特開 2024-64321 電気化学反応システム

(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】P2024064321

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】電気化学反応システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04746 20160101AFI20240507BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20240507BHJP

   H01M 8/04228 20160101ALI20240507BHJP

   H01M 8/04303 20160101ALI20240507BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20240507BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240507BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04746

H01M8/0438

H01M8/04228

H01M8/04303

H01M8/0432

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022172822

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】519322392

【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】赤木 陽祐

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA07

5H127AC05

5H127BA02

5H127BA05

5H127BA13

5H127BA18

5H127BA34

5H127BA37

5H127BA47

5H127BA59

5H127BB02

5H127BB19

5H127BB39

5H127DA11

5H127DB03

5H127DB23

5H127DB46

5H127DB88

5H127DC02

5H127DC22

5H127EE02

5H127EE03

5H127EE29

5H127EE30

(57)【要約】

【課題】空気極側ガス流路と燃料極側ガス流路との圧力差に起因する不具合の発生を抑制しつつ、電気化学反応モジュールを冷却させる。
【解決手段】電気化学反応システムは、単セルと、空気極側ガス流路と、燃料極側ガス流路と、を有する電気化学反応モジュールと、空気極側ガス流路のガス供給流路に供給する第１のガスの流量を制御する第１の流量制御部と、空気極側ガス流路の圧力を測定する第１の圧力測定部と、制御部とを備える。制御部は、第１の圧力測定部による圧力測定結果に基づき、空気極側ガス流路の少なくとも一部と燃料極側ガス流路の少なくとも一部との圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、第１の流量制御部を制御して空気極側ガス流路のガス供給流路に供給する第１のガスの流量を増加させる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質層と前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記空気極に面する空気室、前記空気極に第１のガスを供給する第１のガス供給流路、および、前記空気室を通過したガスを排出する第１のガス排出流路からなる空気極側ガス流路と、前記燃料極に面する燃料室、前記燃料室に第２のガスを供給する第２のガス供給流路、および、前記燃料室を通過したガスを排出する第２のガス排出流路からなる燃料極側ガス流路と、を有する電気化学反応モジュールと、
前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を制御する第１の流量制御部と、を備える電気化学反応システムにおいて、
さらに、前記空気極側ガス流路の圧力を測定する第１の圧力測定部と、
前記第１の圧力測定部による圧力測定結果に基づき、前記空気極側ガス流路の少なくとも一部と前記燃料極側ガス流路の少なくとも一部との圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、前記第１の流量制御部を制御して前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を増加させる制御部と、
を備える、
ことを特徴とする電気化学反応システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電気化学反応システムにおいて、
さらに、前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を制御する第２の流量制御部を備え、
前記制御部は、前記電気化学反応モジュールの運転を停止させるための停止処理の開始以降に、
前記第１の圧力測定部による圧力測定結果に基づき、前記空気極側ガス流路の少なくとも一部と前記燃料極側ガス流路の少なくとも一部との圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、前記第１の流量制御部を制御して前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を増加させ、
さらに、前記第２の流量制御部を制御して前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を減少させる、
ことを特徴とする電気化学反応システム。

【請求項3】

請求項１に記載の電気化学反応システムにおいて、
さらに、前記燃料極側ガス流路の圧力を測定する第２の圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記第１の圧力測定部による圧力測定結果と、前記第２の圧力測定部による圧力測定結果とに基づき、前記圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、前記第１の流量制御部を制御して前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を増加させる、
ことを特徴とする電気化学反応システム。

【請求項4】

請求項１に記載の電気化学反応システムにおいて、
前記制御部は、前記第１のガスの流量の増加制御の開始後、前記圧力差が、前記所定の範囲の上限値よりも小さい基準値以上になったことを条件に、前記第１のガスの流量の増加制御を停止する、
ことを特徴とする電気化学反応システム。

【請求項5】

請求項１に記載の電気化学反応システムにおいて、
前記制御部は、第１の増加率で前記第１のガスの流量を増加させる第１の増加制御を実施し、その後に、前記第１の増加率よりも低い第２の増加率で前記第１のガスの流量を増加させる第２の増加制御を実施する、
ことを特徴とする電気化学反応システム。

【請求項6】

請求項１に記載の電気化学反応システムにおいて、
さらに、前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を制御する第２の流量制御部と、
前記電気化学反応モジュールの前記燃料極側ガス流路に連通し、前記燃料室から排出されるガスを燃焼させる燃焼器と、を備え、
前記制御部は、前記第１のガスの流量の増加制御の開始後、前記燃焼器の温度または前記燃焼器の温度に相関する部材の温度が第２の温度以下になったことを条件に、前記第２の流量制御部を制御して前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を増加させる、
ことを特徴とする電気化学反応システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、燃料電池モジュールと流量制御部とを備える燃料電池システムが知られている。燃料電池モジュールは、単セルと空気極側ガス流路と燃料極側ガス流路とを有する。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とを含む。空気極側ガス流路は、単セルの空気極に面する空気室と、空気極に例えば酸化剤ガスを供給するガス供給流路と、空気室を通過したガスを排出するガス排出流路とからなる。燃料極側ガス流路は、単セルの燃料極に面する燃料室と、燃料室に例えば燃料ガスを供給するガス供給流路と、燃料室を通過したガスを排出するガス排出流路とからなる。流量制御部は、少なくとも空気極側ガス流路に供給する酸化剤ガスの流量を制御する。

【0003】

このような燃料電池システムの中には、単セルの運転の停止後に、システム温度に基づいて空気極側ガス流路に供給する酸化剤ガスの流量を増やすことにより、システム温度を低下させる燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

