JP2023025329A - 固体酸化物型燃料電池 - Google Patents

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靖之 内山
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Abstract

【課題】 加熱効率の高く、短時間かつ小さいエネルギーで内部構造物の温度を目標温度（作動温度）まで上げることのできる固体酸化物型燃料電池を提供する。【解決手段】 固体酸化物型燃料電池１００は、電解質セラミック３と、電解質セラミック３を両側から挟むアノード電極４およびカソード電極５とを備える電極部１と、電極部１を両側から挟むように電極部１の周囲に配置され、アノード電極４およびカソード電極５にそれぞれ物理的に接触する金属枠２と、金属枠２に電気的に接続され、金属枠２に高周波の電力を給電するための給電ポート７を備える。電極部１の厚さは、所定の集中加熱領域において薄くなるように構成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池に関する。
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）は、電解質セラミックをアノード層とカソード層とで両側から挟むことによってセルが構成された燃料電池である。ＳＯＦＣは作動温度が高く、発電を開始させるためには内部構造物（セルなど）を７００度近くまで加熱する必要がある。
従来、このＳＯＦＣを加熱する方法として、ガスバーナーなどを用いて外部構造物（筐体など）を加熱する加熱方法が知られている。しかし、このガスバーナーを用いた加熱方法では、外部構造物に加えられた熱を用いて内部構造物を間接的に温めているため、加熱効率が低く、内部構造物が目標温度（作動温度）に達するまでに、長い時間と大きなエネルギーを要するという問題があった。また、ガスバーナーを用いた加熱方法では、ＮＯｘ（窒素酸化物）などのエミッションが発生してしまうという問題があった。
そこで従来、ＳＯＦＣの発電体（セル）にマイクロ波を照射して加熱する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このマイクロ波を用いた加熱方法によれば、ＮＯｘ（窒素酸化物）などのエミッションの発生が抑制される。
特開２０１１－１６５５１６号公報
しかしながら、従来のマイクロ波を用いた加熱方法でも、十分に高い加熱効率が得られず、内部構造物が目標温度（作動温度）に達するまでに、依然として長い時間と大きなエネルギーを要するという問題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、加熱効率の高く、短時間かつ小さいエネルギーで内部構造物の温度を目標温度（作動温度）まで上げることのできる固体酸化物型燃料電池を提供することを目的とする。
本発明の固体酸化物型燃料電池は、電解質セラミックと、前記電解質セラミックを両側から挟むアノード電極およびカソード電極とを備える電極部と、前記電極部を両側から挟むように前記電極部の周囲に配置され、前記アノード電極および前記カソード電極に物理的に接触している金属枠と、前記金属枠に電気的に接続され、前記金属枠に高周波の電力を給電するための給電ポートと、を備え、前記電極部の厚さは、所定の集中加熱領域において薄くなるように構成されている。
この構成によれば、電極部の周囲に配置された金属枠に給電ポートから給電を行うと、金属枠を通じて高周波が直接電極部へ供給され、供給された高周波によって電極部が加熱される。この場合、内部構造物（電極部）に加えられた高周波を用いて内部構造物を直接的に温めているため、加熱効率の高く、短時間かつ小さいエネルギーで内部構造物の温度を目標温度（作動温度）まで上げることができる。
そのうえ、所定の集中加熱領域において、電極部の厚さが薄くなるように構成されているので、厚さが薄くされた領域（集中加熱領域）に電界を集めて、集中的に加熱することができる。例えば、電極部の中心部の厚さを薄くする（電極部の中心部に加熱集中領域を設ける）と、電極部の中心部を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。また、電極部の外側部の厚さを薄くする（電極部の外側部に加熱集中領域を設ける）と、電極部の外側部を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。電極部の厚さの調整は、電解質セラミックと、アノード電極と、カソード電極のいずれかの材料、もしくは複数の材料の厚みを変えても良い。
また、本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記所定の集中加熱領域は、前記電極部の領域のうち加熱効率が低い領域として予め設定された領域であってもよい。
