(57)【要約】【課題】低負荷時でも高効率で、固体酸化物形燃料電池を稼働できるようにする。【解決手段】スタック１−１，１−２，１−３，１−４に対してバルブ４−１，４−２，４−３，４−４を設ける。燃料ガス供給制御装置５より、バルブ４−１，４−２，４−３，４−４へ間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を与え、バルブ４−１，４−２，４−３，４−４の開閉を制御する。間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、矩形波のパルス信号とし、同一周期、同一パルス幅とし、順次遅延して与える。また、負荷に応じて、間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の周期Ｔ１を変える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池の電力生成部へ燃料ガスを供給する固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法において、
前記電力生成部への燃料ガスの供給を間欠的に行う
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載された固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法において、
前記固体酸化物形燃料電池の負荷に応じて前記電力生成部へ供給する燃料ガスの間欠周期を制御する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法。
【請求項３】
請求項１に記載された固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法において、
前記固体酸化物形燃料電池は、前記電力生成部として少なくとも第１の電力生成部と第２の電力生成部とを備え、
前記第１の電力生成部への燃料ガスの供給のタイミングに対して前記第２の電力生成部への燃料ガスの供給のタイミングを遅延するようにした
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法。
【請求項４】
固体酸化物形燃料電池の電力生成部へ燃料ガスを供給する固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法において、
前記電力生成部への燃料ガスの供給通路に設けられたバルブの前後の圧力差を一定に保つように当該バルブの開閉頻度を制御するようにした
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法。
【請求項５】
固体酸化物形燃料電池の電力生成部へ燃料ガスを供給する固体酸化物形燃料電池の燃料供給システムにおいて、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載された燃料ガス供給方法を適用して前記電力生成部への燃料ガスの供給を行う手段
を備えることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体酸化物形燃料電池の電力生成部へ燃料ガスを供給する固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池は、有害物質を発生しないクリーンな発電システムとして注目を集めている。その中でも、固体酸化物形燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを電気エネルギーに高効率で変換することができるため、最も有望であると考えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオン導電体からなる固体電解質層を両側から空気極層と燃料極層とで挟み込んだ単セルと呼ばれる積層構造を有し、空気極層側に酸化剤ガス（酸素）が供給され、燃料極層側に燃料ガス（Ｈ2 、ＣＯ、ＣＨ4 等）が供給される。空気極層側に供給された酸化剤ガスは、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との境界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極層との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ2 Ｏ、ＣＯ2 等）を生じ、燃料極層に電子を放出する。この単セルを多数積層した構造をスタックと呼んでおり、セル単位あるいはスタック単位で燃料ガスの供給を行い、負荷への電力を生成する。
【０００４】
