(57)【要約】【課題】簡便な方法により還元処理の完了を判断可能な還元処理システムの制御装置、還元処理システム、還元処理システムの制御方法及び還元処理システムの制御プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池に用いられる少なくとも１つの燃料電池セル１０５を含むセルスタック１０１の還元処理を行う還元炉１０と、少なくとも１つのセルスタック１０１の電力取り出し部分のセルスタック電圧を計測する電圧センサ３０と、を備えた還元処理システムの制御装置５０であって、還元炉１０が９００℃を超える所定温度以上の温度で還元処理を行うように制御し、セルスタック電圧が所定の電圧に到達すると還元処理が完了したと判断し、還元処理を終了する制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられる少なくとも１つの燃料電池セルを含むセルスタックの形態に対して還元処理を行う還元炉と、
少なくとも１つの前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する電圧センサと、
を備えた還元処理システムの制御装置であって、
前記還元炉が９００℃を超える所定温度以上の温度で前記還元処理を行うように制御し、
前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達すると前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する制御を行う還元処理システムの制御装置。
【請求項２】
前記還元炉の前記還元処理の前記所定温度は、電解質抵抗の温度変化の傾きが−０．１Ω・ｃｍ／１０℃以上となる温度以上である請求項１に記載の還元処理システムの制御装置。
【請求項３】
前記還元炉の前記還元処理の前記所定温度は、９３０℃以上である請求項１に記載の還元処理システムの制御装置。
【請求項４】
前記セルスタック電圧が前記燃料電池セルの理論起電力の９５％以上に到達すると前記還元処理が完了としたと判断し、前記還元処理を終了する制御を行う請求項１から３に記載の還元処理システムの制御装置。
【請求項５】
前記電圧センサは、複数の前記セルスタックのうち所定の前記セルスタックに設置され、各前記電圧センサが計測した全ての前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達した場合に前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する制御を行う請求項１から４のいずれかに記載の還元処理システムの制御装置。
【請求項６】
前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達した場合、前記セルスタックの基体管の抵抗を計測し、所定の抵抗に到達すると前記還元処理を終了する制御を行う請求項１から５のいずれかに記載の還元処理システムの制御装置。
【請求項７】
前記セルスタックの前記基体管の前記抵抗が１０ＭΩ〜１００ＭΩの所定の抵抗値に到達すると前記還元処理を終了する制御を行う請求項６に記載の還元処理システムの制御装置。
【請求項８】
前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である請求項１から７のいずれかに記載の還元処理システムの制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の制御装置と、
燃料電池に用いられる複数の燃料電池セルが直列に接続されたセルスタックの形態に対して還元処理を行う還元炉と、
前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する電圧センサと、
を備えた還元処理システム。
【請求項１０】
燃料電池に用いられる少なくとも１つの燃料電池セルを含むセルスタックの形態に対して還元処理を行う場合に、
少なくとも１つの前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する還元処理システムの制御方法であって、
９００℃を超える所定温度以上の温度で前記還元処理を行うように制御する温度制御ステップと、
前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達すると前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する還元処理終了制御ステップと、
を備えた還元処理システムの制御方法。
【請求項１１】
燃料電池に用いられる少なくとも１つの燃料電池セルを含むセルスタックの形態に対して還元処理を行う場合に、
少なくとも１つの前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する還元処理システムの制御プログラムであって、
９００℃を超える所定温度以上の温度で前記還元処理を行うように制御する温度制御工程と、
前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達すると前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する還元処理終了制御工程と、
を備えた還元処理システムの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元処理システムの制御装置、還元処理システム、還元処理システムの制御方法及び還元処理システムの制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の１つとして、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）が知られている。ＳＯＦＣは、固体電解質とその両面に形成された燃料極、および空気極から構成される燃料電池セルを有している。ＳＯＦＣは、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に酸化剤ガスを供給し、燃料ガスに含まれる燃料と酸化剤ガスに含まれる酸素とを固体電解質を介して化学反応させることによって電力を発生させるものである。
【０００３】
