(57)【要約】【課題】発電停止時の不活性ガスの供給タイミングを制御することにより、不活性ガスの使用量を適正化する不活性ガス供給制御方法を提供する。【解決手段】不活性ガス供給制御方法は、固体酸化物形の燃料電池２を用いて発電を行う燃料電池システム１において、発電停止時の不活性ガスの供給を制御し、燃料電池システム１が発電停止した際に、燃料電池２の燃料極１３への不活性ガスの供給を制御する供給制御工程を含む。供給制御工程では、燃料電池２の開回路電圧が、燃料極１３の材料の酸化還元平衡電位に基づく基準電圧より低くなったときに、不活性ガスを供給する。【選択図】図１
2018060675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形の燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムにおいて、発電停止時の不活性ガスの供給を制御する不活性ガス供給制御方法であって、
前記燃料電池システムが発電停止した際に、前記燃料電池の燃料極への前記不活性ガスの供給を制御する供給制御工程を含み、
前記供給制御工程では、前記燃料電池の開回路電圧が、前記燃料極の材料の酸化還元平衡電位に基づく基準電圧より低くなったときに、前記不活性ガスを供給すること
を特徴とする不活性ガス供給制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の不活性ガス供給制御方法であって、
前記燃料電池の温度と前記酸化還元平衡電位とに基づいて、前記基準電圧を算出する基準電圧算出工程を含み、
前記供給制御工程では、前記燃料電池の開回路電圧が、前記基準電圧算出工程で算出した基準電圧より低くなったときに、前記不活性ガスを供給すること
を特徴とする不活性ガス供給制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の不活性ガス供給制御方法であって、
前記供給制御工程では、前記開回路電圧と前記基準電圧との偏差に基づいて、前記不活性ガスの供給量を制御すること
を特徴とする不活性ガス供給制御方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載された不活性ガス供給制御方法であって、
前記供給制御工程では、前記燃料電池のセルスタックのうち、電気的に接続された複数の発電セルまたは単一の発電セルの開回路電圧を検出すること
を特徴とする不活性ガス供給制御方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載された不活性ガス供給制御方法を用いた燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形の燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システム、および発電停止時の不活性ガスの供給を制御する不活性ガス供給制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池を用いており、新たな発電システムとして期待されている。現在、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）の他に、固体高分子形燃料電池など、様々な種類が提案されている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池は、複数の発電セルが積層されたセルスタック構造を有している。セルスタックは、平板構造と円筒構造とに大別されるが、いずれの場合も燃料極（アノード）、空気極（カソード）、および電解質からなるセラミックス製の発電セルが、インターコネクタを介して連結された構造を有している。セルスタックに組み込まれた各発電セルにおいては、燃料極側に燃料ガス（水素含有燃料）を供給し、空気極側に酸化ガス（空気）を供給しており、内部で水素と酸素とを反応させることにより発電が行われる。
【０００４】
