(57)【要約】【課題】凝縮器、蒸発器や水タンクを必ずしも必要とすることなく、外部負荷の変動に対する応答性を高め、かつ、長寿命化を図る。【解決手段】外部負荷の要求出力に応じた流量の燃料ガス及び空気を互いに分離して流通させることによる発電を行う複数の固体電解質型燃料電池スタックを有しており、それらのうちの一の固体電解質型燃料電池スタックを流通して排出された水分を含む燃料オフガスを、他の固体電解質型燃料電池スタックに返戻するためのガス返戻路を配設し、かつ、各ガス返戻路に、これらを流通する燃料オフガスの流量を増減調整するための流量調整器を配しており、外部負荷の要求出力に対応する水分の流量を算出する水分量算出手段Ｃ３と、算出した水分の流量を各固体電解質型燃料電池スタックに返戻するように、流量調整器４０〜４２を介して燃料オフガスの送給流量を増減させる燃料オフガス送給手段Ｃ４とを有する。【選択図】図２
2010113867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部負荷の要求出力に応じた流量の燃料ガス及び空気を互いに分離して流通させることによる発電を行う複数の固体電解質型燃料電池スタックを有しているとともに、それらのうちの一の固体電解質型燃料電池スタックを流通して排出された水分を含む燃料オフガスを、他の固体電解質型燃料電池スタックに返戻するためのガス返戻路を配設し、かつ、各ガス返戻路に、これらを流通する燃料オフガスの流量を増減調整するための流量調整器を配した燃料電池システムであって、
上記外部負荷の要求出力に対応する水分の流量を算出する水分量算出手段と、
算出した水分の流量を各固体電解質型燃料電池スタックに返戻するように、流量調整器を介して燃料オフガスの送給流量を増減させる燃料オフガス送給手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
複数の固体電解質型燃料電池スタックどうしを燃料オフガスの排出経路に沿って直列に配列し、排出経路の上流側に位置する固体電解質型燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを、相対的に排出経路の下流側に位置する固体電解質型燃料電池スタックに送給するためのガス返戻路を配設してい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。
【請求項３】
排出経路の最下流側に配列されている固体電解質型燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを、最上流側に配列されている固体電解質型燃料電池スタックに返戻するためのガス返戻路を配設していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
各固体電解質型燃料電池スタック毎に、他の固体電解質型燃料電池スタックに向けて燃料オフガスを返戻するためのガス返戻路を配設していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
各ガス返戻路に、これらのガス返戻路を流通する燃料オフガスの一部を流通経路外に排出するためのガス排出器を配しており、
ガス排出器を介して、他の固体電解質型燃料電池スタックに向けて返戻送給する燃料オフガスの残余のものを排出させる残余ガス排出手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
水分量算出手段は、各固体電解質型燃料電池スタックに向けてそれぞれ返戻送給する水分の流量を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
要求出力の増減に応じて、いずれかの固体電解質型燃料電池スタックを選択するスタック選択手段を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
スタック選択手段は、要求出力の増加に応じた出力となるように固体電解質型燃料電池スタックを組み合わせて選択することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
いずれかの固体電解質型燃料電池スタックにおけるカーボン析出を予測する析出予測手段を有しており、
