特開 2023-142372 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142372

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04701 20160101AFI20230928BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20230928BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20230928BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20230928BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20230928BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20230928BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04701

H01M8/04 J

H01M8/0432

H01M8/04746

H01M8/2483

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022049256

(22)【出願日】2022-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092727

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 忠昭

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 雅也

(72)【発明者】

【氏名】樋口 和宏

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126AA23

5H126BB06

5H126EE11

5H127AA07

5H127AC15

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA37

5H127BA57

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB37

5H127DB47

5H127DC02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】発電効率を下げることなく、アノードガスの供給不足を解消することができる燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】複数の電池セルが積層されたセルスタック２と、セルスタックにアノードガスを供給する第１及び第２アノードガス供給流路８，１０と、セルスタックにカソードガスを供給するカソードガス供給流路６とを備えた燃料電池システム。第１アノードガス供給流路８は、セルスタック２の積層方向の中央側部位にアノードガスを供給し、第２アノードガス供給流路１０は、セルスタック２の積層方向の両端側部位にアノードガスを供給する。セルスタックの中央側部位の温度が上昇すると、アノードガスの合計供給流量を変えることなく、第１アノードガス供給流路８からのアノードガスの供給流量を増やす一方、第２アノードガス供給流路１０からのアノードガスの供給流量を減らし、これにより、燃料枯れを回避する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンを伝導する電解質層、前記電解質層の片面側に配設されたアノード及び前記電解質層の他面側に配設されたカソードを有する複数の電池セルが積層されたセルスタックと、前記セルスタックのアノード室にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と、前記セルスタックのカソード室にカソードガスを供給するカソードガス供給流路と、アノードガスを供給するためのアノードガス供給手段と、前記アノードガス供給手段を制御するコントローラとを備えた燃料電池システムであって、
前記アノードガス供給流路は、前記セルスタックの積層方向の中央側部位にアノードガスを供給する第１アノードガス供給流路と、前記セルスタックの前記積層方向の両端側部位にアノードガスを供給する第２アノードガス供給流路を含んでおり、
前記セルスタックの前記中央側部位の温度が上昇すると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記アノードガス供給手段は、前記第１アノードガス供給流路に配設された第１アノードガス供給手段と、前記第２アノードガス供給流路に配設された第２アノードガス供給手段とを含み、前記セルスタックの前記中央側部位の温度が上昇すると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給手段の回転数を大きくする一方、前記第２アノードガス供給手段の回転数を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記セルスタックの前記中央側部位又はその近傍、或いは前記中央側部位の前記電池セルの前記アノード室流入側に温度検知手段が設けられ、前記温度検知手段の検知温度が所定温度閾値を超えると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記セルスタックに関連して、設置後の運転開始からの積算運転時間を計時する積算計時手段が設けられ、前記積算計時手段が所定積算時間を計時すると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

イオンを伝導する電解質層、前記電解質層の片面側に配設されたアノード及び前記電解質層の他面側に配設されたカソードを有する複数の電池セルが積層されたセルスタックと、前記セルスタックのアノード室にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と、前記セルスタックのカソード室にカソードガスを供給するカソードガス供給流路と、アノードガスを供給するためのアノードガス供給手段と、前記アノードガス供給手段を制御するコントローラとを備えた燃料電池システムであって、
前記アノードガス供給流路は、前記セルスタックの積層方向の中央側部位にアノードガスを供給する第１アノードガス供給流路と、前記セルスタックの前記積層方向の両端側部位にアノードガスを供給する第２アノードガス供給流路を含んでおり、
前記セルスタックに関連して、前記セルスタックの前記中央側部位の前記電池セルの発電電圧を計測する電圧計測手段が設けられ、電池セルの燃料枯れ状態を検知する燃料枯れ検知モードにおいて、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量が一時的に増大され、このときの前記電圧計測手段の計測電圧の計測上昇電圧値と基準上昇電圧値との比較電圧差が所定電圧閾値を超えると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池セルが積層されたセルスタックを備えた燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムとして、平板状の電池セルが積層されたセルスタックと、セルスタックのアノード室にアノードガス（燃料ガス）を供給するアノードガス供給流路と、セルスタックのカソードガス室にカソードガス（酸化剤ガス）を供給するカソードガス供給流路と、アノードガスを供給するためのアノードガス供給手段と、カソードガスを供給するためのカソードガス供給手段とを備えたものが知られている。このような燃料電池システムにおいては、セルスタックでの燃料利用率を一定の範囲内に維持する必要があり、この燃料利用率が過剰に高い状態（所謂、アノードガスの不足状態）で運転を継続すると、電池セルが破損し、発電運転の継続が困難となる。

【0003】

平板状の電池セルを複数積層したセルスタックでは、積層方向（即ち、厚み方向）に温度分布を持つようになり、積層方向の中央側部位（所謂、中央段の部位）ほど熱がこもりやすく、この中央側部位の温度がその両端側部位（所謂、端部段の部位）よりも高くなる傾向にある。

【0004】

また、一般的に、燃料電池システムは、経時的に劣化して電池セルの抵抗が増え、この抵抗が大きくなった部位では発熱量が増える傾向にある。特に、温度が高いセルスタックの中央側部位は、劣化進行が速いため、その両端側部位に比べ、さらに温度が高くなる。

【0005】

この平板状の電池セルを積層したセルスタックでは、アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスは、初期状態（設置当初の状態）において複数の電池セルに均等に分配されて供給されるように設定される。ところが、アノードガスは、温度が高いほど粘性が大きくなって圧損が大きくなるために、セルスタックの経年劣化によりその温度分布が変わると、この温度分布に起因して、各電池セルのアノード室の流入部の圧損も変わり、この圧損の変動によって各電池セルへのアノードガスの分配量が変化する。

【0006】

例えば、セルスタックの温度の高い部位（中央側部位）ではアノード室の流入部の圧損が大きくなり、これによって、このアノード室へのアノードガスの分配流量が少なくなってアノードガスの供給不足（所謂、燃料枯れ）が生じ、このアノードガスの供給不足の状態が継続すると、電池セルが破損することになる。

