(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンガスを改質して燃料ガスとする固体酸化物形燃料電池にメタンガスを供給したときに前記固体酸化物形燃料電池に流れる電流値と、供給されたメタンガスの流量とから、前記固体酸化物形燃料電池のニッケルを含んで構成された燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を求めて正常値とする第１ステップと、
前記固体酸化物形燃料電池の発電動作時に前記燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を測定して測定水蒸気分圧とする第２ステップと、
前記測定水蒸気分圧を測定したときの前記排ガスの温度と前記燃料極が配置されている領域の温度との比較により、前記測定水蒸気分圧から前記燃料極が配置されている領域における実効水蒸気分圧を算出する第３ステップと、
前記実効水蒸気分圧が前記正常値より６％を超えて減少したことを検出して前記燃料極に異常が発生したことを判断する第４ステップと
を少なくとも備えることを特徴とする燃料極の異常判断方法。
【請求項２】
メタンガスを改質して燃料ガスとする固体酸化物形燃料電池にメタンガスを供給したときに前記固体酸化物形燃料電池に流れる電流値と、供給されたメタンガスの流量とから求められる、前記固体酸化物形燃料電池のニッケルを含んで構成された燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を正常値として記憶する正常値記憶手段と、
前記固体酸化物形燃料電池の発電動作時に前記燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を測定する測定手段と、
前記測定水蒸気分圧を測定したときの前記排ガスの温度と前記燃料極が配置されている領域の温度との比較により、前記測定水蒸気分圧から前記燃料極が配置されている領域における実効水蒸気分圧を算出する演算手段と、
前記実効水蒸気分圧が、前記正常値記憶手段に記憶されている正常値より６％を超えて減少したことを検出して前記燃料極に異常が発生したことを判断する判断手段と
を少なくとも備えることを特徴とする燃料極の異常判断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池の燃料極における異常を判断する燃料極の異常判断方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸素イオン伝導体を用いた固体酸化物形燃料電池に関心が高まりつつある。特にエネルギーの有効利用という観点から、固体酸化物形燃料電池はカルノー効率の制約を受けないために本質的に高いエネルギー変換効率を有し、さらに、良好な環境保全が期待されるなどの優れた特徴を持っている。
【０００３】
以下、固体酸化物形燃料電池について図５を用いて簡単に説明する。図５は、固体酸化物形燃料電池の構成を示す構成図である。固体酸化物形燃料電池は、電解質５０１と燃料極５０２と空気極５０３とから構成されている。燃料極５０２には、燃料として水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含む混合ガス５０４が供給され、空気極５０３には、酸化剤としての酸素を含む空気５０６が供給され、発電動作が行われる。この固体酸化物形燃料電池は、メタンなどの炭化水素燃料を改質して燃料ガスとして用いており、燃料極５０２に供給される混合ガス５０４には、燃料ガスとしての水素の他に、一酸化炭素，二酸化炭素，メタン，および水蒸気が混合している。この場合、水素ガスと一酸化炭素ガスとが燃料ガスとなる。
【０００４】
発電動作においては、供給された空気５０６の酸素が空気極５０３で電子５０８と結合して酸化物イオン（Ｏ2-）５０７となる。酸化物イオン５０７は、電解質５０１を通過して燃料極５０２に移動する。燃料極５０２に移動した酸化物イオン５０７は、ここに供給されている混合ガス５０４の中の水素と反応し、水（Ｈ2Ｏ）を生成する。このとき、燃料極５０２には、電子５０８が生成する。このようにして生成した電子５０８は、燃料極５０２より外部に取り出される。燃料極５０２より外部に取り出された電子５０８は、電子負荷５０９を通過して空気極５０３に供給される。
【０００５】
上述した酸化物イオン５０７および電子５０８の移動が、固体酸化物形燃料電池の発電における電流となる。このように発電される中で燃料極５０２で生成した水（水蒸気）は、燃料極排ガス５０５として外部に排出される。なお、燃料極排ガス５０５は、未利用の水素に加え、改質時に発生する二酸化炭素および一酸化炭素、また、未改質のメタンも含んでおり、水素，一酸化炭素，二酸化炭素，メタン，および水蒸気との混合ガスである。
