパレータ１７と空気極集電体１８との間（セパレータ１７と空気極集電体１８との間に接触抵抗を低減するための金属層（エキスパンドメタル１８ａと呼ぶ。）が配設される構成ではセパレータ１７とエキスパンドメタル１８ａとの間）の少なくとも一部に端子２１ａ（請求項における第２の端子）を挿入し、また、燃料極側のセパレータ１７の側面にねじ止めなどによって端子２０ｂ（請求項における第４の端子）を接続すると共に、セパレータ１７と燃料極集電体１９との間の少なくとも一部に端子２１ｂ（請求項における第５の端子）を挿入し、これらの端子と燃料電池スタック３の外部に設けた電圧測定手段５ａとの間を配線で接続し、電圧測定手段５ａによって、セパレータ１７間の電圧（端子２０ａと端子２０ｂとの間の電圧）を測定すると共に、セパレータ１７の過電圧（端子２０ａと端子２１ａとの間の電圧、又は、端子２０ｂと端子２１ｂとの間の電圧）を測定する。また、必要に応じて、空気極集電体１８と発電セル１４との間の少なくとも一部に端子２２ａ（請求項における第３の端子）を挿入し、燃料極集電体１９と発電セル１４との間の少なくとも一部に端子２２ｂ（請求項における第６の端子）を挿入し、空気極集電体１８の過電圧（端子２１ａと端子２２ａとの間の電圧）と燃料極集電体１９の電圧（端子２１ｂと端子２２ｂとの間の電圧）とを測定する。
【００４７】
または、図３の右側に示すように、空気極側のセパレータ１７の側面にねじ止めなどによって端子２０ａ（請求項における第１の端子）を接続すると共に、空気極集電体１８の側面にねじ止めなどによって端子２３ａ（請求項における第７の端子）を接続し、また、燃料極側のセパレータ１７の側面にねじ止めなどによって端子２０ｂ（請求項における第４の端子）を接続すると共に、燃料極集電体１９の側面にねじ止めなどによって端子２３ｂ（請求項における第８の端子）を接続し、これらの端子と燃料電池スタック３の外部に設けた電圧測定手段５ａとの間を配線で接続し、電圧測定手段５ａによって、セパレータ１７及び空気極集電体１８の過電圧（端子２０ａと端子２３ａとの間の電圧）、又は、セパレータ１７及び燃料極集電体１９の過電圧（端子２０ｂと端子２３ｂとの間の電圧）を測定する。
【００４８】
そして、電圧測定手段５ａで測定した電圧に基づいて、セパレータ１７や空気極集電体１８、燃料極集電体１９の劣化状態を診断する。例えば、図４に示すように、空気極側のセパレータ１７の過電圧（図の黒三角印）や燃料極側のセパレータ１７の過電圧（黒菱形印）は、時間の経過に伴って徐々に増加し、それに伴ってセル電圧（図４の白四角印）は徐々に低下することから、セパレータ１７の過電圧が所定の閾値を越えたら（例えば、図４の条件の場合は、空気極側のセパレータ１７の過電圧が３０ｍＶ、燃料極側のセパレータ１７の過電圧が５０ｍＶ以上となったら）、セパレータ１７が劣化したと判断する。また、空気極集電体１８の過電圧や燃料極集電体１９の過電圧も時間の経過に伴って徐々に増加することから、その値が閾値を越えたら空気極集電体１８や燃料極集電体１９が劣化したと判断する。また、セパレータ１７及び空気極集電体１８の過電圧、又は、セパレータ１７及び燃料極集電体１９の過電圧が閾値を越えた場合、セパレータ１７に比べて空気極集電体１８や燃料極集電体１９、エキスパンドメタル１８ａの過電圧は小さいと考えられることから、セパレータ１７が劣化したと判断する。この閾値は燃料電池スタック３の構造、各構成物の構造、材料、表面処理の方法などに応じて適宜設定することができる。
【００４９】
なお、燃料電池スタック３の各構成物間に挿入する端子（端子２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ）を厚くすると各構成物間に隙間が生じ接触状態が変化することから、これらの端子は薄くすることが好ましく、例えば、略０．１ｍｍ以下とすることができる。また、燃料電池スタック３では、セパレータ１７から供給される酸化剤ガスや燃料ガスを発電セル１４に供給する必要があることから、これらの端子は、酸化剤ガスや燃料ガスの流れを妨げないように、各構成物に部分的に接触するサイズ（例えば、１０ｍｍ角）のメッシュ状又は平板状にすることが好ましい。