燃料オフガス送給手段は、析出予測手段により予測された固体電解質型燃料電池スタックに返戻送給する燃料オフガスの流量を増加させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料オフガス送給手段は、カーボンの析出が予測された固体電解質型燃料電池スタックの出力を補うように、他の固体電解質型燃料電池スタックに返戻送給する燃料オフガスの送給流量を増加させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
各固体電解質型燃料電池スタックの出力を検知する出力検知器が設けられているとともに、その出力検知器を介して、各固体電解質型燃料電池スタックの出力低下を検知する出力低下検知手段を有しており、
出力低下検知手段により、いずれかの固体電解質型燃料電池スタックの出力低下を検知したときには、当該固体電解質型燃料電池スタックの出力低下を補うように、他の固体電解質型燃料電池スタックへの燃料ガスと燃料オフガスの送給流量をそれぞれ増加させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
出力低下検知手段は、出力低下を検知した固体電解質型燃料電池スタックの上流側に配列されている他の固体電解質型燃料電池スタックに対する燃料ガスと燃料オフガスの送給流量を増加させることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の固体電解質型燃料スタックを有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムとして特許文献１に開示された構成のものがある。
特許文献１に記載されている燃料電池システムは、酸化物透過型の電解質を有する燃料電池部および燃料を改質した改質ガスを前記燃料電池部に供給する燃料改質部を単位ユニットとする複数の単位ユニットと、この単位ユニットの燃料電池部からの排出ガスおよび前記燃料を、他の単位ユニットの燃料改質部へ導くガス配管部と、前記排出ガスから水または水蒸気を分離する水分離機構と、この分離した水または水蒸気を前記単位ユニットの前記燃料改質部へ導く水配管部とを有することを特徴としたものである。
【特許文献１】特開２００４−６３３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載のものでは、水は最後段でのみ回収しているため、各段のスタックの間に水の量がかなり溜まり、燃料極が酸化される可能性がある。また、負荷変動時に、必要な水の量だけに関する制御をしていない。
【０００４】
そこで本発明は、凝縮器、蒸発器や水タンクを必ずしも必要とすることなく、負荷の変動に伴って必要な水蒸気を確保できる燃料電池システムの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明は、外部負荷の要求出力に応じた流量の燃料ガス及び空気を互いに分離して流通させることによる発電を行う複数の固体電解質型燃料電池スタックを有しているとともに、それらのうちの一の固体電解質型燃料電池スタックを流通して排出された水分を含む燃料オフガスを、他の固体電解質型燃料電池スタックに返戻するためのガス返戻路を配設し、かつ、各ガス返戻路に、これらを流通する燃料オフガスの流量を増減調整するための流量調整器を配した燃料電池システムであって、外部負荷の要求出力に対応する水分の流量を算出する水分量算出手段と、算出した水分の流量を各固体電解質型燃料電池スタックに返戻するように、流量調整器を介して燃料オフガスの送給流量を増減させる燃料オフガス送給手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、凝縮器、蒸発器や水タンクを必ずしも必要とすることなく、外部負荷の変動に対する水分送給の応答性を高めることができるとともに、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図２は、その燃料電池システムの一部をなす演算・制御ユニットの機能を示すブロック図である。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る燃料電池システムＡ１は、炭化水素系燃料を貯留する燃料タンク１０、三つの燃料電池Ｂ１〜Ｂ３、コンプレッサ、燃料ポンプ（いずれも図示しない）、改質器２０、及び演算・制御ユニットＣの他、燃料電池Ｂ１〜Ｂ３毎に設けられた酸素分圧計３１、電流計３２、温度計３３、流量計３４、流量調整器４０〜４５等を有して構成されている。
【０００９】
