JP4022095B2 - 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法 - Google Patents
燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4022095B2 JP4022095B2 JP2002128462A JP2002128462A JP4022095B2 JP 4022095 B2 JP4022095 B2 JP 4022095B2 JP 2002128462 A JP2002128462 A JP 2002128462A JP 2002128462 A JP2002128462 A JP 2002128462A JP 4022095 B2 JP4022095 B2 JP 4022095B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- temperature
- gas
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法に関し、特に、起動時間を短縮した燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質燃料電池モジュールの起動の際、燃料電池モジュール（燃料電池セル）の昇温方法として、燃料電池モジュールに流通させる酸化剤ガス及び燃料ガスの温度を徐々に昇温することにより昇温する方法が知られている。あるいは、燃料電池モジュール内をヒーターなどで加熱することにより昇温する方法が知られている。また、これらの方法を併用することも行われている。
【０００３】
これらの方法は、気体を加熱し、加熱された気体の伝熱により燃料電池セルを加熱する。すなわち、間接的に燃料電池セルを加熱している。気体の熱容量は大きくなく、昇温に時間がかかることになる。また、熱の伝達も速くないので、気体の温度を急激に昇温したとしても、必ずしも燃料電池セルの昇温速度が向上するわけではない。加えて、酸化剤ガスや燃料ガスを加熱、流通させる場合、加熱場所と燃料電池セルの場所とが離れているため、熱のロスも考えられる。
【０００４】
気体の加熱による昇温に加えて、より迅速に燃料電池セルを昇温することが可能な技術が求められている。燃料電池セルを直接的に昇温することが出来る技術が求められている。燃料電池セルを熱のロスの少なく昇温することが可能な技術が望まれている。大幅な設計変更が不要で低コストで実施可能な技術が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、気体の加熱による昇温に加えて、より迅速に燃料電池セルを昇温することが可能な燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、燃料電池セルを直接的に昇温することが出来る燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、燃料電池セルを熱のロスの少なく昇温することが可能な燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、大幅な設計変更が不要で低コストで実施可能な燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付で付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
従って、上記課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールは、制御部（３５）と、第１加熱部（３１）と、燃料電池セル（２１）とを具備する。第１加熱部（３１）は、酸化剤ガス（２）を加熱する。燃料電池セル（２１）は、酸化剤ガス（２）と、燃料ガス（１）とを供給され、発電を行う。制御部（３５）は、起動時に、燃料電池セル（２１）に予め設定された第１電流（Ｉ）を流すように燃料電池セル（２１）を制御する。また、酸化剤ガス（２）を予め設定された第１温度にするように第１加熱部（３１）を制御する。
【００１１】
また、本発明の燃料電池モジュールは、制御部（３５）と、第２加熱部（３２）と、燃料電池セル（２１）とを具備する。第２加熱部（３２）は、燃料ガス（１）を加熱する。燃料電池セル（２１）は、酸化剤ガス（２）と、燃料ガス（１）とを供給され、発電を行う。制御部（３５）は、起動時に、燃料電池セル（２１）に予め設定された第１電流（Ｉ）を流すように燃料電池セル（２１）を制御する。また、燃料ガス（１）を予め設定された第３温度にするように第２加熱部（３２）を制御する。
【００１２】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、燃料電池セル（２１）の温度に対応する第２温度を測定する温度センサ（図示せず）を更に具備する。そして、制御部（３５）は、燃料電池セル（２１）の制御を、その第２温度に基づいて行う。
【００１３】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、燃料電池セル（２１）に電気的に接続され、第１電流（Ｉ）を制御する負荷制御部（３６）を更に具備する。そして、制御部（３５）は、燃料電池セル（２１）の制御を、前記負荷制御部（３６）の制御により行なう。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するステップと、予め設定された初期温度（ＴＳ）に昇温された燃料電池セル（２１）に、予め設定されたスケジュール（図７）、燃料電池セル（２１）の温度及び燃料電池セル（２１）の電圧の少なくとも一つに基づいて、第１電流（Ｉ）を流すステップとを具備する。
