(57)【要約】【課題】燃料電池の劣化を抑制するとともに、熱自立を損なうことがなく、発電出力の変化に追従した燃料供給量の補正を行うことを可能にする。【解決手段】燃料電池システム１０の運転方法は、少なくとも燃料電池スタック２８の現在出力値、前記燃料電池スタック２８のＡ／Ｆ値、及び前記燃料電池スタック２８の温度を測定する工程と、少なくとも前記現在出力値、前記Ａ／Ｆ値又は前記温度のいずれかに基づいて、前記燃料電池スタック２８に供給する燃料ガスの量を制御する工程とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、制御装置とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
少なくとも前記燃料電池スタックの現在出力値、前記燃料電池スタックのＡ／Ｆ値、及び前記燃料電池スタックの温度を測定する工程と、
少なくとも前記現在出力値、前記Ａ／Ｆ値又は前記温度のいずれかに基づいて、前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの量を制御する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、制御装置とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池スタックの目標出力値又は該目標出力値の所定範囲を設定する第１の工程と、
前記燃料電池スタックの現在出力値を測定する第２の工程と、
前記燃料電池スタックのＡ／Ｆ値を測定する第３の工程と、
前記燃料電池スタックの温度を測定する第４の工程と、
前記目標出力値又は該目標出力値の所定範囲と前記現在出力値とを比較する第５の工程と、
前記Ａ／Ｆ値と、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値又は下限値とを比較する第６の工程と、
前記温度と、予め設定された前記温度の上限値又は下限値とを比較する第７の工程と、
前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの量を維持させる第８の工程と、
前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの量を減少させる第９の工程と、
前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの量を増加させる第１０の工程と、
を有し、
少なくとも前記第５の工程、前記第６の工程又は前記第７の工程のいずれかの比較結果に基づいて、少なくとも前記第８の工程、前記第９の工程又は前記第１０の工程のいずれかを行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の制御方法において、前記第５の工程で、前記現在出力値が前記目標出力値と等しい又は該目標出力値の所定範囲内であると判断された際、前記第８の工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の制御方法において、前記第５の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され、且つ、
前記第６の工程で、前記Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値以下であると判断され、且つ、
前記第７の工程で、前記温度が、予め設定された前記温度の下限値以上であると判断された際、
前記第９の工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第５の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され、且つ、
前記第６の工程で、前記Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値超過であると判断された際、
前記第８の工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第５の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され、且つ、
前記第６の工程で、前記Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値以下であると判断され、且つ、
前記第７の工程で、前記温度が、予め設定された前記温度の下限値未満であると判断された際、
前記第８の工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第５の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され、且つ、
前記第６の工程で、前記Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の下限値以上であると判断され、且つ、
前記第７の工程で、前記温度が、予め設定された前記温度の上限値以下であると判断された際、
前記第１０の工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第５の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され、且つ、
前記第６の工程で、前記Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の下限値未満であると判断された際、
前記第８の工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
請求項２〜８のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第５の工程で、前記現在出力値が、前記目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され、且つ、
前記第６の工程で、前記Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の下限値以上であると判断され、且つ、
前記第７の工程で、前記温度が、予め設定された前記温度の上限値超過であると判断された際、
前記第８の工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の制御方法において、前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の制御方法において、前記固体酸化物形燃料電池は、電解質・電極接合体をセパレータで挟持する平板型固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、制御装置とを備える燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この固体電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（以下、ＭＥＡともいう）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この種の燃料電池スタックの運転を制御するために、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池制御方法が知られている。この燃料電池制御方法は、改質された燃料及び酸化剤が供給される燃料電池スタックを有する燃料電池を制御するにあたり、前記燃料電池スタックを構成する単セルのうちの少なくとも１個を、残余の単セルよりも電流−電圧特性を低くしたモニタ用単セルとし、該モニタ用単セルの電圧を一定として、前記燃料電池スタックの発電を行い、前記燃料電池スタックの出力電流値を検出し、その出力電流値と予め設定した設定電流値との差を求め、前記燃料の供給量及び／又は前記酸化剤の供給量を前記差に応じて変化させることを特徴としている。