固体酸化物形燃料電池において、電池そのものの効率を表す電池効率は、下記の（１）式で表される。なお、この（１）式において、燃料利用率とは、燃料ガスの供給量に対して実際に使用された燃料ガスの使用量の割合を言う。
電池効率＝作動電圧＊出力された電荷／入力燃料の燃料エネルギー
＝燃料利用率＊作動電圧＊単位燃料当たりで出力される電荷／単位燃料当たりの燃料エネルギー      ・・・・（１）
【０００５】
固体酸化物形燃料電池の電池効率は、上記(１)式から分かるように、「単位燃料当たりで出力される電荷」および「単位燃料当たりの燃料エネルギー」が定数となるため、「燃料利用率」と「作動電圧」のみに依存する。すなわち、電池効率を高効率とするためには、高い燃料利用率と高い作動電圧が必要である。
【０００６】
図９は、燃料消費による水素分圧低下に起因した濃度過電圧を考慮したセル起電力と燃料利用率との関係をプロットしたものである。この図から、固体酸化物形燃料電池の作動電圧と燃料利用率とには負の相関関係があり、燃料利用率が１に近づくと、作動電圧が大きく下がり、電池効率が低下することが分かる。これは、濃度過電圧、及び電流と正の相関がある燃料電池内の抵抗によって、電池電圧が大きく下がってしまうからである。
【０００７】
例えば、スタック数が少ない固体酸化物形燃料電池（発電能力の小さな固体酸化物形燃料電池）では、負荷から要求される電力を賄うために、セルの最大電力近辺で動作させる必要が生じる。このため、燃料利用率が１に近づき、作動電圧が大きく下がり、電池効率が低下する虞れがある。このような虞れをなくすために、通常、スタック数の多い固体酸化物形燃料電池（発電能力の大きな固体酸化物形燃料電池）を使用して燃料利用率の増大を防ぎつつ、負荷から要求される予想最大電力を十分に賄えるようにする。これにより、負荷から要求される電力に対し、燃料利用率が１に近づくことがないようにして、できるだけ高い作動電圧を維持し、電池効率の低下を防止することができる。
【０００８】
【特許文献１】西脇太、”低温作動固体酸化物形燃料電池の開発について”、「燃料電池」、Ｖｏｌ．３、ＮＯ．２．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、発電能力の大きな固体酸化物形燃料電池を使用した場合、負荷からの要求電力が大きい場合には電池効率の低下を防止することが可能とはなるが、負荷からの要求電力が小さい場合、逆に燃料利用率自体が低くなり、電池効率が低下してしまう。
【００１０】
何故ならば、通常、起電力が１Ｖ近辺の単セルで構成される固体酸化物形燃料電池は、単セルをスタック化し、各スタックをバンドルすることによって必要な電圧を確保するため、大きな電力を供給するには、燃料電池を構成する単セル数もしくはスタック数が多くなり、電力生成部に供給される燃料ガスが少なくなる。負荷からの要求電力が小さい場合（低負荷時）には、電力生成部を構成する各単セル、スタックへ供給される燃料ガスも少なくなってしまうからである。
【００１１】
電力生成部に対して相対的に燃料ガスの供給量が少なくなるということは、電力生成部への燃料ガスの供給通路の断面積で規定される各電力生成部への燃料ガスの流速が小さくなることを意味している。燃料ガスの流速が小さくなると、以下のような理由により、電池効率が低下する。
【００１２】
流体特有の現象である、乱流による均一性の効果が小さくなり、流速が大きい場合に無視されていた不均一性が増大することによって、燃料利用率が下がり、電池効率が低下する。外的要因による均一性の低下、例えば、燃料ガスの流速に反比例する水素洩れから生じる酸素分圧差低下に起因した起電力の低下幅の増大によって、電池効率が低下する。
【００１３】
なお、燃料ガスの流速が小さくなると、電池効率とは別に信頼性の問題も生じてくる。それは、酸素分圧差低下、即ち、還元雰囲気を維持することが難しくなり、セルの劣化を早めてしまうことにもつながることである。
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低負荷時でも高効率で、固体酸化物形燃料電池を稼働することができる固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような目的を達成するために本発明は、固体酸化物形燃料電池の電力生成部へ燃料ガスを供給する固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法において、電力生成部への燃料ガスの供給を間欠的に行うようにしたものである。
この発明によれば、間欠的に、その間欠周期内で必要とされる燃料量がまとめて、電力生成部へ供給されるものとなる。これにより、低負荷時、必要な燃料量が小さくなっても、電力生成部への燃料ガスの流速を低下させないようにして、電力生成部への燃料ガスの供給を均一に行うことが可能となる。
