(57)【要約】【課題】空気極のイオン導電性を損なわず、燃料極および空気極の体積変化による燃料電池セルの破損および劣化を防止できる燃料電池システムの停止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。【解決手段】燃料電池システムの停止方法は、燃料極側への燃料ガスの供給、および、空気極側への酸化剤ガスの供給を停止する工程と、該工程の後、燃料極側に不活性ガスを供給する工程と、空気極側に酸素を含む冷却ガスを供給する工程と、を備え、冷却ガスを供給する工程において、燃料電池セルの温度が所定温度以上である間、空気極側の雰囲気に含まれる酸素量を、セルスタックの出力１ｋＷあたり１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓ以上１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓ以下とし、燃料電池セルの温度が所定温度未満の時、空気極側の雰囲気の酸素分圧を１．０×１０−１５ａｔｍ以上１．０×１０−１３ａｔｍ以下とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極、固体電解質、および空気極が順に形成された燃料電池セルを複数備えたセルスタックを有し、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて前記固体電解質で発電する燃料電池システムの停止方法であって、
燃料極側への前記燃料ガスの供給、および、空気極側への前記酸化剤ガスの供給を停止する工程と、該工程の後、
前記燃料極側に不活性ガスを供給する工程と、
前記空気極側に酸素を含む冷却ガスを供給する工程と、
を備え、
前記冷却ガスを供給する工程において、
前記燃料電池セルの温度が所定温度以上である間、前記空気極側の雰囲気に含まれる酸素量を、セルスタックの出力１ｋＷあたり１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓ以上１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓ以下とし、
前記燃料電池セルの温度が所定温度未満の時、前記空気極側の雰囲気の酸素分圧を１．０×１０−１５ａｔｍ以上１．０×１０−１３ａｔｍ以下とする燃料電池システムの停止方法。
【請求項２】
前記空気極側に前記冷却ガスとともに不活性ガスを供給し、
前記酸素量をセルスタックの出力１ｋＷあたり１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓ以上１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓ以下とする請求項１に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項３】
前記空気極側に前記冷却ガスとともに不活性ガスを供給し、
前記酸素分圧を１．０×１０−１５ａｔｍ以上１．０×１０−１３ａｔｍ以下とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項４】
燃料極と固体電解質と空気極とが順に形成された燃料電池セルを複数有するセルスタックと、
前記燃料極側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、
前記空気極側に、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給経路と、
前記燃料極側に、不活性ガスを供給する燃料極不活性ガス供給経路と、
前記空気極側に、冷却ガスを供給する冷却ガス供給経路と、
前記燃料極側への燃料ガスの供給、および前記空気極側への酸化剤ガスの供給を停止した後、前記燃料極側へ不活性ガスを供給するとともに、前記燃料電池セルの温度に応じて前記空気極側の雰囲気に含まれる酸素量および前記空気極側の雰囲気の酸素分圧を制御する制御部と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項５】
前記空気極側に前記冷却ガスとともに不活性ガスを供給する空気極不活性ガス供給経路を備えている請求項４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、燃料電池システムの停止方法および燃料電池システム、特に固体酸化物形燃料電池システムの停止方法および固体酸化物形燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の一例として固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）がある。ＳＯＦＣは、燃料極、固体電解質および空気極からなる燃料電池セルを備えている。
【０００３】
ＳＯＦＣは、燃料極に燃料ガス（Ｈ２ガス、ＣＨ４ガス等）を供給するとともに、空気極に酸化剤ガス（空気等）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。
【０００４】
ＳＯＦＣにおいて、燃料極側に酸素が侵入したり、空気極側に燃料ガスが侵入したりすると、各々の電池構成材料が反応し体積変化することで燃料電池が劣化してしまう。特に、固体酸化物形燃料電池では、燃料極中で燃料が失われ、燃料極周囲が酸化雰囲気になると、燃料極の材料（Ｎｉ）の酸化が進行する。ＮｉがＮｉＯになる反応は、大きな体積変化を生じるため、燃料電池セルが破損することがある。
【０００５】