【０００４】
また、引用文献２に開示されている燃料電池制御方法は、改質された燃料及び酸化剤が供給される燃料電池を制御するにあたり、前記燃料電池を一定電圧で発電させ、前記燃料電池の出力電流を検出し、その出力電流値と予め設定した設定電流値との差を求め、前記燃料の供給量及び／又は前記酸化剤の供給量を前記差に応じて変化させることを特徴としている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−０３８９６８号公報
【特許文献２】特開昭６４−０３８９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、燃料電池スタックの出力電流値と、予め設定した設定電流値との差に応じて、燃料や酸化剤の供給量を変化させている。しかしながら、燃料電池の最適な運転範囲を外れた状態で、特にＡ／Ｆ値（後述する）が最適範囲から外れた状態で、燃料や酸化剤の供給量を変化させてしまうと、前記燃料電池が劣化するおそれがある。
【０００７】
また、上記の特許文献２では、燃料電池の出力電流値と、予め設定した設定電流値との差に応じて、燃料や酸化剤の供給量を変化させている。このため、上記の特許文献１と同様に、燃料電池の最適な運転範囲を外れていると、前記燃料電池が劣化し易いという問題がある。
【０００８】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池の劣化を抑制するとともに、熱自立を損なうことがなく、発電出力の変化に追従した燃料供給量の補正を良好に行うことが可能な燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックと、制御装置とを備える燃料電池システムの制御方法に関するものである。
【００１０】
この制御方法は、少なくとも燃料電池スタックの現在出力値、前記燃料電池スタックのＡ／Ｆ値、及び前記燃料電池スタックの温度を測定する工程と、少なくとも前記現在出力値、前記Ａ／Ｆ値又は前記温度のいずれかに基づいて、前記燃料電池スタックに供給する燃料ガスの量を制御する工程とを有している。
【００１１】
ここで、Ａ／Ｆ値とは、燃料電池に供給される酸化剤ガスと燃料ガスとの比であり、Ａ／Ｆ値＝（酸化剤ガス）／（燃料ガス）値の関係を有する。
【００１２】
また、本発明に係る制御方法は、燃料電池スタックの目標出力値又は該目標出力値の所定範囲を設定する第１の工程と、前記燃料電池スタックの現在出力値を測定する第２の工程と、前記燃料電池スタックのＡ／Ｆ値を測定する第３の工程と、前記燃料電池スタックの温度を測定する第４の工程と、前記目標出力値又は該目標出力値の所定範囲と前記現在出力値とを比較する第５の工程と、前記Ａ／Ｆ値と、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値又は下限値とを比較する第６の工程と、前記温度と、予め設定された前記温度の上限値又は下限値とを比較する第７の工程と、前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの量を維持させる第８の工程と、前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの量を減少させる第９の工程と、前記燃料電池スタックに供給する前記燃料ガスの量を増加させる第１０の工程とを有している。
【００１３】
そして、少なくとも第５の工程、第６の工程又は第７の工程のいずれかの比較結果に基づいて、少なくとも第８の工程、第９の工程又は第１０の工程のいずれかを行っている。
【００１４】
さらに、この制御方法は、第５の工程で、現在出力値が目標出力値と等しい又は該目標出力値の所定範囲内であると判断された際、第８の工程を行うことが好ましい。従って、燃料電池スタックは、現在出力値に基づいて燃料供給量の維持が行われるため、目標出力値に現在出力値を追従させて適切な運転が遂行可能になる。
【００１５】
さらにまた、この制御方法は、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の上限値以下であると判断され、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の下限値以上であると判断された際、第９の工程を行うことが好ましい。
【００１６】
このように、燃料電池スタックの現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の減少処理が行われている。このため、燃料電池を構成するアノード電極では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタックでは、熱不足、発電効率の低下又は蒸発及び改質不足による炭素析出が抑制される。これにより、燃料電池システムの耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００１７】
また、この制御方法は、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の上限値超過であると判断された際、第８の工程を行うことが好ましい。
【００１８】
このように、燃料電池スタックの現在出力値及びＡ／Ｆ値に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。従って、アノード電極では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極の劣化を防止することが可能になる。このため、燃料電池システムの耐久性及び寿命が向上する。
【００１９】
さらに、この制御方法は、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の上限値以下であると判断され、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の下限値未満であると判断された際、第８の工程を行うことが好ましい。
【００２０】
このように、燃料電池スタックの現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。従って、アノード電極では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタックでは、熱不足、発電効率の低下又は蒸発及び改質不足による炭素析出が抑制される。これにより、燃料電池システムの耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００２１】
さらにまた、この制御方法は、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の下限値以上であると判断され、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の上限値以下であると判断された際、第１０の工程を行うことが好ましい。
【００２２】
