JP2004146138A

JP2004146138A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2004146138A
Application number: JP2002307999A
Authority: JP
Inventors: Osao Kudome; 久留　長生; Koji Ikeda; 池田　浩二; Kazuo Tomita; 冨田　和男
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP4176447B2

Abstract

【課題】燃料ガスの流れ方向の下流側に位置するセルチューブ（単セル）においても、経時劣化を抑制し、長時間安定して発電することができる燃料電池を提供する。
【解決手段】各ユニット１３Ａ〜１３Ｃにおけるセルチューブの電気的な接続を、燃料ガスの流れ方向の上流側に位置するユニットに比べて、燃料ガスの流れ方向の下流側に位置するユニットのほうが電流密度が小さくなるような接続とする。或いは、各ユニットを別のインバータに接続し、これらのインバータにより、燃料ガスの流れ方向上流側に位置するユニットに比べて、燃料ガスの流れ方向下流側に位置するユニットのほうが電流密度が小さくなるように出力電流制御をする。また、これらのインバータでは、ユニットの端子電圧の低下に応じてユニットの電流密度を小さくするように出力電流制御をする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池に関し、複数のセルを有してなるユニットを複数組備えた燃料電池に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型の燃料電池では、一般に、単セルを複数個有してなるセルを複数並設し、且つ、このセルの集合体を電気的に直列に接続した構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２５０５７５号公報
【０００４】
図４には電気的な接続の具体例を示す。図示例の固体電解質型燃料電池１では、３組のユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃを備えている。各ユニット２Ａ〜２Ｃは何れも６組のカートリッジ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆを備えており、このカートリッジ単位での交換が可能となっている。なお、図４では１つのカートリッジを１つの直流電源（電池）の図記号で表している。各カートリッジ３Ａ〜３Ｆは、セルチューブ（図２参照）を複数本並設してなるものである。
【０００５】
そして、この燃料電池の電気的な接続は図４のようになっている。即ち、各ユニット２Ａ〜２Ｃ同士は直列に接続されている。各ユニット２Ａ〜２Ｃでは何れも、カートリッジ３Ａ〜３Ｃの３組が並列接続され、カートリッジ３Ｄ〜３Ｆの３組も並列接続されており、且つ、このカートリッジ３Ａ〜３Ｃの３組と、カートリッジ３Ｄ〜３Ｆの３組とが直列接続されている。
【０００６】
一方、燃料ガス（水素、水素リッチな改質ガスなど）は図４中の矢印Ａのようにユニット２Ａ、ユニット２Ｂ、ユニット２Ｃの順に直列に流す構成となっている。即ち、燃料ガスの流れ方向に沿って、ユニット２Ａは最上流側に位置し、ユニット２Ｂは中流に位置し、ユニット２Ｃは最下流側に位置している。なお、各ユニット２Ａ〜２Ｃにおいては、並設されたセルチューブに並列に燃料ガスが流れるようになっている。燃料ガスは各セルチューブの燃料極側に供給され、同時に各セルチューブの酸素極側には酸化ガス（酸素、空気など）が供給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の燃料電池ではユニット２Ａ〜２Ｃの何れも、電気的な接続が同じであるため、電流密度は同じである。例えば何れのユニット２Ａ〜２Ｃも定格出力時に３００ｍＡ／ｃｍ^２となる。一方、燃料ガスはユニット２Ａ〜２Ｃを直列に流れるため、燃料ガスの流れ方向の下流側にいくほど燃料ガス（水素）の割合が低減し、燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との反応によって生成される水の割合が多くなる。例えば最下流側のユニット２Ｃの燃料ガス出口部では燃料ガス（水素）の割合が２０に対し、生成水の割合が８０となる。
【０００８】
このため、従来のように何れのユニット２Ａ〜２Ｃも同じ電流密度とした場合、十分な燃料ガス（水素）が供給される最上流側のユニット２Ａのセルチューブ（単セル）に比べ、特に最下流側のユニット２Ｃでは端子電圧が低下し経時劣化が促進される可能性がある。
【０００９】