よって、ＳＯＦＣシステムを停止する際には、燃料電池セルの破損および劣化を防ぎつつ停止することが必要となる。特許文献１は、緊急停止事態が発生した際の燃料電池システムの制御方法を開示している。特許文献１では、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止し、その後、酸化剤流路および燃料流路に不活性ガスを供給することで、燃料極および酸化剤極（空気極）の双方の劣化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６６２４４号公報（請求項１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後、ＣＯ２やＮ２のような不活性ガスを供給している。このような方法では、酸化剤電極（空気極）が還元雰囲気に曝されて還元されてしまう。空気極が還元されると、空気極のイオン導電性が失われて劣化するという問題がある。
【０００８】
また、高温で運転されるＳＯＦＣにおいて、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した直後は、燃料電池セルが高温であるため、燃料ガスのリーク量が多く、燃料極側に残存する燃料ガスが空気極側に拡散し、空気極の材料が還元される。空気極の材料が還元されると、空気極のイオン導電性が失われる。
【０００９】
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、空気極のイオン導電性を損なわず、燃料極および空気極の体積変化による燃料電池セルの破損および劣化を防止できる燃料電池システムの停止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】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムの停止方法および燃料電池システムは以下の手段を採用する。
【００１１】
本発明は、燃料極、固体電解質、および空気極が順に形成された燃料電池セルを複数備えたセルスタックを有し、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて前記固体電解質で発電する燃料電池システムの停止方法であって、燃料極側への前記燃料ガスの供給、および、空気極側への前記酸化剤ガスの供給を停止する工程と、該工程の後、前記燃料極側に不活性ガスを供給する工程と、前記空気極側に酸素を含む冷却ガスを供給する工程と、を備え、前記冷却ガスを供給する工程において、前記燃料電池セルの温度が所定温度以上である間、前記空気極側の雰囲気に含まれる酸素量を、セルスタックの出力１ｋＷあたり１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓ以上１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓ以下とし、前記燃料電池セルの温度が所定温度未満の時、前記空気極側の雰囲気の酸素分圧を１．０×１０−１５ａｔｍ以上１．０×１０−１３ａｔｍ以下とする燃料電池システムの停止方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、燃料極と固体電解質と空気極とが順に形成された燃料電池セルを複数有するセルスタックと、前記燃料極側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、前記空気極側に、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給経路と、前記燃料極側に、不活性ガスを供給する燃料極不活性ガス供給経路と、前記空気極側に、冷却ガスを供給する冷却ガス供給経路と、前記燃料極側への燃料ガスの供給、およびを前記空気極側への酸化剤ガスの供給を停止した後、前記燃料極側へ不活性ガスを供給するとともに、前記燃料電池セルの温度に応じて前記空気極側の雰囲気に含まれる酸素量および前記空気極側の雰囲気の酸素分圧を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムを提供する。
【００１３】
本発明では、燃料極側への燃料ガスの供給を停止した後、不活性ガスを供給することにより、燃料極側の雰囲気を不活性ガスに置換して還元雰囲気とする。そうすることで、燃料極側に燃料ガスが残存し、該残存した燃料ガスが空気極へと拡散することによって空気極が還元されることを防止できる。
【００１４】
本発明によれば、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後、冷却ガスを供給することで、燃料電池セルの温度を下げることができる。冷却ガスは、酸化剤ガスよりも低温にできるため、燃料電池セル、およびセルスタックを速やかに冷却できるようになる。
【００１５】
燃料極の酸化反応は、高温で進みやすい。そのため、燃料電池セルが高温である間は、燃料極側への酸素の拡散を考慮しつつ、速やかに燃料電池セルの温度を下げることが重要となる。空気極側の雰囲気の酸素量が多すぎると、燃料極側へ拡散する酸素が増える。一方、酸素量を低くするため冷却ガスの流量を下げすぎると、セルスタックの降温速度が遅くなる。本発明では、燃料電池セルが所定温度以上の高温である間、空気極側の雰囲気に含まれる酸素量を調整する。酸素量を上記範囲とすることで、燃料極側へ酸素が拡散するのを抑えつつ、冷却ガスの流量を確保できる。それにより、セルスタックを速やかに冷却できるため、燃料極での酸化反応を抑制できる。
【００１６】