このように、燃料電池スタックの現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の増加処理が行われている。このため、カソード電極では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによって前記カソード電極が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタックでは、熱余り、発電効率の低下又はセパレータ及び電解質・電極接合体の高温化による前記セパレータの酸化、前記電解質・電極接合体の凝集、改質触媒の劣化が抑制される。これにより、燃料電池システムの耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００２３】
また、この制御方法は、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の下限値未満であると判断された際、第８の工程を行うことが好ましい。
【００２４】
このように、燃料電池スタックの現在出力値及びＡ／Ｆ値に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。従って、カソード電極では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによって前記カソード電極が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極の劣化を防止することが可能になる。このため、燃料電池システムの耐久性及び寿命が向上する。
【００２５】
さらに、この制御方法は、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の下限値以上であると判断され、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の上限値を超えていると判断された際、第８の工程を行うことが好ましい。
【００２６】
このように、燃料電池スタックの現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。これにより、カソード電極では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによって前記カソード電極が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタックでは、熱余り、発電効率の低下又はセパレータ及び電解質・電極接合体の高温化による前記セパレータの酸化、前記電解質・電極接合体の凝集、改質触媒の劣化が抑制される。従って、燃料電池システムの耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００２７】
さらにまた、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。このため、燃料電池は、発生する熱量の多い高温型燃料電池であり、燃料電池システムの耐久性及び寿命を一層向上させることができる。
【００２８】
また、固体酸化物形燃料電池は、電解質・電極接合体をセパレータで挟持する平板型固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。これにより、特にシールレスタイプの燃料電池に良好に適用されるとともに、燃料電池システムの耐久性及び寿命を一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、燃料電池スタックの現在出力値、前記燃料電池スタックのＡ／Ｆ値、及び前記燃料電池スタックの温度に基づいて、燃料供給量の制御、すなわち、前記燃料供給量の維持、減少及び増加処理を行っている。
【００３０】
このため、燃料電池を構成するアノード電極では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極の劣化を防止することが可能になる。
【００３１】
また、燃料電池を構成するカソード電極では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによって前記カソード電極が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極の劣化を防止することが可能になる。
【００３２】
さらに、燃料電池スタックでは、熱不足、発電効率の低下又は蒸発及び改質不足による炭素析出が抑制される一方、熱余り、発電効率の低下又は燃料電池構成部材の高温化が抑制される。
【００３３】
これにより、燃料電池システムの耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御方法が適用される燃料電池システム１０の機械系回路を示す概略構成説明図であり、図２は、前記燃料電池システム１０の回路図である。
【００３５】
燃料電池システム１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池システム１０は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する燃料電池モジュール（ＳＯＦＣモジュール）１２と、前記燃料電池モジュール１２に原燃料（例えば、都市ガス）を供給する原燃料供給装置（燃料ガスポンプを含む）１６と、前記燃料電池モジュール１２に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（空気ポンプを含む）１８と、前記燃料電池モジュール１２に水を供給する水供給装置（水ポンプを含む）２０と、前記燃料電池モジュール１２で発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置２２と、前記燃料電池モジュール１２の発電量を制御する制御装置２４とを備える。
【００３６】
燃料電池モジュール１２は、複数の固体酸化物形の燃料電池２６が鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック２８を備える。図３及び図４に示すように、燃料電池２６は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）３０の両面に、カソード電極３２及びアノード電極３４が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）３６を備える。電解質・電極接合体３６は、円板状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。
【００３７】
燃料電池２６は、各セパレータ３８間に４個の電解質・電極接合体３６が、このセパレータ３８の中心部である燃料ガス供給連通孔４０を中心に同心円上に配列される。セパレータ３８は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される１枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。
【００３８】
セパレータ３８は、中央部に燃料ガス供給連通孔４０を形成する燃料ガス供給部４２を有する。この燃料ガス供給部４２から外方に等角度間隔（９０゜間隔）ずつ離間して放射状に延在する４本の第１橋架部４４を介して比較的大径な挟持部４６が一体的に設けられる。
【００３９】
各挟持部４６は、電解質・電極接合体３６と略同一寸法の円板形状に設定されており、互いに分離して構成される。挟持部４６には、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔４８が、例えば、前記挟持部４６の中心又は中心に対して酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定される。