【0007】

このようなことから、セルスタックでのアノードガスの供給不足を解消するようにした燃料電池システムが提案されている。例えば、電池セルごとの抵抗値を計測して各電池セルにおける燃料利用率を把握し、把握した燃料利用率に基づいてアノードガスの供給不足を防ぐようにしたもの（例えば、特許文献１参照）、セルスタックの出力電流－燃料利用率データを用い、アノードガスの供給流量を調整して燃料利用率が所定値以下となるようにしたもの（例えば、特許文献２参照）、またセルスタックの電圧変化率、抵抗変化率を指標としてアノードガスの供給不足（燃料枯れ）を検知し、アノードガスの供給流量又はセルスタックの発電出力を調整してセルスタックの破損を防止するようにしたもの（例えば、特許文献３参照）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９－１１０６６６号公報

【特許文献2】特開２００６－５９５５０号公報

【特許文献3】特開２００８－１０３１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、従来のこれらの燃料電池システムでは、次の通りの問題がある。例えば、特許文献１の燃料電池システムでは、アノードガスの供給不足を検知したときに、セルスタックの電池セルの全てに対してアノードガスの供給流量を増やすことになるが、このようなアノードガスの供給制御では、アノードガスの供給不足が発生していない電池セルに対してもアノードガスの供給流量を増やすことになり、その結果、発電効率が低下するという問題がある。

【0010】

また、特許文献２の燃料電池システムでは、セルスタック全体としての燃料利用率を把握することができるが、セルスタックの一部の電池セルについての燃料利用率を把握することができず、セルスタックの部分的なアノードガスの供給不足を解消することができない。

【0011】

更に、特許文献３の燃料電池システムでは、セルスタックでのアノードガスの供給不足を検知すると、セルスタックの電池セルの全てに対してアノードガスの供給流量を増やすことになるが、このようなアノードガスの供給制御では、上述したように、アノードガスの供給不足が発生していない電池セルに対してもアノードガスの供給流量を増やすことになって発電効率が低下する。

【0012】

本発明の目的は、発電効率を下げることなく、アノードガスの供給不足を解消することができる燃料電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、イオンを伝導する電解質層、前記電解質層の片面側に配設されたアノード及び前記電解質層の他面側に配設されたカソードを有する複数の電池セルが積層されたセルスタックと、前記セルスタックのアノード室にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と、前記セルスタックのカソード室にカソードガスを供給するカソードガス供給流路と、アノードガスを供給するためのアノードガス供給手段と、前記アノードガス供給手段を制御するコントローラとを備えた燃料電池システムであって、
前記アノードガス供給流路は、前記セルスタックの積層方向の中央側部位にアノードガスを供給する第１アノードガス供給流路と、前記セルスタックの前記積層方向の両端側部位にアノードガスを供給する第２アノードガス供給流路を含んでおり、
前記セルスタックの前記中央側部位の温度が上昇すると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増大させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする。

【0014】

また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムでは、前記アノードガス供給手段は、前記第１アノードガス供給流路に配設された第１アノードガス供給手段と、前記第２アノードガス供給流路に配設された第２アノードガス供給手段とを含み、前記セルスタックの前記中央側部位の温度が上昇すると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給手段の回転数を大きくする一方、前記第２アノードガス供給手段の回転数を小さくすることを特徴とする。

【0015】

また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムでは、前記セルスタックの前記中央側部位又はその近傍、或いは前記中央側部位の前記電池セルのアノード室流入側に温度検知手段が設けられ、前記温度検知手段の検知温度が所定温度閾値を超えると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする。

【0016】

また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムは、前記セルスタックに関連して、設置後の運転開始からの積算運転時間を計時する積算計時手段が設けられ、前記積算計時手段が所定積算時間を計時すると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする。

【0017】

更に、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムは、イオンを伝導する電解質層、前記電解質層の片面側に配設されたアノード及び前記電解質層の他面側に配設されたカソードを有する複数の電池セルが積層されたセルスタックと、前記セルスタックのアノード室にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と、前記セルスタックのカソード室にカソードガスを供給するカソードガス供給流路と、アノードガスを供給するためのアノードガス供給手段と、前記アノードガス供給手段を制御するコントローラとを備えた燃料電池システムであって、
前記アノードガス供給流路は、前記セルスタックの積層方向の中央側部位にアノードガスを供給する第１アノードガス供給流路と、前記セルスタックの前記積層方向の両端側部位にアノードガスを供給する第２アノードガス供給流路を含んでおり、
前記セルスタックに関連して、前記セルスタックの前記中央側部位の前記電池セルの発電電圧を計測する電圧計測手段が設けられ、電池セルの燃料枯れ状態を検知する燃料枯れ検知モードにおいて、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量が一時的に増大され、このときの前記電圧計測手段の計測電圧の計測上昇電圧値と基準上昇電圧値との比較電圧差が所定電圧閾値を超えると、前記コントローラは、前記セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、前記第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、前記第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムによれば、アノードガス供給流路は、セルスタックの積層方向の中央側部位にアノードガスを供給する第１アノードガス供給流路と、このセルスタックの積層方向の両端側部位にアノードガスを供給する第２アノードガス供給流路とを含み、セルスタックの中央側部位の温度が上昇すると、セルスタック全体に供給されるアノードガスの合計供給流量を変えることなく、第１アノードガス供給流路のアノードガスの供給流量を増加させる一方、第２アノードガス供給流路のアノードガスの供給流量を減少させるので、セルスタックの発電効率を下げることなく、セルスタックの中央側部位に供給されるアノードガスの供給流量を増やすことができ、これによって、セルスタックの中央側部位におけるアノードガスの供給不足（燃料枯れ）を回避することができる。

【0019】

また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムによれば、アノードガス供給手段は、第１アノードガス供給流路に配設された第１アノードガス供給手段と、第２アノードガス供給流路に配設された第２アノードガス供給手段とを含んでいるので、第１アノードガス供給手段の回転数を制御することにより、アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を調整することができ、また第２アノードガス供給手段の回転数を制御することにより、第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を調整することができる。

【0020】

また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムによれば、セルスタックの中央側部位又はその近傍（或いは中央側部位の電池セルのアノード室流入側）に温度検知手段が設けられ、この温度検知手段によりセルスタックにおいて高温になりやすい中央側部位の温度を監視している。そして、この温度検知手段の検知温度が所定温度閾値を超えると、この中央側部位の劣化が進んで温度が上昇しているとして、コントローラは、セルスタックでの発電効率を下げることなく、第１及び第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を制御し、これによって、セルスタックの中央側部位の温度を監視してアノードガスの供給不足（燃料枯れ）を回避することができる。