【００１５】
また、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するステップが、酸化剤ガス（２）を昇温するステップを具備する。
【００１６】
また、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、第１電流（Ｉ）を流すステップが、第１電流（Ｉ）の増加に基づいて、酸化剤ガス（２）を降温するステップを具備する。
【００１７】
更に、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するステップが、燃料ガス（１）を昇温するステップを具備する。
【００１８】
更に、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、第１電流（Ｉ）を流すステップが、第１電流（Ｉ）の増加に基づいて、燃料ガス（１）を降温するステップを具備する。
【００１９】
更に、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、第１電流（Ｉ）を流すステップが、第１電流（Ｉ）の大きさの基づいて、燃料電池セル（２１）の燃料利用率が予め設定された値になるように燃料ガス（１）を燃料電池セル（２１）に供給するステップを具備する。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に関わるプログラムは、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するように燃料流量制御弁（４２）及び酸化剤流量制御弁（４１）を制御するステップと、予め設定されたスケジュール（図７）、燃料電池セル（２１）の温度及び燃料電池セル（２１）の電圧の少なくとも一つを取得するステップと、予め設定された初期温度（ＴＳ）に昇温された燃料電池セル（２１）に、予め設定されてたスケジュール（図７）、燃料電池セル（２１）の温度及び燃料電池セル（２１）の電圧の少なくとも一つに基づいて、第１電流（Ｉ）を流すように燃料電池セル（２１）に接続された負荷を制御するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００２１】
また、本発明に関わるプログラムは、酸化剤流量制御弁（４１）で制御された酸化剤ガス（２）を昇温するように加熱器（３１）を制御するステップを更に具備する上記の方法をコンピュータに実行させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である燃料電池モジュールの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、円筒型の固体電解質燃料電池モジュールについて例を示して説明する。ただし、他のタイプ（固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型など）の燃料電池モジュールへも適用が可能である。なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。
【００２３】
図１は、本発明である燃料電池モジュールの実施の形態を示す構成図である。燃料電池モジュールは、燃料電池モジュール本体３３、制御部３５、第１加熱部３１、第２加熱部３２、負荷制御部３６、酸化剤制御弁４１、燃料制御弁４２及びスイッチ４３を具備する。
また、酸化剤ガス配管３７−１〜３７−４、燃料ガス配管３８−１〜３８−４及び配線３９−１〜３９−３を備える。
【００２４】
燃料電池モジュール本体３３は、酸化剤ガス配管３７−３を介して供給される酸化剤ガス２と、燃料ガス配管３８−３を介して供給される燃料ガス１とを用いて発電を行う。燃料電池モジュール本体３３で使用済みの燃料ガス１（生成した水蒸気を含む）は、燃料ガス配管３８−４へ送出される。燃料電池モジュール本体３３で使用済みの酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−４へ送出される。
また、燃料電池セルに負荷を接続する配線３９−１〜３９−２が接続されている。
【００２５】
酸化剤制御弁４１は、酸化剤ガス配管３７−１を介して供給される酸化剤ガス２の流量を制御し、酸化剤ガス配管３７−２へ送出する。制御部３５により、制御される。
第１加熱部３１は、酸化剤ガス配管３７−２から酸化剤ガス２を供給され、所望の温度（第１温度）に昇温し、酸化剤ガス配管３７−３へ送出する。制御部３５により、第１温度の設定を含め制御される。第１加熱部は、助燃バーナや電気ヒータを有する加熱器に例示される。
【００２６】
燃料制御弁４２は、燃料ガス配管３８−１を介して供給される燃料ガス１の流量を制御し、燃料ガス配管３８−２へ送出する。制御部３５により、制御される。
第２加熱部３２は、燃料ガス配管３８−２から燃料ガス１を供給され、所望の温度（第３温度）に昇温し、燃料ガス配管３８−３へ送出する。制御部３５により、第３温度の設定も含め制御される。第２加熱部は、助燃バーナや電気ヒータを有する加熱器に例示される。
【００２７】