【0004】

なお、単セルの運転の停止時に、空気極側ガス流路と燃料極側ガス流路との圧力差（以下、単に「ガス圧力差」ということがある）が上限値内に収まるように酸化剤ガスのガス圧力を制御する燃料電池の制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９－１２９７９３号公報

【特許文献2】特開２０１９－１１４４７８号公報

【特許文献3】特開２００３－２１７６３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記燃料電池システムでは、酸化剤ガスのガス流量を増やす際、システム温度のみに基づいてガス流量を制御しているため、空気極側ガス流路と燃料極側ガス流路とのガス圧力差が増大し、例えば単セル等の燃料電池モジュールの構成部材の破損や劣化等の不具合が生じるおそれがある。

【0007】

なお、このような課題は、燃料電池セルシステムに限らず、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）を備える電解セルシステムにも共通の課題である。本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池モジュールと電解セルモジュールとをまとめて電気化学反応モジュールと呼び、燃料電池システムと電解セルシステムとをまとめて電気化学反応システムと呼ぶ。

【0008】

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本明細書に開示される電気化学反応システムは、電解質層と前記電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記空気極に面する空気室、前記空気極に第１のガスを供給する第１のガス供給流路、および、前記空気室を通過したガスを排出する第１のガス排出流路からなる空気極側ガス流路と、前記燃料極に面する燃料室、前記燃料室に第２のガスを供給する第２のガス供給流路、および、前記燃料室を通過したガスを排出する第２のガス排出流路からなる燃料極側ガス流路と、を有する電気化学反応モジュールと、前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を制御する第１の流量制御部と、を備える電気化学反応システムにおいて、さらに、前記空気極側ガス流路の圧力を測定する第１の圧力測定部と、前記第１の圧力測定部による圧力測定結果に基づき、前記空気極側ガス流路の少なくとも一部と前記燃料極側ガス流路の少なくとも一部との圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、前記第１の流量制御部を制御して前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を増加させる制御部と、を備える。

【0010】

本電気化学反応システムによれば、例えば、空気極側ガス流路の圧力測定結果を利用しない構成に比べて、空気極側ガス流路と燃料極側ガス流路との圧力差に起因する不具合の発生を抑制しつつ、電気化学反応モジュールを冷却させることができる。

【0011】

（２）上記電気化学反応システムにおいて、さらに、前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を制御する第２の流量制御部を備え、前記制御部は、前記電気化学反応モジュールの運転を停止させるための停止処理の開始以降に、前記第１の圧力測定部による圧力測定結果に基づき、前記空気極側ガス流路の少なくとも一部と前記燃料極側ガス流路の少なくとも一部との圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、前記第１の流量制御部を制御して前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を増加させ、さらに、前記第２の流量制御部を制御して前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を減少させる構成としてもよい。本電気化学反応システムによれば、空気室に供給する第１のガスの増加制御に加えて、燃料室に供給する第２のガスの流量の減少制御を実施することにより、電気化学反応モジュールを、より効果的に冷却させることができる。

【0012】

（３）上記電気化学反応システムにおいて、さらに、前記燃料極側ガス流路の圧力を測定する第２の圧力測定部を備え、前記制御部は、前記第１の圧力測定部による圧力測定結果と、前記第２の圧力測定部による圧力測定結果とに基づき、前記圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、前記第１の流量制御部を制御して前記第１のガス供給流路に供給する前記第１のガスの流量を増加させる構成としてもよい。本電気化学反応システムによれば、空気室に供給する第１のガスの圧力測定結果に加えて、燃料室に供給する第２のガスの圧力測定結果も利用することにより、第１のガス供給流路と第２のガス供給流路との圧力差を所定の範囲内に、より確実に維持することができる。

【0013】

（４）上記電気化学反応システムにおいて、前記制御部は、前記第１のガスの流量の増加制御の開始後、前記圧力差が、前記所定の範囲の上限値よりも小さい基準値以上になったことを条件に、前記第１のガスの流量の増加制御を停止する構成としてもよい。本電気化学反応システムによれば、圧力差が基準値以上になった場合に第１のガスの流量の増加制御が停止されるため、第１のガスの増加制御中において、圧力差が所定の範囲を超えることを、より確実に抑制することができる。

【0014】

（５）上記電気化学反応システムにおいて、前記制御部は、第１の増加率で前記第１のガスの流量を増加させる第１の増加制御を実施し、その後に、前記第１の増加率よりも低い第２の増加率で前記第１のガスの流量を増加させる第２の増加制御を実施する構成としてもよい。本電気化学反応システムによれば、例えば、第１のガスを常時低い増加率で増加させる構成に比べて、早期に第１のガスの流量を増加させて電気化学反応モジュールを効果的に冷却させることができる。

【0015】

（６）上記電気化学反応システムにおいて、さらに、前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を制御する第２の流量制御部と、前記電気化学反応モジュールの前記燃料極側ガス流路に連通し、前記燃料室から排出されるガスを燃焼させる燃焼器と、を備え、前記制御部は、前記第１のガスの流量の増加制御の開始後、前記燃焼器の温度または前記燃焼器の温度に相関する部材の温度が第２の温度以下になったことを条件に、前記第２の流量制御部を制御して前記第２のガス供給流路に供給する前記第２のガスの流量を増加させる構成としてもよい。本電気化学反応システムによれば、燃焼器の温度または燃焼器の温度に相関する部材の温度が第２の温度以下になったことを条件に第２のガスの流量を増加させるため、第２のガスの流量の増加に伴う燃焼器での燃焼による発熱の増加を抑制した状態で、第２のガスによって電気化学反応モジュールを効果的に冷却することができる。