発電セルを構成する燃料極は、一般にＮｉとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合物が使用されているが、燃料極のＮｉは、高温状態で酸素と接触するとＮｉＯに酸化されることが知られている。ＮｉからＮｉＯへの酸化反応は、燃料極の体積膨張を伴うため、発電セルの破損が起こりやすい。
【０００５】
固体酸化物形燃料電池は、７００〜８００℃の高温で発電動作するものであるが、燃料電池の発電中は、燃料極に燃料ガス（水素含有ガス）が流れているため、燃料極のＮｉは還元性雰囲気に維持されている。一方で、燃料電池の発電停止時において、理論的には燃料ガスを消費しないので、燃料極の還元性雰囲気が維持されるはずであるが、実際には、空気極からのリーク（電解質を通じた拡散）や、温度低下による後段燃焼器側からの吸込み（負圧吸引）に起因して、空気（酸素）が侵入する。空気の侵入により燃料極の酸素分圧が上昇すると、ＮｉからＮｉＯへの酸化反応が進行する虞がある。そこで、燃料電池の発電停止時に、燃料極を不活性ガスでパージすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１７１７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の燃料電池発電システムは、高温状態で燃料ガスの送給を停止し、燃料極側に不活性ガスを所定の流量で送給するとともに、空気極への酸化ガスの送給を継続させる第１の不活性ガスパージ工程と、セル（発電セル）における燃料極と空気極との間の電圧が所定電圧に到達した時に、高温状態で酸化ガスの送給を停止するとともに、空気極側に不活性ガスを所定の流量で送給して、燃料電池の運転を停止する第２の不活性ガスパージ工程とを含んで運転される。また、上述した燃料電池発電システムは、セルの温度を計測するセル温度計測工程と、計測された温度における燃料極の材料の酸化還元平衡電位を算出し、酸化還元平衡電位を所定電圧とする酸化還元平衡電位算出工程とを更に含んで運転される。
【０００８】
上述した燃料電池発電システムは、発電停止動作の初期において、燃料極のみに不活性ガスを流し、セル電圧が所定の酸化還元平衡電位（所定電圧）に到達した以降には、燃料極と空気極の両方に不活性ガスを流すものである。しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池発電システムは、一連の発電停止動作を通じて不活性ガスを供給し続けるため、不活性ガスの使用量が非常に多いものとなっていた。不活性ガスとしては、通常、窒素ガスが使用されるが、その使用量が多いために大容量のボンベを準備または搭載する必要もあった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、発電停止時の不活性ガスの供給タイミングを制御することにより、不活性ガスの使用量を適正化することのできる不活性ガス供給制御方法および燃料電池システ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】
【００１０】
本発明に係る不活性ガス供給制御方法は、固体酸化物形の燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムにおいて、発電停止時の不活性ガスの供給を制御する不活性ガス供給制御方法であって、前記燃料電池システムが発電停止した際に、前記燃料電池の燃料極への前記不活性ガスの供給を制御する供給制御工程を含み、前記供給制御工程では、前記燃料電池の開回路電圧が、前記燃料極の材料の酸化還元平衡電位に基づく基準電圧より低くなったときに、前記不活性ガスを供給することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る不活性ガス供給制御方法では、前記燃料電池の温度と前記酸化還元平衡電位とに基づいて、前記基準電圧を算出する基準電圧算出工程を含み、前記供給制御工程では、前記燃料電池の開回路電圧が、前記基準電圧算出工程で算出した基準電圧より低くなったときに、前記不活性ガスを供給する構成としてもよい。