ＳＯＦＣの燃料電池セルは、焼成工程を経て形成される。燃料電池セルの焼成は電気炉又はガス炉で行われている。ＳＯＦＣの燃料極は、導電材料に触媒成分を加えて構成されており、例えば、触媒成分として材料にはニッケル（Ｎｉ）が使用されている。またＳＯＦＣの基体は燃料極との熱膨張率差を小さくするように固体電解質を構成する物質と燃料極を構成する物質を含んで使用する場合があり、基体を構成する材料にもＮｉ含む場合がある。ＮｉをＳＯＦＣの構成材料として採用する場合、例えば、Ｎｉ酸化物粉体を添加し、所定形状に成形した後、焼成により酸化と焼結が進んだ後、燃料電池セル中にＮｉＯとして存在する。ＮｉＯの状態では、ＳＯＦＣの燃料極は十分には発電できない。ＳＯＦＣを所定の発電可能な状態とするには、ＮｉＯをＮｉに還元する必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ニッケル酸化物とコバルト酸化物とを含んで構成されるとともに、ニッケル金属成分とコバルト金属成分との合計質量に対するコバルト金属成分の質量を調整した材料を固体酸化物形燃料電池の電極用触媒材料に用いることが開示されている。また、触媒の還元率と還元操作時間との関係が開示されている。また、従来、ニッケルの還元状態を電極間の電圧を測定することで検出していたが、ニッケルの実際の還元状態を精度よく検出することができなかったことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−４９９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された発明では、材料により還元率を高めているため、実際に用いられるセルスタックの還元が完了しているか否かを正しく検出できないという問題があった。また、還元率の測定にはＸ線吸収微細構造解析を利用する必要があった。
また、還元処理を還元時間で管理しているため、還元処理後に還元状態を確認すると、還元が不十分である場合があり、還元不足の場合はセルスタックの発電性能を十分に発揮できずに品質が低下するという問題があった。
さらに、燃料極のＮｉＯをＮｉに還元処理することを主眼にして燃料極の性状変化による電気抵抗成分変化により還元処理完了を判断しようとしていたが、燃料極に残留するＮｉＯの電気抵抗への影響が小さく、精度良い還元処理の完了判断が不十分な状況にあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便な方法により還元処理の完了を判断可能な還元処理システムの制御装置、還元処理システム、還元処理システムの制御方法及び還元処理システムの制御プログラム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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の還元処理システムの制御装置、還元処理システム、還元処理システムの制御方法及び還元処理システムの制御プログラムは以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る還元処理システムの制御装置は、燃料電池に用いられる少なくとも１つの燃料電池セルを含むセルスタックの形態に対して還元処理を行う還元炉と、少なくとも１つの前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する電圧センサと、を備えた還元処理システムの制御装置であって、前記還元炉が９００℃を超える所定温度以上の温度で前記還元処理を行うように制御し、前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達すると前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する制御を行う。
【０００９】
従来は、セルスタックの還元処理を９００℃程度の温度で行い、還元終了に時間を長くして判断に余裕を持つことで還元不足などの課題を発生させない方法を採用していた。今回、セルスタックの還元処理を従来よりも少し高い温度とすることで、予期せぬ効果を多々得ることが出来た。すなわち、本構成によれば、セルスタックの還元処理を従来よりも高い温度である９００℃を超える所定温度以上の温度で行うことにより、セルスタックの還元処理を従来よりも短時間でさらに高い還元率まで進めることができる。
これにより、セルスタックの還元処理を従来よりも高い還元率まで進めることから、還元不足を最低限に抑え、セルスタックの品質を向上させることができる。
また、還元処理を従来よりも高い温度である９００℃を超える所定温度以上の温度で行うことにより、酸化金属の還元反応が促進され、還元が進みやすいことから、還元処理を早期に終了させることができ、生産性を向上できる。
また、セルスタックの還元処理を従来よりも高い温度である９００℃を超える所定温度以上の温度で行うことにより、セル内部抵抗および電解質抵抗が低下するため、基体管の抵抗の変化が小さくても基体管に流れる電流（リーク電流）をセルスタック電圧により精度良く検出することができる。ここで、セルスタックが含有する酸化金属（例えば酸化ニッケル）が還元されることで、基体管の還元が進むにつれて基体管の抵抗は大きくなり、リーク電流は小さくなる。これにより、還元処理の完了有無をセルスタック電圧の値により判断することができる。
また、還元処理の完了有無をセルスタック電圧が所定の電圧に到達したか否かにより判断することから、セルスタックの還元処理完了を簡便に判断することができる。
ここで、セルスタック電圧とは、セルスタックに形成された１つまたは複数の燃料電池セルを接続させた燃料電池セルの電圧を表す。
【００１０】
上記第一態様では、前記還元炉の前記還元処理の前記所定温度は、電解質抵抗の温度変化の傾きが−０．１Ω・ｃｍ／１０℃以上となる温度以上であるとしてもよい。
【００１１】
上記第一態様では、前記還元炉の前記還元処理の前記所定温度は、９３０℃以上であるとしてもよい。
【００１２】
上記第一態様では、前記セルスタック電圧が前記燃料電池セルの理論起電力の９５％以上に到達すると前記還元処理が完了としたと判断し、前記還元処理を終了する制御を行うとしてもよい。
【００１３】
本構成によれば、還元処理の完了を、セルスタック電圧が燃料電池セルの理論起電力の９５％以上に到達したか否かで判断することから、基体管の還元状態を正しく管理することが可能であり、精度良く還元処理の完了を判断できる。
【００１４】