【0016】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応モジュールの制御装置およびその制御方法等の形態で実現することが可能である。
例えば、以下のような電気化学反応モジュールあるいは電気化学反応セルスタックの冷却方法である。
「単セルと、空気極側ガス流路と、燃料極側ガス流路と、を有する電気化学反応モジュール（電気化学反応セルスタック）を冷却する方法であって、空気極側ガス流路の圧力を測定し、その圧力測定結果に基づき、空気極側ガス流路の少なくとも一部と燃料極側ガス流路の少なくとも一部との圧力差を所定の範囲内に維持しつつ、空気極側ガス流路における第１のガス供給流路に供給する第１のガスの流量を増加させる。」

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態における燃料電池システム１０の構成を模式的に示す説明図

【図2】燃料電池スタック１００の一のＸＺ断面構成を示す説明図

【図3】燃料電池スタック１００の他のＸＺ断面構成を示す説明図

【図4】冷却制御処理を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0018】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．燃料電池システム１０の構成：
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１０の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１００と、その他の装置とを備える。以下では、まず燃料電池スタック１００の構成について説明し、その後、燃料電池システム１０を構成する他の装置の構成について説明する。

【0019】

Ａ－２．燃料電池スタック１００の構成：
図２は、燃料電池スタック１００の一のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、燃料電池スタック１００の他のＸＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。

【0020】

図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の発電単位１０２を備える。なお、燃料電池スタック１００は、複数の発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置される一対のエンドプレート（図示しない）を備える構成でもよい。

【0021】

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２）の周縁部には、上下方向に貫通する複数の孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。

【0022】

燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する１つの辺（図２の紙面奥行き方向に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（図２の紙面奥行き方向に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する１つの連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。酸化剤ガス供給マニホールド１６１および酸化剤ガス排出マニホールド１６２は、各発電単位１０２の空気極１１４（後述）との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。

【0023】

燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の１つの連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給するガス流路である燃料ガス供給マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の１つの連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。燃料ガス供給マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２は、各発電単位１０２の燃料極１１６（後述）との間でガスのやり取りを行うガス流路である。なお、燃料ガスＦＧとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。

【0024】

発電単位１０２は、単セル１１０と、単セル用セパレータ１２０と、空気極側フレーム部材１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム部材１４０と、燃料極側集電体１４４と、一対のインターコネクタ１５０と、一対のＩＣ用セパレータ１８０とを備えている。単セル用セパレータ１２０、ＩＣ用セパレータ１８０、空気極側フレーム部材１３０、燃料極側フレーム部材１４０の周縁部には、ボルト（図示しない）が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。

【0025】

インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。また、ＩＣ用セパレータ１８０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１８１が形成されたフレーム状の部材であり、例えばステンレスにより形成されている。ＩＣ用セパレータ１８０における貫通孔１８１を取り囲む部分は、例えば溶接により、インターコネクタ１５０の周縁部と接合されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保する。また、インターコネクタ１５０およびＩＣ用セパレータ１８０は、空気室１６６と燃料室１７６との一方と、他の発電単位１０２における空気室１６６と燃料室１７６との他方とを区画する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、インターコネクタ１５０およびＩＣ用セパレータ１８０の１つの組合せは、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０およびＩＣ用セパレータ１８０の組合せは、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０およびＩＣ用セパレータ１８０の組合せと同一部材である。

【0026】

ＩＣ用セパレータ１８０は、ＩＣ用セパレータ１８０の貫通孔周囲部を含む内側部１８６と、内側部１８６より外周側に位置する外側部１８７と、内側部１８６と外側部１８７とを連結する連結部１８８とを備える。本実施形態では、ＩＣ用セパレータ１８０は、例えば０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下の上下方向の厚さのステンレスから形成されており、内側部１８６および外側部１８７は、Ｚ軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部１８８は、内側部１８６と外側部１８７との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部１８８における下側（空気室１６６側）の部分は凸部となっており、連結部１８８における上側（燃料室１７６側）の部分は凹部となっている。このため、連結部１８８は、Ｚ軸方向における位置が内側部１８６および外側部１８７とは異なる部分を含んでいる。

【0027】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。電解質層１１２は、略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）等の固体酸化物により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。空気極１１４は、略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物））により形成されている。燃料極１１６は、略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。

【0028】

単セル用セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の貫通孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えばステンレスにより形成されている。単セル用セパレータ１２０の上下方向の厚さは、例えば０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下である。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１を取り囲む部分は、例えばロウ材を含む接合部１２４により、単セル１１０（電解質層１１２）の周縁部と接合されている。単セル用セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画される。

【0029】

単セル用セパレータ１２０は、単セル用セパレータ１２０の貫通孔周囲部を含む内側部１２６と、内側部１２６より外周側に位置する外側部１２７と、内側部１２６と外側部１２７とを連結する連結部１２８とを備える。本実施形態では、内側部１２６および外側部１２７は、Ｚ軸方向に略直交する方向に延びる略平板状である。また、連結部１２８は、内側部１２６と外側部１２７との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部１２８における下側（燃料室１７６側）の部分は凸部となっており、連結部１２８における上側（空気室１６６側）の部分は凹部となっている。このため、連結部１２８は、Ｚ軸方向における位置が内側部１２６および外側部１２７とは異なる部分を含んでいる。

【0030】

空気極側フレーム部材１３０は、中央付近に略矩形の空気室用孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えばマイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム部材１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のＩＣ用セパレータ１８０間が電気的に絶縁され、その結果、一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。空気極側フレーム部材１３０には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。