【0021】

また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムによれば、設置後の運転開始からの積算運転時間を計時する積算計時手段が設けられ、この積算計時手段による積算時間によってセルスタックの劣化状態を推測している。そして、積算計時手段が所定積算時間を計時すると、セルスタックの中央側部位の劣化が進んで温度が上昇していると推測して、コントローラは、セルスタックでの発電効率を下げることなく、第１及び第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を制御し、これによって、セルスタックの中央側部位の劣化状態を推測してアノードガスの供給不足（燃料枯れ）を回避することができる。

【0022】

更に、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムによれば、セルスタックの中央側部位の電池セルの発電電圧を計測する電圧計測手段が設けられ、燃料枯れ検知モードにおいて電圧計測手段よりセルスタックの中央側部位の発電電圧（出力電圧）が計測される。燃料枯れ検知モードにおいてアノードガスの供給流量を一時的に増やすと燃料利用率が低下するため、セルスタック（中央側部位）の発電電圧は上昇し、この発電電圧の上昇は、燃料枯れの度合いが大きい電池セルほど大きくなる。このようなことから、燃料枯れ検知モードにおける電圧計測手段の計測電圧の計測上昇電圧値と基準上昇電圧値との比較電圧差が所定電圧閾値を超えると、セルスタックの中央側部位の電池セルの燃料枯れが進んでいると推測して、コントローラは、セルスタックでの発電効率を下げることなく、第１及び第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を制御し、これによって、セルスタックの中央側部位でのアノードガスの供給不足（燃料枯れ）を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に従う燃料電池システムの第１の実施形態を簡略的に示す全体図。

【図2】図１の燃料電池システムのセルスタックを簡略的に示す簡略斜視図。

【図3】図２のセルスタックを簡略的に示す断面図。

【図4】図１の燃料電池システムの制御系を簡略的に示すブロック図。

【図5】図４の制御系による制御の流れを示すフローチャート。

【図6】本発明に従う燃料電池システムの第２の実施形態における制御系を簡略的に示すブロック図。

【図7】図６の制御系による制御の流れを示すフローチャート。

【図8】本発明に従う燃料電池システムの第３の実施形態における制御系を簡略的に示すブロック図。

【図9】電池セルの燃料利用率と電池セル出力電圧との関係を示す図。

【図10】図８の制御系による制御の流れを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システムの各種実施形態について説明する。

【0025】

〔燃料電池システムの第１の実施形態〕
まず、図１～図５を参照して、本発明に従う燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１において、第１の実施形態の燃料電池システムは、アノードガス（例えば、燃料ガスとしての水素など）及びカソードガス（例えば、酸化剤ガスとしての空気など）による電気化学反応により発電するセルスタック２を備え、このセルスタック２の流入側に、アノードガス（燃料ガス）を供給するアノードガス供給流路４及びカソードガス（酸化剤ガス）を供給するカソードガス供給流路６が設けられている。この実施形態では、アノードガス供給流路４は、セルスタック２の中央側部位（中央段の部位）にアノードガスを供給する第１アノードガス供給流路８と、セルスタック２の端部側部位（端部段の部位）にアノードガスを供給する第２アノードガス供給流路１０とから構成されている。また、このセルスタック２の排出側にアノードオフガスを排出するアノードオフガス排出流路１１及びカソードオフガスを排出するカソードオフガス排出流路１３が設けられている。

【0026】

アノードガスを供給するためのアノードガス供給手段１２は、第１アノードガス供給手段としての例えば第１燃料ポンプ１４と、第２アノードガス供給手段としての例えば第２燃料ポンプ１６とを含み、第１燃料ポンプ１４が第１アノードガス供給流路８に配設され、第２燃料ポンプ１６が第２アノードガス供給流路１０に配設される。第１及び第２アノードガス供給流路８，１０の上流側は、アノードガス供給源としての例えばアノードガスボンベ１８に接続され、アノードガスボンベ１８からのアノードガスが第１及び第２アノードガス供給流路８，１０を通して供給される。また、カソードガス供給流路６には、カソードガス供給手段としての例えば空気ブロア２０が配設されている。

【0027】

このように構成されているので、アノードガスボンベ１８（アノードガス供給源）からのアノードガスは、第１燃料ポンプ１４によって第１アノードガス供給流路８を通してセルスタック２の中央側部位の電池セル２０（２０ａ）のアノード室２２（２２ａ）（図２参照）に供給されるとともに、第２燃料ポンプ１６によって第２アノードガス供給流路１０を通してセルスタック２の両端側部位の電池セル２０（２０ｂ）のアノード室（２２ｂ）に供給される。また、酸化剤ガスとしての空気は、空気ブロア２０によってカソードガス供給流路６を通してセルスタック２の電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）のカソード室２４（２４ａ，２４ｂ）に供給される。

【0028】

主として図２及び図３を参照してセルスタック２について説明すると、図示セルスタック２は、図２及び図３において上下方向に積層された複数の電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）を備えており、各電池セル２０は、実質上同じ形状の平板状セルから構成されている。各電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）は、具体的に図示していないが、例えばイオンを伝導する固体酸化物電解質層と、この電解質層の片側（図３において下側）に配設されたアノード（燃料極）と、この電解質層の他側（図３において上側）に配設されたカソード（空気極）とを備え、各電池セル２０間にインターコネクタ２６が配設され、かかるインターコネクタ２６を介して電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）が電気的に接続され、更にセルスタック２の両端部に集電板２８が設けられている。

【0029】

この実施形態では、セルスタック２には、複数の電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）の積層方向に延びる第１流入側マニホールド３２及び第２流入側マニホールド３４が設けられている。第１流入側マニホールド３２は第１アノードガス供給流路８に連通され、第１アノードガス供給流路８を通して供給されるアノードガスは、図３に一点鎖線の矢印で示すように、この第１流入側マニホールド３２により分配されてセルスタック２の中央側部位の電池セル２０ａのアノード室２２ａに送給される。また、第２流入側マニホールド３４は第２アノードガス供給流路１０に連通され、第２アノードガス供給流路１０を通して供給されるアノードガスは、図３に二点鎖線の矢印で示すように、この第２流入側マニホールド３４により分配されてセルスタック２の両端側部位の電池セル２０ｂのアノード室２２ｂに送給される。

【0030】

また、このセルスタック２には、更に、複数の電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）の積層方向に延びる第３流入側マニホールド３６が設けられている。第３流入側マニホールド３６はカソードガス供給流路６に連通され、カソードガス供給流路６を通して供給されるカソードガスは、図３に実線の矢印で示すように、この第３流入側マニホールド３６により分配されてセルスタック２の全電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）のカソード室２４（２４ａ，２４ｂ）に送給される。