上記第一態様では、前記電圧センサは、複数の前記セルスタックのうち所定の前記セルスタックに設置され、各前記電圧センサが計測した全ての前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達した場合に前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する制御を行うとしてもよい。
【００１５】
本構成によれば、電圧センサが所定のセルスタックに設置され、全てのセルスタック電圧が所定の電圧に到達した場合に還元処理が完了したと判断することから、還元炉内の還元処理のばらつきを抑え、還元処理の完了をより正確に判断することができる。
【００１６】
上記第一態様では、前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達した場合、前記セルスタックの基体管の抵抗を計測し、所定の抵抗に到達すると前記還元処理を終了する制御を行うとしてもよい。
【００１７】
本構成によれば、セルスタックの基体管の抵抗を計測し、所定の抵抗に到達すると還元処理を終了することから、電圧監視に加え、基体管の抵抗によっても判断することができ、より正確に還元処理の完了を判断することができる。
【００１８】
上記第一態様では、前記セルスタックの前記基体管の前記抵抗が１０ＭΩ〜１００ＭΩの所定の抵抗値に到達すると前記還元処理を終了する制御を行うとしてもよい。
【００１９】
本構成によれば、還元処理の完了を、基体管の抵抗が１０ＭΩ〜１００ＭΩの所定の抵抗値に到達したか否かで判断することから、基体管の還元状態を正しく管理することが可能であり、精度良く還元処理の完了を判断できる。
【００２０】
上記第一態様では、前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であるとしてもよい。
【００２１】
本発明の第二態様に係る還元処理システムは、前述のいずれかに記載の制御装置と、燃料電池に用いられる複数の燃料電池セルが直列に接続されたセルスタックの形態に対して還元処理を行う還元炉と、前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する電圧センサと、を備える。
【００２２】
本発明の第三態様に係る還元処理システムの制御方法は、燃料電池に用いられる少なくとも１つの燃料電池セルを含むセルスタックの形態に対して還元処理を行う場合に、少なくとも１つの前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する還元処理システムの制御方法であって、９００℃を超える所定温度以上の温度で前記還元処理を行うように制御する温度制御ステップと、前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達すると前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する還元処理終了制御ステップと、を備える。
【００２３】
本発明の第四態様に係る還元処理システムの制御プログラムは、燃料電池に用いられる少なくとも１つの燃料電池セルを含むセルスタックの形態に対して還元処理を行う場合に、少なくとも１つの前記セルスタックの電力取出し部分のセルスタック電圧を計測する還元処理システムの制御プログラムであって、９００℃を超える所定温度以上の温度で前記還元処理を行うように制御する温度制御工程と、前記セルスタック電圧が所定の電圧に到達すると前記還元処理が完了したと判断し、前記還元処理を終了する還元処理終了制御工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、電圧センサによって計測されたセルスタックのセルスタック電圧の値により還元処理の完了を判断するので、セルスタックの還元処理完了を簡便にかつ精度よく判断することができる。
また、本発明によれば、還元処理を行う還元炉の温度を９００℃を超える所定温度以上とするので、還元処理を早期に完了し、還元不足を最低限に抑え、セルスタックの品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る還元処理システムを示した概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るセルスタックの回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る還元炉の温度と還元率の時間経過との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る還元炉の温度とセル内部抵抗との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る燃料電池におけるセルスタックの一態様を示すものである。
【図６】本発明の一実施形態に係る燃料電池におけるＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。
【図７】本発明の一実施形態に係る燃料電池におけるＳＯＦＣカートリッジの断面の一態様を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る還元処理システムの制御装置、還元処理システム、還元処理システムの制御方法及び還元処理システムの制御プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
ここで、本実施形態に係るセルスタックについて、以下に説明する。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
【００２８】
また、以下においては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のセルスタックとして円筒形を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば基体を平板で構成した平板形のセルスタックであってもよい。
【００２９】