この構成によれば、例えば、電極部と金属枠の機械的構造と、給電する高周波の周波数などの条件により、部分的に加熱の効果が高い領域が生じる場合には、加熱の効果が低い領域の厚さを薄くすることで、電極部を均一に加熱することができる。集中加熱領域は、電極部の加熱効率を予め測定し、その測定結果に基づいて予め設定することができる。
また、本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記アノード電極および前記カソード電極は、メッシュ構造を有しており、前記所定の集中加熱領域における前記メッシュ構造のメッシュ密度は、前記集中加熱領域以外の領域の前記メッシュ構造のメッシュ密度より高くなるように構成されてもよい。
この構成によれば、所定の集中加熱領域において、アノード電極とカソード電極のメッシュ構造のメッシュ密度が高くなるように構成されているので、メッシュ密度が高くされた領域（集中加熱領域）に電界を集めて、集中的に加熱することができる。例えば、電極部の中心部のメッシュ密度を高くする（電極部の中心部に加熱集中領域を設ける）と、電極部の中心部を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。また、電極部の外側部のメッシュ密度を高くする（電極部の外側部に加熱集中領域を設ける）と、電極部の外側部を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。
また、例えば、電極部と金属枠の機械的構造と、給電する高周波の周波数などの条件により、部分的に加熱の効果が高い領域が生じる場合には、加熱の効果が低い領域のメッシュ密度を高めることで、電極部を均一に加熱することができる。
また、本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記高周波を発生させる高周波発振器は、前記電極部の温度に応じて、前記給電ポートに供給する高周波の電力を制御する電力制御部を備えてもよい。
この構成によれば、電極部の温度に応じて、給電ポートに供給する高周波の電力が制御される。電極部の温度が高くなると、給電ポートに供給する高周波の電力は（電極部の温度が低かったときに比べて）少なくて済む。したがって、電極部の温度が高くなるのに応じて給電ポートに供給する高周波の電力を小さくすることにより、トータルで供給する高周波の電力を削減することができる。
また、本発明の固体酸化物型燃料電池は、前記高周波を発生させる高周波発振器を、時間軸でパルス駆動させるパルス駆動制御部を備えてもよい。
この構成によれば、高周波発振器が、時間軸でパルス駆動するように制御（パルス駆動制御）される。高周波発振器をパルス駆動制御（例えば、オンオフ制御）しても、オン時間での温度上昇が、オフ時間での温度下降を上回るオンオフ制御のデューティー比に設定すれば、電極部の温度は十分に上昇させることができる。オン制御されているときには、給電ポートに高周波が供給されるが、オフ制御されているときには、給電ポートに高周波が供給されない。したがって、トータルで供給する高周波の電力を削減することができる。また、加熱されるセルの位置に偏りがある場合でも、オフ時間にセルの温度が拡散されて、セルの温度を均等にすることができる。また、高周波発振器の連続運転時間が減ることで、高周波発振器の寿命を延ばすことができる。
また、本発明の固体酸化物型燃料電池は、前記高周波発振器から前記給電ポートに供給される高周波の電力の供給先を、他の固体酸化物型燃料電池の給電ポートに切り替えるスイッチ回路と、前記スイッチ回路を切り替えるスイッチ駆動制御部を備えてもよい。
この構成によれば、高周波発振器から給電ポートに供給される高周波の供給先を、スイッチ駆動制御部によりスイッチ回路を制御し、他の固体酸化物型燃料電池の給電ポートに切り替える。これにより、１つの高周波発振器から複数の固体酸化物型燃料電池の給電ポートに高周波を時間軸で連続して供給することが可能になる。例えば、スイッチ駆動制御のデューティー比は、それぞれの固体酸化物型燃料電池の電極部の温度差に応じて変動させてもよい。また、それぞれの固体酸化物型燃料電池の物理的な大きさの比率に応じて変動させてもよい。
本発明の固体酸化物型燃料電池は、電解質セラミックと、前記電解質セラミックを両側から挟むアノード電極およびカソード電極とを備える電極部と、前記電極部を両側から挟むように前記電極部の周囲に配置され、前記アノード電極および前記カソード電極に物理的に接触している金属枠と、前記金属枠に電気的に接続され、前記金属枠に高周波の電力を給電するための給電ポートと、を備え、前記アノード電極および前記カソード電極は、メッシュ構造を有しており、所定の集中加熱領域における前記メッシュ構造のメッシュ密度は、前記集中加熱領域以外の領域の前記メッシュ構造のメッシュ密度より高くなるように構成されている。
この構成によれば、電極部の周囲に配置された金属枠に給電ポートから給電を行うと、金属枠を通じて高周波が直接電極部へ供給され、供給された高周波によって電極部が加熱される。この場合、内部構造物（電極部）に加えられた高周波を用いて内部構造物を直接的に温めているため、加熱効率の高く、短時間かつ小さいエネルギーで内部構造物の温度を目標温度（作動温度）まで上げることができる。