【0031】

燃料極側フレーム部材１４０は、中央付近に略矩形の燃料室用孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えばステンレスにより形成されている。燃料極側フレーム部材１４０には、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。

【0032】

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素から構成されており、例えばステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。

【0033】

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部（図示しない）とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０の表面に接触しており、その結果、燃料極側集電体１４４は、燃料極１１６とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサ１４９が配置されている。

【0034】

Ａ－３．燃料電池システム１０における燃料電池スタック１００以外の装置の構成：
次に、燃料電池システム１０における燃料電池スタック１００以外の装置の構成について説明する。図１に示すように、燃料電池システム１０は、蒸発器３１０および改質・加熱器３３０を含む補助器３００と、各装置間を結ぶ各種流路とを備える。補助器３００は、燃料電池スタック１００と共に、断熱材３５０によって囲まれた断熱空間３５１に収容されている。なお、図１では、便宜的に、燃料極側のガス（原燃料ガスＲＦＧ、燃料ガスＦＧおよび燃料オフガスＦＯＧを含む）の流れを一点鎖線で示し、空気極側のガス（酸化剤ガスＯＧおよび酸化剤オフガスＯＯＧを含む）の流れを実線で示し、排ガスＥＧの流れを破線で示し、水の流れを二点鎖線で示している。

【0035】

蒸発器３１０は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。蒸発器３１０は、純水ＰＷを蒸発させて水蒸気を生成するための装置である。蒸発器３１０には、純水ＰＷを導入するための純水導入流路２５１が接続されている。純水導入流路２５１は、主として配管により構成されており、純水導入流路２５１上には、イオン交換樹脂２５２と、浄水タンク・フロート２５４と、流量制御機構２５６とが設けられている。給水源から純水導入流路２５１に供給された水ＷＡは、イオン交換樹脂２５２においてカルシウムイオン等の除去が行われ、浄水タンク・フロート２５４において浄化・貯留され、流量制御機構２５６により制御された流量で、純水ＰＷとして蒸発器３１０に導入される。

【0036】

また、蒸発器３１０には、原燃料ガスＲＦＧを導入するための原燃料ガス導入流路２６１が接続されている。原燃料ガス導入流路２６１は、主として配管により構成されており、原燃料ガス導入流路２６１上には、流量制御機構２６２と、水素添加脱硫器２６４とが設けられている。ガス源から原燃料ガス導入流路２６１に供給された原燃料ガスＲＦＧは、水素添加脱硫器２６４において硫黄成分を除去された状態で、流量制御機構２６２により制御された流量で蒸発器３１０に導入される。

【0037】

また、蒸発器３１０には、改質・加熱器３３０のハウジング３３５（後述）から蒸発器３１０へ排ガスＥＧを送り出すための排ガス中継流路２２６と、蒸発器３１０から改質・加熱器３３０の改質器３３１（後述）へ混合ガスを送り出すための混合ガス流路２２８と、蒸発器３１０から排ガスＥＧを排出するための排ガス排出流路２２３とが接続されている。これらの流路は、主として配管により構成されている。

【0038】

改質・加熱器３３０は、改質器３３１と、燃焼器３３３と、ハウジング３３５とを備える。ハウジング３３５は、例えば金属により形成された密閉型の容器であり、改質器３３１および燃焼器３３３を収容している。ハウジング３３５は、内壁３３６と外壁３３７とを有する二重壁構造に構成されており、内壁３３６と外壁３３７との間に形成された空気流路３３８には、伝熱用フィン３３９が配置されている。なお、図１では、便宜的に、伝熱用フィン３３９の一部の図示を省略している。ハウジング３３５には、酸化剤ガスＯＧ（空気）を導入するための空気導入流路２７１が接続されている。空気導入流路２７１は、主として配管により構成されており、空気導入流路２７１上には流量制御機構２７２が設けられている。空気導入流路２７１に供給された酸化剤ガスＯＧは、流量制御機構２７２により制御された流量でハウジング３３５の空気流路３３８に導入される。また、ハウジング３３５には、燃料電池スタック１００の酸化剤ガス供給マニホールド１６１に向けて酸化剤ガスＯＧを送り出すための空気極側ガス供給流路６１が接続されている。空気極側ガス供給流路６１は、主として配管により構成されている。

【0039】

改質器３３１は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。改質器３３１は、原燃料ガスＲＦＧを改質して燃料ガスＦＧを生成するための装置である。改質器３３１内には、改質反応を促進させる触媒が配置されていてもよい。上述したように、改質器３３１には、蒸発器３１０から改質器３３１へ混合ガスを送り出すための混合ガス流路２２８が接続されている。また、改質器３３１には、燃料電池スタック１００の燃料ガス供給マニホールド１７１に向けて燃料ガスＦＧを送り出すための燃料極側ガス供給流路７１が接続されている。燃料極側ガス供給流路７１は、主として配管により構成されている。

【0040】

燃焼器３３３は、内部に空間が形成された箱形部材であり、例えば金属により形成されている。燃焼器３３３は、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧを燃焼させるための装置である。燃焼器３３３内には、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧの燃焼を促進させる触媒が配置されていてもよい。燃焼器３３３には、燃料電池スタック１００の酸化剤ガス排出マニホールド１６２から酸化剤オフガスＯＯＧが送り出される空気極側ガス排出流路２４０と、燃料電池スタック１００の燃料ガス排出マニホールド１７２から燃料オフガスＦＯＧが送り出される燃料極側ガス排出流路２３０とが接続されている。これらの流路は、主として配管により構成されている。