コンプレッサは、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に空気を送給するためのものであり、また、燃料ポンプは、燃料タンク１０に貯留されている炭化水素燃料を各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給するためのものである。
これらコンプレッサと燃料ポンプは、詳細を後述する機能を有する演算・制御ユニットＣの配下にあって駆動制御されるようになっている。
【００１０】
酸素分圧計３１は、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に返戻される燃料オフガスの酸素分圧を計測するものであり、それら燃料電池Ｂ１〜Ｂ３にそれぞれ配設されている。
この酸素分圧計３１で計測された酸素分圧値は、演算・制御ユニットＣに入力されるように配線されている。
【００１１】
電流計３２は、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３の後記する固体電解質型燃料電池スタック（以下、たんに「スタック」という。）の出力電流を計測するものである。なお、電流計に代えて電圧計を採用することもできる。
【００１２】
温度計３３は、各スタック２１〜２３の温度を計測するものであり、計測した温度データは演算・制御ユニットＣに入力されるように配線されている。
流量計３４は、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給される燃料ガスの流量を計測するものであり、計測した燃料ガスの流量は、演算・制御ユニットＣに入力されるように配線されている。
【００１３】
本実施形態に示す燃料電池Ｂ１〜Ｂ３は、それぞれ複数のセルユニット（図示しない）を互いに間隙をもって積層してなるスタック２１〜２３を、ケース２４に収容した構成のものである。
【００１４】
これらの燃料電池Ｂ１〜Ｂ３、従ってまた、三つのスタック２１〜２３は、燃料オフガスの排出経路に沿って直列に配列されている。このように配列することにより、簡素な構造にすることができる。
また、本実施形態においては、燃料電池Ｂ１〜Ｂ３を互いに同一構造のものを例として説明するが、互いに異なる構造の燃料電池を組み合わせることもできる。
【００１５】
スタック２１〜２３内外には、モータ等の外部負荷の要求出力に応じた量の燃料ガス及び空気が互いに分離して流通され、これにより発電を行うようにしたものである。
「間隙」は、隣接する他のセルユニットとの間に燃料ガスを流通させるためのものである。
【００１６】
ケース２４は、平面視円形にした底壁２４ａと上壁２４ｂの全周にわたり周壁２４ｃを囲繞形成した気密性を有する円筒形のものである。
図１においては、燃料電池Ｂ１のみに、底壁２４ａ，上壁２４ｂ，周壁２４ｃに対応する符号を付して、他の燃料電池Ｂ２，Ｂ３については符号を省略している。
【００１７】
上記周壁２４ｃには、ケース２４内に燃料ガスを導入するための第一のガス導入口２５、後述する燃料オフガスをケース２４内に導入するための第二のガス導入口２６、及び当該ケース２４から燃料オフガスを排出するためのガス排出口２７が開口形成されている。
【００１８】
隣り合う燃料電池Ｂ１，Ｂ２、Ｂ２，Ｂ３、及び燃料電池Ｂ３と燃料電池Ｂ１の第二のガス導入口２６とガス排出口２７との間には、ガス返戻路としての返戻パイプ５０〜５２が連結されており、それら返戻パイプ５０〜５２には、それぞれ流量調整器４０〜４２が配されている。
【００１９】
本実施形態においては、燃料電池Ｂ１のガス排出口２７から排出された燃料オフガスが、燃料電池Ｂ２に、また、燃料電池Ｂ２のガス排出口２７から排出された燃料オフガスが、燃料電池Ｂ３に、さらに、燃料電池Ｂ３のガス排出口２７から排出された燃料オフガスが、燃料電池Ｂ１にそれぞれ返戻されるように上記返戻パイプ５０〜５２が配設されている。
すなわち、排出経路の最も最上流側と最も下流側に配列されているスタック２１，２３間に返戻パイプ５２が配設されている。
【００２０】
流量調整器４０〜４２は所謂方向制御弁であり、返戻パイプ５０〜５２を流通する燃料オフガスの流量を増減調整するとともに、その燃料オフガスの一部を流通経路外に排出する機能を有するものであり、演算・制御ユニットＣによって駆動制御されるようになっている。
すなわち、流量調整器４０〜４２は、ガス返戻パイプ５０〜５２を流通する燃料オフガスの一部を流通経路外に排出するためのガス排出器としての機能を併有しているものである。
【００２１】