まず、図５を参照して本実施形態に係る円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図５は、本実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを備える。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端の一端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備え、最も端の他端に形成された燃料電池セル１０５の燃料極１０９に電気的に接続されたリード膜（不図示）を備える。
【００３０】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４などを主成分とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料を基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。
【００３１】
燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。燃料極１０９の厚さは５０〜２５０μｍである。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を備える。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
ＳＯＦＣの燃料極１０９に供給し利用できる燃料ガスとしては、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガス、都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどの炭素質原料をガス化設備により製造したガスなどが挙げられる。
【００３２】
固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを備えるＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極１０９に移動させるものである。燃料極１０９の表面上に位置する固体電解質１１１の膜厚は１０〜１００μｍである。
【００３３】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。空気極１１３は２層構成とすることもできる。この場合、固体電解質１１１側の空気極層（空気極中間層）は高いイオン導電性を示し、触媒活性に優れる材料で構成される。空気極中間層上の空気極層（空気極導電層）は、Ｓｒ及びＣａドープＬａＭｎＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物で構成されても良い。こうすることにより、発電性能をより向上させることができる。
【００３４】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成される。インターコネクタ１０７は、燃料と酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっていて、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した耐久性と電気導電性を備える。
このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。
【００３５】
リード膜１１５は、電子伝導性を備えること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出するものである。
【００３６】
次に、図６と図７とを参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。ここで、図６は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。また、図７は、本実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジの一態様の断面図を示すものである。
【００３７】
ＳＯＦＣモジュール２０１は、図６に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを備える。
なお、図６には円筒形のＳＯＦＣのセルスタックを例示しているが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａ及び燃料ガス排出管２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを備える。更にＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）及び酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを備える。
【００３８】
燃料ガス供給管２０７は、圧力容器２０５の外部に設けられ、ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料を供給する燃料供給部に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料ガス供給管２０７は、上述の燃料供給部から供給される所定流量の燃料を、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料を複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。
【００３９】
燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料を燃料ガス排出管２０９に導くものである。また、燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料を圧力容器２０５の外部に導くものである。
【００４０】
圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約１ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。
【００４１】
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
【００４２】