【0041】

Ａ－４．燃料電池システム１０の動作：
次に、燃料電池システム１０の動作について説明する。図１に示すように、空気導入流路２７１を介して改質・加熱器３３０のハウジング３３５に形成された空気流路３３８内に導入された酸化剤ガスＯＧは、燃焼器３３３によって生成された燃焼熱（排ガスＥＧ）によって加熱されつつ空気流路３３８内を流れ、空気極側ガス供給流路６１を介して燃料電池スタック１００の酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給される。図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給された酸化剤ガスＯＧは、酸化剤ガス供給マニホールド１６１から、各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して空気室１６６に供給される。また、図１に示すように、原燃料ガス導入流路２６１を介して蒸発器３１０に原燃料ガスＲＦＧが供給されると共に、純水導入流路２５１を介して蒸発器３１０に純水ＰＷが供給されると、蒸発器３１０において、排ガス中継流路２２６を介して導入された排ガスＥＧの熱を利用して純水ＰＷを蒸発させることにより水蒸気が生成されると共に、この水蒸気が原燃料ガスＲＦＧと混合される。水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧは、混合ガス流路２２８を介して蒸発器３１０から改質器３３１に導入され、改質器３３１において水蒸気改質され、その結果、水素リッチな燃料ガスＦＧが生成される。生成された燃料ガスＦＧは、燃料極側ガス供給流路７１を介して燃料電池スタック１００の燃料ガス供給マニホールド１７１に供給される。図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１に供給された燃料ガスＦＧは、燃料ガス供給マニホールド１７１から、各発電単位１０２の燃料ガス供給連通流路１４２を介して燃料室１７６に供給される。

【0042】

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、各発電単位１０２の単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子（図示せず）から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われる。

【0043】

図１および図２に示すように、各発電単位１０２の空気室１６６から酸化剤ガス排出連通流路１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、空気極側ガス排出流路２４０を介して燃焼器３３３に導入される。また、図１および図３に示すように、各発電単位１０２の燃料室１７６から燃料ガス排出連通流路１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出された燃料オフガスＦＯＧは、燃料極側ガス排出流路２３０を介して燃焼器３３３に導入される。燃焼器３３３に導入された酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧは、燃焼器３３３において混合されて燃焼され、その後、排ガスＥＧとして排ガス中継流路２２６を介して蒸発器３１０へと排出される。なお、燃焼器３３３において発生する熱により、改質器３３１における改質反応が促進されると共に、燃料電池スタック１００が加熱される。蒸発器３１０に導入された排ガスＥＧは、排ガス排出流路２２３を介して貯湯ユニット２９０に排出され、給水源から給水用流路２５９を介して貯湯ユニット２９０に供給された水ＷＡの加熱に利用される。

【0044】

なお、酸化剤ガスＯＧは、特許請求の範囲における第１のガスの一例であり、燃料ガスＦＧは、特許請求の範囲における第２のガスの一例である。空気導入流路２７１と空気流路３３８と空気極側ガス供給流路６１と酸化剤ガス供給マニホールド１６１と酸化剤ガス供給連通流路１３２とは、特許請求の範囲における第１のガス供給流路の一例である。混合ガス流路２２８と燃料極側ガス供給流路７１と燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料ガス供給連通流路１４２とは、特許請求の範囲における第２のガス供給流路の一例である。酸化剤ガス排出連通流路１３３と酸化剤ガス排出マニホールド１６２と空気極側ガス排出流路２４０とは、特許請求の範囲における第１のガス排出流路の一例である。燃料ガス排出連通流路１４３と燃料ガス排出マニホールド１７２と燃料極側ガス排出流路２３０とは、特許請求の範囲における第２のガス排出流路の一例である。空気室１６６と上記第１のガス供給流路および第１のガス排出流路の一例である流路は、特許請求の範囲における空気極側ガス流路の一例である。燃料室１７６と上記第２のガス供給流路および第２のガス排出流路の一例である流路は、特許請求の範囲における燃料極側ガス流路の一例である。これらの各流路と燃料電池スタック１００と補助器３００とは、特許請求の範囲における電気化学反応モジュールの一例である。

【0045】

流量制御機構２７２は、上述したように、空気極側ガス流路（空気極側ガス供給流路６１、酸化剤ガス供給連通流路１３２）に供給される酸化剤ガスＯＧの流量を制御する機構であり、特許請求の範囲における第１の流量制御部の一例である。流量制御機構２５６および流量制御機構２６２は、燃料極側ガス流路（純水導入流路２５１、原燃料ガス導入流路２６１）に供給される水ＷＡおよび原燃料ガスＲＦＧを制御することにより、燃料極側ガス流路（燃料極側ガス供給流路７１、燃料ガス排出連通流路１４３）に供給される燃料ガスＦＧの流量を制御する機構であり、特許請求の範囲における第２の流量制御部の一例である。

【0046】

Ａ－５．酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの流量を調整するための構成：
図１に示すように、燃料電池システム１０は、酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの流量を調整するための構成として、流量制御機構２７２、流量制御機構２５６および流量制御機構２６２に加えて、空気極側圧力計５１０と、燃料極側圧力計５２０と、温度計５３０と、制御部７００とを備える。

【0047】

空気極側圧力計５１０は、空気極側ガス流路の内、例えば空気極側ガス供給流路６１に設けられており、空気極側ガス流路の圧力を測定する。燃料極側圧力計５２０は、燃料極側ガス流路の内、例えば燃料極側ガス供給流路７１に設けられており、燃料極側ガス流路の圧力を測定する。温度計５３０（例えば熱電対）は、例えば燃料電池スタック１００の近傍に配置され、燃料電池スタック１００の温度（以下、「スタック温度」ともいう）を測定する。なお、空気極側圧力計５１０は、特許請求の範囲における第１の圧力測定部の一例であり、燃料極側圧力計５２０は、特許請求の範囲における第２の圧力測定部の一例である。