図５に例示する端子電圧−電流密度曲線（Ｖ−Ｉ曲線）に基づいて説明すると、十分な燃料ガス（水素）が供給される上流側のユニット２Ａのセルチューブ（単セル）では例えばＶＩ_１ようなＶ−Ｉ曲線となり、その経時劣化もＶＩ_２のように比較的少ない一方、燃料ガス（水素）濃度が低くなる下流側のユニット２Ｃのセルチューブ（単セル）では例えばＶＩ_３のようなＶ−Ｉ曲線となり、その経時劣化もＶＩ_４のように大きくなる恐れがあり、電流密度に対する端子電圧の低下が大きい。このため、同じ電流密度（例えばＩ_１）にした場合、最上流側のユニット２Ａのセルチューブ（単セル）では端子電圧に十分な余裕があっても、特に最下流側のユニット２Ｃのセルチューブ（単セル）では端子電圧の低下が大きく、経時劣化が促進される恐れがある。
【００１０】
従って本発明は上記の事情に鑑み、燃料ガスの流れ方向の下流側に位置するセルチューブ（単セル）においても、経時劣化を抑制し、長時間安定して発電することができる燃料電池を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の燃料電池は、複数のセルを有してなるユニットを複数組備えるとともに、これら複数組のユニットに直列に燃料ガスが流れる構成とし、且つ、電流も前記複数組のユニットに直列に流れる構成とした燃料電池において、
前記の各ユニットにおけるセルの電気的な接続は、前記燃料ガスの流れ方向の上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、前記燃料ガスの流れ方向の下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように接続したことを特徴とする。
【００１２】
第２発明の燃料電池は、複数のセルを有してなるユニットを複数組備えるとともに、これら複数組のユニットに直列に燃料ガスが流れる構成とした燃料電池において、
前記複数組のユニットを１組ずつ又は２組以上ずつ別のインバータに接続し、これらのインバータにより、前記燃料ガスの流れ方向上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、前記燃料ガスの流れ方向下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように出力電流制御をする構成としたことを特徴とする。
【００１３】
第３発明の燃料電池は、第２発明の燃料電池において、
前記インバータでは、前記ユニットの端子電圧の低下に応じて前記ユニットの電流密度を小さくするように出力電流制御をすることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る固体電解質型燃料電池の構成図、図２はセルチューブの構成を示す断面図である。
【００１６】
＜構成＞
図１に示す固体電解質型の燃料電池１１では、立形の耐圧容器１２の内部に３組のユニット１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが上下方向に配置された構成となっている。なお、これに限定するものではなく、本発明はユニットを水平方向に並べて配置した横形の燃料電池にも適用することができる。
【００１７】
各ユニット１３Ａ〜１３Ｃは何れも６組のカートリッジ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆを備えており、このカートリッジ単位での交換が可能となっている。なお、図１では１つのカートリッジを１つの直流電源（電池）の図記号で表している。各カートリッジ１４Ａ〜１４Ｆは、図２に示すセルチューブ１５を複数本（例えば数１００本）並設してなるものである。
【００１８】
図２に示すように、セルチューブ１５は円筒状で多孔質の基体管１６の外周面に複数個の単セル１７を設けてなるものである。単セル１７は固体電解質膜２０を燃料極１８と酸素極１９とで挟んだ構成となっている。１つの単セル１７の出力電圧は小さいため、セルチューブ全体で所定の出力電圧が得られるように適宜の個数の単セル１７を、基体管１６の長手方向に沿って配列し且つインターコネクタ２１によって電気的に直列接続している。
【００１９】
このセルチューブ１５では、燃料ガス（水素、水素リッチな改質ガスなど）が図２中の矢印Ｂのように基体管１５内を流れて各単セル１７の燃料極１８側に供給され、同時に各単セル１７の酸素極１９側に酸化ガス（酸素、空気など）が供給されて、各単セル１７ごとに発電する。このとき、燃料極１８側では燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との反応によって水が生成されるが、この水は残りの燃料ガスとともに下流へと流される。
【００２０】