【００４０】
各挟持部４６のアノード電極３４に接触する面４５ａには、前記アノード電極３４の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路５０が形成される。面４５ａには、燃料ガス通路５０を通って使用された燃料ガスを排出する燃料ガス排出通路５２と、アノード電極３４に接触するとともに、前記燃料ガスが燃料ガス供給孔４８から前記燃料ガス排出通路５２に直線状に流れることを阻止する迂回路形成用の円弧状壁部５４とが設けられる。
【００４１】
面４５ａには、燃料ガス通路５０側に突出してアノード電極３４の外周縁部に接触する外縁周回用凸部５６と、前記アノード電極３４に接触する複数の突起部５８とが設けられる。
【００４２】
各挟持部４６のカソード電極３２に接触する面４５ｂは、略平坦面に形成されており、この面４５ｂには、円板状のプレート６０が、例えば、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により固着される。このプレート６０には、プレス等により複数の突起部６２が設けられる。挟持部４６の面４５ｂ側には、突起部６２によりカソード電極３２の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路６４が形成されるとともに、前記突起部６２は、集電部を構成する。
【００４３】
セパレータ３８のカソード電極３２に対向する面には、通路部材７０が、例えば、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により固着される。通路部材７０は、平板状に構成されるとともに、中央部に燃料ガス供給連通孔４０を形成する燃料ガス供給部７２を備える。
【００４４】
燃料ガス供給部７２から放射状に４本の第２橋架部７４が延在するとともに、各第２橋架部７４は、セパレータ３８の第１橋架部４４から挟持部４６の面４５ｂに燃料ガス供給孔４８を覆って固着される。
【００４５】
燃料ガス供給部７２から第２橋架部７４には、燃料ガス供給連通孔４０から燃料ガス供給孔４８に連通する燃料ガス供給通路７６が形成される。燃料ガス供給通路７６は、例えば、エッチング又は、プレスにより形成される。
【００４６】
酸化剤ガス通路６４は、電解質・電極接合体３６の内側周端部と挟持部４６の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給連通孔７８に連通する。この酸化剤ガス供給連通孔７８は、各挟持部４６の内方と第１橋架部４４との間に位置して積層方向（矢印Ａ方向）に延在している。
【００４７】
図５に示すように、各セパレータ３８間には、燃料ガス供給連通孔４０をシールするための絶縁シール８０が設けられる。この絶縁シール８０は、燃料ガス供給連通孔４０を電解質・電極接合体３６に対してシールする機能を有する。燃料電池２６には、挟持部４６の外方に位置して排ガス通路８２が形成される。
【００４８】
図１に示すように、燃料電池スタック２８の積層方向上端側（又は積層方向下端側）には、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック２８に供給する前に加熱する熱交換器８６と、原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器８８と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器９０とが配設される。
【００４９】
燃料電池スタック２８の積層方向下端側（又は積層方向上端側）には、前記燃料電池スタック２８を構成する燃料電池２６に積層方向（矢印Ａ方向）に沿って締め付け荷重を付与するための荷重付与機構９２が配設される（図２参照）。
【００５０】
改質器９０は、都市ガス（原燃料）中に含まれるエタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ6）及びブタン（Ｃ4Ｈ10）等の高級炭化水素（Ｃ2+）を、主としてメタン（ＣＨ4）、水素、ＣＯを含む燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。
【００５１】
燃料電池２６は、作動温度が数百℃と高温であり、電解質・電極接合体３６では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素、ＣＯが得られ、この水素、ＣＯがアノード電極に供給される。
【００５２】
熱交換器８６は、燃料電池スタック２８から排出される使用済み反応ガス（以下、排ガスともいう）を流すための排ガス通路９４と、被加熱流体である空気を排ガスと対向流に流すための空気通路９６とを有する。空気通路９６の上流側は、空気供給管９８に連通するとともに、前記空気通路９６の下流側は、燃料電池スタック２８の酸化剤ガス供給連通孔７８に連通する。
【００５３】
蒸発器８８には、原燃料通路１００と水通路１０２とが設けられる。原燃料通路１００は、原燃料供給装置１６に接続されるとともに、水通路１０２は、水供給装置２０に接続される。酸化剤ガス供給装置１８は、空気供給管９８に接続される。
【００５４】
原燃料供給装置１６、酸化剤ガス供給装置１８及び水供給装置２０は、制御装置２４により制御されるとともに、前記制御装置２４には、燃料ガスを検知する検知器１０６が電気的に接続される。電力変換装置２２には、例えば、商用電源１０８（又は、負荷や２次電池等）が接続される（図２参照）。
【００５５】
図１及び図２に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック２８の温度を検出する温度センサ１１０、原燃料供給装置１６から蒸発器８８に供給される原燃料（燃料ガス）の流量を検出する第１流量センサ１１２ａ、及び酸化剤ガス供給装置１８から熱交換器８６に供給される空気（酸化剤ガス）の流量を検出する第２流量センサ１１２ｂを備える。温度センサ１１０、第１流量センサ１１２ａ及び第２流量センサ１１２ｂは、制御装置２４に接続される。
【００５６】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００５７】
図１及び図２に示すように、原燃料供給装置１６の駆動作用下に、原燃料通路１００には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が供給される。一方、水供給装置２０の駆動作用下に、水通路１０２には、水が供給されるとともに、空気供給管９８には、酸化剤ガス供給装置１８を介して酸化剤ガスである、例えば、空気が供給される。
【００５８】
蒸発器８８では、原燃料に水蒸気が混在されて混合燃料が得られ、この混合燃料は、改質器９０に供給される。混合燃料は、改質器９０内で水蒸気改質され、Ｃ2+の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガスが得られる。この改質ガスは、燃料電池スタック２８の燃料ガス供給連通孔４０に供給される。
【００５９】
一方、空気供給管９８から熱交換器８６に供給される空気は、この熱交換器８６の空気通路９６に沿って移動する際、排ガス通路９４に沿って移動する後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器８６で加温された空気は、燃料電池スタック２８の酸化剤ガス供給連通孔７８に供給される。
【００６０】
図５に示すように、燃料ガスは、燃料電池スタック２８の燃料ガス供給連通孔４０に沿って積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら、各燃料電池２６に設けられる燃料ガス供給通路７６に沿ってセパレータ３８の面方向に移動する。