【０００６】
ところで、固体酸化物形燃料電池の燃料極は、一般にはニッケルと電解質材料とから構成されている。ニッケルは、水素の電気化学的な酸化反応の触媒として作用する。また、ニッケルは、水素の酸化反応により生じた電子が伝導する経路（伝導パス）としても機能する。
【０００７】
また、図６に示すように、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）６０１は、実際の運転では、断熱容器６０５の内部に配置され、発電動作に伴って発生する熱を利用して、動作に必要な温度を維持している。なお、運転開始時など、発電に伴って発生する熱だけで温度が維持できない場合には、電気ヒーターやバーナーなどで熱を加えるようにしている。
【０００８】
運転時には、断熱容器６０５の外部より、混合ガス６０２および空気６０４が供給され、発電が行われ、発電の結果生成した水蒸気，発電に用いられなかった水素，改質時に発生した一酸化炭素や二酸化炭素、および改質されないメタンが混合している混合ガスが、排ガス６０３として断熱容器６０５の外部に排出される。なお、図示していないが、発電に利用した後の空気も、断熱容器６０５の外部に排出される。
【０００９】
また、ＳＯＦＣ６０１からは、電流取り出し線６０７を用いて電流を取り出す。取り出される電流は、可変抵抗器などの電子負荷６０６により制御される。また、ＳＯＦＣ６０１の電圧が、電圧計測線６０８と電圧計６０９により測定されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】田川  博章  著、「固体酸化物燃料電池と地球環境」、株式会社  アグネス承風社、第１版第１刷、３７−４０頁、１９９８年。
【非特許文献２】岸田  遼  他、「水蒸気劣化に対する燃料極中の酸化物成分の影響」、第１９回ＳＯＦＣ研究発表会  講演要旨集、１６２Ｃ、９４−９７頁、２０１０年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、水素を燃料として用いている固体酸化物形燃料電池の燃料極は、水素−水蒸気系の雰囲気とされているが、発電中に水素が供給不足になると、水蒸気濃度が高くなる。このような環境において、燃料極を構成しているニッケルは、酸化して酸化ニッケルになりやすい状態となる（非特許文献１，２参照）。燃料極におけるニッケルが酸化して酸化ニッケルになると、触媒性能および導電性が失われることになり、前述した燃料極の電極反応における機能が失われる。また、ニッケルが酸化ニッケルになることで、約１．６倍に体積が膨張する。このように体積膨張を起こすことにより、電解質の破損などを招き、固体酸化物形燃料電池を破壊することになる。
【００１２】
上述したように、ニッケルを含んで構成されている燃料極を用いている固体酸化物形燃料電池では、ニッケルの酸化が性能劣化および破損を招くため、ニッケルの酸化を未然に防ぐ機能が必要となる。ニッケルの酸化を防ぐためには、水蒸気濃度の上昇を招く水素の供給不足を速やかに検知し、検知した場合には発電を中止する、もしくは水素流量を一時的に増加させるなどの制御を行うことが必要となる。
【００１３】
前述した固体酸化物形燃料電池では、電圧計６０９によりＳＯＦＣ６０１の電圧を監視し、電圧が正常値より低下した場合に水素の供給不足と判断して警報を発し、発電を中止する、もしくはメタンガス流量を一時的に増加させている。しかしながら、固体酸化物形燃料電池の破損を招く程度にまでニッケルの酸化が進行しないと、電圧の低下による判定ができず、感度が低いという問題がある。
【００１４】
また、発明者らは、水素のみを燃料ガスとした場合の固体酸化物形燃料電池における燃料極の異常判断について既に提案している。この提案では、燃料極からの排出ガス中の水蒸気分圧を測定している。しかし、上述したように、水素に加えて改質時に発生する二酸化炭素および一酸化炭素、また、未改質のメタンや水蒸気も含む混合ガスが燃料極に供給される場合、電池内部温度（８００℃）と水蒸気分圧計温度（約１５０℃）との違いにより混合ガスの組成が異なるため、電池内部の水蒸気分圧を計測できないという問題があった。
【００１５】
以上のように、従来の技術では、メタンなどの炭化水素燃料を改質して燃料ガスとして用いる固体酸化物形燃料電池では、ニッケルの酸化による燃料極の異常を、高感度に正確に判断できないという問題があった。