燃料電池全体では、図１に矢印Ｃで示すように燃料ガスは、図示しない入口部から耐圧容器１２内に流入し、ユニット１３Ａ、ユニット１３Ｂ、ユニット１３Ｃの順に直列に流れて各ユニット１３Ａ〜１３Ｃの各セルチューブ１５（単セル１７）に供給された後、残りが図示しない出口部より耐圧容器１２外へと排出される構成となっている。即ち、燃料ガスの流れ方向に沿って、ユニット１３Ａは最上流側に位置し、ユニット１３Ｂは中流に位置し、ユニット１３Ｃは最下流側に位置している。
【００２１】
従って、燃料ガスの流れ方向の下流側にいくほど燃料ガス（水素）の割合が低減し、燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との反応によって生成される水の割合が多くなり、例えば最下流側のユニット１３Ｃの燃料ガス出口部では、燃料ガス（水素）の割合が２０、生成水の割合が８０となる。なお、各ユニット１３Ａ〜１３Ｃにおいては、並設されたセルチューブ１５に並列に燃料ガスが流れるようになっている。
【００２２】
一方、電気的な接続は図１のようになっている。即ち、各ユニット１３Ａ〜１３Ｃは直列に接続されている。両端子２３Ａ，２３Ｂはインバータ２２に接続されており、このインバータ２２によって直列接続のユニット１３Ａ〜１３Ｃから出力される直流電流を交流電流に変換して図示しない負荷に供給する。
【００２３】
そして、最上流側のユニット１３Ａでは、カートリッジ１４Ａ，１４Ｂの２組が並列接続され、カートリッジ１４Ｃ，１４Ｄの２組も並列接続され、カートリッジ１４Ｅ，１４Ｆの２組も並列接続されており、且つ、カートリッジ１４Ａ，１４Ｂの２組と、カートリッジ１４Ｃ，１４Ｄの２組と、カートリッジ１４Ｅ，１４Ｆの２組が直列接続されている。この場合、ユニット１３Ａにおけるセルチューブ１５（単セル１７）の電流密度は例えば定格出力時に４５０ｍＡ／ｃｍ^２となる。
【００２４】
中流のユニット１３Ｂでは、カートリッジ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの３組が並列接続され、カートリッジ１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆの３組も並列接続されており、且つ、カートリッジ１４Ａ〜１４Ｃの３組と、カートリッジ１４Ｄ〜１４Ｆの３が直列接続されている。このとき、ユニット１３Ｂにおけるセルチューブ１５（単セル１７）の電流密度は、ユニット１３Ａの電流密度が４５０ｍＡ／ｃｍ^２の場合、３００ｍＡ／ｃｍ^２に低減される。
【００２５】
最下流のユニット１３Ｃでは、６組のカートリッジ１４Ａ〜１４Ｆが並列接続されている。このとき、ユニット１３Ｃにおけるセルチューブ１５（単セル１７）の電流密度は、ユニット１３Ａの電流密度が４５０ｍＡ／ｃｍ^２の場合、１５０ｍＡ／ｃｍ^２に低減される。即ち、ユニット１３Ａ〜１３Ｃの電流密度の比は１．５：１．０：０．５であり、上流側（入口側）のユニット１３Ａでは平均より高い電流密度、中流のユニット１３Ｂでは平均の電流密度、下流側（出口側）のユニット１３Ｃでは平均より低い電流密度に設定されている。
【００２６】
なお、各カートリッジ１４Ａ〜１４Ｆにおける電気的な接続については、セルチューブ１５が全て並列接続されていてもよく、或いは並列接続と直列接続の組み合わせとなっていてもよい。
【００２７】
＜作用・効果＞
以上のように本実施の形態１によれば、複数組のカートリッジ１４Ａ〜１４Ｆ（即ち、複数本のセルチューブ１５）を有してなるユニット１３Ａ〜１３Ｃを備え、これら３組のユニット１３Ａ〜１３Ｃに直列に燃料ガスが流れる構成とし、且つ、電流も３組のユニット１３Ａ〜１３Ｃに直列に流れる構成とした燃料電池１１において、各ユニット１３Ａ〜１３Ｃにおけるカートリッジ１４Ａ〜１４Ｆ（即ち、セルチューブ１５）の電気的な接続は、燃料ガスの流れ方向の上流側に位置するユニットに比べて、燃料ガスの流れ方向の下流側に位置するユニットのほうが電流密度が小さくなるように接続したため（例えばユニット１３Ａ〜１３Ｃの電流密度の比が１．５：１．０：０．５となるように接続したため）、図５に矢印Ｄで示すように最下流側のユニット１３Ｃのセルチューブ１５（単セル１７）では、電流密度が例えばＩ_２に低減されて端子電圧の向上する。このため、最下流側のユニット１３Ｃのセルチューブ１５（単セル１７）においても、経時劣化が抑制され、長時間安定して発電することができる。
【００２８】
なお、上記では３組のユニット１３Ａ〜１３Ｃを有する場合を例に挙げて説明したが、勿論、これに限定するものではなく、本発明は２組或いは４組以上のユニットを有する場合にも適用することができる。また、各ユニットのセルチューブの本数も上記のように同じする必要はなく、各ユニットごとに適宜調整して所望の電流密度が得られるようにすることができ、また、各ユニットにおけるセルチューブの電気的な接続の仕方も適宜調整して所望の電流密度となるようにすることができる。