負荷制御部３６は、燃料電池モジュール本体３３の燃料電池セルに所望の電流を流すように燃料電池モジュール本体３３を制御する。燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）の電流、電圧を計測可能である。燃料電池モジュール本体３３とは、配線３９−１〜３９−３で接続している。制御部３５により、制御される。
負荷制御部３６は、例えば、内部に大きさが可変の負荷（図示せず）を有する。その場合、燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）の電流、電圧に基づいて、その負荷の大きさを制御することにより、燃料電池セルに所望の電流を流すことが出来る。なお、燃料電池モジュール本体３３は、電力を供給する外部負荷に対して配線３９−１〜３９−３とは別の配線で接続している。そして、起動時には接続をＯＦＦしている。
負荷制御部３６は、また、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。その場合、燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）の電流を所望の値になるように制御することが出来る。燃料電池モジュール本体３３は、電力を供給する外部負荷とはＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続している。そして、起動時には、供給可能な大きさの電力を外部負荷へ供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して２次電池に接続し、起動時には、電力をそこへ蓄積し、外部負荷との接続をＯＦＦしても良い。
【００２８】
スイッチ４３は、燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）に電流を流す際にＯＮにする。配線３９−２と配線３９−３との間に介説されている。制御部３５により、制御される。
【００２９】
制御部３５は、燃料電池モジュールの各構成（燃料電池モジュール本体３３、第１加熱部３１、第２加熱部３２、負荷制御部３６、酸化剤制御弁４１、燃料制御弁４２及びスイッチ４３）の動作を制御する。
そして、予め設定された燃料電池モジュールの起動スケジュール（図７の関係）を示す情報、負荷制御部３６における負荷の大きさと電流Ｉとの関係を示す情報、第１加熱部３１及び第２加熱部３２への燃料の供給量と熱量Ｑとの関係を示す情報、等を記憶部（図示せず）に格納している。
【００３０】
ここで、燃料ガス１は、水素を含むガスと水蒸気との混合ガスである。燃料ガス１は、炭化水素（例示：メタン、プロパン、ガソリン、灯油、軽油、メタノール）を水蒸気改質した水素及び一酸化炭素を主成分とするガス、又は水素ガスと水蒸気との混合ガスに例示される。
酸化剤ガス２は、酸素を含むガスである。酸化剤ガス２は、空気に例示される。
【００３１】
次に、燃料電池モジュールについて更に説明する。
図２は、図１に示す燃料電池モジュール本体の構成を示す断面図である。燃料電池モジュール本体３３は、複数の燃料電池セル管３、酸化剤ガス供給室７、供給室８、排出室９、断熱体１０（−１〜２）を備える。
供給室８は、側板１２、側板１３、管板Ａ１４、燃料ガス供給口８−１及び（複数の）第１嵌合部８−２を有する。
排出室９は、側板１６、側板１７、管板Ｂ１５、燃料ガス排出口９−１及び（複数の）第２嵌合部９−２を有する。
酸化剤ガス供給室７は、側板２８、管板Ａ１４、管板Ｂ１５、酸化剤ガス供給口７−１及び酸化剤ガス排出口７−２を有する。
なお、図１の構成は、本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
【００３２】
以下に各構成を詳細に説明する。
燃料電池セル管３は、多孔質セラミックスの円筒型の基体管である。外面上には、発電を行う燃料電池セル２１とリード膜２３（後述）を有する。燃料電池セル管３は、一端部を供給室８の管板Ａ１４に、開放されて嵌合（接合）されている。一端部に、集電（通電）用の配線３９−１が接続されている。同様に、他端部は排出室９の管板Ｂ１５に、開放されて嵌合（接合）されている。他端部に、集電（通電）用の配線３９−２が接続されている。
【００３３】
第１燃料室としての供給室８は、燃料ガス配管３８−３から燃料ガス供給口８−１を介して燃料ガス１を供給され、複数の各燃料電池セル管３の各々へ均等に燃料ガス１を供給する。側板１２の配線導入用のフランジ３９−１’を介して、配線３９−１が供給室８内部の燃料電池セル管３の一端部へ接続している。金属製の側板１２、側板１３及び管板Ａ１４により中空の直方体や円柱等の形状を有する。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【００３４】
第２燃料室としての排出室９は、燃料電池セル管３から排出される使用済み燃料ガス１を収集し、燃料ガス排出口９−１を介して燃料ガス配管３８−４へ送出する。側板１７の配線導入用のフランジ３９−２’を介して、配線３９−２が排出室９内部の燃料電池セル管３の他端部へ接続している。金属製の側板１６、側板１７及び管板Ｂ１５により中空の直方体や円柱等の形状を有する。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【００３５】