【００１６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、メタンを改質して燃料ガスとして用いる固体酸化物形燃料電池において、ニッケルの酸化による燃料極の異常を、高感度に正確に判断できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る燃料極の異常判断方法は、メタンガスを改質して燃料ガスとする固体酸化物形燃料電池にメタンガスを供給したときに固体酸化物形燃料電池に流れる電流値と、供給されたメタンガスの流量とから、固体酸化物形燃料電池のニッケルを含んで構成された燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を求めて正常値とする第１ステップと、固体酸化物形燃料電池の発電動作時に燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を測定して測定水蒸気分圧とする第２ステップと、測定水蒸気分圧を測定したときの排ガスの温度と燃料極が配置されている領域の温度との比較により、測定水蒸気分圧から燃料極が配置されている領域における実効水蒸気分圧を算出する第３ステップと、実効水蒸気分圧が正常値より６％を超えて減少したことを検出して燃料極に異常が発生したことを判断する第４ステップとを備える。
【００１８】
また、本発明に係る燃料極の異常判断装置は、メタンガスを改質して燃料ガスとする固体酸化物形燃料電池にメタンガスを供給したときに固体酸化物形燃料電池に流れる電流値と、供給されたメタンガスの流量とから求められる、固体酸化物形燃料電池のニッケルを含んで構成された燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を正常値として記憶する正常値記憶手段と、固体酸化物形燃料電池の発電動作時に燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を測定する測定手段と、測定水蒸気分圧を測定したときの排ガスの温度と燃料極が配置されている領域の温度との比較により、測定水蒸気分圧から燃料極が配置されている領域における実効水蒸気分圧を算出する演算手段と、実効水蒸気分圧が、正常値記憶手段に記憶されている正常値より６％を超えて減少したことを検出して燃料極に異常が発生したことを判断する判断手段とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したことにより、本発明によれば、メタンを改質して燃料ガスとして用いる固体酸化物形燃料電池において、ニッケルの酸化による燃料極の異常を、高感度に正確に判断できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における燃料極の異常判断方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における燃料極の異常判断装置の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、固体酸化物形燃料電池の８００℃の動作温度においてＳ／Ｃ＝３、出力電流５０Ａ、燃料利用率９５％で発電した際の燃料極排ガスの組成を基準とし、熱力学的な平衡計算により、ガスの出入りが無いと仮定し、各温度におけるガス組成の平衡状態の変化を計算した結果を示す特性図である。
【図４】図４は、発電中に性能の低下が起きた場合に観測される、水蒸気分圧の正常値からのずれの時間変化（ａ）、および固体酸化物形燃料電池の出力電圧の正常値からのずれの時間変化（ｂ）を示す特性図である。
【図５】図５は、固体酸化物形燃料電池の構成を示す構成図である。
【図６】図６は、固体酸化物形燃料電池６０１を用いた運転状態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における燃料極の異常判断方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、メタンガスを改質（水蒸気改質）して燃料ガスとする固体酸化物形燃料電池にメタンガスを供給したときに固体酸化物形燃料電池に流れる電流値と、供給されたメタンガスの流量とから、固体酸化物形燃料電池のニッケルを含んで構成された燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を求めて正常値とする。
【００２２】
言い換えると、メタンガスを改質して燃料ガスとする固体酸化物形燃料電池にメタンガスを供給したときに、正常な状態における燃料極より排出される排ガス中に含まれているものとすることができる水蒸気分圧を、固体酸化物形燃料電池に流れる電流値と、供給されたメタンガスの流量とから求めて正常値として記憶する。