【００２９】
また、上記では各ユニット１３Ａ〜１３Ｃごとに電気的な接続が異なっているが、これに限定するものでもない。例えば、４組のユニットがある場合、上流側の２組のユニットではカートリッジ（セルチューブ）を同じように接続にして同じ第１の電流密度とし、これらよりも下流側の１組のユニットでは前記第１の電流密度よりも小さい第２の電流密度となるようにカートリッジ（セルチューブ）を接続し、更に下流側の１組のユニットでは第２の電流密度よりも更に小さい第３の電流密度となるようにカートリッジ（セルチューブ）を接続してもよい。
【００３０】
即ち、各ユニットにおけるセルチューブの電気的な接続は、燃料ガスの流れ方向の上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、燃料ガスの流れ方向の下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように接続すればよく、このことによって下流側のユニットのセルチューブ（単セル）においても、経時劣化が抑制され、長時間安定して発電することができるようになる。
【００３１】
また、上記では、複数のセルチューブをまとめて交換可能なカートリッジとしているが、勿論、本発明では必ずもこのようなカートリッジとなっている必要はなく、単に複数のセルを備えたユニットであってもよい。
【００３２】
［実施の形態２］
図３は本発明の実施の形態２に係る固体電解質型燃料電池の構成図である。なお、セルチューブの構成については上記実施の形態１と同様であるため、ここでの説明及び図示は省略する（図２参照）。
【００３３】
＜構成＞
図３に示す固体電解質型の燃料電池３１では、立形の耐圧容器３２の内部に３組のユニット３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃが上下方向に配置された構成となっている。なお、これに限定するものではなく、本発明はユニット３３Ａ〜３３Ｃを水平方向に並べて配置した場合にも適用することができる。
【００３４】
各ユニット３３Ａ〜３３Ｃは何れも６組のカートリッジ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆを備えており、このカートリッジ単位での交換が可能となっている。なお、図３では１つのカートリッジを１つの直流電源（電池）の図記号で表している。各カートリッジ３４Ａ〜３４Ｆは、図２に示すセルチューブ１５を複数本（例えば数百本）並設してなるものである。
【００３５】
この燃料電池３１において、燃料ガスは図３に矢印Ｅで示すように図示しない入口部から耐圧容器３２内に流入し、ユニット３３Ａ、ユニット３３Ｂ、ユニット３３Ｃの順に直列に流れて各ユニット３３Ａ〜３３Ｃの各セルチューブ１５（単セル１７）に供給された後、残りが図示しない出口部より耐圧容器１２外へ排出される構成となっている。即ち、燃料ガスの流れ方向に沿って、ユニット３３Ａは最上流側に位置し、ユニット３３Ｂは中流に位置し、ユニット３３Ｃは最下流側に位置している。
【００３６】
従って、燃料ガスの流れ方向の下流側にいくほど燃料ガス（水素）の割合が低減し、燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との反応によって生成される水の割合が多くなり、例えば最下流側のユニット３３Ｃの燃料ガス出口部では、燃料ガス（水素）の割合が２０、生成水の割合が８０となる。なお、各ユニット３３Ａ〜３３Ｃにおいては、並設されたセルチューブ１５に並列に燃料ガスが流れるようになっている。
【００３７】
一方、電気的な接続は図３のようになっている。即ち、各ユニット３３Ａ〜３３Ｃとも、同じ接続状態、即ち、カートリッジ３４Ａ〜３４Ｃの３組が並列接続され、カートリッジ３４Ｄ〜３４Ｆの３組も並列接続されており、且つ、カートリッジ３４Ａ〜３４Ｃの３組と、カートリッジ３４Ｄ〜３４Ｆの３組が直列接続されている。なお、各カートリッジ３４Ａ〜３４Ｆにおける電気的な接続については、セルチューブ１５が全て並列接続されていてもよく、或いは並列接続と直列接続の組み合わせとなっていてもよい。
【００３８】
そして、本実施の形態２では、各ユニット３３Ａ〜３３Ｃの両端子３６Ａ，３６Ｂと、３６Ｃ，３６Ｄと、３６Ｅ，３６Ｆは、それぞれ別のインバータ３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃに接続されている。各インバータ３５Ａ〜３５Ｃでは、各ユニット３３Ａ〜３３Ｃから出力された直流電流をそれぞれ個別に交流電流に変換して負荷に供給するようになっている。
【００３９】