空気室としての酸化剤ガス供給室７は、酸化剤ガス配管３７−３から酸化剤ガス供給口７−１を介して酸化剤ガス２の供給を受け、燃料電池セル管３に供給する。そして、使用済みの酸化剤ガス２を酸化剤ガス排出口７−２を介して酸化剤ガス配管３７−４から送出する。供給室８（の管板Ａ１４）と排出室９（の管板Ｂ１５）との間にあり、それらと隔離され、燃料電池セル管３を含んでいる。管板Ａ１４及び管板Ｂ１５の近傍の内部に、断熱体１０（断熱体Ａ１０−１及び断熱体Ｂ１０−２）を固定している。ステンレスや耐熱合金などの金属製の室である。
【００３６】
供給室８（第１燃料室）の一側面としての第１管板である管板Ａ１４は、燃料電池セル管３を接続するための孔が（その数だけ）開口している。そして、燃料電池セル管３の一端部と、ガスの出入りが出来るように連結し、開放されて接合している。供給室８と酸化剤ガス供給室７とを隔てている。
【００３７】
排出室９（第２燃料室）の一側面としての第２管板である管板Ｂ１５は、燃料電池セル管３を接続するための孔が（その数だけ）開口している。燃料電池セル管３の他端部とガスの出入りが出来るように連結し、開放されて接合している。排出室９と酸化剤ガス供給室７とを隔てている。
【００３８】
断熱体１０は、管板Ａ１４及び管板Ｂ１５の近傍であって、供給室８及び排出室９の外側の酸化剤ガス供給室７内に固定されている。管板Ａ１４側が、断熱体Ａ１０−１であり、管板Ｂ１５側が、断熱体Ｂ１０−２である。断熱体Ｂ１０−２は、燃料電池セル管３上の端部近傍において、管板Ｂ１５と共に酸化剤ガス２の流路を形成し、その流通を制限している。また、断熱体１０は、燃料電池セル管３の発電部２２（後述）側の熱を遮断し、管板Ａ１４及び管板Ｂ１５、あるいは、第１嵌合部８−２及び第２嵌合部９−２を、熱的に保護する。断熱体１０は、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする断熱材に例示される。
【００３９】
図４（ｂ）に、断熱体１０（断熱体Ａ１０−１及び断熱体Ｂ１０−２）の正面図示す。断熱体１０は千鳥格子状に燃料電池セル管３用の孔１０−３が開口している。断熱体Ｂ１０−２の孔１０−３の直径は、燃料電池セル管３の直径よりもやや大きい。燃料電池セル管３と断熱体１０の孔１０−３を酸化剤ガス２が通過するためである。断熱体Ａ１０−１の孔１０−３’の直径は、燃料電池セル管３の直径と実質的に等しい。隙間を酸化剤ガス２が通過する必要がないからである。
ただし、本発明での燃料電池セル管３の配置等が、図４（ｂ）に限定されるものではない。
【００４０】
次に、図３を参照して、燃料電池セル管３の第２嵌合部９−２及びその周辺について説明する。
図３は、図２の燃料電池セル管３の１本分の第２嵌合部９−２及びその周辺について拡大した断面図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第２嵌合部９−２は、燃料電池セル２１と発電部２２とリード膜２３’とを含む燃料電池セル管３、管板Ｂ１５、シール剤２４’、第２嵌合リング２６’、充填材２７’及び集電部２５−２を備える。その周辺の酸化剤ガス２の流れを断熱体Ｂ１０−２が制限している。
【００４１】
燃料電池セル２１は、燃料電池セル管３の外面上に、形成された燃料電池のセルである。燃料電池セル２１同士は、インターコネクタ膜（図示せず）で接合されている。燃料電池セル管３の内側から拡散する燃料ガス１と、外側から供給される酸化剤ガス２とにより発電を行う。
発電部２２は、燃料電池セル管３上の燃料電池セル２１が複数ある領域である。
【００４２】
リード膜２３’は、発電部２２で発電された電力を導く一方の極としての導電性の膜である。供給室８側にも同様にあり、両膜から引き出した電極から電力を取り出す。
【００４３】
集電部２５−２は、リード膜２３’と配線３９−２とを接続する集電用の部材である。リード膜２３’の外面を覆うような環状の金属であり、内面をリード膜２３’と接している。一端部で配線３９−２と溶接している。
【００４４】
シール剤２４’は、第２嵌合リング２６’の外面と管板Ｂ１５の第２嵌合部９−２の内面と間の領域に充填されるガスシール剤である。排出室９の燃料ガス１と、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その周辺の最高使用温度に合わせたシール剤を用いる。
なお、第２嵌合リング２６’の表面と管板Ｂ１５の第２嵌合部９−２の内面とのすり合わせが非常に高精度の場合には、シール剤を用いない場合もある。
【００４５】
第２嵌合リング２６’は、その内径が燃料電池セル管３よりもやや大きい円筒状のリングである。その外面と管板Ｂ１５の第２嵌合部９−２の内面とが密接している。燃料電池セル管３の寸法ずれ、表面凹凸を、第２嵌合リング２６’と充填材２７’とが緩衝材として働き吸収する。
【００４６】
充填材２７’は、第２嵌合リング２６’の内面と燃料電池セル管３の外面との間の領域に充填されるガスシール剤かつ接着材である。排出室９の燃料ガス１と、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス２との間をガスシールする。また、燃料電池セル管３の寸法ずれを、その変形で吸収する。その周辺の最高使用温度に合わせてハンダ、接着剤や樹脂などを埋め込む方法などが使用できる。
【００４７】
断熱体Ｂ１０−２については既述の通りなのでその説明を省略する。
【００４８】