【００５０】
また、これらの端子や、端子と電圧測定手段５ａとを接続する配線は、電気伝導度が大きく、耐熱性、耐酸化性があることが好ましく、例えば、鉄基合金、Ｎｉ基合金、Ｃｒ基合金、Ｃｏ基合金、貴金属（Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｒｄなど）を用いることができ、鉄基合金（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０等のステンレス）にメッキ（例えば、Ｎｉ下地メッキ上にＡｇメッキ）を施したものなどを用いることもできる。
【００５１】
また、端子と配線との間に起電力が発生しないように、端子と配線とは同じ材料で形成することが好ましいが、電圧の測定に支障がない限りにおいて、異なる材料を用いてもよい。また、配線の先端を圧延するなど、端子を配線の一部としてもよいし、端子と配線とを別々に作成し、これらを接続する構造としてもよい。
【００５２】
次に、上記構成の燃料電池発電装置１を用いた燃料電池スタック３の劣化状態の診断手順について、図５のフローチャート図を参照して説明する。
【００５３】
まず、ステップＳ１０１で、コールドスタンバイ状態（常温状態）において、制御装置のボタン操作などによって燃料電池発電装置１の起動が指示されると、制御部５は、燃料電池モジュール２を起動用のヒータやバーナにより加熱して、燃料電池スタック３を発電可能な温度まで昇温させる。
【００５４】
次に、ステップＳ１０２で、制御部５は、空気供給系を制御して、燃料電池スタック３に所定の流量の空気を供給し、引き続きステップＳ１０３で、燃料ガス供給系及び水蒸気供給系を制御して、燃料電池スタック３に所定の流量の燃料ガス及び水蒸気を供給する。  
【００５５】
次に、ステップＳ１０４で、制御部５は、温度測定手段を用いて燃料電池スタック３の温度を監視し、ステップＳ１０５で、燃料電池スタック３の温度と予め定められた温度とを比較し、所定の温度に達したらホットスタンバイ状態になったと判断して、ステップＳ１０６で、自動運転モードで発電を開始する。この自動運転モードは、例えば、ホットスタンバイ状態（出力０Ｗ）から燃料電池スタック３の温度を上げながら定格（例えば、出力３００Ｗ）まで徐々に取得電流を増加させる第１の運転パターンと、定格出力到達後、定格出力範囲内（例えば、出力３００〜１ＫＷ）において燃料電池スタック３の温度と出力を一定に保持する第２の運転パターンと、定格出力時に燃料電池スタック３の温度を下げながら徐々に取得電流を下げてホットスタンバイ状態（出力０Ｗ）に移行する第３の運転パターンなどで構成され、上記第２の運転パターンでは、取り出す電流を一定にした時の出力電圧が略一定の値になるように、制御部５は、温度測定手段を用いて燃料電池スタック３の温度を監視し、燃料電池スタック３の温度が所定温度範囲を超えた場合、制御部５は、燃料電池スタック３の温度を下げるように制御する。
【００５６】
ここで、従来は、高温部材の過電圧を適切に測定する手法はなく、発電中に燃料電池スタック３の各構成物の劣化状態を診断することができなかったため、定期的に燃料電池発電装置の運転を停止し、保守、点検を行わなければならず、効率的に燃料電池発電装置を運転することができないという問題があった。
【００５７】
これに対して、本実施例の燃料電池発電装置１では、ステップＳ１０７で、発電中に、電圧測定手段５ａでセパレータ１７に接続又は各構成物間に挿入した端子間の電圧を測定し、ステップＳ１０８で、制御部５は、測定した過電圧と図４に示すような実験データに基づいて設定された閾値電圧とを比較する。そして、測定した過電圧が閾値電圧を超過している場合には、対応する構成物が劣化していると判断し、ステップＳ１１１で、燃料電池発電装置１の発電を停止し、ステップＳ１１２で、その構成物を交換するなどの保守、点検を行う。これにより、燃料電池発電装置１を効率的に運転することができると共に、各構成物が劣化した状態で運転を続行することによって燃料電池スタック３が破損するといった不具合の発生を未然に防止することができる。