そのうえ、所定の集中加熱領域において、アノード電極とカソード電極のメッシュ構造のメッシュ密度が高くなるように構成されているので、メッシュ密度が高くされた領域（集中加熱領域）に電界を集めて、集中的に加熱することができる。例えば、電極部の中心部のメッシュ密度を高くする（電極部の中心部に加熱集中領域を設ける）と、電極部の中心部を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。また、電極部の外側部のメッシュ密度を高くする（電極部の外側部に加熱集中領域を設ける）と、電極部の外側部を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。
本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記所定の集中加熱領域は、前記電極部の領域のうち加熱効率が低い領域として予め設定された領域であってもよい。
この構成によれば、例えば、電極部と金属枠の機械的構造と、給電する高周波の周波数などの条件により、部分的に加熱の効果が高い領域が生じる場合には、加熱の効果が低い領域のメッシュ密度を高めることで、電極部を均一に加熱することができる。集中加熱領域は、電極部の加熱効率を予め測定し、その測定結果に基づいて予め設定することができる。
本発明によれば、加熱効率の高く、短時間かつ小さいエネルギーで内部構造物の温度を目標温度（作動温度）まで上げることができる。
本発明の第１の実施の形態における固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態における固体酸化物型燃料電池の要部の斜視図である。 第１の実施の形態の固体酸化物型燃料電池の一例（電極部の中心部が集中加熱領域である例）を示す模式図である。 第１の実施の形態の固体酸化物型燃料電池の他の例（電極部の外側部が集中加熱領域である例）を示す模式図である。 第２の実施の形態の固体酸化物型燃料電池の一例（電極部の中心部が集中加熱領域である例）を示す模式図である。 第２の実施の形態の固体酸化物型燃料電池の他の例（電極部の外側部が集中加熱領域である例）を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態における固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図である。 本発明の第４の実施の形態における固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図である。 本発明の第５の実施の形態における固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態の固体酸化物型燃料電池について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、電子機器や電気自動車などに用いられる固体酸化物型燃料電池の場合を例示する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の固体酸化物型燃料電池の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図であり、図２は、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池の要部の斜視図である。
図１および図２に示すように、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池１００は、平板状の電極部１と、電極部１を両側（図１における上下両側）から挟みこむように配置される平板状の金属枠２を備えている。金属枠２は、中央に開口部を有している（図２参照）。電極部１は、平板状の電解質セラミック３（誘電体）と、電解質セラミック３を両側（図１における上下両側）から挟むアノード電極４およびカソード電極５で構成されている。電極部１と金属枠２とでセルユニット６（セル構成）が構成されるともいえる。
金属枠２は、アノード電極４およびカソード電極５に物理的に接触している。図１の例では、上側の金属枠２がアノード電極４に物理的に接触しており、下側の金属枠２がカソード電極５に物理的に接触している。金属枠２には、給電ポート７が電気的に接続されている。給電ポート７には、高周波発振器８が電気的に接続されており、給電ポート７から金属枠２に高周波（例えば、マイクロ波）の電力が給電される。
本実施の形態の固体酸化物型燃料電池１００では、電極部１の厚さが、所定の集中加熱領域において薄くなるように構成されている。集中加熱領域は、電極部１の領域のうち加熱効率が低い領域として予め設定された領域である。