管板Ｂ１５は、第２嵌合リング２６’（及び燃料電池セル管３）を通す孔が、開口している。第２嵌合部３８−２の孔の直径は、第２嵌合リング２６’の直径より、やや小さい。このようにすることにより、図３で示すように、その孔に第２嵌合リング２６’を通した時、管板Ｂ１５の孔部の内周部分が、第２嵌合リング２６’を通した方向に内側に変形し、第２嵌合リング２６’の外周部と管板Ｂ１５の孔部の内周部分が密着する。
【００４９】
ここで、管板Ｂ１５について更に説明する。
図４（ａ）に、管板Ｂ１５の正面図を示す。図４（ａ）にあるように、管板Ｂ１５は千鳥格子状に第２嵌合リング２６’（及び燃料電池セル管３）用の孔３４が開口している。各孔３４の直径は、第２嵌合リング２６’の外径よりも小さい。
ただし、本発明での燃料電池セル管３の配置等が、図４（ａ）に限定されるものではない。
【００５０】
管板Ｂ１５に第２嵌合リング２６’を通して密着させる方法として、深絞り加工や、焼嵌め加工などの締り嵌め加工がある。孔３４は、締り嵌め加工を実施できるように、その直径が第２嵌合リング２６’の外径よりも小さい。ただし、第２嵌合リング２６’を用いず、直接燃料電池セル管３を通す場合には、燃料電池セル管３の外径よりも小さくする。また、管板Ｂ１５は、締り嵌め加工が可能で、かつ、燃料電池セル管３を支持することが可能な強度、弾性等の特性を有する材料及び板厚を有する。使用雰囲気（高温酸化雰囲気）を考慮すると、ステンレス鋼が好ましい。より好ましくは、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６のようなオーステナイト系ステンレス鋼である。板厚は、実験的に決定される。
【００５１】
管板Ｂ１５の孔３４の内周部分は、第２嵌合リング２６’と密接する際、締り嵌めによる弾性力により、強く密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時に、第２嵌合リング２６’（及びそれに接続している燃料電池セル管３）を強力に保持する。
【００５２】
第２嵌合リング２６’の表面を滑らかにする、あるいは、シール剤２４’を潤滑性（固体）のあるものにすれば、管板Ｂ１５の孔の内周面と第２嵌合リング２６’の外周面とを、ある大きさ以上の力で、互いに滑らせる（摺動する）ようにすることも可能である。力の大きさ及び滑り具合は、第２嵌合リング２６’の表面状態、シール剤２４’の種類等に基づいて、実験的に決定する。
摺動可動になると、熱膨張係数の違いにより、熱による伸びの相違が発生した場合でも、滑りで吸収することが可能となる。
【００５３】
次に、図５を参照して、燃料電池セル管３の第１嵌合部８−２及びその周辺について説明する。図５は、図３の燃料電池セル管３の１本分の第１嵌合部８−２及びその周辺について拡大した断面図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第１嵌合部８−２は、燃料電池セル２１と発電部２２とリード膜２３とを含む燃料電池セル管３、管板Ａ１４、シール剤２４、第１嵌合リング２６、充填材２７及び集電部２５−１を備える。その周辺の酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１に制限され管板Ａ１４に達しない。
【００５４】
図５で示す燃料電池セル管３の第１嵌合部８−２及びその周辺については、図４の第２嵌合部９−２及びその周辺と同様であるので、その説明を省略する。
【００５５】
断熱体Ａ１０−１は、図２での説明のとおりなのでその説明を省略する。
燃料電池セル２１と発電部２２とを含む燃料電池セル管３は、図３の説明の通りなのでその説明を省略する。管板Ａ１４、リード膜２３、シール剤２４、第１嵌合リング２６、充填材２７及び集電部２５−１は、図３の管板Ｂ１５、リード膜２３’、シール剤２４’、第２嵌合リング２６’、充填材２７’及び集電部２５−２に対応し、同様に考えられるので、その説明を省略する。
【００５６】
本実施例では、上記図３及び図５のように、第２嵌合リング２６’と充填材２７’及び第１嵌合リング２６と充填材２７を用いている。ただし、燃料電池セル管３の寸法精度及び表面仕上げの状態によって、それらを用いず、直接、管板Ｂ１５と燃料電池セル管３とを第２嵌合部９−２で嵌合、及び、管板Ａ１４と燃料電池セル管３とを第１嵌合部８−２で嵌合することも可能である。その場合、部材の点数が減称するので部品コストや製造コストを低減できる。
【００５７】
次に、本発明である燃料電池モジュールの起動方法（燃料電池モジュールの動作）の実施の形態に関して、図１、（図２）、図６、図７を参照して説明する。
【００５８】
図６は、図２の燃料電池セル管３の一本分及びその周辺を抜粋した断面図である。酸化剤ガス供給室７、酸化剤ガス排出口７−２、供給室８、排出室９、断熱体Ａ１０−１、断熱体Ｂ１０−２、管板Ａ１４、管板Ｂ１５、燃料電池セル２１、発電部２２を示す。
各構成は、既述の通りなのでその説明を省略する。
【００５９】
図７は、燃料電池モジュールの起動方法における時間ｔと発電部２２（燃料電池セル２１）の温度Ｔ（曲線Ｔで表示）、第１加熱部３１（又は第２加熱部３２）により酸化剤ガス２（又は燃料ガス１）に供給される熱量Ｑ（曲線Ｑで表示）、及び、発電部２２（燃料電池セル２１）に通電される電流の大きさＩ（曲線Ｉで表示）の関係（タイムスケジュール）を示す図である。この情報は、制御部３５の記憶部（図示せず）に格納されている。