【００２３】
次に、ステップＳ１０２で、固体酸化物形燃料電池の発電動作時に燃料極より排出される排ガス中の水蒸気分圧を測定して測定水蒸気分圧とする。次に、ステップＳ１０３で、測定水蒸気分圧を測定したときの排ガスの温度と燃料極が配置されている領域の温度との比較により、測定水蒸気分圧から燃料極が配置されている領域における実効水蒸気分圧を算出する。次に、ステップＳ１０４で、実効水蒸気分圧が正常値より６％を超えて減少したことを検出し、燃料極に異常が発生したことを判断する。
【００２４】
例えば、ステップＳ１０４で、実効水蒸気分圧が正常値より６％以上増加したことを検出すると（Ｙ）、ステップＳ１０５で、警報を発すればよい。また、実効水蒸気分圧が正常値より６％を超えて減少したことが検出されるまで、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０４を繰り返せばよい。
【００２５】
次に、燃料極の異常判断装置について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態における燃料極の異常判断装置の構成を示す構成図である。この装置は、記憶部２０１と、測定部２０２と、演算部２０３と、判断部２０４とを備える。
【００２６】
記憶部２０１は、メタンガスを改質して燃料ガスとする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２１１にメタンガス２１２を供給したときに、ＳＯＦＣ２１１のニッケルを含んで構成された正常な状態における燃料極より排出される排ガス（燃料極排ガス）２１３中に含まれているものとすることができる水蒸気分圧を、ＳＯＦＣ２１１に流れる電流値と、供給されたメタンガス２１２の流量とから求めて正常値として記憶する。
【００２７】
測定部２０２は、ＳＯＦＣ２１１の発電動作時に燃料極より排出される排ガス２１３中の水蒸気分圧（測定水蒸気分圧）を測定する。測定部２０２は、例えば、排ガス２１３の露点を測定する露点計から構成されたものである。演算部２０３は、測定部２０２による測定水蒸気分圧を測定したときの排ガスの温度と燃料極が配置されている領域（ＳＯＦＣ２１１内部）の温度との比較により、測定水蒸気分圧から燃料極が配置されている領域における実効水蒸気分圧を算出する。判断部２０４は、演算部２０３が演算して求めた実効水蒸気分圧が、記憶部２０１に記憶されている正常値より６％を超えて減少したことを検出し、燃料極に異常が発生したことを判断する。
【００２８】
上述した構成とした燃料極の異常判断装置は、例えば、ＣＰＵと主記憶装置と外部記憶装置とネットワーク接続装置となどを備えたコンピュータ機器であり、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作することで、上述した各機能が実現される。
【００２９】
なお、測定および判断の対象となるＳＯＦＣ２１１は、断熱容器２１５の内部に配置され、発電動作に伴って発生する熱を利用し、動作に必要な温度を維持している。ただし、運転開始時など、発電に伴って発生する熱だけで温度が維持できない場合には、電気ヒーターやバーナーなどで熱を加えるようにしている。
【００３０】
運転時には、断熱容器２１５の外部より、メタンガス２１２および空気２１４が供給され、発電が行われ、発電の結果生成した水蒸気と用いられなかった水素、改質時に発生する二酸化炭素および一酸化炭素、また、未改質のメタンなどが混合している混合ガスが、排ガス２１３として断熱容器２１５の外部に排出される。なお、図示していないが、各ガスは、例えば、マスフローコントローラにより流量が制御されている。また、発電に利用した後の空気も、断熱容器２１５の外部に排出される。
【００３１】
また、ＳＯＦＣ２１１からは、電流取り出し線２１７を用いて電流を取り出す。取り出される電流は、可変抵抗器などの電子負荷２１６により制御される。また、ＳＯＦＣ２１１の電圧が、電圧計測線２１８と電圧計２１９により測定されている。
【００３２】
次に、水蒸気分圧の正常値の算出について、より詳細に説明する。ＳＯＦＣ２１１を流れる電流は、電子負荷２１６により一定値に制御されている。このように制御されている中で、ＳＯＦＣ２１１の電解質を通して燃料極側に供給される酸化物イオンの物質量は、ＳＯＦＣ２１１を流れる電子の物質量の半分である。また、燃料極における酸化物イオンの受取手は、一酸化炭素と水素が考えられる。例えば、Ｓ／Ｃ＝３の改質ガスによる発電反応で、酸化する一酸化炭素と水素の割合がそれらの組成比と等しいとすると、熱平衡計算により８００℃ではＨ2：ＣＯ＝８４：１６であるため、水蒸気分圧の計算値［Ｈ2Ｏ］_calは、セル内に供給される水素流量Ｑ_Ｈ2と電気回路に流す電流値Ｉとファラデー定数Ｆを用い、「［Ｈ2Ｏ］_cal＝｛０．８４×（Ｆ／２）×Ｉ｝÷（Ｑ_Ｈ2）」のように表される。なお、Ｓ／Ｃは、スチーム（Steam）／カーボン（Carbon）を示し、原料炭化水素に含まれる炭素と、反応の際に添加する水蒸気のモル比である。