６０は、燃料ガスを各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に向けて送給するためのガス送給路であり、これの一端部が改質器２０に、また、他端部が燃料電池Ｂ３にそれぞれ接続されている。
６１，６２は、ガス送給路５０から燃料電池Ｂ１，Ｂ２に向けて燃料ガスを分流するための分流路であり、それら分流路６１，６２には流量調整部４３，４４が配設され、また、ガス送給路６０の終端部には流量調整部４５がそれぞれ配設されている。
流量調整部４３〜４５は、燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給する燃料ガスの流量を増減制御するものであり、演算・制御ユニットＣの配下にあって駆動制御されるように配線されている。
【００２２】
演算・制御ユニットＣは、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、インターフェース回路等からなるコントローラ７０と、ハードディスク，半導体メモリ等からなる記憶部７１とを有するものである。
記憶部７１に記憶されている本燃料電池システムに用いるプログラムの実行により、下記の各機能を発揮する。
【００２３】
演算・制御ユニットＣは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインターフェース回路等からなるものであり、所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
（１）外部負荷の要求出力に対応する燃料ガスの送給流量を算出する機能。これを「燃料送給量算出手段Ｃ１」という。
具体的には、増減する外部負荷の要求出力に対応して、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給すべき燃料ガスの送給流量を算出する。
スタックに返戻された水分量は、スタックの酸素分圧ＰＯ２の値を測定することにより増減調整する。
すなわち、酸素分圧ＰＯ２の値が所定値の場合はそのまま運転を継続し、ＰＯ２の値＞所定値の場合は水分の返戻流量（燃料ガスの返戻流量）を減らし、ＰＯ２の値＜所定値の場合は水分の返戻流量を増やす。その際に出力値に過不足が発生すれば、燃料ガスの供給流量を再算出して、燃料供給流量を増減させる。
【００２４】
（２）算出した燃料ガスの送給流量に基づいて、流量調整器４３〜４５を介して、燃料タンク１０に貯留されている炭化水素系燃料を各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給させる機能。これを「燃料送給手段Ｃ２」という。
すなわち、流量調整器４３〜４５によって、燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給する燃料ガスの流量を増減している。
【００２５】
（３）外部負荷の要求出力に基づいて、その要求出力に対応する水分の流量を算出する機能。この機能を「水分量算出手段Ｃ３」という。
換言すると、各スタック２１〜２３に向けてそれぞれ返戻送給する燃料オフガスの送給流量を算出している。
具体的には、外部負荷の要求出力が増加すると、これに応じて各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給する燃料ガスの流量が増加するが、その燃料ガスの流量増加によって、燃料極にカーボン析出が生じない水分の流量を算出するのである。
燃料ガスの流量と水分の流量量との関係、すなわち、燃料ガスの流量と返戻すべき燃料オフガスの流量の関係は、上記した記憶部７１にルックアップテーブル（図示しない）として記憶しておき、そのルックアップテーブルを参照して、各スタック２１〜２３に向けてそれぞれ返戻する燃料オフガスの送給流量を算出している。
本実施形態において「水分」とは、水と水蒸気の双方を含む概念のものである。なお、算出する水分流量は、炭化水素系燃料の種類によって異なる。
【００２６】
（４）流量調整器４０〜４２を介して、算出した水分の流量を各スタックに返戻送給するように、燃料オフガスの送給流量を増減させる機能。これを「燃料オフガス送給手段Ｃ４」という。
【００２７】
（５）ガス排出器としての流量調整器４０〜４２を介して、他の燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に返戻送給する燃料オフガスの残余のものを排出させる機能。これを「残余ガス排出手段Ｃ５」という。
【００２８】