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図７に示す通り、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給室２１７と、燃料ガス排出室２１９と、酸化性ガス供給室２２１と、酸化性ガス排出室２２３とを備える。更にＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを備える。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料ガス供給室２１７と燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１と酸化性ガス排出室２２３とが図７のように配置されることで、燃料と酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【００４３】
発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置された領域であり、燃料と酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室２１５のセルスタック１０１長手軸方向の中央部付近での温度は、温度センサなどで監視され、ＳＯＦＣモジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１０００℃の高温雰囲気となる。
【００４４】
燃料ガス供給室２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの上部に設けられた燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。複数のセルスタック１０１は、上部管板２２５ａとシール部材２３７ａにより接合されており、燃料ガス供給室２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料を、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させる。
【００４５】
燃料ガス排出室２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂに備えられた燃料ガス排出孔２３１ｂによって、燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。複数のセルスタック１０１は、下部管板２２５ｂとシール部材２３７ｂにより接合されており、燃料ガス排出室２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出室２１９に供給される排燃料を集約して、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くことができる。
【００４６】
ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給室２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域であり、下部ケーシング２２９ｂの側面に設けられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に略均一流量で導くことが出来る。
【００４７】
酸化性ガス排出室２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域であり、上部ケーシング２２９ａの側面に設けられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出室２２３は、発電室２１５から、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出室２２３に供給される排空気を、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して図示しない酸化性ガス排出枝管に導くことが出来る。
【００４８】
上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また上部管板２２５ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給室２１７と酸化性ガス排出室２２３とを隔離するものである。
【００４９】
下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また下部管板２２５ｂは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１とを隔離するものである。
【００５０】
上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを備える。
【００５１】
この上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出室２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板２２５ａ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出室２２３に導くものである。
【００５２】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料と酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料との間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室２２３に供給される。また、燃料は、発電室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料を発電室２１５に供給することができる。
【００５３】
下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを備える。
【００５４】
この下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給室２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給室２２１に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。