【0031】

このセルスタック２には、更に、複数の電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）の積層方向に延びる第１流出側マニホールド３８及び第２流出側マニホールド４０が設けられている。第１流出側マニホールド３８は、アノードオフガス排出流路１１に連通され、セルスタック２の複数の電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）のアノード室２２（２２ａ，２２ｂ）からのアノードオフガスは、第１流出側マニホールド３８に集まり、この第１流出側マニホールド３８を通して燃焼器４２（図１参照）に送給される。また、第２流出側マニホールド４０は、カソードオフガス排出流路１３に連通され、セルスタック２の複数の電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）のカソード室２４（２４ａ，２４ｂ）からのカソードオフガスは、第２流出側マニホールド４０に集まり、この第２流出側マニホールド４０を通して燃焼器４２（図１参照）に送給される。

【0032】

図１に戻って、この燃料電池システムでは、セルスタック２及び燃焼器４２は、内面が断熱材で覆われた高温モジュール４４により規定された高温空間４６に収容されている。電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）のアノード室２２（２２ａ，２２ｂ）（図２参照）からのアノードオフガス及びカソード室２４（２４ａ，２４ｂ）（図２参照）からのカソードオフガスは燃焼部４２に送給され、この燃焼器４２にてアノードオフガスが燃焼され、この燃焼熱により高温モジュール４４内が高温状態に保持され、燃焼後の燃焼排気ガスは、燃焼排気ガス排出流路４８を通して外部に排出される。

【0033】

この燃料電池システムでは、図２及び図３から理解されるように、第１アノードガス供給流路８からのアノードガスは、セルスタック２の中央側部位の電池セル２０ａのアノード室２２ａに送給され、第２アノードガス供給流路１０からのアノードガスは、セルスタック２の両端側部位の電池セル２０ｂのアノード室２２ｂに送給され、またカソード供給流路６からのカソードガスは、セルスタック２の全電池セル２０（２０ａ，２０ｂ）のカソード室２４ａ，２４ｂ（２４ａ，２４ｂ）に供給され、アノード室２２（２２ａ，２２ｂ）のアノードガスとカソード室２４（２４ａ，２４ｂ）のカソードガスとの電気化学反応により発電が行われる。

【0034】

各電池セル２６での発電電力は集電板３０に集電され、集電された発電電力は、発電出力ライン５０を通して出力され、インバータ５２により直流電流から交流電流に変換された後に、例えば照明装置、家電機器などの電力負荷（図示せず）に送給される。

【0035】

このような燃料電池システムでは、稼働時間が長くなるとセルスタックに経時劣化が生じてセルスタック２の温度、特にその中央側部位の電池セル２０ａの温度が上昇する傾向にあり、この電池セル２０ａの温度が上昇すると、アノード室２２ａに流入するアノードガスの粘性が大きくなり、このアノード室２２ａに流入するアノードガスの流入流量が少なくなってアノードガスの供給不足（所謂、燃料枯れ）が生じるおそれがある。

【0036】

そこで、この実施形態では、温度が上昇する傾向にあるセルスタック２の中央側部位の電池セル２０ａの温度を検知して第１及び第２アノードガス供給流路８，１０を通して供給されるアノードガスの供給流量を制御している。

【0037】

図１とともに図４を参照して更に説明すると、この実施形態では、セルスタック２の中央側部位又はその近傍に温度検知手段６２が設けられている。この温度検知手段６２は、例えば熱電対から構成することができ、セルスタック２の中央側部位の電池セル２０ａの温度を検知する。尚、この温度検知手段６２は、セルスタック２の中央側部位の電池セル２０ａのアノード室流入側、例えば第１流入側マニホールド３２（図２、図３参照）内に設けるようにしてもよい。

【0038】

この温度検知手段６２からの検知信号は、燃料電池システムを制御するコントローラ６４に送給され、コントローラ６４は、この検知信号に基づいて第１及び第２燃料ポンプ１４，１６を後述する如く制御する。

【0039】

コントローラ６４は、例えばマイクロプロセッサなどから構成され、この例では燃料利用率設定手段６６、燃料供給流量演算手段６８、空気供給流量演算手段７０、温度判定手段７２、燃料増減信号生成手段７４、制御手段７６及びメモリ手段７８を含んでいる。燃料利用率設定手段６６は、セルスタック２での発電において消費されるアノードガスの燃料利用率を設定し、燃料供給流量設定手段６８は設定された燃料利用率となるように燃料供給流量（アノードガスの供給流量）を演算し、空気供給流量演算手段７０は、このときの空気供給流量（カソードガス供給流量）を演算する。

【0040】

この実施形態では、燃料供給流量演算手段６８により演算されたアノードガスの供給流量は、第１及び第２アノードガス供給流路８及び１０を通してセルスタック２に供給される合計供給流量であり、この燃料供給流量演算手段６８は、この合計供給流量に加えて、第１アノードガス供給流路８を通して供給される供給流量（即ち、セルスタック２の中央側部位の電池セル２０ａに送給される供給流量）及び第２アノードガス供給流路１０を通して供給される供給流量（即ち、セルスタック２の両端側部位の電池セル２０ｂに送給される供給流量）を演算する。

【0041】

例えば、この中央側部位の電池セル２０ａとこの両端側部位の電池セル２０ｂとが同数であるときには、第１アノードガス供給流路８を通しての供給流量と第２アノードガス供給流路１０を通しての供給流量とが同量となるように演算される。また、例えば、この中央側部位の電池セル２０ａの個数とこの両端側部位の電池セル２０ｂの個数との比率が１：２であるときには、第１アノードガス供給流路８を通しての供給流量と第２アノードガス供給流路１０を通しての供給流量との比率は１：２となるように演算される。尚、この実施例では、理解を容易するために、中央側部位の電池セル２０ａとこの両端側部位の電池セル２０ｂとが同数である場合について説明する。

【0042】

また、温度判定手段７２は、温度検知手段６２の検知温度ｔ０が初期検知温度Ｔ０から第１温度上昇閾値Ｔ１（例えば、１０℃）を超えて上昇したか、また初期検知温度Ｔ０から第２温度上昇閾値Ｔ２（例えば、２０℃）を超えて上昇したかの判定を行い、燃料増減信号生成手段７４は、この検知温度ｔ０が初期検知温度Ｔ０から第１温度上昇閾値Ｔ１を超えて上昇したとき（ｔ０＞（Ｔ０＋Ｔ１））に第１増減信号を生成し、検知温度ｔ０が初期検知温度Ｔ０から第２温度上昇閾値Ｔ２を超えて上昇したとき（ｔ０＞（Ｔ０＋Ｔ２））に第２増減信号を生成する。制御手段７６は、第１及び第２燃料ポンプ１４，１６を後述する如く制御し、メモリ手段７８には、第１温度上昇閾値Ｔ１（１０℃）、第２温度上昇閾値Ｔ２（２０℃）、初期検知温度Ｔ０等が登録される。