例えば、図３の例では、電極部１の中心部９に、集中加熱領域が設定されている。この例では、電極部１の厚さ（アノード電極４、カソード電極５、電解質セラミック３の厚さを合計した値）は、最も薄い位置（中心部９の中央の位置）で５５０μｍであり、最も厚い位置（電極部１の最外端の位置）で６００μｍである。このように、電極部１の厚さが中心部９（集中加熱領域）において薄くなるように構成されている。より具体的には、電極部１の中心部９の最も薄い位置におけるアノード電極４の厚さは４２６μｍであり、電極部１の最外端（アノード電極４の厚さ４７６μｍ）より薄くなるように構成されている。なお、カソード電極５および電解質セラミックの厚さは一定（カソード電極５の厚さは１２０μｍ、電解質セラミックの厚さは４μｍ）である。
また、図４の例では、電極部１の外側部１０に、集中加熱領域が設定されている。この例では、電極部１の厚さ（アノード電極４、カソード電極５、電解質セラミック３の厚さを合計した値）は、最も薄い位置（外側部１０の最外端の位置）で５５０μｍであり、最も厚い位置（電極部１の中央の位置）で６００μｍである。このように、電極部１の厚さが外側部１０（集中加熱領域）において薄くなるように構成されている。より具体的には、電極部１の外側部１０の最も薄い位置におけるアノード電極４の厚さは４２６μｍであり、電極部１の中心（アノード電極４の厚さ４７６μｍ）より薄くなるように構成されている。なお、カソード電極５および電解質セラミックの厚さは一定（カソード電極５の厚さは１２０μｍ、電解質セラミックの厚さは４μｍ）である。
アノード電極４およびカソード電極５のサイズは、電解質セラミック３のサイズよりも大きく設定されている。例えば、アノード電極４およびカソード電極５のサイズは、縦５０．４ｍｍ、横２３．７ｍｍであり、電解質セラミック３のサイズは、縦４９．６ｍｍ、横１９．８ｍｍである。また、金属枠２のサイズは、アノード電極４およびカソード電極５のサイズより大きく設定されており、金属枠２の開口部のサイズは、アノード電極４およびカソード電極５のサイズより小さく設定されている。例えば、金属枠２のサイズは、縦６５ｍｍ、横４１ｍｍであり、金属枠２の開口部のサイズは、縦４８ｍｍ、横１８ｍｍである。
なお、アノード電極４、電解質セラミック３、カソード電極５、のサイズは、上記に限られない。例えば、アノード電極４のサイズは、縦５３．５ｍｍ、横２３．５ｍｍであり、電解質セラミック３のサイズは、縦５３．５ｍｍ、横２３．５ｍｍであり、カソード電極５のサイズは、縦５０ｍｍ、横２０ｍｍであってもよい。
アノード電極４の材料としては、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）などが用いられ、カソード電極５の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ（ランタン－ストロンチウム－コバルト－鉄）、ＬＳＭ（ランタン－ストロンチウム－マンガン）などが用いられる。また、電解質セラミック３の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）などが用いられ、金属枠２の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）などが用いられる。
このような本発明の第１の実施の形態の固体酸化物型燃料電池１００によれば、電極部１の周囲に配置された金属枠２に給電ポート７から給電を行うと、金属枠２を通じて高周波が直接電極部１へ供給され、供給された高周波によって電極部１が加熱される。この場合、内部構造物（電極部１）に加えられた高周波を用いて内部構造物を直接的に温めているため、加熱効率の高く、短時間かつ小さいエネルギーで内部構造物の温度を目標温度（作動温度）まで上げることができる。
そのうえ、所定の集中加熱領域において、電極部１の厚さが薄くなるように構成されているので、厚さが薄くされた領域（集中加熱領域）に電界を集めて、集中的に加熱することができる。例えば、電極部１の中心部９の厚さを薄くする（電極部１の中心部９に加熱集中領域を設ける）と、電極部１の中心部９を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。また、電極部１の外側部１０の厚さを薄くする（電極部の外側部１０に加熱集中領域を設ける）と、電極部１の外側部１０を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。電極部１の厚さの調整は、電解質セラミック３と、アノード電極４と、カソード電極５のいずれかの材料、もしくは複数の材料の厚みを変えても良い。