【００６１】
燃料ガスは、燃料ガス供給通路７６から挟持部４６に形成された燃料ガス供給孔４８を通って燃料ガス通路５０に導入される。燃料ガス供給孔４８は、各電解質・電極接合体３６のアノード電極３４の略中心位置に設定されている。このため、燃料ガスは、燃料ガス供給孔４８からアノード電極３４の略中心に供給された後、燃料ガス通路５０に沿って前記アノード電極３４の外周部に向かって移動する。
【００６２】
一方、酸化剤ガス供給連通孔７８に供給された空気は、電解質・電極接合体３６の内側周端部と挟持部４６の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に流入し、酸化剤ガス通路６４に送られる。酸化剤ガス通路６４では、電解質・電極接合体３６のカソード電極３２の内側周端部（セパレータ３８の中央部）側から外側周端部（セパレータ３８の外側周端部側）に向かって空気が流動する。
【００６３】
従って、電解質・電極接合体３６では、アノード電極３４の電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極３２の電極面の一方向（矢印Ｂ方向）に向かって空気が供給される。その際、酸化物イオンが電解質３０を通ってアノード電極３４に移動し、化学反応により発電が行われる。
【００６４】
なお、各電解質・電極接合体３６の外周部に排出される主に発電反応後の空気を含む排ガスは、オフガスとして排ガス通路９４を介して燃料電池スタック２８から排出される。
【００６５】
次いで、第１の実施形態に係る制御方法について、以下に説明する。
【００６６】
先ず、本発明の制御方法は、少なくとも燃料電池スタック２８の現在出力値、前記燃料電池スタック２８のＡ／Ｆ値、及び前記燃料電池スタック２８の温度を測定する工程と、少なくとも前記現在出力値、前記Ａ／Ｆ値又は前記温度のいずれかに基づいて、前記燃料電池スタック２８に供給する燃料ガスの量を制御する工程とを有する。
【００６７】
ここで、燃料電池スタック２８の現在出力値は、電圧×電流から検出される。後述するように、この現在出力値と比較される目標出力値は、一定の値、例えば、目標出力値を需要出力値１ｋＷ等に設定する場合の他、目標出力値の所定範囲、例えば、目標出力値９５０Ｗ±５％以内等に設定される場合を含む。これにより、現在出力値（９０２．５Ｗ〜９９７．５Ｗ）は、需要出力値（１ｋＷ）を超過することがなく、逆潮流を阻止することができる。
【００６８】
Ａ／Ｆ値は、燃料電池スタック２８に供給される酸化剤ガスと燃料ガスとの比であり、Ａ／Ｆ値＝（酸化剤ガス）／（燃料ガス）値である。Ａ／Ｆ値の上限値及び下限値の範囲は、例えば、３〜３０の範囲に設定されるとともに、酸化剤ガスの流量は、第２流量センサ１１２ｂにより検出され、燃料ガスの流量は、第１流量センサ１１２ａにより検出される。
【００６９】
燃料電池スタック２８の温度の上限値及び下限値の範囲は、例えば、６５０℃〜８００℃の範囲に設定される。この燃料電池スタック２８の温度は、温度センサ１１０を介して検出される。
【００７０】
次いで、第１の実施形態に係る制御方法は、燃料電池スタック２８の目標出力値又は該目標出力値の所定範囲を設定する第１の工程と、前記燃料電池スタック２８の現在出力値を測定する第２の工程と、前記燃料電池スタック２８のＡ／Ｆ値を測定する第３の工程と、前記燃料電池スタック２８の温度を測定する第４の工程と、前記目標出力値又は該目標出力値の所定範囲と前記現在出力値とを比較する第５の工程と、前記Ａ／Ｆ値と、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値又は下限値とを比較する第６の工程と、前記温度と、予め設定された前記温度の上限値又は下限値とを比較する第７の工程と、前記燃料電池スタック２８に供給する燃料ガスの量を維持させる第８の工程と、前記燃料電池スタック２８に供給する前記燃料ガスの量を減少させる第９の工程と、前記燃料電池スタック２８に供給する前記燃料ガスの量を増加させる第１０の工程とを有する。
【００７１】
そして、少なくとも第５の工程、第６の工程又は第７の工程のいずれかの比較結果に基づいて、少なくとも第８の工程、第９の工程又は第１０の工程のいずれかを行う。
【００７２】
具体的に、図６に示すフローチャート及び図７に示す設定条件に沿って、説明する。なお、第１の実施形態では、Ａ／Ｆ値の上限値及び下限値の範囲は、１０〜３０の範囲に設定される。
【００７３】
燃料電池システム１０では、燃料電池スタック２８の目標出力値（電圧×電流）又は目標出力値の所定範囲が設定される（ステップＳ１）。次に、ステップＳ２に進んで、燃料電池スタック２８の電圧が目標電圧になるように、出力値の調整が行われる。
【００７４】
制御装置２４は、燃料電池スタック２８が実際に出力する電圧及び電流から現在出力値を測定する（ステップＳ３）。そして、現在出力値が目標出力値と等しい又は前記目標出力値の所定範囲内（以下、単に目標出力値ともいう）であるか否かが判断される（ステップＳ４）。現在出力値が、目標出力値と等しい又は前記目標出力値の所定範囲内であると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、燃料電池スタック２８に供給される燃料ガス量の補正を行うことがなく、燃料ガス量が維持される。さらに、ステップＳ６に進み、燃料電池システム１０の運転が終了するまで繰り返される。
【００７５】
ステップＳ４において、現在出力値が、目標出力値と等しくない又は前記目標出力値の所定範囲内でないと判断されると（ステップＳ４中、ＮＯ）、ステップＳ７に進んで、現在出力値が、目標出力値超過又は前記目標出力値の所定範囲超過であるか否かが判断される。ここで、現在出力値が、目標出力値超過又は前記目標出力値の所定範囲超過であると判断されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、Ａ／Ｆ値が予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値（３０）以下であるか否かが判断される。
【００７６】
Ａ／Ｆ値が予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値以下であると判断されると（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、ステップＳ９に進み、燃料電池スタック２８の温度が、予め設定された前記温度の下限値（６５０℃）以上であるか否かが判断される。燃料電池スタック２８の温度が、予め設定された前記温度の下限値以上であると判断されると（ステップＳ９中、ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進んで、前記燃料電池スタック２８に供給される燃料ガスの量を減少させる補正が行われる。
【００７７】
一方、ステップＳ７において、現在出力値が、目標出力値未満又は前記目標出力値の所定範囲未満であると判断されると（ステップＳ７中、ＮＯ）、ステップＳ１１に進んで、Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の下限値（１０）以上であるか否かが判断される。Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の下限値以上であると判断されると（ステップＳ１１中、ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進んで、燃料電池スタック２８の温度が、予め設定された前記温度の上限値（８００℃）以下であるか否かが判断される。