【0043】

次に、主として図１、図４及び図５を参照して、上述した燃料電池システムの制御の流れについて説明する。燃料電池システムの運転を開始する（ステップＳ１）と、コントローラ６４の燃料利用率設定手段６６は、セルスタック２による発電の燃料利用率（例えば、８０～８５％程度の値）を設定する（ステップＳ２）。このように燃料利用率を設定すると、燃料供給流量演算手段６８はセルスタック２に供給するアノードガスの合計供給流量を演算する（ステップＳ３）とともに、第１アノードガス供給流路８を通して供給される供給流量及び第２アノードガス供給流路１０を通して供給される供給流量を演算する（ステップＳ４）。また、空気供給流量演算手段７０は、セルスタック２に供給するカソードガスの供給流量を演算する（ステップＳ５）。

【0044】

このように演算されると、制御手段７６は、セルスタック２の中央側部位の電池セル２０ａに供給されるアノードガスの供給流量が演算された供給流量となるように第１燃料ポンプ１４の回転数を制御するとともに、セルスタック２の両端側部位の電池セル２０ｂに供給されるアノードガスの供給流量が演算された供給流量となるように第２燃料ポンプ１６の回転数を制御し、またセルスタックに供給されるカソードガスの供給流量が演算された供給流量となるようになるように空気ブロア２０の回転数を制御し（ステップＳ６）、このようにしてセルスタック２に供給されるアノードガス及びカソードガスの供給流量が制御される。

【0045】

この発電運転中においては、温度検知手段６２は、セルスタック２の中央側部位の温度を検知し（ステップＳ７）、その検知信号がコントローラ６４に送給される。かくすると、コントローラ６４の温度判定手段７２は、温度検知手段６２の検知温度ｔ０が初期検知温度から第１温度上昇閾値Ｔ１（１０℃）を超えて上昇したか、また初期検知温度から第２温度上昇閾値Ｔ２（２０℃）を超えて上昇したかを判定する。

【0046】

この検知温度ｔ０の上昇が例えば第１温度上昇閾値Ｔ１以下（１０℃）である（ｔ０≦Ｔ０＋Ｔ１）のときには、ステップＳ８からステップＳ７に戻り、上述した発電運転が継続して行われ、温度検知手段６２による温度検知が繰り返し行われる。

【0047】

そして、この検知温度ｔ０が初期検知温度Ｔ０から第１温度上昇閾値Ｔ１を超えて上昇する（ｔ０＞（Ｔ０＋Ｔ１））と、ステップＳ８からステップＳ９に進み、この検知温度ｔ０の温度上昇が初期検知温度Ｔ０から第２温度上昇閾値Ｔ２以下である（（Ｔ０＋Ｔ１）＜ｔ０≦（Ｔ０＋Ｔ２））ときにはステップＳ１０に進む。ステップ１０に進むと、温度判定手段７２のこの判定結果に基づき、燃料増減信号生成手段７４は第１燃料増減信号を生成し、制御手段７６は、この第１燃料増減信号に基づきアノードガスの供給流量を１段階制御する（ステップＳ１１）。

【0048】

この第１段階制御のときには、セルスタック２での燃料利用率をそのまま維持した運転状態（即ち、アノードガスの合計供給流量を維持した供給状態）において、制御手段７６は、第１燃料ポンプ１４の回転数を例えば２％アップさせて第１アノードガス供給流路８を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、この増加させた供給流量分を減少させるために、第２燃料ポンプ１６の回転数を例えば２％ダウンさせて第２アノードガス供給流路１０を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させ（ステップＳ１２）、このように制御することによって、セルスタック２に供給されるアノードガスの合計供給流量を増減させることなく、第１アノードガス供給流路８を通してセルスタック２（中央側部位の電池セル２０ａ）に供給されるアノードガスを増加させることができる。従って、アノードガスの合計供給流量の増減がないために発電効率が下がることがなく、セルスタック２、特に温度が高くなりやすい中央側部位の電池セル２０ａへのアノードガスの供給流量を増やすことができ、この中央側部位の電池セル２０ａでのアノードガスの供給不足（所謂、燃料枯れ）を回避することができる。

【0049】

また、この検知温度ｔ０が初期検知温度Ｔ０から第２温度上昇閾値Ｔ２を超えて上昇する（ｔ０＞（Ｔ０＋Ｔ２））と、ステップＳ８からステップＳ９を経てステップＳ１３に移る。かくすると、温度判定手段７２のこの判定結果に基づき、燃料増減信号生成手段７４は第２燃料増減信号を生成し、制御手段７６は、この第２燃料増減信号に基づきアノードガスの供給流量を２段階制御する（ステップＳ１４）。

【0050】

この第２段階制御のときには、セルスタック２での燃料利用率をそのまま維持した運転状態において、制御手段７６は、第２燃料ポンプ１４の回転数を例えば４％アップさせて第１アノードガス供給流路８を通して供給されるアノードガスの供給流量を更に増加させる一方、この増加させた供給流量分を減少させるために、第２燃料ポンプ１６の回転数を例えば４％ダウンさせて第２アノードガス供給流路１０を通して供給されるアノードガスの供給流量を更に減少させ（ステップＳ１５）、このように制御してセルスタック２に供給されるアノードガスの合計供給流量を増減させることなく、第１アノードガス供給流路８を通してセルスタック２（中央側部位の電池セル２０ａ）に供給されるアノードガスの供給流量を更に増加させている。従って、アノードガスの合計供給流量の増減がないために発電効率を下げることなく、セルスタック２、特に中央側部位の電池セル２０ａへのアノードガスの供給流量を更に増やすことができ、この中央側部位の電池セル２０ａでのアノードガスの供給不足を回避することができる。

【0051】

この実施形態では、温度検知手段６２の検知温度に基づいて、セルスタック２に供給されるアノードガスの供給流量を２段階に制御しているが、このような制御に限定されず、この検知温度に基づきアノードガスの供給流量の制御を１段階又は３段階以上に制御することもできる。