この場合、例えば、電極部１と金属枠２の機械的構造と、給電する高周波の周波数などの条件により、部分的に加熱の効果が高い領域が生じる場合には、加熱の効果が低い領域の厚さを薄くすることで、電極部１を均一に加熱することができる。集中加熱領域は、電極部１の加熱効率を予め測定し、その測定結果に基づいて予め設定することができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の固体酸化物型燃料電池について説明する。ここでは、第２の実施の形態の固体酸化物型燃料電池が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態の固体酸化物型燃料電池２００では、アノード電極４とカソード電極５が、メッシュ構造を有しており、集中加熱領域におけるメッシュ構造のメッシュ密度が、集中加熱領域以外の領域のメッシュ構造のメッシュ密度より高くなるように構成されている。
例えば、図５の例では、電極部１の中心部９に、集中加熱領域が設定されている。この例では、電極部１の中心部９におけるアノード電極４およびカソード電極５のメッシュ構造のメッシュ密度は、３０ｍ／ｓであり、電極部１の最外端（アノード電極４およびカソード電極５のメッシュ構造のメッシュ密度（２０ｍ／ｓ）よりメッシュ密度が高くなるように構成されている。
また、図６の例では、電極部１の外側部１０に、集中加熱領域が設定されている。この例では、電極部１の外側部１０におけるアノード電極４およびカソード電極５のメッシュ構造のメッシュ密度は、３０ｍ／ｓであり、電極部１の中心（アノード電極４およびカソード電極５のメッシュ構造のメッシュ密度（２０ｍ／ｓ）よりメッシュ密度が高くなるように構成されている。
このような本発明の第２の実施の形態の固体酸化物型燃料電池２００によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
本実施の形態では、所定の集中加熱領域において、アノード電極４とカソード電極５のメッシュ構造のメッシュ密度が高くなるように構成されているので、メッシュ密度が高くされた領域（集中加熱領域）に電界を集めて、集中的に加熱することができる。例えば、電極部１の中心部９のメッシュ密度を高くする（電極部１の中心部９に加熱集中領域を設ける）と、電極部１の中心部９を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。また、電極部１の外側部１０のメッシュ密度を高くする（電極部１の外側部１０に加熱集中領域を設ける）と、電極部１の外側部１０を集中的に加熱して高温にすることが可能になる。
この場合、例えば、電極部１と金属枠２の機械的構造と、給電する高周波の周波数などの条件により、部分的に加熱の効果が高い領域が生じる場合には、加熱の効果が低い領域のメッシュ密度を高めることで、電極部１を均一に加熱することができる。集中加熱領域は、電極部１の加熱効率を予め測定し、その測定結果に基づいて予め設定することができる。
なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせても良い。すなわち、電極部１の厚さを、所定の集中加熱領域において薄くなるように構成するとともに、アノード電極４とカソード電極５を、メッシュ構造を有する構成とし、集中加熱領域におけるメッシュ構造のメッシュ密度が、集中加熱領域以外の領域のメッシュ構造のメッシュ密度より高くなるように構成してもよい。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態の固体酸化物型燃料電池について説明する。ここでは、第３の実施の形態の固体酸化物型燃料電池が、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
図７は、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図である。図７に示すように、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池３００では、複数のセルユニット６が、直列に配置され、互いに電気的に接続されている。セルユニット６とセルユニット６との間には、ガスのセパレータＳが配置されている。セパレータＳは、例えば雲母などで構成される。なお、セルユニット６とセルユニット６との間にセパレータＳが設けられている場合であっても、セルユニット６の金属枠２とセルユニット６の金属枠２とは、接続部Ｃを介して互いに電気的に接続されている（図７参照）。接続部Ｃの材料としては、例えば、金属枠２と同じ材料（金属）を用いることができる。
本実施の形態の固体酸化物型燃料電池３００では、複数のセルユニット６がスタック（積層）されて、一つのスタックユニット１１（スタック構成）が構成されているともいえる。給電ポート７は、複数のセルユニット６の金属枠２のうち最も外側（図７における最上側と最下側）に配置された金属枠２に電気的に接続されており、最も外側に配置された金属枠２に、給電ポート７から高周波の給電が行われる。