【００３３】
ただし、上述した式において、Ｑ_Ｈ2は、メタンガスの流量をマスフローコントローラにより制御し、流量を制御したメタンガスが８００℃で１００％改質されたときに発生する水素量を熱平衡計算により求める。例えば、供給するメタンガスの流量（Ｑ_ＣＨ４）が、２５℃において１ｍｏｌ／ｍｉｎであれば、８００℃において生成される水素量は、３．３４ｍｏｌ／ｍｉｎである。
【００３４】
上述したことにより、所定の運転条件で動作するＳＯＦＣ２１１の燃料極における（燃料極より排出される）水蒸気分圧の計算値を求め、当該運転条件における水蒸気分圧の正常値（［Ｈ2Ｏ］_proper）とする。
【００３５】
次に、実効水蒸気分圧（［Ｈ2Ｏ］_present）の算出について、より詳細に説明する。まず、測定部２０２の温度センサと湿度センサにより測定部２０２の設置場所における燃料極排ガス中の水蒸気分圧とガス温度を計測する。例えば測定部２０２で計測した排ガスの温度が１５０℃であれば、測定部２０２により計測される水蒸気分圧は、燃料極排ガスを構成する各ガス成分が１５０℃における平衡状態にあるときの水蒸気分圧である。従って、計測した水蒸気分圧に対して温度変化による平衡状態の変化を加味し、所定の温度で動作する燃料電池の燃料極における実効水蒸気分圧［Ｈ2Ｏ］_presentを求めることが、正確な制御においては重要となる。
【００３６】
燃料極排ガスを構成する各ガス成分の温度変化による平衡状態の変化の一例を図３に示す。図３は、８００℃の動作温度においてＳ／Ｃ＝３、出力電流５０Ａ、燃料利用率９５％で発電した際の燃料極排ガスの組成を基準とし、熱力学的な平衡計算により、ガスの出入りが無いと仮定し、各温度におけるガス組成の平衡状態の変化を計算した結果を示す特性図である。図３に示すように、１５０℃では８００℃のときよりも水蒸気分圧が１．０６倍高くなる。このため、測定される水蒸気分圧を１／１．０６倍すれば、１５０℃における水蒸気分圧の計測値から、８００℃における実効水蒸気分圧［Ｈ2Ｏ］_presentを求めることが可能となる。
【００３７】
以下、上述した本実施の形態による異常判断方法が、従来の電圧をモニターして異常を検知するシステムよりも感度が高いことについて説明する。
【００３８】
図４は、発電中に性能の低下が起きた場合に観測される、燃料極排ガス中水蒸気分圧の正常値からのずれの時間変化（ａ）、および固体酸化物形燃料電池の出力電圧の正常値からのずれの時間変化（ｂ）を示している。図４の（ａ）は、正常値からの実行水蒸気分圧の減少率［（［Ｈ2Ｏ］_proper−［Ｈ2Ｏ］_present）／［Ｈ2Ｏ］_proper］の時間変化を示している。また、図４の（ｂ）は、正常時の出力電圧（正常値）からの測定される出力電圧の減少率［（Ｖ_proper−Ｖ_present）／Ｖ_proper］の時間変化を示している。
【００３９】
この観測では、供給する燃料ガス（メタンガス）を、発電動作に必要な理論値に近い量とし、燃料極が水蒸気酸化しやすい環境として負荷をかけるようにしている。このれは、水蒸気濃度が高くなりやすくニッケルの酸化による燃料極の異常が発生しやすい状態である。なお、一般には、燃料ガスを余剰に供給し、燃料極を還元雰囲気として水蒸気酸化が起きにくい状態としている。
【００４０】
燃料ガスの供給量が不足した状態でＳＯＦＣの運転を継続すると、図４に示すように、最初は燃料極が部分的に酸化されることに伴い、実測地と正常値との間に一定程度の差が発生し、ある時間を境にして水蒸気分圧の差（正常値からの実行水蒸気分圧の減少率）が急激に上昇していることが分かる。図４に示す結果では、発電０時間時で、セル電圧のずれの大きさは０％程度であり、水蒸気分圧のずれの大きさは６％程度である。まず、このことより、水蒸気分圧のずれの大きさは、セル電圧のずれよりも、セル異常をより感度よく検知する信号源として有用であることがいえる。
【００４１】
このような水蒸気分圧の計測で高い感度が得られる一因としては、空気極から移動してきた酸素イオンがＮｉと反応し、水素と反応できなくなるために水蒸気分圧が減少することが考えられる。
【００４２】