【００１２】
本発明に係る不活性ガス供給制御方法では、前記供給制御工程では、前記開回路電圧と前記基準電圧との偏差に基づいて、前記不活性ガスの供給量を制御する構成としてもよい。
【００１３】
本発明に係る不活性ガス供給制御方法では、前記供給制御工程では、前記燃料電池のセルスタックのうち、電気的に接続された複数の発電セルまたは単一の発電セルの開回路電圧を検出する構成としてもよい。
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムは、本発明に係る不活性ガス供給制御方法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、発電停止時の不活性ガスの供給タイミングを制御して、燃料極の還元性雰囲気を保持し、電極材料の酸化を防いでいる。この際、開回路電圧に基づき、不活性ガスを必要に応じて供給することで、過度な供給を抑えて、不活性ガスの使用量を適正化しつつ、低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略構成図である。
【図２】発電停止した際の発電セルの温度および開回路電圧の時間変化を示す説明図である。
【図３】温度と基準電圧との関係を示す特性図表である。
【図４】燃料電池システムにおける不活性ガス供給制御方法の処理フローを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略構成図である。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池２、検出部３、供給制御部４、および不活性ガス供給部５を備えている。なお、燃料電池システム１は、これに限らず、原燃料ガス（炭化水素燃料）から燃料ガス（水素含有燃料）を生成する改質器や、燃料電池２から排気されたオフガスを燃焼処理する燃焼器などを備えていてもよい。
【００２０】
燃料電池２は、空気極１１（カソード）、電解質１２、および燃料極１３（アノード）が接合された発電セル１０を複数備えており、これらの発電セル１０が図示しないインターコネクタを介して積層されたセルスタックとして構成されている。燃料電池２には、空気極１１へ空気を供給する空気供給ラインＬ１と、燃料極１３へ燃料ガスを供給する燃料供給ラインＬ２とが接続されている。燃料電池２の電池出力は、パワーコンディショナ（図示しない）で所定の発電出力（例えば、システムの定格出力）に調整されたのち、需要家の受電設備へ送られる。
【００２１】
本実施の形態において、燃料電池２のセルスタックを構成する発電セル１０は、固体酸化物形燃料電池とされており、燃料極１３がＮｉとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合物から形成されている。発電セル１０は、燃料極１３に供給される燃料ガス中の水素と、空気極１１に供給される空気中の酸素とを反応させることにより、発電を行う。燃料電池２による発電時の温度（動作温度）は、６００〜８００℃の高温域である。
【００２２】
以下では説明のため、電気的に接続された複数の発電セル１０のまとまりを「セルモジュール」と呼ぶことがある。具体的に、セルモジュールは、インターコネクタを介して隣接する発電セル１０の束（ブロック：パック）を示し、セルスタックの全セル数よりも少ない任意個数の発電セル１０からなる。つまり、セルスタックは、セルモジュールの積層体ということもできる。なお、セルモジュールのセル数は、セルスタックの全セル数よりも少ない範囲で適宜設定することができ、全セル数が１００〜５００個程度のセルスタックであれば、１０〜５０個程度の束をセルモジュールとして設定することができる。
【００２３】
検出部３は、燃料電池２に接続されており、燃料電池２の状態を検出する。具体的に、検出部３は、電圧計３ａと温度計３ｂとを備えており、燃料電池２の開回路電圧と温度とを検出する。
【００２４】