【００５５】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料と酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料は、発電室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室２１９に供給される。また、酸化性ガスは排燃料との熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００５６】
発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された直流電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないパワーコンディショナ等の電力変換装置（インバータなど）により所定の交流電力へと変換されて、電力供給先（例えば、負荷設備や電力系統）へと供給される。
【００５７】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至４を用いて説明する。
図１には、本実施形態に係る還元処理システムの概略構成が示されている。
図１に示されるように、還元処理システム１は、還元炉１０、制御装置５０、電圧センサ３０を主な構成として備えている。
還元炉１０は、その内部に１本から複数本のセルスタック１０１を収容し、還元処理を行うが、図１では便宜上１本のセルスタック１０１のみを示しており、セルスタック１０１の鉛直方向上部分と下部分をそれぞれ支持板８０で熱膨張を許容するように支持されている。
本実施形態でのセルスタック１０１は、一例として前述したように、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５とリード膜１１５とを主な構成として備えている。ここで、セルスタック１０１は、還元処理システム１が還元処理を行う対象物であり、還元処理システム１を構成するものではない。
電圧センサ３０は、セルスタック１０１の電力取出し部分として、本実施形態では例えば、セルスタック１０１の両端に形成されたそれぞれの燃料電池セル１０５の空気極１１３に接続し、セルスタック１０１に形成された全ての燃料電池セル１０５の電圧であるセルスタック電圧を計測するように設置される。
制御装置５０は、還元炉１０及び電圧センサ３０に接続され、還元炉１０の温度制御、電圧センサ３０が計測したセルスタック電圧の取得、及び還元処理の制御等を行う。
【００５８】
制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００５９】
還元炉１０には、外部の還元性ガス供給源（不図示）から還元性ガスが供給され、還元性ガスはセルスタック１０１内部へ導かれる。また、セルスタック１０１の他端部の内部から排出される還元性ガスは、還元炉１０外部へ排出される。還元性ガスは、セルスタック１０１を還元処理するのに用いられる。還元性ガスとしては、例えば、水素（Ｈ２）ガスを約２０体積％〜５０体積％と窒素（Ｎ２）ガスを約８０体積％〜５０体積％との混合ガスが用いられる。水素ガスを窒素ガスで希釈して水素分圧を低下させることで、セルスタック１０１の還元反応が急速に進まないようにするとともに、空気極１１３が還元されることを抑制するようにしている。セルスタック１０１は、還元処理システム１の還元炉１０に収容され還元性ガスと反応することにより、還元処理される。
セルスタック１０１の外側には図示しない空気などの酸化性ガスがセルスタック１０１の周囲に供給されるようになっていて、排出される酸化性ガスは、還元炉１０外部へ排出される。酸化性ガスの流量は、炉内の温度分布を保ちセルスタック１０１の起電力（後述）を確認できればよいので小流量でよく、または還元炉１０にセルスタック１０１を収容された際に保持された還元炉内の空気をそのまま利用してもよい。
【００６０】
また還元炉１０には、ヒータ（不図示）が設けられており、セルスタック１０１の周囲に配置された温度センサ（不図示）が検出する温度に基づいて、セルスタック１０１の中央部の温度を制御する。セルスタック１０１の還元反応には、セルスタック１０１の中央部の温度が９３０℃以上、好ましくは９３０℃〜１０００℃、さらに好ましくは９５０℃になるように制御装置５０によって制御され、この際のセルスタック１０１の両端部はセルスタック１０１を支持し保持する部分の耐熱性を考慮した還元炉１０の加熱温度分布と還元性ガスの導入により、セルスタック１０１の中央部の温度より低い温度となる。このため、セルスタック１０１の両端部の温度が６００℃〜７００℃、好ましくは６００℃になるように制御装置５０によって制御される。
【００６１】
〔セルスタックの還元処理と電圧との関係〕
次に、図２を用いてセルスタック１０１の電圧、電流、抵抗を元に、セルスタック１０１の還元処理と電圧との関係について説明する。
図２は、第１実施形態のセルスタック１０１の回路図である。
【００６２】
図２に示すように、セルスタック１０１の還元処理が終了に近づいた状況では、燃料極１０９の内部抵抗は小さくなっているので、セルスタック１０１の起電力は、セルスタック１０１の理論電圧値と、セル内部抵抗、電解質抵抗および基体管抵抗による電圧降下との和となる。セルスタック１０１の起電力は、ネルンストの式より熱力学的平衡にある理論起電力が、反応ガスのガス分圧と温度の関数として導出される。理論電圧値Ｖｔは理論起電力から反応ガスの供給と拡散による電圧低下の影響分を除いたものとして導出して設定することで、起電力Ｖはセルスタック１０１の電気的な抵抗損失から導出することができる。すなわち、セルスタック１０１の起電力Ｖは、セルスタック１０１の理論電圧値をＶｔ、電流をｉ、セル内部抵抗をＲｃ、電解質抵抗をＲｅ、基体管１０３の抵抗をＲｂとすると、以下の（１）式で表される。
【００６３】
Ｖ＝Ｖｔ−ｉ（Ｒｃ＋（ＲｅＲｂ）／（Ｒｅ＋Ｒｂ））  （１）
【００６４】