【００７８】
燃料電池スタック２８の温度が、予め設定された前記温度の上限値以下であると判断されると（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進んで、前記燃料電池スタック２８に供給される燃料ガス量を増加させる補正が行われる。
【００７９】
なお、ステップＳ８において、Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値を超えていると判断されると（ステップＳ８中、ＮＯ）、ステップＳ５に進む。また、ステップＳ９において、燃料電池スタック２８の温度が、予め設定された前記温度の下限値未満であると判断されると（ステップＳ９中、ＮＯ）、ステップＳ５に進む。同様に、ステップＳ１１において、Ａ／Ｆ値が、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の下限値未満であると判断されると（ステップＳ１１中、ＮＯ）、ステップＳ５に進むとともに、ステップＳ１２において、燃料電池スタック２８の温度が、予め設定された前記温度の上限値を超えていると判断されると（ステップＳ１２中、ＮＯ）、ステップＳ５に進む。
【００８０】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック２８の目標出力値又は該目標出力値の所定範囲を設定する第１の工程と、前記燃料電池スタック２８の現在出力値を測定する第２の工程と、前記燃料電池スタック２８のＡ／Ｆ値を測定する第３の工程と、前記燃料電池スタック２８の温度を測定する第４の工程と、前記目標出力値又は該目標出力値の所定範囲と前記現在出力値とを比較する第５の工程と、前記Ａ／Ｆ値と、予め設定された前記Ａ／Ｆ値の上限値又は下限値とを比較する第６の工程と、前記温度と、予め設定された前記温度の上限値又は下限値とを比較する第７の工程と、前記燃料電池スタック２８に供給する燃料ガスの量を維持させる第８の工程と、前記燃料電池スタック２８に供給する前記燃料ガスの量を減少させる第９の工程と、前記燃料電池スタック２８に供給する前記燃料ガスの量を増加させる第１０の工程とを有している。そして、少なくとも第５の工程、第６の工程又は第７の工程のいずれかの比較結果に基づいて、少なくとも第８の工程、第９の工程又は第１０の工程のいずれかを行っている。
【００８１】
このため、燃料電池２６は、特に平板状を有してシールレス構造を採用するため、前記燃料電池２６を構成するアノード電極３４では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極３４が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極３４の劣化を確実に防止することが可能になる。
【００８２】
また、燃料電池２６を構成するカソード電極３２では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによって前記カソード電極３２が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極３２の劣化を良好に防止することが可能になる。
【００８３】
さらに、燃料電池スタック２８では、熱不足、発電効率の低下又は蒸発及び改質不足による炭素析出が抑制される一方、熱余り、発電効率の低下又は燃料電池構成部材の高温化が抑制される。これにより、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがないという効果が得られる。
【００８４】
また、第５の工程で、燃料電池スタック２８の現在出力値が、目標出力値と等しい又は該目標出力値の所定範囲内であると判断された際（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、第８の工程（ステップＳ５）が行われている。従って、燃料電池スタック２８は、現在出力値に基づいて燃料供給量の維持（燃料補正なし）が行われるため、目標出力値に現在出力値を追従させて適切な運転が遂行可能になる。
【００８５】
さらにまた、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の上限値以下であると判断され（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の下限値以上であると判断された際（ステップＳ９中、ＹＥＳ）、第９の工程（ステップＳ１０）が行われている。
【００８６】
このように、燃料電池スタック２８の現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の減少処理が行われている。このため、燃料電池２６を構成するアノード電極３４では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極３４が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極３４の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタック２８では、熱不足、発電効率の低下又は蒸発及び改質不足による炭素析出が抑制される。これにより、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００８７】
また、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の上限値を超えていると判断された際（ステップＳ８中、ＮＯ）、第８の工程（ステップＳ５）が行われている。
【００８８】
このように、燃料電池スタック２８の現在出力値及びＡ／Ｆ値に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。従って、アノード電極３４では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極３４が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極３４の劣化を防止することが可能になる。このため、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命が向上する。
【００８９】
さらに、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値超過又は該目標出力値の所定範囲超過であると判断され（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の上限値以下であると判断され（ステップＳ８中、ＹＥＳ）、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の下限値未満であると判断された際（ステップＳ９中、ＮＯ）、第８の工程（ステップＳ５）が行われている。
【００９０】
このように、燃料電池スタック２８の現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。従って、アノード電極３４では、燃料の枯渇による酸化剤ガスの回り込みによって前記アノード電極３４が酸化されることを阻止することができ、前記アノード電極３４の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタック２８では、熱不足、発電効率の低下又は蒸発及び改質不足による炭素析出が抑制される。これにより、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００９１】