【0052】

〔燃料電池システムの第２の実施形態〕
次に、図６及び図７を参照して、本発明に従う燃料電池システムの第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態の燃料電池システムの基本的構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一であり、その基本的構成については図１を参照されたい。尚、以下の実施形態において、第１の実施形態と実質上同一のものについては、同一の番号を付し、その説明を省略する。

【0053】

図６において、この第２の実施形態では、セルスタックの中央側部位の電池セルの温度を直接計測するのではなく、燃料電池システムの設置後の稼働運転開始からの積算運転時間とセルスタックの中央側部位の電池セルの温度との関係の運転データを取得し、この運転データを利用して第１温度上昇閾値Ｔ１（例えば、１０℃）に対応する第１積算運転時間Ｕ１（例えば、２万時間）、第２温度上昇閾値Ｔ２（例えば、１５℃）に対応する第２積算運転時間Ｕ２（例えば、４万時間）及び第３温度上昇閾値Ｔ３（例えば、２０℃）に対応する第３積算運転時間Ｕ３（例えば、６万時間）が設定され、これら第１～第３積算運転時間Ｕ１～Ｕ３がメモリ手段７８Ａに登録される。

【0054】

この第２の実施形態の燃料電池システムの制御系においては、温度検知手段に代えて、積算計時手段８２が設けられ、例えば、コントローラ６４Ａはこの積算計時手段８２を含み、システムの起動ボタン８３からの起動信号が送られると、この起動信号に基づき積算計時手段８２が作動して燃料電池システムの設置後の稼働運転開始からの積算運転時間が計時され、この積算計時時間ｕ０は、メモリ手段７８Ａに記憶される。

【0055】

この実施形態のコントローラ６４Ａは、温度判定手段に代えて、積算運転時間判定手段８４を備えており、積算計時手段８２及び積算運転時間判定手段８４を含んでいる点において第１の実施形態と相違するが、その他の構成については上述の第１の実施形態と同様である。

【0056】

この第２の実施形態における制御は、例えば次のように行われる。起動ボタン８３を起動操作する（ステップＳ２１）と、その起動信号がコントローラ６４Ａに送られて燃料電池システムの運転が開始し（ステップＳ２２）、積算計時手段８２が作動して設置後の稼働開始からの積算運転時間を計時する（ステップＳ２３）。

【0057】

このようにして運転が開始されると、燃料利用率設定手段６６は、燃料利用率を設定し（ステップＳ２４）、燃料供給流量演算手段６８は、セルスタック２に供給するアノードガスの合計供給流量を演算し（ステップＳ２５）、更に第１アノードガス供給流路８を通して供給される供給流量及び第２アノードガス供給流路１０を通して供給される供給流量を演算する（ステップＳ２６）。また、空気供給流量演算手段７０は、セルスタック２に供給するカソードガスの供給流量を演算する（ステップＳ２６）。このようにしてアノードガスの供給流量及びカソードガスの供給流量が演算されると、制御手段７６Ａは、セルスタックへのアノードガス及びカソードガスの供給が演算された流量となるように第１及び第２燃料ポンプ１４，１６並びに空気ブロア２０の回転数を制御する（ステップＳ２８）。これらステップＳ２４からステップＳ２８までの制御は、第１の実施形態のステップＳ２からステップＳ６までの制御と同様に行われる。

【0058】

この発電運転中においては、積算計時手段８２は、設置後の運転開始からの積算運転時間を計時し（ステップＳ２９）、コントローラ６４Ａの積算運転時間判定手段８４は、積算計時手段８２の積算運転時間ｕ０が第１積算運転時間Ｕ１（例えば、２万時間）を超えたか、また第２積算運転時間Ｕ２（例えば、４万時間）を超えたか、更に第３積算運転時間Ｕ３（例えば、６万時間）を超えたかを判定する。

【0059】

この積算運転時間ｕ０が第１積算運転時間Ｕ１以下である（ｕ０≦Ｕ１）ときには、ステップＳ３０からステップＳ２９に戻り、上述した発電運転が継続して行われる。

【0060】

そして、この積算運転時間ｕ０が第１積算運転時間Ｕ１（例えば、２万時間）を超える（ｕ０＞Ｕ１）と、ステップＳ３０からステップＳ３１に進み、この積算運転時間ｕ０が第２積算運転時間Ｕ２（例えば、４万時間）以下である（Ｕ１＜ｕ０≦Ｕ２）ときにはステップＳ３２に進む。かくすると、積算運転時間判定手段８４のこの判定結果に基づき、セルスタックが第１積算運転時間Ｕ１を超えて運転されてその中央側部位の電池セルの温度が第１温度上昇閾値Ｔ１を超えて上昇したと推測して、燃料増減信号生成手段７４Ａは第１燃料増減信号を生成する（ステップＳ３２）。

【0061】

また、この積算運転時間ｕ０が第２積算運転時間Ｕ２（例えば、４万時間）を超える（ｕ０＞Ｕ２）と、ステップＳ３１からステップＳ３３に進み、この積算運転時間ｕ０が第３積算運転時間Ｕ３（例えば、６万時間）以下である（Ｕ２＜ｕ０≦Ｕ３）ときにはステップＳ３４に進む。かくすると、積算運転時間判定手段８４のこの判定結果に基づき、セルスタックが第２積算運転時間Ｕ２を超えて運転されてその中央側部位の電池セルの温度が第２温度上昇閾値Ｔ２を超えて上昇したと推測して、燃料増減信号生成手段７４Ａは第２燃料増減信号を生成する（ステップＳ３６）。

【0062】

更に、この積算運転時間ｕ０が第３積算運転時間Ｕ３（例えば、６万時間）を超える（ｕ０＞Ｕ３）と、ステップＳ３３からステップＳ３５に進む。かくすると、積算運転時間判定手段８４はこの判定結果に基づき、セルスタックが第３積算運転時間Ｕ３を超えて運転されてその中央側部位の電池セルの温度が第３温度上昇閾値Ｔ３４を超えて温度上昇したと推測して、燃料増減信号生成手段７４Ａは第３燃料増減信号を生成する。

【0063】

このようにして燃料増減信号生成手段７４Ａが第１燃料増減信号（又は第２燃料増減信号、第３燃料増減信号）を生成すると、ステップＳ３６（又はステップＳ３７、ステップＳ３８）に進み、制御手段７６Ａは、セルスタックに供給する燃料供給流量を１段階制御（又は２段階制御、３段階制御）する。