【００５８】
一方、ステップＳ１０８で、測定した過電圧が閾値電圧以下の場合は、ステップＳ１０９で、制御部５は、運転停止の指示を監視し、運転停止の指示があるまで同様の手順で定期的に端子間の過電圧を測定し、運転停止が指示されたら、ステップＳ１１０で、予め設定された流量パターンに従って燃料ガス、水蒸気及び空気の流量を徐々に減らして運転を停止させる。なお、ステップＳ１０７における電圧測定の間隔は特に限定されず、一定の間隔で測定してもよいし、過電圧が閾値電圧に近づいてきたら間隔を短くするようにしてもよい。
【００５９】
このように、本実施例の燃料電池発電装置１では、燃料電池スタックの少なくとも１つの発電セル１４とその両側の空気極集電体１８及び燃料極集電体１９とその両側のセパレータ１７とからなるユニットに対して、両側に配置されたセパレータ１７に端子２０ａ及び２０ｂを接続すると共に、セパレータ１７と空気極集電体１８及び燃料極集電体１９との間に端子２１ａ及び２１ｂを挿入し、必要に応じて空気極集電体１８及び燃料極集電体１９と発電セル１４との間に端子２２ａ及び２２ｂを挿入し、燃料電池発電装置１の運転中に、燃料電池スタック３の外部に設けた電圧測定手段５ａを用いて、これらの端子間の電圧（過電圧）を測定し、測定した過電圧と予め設定された閾値電圧とを比較することによって、燃料電池スタック３の各構成物、特にセパレータ１７や空気極集電体１８、燃料極集電体１９の劣化状態を確実に診断することができ、これにより燃料電池発電装置１を効率的に運転することができる。
【００６０】
なお、上記実施例では、炭化水素系の燃料ガスと水蒸気とを用いる燃料電池発電装置１について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、水素ガスと窒素ガスを用いる燃料電池発電装置１においても同様に適用することができる。また、上記実施例では、シールレスタイプの燃料電池発電装置１について記載したが、シールタイプの燃料電池発電装置１においても、同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池発電装置において特に有効であるが、固体高分子型燃料電池発電装置、リン酸型燃料電池発電装置、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置などの他の種類の燃料電池発電装置に対しても適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係る燃料電池スタックの具体的構成例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係る燃料電池スタックにおける端子の配置を具体的に示す図である。
【図４】本発明の一実施例における端子間の電圧（過電圧）の経時変化を示す実験データである。
【図５】本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置を用いた制御手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  燃料電池発電装置
２  燃料電池モジュール
３  燃料電池スタック
４  燃料改質器
５  制御部
５ａ  電圧測定手段
６  空気ブロア
７  燃料ガスブロア
８  水移送ポンプ
９  純水タンク
１０  水蒸気発生器
１１  空気極層
１２  固体電解質層
１３  燃料極層
１４  発電セル
１５、１６  端板
１７  セパレータ
１８  空気極集電体
１８ａ  エキスパンドメタル
１９  燃料極集電体
２０ａ、２０ｂ  端子
２１ａ、２１ｂ  端子
２２ａ、２２ｂ  端子
２３ａ、２３ｂ  端子
【図１】
2007335354.tif 000003
【図２】
2007335354.tif 000004
【図３】
2007335354.tif 000005
【図４】
2007335354.tif 000006
【図５】
2007335354.tif 000007