【００１６】
本発明において、電力生成部へ供給する燃料ガスの間欠周期は、負荷に応じて制御するようにするとよい。例えば、負荷が大きくなれば、電力生成部へ供給する燃料ガスの間欠周期を短くして、電力生成部への燃料ガスの供給量を増大させる。負荷が小さくなれば、電力生成部へ供給する燃料ガスの間欠周期を長くして、電力生成部への燃料ガスの供給量を減少させる。
【００１７】
また、本発明において、電力生成部は１つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、電力生成部として第１のスタックと第２のスタックとを備えているものとした場合、第１のスタックへの燃料ガスの供給タイミングに対して第２のスタックへの燃料ガスの供給タイミングを遅延するようにするとよい。これにより、第１のスタックに燃料ガスを供給した後、第２のスタックに燃料ガスを供給するようにして、不連続発電を回避することが可能となる。また、電力生成部として第１の単セルと第２の単セルとを備えているものとした場合、第１の単セルへの燃料ガスの供給タイミングに対して第２の単セルへの燃料ガスの供給タイミングを遅延するようにするとよい。これにより、第１の単セルに燃料ガスを供給した後、第２の単セルに燃料ガスを供給するようにして、不連続発電を回避することが可能となる。また、スタック毎かつ単セル毎に燃料ガスの間欠供給を行うようにし、スタック間および単セル間の燃料ガスの間欠供給に遅延を与えるようにしてもよい。
【００１８】
また、電力生成部への燃料ガスの供給通路にバルブを設け、このバルブの前後の圧力差を一定に保つように、当該バルブを通過する燃料ガスの流れを制御するようにしてもよい。すなわち、低負荷時、必要な燃料量が小さくなると、バルブの前後の圧力差が減少する。そこで、バルブの前後の圧力差が減少しないように、バルブの前後の圧力差を一定に保つように、バルブの開閉頻度を制御する。これにより、電力生成部への燃料ガスの供給が間欠的に行われ、電力生成部への燃料ガスの流速を低下させないようにして、電力生成部へ燃料ガスの供給を均一に行うことが可能となる。
【００１９】
本発明は、上述した燃料ガス供給方法を適用した固体酸化物形燃料電池の燃料供給システムとして実現することも可能である。また、本発明において、電力生成部は、スタックである場合もあるし、単セルである場合もあるし、スタックおよび単セルの両方である場合もある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電力生成部への燃料ガスの供給を間欠的に行うようにしたので、低負荷時、電力生成部への燃料ガスの流速を低下させないようにして、電力生成部への燃料ガスの供給を均一に行うことが可能となり、低負荷時でも高効率で、固体酸化物形燃料電池を稼働することができるようになる。また、燃料ガスの流速に反比例する水素洩れから生じる酸素分圧差低下に起因した起電力の低下幅の増大などもなくすことができ、セルの劣化を早めてしまうということもなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１は本発明に係る固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法の実施に用いる固体酸化物形燃料電池の燃料供給システムの一例を示す図である。
【００２２】
図１において、１は固体酸化物形燃料電池のスタックであり、本実施の形態では４つのスタック１−１〜１−４を備えている。スタック１は単セル２（２−１〜２−ｎ）を多数積層した構造とされている。なお、スタック１の数、単セル２の数は、システムの規模に応じて決定されるものである。
【００２３】
３はスタック１−１〜１−４へ燃料ガスを供給するための共通の管（輸送管）である。輸送管３はシステム設計される規模に応じた太さを有している。輸送管３と各スタック１との間にはバルブ４が設けられている。すなわち、スタック１−１に対してバルブ４−１が、スタック１−２に対してバルブ４−２が、スタック１−３に対してバルブ４−３が、スタック１−４に対してバルブ４−４が設けられ、スタック単位で燃料ガスが供給される構成とされている。
【００２４】
なお、この実施の形態において、酸化剤ガスは、その供給経路を図示してはいないが、スタック１−１〜１−４内へ常時供給されているものとする。
【００２５】
５はバルブ４−１〜４−４の開閉を制御する燃料ガス供給制御装置である。燃料ガス供給制御装置５は、負荷からの要求電力に基づいて、後述する如く、バルブ４−１〜４−４への制御信号Ｐ１〜Ｐ４を生成し、バルブ４−１〜４−４の開閉を制御する。この例では、制御信号Ｐ１〜Ｐ４として、矩形波のパルス信号（以下、間欠駆動信号と呼ぶ）を生成する。