検出部３で検出する開回路電圧については、複数の検出バリエーションが設定されている。具体的に、単一の発電セル１０の開回路電圧を検出する場合と、複数の発電セル１０の開回路電圧を検出する場合とが挙げられる。単一の発電セル１０の開回路電圧を検出する際には、セルスタックのうち、いずれか一箇所の発電セル１０を代表させて開回路電圧を検出する方法や、複数箇所で１つの発電セル１０の開回路電圧を検出する方法が適用される。また、複数の発電セル１０の開回路電圧を検出する際には、セルスタックのうち、いずれかのセルモジュールの開回路電圧を検出する方法や、全ての発電セル１０を含むセルスタックの開回路電圧を検出する方法が適用される。なお、複数の検出バリエーションの詳細については後述する。
【００２５】
また、開回路電圧と同様に、温度も複数の測定バリエーションが設定されている。具体的に、発電セル１０の温度を直接測定する方法や、発電セル１０の周囲の温度から発電セル１０の温度を推定する方法などが挙げられる。発電セル１０の温度を推定する場合には、予め発電セル１０の温度と周囲の温度との相関関係を調べるなどすればよい。
【００２６】
不活性ガス供給部５は、不活性ガスを貯蔵し、燃料供給ラインＬ２に接続されており、燃料極１３へ不活性ガスを供給する。本実施の形態において不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）とされているが、炭酸ガス（ＣＯ２）等を使用することもできる。不活性ガス供給部５は、燃料極１３の一次側（燃料ガスの供給側）に替えて、燃料極１３の上流側に位置する改質器の一次側（原燃料ガスの供給側）に接続されていてもよい。このように構成することで、発電停止時の改質触媒の酸化を抑制することができる。なお、不活性ガス供給部５は、空気極１１に対して、不活性ガスを供給しないように構成することが望ましく、発電セル１０が高温状態（特に、降温前の発電動作温度付近）である際に、空気極１１へ不活性ガスを供給すると、空気極１１が還元されることにより失活する虞がある。
【００２７】
供給制御部４は、検出部３の検出結果に基づいて、不活性ガス供給部５から不活性ガスを供給させるかどうかを制御する。なお、供給制御部４による不活性ガスの供給制御方法については、後述する図４を参照して、詳細に説明する。
【００２８】
燃料電池システム１は、図示しない制御ユニットを備えている。制御ユニットは、動作プログラムを記憶させたＲＯＭと、動作プログラムを実行するＣＰＵと、各種データを記憶するＲＡＭとを有しており、ＲＯＭにはＣＰＵが供給制御部４としての機能を果たすためのプログラムも記憶されている。なお、燃料電池システム１の各種動作を制御するシステム制御ユニットと、供給制御部４を有する供給制御ユニットとが共通とされていてもよいし、独立して設けられていてもよい。
【００２９】
燃料電池システム１は、通常とは異なる異常を検知した際や外部入力で指示された際に移行する停止モードが設定されており、それによって発電停止する。具体的には、地震、過昇温、ガス漏れ検知、およびユーザ等による非常停止ボタンの操作（メンテナンスのためのボタン操作も含む）などの際に、燃料ガスと空気の供給を遮断して発電停止する。燃料電池システム１では、発電停止した際に、適宜不活性ガスを供給することで、燃料極を還元性雰囲気に維持し、電極材料であるＮｉの酸化を防止している。次に、燃料電池システム１において、発電停止した際の不活性ガス供給制御方法について説明する。
【００３０】
図２は、発電停止した際の発電セルの温度（Ｔａ）および開回路電圧（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）の時間変化を示す説明図である。
【００３１】
図２は、単一の発電セルに対する燃料ガスと空気の供給を遮断して発電停止させた後の時間変化を示すものであり、横軸は発電停止からの経過時間を表し、左縦軸は発電セルの電圧を表し、右縦軸は温度を表わしている。温度Ｔａは、発電セル１０の放熱を妨害する要因がなければ、時間の経過とともに指数関数的に減少しており、時間Ｚ１では、約４００℃程度となっている。