また、発電８時間後、セル電圧のずれの大きさは１３％程度であるのに対し、水蒸気分圧のずれの大きさは５０％以上と大きい。このように、水蒸気分圧のずれの大きさは、セル電圧のずれよりも、セル異常をより感度よく検知する信号源として有用であることがいえる。
【００４３】
また、図４に示す加速試験の結果では、３時間経過した後より、実効水蒸気分圧のずれ量が、６％を超えて増大しはじめている。この変化は、燃料極の酸化が進行することにより燃料極の体積が膨張した結果として電解質層に亀裂が発生し、亀裂を経由して空気極側の空気が燃料極側に侵入し、燃料極排ガス中の窒素分圧が上昇することにより、燃料極排ガス中の水蒸気分圧が相対的に減少したことが一因と考えられる。従って、水蒸気分圧の実効値［Ｈ2Ｏ］_presentと水蒸気分圧の正常値［Ｈ2Ｏ］_properの差分（正常値からの実行水蒸気分圧の減少率）が、６％を超えた時点で、ニッケルの酸化による燃料極の異常が発生し始めているものと判断することができる。
【００４４】
このことは、以下の表１に示す結果においても示されている。表１は、発電の後に還元状態で徐々に常温に下げて固体酸化物形燃料電池を分析した際の、燃料極における酸化ニッケルの有無、および電解質の破損の有無を示している。
【００４５】
【表１】
0005694970.tif 000002
【００４６】
表１に示すように、発電中に水蒸気分圧の差分比の値が６％以下であった固体酸化物燃料電池に酸化ニッケル、および電解質の亀裂はない。一方、発電中に水蒸気分圧の差分比の値が、６％を超えて５０％となった燃料電池では、酸化ニッケルの発生、および電解質の亀裂が確認された。
【００４７】
以上の結果より、水蒸気分圧の実効値［Ｈ2Ｏ］_presentと水蒸気分圧の正常値［Ｈ2Ｏ］_properの差（正常値からの実行水蒸気分圧の減少率）が、６％を超えたときに、発電を中止する、もしくはメタンガスの流量を一時的に増加させるなどの処置をとれば、異常を防げることとなる。上述した結果については、次に示すことが考えられる。まず、水蒸気分圧の差分比が小さい状態では、燃料電池の発電中に局所的な酸化ニッケルの生成が燃料極において発生しているが、発電を停止すれば燃料ガスの還元作用により酸化ニッケルはニッケル金属に戻り、燃料極も元の状態に回復する。これに対し、水蒸気分圧の差分比が大きくなってしまった状態では、電解質層に亀裂が発生し、空気極から燃料極への空気のリークが起こる。このような状態では発電を停止しても酸化ニッケルは還元されず、また、当然のことながら電解質層の亀裂も修復されないためであると考えられる。
【００４８】
さらに、本発明における水蒸気分圧の実効値［Ｈ2Ｏ］_presentの監視が、水素の供給不足を選択的に検知することができることについて説明する。
【００４９】
図５を用いてＳＯＦＣの発電原理を説明したように、燃料極排ガス５０５は、未利用の水素と、発電反応により生成した水蒸気が含まれている。従って、燃料極排ガス５０５中の水蒸気分圧を測定することは、燃料極側で起こる水素−酸素反応の量を測定することと等価である。一酸化炭素／酸素反応の量を一酸化炭素と水素の組成比により仮定すれば、これによりニッケル−酸素反応が起こっている量も測定可能である。このように、本発明によれば、水素の燃料極への供給不足を直接的に検知していることとなる。
【００５０】
以上に説明したように、本発明によれば、メタンガスを改質して用いる固体酸化物形燃料電池の発電動作において、発電性能の低下をもたらす燃料極のニッケルの酸化が発生していることを、従来技術より感度よく、また、選択的に検知および判断することができる。この判断結果により、警報を発し、これによって発電を停止する、もしくはメタンガス流量を一時的に増加させるなどの的確な処置をとれば、固体酸化物形燃料電池の発電性能を長期的に保つことが可能となる。
【００５１】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００５２】
２０１…記憶部、２０２…測定部、２０３…演算部、２０４…判断部、２１１…固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、２１２…メタンガス、２１３…排ガス、２１４…空気、２１５…断熱容器、２１６…電子負荷、２１７…電流取り出し線、２１８…電圧計測線、２１９…電圧計。
【図１】
0005694970.tif 000003
【図２】
0005694970.tif 000004
【図３】
0005694970.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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