左側の縦軸は、発電部２２（燃料電池セル２１）の温度Ｔを示す。右側の縦軸は、第１加熱部３１（又は第２加熱部３２）により酸化剤ガス２（又は燃料ガス１）に供給される熱量Ｑ、及び、発電部２２（燃料電池セル２１）に通電される電流の大きさＩの２つを示す。横軸は、時間ｔである。
【００６０】
次に、燃料電池モジュールの起動方法について説明する。
（１）時間０〜ｔ１
この範囲では、燃料電池セル２１が、予め設定された温度（図７における温度ＴＳ）になるまで、酸化剤ガス２及び燃料ガス１を第１加熱部３１及び第２加熱部３２により加熱しながら、燃料電池モジュール本体３３に供給する。各ガスの有する熱により、燃料電池セル２１が加熱される。温度ＴＳは、燃料電池セル２１が発電可能、かつ燃料電池セル２１が発電により劣化等を起こさない温度であって、できるだけ低い温度である。実験的に決定される。本実施例の固体電解質型の燃料電池セル２１では、５５０℃以上が好ましい。より好ましくは６００℃以上である。
ただし、電気ヒータなどにより、燃料電池モジュール本体３３を加熱して予め設定された温度にしても良い。
【００６１】
（１−１）酸化剤ガス２側（時間０〜ｔ１）
酸化剤ガス２は、予め予熱器で所定の温度（例えば４００℃）に予熱され、酸化剤ガス配管３７−１を経由して酸化剤流量制御弁４１に供給される。
そして、酸化剤流量制御弁４１に所定の流量に制御された酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−２を経由して第１加熱部３１へ供給される。
第１加熱部３１は、酸化剤ガス２が予め設定された第１温度Ｔ１０になるように、酸化剤ガス２を昇温（加熱）する。第１加熱部３１から酸化剤ガス２へ供給される熱量Ｑは、Ｑ０となる。
その後、酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−３経由で燃料電池モジュール本体３３へ供給される。燃料電池モジュール本体３３へ供給された酸化剤ガス２は、酸化剤ガス供給口７−１から酸化剤ガス供給室７に入る。そして、断熱体Ｂ１０−２と管板Ｂ１５とに挟まれ形成される流路（Ｅ）を、管板Ｂ１５に沿って移動する。
排出室９側の複数の燃料電池セル管３のいずれかに達した酸化剤ガス２は、第２嵌合部９−２近傍において、断熱体Ｂ１０−２の内面と燃料電池セル管３の外面との間の孔１０−３に入る。孔１０−３を通る酸化剤ガス２は、燃料電池セル管３の内部を通る燃料ガス１との間で、燃料電池セル管３の基体管を介して熱交換を行う。ただし、この段階では、まだ燃料ガス１の温度が高くないので、そのままの温度で、孔１０−３から出る。
発電部２２において、酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１に供給される。そして、その熱を発電部２２（燃料電池セル２１）へ供給することにより、燃料電池セル２１を昇温する。そして、酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１付近に達する。
酸化剤ガス２は、概ね断熱体Ａ１０−１の発電部２２側の面に沿って移動し、酸化剤ガス排出口７−２（Ｆ）に達する。そして、そこから酸化剤ガス配管３７−４へ送出される。
【００６２】
（１−２）燃料ガス１側（時間０〜ｔ１）
燃料ガス１は、予め予熱器で所定の温度（例えば４５０℃）に予熱され、燃料ガス配管３８−１を経由して燃料流量制御弁４２に供給される。
そして、燃料流量制御弁４２に所定の流量に制御された燃料ガス１は、燃料ガス配管３８−２を経由して第２加熱部３２へ供給される。
第２加熱部３２は、燃料ガス１が予め設定された第３温度Ｔ３０になるように、燃料ガス１を昇温（加熱）する。第２加熱部３２から燃料ガス１へ供給される熱量Ｑは、Ｑ０’となる。
その後、燃料ガス１は、燃料ガス配管３８−３経由で燃料電池モジュール本体３３へ供給される。燃料電池モジュール本体３３へ供給された燃料ガス１は、燃料ガス供給口８−１から供給室８に入る。そして、供給室８に全体に広がる。供給室８に広がった燃料ガス１は、燃料電池セル管３の一端部（Ｃ）から、燃料電池セル管３内へばらつきの無い流量で流入する。
燃料ガス１は、断熱体Ａ１０−１付近から発電部２２付近（Ａ）で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行う。ただし、この段階では、まだ酸化剤ガス２の温度が高くないので、そのままの温度で、燃料電池セル管３内を進み、発電部２２付近に達する。
発電部２２において、燃料ガス１は、燃料電池セル２１に供給される。そして、その熱を発電部２２（燃料電池セル２１）へ供給することにより、燃料電池セル２１を昇温する。燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近（Ｂ）に達する。
燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近から第２嵌合部９−２付近で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行う。ただし、この段階では、まだ燃料ガス１の温度が高くないので、そのままの温度で、燃料電池セル管３の他端部（Ｄ）に達する。そして、他端部から排出室９へ送出される。
排出室９の燃料ガス１は、燃料ガス排出口９−１から燃料ガス配管３８−４へ送出される。
【００６３】
このとき（時間ｔ１）、発電部２２の温度は、燃料電池セル２１の発電が可能な温度Ｔｓ（図７）となる。