【００２６】
燃料ガス供給制御装置５は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して制御装置としての各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能としてバルブ４−１〜４−４への間欠駆動信号Ｐ１〜Ｐ４の生成機能（間欠駆動信号生成機能）を有している。以下、図２に示すタイムチャートおよび図３に示すフローチャートに従って、燃料ガス供給制御装置５が有する間欠駆動信号生成機能について説明する。
【００２７】
燃料ガス供給制御装置５は、負荷からの要求電力を受けて、その要求電力を賄うために必要な燃料ガスの総供給量を算出する（ステップ３０１）。そして、その算出した燃料ガスの総供給量に基づいて、間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のパルスの発生周期（間欠周期）Ｔ１を決定する（ステップ３０２）。なお、間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のパルス幅ＴＷは、常に一定とする。
【００２８】
次に、燃料ガス供給制御装置５は、間欠周期Ｔ１を４等分し、間欠駆動信号Ｐ１に対する間欠駆動信号Ｐ２の遅延時間Ｔ12＝Ｔ１／４、間欠駆動信号Ｐ２に対する間欠駆動信号Ｐ３の遅延時間Ｔ23＝Ｔ１／４、間欠駆動信号Ｐ３に対する間欠駆動信号Ｐ４の遅延時間Ｔ34＝Ｔ１／４を決定する（ステップ３０３）。
【００２９】
そして、このパルス幅ＴＷ、間欠周期Ｔ１、遅延時間Ｔ12，Ｔ23，Ｔ34が定められた間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４をバルブ４−１，４−２，４−３，４−４へ送り、バルブ４−１，４−２，４−３，４−４の開閉を制御する（ステップ３０４）。
【００３０】
これにより、間欠駆動信号Ｐ１のパルスが「０」レベルから「１」レベルへ立ち上がると（図２（ｂ）に示すｔ１点）、この間欠駆動信号Ｐ１のパルスが「１」レベルへと立ち上がっている間、バルブ４−１が開き、スタック１−１内へ燃料ガスが供給される。
【００３１】
次に、遅延時間Ｔ12が経過して、間欠駆動信号Ｐ２のパルスが「０」レベルから「１」レベルへ立ち上がると（図２（ｃ）に示すｔ２点）、この間欠駆動信号Ｐ２のパルスが「１」レベルへと立ち上がっている間、バルブ４−２が開き、スタック１−２内へ燃料ガスが供給される。
【００３２】
以下同様にして、遅延時間Ｔ23が経過して、間欠駆動信号Ｐ３のパルスが「０」レベルから「１」レベルへ立ち上がると（図２（ｄ）に示すｔ３点）、この間欠駆動信号Ｐ３のパルスが「１」レベルへと立ち上がっている間、バルブ４−３が開き、スタック１−３内へ燃料ガスが供給され、遅延時間Ｔ34が経過して、間欠駆動信号Ｐ４のパルスが「０」レベルから「１」レベルへ立ち上がると（図２（ｅ）に示すｔ４点）、この間欠駆動信号Ｐ４のパルスが「１」レベルへと立ち上がっている間、バルブ４−４が開き、スタック１−４内へ燃料ガスが供給される。
【００３３】
この燃料ガスの供給中、負荷からの要求電力が大きくなれば（負荷が大きくなれば）、間欠周期Ｔ１が短くなり、スタック１−１〜１−４への燃料ガスの供給量が増大する。負荷からの要求電力が小さくなれば（負荷が小さくなれば）、間欠周期Ｔ１が長くなり、スタック１−１〜１−４への燃料ガスの供給量が減少する。
【００３４】
図２（ａ）は各スタック１内へ供給される燃料流（燃料ガスの流速）を時系列的に表したものである。燃料ガス供給制御装置５からの間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のバルブ４−１，４−２，４−３，４−４への供給により、スタック１−１，１−２，１−３，１−４の順で、スタック１−１，１−２，１−３，１−４内にパルス状の燃料ガス（燃料パルス）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が送られる。
【００３５】
なお、図２（ａ）に示すｔａは、スタック１−１内へ供給される燃料パルスＳ１の立ち上がり時間であり、燃料ガスの速度が落ち着くまでにスタック１−１の長さなどに依存した時間（Ｌ／ｖ；Ｌ：スタック長さ、ｖ：速度）かかかる。これにより、間欠駆動信号Ｐ１のパルスの立ち上がり時間が例え０秒であったとしても、スタック１−１内に到達するまでに燃料パルスＳ１はなまってしまう。同様にして、間欠駆動信号Ｐ１のパルスの立ち下がり時にも、燃料パルスＳ１はなまる。燃料パルスＳ２，Ｓ３，Ｓ４も同様にしてその立ち上がり時および立ち下がり時にまなりが生じる。
【００３６】