（６）要求出力の増減に応じて、いずれかのスタックを選択する機能。これを「スタック選択手段Ｃ６」という。
例えば、要求出力の増加に応じた出力となるように、複数のスタックを組み合わせて選択する。具体的には、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３の出力を勘案して、要求出力を満たすように、燃料電池Ｂ１〜Ｂ３の一つ又は二つ以上の組み合わせを選択する。
この場合、燃料電池Ｂ１〜Ｂ３の各出力と、それらの出力を組み合わせた対応関係をルックアップテーブルとして記憶部７１に予め記憶させておく。
【００２９】
また、選択する順序を予め定めておいてもよい。例えば、排出経路に沿う最上流側のスタック（燃料電池）から、当該下流側のものにかけて順次選択するようにしてもよい。
なお、要求出力の増減に関わらず、全てのスタックを同時に駆動するようにしてもよい。
【００３０】
（７）いずれかのスタックにおけるカーボン析出を予測する機能。これを「析出予測手段Ｃ７」という。
すなわち、起動時に温度上昇の悪いスタックがある場合には、そのスタックにカーボン析出が予測されるために、そのスタックに返戻送給する水分の流量、すなわち、燃料オフガスの返戻流量を増加させる。
一般的に、スタックの温度が低い場合は、炭素析出がしやすい傾向があるため、スタックの温度と水分量を検知することにより、炭素析出の可能性について予測できる。
【００３１】
具体的には、温度計３３により起動時のスタックの温度上昇を測定し、その上昇率と予め設定した所定の上昇率と比較することにより行っている。
この場合、「所定の上昇率」については、上記した記憶部７１に予め記憶しておく。
なお、返戻する水分の流量を増やすためには、温度上昇の悪いスタックの排出経路の上流側のスタックからの燃料オフガスの流量を増加してもよく、また、全てのスタックからの燃料オフガスの排出流量を増加してもよい。
【００３２】
すなわち、燃料送給量算出手段Ｃ１は、カーボン析出が予測されたスタックの出力を補うように、他のスタックに送給する燃料ガスの送給流量を算出する。
燃料オフガス送給手段Ｃ４は、カーボン析出が予測されたスタックの出力を補うように算出した他のスタックに送給する燃料ガスの流量に対応する燃料オフガスの返戻流量を増加させる。
【００３３】
（８）各スタックの出力低下を検知する機能。これを「出力低下検知手段Ｃ８」という。
具体的には、出力検知器である電流計３２によって燃料電池Ｂ１〜Ｂ３の出力電流を測定することにより、スタックの出力低下を検知する。
出力低下検知手段Ｃ８により、いずれかのスタックの出力低下を検知したときには、燃料送給手段Ｃ２は、当該スタックの出力低下を補うように、他のスタックへの燃料ガスと燃料オフガスの送給量をそれぞれ増加させる。
【００３４】
以上の構成からなる燃料電池システムの動作について、図３，４を参照して説明する。図３は、負荷変動に対して、全ての燃料電池の出力を高める場合を示すフローチャート、図４は、負荷変動に対して、一つの燃料電池の出力を高める場合を示すフローチャートである。
【００３５】
＜全ての燃料電池の出力を高める場合＞
ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下同様。）：要求出力が増加すると、これに対応して、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に送給する燃料ガスの流量を増加する。これにより、各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３の出力が増加する。
【００３６】
ステップ２：各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３のスタック２１〜２３の温度を検知するとともに、Ｓ／Ｃの値を算出する。
スタックの温度、燃料量、水分の流量が分かれば、燃料電池に炭素析出をさせないためのＳ／Ｃ値（Ｈ２Ｏ量／炭化水素量の比率）が経験によって分かっているため、必要な水分の流量を算出できる。
ステップ３：水分の流量の過不足があるか否かを判定し、その流量が足りると判定したときにはステップ４に進み、そうでなければステップ５に進む。
ステップ４：定常運転を継続する。
ステップ５：全てのスタックへの燃料オフガスの返戻送給流量を増減調整する。
【００３７】
＜一つの燃料電池の出力を高める場合＞