なお、第１加熱部３１のみ、又は第２加熱部３２（１−１）のみでも、プロセス温度Ｔｓに達することは可能である。その場合、第１加熱部３１、又は第２加熱部３２の加熱量の調整、酸化剤ガス２、又は燃料ガス１の流量の調整を行うことにより実施できる。
【００６４】
（２）時間ｔ１〜ｔ２
この範囲では、燃料電池セル２１が、予め設定された温度（図７における温度ＴＳ）に到達したので、燃料電池セル２１に通電を行う。この段階（時間ｔ１）で、Ａ〜Ｆ、発電部２２は、概ね温度ＴＳとなっている。
温度Ｔの計測は、燃料電池セル２１（燃料電池モジュール本体３３）の開放電圧により確認できる。すなわち、制御部３５は、スイッチ４３をＯＮにし、負荷制御部３６を燃料電池モジュール本体３３に接続する。ただし、電流が流れないように、負荷制御部３６を制御する。制御部３５は、負荷制御部３６で計測する燃料電池モジュール本体３３の電圧（開放電圧）を計測し、制御部３５の記憶部（図示せず）に有する温度と開放電圧との関係の表を参照して、燃料電池セル２１の温度Ｔとする。
なお、温度センサを然るべき位置（燃料電池セル２１の近傍、各室内部）に設置し、その値を用いても良い。
【００６５】
制御部３５は、温度Ｔが予め設定された温度ＴＳ以上であることを確認後、負荷制御部３６を制御し、予め設定されたスケジュール（図７、ｔ−Ｉの関係）に基づいて、電流Ｉを上げて行く。そのとき、燃料電池セル２１に電流Ｉが流れると、燃料電池セル２１の内部抵抗によりジュール熱が発生する。燃料電池セル２１は、その熱により自身の温度を上昇させる。
電流Ｉの上昇は、例えば、負荷制御部３６が内部に負荷を有している場合には、その大きさを減少させることにより行う。その場合、制御部３５は、負荷制御部３６の大きさと電流Ｉとの関係を示す情報を記憶部（図示せず）に格納している。負荷制御部３６がＤＣ／ＤＣコンバータの場合には、それを制御することにより行う。
制御部３５は、燃料電池セル２１に電流Ｉを流し始めると同時に、予め設定されたスケジュール（図７、ｔ−Ｑの関係）に基づいて、第１加熱部３１及び第２加熱部３２から各ガスに供給する熱量Ｑを減少させる。熱量Ｑの減少は、例えば、バーナに供給する燃料の減少で行う。その場合、制御部３５は、燃料の供給量と熱量Ｑとの関係を示す情報を記憶部（図示せず）に格納している。
【００６６】
図７のｔ−Ｑの関係及びｔ−Ｉの関係については、第１加熱部３１及び第２加熱部３２から各ガスに供給する熱量Ｑが減少しても、ジュール熱による燃料電池セル２１の発熱により燃料電池セル２１の温度が上昇するように、また、起動時間０〜ｔ２が所望の長さとなるように、燃料ガス１及び酸化剤ガス２の流量、電流Ｉ及び熱量Ｑの大きさ及び変化速度が設定されている。それらは、燃料電池モジュール本体３３の諸特性により決まるものであり、予め実験やシミュレーション等を行い決定する。
また、電流Ｉの大きさは、燃料電池セル２１で通電可能、燃料電池セル２１が経時劣化等のセル性能の劣化を起こさない、燃料電池セルのセル電圧が負電位にならない、等の条件を考慮して設定されれる。それは、燃料電池セル２１の諸特性により決まるもので、予め実験やシミュレーション等を行い決定する。例えば、高燃料利用率で低セル出力（低電流Ｉ）の状態（無駄な発熱が多い状態）となる電流Ｉの大きさ、あるいは、各温度における燃料電池モジュール本体３３の開放電圧に対して、燃料電池モジュール本体３３の電圧がその８０％よりも小さくならない大きさ、等である。
【００６７】
（２−１）酸化剤ガス２側（時間ｔ１〜ｔ２）
第１加熱部３１は、図７、ｔ−Ｑの関係に基づいて、酸化剤ガス２の加熱を少なくし、その温度を低下させる。第１加熱部３１から酸化剤ガス２へ供給される熱量Ｑは減少する。
その後、酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−３−酸化剤ガス供給口７−１−酸化剤ガス供給室７の断熱体Ｂ１０−２と管板Ｂ１５とに挟まれ形成される流路（Ｅ）−孔１０−３を経由する。
孔１０−３を通る酸化剤ガス２は、燃料電池セル管３の内部を通る燃料ガス１との間で、燃料電池セル管３の基体管を介して熱交換を行う。燃料ガス２１は、燃料電池セル２１の自己の発熱により加熱されている。そして、酸化剤ガス２の温度が上昇して孔１０−３から出る。
発電部２２において、酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１に供給される。そして、発電部２２（燃料電池セル２１）の自己の発熱により加熱されて昇温される。酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１付近に達する。
酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１付近で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の内面に沿って流れる燃料ガス１と熱交換を行い、降温される。
そして、概ね断熱体Ａ１０−１の発電部２２側の面に沿って移動し、酸化剤ガス排出口７−２（Ｆ）に達し、そこから酸化剤ガス配管３７−４へ送出される。
【００６８】
（２−２）燃料ガス１側（時間ｔ１〜ｔ２）
第２加熱部３２は、図７、ｔ−Ｑの関係に基づいて、燃料ガス１の加熱を少なくし、その温度を低下させる。第２加熱部３２から燃料ガス１へ供給される熱量Ｑは減少する。
その後、燃料ガス１は、燃料ガス配管３８−３経由−燃料ガス供給口８−１燃料電池セル管３の一端部（Ｃ）を経由する。