インバータ３５Ａでは、ユニット３３Ａにおけるセルチューブ１５（単セル１７）の電流密度が他のユニット３３Ｂ，３３Ｃに比べて最も大きくなるように（例えば定格出力時に平均よりも高い４５０ｍＡ／ｃｍ^２となるように）ユニット３３Ａの出力電流制御を行う。インバータ３５Ｂでは、ユニット３３Ｂにおけるセルチューブ１５（単セル１７）の電流密度が、ユニット３３Ａの電流密度よりも小さくなるように（例えば定格出力時に平均の３００ｍＡ／ｃｍ^２となるように）ユニット３３Ｂの出力電流制御を行う。インバータ３５Ｃでは、ユニット３３Ｃにおけるセルチューブ１５（単セル１７）の電流密度が、ユニット３３Ｂの電流密度よりも更に小さくなるように（例えば定格出力時に平均よりも低い１５０ｍＡ／ｃｍ^２となるように）ユニット３３Ｂの出力電流制御を行う。
【００４０】
また、この場合、電流密度の制御値を固定するのではなく、各インバータ３５Ａ〜３５Ｃでは、各ユニット３３Ａ〜３３Ｃの端子電圧を監視し、経時劣化による各ユニット３３Ａ〜３３Ｃの端子電圧の低下に応じて各ユニット３３Ａ〜３３Ｃの電流密度を小さくするようにしてもよい。例えば、インバータ３５Ｃにおいては、運転の初期にはユニット３３Ｃの電流密度を１５０ｍＡ／ｃｍ^２よりも少し高めに制御し、その後、経時劣化によるユニット３３Ｃの端子電圧の低下に応じてユニット３３Ｃの電流密度を小さくすることもできる。
【００４１】
＜作用・効果＞
以上のように本実施の形態２によれば、複数組のカートリッジ３４Ａ〜３４Ｆ（即ち複数本のセルチューブ１５）を有してなる３組のユニット３３Ａ〜３３Ｃを備え、これら３組のユニット３３Ａ〜３３Ｃに直列に燃料ガスが流れる構成とした燃料電池３１において、３組のユニット３３Ａ〜３３Ｃをそれぞれ別のインバータ３５Ａ〜３５Ｃに接続し、これらのインバータ３５Ａ〜３５Ｃにより、燃料ガスの流れ方向上流側に位置するユニットに比べて、燃料ガスの流れ方向下流側に位置するユニットのほうが電流密度が小さくなるように出力電流制御をする構成としたため（例えばユニット３５Ａ〜３５Ｃの電流密度の比が１．５：１．０：０．５となるように出力電流制御をするため）、図５に矢印Ｄで示すように最下流側のユニット３３Ｃにおけるセルチューブ１５（単セル１７）では、電流密度が例えばＩ_２に低減されて端子電圧が向上する。このため、最下流側のユニット３３Ｃのセルチューブ１５（単セル１７）においても、経時劣化が抑制され、長時間安定して発電することができる。
【００４２】
しかも、各インバータ３５Ａ〜３５Ｃごとに電気的には分離されているため、ユニット３５Ａ〜３５Ｃの何れかにおいて不具合があっても、他の健全なユニットにおいて発電を継続することができ、信頼性が向上する。
【００４３】
また、上記のようにインバータ３５Ａ〜３５Ｃにおいて、各ユニット３３Ａ〜３３Ｃの端子電圧の低下に応じて各ユニット３３Ａ〜３３Ｃの電流密度を小さくするように出力電流制御をする場合には、ユニットごとに異なる経時劣化に対応した制御が可能となり、より効率的で安定した発電が可能となる。
【００４４】
なお、上記では３組のユニット３３Ａ〜３３Ｃを有する場合を例に挙げて説明したが、勿論、これに限定するものではなく、本発明は２組或いは４組以上のユニットを有する場合にも適用することができる。また、各ユニットにおけるセルチューブの本数や電気的な接続の仕方も、上記のように同じする必要はなく、適宜設定することができる。
【００４５】
また、上記では各ユニットごとに別のインバータに接続しているが、これに限定するものでもない。例えば、４組のユニットがある場合、上流側の２組のユニットは同じインバータに直列或いは並列に接続し、これらよりも下流側の１組のユニットは別のインバータに接続し、更に下流側の１組のユニットは更に別のインバータに接続することもできる。
【００４６】
即ち、複数組のユニットを１組ずつ又は２組以上ずつ別のインバータに接続し、これらのインバータにより、燃料ガスの流れ方向上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、燃料ガスの流れ方向下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように出力電流制御をする構成とすればよく、このことによって下流側のユニットのセルチューブ（単セル）でも、経時劣化が抑制され、長時間安定して発電することができるようになる。
【００４７】
また、上記では、複数のセルチューブをまとめて交換可能なカートリッジとしているが、勿論、本発明では必ずもこのようなカートリッジとなっている必要はなく、単に複数のセルを備えたユニットであってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに具体的に説明したように、第１発明の燃料電池によれば、複数のセルを有してなるユニットを複数組備えるとともに、これら複数組のユニットに直列に燃料ガスが流れる構成とし、且つ、電流も前記複数組のユニットに直列に流れる構成とした燃料電池において、前記の各ユニットにおけるセルの電気的な接続は、前記燃料ガスの流れ方向の上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、前記燃料ガスの流れ方向の下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように接続したことを特徴とするため、下流側のユニットのセル（単セル）においても、経時劣化が抑制され、長時間安定して発電することができるようになる。