また、燃料電池システムが停止した時には、燃料極側への酸素の拡散を抑えつつ、空気極側を酸化雰囲気に保つことが重要となる。本発明では、燃料電池セルの温度が所定温度まで下がった後、空気極側の雰囲気の酸素分圧を調整する。酸素分圧を上記範囲とすることで、空気極のイオン導電性を損なうことなく、燃料極中への酸素の侵入を防ぐことができる。
【００１７】
上記発明の一態様において、前記空気極側に前記冷却ガスとともに不活性ガスを供給し、前記酸素量をセルスタックの出力１ｋＷあたり１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓ以上１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓ以下としてもよい。
【００１８】
上記発明の一態様において、前記空気極側に前記冷却ガスとともに不活性ガスを供給し、前記酸素分圧を１．０×１０−１５ａｔｍ以上１．０×１０−１３ａｔｍ以下としてもよい。
【００１９】
不活性ガスを用いることで、空気極側に供給されるガスの酸素濃度を調整できる。それにより、空気極側に供給する冷却ガスの流量を大きくできるため、冷却ガスのみを供給した場合と比較して、燃料電池セルの降温速度を上げられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃料極側に不活性ガスを供給することで、運転停止後に燃料ガスが空気極側に拡散することを防止できる。本発明によれば、冷却ガスを空気極側に供給することで、速やかに燃料電池セルの温度を下げることができるため、燃料極の材料の酸化反応を抑制できる。本発明によれば、燃料電池セルの温度を下げてから、空気極側の雰囲気の酸素分圧を所定範囲にすることで、空気極のイオン導電性を損なわず、且つ、燃料極中への酸素の侵入を防止できる。本発明によれば、燃料極および空気極の体積変化を抑制し、燃料電池セルの破損および劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】セルスタックの一態様を示す部分縦断面図である。
【図２】第１実施形態の空気極側雰囲気における冷却ガス流量および酸素量・酸素分圧のプロファイルの一例を示す図である。
【図３】第２実施形態の空気極側雰囲気における冷却ガス流量および酸素量・酸素分圧のプロファイルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
【００２３】
本発明は以降で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。本発明は、マイクロガスタービンシステムおよび燃料再循環システムなどと組み合わせた複合発電システムに適用できる。
【００２４】
〔第１実施形態〕
本実施形態に係る燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムが適用されている。ＳＯＦＣシステムは、１つまたは複数の円筒形状のセルスタックと、燃料ガス供給経路と、酸化剤ガス供給経路と、燃料極不活性ガス供給経路と、冷却ガス供給経路と、制御部とを備えている。複数のセルスタックがある場合は、各セルスタックが電気的に並列に接続されている。
【００２５】
図１に、ＳＯＦＣのセルスタックの一態様を示す。
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とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが順に積層して形成されている。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を有する。セルスタック１０１は、両端に被支持部位を有する。燃料電池セル１０５は、発電室（不図示）内に収納されている。
【００２６】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４とされる。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。基体管は、押し出し成形法により成形される。
【００２７】
燃料極１０９は、Ｎｉを含む材料から形成される。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。
【００２８】
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有するＹＳＺが主として用いられる。
【００２９】
空気極１１３は、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３で表される導電性ペロブスカイト型酸化物とジルコニア系電解質材料とを混合した材料で構成される。空気極１１３に含まれるＭｎは、酸化触媒として作用する。例えば、空気極は、ＬａＣａＭｎＯ３、ＳｍＳｒＭｎＯ３，ＳｍＣａＭｎＯ３、ＰｒＳｒＭｎＯ３、ＰｒＣａＭｎＯ３などとされる。
【００３０】
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、燃料極側に供給されるガスと空気極側に供給されるガスとが混合しないように緻密な膜となっている。インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。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。
【００３１】
リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、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ものである。
【００３２】
燃料極１０９、固体電解質１１１、空気極１１３、インターコネクタ１０７およびリード膜１１５は、それぞれ材料となる粉末から作製したスラリーを適宜基体管１０３上に成膜し、焼成させることで形成される。
【００３３】
燃料ガス供給経路は、基体管内部（燃料極側）に燃料ガスを供給できるよう設けられている。酸化剤ガス供給経路は、基体管外周（空気極側）に酸化剤ガスを供給できるよう設けられている。
【００３４】
燃料極不活性ガス供給経路は、燃料極側に不活性ガスを供給できるよう設けられている。冷却ガス供給経路は、空気極側に冷却ガスを供給できるよう設けられている。
【００３５】
制御部は、ＳＯＦＣシステムを停止する際に、燃料極側への燃料ガスの供給および空気極側への酸化剤ガスの供給を停止できるよう設けられている。制御部は、空気極側の雰囲気に含まれる酸素量および空気極側の雰囲気の酸素分圧を制御できるよう設けられている。
【００３６】
上記のようなＳＯＦＣシステムは、燃料ガス供給経路に燃料ガスが供給され、酸化剤ガス供給経路に酸化剤ガスが供給され、これを受けて固体電解質で発電できる。ＳＯＦＣシステムの運転温度は９００℃〜１０００℃程度である。燃料ガスとしては、天然ガス、ＬＰＧ、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどが使用できる。酸化剤ガスとは、酸素を略１５体積％〜３０体積％含むガスである。酸化剤ガスとしては、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃料排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用されてもよい。
【００３７】
このようなＳＯＦＣシステムの運転を停止する方法は、ステップ１〜ステップ３を含む。
（ステップ１）
ＳＯＦＣシステムの通常停止時または緊急停止時には、まず、燃料極側への燃料ガスの供給および空気極側への酸化剤ガスの供給を停止する。
【００３８】
（ステップ２）
ステップ１の後、燃料極側に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、または燃焼排ガスなどである。不活性ガスは、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスであってもよい。不活性ガスに含まれるＨ２ガスは、空気極側から拡散してきた酸素（Ｏ２）と反応する。よって、不活性ガスにＨ２ガスを含ませることで、拡散してきた酸素が燃料極の材料と反応するのを防止できる。一方、不活性ガスにＨ２ガスを含ませた場合、ＳＯＦＣ停止時に燃料極側に供給する不活性ガスが大量になると、コストが高くなる。よって、コストを低く抑えたい場合には、Ｈ２ガスを含ませなくてもよい。
【００３９】
燃料極側の雰囲気を不活性ガスで置換することで、残存した燃料ガスが空気極へと拡散することによって空気極の材料が還元されることを防止できる。
【００４０】
（ステップ３）
ステップ１の後、ステップ２と並行して、空気極側に冷却ガスを供給する。冷却ガスは、酸素を含む。冷却ガスの温度は、発電に用いられる酸化剤ガスよりも低い。冷却ガスは、外気（常温の空気）などが好適である。常温とは、１５℃〜２５℃程度の温度を指す。
【００４１】
図２に、本実施形態の空気極側雰囲気における冷却ガス流量および酸素量・酸素分圧のプロファイルを示す。同図において、横軸が時間（ｔ）、縦軸がセルスタックの出力１ｋＷあたりの酸素量（ｍｏｌ／ｓ）および酸素分圧（ａｔｍ）、実線がｐ（Ｏ２）酸素量・濃度、破線が冷却ガス流量である。
【００４２】
本実施形態では、空気極側の雰囲気が所望の環境となるよう、空気極側に供給する冷却ガスの流量を制御する。詳細には、燃料電池セルの温度が所定温度以上である間、空気極側の雰囲気に含まれる酸素量Ｍがセルスタックの出力１ｋＷあたり１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓ以上１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓ以下、好ましくは１．０×１０−５ｍｏｌ／ｓ程度となるよう冷却ガス流量を制御する。酸素量Ｍは、還元ガス流量から算出され得る。空気極側に流入してくる還元ガス量は、リーク燃料流量(計測値)から求めることができる。
【００４３】
冷却ガス流量は、冷却ガスの酸素濃度および温度、空気極側雰囲気の体積（燃料電池セルを収容している空間の体積）から算出すればよい。
【００４４】
空気極側の雰囲気に含まれる酸素量Ｍを上記範囲とすることで、燃料極へ酸素が拡散するのを抑えつつ、冷却ガスの流量を確保して、燃料電池セルを速やかに降温させることができる。酸素量Ｍが１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓよりも低いと、冷却ガスの流量が小さくなりすぎるため、降温速度が遅くなる。それにより、燃料極での酸化反応を抑制できず、燃料極を破損・劣化させる。また、冷却ガス流量を制御することで酸素量Ｍを調整した場合は、冷却速度が低下する。そのため、酸素量Ｍが１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓよりも低い場合、空気極側が還元され劣化してしまう可能性が高くなる。酸素量Ｍが１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓよりも多いと、燃料極への酸素の拡散量が増え、燃料極を破損・劣化させる。
