固体电解质型燃料电池制造技术

本发明专利技术的SOFC具有：多个固体电解质型燃料电池单电池(84)，配置在发电室(10)内；燃料供给单元(38)，向燃料电池单电池供给燃料；温度传感器(142)，测定发电室的温度(T1)；及控制部(110)，对应于要求发电量，根据燃料供给用控制特性变更燃料供给量，控制部具备：具有根据额定发电量的下限量及上限量而预先设定的适应性控制用的下限温度值(Ta)和上限温度值(Tb)的监控用温度区域；以及比适应性控制用温度区域的上限温度值(Tb)高的异常对应控制用上限温度值及比适应性控制用温度区域的下限温度值(Ta)低的异常对应控制用下限温度值，控制部具备：异常对应控制部，通过在发电室的温度(T1)比上限温度值(Tb)高时及比下限温度值(Ta)低时限制燃料电池的运行，来执行异常对应控制；以及适应性控制部，当发电室的温度(T1)超过下限温度值(Ta)或上限温度值(Tb)而处于温度区域之外时，通过根据来自温度测定传感器的温度信号修正燃料供给量，将发电室的温度(T1)保持于温度区域内，而执行适应性控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种固体电解质型燃料电池，尤其涉及能够对应于要求发电量来变更发电输出值的固体电解质型燃料电池。
技术介绍
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)，并在较高的温度下发生发电反应从而进行发电的燃料电池。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，热能传递给燃料、SOFC及氧化剂等，使用于使它们的温度上升。以往的SOFC通常在将发电输出保持为一定的状态下进行运行，但是将SOFC设置于夜间几乎没有供电需求的设施、昼夜的供电需求较大地变化的设施等时，需要根据要求发电量使发电输出值变化。专利文献1中提出有如下S0FC，根据该要求发电量使发电输出值变化时，通过控制SOFC以防止SOFC的反应温度急剧地变化，而在短期间内使SOFC的工作状态稳定。S卩，在该专利文献1的SOFC中，通过控制氧化剂供给量及氧化剂温度的一方或双方，使SOFC的反应温度T与发电输出变更前的SOFC的反应温度TO满足 "T0-10彡T彡T0+10”，从而防止SOFC的反应温度急剧地变化。专利文献1 日本国特开2003-115315号公报如上述的专利文献1那样，由于将SOFC的反应温度T保持于以发电输出变更前的反应温度TO为中心的规定范围(士 10°C)内与只是适当控制SOFC的各种运行参数而使 SOFC运行条件最佳化时相比，能够在短时间内使SOFC稳定，因此其自身是有用的技术。然而，使SOFC产品化时，SOFC的燃料电池单电池是具备多层不同材料的陶瓷制品，因此，稳定地制作设置在1台SOFC中的几十个、几百个燃料电池单电池的每1根在成型、烧成方面极为困难。而且，在各燃料电池单电池中发生材料的组成不均、形状稍稍翘曲。 其结果，在燃料电池单电池中产生个体差异，由此，存在如下问题，在这种具备很多燃料电池单电池的SOFC这样的装置(系统)间也产生较大的个体差异。但是，考虑这种不确定的个体差异，以不对燃料电池单电池给予较大损伤的方式，对SOFC进行运行控制是极为困难的。具体为，根据要求发电量使发电输出值变化而进行负荷跟踪时，例如在要求发电量降低时，需要使燃料供给量降低从而抑制不必要的能量消耗，但是此时，需要根据由在开发阶段得到的实验值而预先生成的燃料供给控制特性，进行使燃料供给量正确地降低的控制。但是，进行负荷跟踪时，由于上述的燃料电池单电池自身所具有的不确定的个体差异， 发电反应不会如希望的那样来进行，有时燃料电池单电池的温度在控制上会脱离合适于所希望的发电反应的温度区域。在这种不理想的状态下(合适的温度区域外)进行发电反应时，在燃料电池单电池上施加较大的负担，存在燃料电池单电池的耐久性降低这样的问题。 为了进行产品化，必须解决这种SOFC特有的问题。而且，作为SOFC从最适合于发电反应的温度区域脱离的主要原因，外气变为异常的低温或高温时、变为异常的高湿度或干燥状态时，也从燃料的燃烧状态、重整状态所希望的稳定状态偏离，由此，还存在如下问题，燃料电池单电池的温度从合适的温度区域脱离， 燃料电池单电池的耐久性降低。