【００４９】
また、第２発明の燃料電池によれば、複数のセルを有してなるユニットを複数組備えるとともに、これら複数組のユニットに直列に燃料ガスが流れる構成とした燃料電池において、前記複数組のユニットを１組ずつ又は２組以上ずつ別のインバータに接続し、これらのインバータにより、前記燃料ガスの流れ方向上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、前記燃料ガスの流れ方向下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように出力電流制御をする構成としたことを特徴とするため、下流側のユニットのセル（単セル）でも、経時劣化が抑制され、長時間安定して発電することができるようになる。しかも、各インバータごとに電気的には分離されているため、ユニットの何れかにおいて不具合があっても、他の健全なユニットにおいて発電を継続することができ、信頼性が向上する。
【００５０】
また、第３発明の燃料電池によれば、第２発明の燃料電池において、前記インバータでは、前記ユニットの端子電圧の低下に応じて前記ユニットの電流密度を小さくするように出力電流制御をすることを特徴とするため、ユニットごとに異なる経時劣化に対応した制御が可能となり、より効率的で安定した発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体電解質型燃料電池の構成図である。
【図２】セルチューブの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る固体電解質型燃料電池の構成図である。
【図４】従来の燃料電池の電気的な接続例を示す説明図である。
【図５】燃料電池の端子電圧−電流密度曲線（Ｖ−Ｉ曲線）の一例を示す図である。
【符号の説明】
１１　燃料電池
１２　耐圧容器
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ　ユニット
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ　カートリッジ
１５　セルチューブ
１６　基体管
１７　単セル
１８　燃料極
１９　酸素極
２０　固体電解質膜
２１　インターコネクタ
２２　インバータ
２３Ａ，２３Ｂ　端子
３１　燃料電池
３２　耐圧容器
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ　ユニット
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆ　カートリッジ
３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ　インバータ
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ，３６Ｅ，３６Ｆ　端子

Claims

複数のセルを有してなるユニットを複数組備えるとともに、これら複数組のユニットに直列に燃料ガスが流れる構成とし、且つ、電流も前記複数組のユニットに直列に流れる構成とした燃料電池において、
前記の各ユニットにおけるセルの電気的な接続は、前記燃料ガスの流れ方向の上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、前記燃料ガスの流れ方向の下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように接続したことを特徴とする燃料電池。
複数のセルを有してなるユニットを複数組備えるとともに、これら複数組のユニットに直列に燃料ガスが流れる構成とした燃料電池において、前記複数組のユニットを１組ずつ又は２組以上ずつ別のインバータに接続し、これらのインバータにより、前記燃料ガスの流れ方向上流側に位置する１組又は２組以上のユニットに比べて、前記燃料ガスの流れ方向下流側に位置する１組又は２組以上のユニットのほうが電流密度が小さくなるように出力電流制御をする構成としたことを特徴とする燃料電池。
請求項２に記載の燃料電池において、
前記インバータでは、前記ユニットの端子電圧の低下に応じて前記ユニットの電流密度を小さくするように出力電流制御をすることを特徴とする燃料電池。