JP4880282B2 - 燃料電池システム及び燃料電池 - Google Patents
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Description
(1)請求項1に係る燃料電池システムは、燃料極層と酸素極層との間に固体電解質層を挟持してなる燃料電池セルと、前記固体電解質層に沿って設けられた燃料ガス通路と、酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入部とを具備する固体酸化物形燃料電池と、該固体酸化物形燃料電池に対して複数種のガスを供給するガス供給システムとを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス通路の出口近傍にて前記固体電解質層の電極として形成した酸素濃度測定用参照電極を有し、
前記ガス供給システムが、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、該燃料電池に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段と、前記酸素濃度測定用参照電極の出力電圧に基づいて該燃料ガス供給手段及び/または該酸素含有ガス供給手段からの各ガス流量を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
上記の効果は、請求項7及び8に係る発明ついても同様である。
(1)燃料電池システム概要
図1は、本発明の固体酸化物形燃料電池システムを簡略化して示すブロック図である。本発明の燃料電池システムは、各種ガスを供給するガス供給システム1と、複数のガスにより発電する燃料電池2と、燃料電池内部にあって燃料ガスのオフガスの酸素濃度を計測するための酸素濃度測定用参照電極3と、付加設備として燃料電池2から取り出される直流電流を読み取る直流電流センサ4とを有する。さらに、ガス供給システム1は、酸素濃度測定用参照電極3からの出力電圧によりガス供給システム1へ各ガスの流量の指令を出すガス演算制御部11と、ガス演算制御部11からの指令に基づいて各ガスのバルブ開度を調節するガス供給部12を具備している。ガス供給部12は、少なくとも燃料ガス供給部12aと、酸素含有ガス供給部12bとを具備する。燃料ガス供給部12aは、水素ガスでよい燃料ガスまたは被改質ガスを燃料電池2に供給する。被改質ガスの場合は、燃料電池内部の改質ケースで燃料ガスへと改質されて燃料ガス通路へ流入する。酸素含有ガス供給部12bは、例えば空気を燃料電池2に供給する。
図2は、本発明による燃料電池の主要部を概略的に示した斜視図である。参考のために、図1に示したガス供給システム1のガス演算制御部11及び燃料ガス供給部12aとの関係も模式的に示している。
1/2O2+2e−→O2−(固体電解質)
の電極反応が生成され、燃料極において、
O2−(固体電解質)+H2→H2O+2e−
の電極反応が生成されて発電される。この結果、出力電流が取り出される。
図1に示した直流電流センサ4は、燃料電池2からの出力である直流電力の電流を計測するためのセンサである。このセンサとしてはシャント抵抗と呼ばれるものやホール素子を利用したものなどがある。いずれも直流電流を電圧に変換し、さらに増幅して電流値として取り込むものである。シャント抵抗は定抵抗のものに電流を流し、電圧が電流に応じて比例する特性を利用したものであり、ホール素子はホール効果を利用したものである。これ以外にも直流電流を計測できるものであればよく、特に限定するものではない。
図1に示したガス供給システム1におけるガス供給部12は、燃料ガス供給部12a及び酸素含有ガス供給部12bの他に図示しないが水(水蒸気)供給部から構成されている。
2 燃料電池
3、3a、3a−1、..3a−n 酸素濃度測定用参照電極
4 直流電流センサ
5 温度センサ
Claims (7)
- 燃料極層と酸素極層との間に固体電解質層を挟持してなる燃料電池セルと、前記固体電解質層に沿って設けられた燃料ガス通路と、酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入部とを具備する固体酸化物形燃料電池と、該固体酸化物形燃料電池に対して複数種のガスを供給するガス供給システムとを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス通路の出口近傍にて前記固体電解質層の電極として形成した酸素濃度測定用参照電極を有し、
前記ガス供給システムが、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、該燃料電池に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段と、前記酸素濃度測定用参照電極の出力電圧に基づいて該燃料ガス供給手段及び/または該酸素含有ガス供給手段からの各ガス流量を制御する制御手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。 - 前記酸素濃度測定用参照電極が前記燃料極層または前記酸素極層と同じ材料から形成されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
- 前記酸素濃度測定用参照電極の近傍に温度センサを設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。
- 前記制御手段が、前記酸素濃度測定用参照電極の出力電圧に基づいて前記燃料ガス通路中の酸素濃度が予め設定した値となるように前記燃料ガス供給手段からのガス流量を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の燃料電池システム。
- 前記制御手段が、前記酸素濃度測定用参照電極の出力電圧に基づいて前記燃料ガス通路中の酸素濃度が予め設定した値を超えた場合に前記燃料電池システムを停止させる安全装置を具備することを特徴とする請求項1〜4のいずれか記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池からの出力電流を検知する直流電流センサを有し、
前記制御手段が前記直流電流センサの信号に基づいて前記燃料ガス供給手段からのガス流量を制御することを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載の燃料電池システム。 - 燃料極層と酸素極層との間に固体電解質層を挟持してなる燃料電池セルと、前記固体電解質層に沿って設けられた燃料ガス通路と、酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入部とを具備する固体酸化物形燃料電池において、前記燃料ガス通路の出口近傍にて前記固体電解質層の電極として形成した酸素濃度測定用参照電極を有することを特徴とする燃料電池。
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