また、図７に示すように、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池３００は、電極部１の温度を測定する温度センサ１２と、電極部１の温度に応じて給電ポート７に供給する高周波の電力を制御する電力制御部１３を備えている。例えば、電極部１を７００度まで加熱する場合であっても、室温（２５度）から加熱する場合と、４００度から加熱する場合とで、必要とされる高周波電力が異なる。そこで、電極部１の温度を温度センサ１２で測定し、測定された温度に応じて高周波発振器８の出力電力を電力制御部１３によって制御する。例えば、電極部１の温度が低い場合には、高周波発振器８の出力電力を大きくし、電極部１の温度が高い場合には、高周波発振器８の出力電力を小さくする。
このような本発明の第３の実施の形態の固体酸化物型燃料電池３００によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
その上、本実施の形態では、電極部１の温度に応じて、給電ポート７に供給する高周波の電力が制御される。電極部１の温度が高くなると、給電ポート７に供給する高周波の電力は（電極部１の温度が低かったときに比べて）少なくて済む。したがって、電極部１の温度が高くなるのに応じて給電ポート７に供給する高周波の電力を小さくすることにより、トータルで供給する高周波の電力を削減することができる。これにより、必要最小限の電力で、固体酸化物型燃料電池３００を効率よくかつ高速に起動することができる。
また、本実施の形態では、直列に配置された複数の電極部１が金属枠２および接続部Ｃを介して電気的に接続されており、これらの電極部１は、電気回路的にはコンデンサの直列接続とみなすことができる。したがって、最も外側に配置された金属枠２に給電ポート７から給電を行うことにより、すべての電極部１に対して均一に高周波の給電を行うことが可能になる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態の固体酸化物型燃料電池について説明する。ここでは、第４の実施の形態の固体酸化物型燃料電池が、第３の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第３の実施の形態と同様である。
図８は、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図である。図８に示すように、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池４００は、高周波発振器８を時間軸でパルス駆動させるパルス駆動制御部１４を備えている。パルス駆動制御部１４は、固体酸化物型燃料電池４００を所定の目標温度（例えば７００度）まで加熱するときに、一定の時間周期（例えば、６０秒周期）で高周波発振器８をオンオフ制御する。
このような本発明の第４の実施の形態の固体酸化物型燃料電池４００によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
その上、本実施の形態では、高周波発振器８が、時間軸でパルス駆動するように制御（パルス駆動制御）される。高周波発振器８をパルス駆動制御（例えば、オンオフ制御）しても、オン時間での温度上昇が、オフ時間での温度下降を上回るオンオフ制御のデューティー比に設定すれば、電極部１の温度は十分に上昇させることができる。オン制御されているときには、給電ポート７に高周波が供給されるが、オフ制御されているときには、給電ポート７に高周波が供給されない。したがって、トータルで供給する高周波の電力を削減することができる。また、加熱されるセルの位置に偏りがある場合でも、オフ時間にセルの温度が拡散されて、セルの温度を均等にすることができる。また、高周波発振器８の連続運転時間が減ることで、高周波発振器８の寿命を延ばすことができる。
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態の固体酸化物型燃料電池について説明する。ここでは、第５の実施の形態の固体酸化物型燃料電池が、第３の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第３の実施の形態と同様である。
図９は、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池の構成を示す説明図である。図９に示すように、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池５００は、高周波の供給先として、複数（図９の例では２つ）のスタックユニット１１を備えている。そして、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池５００は、高周波の供給先を切り替えるスイッチ回路１５と、スイッチ回路１５を切り替えるスイッチ駆動制御部１６を備えている。
スイッチ駆動制御部１６は、一定の時間周期（例えば、６０秒周期）で高周波の供給先を切り替えるように、スイッチ回路１５を制御する。例えば、図９の例では、ある一定の時間（例えば、６０秒）の間は、一方のスタックユニット１１（図９の上側のスタックユニット１１）の給電ポート７に高周波発振器８から高周波の電力を供給し、その次の一定の時間（例えば、６０秒）の間は、他方のスタックユニット１１（図９の下側のスタックユニット１１）の給電ポート７に高周波発振器８から高周波の電力を供給するように、スイッチ回路１５を制御する。