【0048】

制御部７００は、ＣＰＵ７１０と、メモリ７２０とを有し、外部の電源（図示しない）から電力供給されることにより動作可能になる。メモリ７２０には、燃料電池システム１０を制御するための制御プログラムや、各種設定等が記憶されている。ＣＰＵ７１０は、メモリ７２０から読み出したプログラム等に従って、燃料電池システム１０の各構成要素を制御する。例えば、制御部７００は、流量制御機構２７２を制御して空気極側流路に供給する酸化剤ガスＯＧの流量を調整する。また、制御部７００は、流量制御機構２５６と流量制御機構２６２との少なくとも一方を制御して燃料極側流路に供給する燃料ガスＦＧの流量を調整する。また、制御部７００は、温度計５３０からの検出信号に基づき、スタック温度を取得する（図１では、制御部７００と温度計５３０との間の信号線が省略されている）。

【0049】

Ａ－６．空冷制御処理：
制御部７００は、所定の停止条件（例えば外部機器等から停止指示を受けたり、燃料電池システム１０の異常を検知したりすること）が満たされた場合、図４に示す冷却制御処理を実行する。冷却制御処理は、空気極側ガス流路（上記第１のガス供給流路の一例である構成）に供給する酸化剤ガスＯＧの流量（単位時間あたり流量）を増大させて燃料電池システム１０（燃料電池スタック１００）を早期に冷却させるための処理である。本実施形態では、燃料電池スタック１００の運転（発電）停止時に実行される冷却制御処理について説明する。

【0050】

図４は、冷却制御処理を示すフローチャートである。図４に示すように、制御部７００は、燃料電池スタック１００の運転（発電反応）を停止させるための運転停止処理を開始する（Ｓ１１０）。運転停止処理の開始以降に、制御部７００は、温度計５３０による測定結果に基づきスタック温度を取得し（Ｓ１２０）、そのスタック温度が基準温度以下であるか否かを判断する（Ｓ１３０）。基準温度は、燃料電池スタック１００の運転時よりも低い温度であり、例えば燃料電池スタック１００の運転（発電反応）がほぼ完全に停止したとみなすことができる燃料電池スタック１００の温度（例えば１００℃）である。

【0051】

制御部７００は、スタック温度が基準温度よりも高いと判断した場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、空気極側ガス流路と燃料極側ガス流路との圧力差（以下、単に「ガス圧力差」ということがある）を取得する（Ｓ１４０）。制御部７００は、空気極側圧力計５１０による空気極側ガス流路の圧力の測定結果と、燃料極側圧力計５２０による燃料極側ガス流路の圧力の測定結果とに基づき、ガス圧力差を取得する。

【0052】

次に、制御部７００は、ガス圧力差が基準値以上であるか否かを判断する（Ｓ１５０）。基準値は、所定の範囲の上限値よりも小さい値（所定の範囲の下限値よりも上限値寄りの値）である。所定の範囲とは、例えば、燃料電池システム１０における各ガス流路におけるガスの流通に影響を与えないガス圧力差の上限値以下の範囲（許容範囲）である。特に、本実施形態の燃料電池スタック１００では、上述したように、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とによって、空気室１６６と燃料室１７６とが区画されている（図２および図３参照）。このため、例えば空気極側ガス流路（空気室１６６）の圧力が、燃料極側ガス流路（燃料室１７６）の圧力に対して過度に大きくなると、平板部材である単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０が燃料室１７６側に撓むことに起因して、燃料室１７６のガス流路が狭くなってガス流通性が低下したり、単セル用セパレータ１２０やＩＣ用セパレータ１８０が破損したりするおそれがある。所定の範囲は、このような問題が生じないガス圧力差の範囲に設定されることが好ましい。

【0053】

制御部７００は、ガス圧力差が基準値未満であると判断した場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、流量制御機構２７２を制御して空気極側流路に供給する酸化剤ガスＯＧの流量（単位時間あたりの流量）を、例えば所定時間だけ増加させる（Ｓ１８０）。空気極側流路に供給する酸化剤ガスＯＧの温度は、燃料電池スタック１００の発電温度よりも低いため、空気極側流路に供給する酸化剤ガスＯＧの流量が増加するほど、酸化剤ガスＯＧによる単位時間あたりの冷却効果（吸熱容量）が向上するため、スタック温度の低下速度を速くすることができる。

【0054】

ここで、Ｓ１８０では、酸化剤ガスＯＧの流量増加制御中の少なくとも一部の期間において、燃料極側ガス流路（燃料極側ガス供給流路７１、燃料ガス排出連通流路１４３）に供給される燃料ガスＦＧの流量を減少させる。具体的には、制御部７００は、流量制御機構２６２を制御して燃料ガスＦＧの流量を減少させる。燃料極側ガス流路に供給される燃料ガスＦＧの流量が減少すれば、燃焼器３３３の燃焼に利用される燃料が低減するため、やはりスタック温度の低下に貢献する。