ステップ１（図中、「Ｓａ１」と略記する。以下同様。）：要求出力が増加すると、これに対応して、例えば燃料電池Ｂ１に送給する燃料ガスの流量を増加する。これにより、その燃料電池Ｂ１の出力が増加する。
【００３８】
ステップ２：各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３のスタック２１〜２３の温度を検知するとともに、Ｓ／Ｃの値を算出する。
スタックの温度、燃料量、水分の流量が分かれば、燃料電池に炭素析出をさせないためのＳ／Ｃの値（Ｈ２Ｏ量／炭化水素量の比率）が経験によって分かっているため、必要な水分の流量を算出できる。
ステップ３：水分の流量の過不足があるか否かを判定し、その流量が足りると判定したときにはステップ４に進み、そうでなければステップ５に進む。
ステップ４：定常運転を継続する。
ステップ５：他のスタックへの燃料オフガスの返戻送給流量を増減調整する。
【００３９】
次に、図５，６を参照して、一のスタックの温度が上昇しない場合と、一のスタックにカーボン析出が検知された場合について説明する。図５は、一のスタックの温度が上昇しない場合を示すフローチャート、図６は、一のスタックにカーボン析出が検知された場合を示すフローチャートである。
【００４０】
＜一のスタックの温度が上昇しない場合＞
ステップ１（図中、「Ｓｂ１」と略記する。以下同様。）：各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３に配設した温度計３３によって測定した温度に基づいて、いずれかのスタックの温度が所定の温度に達したか否かを判定し、当該温度が所定の温度に達しないと判定したときには、ステップ２に進む。このステップは、謂わばスタック温度判定手段である。
「所定の温度」は、例えば起動温度である７００度であり、この温度に達しないときに、水分の流量を増加させると、炭素の析出が生じない。このような基準温度は、炭化水素系燃料の種類に応じて予め記憶部７１に記憶させておく。
【００４１】
ステップ２：各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３のスタック２１〜２３の温度、燃料の種類、燃料ガスの流量、Ｓ／Ｃの値をそれぞれ算出する。
ステップ３：各燃料電池Ｂ１〜Ｂ３のスタック２１〜２３の温度、燃料の種類、燃料ガスの流量、Ｓ／Ｃの値に基づいて、カーボン析出の可能性について判定し、当該可能性があると判定すればステップ４に進み、そうでなければステップ５に進む。
【００４２】
ステップ４：当該スタックの上流側のスタックへの燃料オフガスの返戻送給流量を増加させて、ステップ６に進む。
ステップ５：定常運転を継続する。
【００４３】
ステップ６：当該スタックの温度が所定の温度に達したか否かを判定し、当該スタックの温度が所定の温度に達したと判定したときにはステップ７に進み、そうでなければステップ２に戻る。
ステップ７：当該スタックの上流側のスタックへの燃料オフガスの返戻送給流量を元に戻す。
【００４４】
＜一のスタックにカーボン析出が検知された場合＞
ステップ１（図中、「Ｓｃ１」と略記する。以下同様。）：いずれかのスタックに炭素析出（カーボン析出）が検知されたか否かを判定し、炭素析出が検知されと判定したときには、ステップ２に進む。
【００４５】
ステップ２：当該スタックの上流側のスタックへの燃料オフガスの返戻送給流量を増加させて、ステップ３に進む。
ステップ３：当該スタックの上流側のスタックへの燃料オフガスの返戻送給流量を増加させて、ステップ４に進む。
ステップ４：当該スタックの出力が増加したか否かを判定し、当該スタックの出力が増加したと判定すればステップ５に進み、そうでなければステップ２に戻る。
ステップ５：当該スタックの上流側のスタックへの燃料ガスの送給流量と、燃料オフガスの返戻送給流量をそれぞれ元に戻す。
【００４６】
以上詳述した一実施形態に係る燃料電池システムによれば、次の効果を得ることができる。
・凝縮器、蒸発器や水タンクを必ずしも必要とすることなく、外部負荷の変動に対する応答性を高めることができるとともに、長寿命化を図ることができる。
・各ガス返戻路に、これらのガス返戻路を流通する燃料オフガスの一部を流通経路外に排出するためのガス排出器を配し、そのガス排出器を介して、他の固体電解質型燃料電池スタックに向けて返戻送給する燃料オフガスの残余のものを排出させているので、次の効果を得ることができる。
【００４７】
（ａ）すなわち、燃料オフガス中には水蒸気等の水分を多く含んでいる。燃料オフガスの一部を経路外に排出すると、スタックや返戻パイプ等の破損とともに、燃料極の水分による酸化を防止できる。