【００３２】
図２に示す二点鎖線は、燃料極１３の材料であるＮｉの酸化還元平衡電位ＶＳの理論値を表している。酸化還元平衡電位ＶＳは、ネルンストの式「ＶＳ＝ＲＴｌｎＰ／（ｎＦ）」（１）を使って求めることができる。式（１）から理解されるように、酸化還元平衡電位ＶＳは、温度Ｔの関数である。なお、式（１）において、Ｒは、気体定数（８．３１４［Ｊ・Ｋ−１・ｍｏｌ−１］）を示し、Ｔは、絶対温度［Ｋ］を示し、Ｐは、酸素分圧［Ｐａ］を示し、ｎは、燃料極１３で放出される電子数（４［−］）を示し、Ｆは、ファラデー定数（９６４８５［Ｃ・ｍｏｌ−１］）を示している。
【００３３】
図２に示すように、発電セル１０の温度Ｔａが時間の経過とともに指数関数的に減少する場合、酸化還元平衡電位ＶＳは、時間の経過とともに直線的に上昇する。酸化還元平衡電位ＶＳは、ＮｉからＮｉＯへの酸化反応とＮｉＯからＮｉへの還元反応とが平衡する電位であるので、燃料極１３の電極電位が酸化還元平衡電位ＶＳを下回ると、Ｎｉの酸化が進行する。なお、発電セル１０の温度Ｔａが所定温度（約４００℃）を下回ると、Ｎｉの酸化は進行しにくくなるため、時間Ｚ１以降は発電セル１０の降温が完了したものと看做すことができる。
【００３４】
図２に示す一点鎖線は、発電セル１０の端子間電圧ＶＴの理論値を表している。端子間電圧ＶＴは、発電セル１０内における電荷の移動や化学反応（２Ｈ２＋Ｏ２⇔２Ｈ２Ｏ）が全て平衡を保ち、発電セル１０内を流れる電流がゼロに等しいときの燃料極１３−空気極１１間に生ずる起電力である。端子間電圧ＶＴは、酸化還元平衡電位ＶＳと同様にネルンストの式に従う温度の関数である。そのため、発電セル１０の温度Ｔａが時間の経過とともに指数関数的に減少する場合、端子間電圧ＶＴは、酸化還元平衡電位ＶＳと平行に、時間の経過とともに直線的に上昇する。
【００３５】
＜制御例１（実施例）：開回路電圧Ｖａ＞
制御例１では、開回路電圧Ｖａが端子間電圧ＶＴの付近まで降下した時点で燃料極１３への不活性ガスの供給を開始し、その後は開回路電圧Ｖａが温度Ｔａに対応した端子間電圧ＶＴにほぼ保たれるように、不活性ガスの供給量を調整した。そして、降温が完了した時間Ｚ１の時点で不活性ガスの供給を停止した。制御例１では、降温中および降温後において、開回路電圧Ｖａが酸化還元平衡電位ＶＳよりも高い端子間電圧ＶＴの付近で維持されているので、燃料極１３においてＮｉの酸化が抑制される。
【００３６】
＜制御例２（比較例１）：開回路電圧Ｖｂ＞
制御例２では、開回路電圧Ｖｂが端子間電圧ＶＴの付近まで降下した時点で燃料極１３への不活性ガスの供給を開始し、その後、開回路電圧Ｖｂが温度Ｔａに対応した端子間電圧ＶＴにほぼ保たれるように、不活性ガスの供給量を調整した。そして、降温が完了する前に（すなわち、温度Ｔａが４５０〜５００℃の状態で）、不活性ガスの供給を停止した。制御例２では、降温が完了した時間Ｚ１を経過した後に、開回路電圧Ｖｂがプラトー（一時的な停滞状態）を経てから緩やかに上昇する。この上昇部分では、開回路電圧Ｖｂが酸化還元平衡電位ＶＳを下回っているので、燃料極１３においてＮｉの酸化が進行している。
【００３７】
＜制御例３（比較例２）：開回路電圧Ｖｃ＞
制御例３は、不活性ガスの供給がされない場合を示している。制御例３では、開回路電圧Ｖｃが端子間電圧ＶＴの付近まで降下した後、プラトーを経て緩やかに上昇する。そして、降温が完了した時間Ｚ１を経過した時点で、開回路電圧Ｖｃが酸化還元平衡電位ＶＳを下回る。つまり、不活性ガスの供給がされない場合には、燃料極１３においてＮｉの酸化が進行する。
【００３８】
上述したように、制御例２および制御例３では、開回路電圧がプラトーを経た後に、酸化還元平衡電位ＶＳを下回るという経過を辿っている。プラトーでは、燃料極１３側へ酸素の侵入が始まっており、燃料極１３側の酸素分圧がＮｉ／ＮｉＯの平衡分圧を超えていることを意味している。
【００３９】