さらにまた、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され（ステップＳ７中、ＮＯ）、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の下限値以上であると判断され（ステップＳ１１中、ＹＥＳ）、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の上限値以下であると判断された際（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、第１０の工程（ステップＳ１３）が行われている。
【００９２】
このように、燃料電池スタック２８の現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の増加処理が行われている。このため、カソード電極３２では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによる前記カソード電極３２が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極３２の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタック２８では、熱余り、発電効率の低下又はセパレータ３８及び電解質・電極接合体３６の高温化による前記セパレータ３８の酸化、前記電解質・電極接合体３６の凝集、改質触媒の劣化が抑制される。これにより、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００９３】
また、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され（ステップＳ７中、ＮＯ）、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の下限値未満であると判断された際（ステップＳ１１中、ＮＯ）、第８の工程（ステップＳ５）が行われている。
【００９４】
このように、燃料電池スタック２８の現在出力値及びＡ／Ｆ値に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。従って、カソード電極３２では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによって前記カソード電極３２が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極３２の劣化を防止することが可能になる。このため、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命が向上する。
【００９５】
さらに、第５の工程で、現在出力値が、目標出力値未満又は該目標出力値の所定範囲未満であると判断され（ステップＳ７中、ＮＯ）、且つ、第６の工程で、Ａ／Ｆ値が、予め設定されたＡ／Ｆ値の下限値以上であると判断され（ステップＳ１１中、ＹＥＳ）、且つ、第７の工程で、温度が、予め設定された温度の上限値を超えていると判断された際（ステップＳ１２中、ＮＯ）、第８の工程（ステップＳ５）が行われている。
【００９６】
このように、燃料電池スタック２８の現在出力値、Ａ／Ｆ値及び温度に基づいて、燃料供給量の維持が行われている。これにより、カソード電極３２では、空気の枯渇による燃料ガスの回り込みによって前記カソード電極３２が還元されることを阻止することができ、前記カソード電極３２の劣化を防止することが可能になる。一方、燃料電池スタック２８では、熱余り、発電効率の低下又はセパレータ３８及び電解質・電極接合体３６の高温化による前記セパレータ３８の酸化、前記電解質・電極接合体３６の凝集、改質触媒の劣化が抑制される。従って、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命が向上するとともに、熱自立を損なうおそれがない。
【００９７】
さらにまた、燃料電池２６は、固体酸化物形の燃料電池２６である。このため、燃料電池２６は、発生する熱量の多い高温型燃料電池であり、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命を一層向上させることができる。
【００９８】
また、固体酸化物形の燃料電池２６は、電解質・電極接合体３６をセパレータ３８で挟持する平板型固体酸化物形の燃料電池２６である。これにより、特にシールレスタイプの燃料電池２６に良好に適用されるとともに、燃料電池システム１０の耐久性及び寿命を一層向上させることができる。
【００９９】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る制御方法が適用される燃料電池システムを構成する燃料電池１２０の分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【０１００】
燃料電池１２０は、第１セパレータ３８ａ及び第２セパレータ３８ｂ間に複数、例えば、２個の電解質・電極接合体３６が挟持される。第１セパレータ３８ａ及び第２セパレータ３８ｂは、同一形状のセパレータ構造体を互いに１８０°反転させることにより構成される。
【０１０１】
第１セパレータ３８ａは、例えば、ステンレス等の板金で構成される第１プレート１２２ａ及び第２プレート１２４ａを有する。第１プレート１２２ａ及び第２プレート１２４ａは、互いに拡散接合、レーザ溶接又はろう付け等により接合される。
【０１０２】
第１プレート１２２ａは、略平板状に形成されるとともに、積層方向（矢印Ａ方向）に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０が形成される燃料ガス供給部４２を有する。この燃料ガス供給部４２から外方に延在する２つの第１橋架部４４ａ、４４ｂを介して第１挟持部４６ａ、４６ｂが一体に設けられる。
【０１０３】
第１挟持部４６ａ、４６ｂは、電解質・電極接合体３６と略同一寸法に設定されるとともに、前記第１挟持部４６ａ、４６ｂのアノード電極３４に接する面には、それぞれ複数の突起部５８ａ、５８ｂが設けられる。突起部５８ａ、５８ｂは、アノード電極３４の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路５０ａ、５０ｂを形成するとともに、集電機能を有する。第１挟持部４６ａ、４６ｂの略中央部には、アノード電極３４の略中央部に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔４８ａ、４８ｂが形成される。
【０１０４】
第２プレート１２４ａは、燃料ガス供給連通孔４０が形成される燃料ガス供給部１２６を有する。この燃料ガス供給部１２６から外方に延在する２つの第１橋架部１２８ａ、１２８ｂを介して第１挟持部１３０ａ、１３０ｂが一体に設けられる。第２プレート１２４ａの外周を周回して第１プレート１２２ａ側に突出する周回凸部１３２が設けられ、この周回凸部１３２に前記第１プレート１２２ａが接合される。
【０１０５】
燃料ガス供給部１２６、第１橋架部１２８ａ、１２８ｂ及び第１挟持部１３０ａ、１３０ｂの第１プレート１２２ａに向かう面には、前記第１プレート１２２ａに接して積層方向の荷重に対する潰れ防止機能を有する複数の突起部１３４が形成される。
【０１０６】
第１橋架部４４ａ、１２８ａ間及び第１橋架部４４ｂ、１２８ｂ間には、燃料ガス供給連通孔４０に連通する燃料ガス供給通路７６ａ、７６ｂが形成される。燃料ガス供給通路７６ａ、７６ｂは、第１挟持部４６ａ、１３０ａ間及び第１挟持部４６ｂ、１３０ｂ間に形成される燃料ガス充填室１３６ａ、１３６ｂを介して、燃料ガス供給孔４８ａ、４８ｂに連通する。