【0055】

制御部７００は、Ｓ１８０の酸化剤ガスＯＧの流量増加制御の実行後、Ｓ１２０に戻る。そして、制御部７００は、スタック温度を取得し（Ｓ１２０）、スタック温度が基準温度よりも高く（Ｓ１３０：ＮＯ）、ガス圧力差が基準値未満であると判断した場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、再度、酸化剤ガスＯＧの流量増加制御（Ｓ１８０）を実行する。このとき、一（例えば初回目）の流量増加制御では、第１の増加率で酸化剤ガスＯＧの流量を増加させ、その後に、他（例えば２回目以降）の流量増加制御では、第１の増加率よりも低い第２の増加率で酸化剤ガスＯＧの流量を増加させてもよい。ここでいう「増加率」は、単位時間当たりの流量の増加量である。上記一の流量増加制御は、特許請求の範囲における第１の増加制御の一例であり、上記他の流量増加制御は、特許請求の範囲における第２の増加制御の一例である。

【0056】

一方、制御部７００は、ガス圧力差が基準値以上であると判断した場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、流量制御機構２７２を制御して、空気極側流路に供給する酸化剤ガスＯＧの流量の増加制御を停止し、酸化剤ガスＯＧの流量を変更せずに維持しつつ（Ｓ１６０）、Ｓ１２０に戻る。また、制御部７００は、Ｓ１３０で、スタック温度が基準温度以下であると判断した場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、燃料電池スタック１００の冷却が完了したとして、運転停止処理を終了し（Ｓ１７０）、本冷却制御処理を終了する。なお、Ｓ１６０の処理において、酸化剤ガスＯＧの流量の増加制御を停止した後に、酸化剤ガスＯＧの流量を減少させてもよい。

【0057】

Ａ－７．本実施形態の効果：
以上説明したように、燃料電池システム１０では、制御部７００は、第１の圧力測定部（空気極側ガス供給流路６１）による圧力測定結果に基づき、空気極側ガス流路の少なくとも一部と燃料極側ガス流路の少なくとも一部との圧力差（ガス圧力差）を所定の範囲内に維持しつつ（図４のＳ１４０，Ｓ１５０）、第１の流量制御部（流量制御機構２７２）を制御して第１のガス供給流路（酸化剤ガス供給連通流路１３２等）に供給する酸化剤ガスＯＧの流量を増加させる（Ｓ１８０）。そのため、本実施形態によれば、例えば、空気極側ガス流路の圧力測定結果を利用しない構成に比べて、空気極側ガス流路と燃料極側ガス流路とのガス圧力差に起因する不具合の発生を抑制しつつ、電気化学反応モジュール（燃料電池スタック１００）を冷却させることができる。

【0058】

本実施形態によれば、空気室１６６に供給する酸化剤ガスＯＧの増加制御に加えて、燃料室１７６に供給する燃料ガスＦＧの流量の減少制御を実施してもよい。これにより、燃料電池スタック１００を、より効果的に冷却させることができる。

【0059】

本実施形態によれば、空気室１６６に供給する酸化剤ガスＯＧの圧力測定結果に加えて、燃料室１７６に供給する燃料ガスＦＧの圧力測定結果も利用することにより（図４のＳ１４０）、ガス圧力差を所定の範囲内に、より確実に維持することができる。

【0060】

本実施形態によれば、ガス圧力差が基準値以上になった場合に（図４のＳ１５０：ＹＥＳ）、酸化剤ガスＯＧの流量の増加制御が停止されるため（Ｓ１６０）、酸化剤ガスＯＧの増加制御中において、ガス圧力差が所定の範囲を超えることを、より確実に抑制することができる。

【0061】

本実施形態では、空気室１６６に供給する酸化剤ガスＯＧを、相対的に高い第１の増加率で増加させ、次に、相対的に低い第２の増加率で増加させてもよい。これにより、本実施形態によれば、例えば、酸化剤ガスＯＧを常時低い増加率で増加させる構成に比べて、早期に酸化剤ガスＯＧの流量を増加させて電気化学反応モジュールを効果的に冷却させることができる。

【0062】

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0063】

上記実施形態における燃料電池システム１０の構成や燃料電池システム１０を構成する各部分の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態において、空気極側圧力計５１０は、空気極側ガス流路の内、空気極側ガス供給流路６１以外の流路（例えば空気導入流路２７１における断熱材３５０の内側あるいは外側）に設けられてもよいし、空気極側ガス流路の供給側に限らず、排出側の流路（例えば空気極側ガス排出流路２４０）に設けられてもよい。また、燃料極側圧力計５２０は、燃料極側ガス流路の内、燃料極側ガス供給流路７１以外の流路（例えば混合ガス流路２２８、原燃料ガス導入流路２６１における断熱材３５０の内側あるいは外側）に設けられてもよいし、燃料極側ガス流路の供給側に限らず、排出側の流路（例えば燃料極側ガス排出流路２３０）に設けられてもよい。

【0064】

上記実施形態の燃料電池スタック１００では、単セル用セパレータ１２０とＩＣ用セパレータ１８０とは、下側に突出するように湾曲した形状であったが、上側に突出するように湾曲した形状でもよいし、突出部分を有しない平坦状でもよい。

【0065】

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池スタック１００を対象としているが、本明細書に開示される技術は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解単セルを複数備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。この場合、空気極側流路に流れるガスは、空気であり、この空気が特許請求の範囲における第１のガスの一例である。また、燃料極側流路に流れるガスは、水蒸気および水素の少なくとも一方を含むガスであり、この水蒸気および水素の少なくとも一方を含むガスが特許請求の範囲における第２のガスの一例である。