還元処理において、燃料極１０９のＮｉＯと、基体管１０３中に含まれるＮｉＯのＮｉへの還元が行われる。還元処理が終了に近づいた状況でありながら、十分に還元が終わっていない場合は、燃料極１０９は多くがＮｉに還元されて電流経路が確保されるために、残留するＮｉＯが存在しても内部抵抗は十分に小さくなっているため、燃料極１０９の内部抵抗値の変化により還元処理の完了を確認することは難しい。一方、基体管１０３の抵抗Ｒｂは絶縁状態ではなく、抵抗Ｒｂは小さい値にあることが判明した。これは、基体管１０３は、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２とＮｉＯとの混合物であるため、還元処理が十分に行なわれない状態では基体管内のＮｉＯの粒子間距離が近いために、基体管１０３の抵抗Ｒｂが小さくなっているためである。これにより、基体管１０３へ電流（リーク電流）が流れる。還元処理が進むにつれて、基体管１０３内のＮｉＯのＮｉ粒子どうしが離れることでＮｉ粒子間距離が広くなり、基体管１０３の抵抗Ｒｂは徐々に高くなることで、還元処理完了を精度高く判断することが可能である。基体管１０３の抵抗Ｒｂが所定の抵抗となった時、セルスタック１０１の起電力Ｖ、すなわち電圧センサ３０が測定するセルスタック電圧が、所定の電圧となり、還元処理が完了したと制御装置５０が判断し、還元処理は終了される。所定の電圧には、例えばセルスタック１０１の理論起電力の９５％が設定されるが、この値は適宜変更が可能である。
ここで、電圧センサ３０は還元炉１０に収容された複数のセルスタック１０１のうち、少なくとも１つ以上の所定のセルスタック１０１に設置され、全ての電圧センサ３０が計測したセルスタック電圧が所定の電圧に到達した場合に還元処理が完了したと判断する。
【００６５】
また、還元炉１０内部の温度が従来の還元処理装置の温度（例えば９００℃）よりも高い温度で還元処理することにより、セルスタック１０１の温度が上昇することでセル内部抵抗Ｒｃ及び電解質抵抗Ｒｅが低下し、特に電解質抵抗Ｒｅの低下が大きい。これにより、基体管１０３の抵抗Ｒｂの変化の差が小さい場合であっても、（１）式に示されるように、基体管１０３へ流れる電流（リーク電流）をセルスタック１０１の起電力Ｖの値により感度良く検出することができる。そのため、電圧センサ３０により測定されたセルスタック電圧の値により、還元処理の完了をさらに精度良く検出することができる。
【００６６】
〔還元炉の温度による還元状態の違い〕
図３には、本発明の第１実施形態に係る還元炉の温度と還元率の時間経過との関係がグラフに示されている。
同図において縦軸はセルスタック１０１の還元率であり、横軸は時間である。還元率とはＮｉＯがＮｉに還元される割合を示す。
還元炉１０内部の温度が従来の還元処理装置で用いられている９００℃の場合、図３の点線で示すように還元率は時間と共にゆるやかに上昇する。従来のカートリッジ単位で還元処理を行う還元処理装置においては、カートリッジに組み込んでのセルスタック１０１の温度制御を行っていた。このため、セルスタック１０１の温度分布の増加を抑制するために、セルスタック１０１の中央部での温度は９００℃程度に上昇させることが限界にあった。さらに、従来のカートリッジ単位で還元処理を行う還元処理装置の場合は、シール部の金属部品の限界温度により、還元の際の発熱による温度上昇には限界があった。
また、限界温度である９００℃での還元処理は十分早い処理速度と解釈されていて、還元処理時間を短縮する必要性は発生していなかった。
ここで、セルスタック１０１に用いられる酸化金属が酸化ニッケル（ＮｉＯ）である場合は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と水素（Ｈ２）とが還元反応することで、ニッケル（Ｎｉ）と水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【００６７】
一方、本実施形態では、従来の還元処理装置とは異なり、カートリッジに組み込む前のセルスタック１０１を処理対象とし、セルスタック１０１単位で複数本を還元炉１０に搬入して還元処理を行う還元炉１０を採用している。セルスタック１０１の形態で還元炉１０に搬入して保持することにより、炉内への発熱の影響が少なく、セルスタック１０１への伝熱特性が改善し、還元処理温度の上昇が可能となった。そこで従来よりも高い温度である９５０℃での還元処理を行ったところ、図３の実線で示すように還元率は９００℃の場合よりも早く１００％付近に到達するという知見が得られた。これは、ＮｉＯとＨ２の反応が促進されてＮｉへの還元が進みやすくなったためである。
【００６８】
〔還元炉の温度設定〕
図４には、本発明の第１実施形態に係る還元炉の温度とセル内部の抵抗との関係がグラフに示されている。
同図において縦軸は電解質抵抗Ｒｅ（Ω・ｃｍ）であり、横軸は還元炉１０の温度（℃）であり、電解質抵抗Ｒｅの温度による変化を１０℃刻みでプロットしている。図４に示されるように、還元炉１０の温度が上昇すると、電解質抵抗Ｒｅは低下するが、還元炉１０の温度が一定以上となると電解質抵抗Ｒｅの低下が飽和状態となる。本実施形態では、図４に示す電解質抵抗Ｒｅの温度変化の傾きが−０．１Ω・ｃｍ／１０℃以上（傾きの絶対値は、０．１Ω・ｃｍ／１０℃以下）となる領域を、電解質抵抗Ｒｅの低下が飽和したと定義する。図４より、電解質抵抗Ｒｅの温度変化の傾きが−０．１Ω・ｃｍ／１０℃以上となる還元処理する所定温度は９３０℃である。また、セル内部抵抗Ｒｃについても抵抗値の変化は小さいが同様な傾向があることがいえる。電解質抵抗Ｒｅの温度変化の傾きは、例えば１０℃刻みで算出する。
電解質抵抗Ｒｅの温度変化の傾きＸは、温度ｔの場合の電解質抵抗をＲｅ(t)、温度ｔ−１０の場合の電解質抵抗をＲｅ（ｔ−１０）とすると、以下の（２）式で表される。
【００６９】
Ｘ＝（Ｒｅ（ｔ）−Ｒｅ（ｔ−１０））／（ｔ−（ｔ−１０））  （２）
【００７０】
よって、還元炉１０の所定温度を９３０℃以上とすることで、セル内部抵抗Ｒｃ及び電解質抵抗Ｒｅの低下は飽和、すなわち一定の値に近づくと見做すことができる。これにより、セルスタック１０１の還元処理が完了したか否かは、基体管１０３の抵抗Ｒｂが所定の抵抗まで高くなることで判断可能であるが、基体管１０３の抵抗Ｒｂ成分のみを分離・抽出するような計測が必要となる。このため、本実施形態では、（１）式を用いてセルスタック１０１の起電力Ｖ、すなわちセルスタック電圧が所定の電圧に到達することで還元処理が完了したか否かの判断が可能となるようにした。