このような本発明の第５の実施の形態の固体酸化物型燃料電池５００によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が奏される。
その上、本実施の形態では、高周波発振器８から給電ポート７に供給される高周波の供給先を、スイッチ駆動制御部１６によりスイッチ回路１５を制御し、他の固体酸化物型燃料電池（スタックユニット１１）の給電ポート７に切り替える。これにより、１つの高周波発振器８から複数の固体酸化物型燃料電池（スタックユニット１１）の給電ポート７に高周波を時間軸で連続して供給することが可能になる。例えば、スイッチ駆動制御のデューティー比は、それぞれの固体酸化物型燃料電池（スタックユニット１１）の電極部１の温度差に応じて変動させてもよい。また、それぞれの固体酸化物型燃料電池（スタックユニット１１）の物理的な大きさの比率に応じて変動させてもよい。
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
以上のように、本発明にかかる固体酸化物型燃料電池は、加熱効率の高く、短時間かつ小さいエネルギーで内部構造物の温度を目標温度（作動温度）まで上げることができるという効果を有し、電子機器や電気自動車などに用いられ有用である。
１ 電極部
２ 金属枠
３ 電解質セラミック
４ アノード電極
５ カソード電極
６ セルユニット（セル構成）
７ 給電ポート
８ 高周波発振器
９ 中心部
１０ 外側部
１１ スタックユニット（スタック構成）
１２ 温度センサ
１３ 電力制御部
１４ パルス駆動制御部
１５ スイッチ回路
１６ スイッチ駆動制御部
１００、２００、３００、４００、５００ 固体酸化物型燃料電池

Claims (8)

  1. 電解質セラミックと、前記電解質セラミックを両側から挟むアノード電極およびカソード電極とを備える電極部と、
    前記電極部を両側から挟むように前記電極部の周囲に配置され、前記アノード電極および前記カソード電極に物理的に接触している金属枠と、
    前記金属枠に電気的に接続され、前記金属枠に高周波の電力を給電するための給電ポートと、
    を備え、
    前記電極部の厚さは、所定の集中加熱領域において薄くなるように構成されている、固体酸化物型燃料電池。
  2. 前記所定の集中加熱領域は、前記電極部の領域のうち加熱効率が低い領域として予め設定された領域である、請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池。
  3. 前記アノード電極および前記カソード電極は、メッシュ構造を有しており、
    前記所定の集中加熱領域における前記メッシュ構造のメッシュ密度は、前記集中加熱領域以外の領域の前記メッシュ構造のメッシュ密度より高くなるように構成されている、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
  4. 前記高周波を発生させる高周波発振器は、前記電極部の温度に応じて、前記給電ポートに供給する高周波の電力を制御する電力制御部を備える、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
  5. 前記高周波を発生させる高周波発振器を、時間軸でパルス駆動させるパルス駆動制御部を備える、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池。
  6. 前記高周波発振器から前記給電ポートに供給される高周波の電力の供給先を、他の固体酸化物型燃料電池の給電ポートに切り替えるスイッチ回路と、前記スイッチ回路を切り替えるスイッチ駆動制御部を備える、請求項５に記載の固体酸化物型燃料電池。
  7. 電解質セラミックと、前記電解質セラミックを両側から挟むアノード電極およびカソード電極とを備える電極部と、
    前記電極部を両側から挟むように前記電極部の周囲に配置され、前記アノード電極および前記カソード電極に物理的に接触している金属枠と、
    前記金属枠に電気的に接続され、前記金属枠に高周波の電力を給電するための給電ポートと、
    を備え、
    前記アノード電極および前記カソード電極は、メッシュ構造を有しており、
    所定の集中加熱領域における前記メッシュ構造のメッシュ密度は、前記集中加熱領域以外の領域の前記メッシュ構造のメッシュ密度より高くなるように構成されている、固体酸化物型燃料電池。
  8. 前記所定の集中加熱領域は、前記電極部の領域のうち加熱効率が低い領域として予め設定された領域である、請求項７に記載の固体酸化物型燃料電池。
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