【0066】

上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池にも適用可能である。

【0067】

上記実施形態における冷却制御処理（図４）等の内容は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、燃料電池スタック１００の運転停止時に実行される冷却制御処理を説明したが、例えばスタック温度が所定の温度（例えば燃料電池スタック１００の通常の運転時よりも高い上限温度）より高くなったと判断された場合に実行される冷却制御処理（図４のＳ１２０～Ｓ１８０）でもよい。例えば、燃料電池スタック１００が低出力発電から高出力発電に移行すると、燃料電池スタック１００に流れる電流が急増して発熱することによりスタック温度がオーバーシュートするおそれがある。このため、スタック温度が所定の温度（例えば燃料電池スタック１００の通常の運転時よりも高い上限温度）より高くなったときに冷却制御処理を実行することにより、スタック温度のオーバーシュートの発生を抑制することができる。このとき、図４に示す冷却制御処理に対して、制御部７００は、Ｓ１３０で、スタック温度が基準温度以下であると判断した場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０に戻り、冷却制御処理を続行することが好ましい。

【0068】

上記実施形態の図４のＳ１４０において、制御部７００は、燃料極側圧力計５２０による燃料極側ガス流路の圧力の測定結果を用いず、空気極側圧力計５１０による空気極側ガス流路の圧力の測定結果に基づき、ガス圧力差を取得（推定）してもよい。例えば、制御部７００は、空気極側圧力計５１０による空気極側ガス流路の圧力の測定結果と、燃料極側ガス流路の圧力の理論値（例えば実験等により予め求められた理論値（固定値、運転停止処理の開始時からの時間経過に応じた変更値）とに基づき、ガス圧力差を取得してもよい。この場合、燃料極側ガス流路に圧力計（燃料極側圧力計５２０）を設ける必要がない。また、空気極側圧力計５１０の測定結果や燃料極側圧力計５２０の測定結果と、実験的に得られたデータとに基づいて、圧力の測定箇所とは異なる部位の差圧（例えばセパレータ１２０，１８０を介して隣り合う燃料室１７６と空気室１６６との差圧）を算出してもよい。

【0069】

上記実施形態では、流量増加制御（図４のＳ１８０）において、酸化剤ガスＯＧの増加率を低下させたが、これに限らず、例えば一の流量増加制御において、酸化剤ガスＯＧの増加率を、連続的または段階的に増加させてもよい。スタック温度の低下に伴い、空気極側ガス流路中の酸化剤ガスＯＧの体積が小さくなるため、その分、ガス圧力差が小さくなるため、酸化剤ガスＯＧの増加率をさらに増加させることができる。また、制御部７００は、ガス圧力差に応じて酸化剤ガスＯＧの増加率を変更してもよい（例えばガス圧力差が小さいほど、酸化剤ガスＯＧの増加率を高くしてもよい）。

【0070】

上記冷却制御処理（図４）において、制御部７００は、酸化剤ガスＯＧの流量の増加制御（Ｓ１８０）の開始後、燃焼器３３３による燃焼炎が形成される燃焼空間の温度が、燃焼器３３３により形成される燃焼炎の失火が発生する第２の温度（例えば２５０℃）以下（例えば、スタック温度が２００℃）になったことを条件に、第２の流量制御部（流量制御機構２５６，２６２）を制御し燃料曲側ガス供給流路に供給する燃料ガスＦＧの流量を増加させてもよい。このとき、燃焼器３３３による燃焼炎が形成される燃焼空間の温度は、特許請求の範囲における燃焼器の温度に相関する部材の温度の一例である。例えば燃焼器３３３の近傍に温度計を配置して、燃焼器３３３の温度を直接測定してもよい。これにより、燃料ガスＦＧの流量の増加に伴う燃焼器３３３での燃焼による発熱の増加を抑制した状態で、燃料ガスＦＧによって電気化学反応モジュールを効果的に冷却することができる。燃焼器の温度に相関する部材としては、燃料電池スタック１００に限らず、例えば改質器３３１等でもよい。

【0071】

上記実施形態において、ハードウェアによって実現されている構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、反対に、ソフトウェアによって実現されている構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0072】

１０：燃料電池システム ６１：空気極側ガス供給流路 ７１：燃料極側ガス供給流路 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：単セル用セパレータ １２１，１８１：貫通孔 １２４：接合部 １２６，１８６：内側部 １２７，１８７：外側部 １２８，１８８：連結部 １３０：空気極側フレーム部材 １３１：空気室用孔 １３２：酸化剤ガス供給連通流路 １３３：酸化剤ガス排出連通流路 １３４：空気極側集電体 １４０：燃料極側フレーム部材 １４１：燃料室用孔 １４２：燃料ガス供給連通流路 １４３：燃料ガス排出連通流路 １４４：燃料極側集電体 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４９：スペーサ １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス供給マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス供給マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 １８０：ＩＣ用セパレータ ２２３：排ガス排出流路 ２２６：排ガス中継流路 ２２８：混合ガス流路 ２３０：燃料極側ガス排出流路 ２４０：空気極側ガス排出流路 ２５１：純水導入流路 ２５２：イオン交換樹脂 ２５４：浄水タンク・フロート ２５６，２６２，２７２：流量制御機構 ２５９：給水用流路 ２６１：原燃料ガス導入流路 ２６４：水素添加脱硫器 ２７１：空気導入流路 ２９０：貯湯ユニット ３００：補助器 ３１０：蒸発器 ３３０：改質・加熱器 ３３１：改質器 ３３３：燃焼器 ３３５：ハウジング ３３６：内壁 ３３７：外壁 ３３８：空気流路 ３３９：伝熱用フィン ３５０：断熱材 ３５１：断熱空間 ５１０：空気極側圧力計 ５２０：燃料極側圧力計 ５３０：温度計 ７００：制御部 ７１０：ＣＰＵ ７２０：メモリ ＥＧ：排ガス ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス ＰＷ：純水 ＲＦＧ：原燃料ガス ＷＡ：水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】