端子間電圧ＶＴは、発電セル１０内での発電反応や電極の酸化還元反応が起こっていない平衡状態の電圧であり、図２に示した通り、酸化還元平衡電位ＶＳよりも所定電圧α分だけ高い値（ＶＴ＝ＶＳ＋α）となる。そこで、端子間電圧ＶＴを酸化還元平衡電位ＶＳに基づく基準電圧Ｅとして設定し、発電セル１０の開回路電圧がこの基準電圧Ｅより低くなったときに、不活性ガスを供給するように制御すれば、燃料極１３を確実に還元性雰囲気に維持することができる。一方、不活性ガスの供給開始後に、発電セル１０の開回路電圧が基準電圧Ｅを超過したときには、不活性ガスの供給を停止するとよい。すなわち、燃料極１３側へ酸素侵入の虞がない状態では、不活性ガスの過度な供給を抑制することで、不活性ガスの使用量を適正化しつつ、低減することができる。
【００４０】
図３は、温度Ｔａと基準電圧Ｅとの関係を示す特性図表である。
【００４１】
酸化還元平衡電位ＶＳに基づく基準電圧Ｅとして端子間電圧ＶＴを設定する場合、温度Ｔａから所定のネルンストの式を使って算出することができる。また、予め記録されたマップ（マトリクス型のデータテーブル）に基づいて設定してもよい。図３は、温度Ｔａと基準電圧Ｅとの関係を示すマップであって、所定の範囲の温度Ｔａに対して、一定の基準電圧Ｅが設定されている。基準電圧Ｅは、例えば、範囲内の温度Ｔａに対する端子間電圧ＶＴの最大値、平均値、および最小値のいずれかとされている。このように、記録する値を絞り込むことで、プログラム上のデータ量を抑制することができる。
【００４２】
酸化還元平衡電位ＶＳに基づく基準電圧Ｅとして端子間電圧ＶＴを採用しない場合、基準電圧Ｅは、酸化還元平衡電位ＶＳよりも高い値になるように設定する。例えば、基準電圧Ｅは、「酸化還元平衡電位ＶＳ×安全率」として定率で高く設定したり、「酸化還元平衡電位ＶＳ＋安全値」として一定値を上乗せして設定したりすればよい。この際、温度Ｔａから上述したネルンストの式（１）を使って酸化還元平衡電位ＶＳを求めた後、安全率や安全値を適用してもよいし、あらかじめ図３のようなマップを使用してもよい。なお、安全値を所定電圧α（端子間電圧ＶＴと酸化還元平衡電位ＶＳとの差分）とすれば、端子間電圧ＶＴが基準電圧Ｅとなる。
【００４３】
ところで、上述したように、開回路電圧に対しては複数の検出バリエーションが設定されている。以下に示す４つの検出バリエーションにおいては、不活性ガスの供給を次のように制御することができる。
【００４４】
第１の検出バリエーションでは、セルスタックにおいて、いずれか一箇所の発電セル１０の開回路電圧を代表して検出し、この検出値が基準電圧Ｅより低くなったときに、不活性ガスを供給するように制御する。
【００４５】
第２の検出バリエーションでは、セルスタックにおいて、離間した複数箇所の発電セル１０の開回路電圧を同時に検出し、いずれかの検出値が基準電圧Ｅより低くなったときに、不活性ガスを供給するように制御する。
【００４６】
第３の検出バリエーションでは、セルスタックにおいて、任意のセルモジュールの開回路電圧を検出し、この検出値が基準電圧Ｅａより低くなったときに、不活性ガスを供給するように制御する。基準電圧Ｅａは、基準電圧Ｅにセルモジュールのセル数を乗じた値とする。
【００４７】
第４の検出バリエーションでは、セルスタック全体の開回路電圧を検出し、この検出値が基準電圧Ｅｂより低くなったときに、不活性ガスを供給するように制御する。基準電圧Ｅｂは、基準電圧Ｅにセルスタックの全セル数を乗じた値とする。
【００４８】
これらの検出バリエーションのうち、第２ないし第４の検出バリエーションの制御では、複数の発電セル１０の電圧特性を監視しているため、発電セル１０間の開回路電圧のばらつきをキャンセルできるメリットがある。
【００４９】
次に、燃料電池システム１における不活性ガス供給制御方法の処理フローについて、図面を参照して説明する。
【００５０】
図４は、燃料電池システムにおける不活性ガス供給制御方法の処理フローを示すフロー図である。
【００５１】
ステップＳ０１では、停止モードへの移行などに応じて、燃料電池２の発電を停止する。燃料電池システム１では、燃料ガスおよび空気の供給を停止することにより、発電停止となる。
【００５２】