図２のタイムチャートからも分かるように、この実施の形態では、間欠的に、その間欠周期Ｔ１内で必要とされる燃料量がまとめて、スタック１−１，１−２，１−３，１−４に供給される。これにより、低負荷時、必要な燃料量が小さくなっても、スタック１−１，１−２，１−３，１−４への燃料ガスの流速を低下させないようにして、スタック１−１，１−２，１−３，１−４への燃料ガスの供給を均一に行うことができるようになり、低負荷時でも高効率で、固体酸化物形燃料電池を稼働することができるようになる。また、燃料ガスの流速に反比例する水素洩れから生じる酸素分圧差低下に起因した起電力の低下幅の増大などもなくすことができ、セルの劣化を早めてしまうということもなくなる。
【００３７】
また、この実施の形態では、スタック１−１，１−２，１−３，１−４の順で、タイミングをずらしながら、スタック１−１，１−２，１−３，１−４内に燃料パルスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が供給されるので、すなわちスタック１−１，１−２，１−３，１−４の順に燃料ガスの供給タイミングに遅延を与えているので、固体酸化物形燃料電池全体としての不連続発電を回避することができる。
【００３８】
また、この実施の形態では、燃料ガスの供給を停止する時間を全てのスタック１で均等に担うことができるため、再酸化の燃料極の割合が減少し、劣化が少なくなる。すなわち、定常的にあるスタック１への燃料ガスの供給を停止することによって、他のスタック１への燃料ガスの流速を低下させないようにすることも可能である。しかし、このようにすると、特定のスタック１への燃料ガスの供給を停止した場合、ガスリークなどによる燃料極の再酸化を伴い、電池の劣化につながる虞れがある。これに対して、本実施の形態では、燃料ガスの供給を停止する時間を全てのスタック１で均等に担うことにより、再酸化の燃料極の割合が減少し、劣化が少なくなる。
【００３９】
なお、この実施の形態では、スタック１−１，１−２，１−３，１−４の順で燃料ガスを供給するものとしたが、その順番は自由である。また、燃料ガスの供給タイミングに遅延を与えず、スタック１−１，１−２，１−３，１−４に同時に燃料ガスを供給するようにしてもよい。また、この実施の形態では、スタック１をスタック１−１，１−２，１−３，１−４の４個とした例で説明したが、スタック１の数は４個に限られるものでないことは言うまでもなく、１個でもよい。
【００４０】
〔実施の形態２〕
上述した実施の形態１では、燃料ガス供給制御装置５からバルブ４−１〜４−４への間欠駆動信号Ｐ１〜Ｐ４のパルスを矩形波としたが、連続的な時間変化を与える波形としてもよい。例えば、例えば、ｓｉｎ2 ｘの波形を作り、その波形の１つひとつをバルブ４−１，４−２，４−３，４−４へ振り分けるようにしてもよい。これにより、スタック１−１，１−２，１−３，１−４へは、図４に示すように、正弦波状の燃料パルスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が送られる。
【００４１】
この場合、間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のパルスは正弦波であり、矩形波ではないが、実施の形態１で説明したように矩形波でも燃料パルスがなまってしまうこと、及び長い周期の場合には個々のスタック１にとって十分間欠的であることからすれば、パルスを矩形波でなく、正弦波としても問題はない。さらに、間欠駆動信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のパルスを正弦波を組み合わせた波形とすることにより、図５に示すように、振幅が異なる正弦波を組み合わせるなど、様々な波形の燃料パルスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を容易に生成することが可能である。
【００４２】
〔実施の形態３〕
上述した実施の形態１では、スタック単位で燃料ガスの供給を行う場合を例にとって説明したが、セル単位で燃料ガスの供給を行う場合にも同様の構成をとることができる。この場合、図６に示すように、スタック１内の単セル２−１〜２−ｎに対して設けられるバルブ６−１〜６−ｎへ間欠駆動信号Ｐ１〜Ｐｎを送り、実施の形態１と同様にして、バルブ６−１〜６−ｎの開閉を遅延時間を設けて順次間欠的に制御するようにする。
【００４３】
また、スタック単位かつセル単位で燃料ガスの供給を行う場合、スタック１毎かつ単セル２毎に燃料ガスの間欠供給を行うようにし、スタック１間および単セル２間の燃料ガスの間欠供給に遅延を与えるようにしてもよい。
【００４４】
〔実施の形態４〕
上述した実施の形態１では、燃料ガス供給制御装置５からの間欠駆動信号Ｐ１〜Ｐ４によってバルブ４−１〜４−４の開閉を制御するようにしたが、バルブ４−１〜４−４の前後の圧力差を一定に保つように、バルブ４−１〜４−４を通過する燃料ガスの開閉頻度を制御するようにしてもよい。