【0064】

例えば、燃料供給流量の第１段階制御（又は２段階制御、３段階制御）のときには、ステップＳ３９（又はステップＳ４０、ステップＳ４１）において、セルスタックでの燃料利用率をそのまま維持した運転状態で、制御手段７６Ａは、第１燃料ポンプ１４の回転数を例えば２％（又は４％，６％）アップさせて第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、この増加させた供給流量分を減少させるために、第２燃料ポンプ１６の回転数を例えば２％（又は４％，６％）ダウンさせて第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させ、このように制御してセルスタックに供給されるアノードガスの合計供給流量を増減させることなく、第１アノードガス供給流路を通してセルスタック２の中央側部位の電池セルに供給されるアノードガスを増加させている。従って、このように制御した場合においても、上述したと同様に、アノードガスの合計供給流量の増減がないために発電効率を下げることなく、セルスタック２、特に温度が高くなりやすい中央側部位の電池セルでのアノードガスの供給流量を増やしてこの中央側部位の電池セルでの供給不足（所謂、燃料枯れ）を回避することができる。

【0065】

この第２の実施形態では、積算運転時間に基づいて、セルスタックに供給されるアノードガスの供給流量を３段階に制御しているが、このような制御に限定されず、積算運転時間に基づいて、アノードガスの供給流量の制御を１又は２段階、或いは４段階以上に制御するようにしてもよい。

【0066】

〔燃料電池システムの第３の実施形態〕
次に、図８～図１０を参照して、本発明に従う燃料電池システムの第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態の燃料電池システムの基本的構成は、上述した第２の実施形態と実質上同一である。

【0067】

図８において、この第３の実施形態では、セルスタックの中央側部位の電池セルの温度を直接計測するのではなく、セルスタックの発電中にアノードガスの供給流量を一時的に増加させて燃料利用率を変化させたときに電池セル出力電圧が変化し、この出力電圧の変化は燃料枯れの度合いの大きい電池セルほど大きくなることを利用して、第１電圧差閾値Ｖ１及び第２電圧差閾値Ｖ２が設定され、これら第１及び第２電圧差閾値Ｖ１，Ｖ２がメモリ手段７８Ｂに登録される。

【0068】

この第３の実施形態の燃料電池システムの制御系においては、温度検知手段に代えて、電圧計測手段９０が設けられ、この電圧計測手段９０からの計測信号はコントローラ６４Ｂに送られる。

【0069】

また、コントローラ６４Ｂは、温度判定手段に代えて、比較電圧差判定手段９８を備え、この比較電圧差判定手段９８に関連して、更に燃料枯れ検知モード設定手段９１、燃料増信号生成手段９２、上昇電圧演算手段９４及び上昇電圧比較演算手段９６を含んでおり、この点において第２の実施形態と相違するが、その他の構成については上述の第２の実施形態と同様である。

【0070】

この実施形態では、電圧計測手段９０は、セルスタックの中央側部位の電池セルの出力電圧を計測し、中央側部位の複数の電池セル全体の出力電圧を計測するようにしてもよく、或いはこの中央側部位の各電池セルの出力電圧を計測するようにしてもよい。

【0071】

また、コントローラ６４Ｂの燃料枯れ検知モード設定手段９１は、セルスタックの発電中に燃料枯れ検知運転モードを設定し、燃料増信号生成手段９２は、セルスタックの中央側部位の電池セルに供給されるアノードガス（即ち、第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガス）の供給流量を一時的に増加する燃料増信号を生成する。また、上昇電圧演算手段９４は、アノードガスの供給流量を一時的に増加させたときの電池セルの上昇電圧値（この形態では、基準上昇電圧値、計測上昇電圧値）を演算する。

【0072】

また、上昇電圧比較演算手段９６は、運転初期の燃料枯れ検知運転モードにおける基準上昇電圧値Ｖ０とその後の燃料枯れ検知運転モードにおける計測上昇電圧値との電圧差を比較演算し、比較電圧差判定手段９８は、上昇電圧比較演算手段９６による比較電圧差が第１電圧差閾値Ｖ１を超えたか、また第２電圧差閾値Ｖ２を超えたかを判定する。

【0073】

ここで、図９を参照して、燃料利用率と電池セルの出力電圧（発電電圧）との関係を説明すると、この燃料利用率と電池セルの出力電圧との関係は、図９に示すように変化し、アノードガスを一時的に増大させて燃料利用率が下がると、電池セルの出力電圧（発電電圧）は、図９に示すように変化して上昇する。

【0074】

図９から理解されるように、燃料利用率が例えば８５％を超えるようなアノードガスの供給状態の電池セルにおいては、アノードガスを一時的に増大させたときの電池セルの出力電圧の変化量（即ち、上昇電圧値）は大きく、燃料枯れが進行した電池セルほどこの出力電圧の変化量は更に大きくなる。

【0075】

このようなことから、セルスタックの初期状態における出力電圧の変化量を基準上昇電圧値とし、その後に計測して演算した出力電圧の変化量を計測上昇電圧値とし、この基準上昇電圧値とその後の計測上昇電圧値とを比較して両者の電圧差を演算した比較電圧差が大きくなるということは、電池セルの燃料枯れが進行していることを示していることになる。

【0076】

この実施形態では、この比較電圧差値と電池セルの燃料枯れとは関連性があることから、セルスタックの燃料枯れの度合いに基づいて第１電圧差閾値Ｖ１及び第２電圧差閾値Ｖ２が設定される。

【0077】

この第３の実施形態における制御は、例えば次のように行われる。図８及び図１０を参照して、起動ボタン８３を起動操作する（ステップＳ５１）と、その起動信号がコントローラ６４Ｂに送られて燃料電池システムの運転が開始し（ステップＳ５２）、積算計時手段８２が作動して設置後の稼働開始からの積算運転時間を計時する（ステップＳ５３）。

【0078】

このようにして運転が開始されると、ステップＳ５４からステップＳ５７が遂行されるが、これらステップＳ５４からステップＳ５８までの制御は、第２の実施形態のステップＳ２４からステップＳ２８までの制御と同様に行われる。

【0079】

この発電運転中に初期時間（例えば、５千時間）経過すると、ステップＳ５９からステップＳ６０に進み、燃料枯れ検知モード設定手段９１が燃料枯れ検知モードを設定し、燃料枯れ検知モードの運転が行われる。この燃料枯れ検知モードにおいては、燃料増信号生成手段９２が燃料増信号を生成し（ステップＳ６１）、この燃料増信号に基づいて制御手段７６Ｂは第１燃料ポンプ１４の回転数を上昇させ、これによって、第１燃料ポンプ１４により供給されるアノードガスの供給流量が一時的に増大する（ステップＳ６２）。