在专利文献1的SOFC中，在发电输出的变化前和变化后，能够抑制燃料电池单电池的温度急剧变动，但是无法完全解决所有上述的新课题。具体为，专利文献1的SOFC无论如何是通过使反应变化后的温度T从输出电力变更前的反应温度TO变化不超过士 10度， 来防止反应温度的急剧变化。因此，由于现在的反应温度T在发电输出变更后变更至T0，因此燃料电池单电池的温度区域逐渐偏离。如此，即使专利文献1的SOFC通过防止瞬间的温度变化，而能够防止伴随着温度急剧变化的对燃料电池单电池的损伤，也无法保持最适合于发电反应的温度区域。其结果，在专利文献1的专利技术中，即使想要根据燃料供给控制特性正确地进行控制，也因为燃料电池单电池的个体差异，反应温度逐渐从最适合于发电反应的温度区域偏离，最终，使燃料电池单电池的耐久性降低，因此，无法解决上述的问题。艮口， 专利文献1的SOFC无法解决本专利技术人发现的由于上述的燃料电池单电池的个体差异，燃料电池单电池的温度从理想的温度区域偏离这样的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述的新课题而进行的，目的在于提供一种固体电解质型燃料电池(SOFC)，在根据要求发电量变更发电输出而进行负荷跟踪时，即使存在燃料电池单电池的个体差异、较大的外气环境的变化等，也能够通过进行适应性控制，来吸收燃料电池单电池的个体差异、外气环境的变化，使反应温度保持最适合于发电反应的温度区域从而发挥所期待的性能，而且，防止燃料电池单电池的耐久性降低。为了达成上述目的，本专利技术是一种能够对应于要求发电量来变更发电输出值的固体电解质型燃料电池，其特征在于，具有多个固体电解质型燃料电池单电池，配置在发电室内；燃料供给装置，向多个固体电解质型燃料电池单电池供给燃料；温度测定器，测定发电室的温度(Tl)；及控制装置，对应于要求发电量，根据预先确定的燃料供给用控制特性至少变更燃料供给装置的燃料供给量，控制装置具备具有根据固体电解质型燃料电池的额定发电量的下限量及上限量而预先设定的适应性控制用的下限温度值(Ta)和上限温度值(Tb)的监控用温度区域；以及比适应性控制用温度区域的上限温度值(Tb)高的异常对应控制用上限温度值及比适应性控制用温度区域的下限温度值(Ta)低的异常对应控制用下限温度值，控制装置具备异常对应控制装置，通过在发电室的温度(Tl)比异常对应控制用上限温度值高时及比异常对应控制用下限温度值低时限制燃料电池的运行，来执行异常对应控制；以及适应性控制装置，当发电室的温度(Tl)超过适应性控制用的下限温度值 (Ta)或上限温度值(Tb)而处于温度区域之外时，通过根据来自温度测定器的温度信号修正燃料供给量，将发电室的温度(Tl)保持于温度区域内，而执行适应性控制。在如此构成的本专利技术中，控制装置具备如下温度区域，其具有根据固体电解质型燃料电池的额定发电量的下限量及上限量而预先设定的适应性控制用的下限温度值和上限温度值，而且，即使在根据燃料供给用控制特性供给燃料时，也由于燃料电池单电池的个体差异，而导致发电室温度超过上限温度值或下限温度值而处于温度区域之外时，适应性控制装置根据来自温度测定器的温度信号修正燃料供给量，将发电室温度保持于温度区域内。其结果，根据本专利技术，由于即使燃料电池单电池存在个体差异而使发电室温度发生变化，也始终将发电室温度保持于温度区域内，因此可以有效地进行发电反应。而且，在本专利技术中，虽然有时由于外气温度、湿度较大地变化，而使燃烧状态、重整状态发生变化从而导致发电室温度处于温度区域之外，但是通过为了吸收燃料电池单电池的个体差异而执行的适应性控制，可吸收这种外气环境的较大变化，从而保持理想的发电室的温度范围。而且，由于本专利技术的适应性控制是以将发电室温度保持在具有下限温度值和上限温度值的温度区域内的方式修正燃料供给量这样简单的控制，因此不必进行复杂的控制， 可简单且极为有效地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：土屋胜久，中野清隆，重住司，大江俊春，川村昌之，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：发明
国别省市：