【００４５】
例えば、図７に示すように、スタック１−１〜１−４に対して流体素子バルブ７−１〜７−４を設け、燃料ガス供給部８において、負荷からの要求電力を賄うために必要な燃料ガスの総供給量を算出し、その算出した燃料ガスの総供給量を輸送管３へ供給するようにする。
【００４６】
このシステムにおいて、流体素子バルブ７−１〜７−４は、そのバルブの前後の圧力差を付設された流体素子によって検知し、その圧力差が一定となるように、自己の開閉頻度を制御する機能を有している。
【００４７】
このシステムでは、高負荷時、必要な燃料量が大きくなると、流体素子バルブ７−１〜７−４の前後の圧力差が増大し、その圧力差が増大しないように、流体素子バルブ７−１〜７−４の開頻度が多くなる。
【００４８】
また、低負荷時、必要な燃料量が小さくなると、流体素子バルブ７−１〜７−４の前後の圧力差が減少し、その圧力差が減少しないように、流体素子バルブ７−１〜７−４の開頻度が少なくなる。
【００４９】
これにより、低負荷時、スタック１−１〜１−４への燃料ガスの供給が間欠的に行われ、スタック１−１〜１−４への燃料ガスの流速を低下させないようにして、スタック１−１〜１−４への燃料ガスの供給を均一に行うことができるようになり、低負荷時でも高効率で、固体酸化物形燃料電池を稼働することができるようになる。
【００５０】
また、燃料ガスの流速に反比例する水素洩れから生じる酸素分圧差低下に起因した起電力の低下幅の増大などもなくすことができ、セルの劣化を早めてしまうということもなくなる。また、燃料ガス供給部８で燃料ガスの総供給量を決めるだけで、バルブ７−１〜７−４の制御を外部から行う必要もなくなる。
【００５１】
なお、この実施の形態４では、スタック１をスタック１−１，１−２，１−３，１−４の４個とした例で説明したが、スタック１の数は４個に限られるものでないことは言うまでもなく、１個でもよい。
【００５２】
また、この実施の形態４では、スタック単位で燃料ガスの供給を行う場合を例にとって説明したが、セル単位で燃料ガスの供給を行う場合にも同様の構成をとることができる。この場合、図８に示すように、スタック１内の単セル２−１〜２−ｎに対して流体素子バルブ９−１〜９−ｎを設け、流体素子バルブ９−１〜９−ｎに対して必要な量の燃料ガスを送るようにすればよい。
【００５３】
また、スタック単位かつセル単位で燃料ガスの供給を行う場合、スタック１毎かつ単セル２毎に流体素子バルブ７および９を設けてもよい。また、スタック単位かつセル単位で燃料ガスの供給を行う場合でも、スタック１毎のみに流体素子バルブ７を設けるようにしてもよく、単セル２毎のみに流体素子バルブ９を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る固体酸化物形燃料電池の燃料供給方法の実施に用いる固体酸化物形燃料電池の燃料供給システムの一例を示す図である。
【図２】この固体酸化物形燃料電池の燃料供給システムにおける燃料ガス供給制御装置が有する間欠駆動信号生成機能を説明するためのタイムチャートである。
【図３】この固体酸化物形燃料電池の燃料供給システムにおける燃料ガス供給制御装置が有する間欠駆動信号生成機能を説明するためのフローチャートである。
【図４】正弦波状の燃料パルスの生成例を示すタイムチャートである。
【図５】振幅が異なる正弦波を組み合わせた燃料パルスの生成例を示すタイムチャートである。
【図６】単セルに対して設けられたバルブの開閉を間欠駆動信号によって制御する例を示す図である。
【図７】スタックに対して流体素子バルブを設けるようした例を示す図である。
【図８】単セルに対して流体素子バルブを設けるようにした例を示す図である。
【図９】燃料消費による水素分圧低下に起因した濃度過電圧を考慮したセル起電力と燃料利用率との関係をプロットした図である。
【符号の説明】
【００５５】
１（１−１〜１−４）…スタック、２（２−１〜２−ｎ）…単セル、３…輸送管、４（４−１〜４−４）…バルブ、５…燃料ガス供給制御装置、６（６−１〜６−ｎ）…バルブ、Ｐ１〜Ｐ４…制御信号（間欠駆動信号）、ＴＷ…パルス幅、Ｔ１…間欠周期、Ｔ12，Ｔ23，Ｔ34…遅延時間、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…燃料パルス、７（７−１〜７−４）…流体素子バルブ、８…燃料ガス供給部、９（９−１〜９−ｎ）…流体素子バルブ。
【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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