【０１０７】
第２セパレータ３８ｂは、第１セパレータ３８ａと同一形状に構成されており、第１プレート１２２ａ及び第２プレート１２４ａに対応する第１プレート１２２ｂ及び第２プレート１２４ｂを有する。第１プレート１２２ｂ及び第２プレート１２４ｂは、積層方向に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔１３８が形成される酸化剤ガス供給部１４０、１４２を有する。
【０１０８】
第１プレート１２２ｂ及び第２プレート１２４ｂは、酸化剤ガス供給部１４０、１４２から外方に突出する２つの第２橋架部１４４ａ、１４４ｂ及び１４６ａ、１４６ｂを介して第２挟持部１４８ａ、１４８ｂ及び１５０ａ、１５０ｂが一体に設けられる。
【０１０９】
第２挟持部１４８ａ、１４８ｂのカソード電極３２に接触する面には、複数の突起部５８ａ、５８ｂを介し前記カソード電極３２の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路６４ａ、６４ｂが形成される。第２挟持部１４８ａ、１４８ｂの略中央部には、カソード電極３２の略中央部に向かって酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給孔１５２ａ、１５２ｂが形成される。
【０１１０】
第２プレート１２４ｂ内には、第１プレート１２２ｂが接合されることにより酸化剤ガス供給連通孔１３８に連通する酸化剤ガス供給通路１５４ａ、１５４ｂが、第２橋架部１４４ａ、１４６ａ間及び第２橋架部１４４ｂ、１４６ｂ間に対応して形成される。
【０１１１】
第２挟持部１５０ａ、１５０ｂ内には、酸化剤ガス供給連通孔１３８と酸化剤ガス供給通路１５４ａ、１５４ｂを介して連通する酸化剤ガス充填室１５６ａ、１５６ｂが形成される。
【０１１２】
図１０に示すように、各燃料電池１２０間には、燃料ガス供給連通孔４０をシールするための第１絶縁シール８０ａと、酸化剤ガス供給連通孔１３８をシールするための第２絶縁シール８０ｂとが設けられる。複数の燃料電池１２０が、矢印Ａ方向に積層されて燃料電池スタック１６０が構成される。
【０１１３】
このように構成される燃料電池スタック１６０では、各燃料電池１２０の燃料ガス供給連通孔４０に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔１３８に空気が供給される。
【０１１４】
燃料ガスは、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら各燃料電池１２０を構成する第１セパレータ３８ａに形成された燃料ガス供給通路７６ａ、７６ｂに導入される（図９及び図１０参照）。
【０１１５】
燃料ガスは、第１橋架部４４ａ、１２８ａ間及び第１橋架部４４ｂ、１２８ｂ間を燃料ガス供給通路７６ａ、７６ｂに沿って移動し、一旦、燃料ガス充填室１３６ａ、１３６ｂに充填される。さらに、燃料ガスは、燃料ガス供給孔４８ａ、４８ｂから燃料ガス通路５０ａ、５０ｂに導入される。その際、燃料ガス供給孔４８ａ、４８ｂは、各電解質・電極接合体３６のアノード電極３４の略中央位置に設定されている。このため、燃料ガスは、アノード電極３４の略中心から燃料ガス通路５０ａ、５０ｂに沿って前記アノード電極３４の外周部に向かって移動する。
【０１１６】
一方、酸化剤ガス供給連通孔１３８に供給された空気は、第２橋架部１４４ａ、１４６ａ間及び第２橋架部１４４ｂ、１４６ｂ間に形成された酸化剤ガス供給通路１５４ａ、１５４ｂに沿って移動し、一旦、酸化剤ガス充填室１５６ａ、１５６ｂに充填される。さらに、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給孔１５２ａ、１５２ｂから酸化剤ガス通路６４ａ、６４ｂに導入される。
【０１１７】
酸化剤ガス供給孔１５２ａ、１５２ｂは、各電解質・電極接合体３６のカソード電極３２の略中央位置に設定されている。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス通路６４ａ、６４ｂに沿ってカソード電極３２の略中央位置から外周部に向かって移動する。
【０１１８】
これにより、電解質・電極接合体３６では、アノード電極３４の電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極３２の電極面の中心側から周端部側に向かって空気が供給される。その際、酸化物イオンが電解質３０を通ってアノード電極３４に移動し、化学反応により発電が行われる。
【０１１９】
燃料ガス通路５０ａ、５０ｂを移動した使用済みの燃料ガス、及び酸化剤ガス通路６４ａ、６４ｂを移動した使用済みの空気は、各電解質・電極接合体３６の外周部から排ガス通路８２に導出され、この排ガス通路８２で混合されて比較的高温の排ガスとして排出される。
【０１２０】
この第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、図６に示すフローチャートに沿って、制御される。その際、第２の実施形態では、Ａ／Ｆ値の上限値及び下限値の範囲は、３〜２８の範囲に設定される。第１の実施形態に比べて、空気の利用率が高いからである。これにより、第２の実施形態は、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る制御方法が適用される燃料電池システムの機械系回路を示す概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池システムの回路図である。
【図３】前記燃料電池システムを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図５】前記燃料電池の断面説明図である。
【図６】前記制御方法を説明するフローチャートである。
【図７】前記制御方法における各種設定条件の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る制御方法が適用される燃料電池システムを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。
【図９】前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。
【図１０】前記燃料電池の断面説明図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池モジュール
１６…原燃料供給装置                １８…酸化剤ガス供給装置
２０…水供給装置                    ２２…電力変換装置
２４…制御装置                      ２６、１２０…燃料電池
３０…電解質                        ３２…カソード電極
３４…アノード電極                  ３６…電解質・電極接合体
３８、３８ａ、３８ｂ…セパレータ    ４０…燃料ガス供給連通孔
５０、５０ａ、５０ｂ…燃料ガス通路  ６４、６４ａ、６４ｂ…酸化剤ガス通路
８６…熱交換器                      ８８…蒸発器
９０…改質器                        １１０…温度センサ
１１２ａ、１１２ｂ…流量センサ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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