【００７１】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る還元処理システムの制御装置、還元処理システム、還元処理システムの制御方法及び還元処理システムの制御プログラムによれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態によれば、セルスタック１０１の還元処理を従来よりも高い温度である９００℃を超える所定温度以上の温度で行うことにより、セルスタック１０１の還元処理を従来よりも短時間でさらに高い還元率まで進めるとともに、高い精度で還元処理の終了を感知して完了判断することができる。
これにより、セルスタック１０１の還元処理を従来よりも高い還元率まで進めることから、還元不足を最低限に抑え、セルスタック１０１の品質を向上させることができる。
また、還元処理を従来よりも高い温度である９００℃を超える所定温度以上の温度で行うことにより、酸化金属の還元反応が促進され、還元が進みやすいことから、還元処理を早期に終了させて、生産性を向上することができる。
また、セルスタック１０１の還元処理を従来よりも高い温度である９００℃を超える所定温度以上の温度で行うことにより、セル内部抵抗Ｒｃおよび電解質抵抗Ｒｅが低下するため、基体管１０３の抵抗Ｒｂの変化が相対的に大きく影響して判断が容易にできるようになり、基体管１０３に流れる電流（リーク電流）の変化をセルスタック電圧により精度良く検出することができる。ここで、セルスタック１０１が含有する酸化金属（例えば酸化ニッケル）が還元されることで、基体管１０３の還元が進むにつれて基体管１０３の抵抗Ｒｂは大きくなり、リーク電流は小さくなる。これにより、還元処理の完了有無をセルスタック電圧の値により判断することができる。
また、還元処理の完了有無をセルスタック電圧が所定の電圧に到達したか否かにより判断することから、セルスタック１０１の還元処理完了を簡便に判断することができる。
【００７２】
また本実施形態によれば、還元処理の完了を、セルスタック電圧が燃料電池セル１０５の理論起電力の９５％以上に到達したか否かで判断することから、基体管１０３の還元状態を正しく管理することが可能であり、精度良く還元処理の完了を判断できる。
【００７３】
また本実施形態によれば、電圧センサ３０が所定のセルスタック１０１に設置され、所定のセルスタックの全ての電圧が所定の電圧に到達した場合に還元処理が完了したと判断することから、還元炉１０内の還元処理のばらつきを抑え、還元処理の完了をより正確に判断することができる。
【００７４】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
上記した第１実施形態では、セルスタック電圧が所定の電圧に到達することで還元完了を判断するとしたが、本実施形態では、これに加えてさらに基体管の抵抗が所定の抵抗に到達することで還元完了を判断するものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。
【００７５】
電圧センサ３０が計測したセルスタック電圧が所定の電圧に到達すると、例えば制御装置５０が基体管１０３の抵抗Ｒｂを計測する。基体管１０３は、還元処理が完了するとその抵抗が所定の抵抗Ｒｂに到達することから、制御装置５０は抵抗Ｒｂの刻々の値変化を計測して評価するのではなく、制御装置５０が計測した基体管１０３の抵抗Ｒｂが所定の抵抗以上である場合は、還元処理が完了したと判断する。ここで、所定の抵抗として、例えば１０ＭΩ〜１００ＭΩが設定される。抵抗計測器の計測レンジからは、絶縁状態にあるかどうかを判断することに類似することから、所定の抵抗を例えば５０ＭΩ以上としてもよい。
基体管１０３の抵抗Ｒｂが所定の抵抗未満である場合は、数ｋΩ単位での抵抗値変化を計測・評価するのではなく、基体管１０３の抵抗Ｒｂが所定の抵抗以上となるまで、引き続き還元処理を行う。
【００７６】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る還元処理システムの制御装置、還元処理システム、還元処理システムの制御方法及び還元処理システムの制御プログラムによれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態によれば、セルスタック１０１の基体管１０３の抵抗Ｒｂを計測し、所定の抵抗に到達すると還元処理を終了することから、電圧監視に加え、基体管１０３の抵抗Ｒｂによっても判断することができ、より正確に還元処理の完了を判断することができる。
【００７７】
また本実施形態によれば、還元処理の完了を、基体管１０３の抵抗Ｒｂが１０ＭΩ〜１００ＭΩに到達したか否かで判断することから、基体管１０３の還元状態を正しく管理することが可能であり、精度良く還元処理の完了を判断できる。
【００７８】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
【００７９】
たとえば、上述した各実施形態においては、電圧センサは所定のセルスタックに設置されるとしたが、全てのセルスタックに設置されるとしてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１  還元処理システム
１０  還元炉
３０  電圧センサ
５０  制御装置
１０１  セルスタック
１０３  基体管
１０５  燃料電池セル
１０７  インターコネクタ
１０９  燃料極
１１１  固体電解質
１１３  空気極
１１５  リード膜（電力取出し部分）
２０１  ＳＯＦＣモジュール
２０３  ＳＯＦＣカートリッジ
２０５  圧力容器
２０７  燃料ガス供給管
２０７ａ  燃料ガス供給枝管
２０９  燃料ガス排出管
２０９ａ  燃料ガス排出枝管
２１５  発電室
２１７  燃料ガス供給室
２１９  燃料ガス排出室
２２１  酸化性ガス供給室
２２３  酸化性ガス排出室
２２５ａ  上部管板
２２５ｂ  下部管板
２２７ａ  上部断熱体
２２７ｂ  下部断熱体
２２９ａ  上部ケーシング
２２９ｂ  下部ケーシング
２３１ａ  燃料ガス供給孔
２３１ｂ  燃料ガス排出孔
２３３ａ  酸化性ガス供給孔
２３３ｂ  酸化性ガス排出孔
２３５ａ  酸化性ガス供給隙間
２３５ｂ  酸化性ガス排出隙間
２３７ａ、２３７ｂ  シール部材
【図１】
2018106891.tif 000003
【図２】
2018106891.tif 000004
【図３】
2018106891.tif 000005
【図４】
2018106891.tif 000006
【図５】
2018106891.tif 000007
【図６】
2018106891.tif 000008
【図７】
2018106891.tif 000009