ステップＳ０２では、供給制御部４によって、開回路電圧が基準電圧より高いかどうかを判断する。その結果、開回路電圧が基準電圧より高い場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）には、ステップＳ０４へ進む。一方、開回路電圧が基準電圧より低い場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）には、ステップＳ０３へ進む。
【００５３】
ステップＳ０３では、不活性ガス供給部５によって、不活性ガスを供給する。ここで、不活性ガスの供給量は、あらかじめ設定された一定量とされていてもよいし、開回路電圧と基準電圧との偏差に基づく可変量とされていてもよい。可変量とする場合には、速度型ＰＩＤアルゴリズムまたは位置型ＰＩＤアルゴリズムを用いたＰＩＤ制御を行って、検出値（開回路電圧）と目標値（基準電圧）との偏差をゼロにするように供給量を制御する。このように、電圧の偏差に応じて、不活性ガスを適切な供給量に増減させることで、さらに不活性ガスの使用量を低減することができる。
【００５４】
ステップＳ０４では、不活性ガス供給部５による不活性ガスの供給を停止する。具体的に、不活性ガスを供給している際には、その供給を停止する。一方、不活性ガスの供給を停止している際には、その状態を継続する。このように、燃料極１３側へ酸素侵入の虞がない状態では、降温中であっても不活性ガスの供給を停止することで、不活性ガスの無駄な消費を抑制することができる。
【００５５】
ステップＳ０５では、供給制御部４によって、降温が完了したかどうかを判断する。例えば、供給制御部４は、検出部３で検出した温度に基づいて判断し、予め設定された温度以下（例えば、４００℃以下）となっていれば、降温が完了したと判断し、不活性ガスを供給している際には、その供給を停止する。その結果、降温が完了した場合（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）には、処理を終了する。一方、降温が完了していない場合（ステップＳ０５：Ｎｏ）には、ステップＳ０２へ戻る。なお、処理を終了する条件は、温度だけに限定されず、発電停止してから経過した時間や、ユーザからの指示とされていてもよい。
【００５６】
本発明の実施の形態に係る不活性ガス供給制御方法は、固体酸化物形の燃料電池２を用いて発電を行う燃料電池システム１において、発電停止時の不活性ガスの供給を制御する不活性ガス供給制御方法であって、燃料電池システム１が発電停止した際に、燃料電池２の燃料極１３への不活性ガスの供給を制御する供給制御工程を含み、供給制御工程では、燃料電池２の開回路電圧が、燃料極１３の材料の酸化還元平衡電位に基づく基準電圧より低くなったときに、不活性ガスを供給する構成とされている。そのため、発電停止時の不活性ガスの供給タイミングを制御して、燃料極１３の還元性雰囲気を保持し、電極材料の酸化を防止することができる。この際、開回路電圧に基づき、不活性ガスを必要に応じて供給することで、過度な供給を抑えて、不活性ガスの使用量を適正化しつつ、低減することができる。
【００５７】
また、不活性ガス供給制御方法は、燃料電池２の温度と酸化還元平衡電位とに基づいて、基準電圧を算出する基準電圧算出工程を含み、供給制御工程では、基準電圧算出工程で算出した基準電圧と開回路電圧とを比較する構成とされている。上述したように、酸化還元平衡電位は、燃料電池２の温度によって変動するので、温度を基準電圧に反映すると、精度の高い制御を行うことができる。
【００５８】
なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
３  検出部
３ａ  電圧計
３ｂ  温度計
４  供給制御部
５  不活性ガス供給部
１０  発電セル
１１  空気極
１２  電解質
１３  燃料極
【図１】
2018060675.tif 000003
【図２】
2018060675.tif 000004
【図３】
2018060675.tif 000005
【図４】
2018060675.tif 000006