【0080】

このとき、電圧計測手段９０は、アノードガスの供給流量を一時的に増大させる前後のセルスタックの中央側部位の電池セルの出力電圧を計測し（ステップＳ６３）、上昇電圧演算手段７４は、アノードガスの供給流量のアップ前の出力電圧とアップ後の出力電圧の電圧差、即ちアノードガスの供給流量を増大させたときの上昇電圧値を演算し（ステップＳ６４）、この上昇電圧値が基準上昇電圧値としてメモリ手段７８Ｂに登録される。

【0081】

そして、積算計時手段８２が所定時間（例えば、５千時間毎）を計時すると、ステップＳ６５からステップＳ６６に進み、燃料枯れ検知モード設定手段９１が再び燃料枯れ検知モードを設定し、燃料枯れ検知モードの運転が行われる。この燃料枯れ検知モードにおいては、上述したように、燃料増信号生成手段９２が燃料増信号を生成し（ステップＳ６７）、この燃料増信号に基づいて制御手段７６Ｂは第１燃料ポンプ１４の回転数を上昇させ、これによって、第１燃料ポンプ１４により供給されるアノードガスの供給流量が一時的に増大する（ステップＳ６８）。

【0082】

このときも、電圧計測手段９０は、アノードガスの供給流量を一時的に増大させる前後のセルスタックの中央側部位の電池セルの出力電圧を計測し（ステップＳ６９）、上昇電圧演算手段９４は、アノードガスの供給流量のアップ前の出力電圧とアップ後の出力電圧の電圧差、即ち計測上昇電圧値を演算する。

【0083】

そして、上昇電圧比較演算手段９６は、メモリ手段７８Ｂに登録された基準上昇電圧値とこの計上昇電圧演算手段９４により演算された計測上昇電圧値とを比較して比較電圧差値（基準上昇電圧値とこの計測上昇電圧値との電圧差値）を演算し（ステップＳ７０）、演算したこの比較電圧差値Ｖ０についての判定が行われ（ステップＳ７１）、比較電圧差判定手段９８は、上昇電圧比較演算手段９６による比較電圧差値Ｖ０が第１電圧差閾値Ｖ１を超えたか、また第２電圧差閾値Ｖ２を超えたかを判定する。

【0084】

この比較電圧差値Ｖ０が第１電圧差閾値Ｖ１以下である（Ｖ０≦Ｖ１）ときには、ステップＳ７２からステップＳ６５に戻るが、この比較電圧差値Ｖ０が第１電圧差閾値Ｖ１を超える（Ｖ０＞Ｖ１）と、ステップＳ７２からステップＳ７３に進み、この比較電圧差値Ｖ０が第２電圧差閾値Ｖ２以下である（Ｖ１＜Ｖ０≦Ｖ２）ときにはステップＳ７４に進む。かくすると、比較電圧差判定手段９８のこの判定結果に基づき、セルスタックに燃料枯れが少し生じているとして、燃料増減信号生成手段７４Ｂは第１燃料増減信号を生成し、制御手段７６Ｂは、セルスタックに供給する燃料供給流量を１段階制御し（ステップＳ７５）、セルスタックでの燃料利用率をそのまま維持した運転状態で、制御手段７６Ｂは、第１燃料ポンプ１４の回転数を例えば２％アップさせて第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を増加させる一方、この増加させた供給流量分を減少させるために、第２燃料ポンプ１６の回転数を例えば２％ダウンさせて第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を減少させる（ステップＳ７６）。

【0085】

また、この比較電圧差値Ｖ０が第２電圧差閾値Ｖ２を超える（Ｖ０＞Ｖ２）と、ステップＳ７３からステップＳ７７に進み、比較電圧差判定手段９８のこの判定結果に基づき、セルスタックに燃料枯れが生じているとして、燃料増減信号生成手段７４Ｂは第２燃料増減信号を生成し、制御手段７６Ｂは、セルスタックに供給する燃料供給流量を２段階制御し（ステップＳ７８）、セルスタックでの燃料利用率をそのまま維持した運転状態で、制御手段７６Ｂは、第１燃料ポンプ１４の回転数を例えば４％アップさせて第１アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を更に増加させる一方、この増加させた供給流量分を減少させるために、第２燃料ポンプ１６の回転数を例えば４％ダウンさせて第２アノードガス供給流路を通して供給されるアノードガスの供給流量を更に減少させる（ステップＳ７９）。

【0086】

このように、この第３の実施形態においても、セルスタックに供給されるアノードガスの合計供給流量を増減させることなく、セルスタックの中央側部位の電池セルへのアノードガスの供給流量を増やしているので、セルスタックでの発電効率を低下させることなくアノードガスの供給不足（所謂、燃料枯れ）を回避することができる。

【0087】

この第３の実施形態では、比較電圧差値に基づいて、セルスタックに供給されるアノードガスの供給流量を２段階に制御しているが、このような制御に限定されず、アノードガスの供給流量の制御を１段階又は３段階以上に制御するようにしてもよい。

【0088】

以上、本発明に従う固体酸化物形燃料電池システムの種々の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。

【0089】

例えば、上述した実施形態では、本発明をセルスタックとして固体酸化物形のもの（ＳＯＦＣ）に適用して説明したが、この形態のものに限定されず、溶融炭酸塩形のもの（ＭＣＦＣ）、リン酸形のもの（ＰＡＦＣ）などにも同様に適用することができる。

【符号の説明】

【0090】

２ セルスタック
４ アノードガス供給流路
６ カソードガス供給流路
８ 第１アノードガス供給流路
１０ 第２アノードガス供給流路
１２ 燃料ブロア（アノードガス供給手段）
１４ 第１燃料ブロア
１６ 第２燃料ブロア
２０，２０ａ，２０ｂ 電池セル
２２，２２ａ，２２ｂ アノード室
２４，２４ａ，２４ｂ カソード室
６２ 温度検知手段
６４，６４Ａ，６４Ｂ コントローラ
７２ 温度判定手段
７４，７４Ａ、７４Ｂ 燃料増減信号生成手段
８２ 積算計時手段
８４ 積算運転時間判定手段
９０ 電圧計測手段
９１ 燃料枯れ検知モード設定手段
９２ 燃料増信号生成手段
９６ 上昇電圧比較演算手段
９８ 比較電圧差判定手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】