【００４５】
また、ステップ３では、燃料電池セルの温度が所定温度未満の時、空気極側の雰囲気の酸素分圧Ｐが１．０×１０−１５ａｔｍ以上１．０×１０−１３ａｔｍ以下となるよう冷却ガス流量を制御する。
【００４６】
空気極側の雰囲気の酸素分圧を上記範囲（１．０×１０−１３ａｔｍ〜１．０×１０−１５ａｔｍ）とすることで、空気極のイオン導電性を損なうことなく、燃料極中への酸素の侵入を防ぐことができる。
【００４７】
燃料電池セルの温度は、最も高温になる領域にある燃料電池セルの温度を計測して得るとよい。例えば、セルスタックの軸方向中央に位置する燃料電池セルの温度を、温度計などにより計測する。燃料電池セルの温度は、燃料電池セルの周辺の雰囲気温度（例えば、燃料電池セルが収納された空間内の温度）で代用されてもよい。その場合には、燃料電池セルの温度との差分を考慮する。
【００４８】
所定温度は、燃料電池セルが高温であるときの温度である。例えば、高温は、５００℃以上である。
【００４９】
本実施形態によれば、空気極側の雰囲気に含まれる酸素量を、空気極が必要とする最小限の量に抑えることで、空気極が還元されてイオン導電性が損なわれることなく、燃料極中への酸素の侵入を防ぐことができる。
【００５０】
〔第２実施形態〕
本実施形態に係るＳＯＦＣシステムは、空気極側に冷却ガスとともに不活性ガスを供給する空気極不活性ガス供給経路を備えていることを特徴とする。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
本実施形態に係るＳＯＦＣシステムの停止方法は、ステップ３において、空気極側に冷却ガスとともに不活性ガスを供給する点が、第１実施形態と異なる。不活性ガスは、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、または燃焼排ガスなどである。不活性ガスの温度は、冷却ガスの温度に近似していることが好ましい。
【００５２】
図３に、本実施形態の空気極側雰囲気における冷却ガス流量および酸素量・酸素分圧のプロファイルを示す。同図において、横軸が時間（ｔ）、縦軸がセルスタックの出力１ｋＷあたりの酸素量（ｍｏｌ／ｓ）および酸素分圧（ａｔｍ）、実線がｐ（Ｏ２）酸素量・濃度、破線が冷却ガス流量である。
【００５３】
本実施形態では、空気極側に、冷却ガスとともに不活性ガスを供給して、燃料電池セルの温度が所定温度以上である間、空気極側の雰囲気に含まれる酸素量Ｍがセルスタックの出力１ｋＷあたり１．０×１０−６ｍｏｌ／ｓ以上１．０×１０−４ｍｏｌ／ｓ以下、好ましくは１．０×１０−５ｍｏｌ／ｓとなるよう制御する。
【００５４】
冷却ガス流量は、第１実施形態よりも多くする。不活性ガス流量は、空気極側の酸素量が上記範囲となるよう、冷却ガス流量に基づき設定する。
【００５５】
図３では、燃料電池セルの所定温度以上である間、冷却ガス流量の約２倍の流量で不活性ガスを供給する。図３では、冷却ガスの燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止した後、冷却ガス流量を短時間で上昇させて燃料電池セルを速やかに冷却する。燃料電池セルの温度が７００℃程度となったところで、冷却ガス流量を中間値程度まで小さくしている。
【００５６】
不活性ガスを用いることで、空気極側に供給されるガスの総流量、酸素濃度を調整できる。それにより、空気極側に供給する冷却ガスの流量を大きくできるため、冷却ガスのみを供給した場合と比較して、燃料電池セルの降温速度を上げられる。燃料電池システムの大きさなどによって異なるが、不活性ガスを用いた場合、例えば、第１実施形態と比較して５００〜１０００倍程度、冷却ガスの流量を大きくすることができる。また、不活性ガスを用いることで、供給できる冷却ガス流量に幅を持たせることができる。それによって、空気極側雰囲気の酸素量を所定範囲に維持した状態で、冷却速度を変化させることができる。
【００５７】
また、本実施形態のステップ３では、空気極側に、冷却ガスとともに不活性ガスを供給して、燃料電池セルの温度が所定温度未満の時、空気極側の雰囲気の酸素分圧Ｐが１．０×１０−１５ａｔｍ以上１．０×１０−１３ａｔｍ以下となるよう制御する。
【００５８】
冷却ガス流量は、第１実施形態よりも多くする。不活性ガス流量は、空気極側の酸素分圧が上記範囲となるよう、冷却ガス流量に基づき設定する。それにより、燃料電池セルの温度を４００℃程度まで速やかに冷却できる。
【００５９】
不活性ガスを用いることで、空気極側の雰囲気の酸素分圧を上記範囲としながらも、冷却ガスのみを供給した場合と比較して、燃料電池セルの降温速度を上げられる。それにより、空気極のイオン導電性を損なうことなく、燃料極中への酸素の侵入を防ぐという効果をより顕著にすることができる。
【００６０】
本実施形態において、燃料電池セルの温度が所定温度以上である間、および燃料電池セルの温度が所定温度未満の時のいずれか一方でのみ、空気極側に不活性ガスを供給してもよい。そうすることで、コストを低減できる。
【符号の説明】
【００６１】
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
【図１】
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【図２】
2015125828.tif 000004
【図３】
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