すなわち、排出しない場合は、ガス溜まりによってスタック内の圧力がどんどん上がり、スタック、パイプ等が破損する場合があり、また水蒸気等の水分の濃度が上がると、燃料電池の燃料極（Ｎｉはよく使われている）はその水分によって酸化されやすい。
（ｂ）さらに、燃料オフガスは返戻循環されていくうちに、スタック中の水分がどんどん溜まっていくため、燃料極が酸化される酸素分圧領域に入ると、燃料オフガスの循環量を減らす作業が必要になるが、その作業を行う必要がない。
【００４８】
（ｃ）要求出力の増減に応じて、いずれかの固体電解質型燃料電池スタックを選択することにより、制御性、追従性をより向上させることができる。
（ｄ）カーボン析出が予測された固体電解質型燃料電池スタックに返戻送給する燃料オフガスの流量を増加しているので、当該固体電解質型燃料電池スタックの出力が低下することを防止できる。
（ｅ）カーボンの析出が予測された固体電解質型燃料電池スタックの出力を補うように、他の固体電解質型燃料電池スタックに返戻送給する燃料オフガスの送給流量を増加させているので、要求出力の増加に対応することができる。
（ｆ）いずれかの固体電解質型燃料電池スタックの出力低下を検知したときには、当該固体電解質型燃料電池スタックの出力低下を補うように、他の固体電解質型燃料電池スタックへの燃料ガスと燃料オフガスの送給流量をそれぞれ増加させているので、要求出力の増加に対応することができる。
【００４９】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上述した実施形態においては、三つの燃料電池を例として説明したが、二つ又は四つ以上の燃料電池でもよいことは勿論である。
【００５０】
・上述した実施形態においては、三つの燃料電池を、燃料オフガスの排出経路に沿って直列に配列した例について説明したが、一の固体電解質型燃料電池スタックの排出側の返戻路を二つ以上の分岐して、その分岐路にそれぞれ固体電解質型燃料電池スタックを配列した構成にしてもよい。
また、一の固体電解質型燃料電池スタックを流通して排出された燃料オフガスを、他の複数の固体電解質型燃料電池スタックに返戻するように配列してもよい。
【００５１】
・上述した実施形態においては、三つの燃料電池について、それぞれ複数のセルユニットを互いに間隙をもって積層してなるスタックを、一つのケースに収容した構成のものを例として説明したが、一つのケースに複数のスタックを収容した構成のものであってもよい。
【００５２】
・上述した実施形態においては、単一の演算・制御ユニットにより既述した各機能を実現した例について説明したが、複数のコントローラユニットにより、従ってまた、本燃料電池を統制する複数のコンピュータにより分散処理するようにしてもよい。
・上述した実施形態においては、ガス排出器と流量調整器を一体のものを例として説明したが、別体のものを採用してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】同上の燃料電池システムの一部をなす演算・制御ユニットの機能を示すブロック図である。
【図３】負荷変動に対して、全ての燃料電池の出力を高める場合を示すフローチャートである。
【図４】負荷変動に対して、一つの燃料電池の出力を高める場合を示すフローチャートである。
【図５】一のスタックの温度が上昇しない場合を示すフローチャートである。
【図６】一のスタックにカーボン析出が検知された場合を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
２１〜２３          固体電解質型燃料電池スタック
４０〜４２          流量調整器
４０〜４２          ガス排出器としての流量調整器
５０〜５２          ガス返戻路
Ｃ２                燃料送給手段
Ｃ３                水分量算出手段
Ｃ４                燃料オフガス送給手段
Ｃ５                残余ガス排出手段
Ｃ６                スタック選択手段
Ｃ７                析出予測手段
Ｃ８                出力低下検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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