燃料ガス１は、断熱体Ａ１０−１付近から発電部２２付近（Ａ）で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行う。酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１の自己の発熱により加熱されている。そして、温度が上昇して、燃料電池セル管３内を進み、発電部２２付近に達する。
発電部２２において、燃料ガス１は、燃料電池セル２１に供給される。そして、発電部２２（燃料電池セル２１）の自己の発熱により加熱されて昇温される。燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近（Ｂ）に達する。
燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近から第２嵌合部９−２付近で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行い、降温される。
そして、燃料ガス１は、そして、他端部（Ｄ）から排出室９へ送出され、燃料ガス排出口９−１から燃料ガス配管３８−４へ送出される。
【００６９】
このとき（時間ｔ２）、発電部２２の温度は、燃料電池セル２１の定格運転が可能な温度Ｔ０（図７）となる。
【００７０】
（３）時間ｔ２以降
燃料ガス１及び酸化剤ガス２は、燃料電池モジュール外部の予熱器で予め加熱された所定の温度で、燃料電池モジュール本体３３へ供給される。その際、第１加熱部３１及び第２加熱部３２は停止され、そこでの予熱は行われない。
燃料電池セル２１は、自己の発熱により運転温度（９００℃〜１０００℃）に達し、自立運転の状態となる。
燃料ガス１及び酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１の発熱を用い、燃料ガス１及び酸化剤ガス２相互の熱交換により、それぞれの温度を上昇させ、燃料電池セル２１へ供給される。
制御部３５は、スイッチ４３をＯＦＦし、通常の負荷へ燃料電池モジュール本体３３の接続を切り替える。そして、以降の運転は通常の運転となる。
【００７１】
なお、第２加熱部３２を用いず、酸化剤ガス２側の第１加熱部３１のみを用いても本発明は実施可能である。その場合、燃料ガス１の加熱は予熱器による予熱のみで、燃料電池モジュール本体３３に導入され、酸化剤ガス２及び燃料電池セル２１との熱交換により昇温する。
同様に、第１加熱部３１を用いず、燃料ガス１側の第２加熱部３２のみを用いても本発明は実施可能である。その場合、酸化剤ガス２の加熱は予熱器による予熱のみで、燃料電池モジュール本体３３に導入され、燃料ガス１及び燃料電池セル２１との熱交換により昇温する。
【００７２】
更に、第１加熱部３１と第２加熱部３２を途中から用いず、予め設定された温度（ＴＳ、あるいはＴＳ〜運転温度の間のある温度）以上は、燃料電池セル２１のジュール熱のみで燃料電池モジュールを加熱し、運転温度まで昇温することも可能である。すなわち、燃料電池セル（燃料電池モジュール）が熱的に自立した段階で、第１加熱部３１と第２加熱部３２を停止し、熱の補給を中止する。その場合、燃料ガス１及び酸化剤ガス２の加熱は、燃料電池モジュール外部の予熱器による予熱のみで、燃料電池モジュール本体３３に導入され、燃料電池セル２１との熱交換により昇温する。
【００７３】
以上の起動方法により、気体を加熱し、加熱された気体の伝熱により燃料電池セルを加熱する方法に比較して、より迅速に燃料電池セルを昇温することができる。それにより、燃料電池モジュールの起動にかかる時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００７４】
また、上記実施例では、図７のスケジュールに基づいて、燃料電池セル２１に通電する電流を設定していた。ただし、制御部３５は、燃料電池セル２１の温度、又はその近傍の温度を温度センサを用いて計測し、その温度に基づいて、対応する燃料電池セル２１の開放電圧（予め測定、制御部３５の記憶部に格納）に対する所望の割合になるように、燃料電池セル２１の電流を決定することも可能である。
その場合、第１加熱部３１及び第２加熱部３２は、例えば、燃料電池セル２１に通電される電流の大きさ又は電流により発生する熱（ジュール熱）に基づいて、加熱温度を決定する。
【００７５】
あるいは、燃料電池セル２１の温度、又はその近傍の温度に基づいて、図７のＴ−Ｉの関係を用いて、燃料電池セル２１の電流を決定することも可能である。その場合、図７のＴ−Ｑの関係を用いて、第１加熱部３１及び第２加熱部３２での加熱温度を決定する。
【００７６】
また、本実施例では、燃料ガス１及び酸化剤ガス２は、一定の流量で行っている。ただし、制御部３５は、燃料電池セル２１に通電する電流の大きさの変動に対応させて、燃料流量制御弁４２及び酸化剤流量制御弁４１を制御して、流量（又は利用率）の大きさを変動させることも可能である。この場合、変動する流量（又は利用率）の大きさは、予め実験やシミュレーションで設定する。そして、その電流の大きさと流量（又は利用率）の大きさとの関係を示すデータは、制御部３５に格納されている。
【００７７】
本発明では、燃料電池セル２１自身のジュール熱を用いて、燃料電池セル２１の加熱を直接的に行っているので、熱ロスがほとんどなく、効率的に昇温することが可能である。
その場合、燃料電池セル２１の電力を引き出す配線に、専用の負荷を接続するだけで、実施できる。すなわち、大幅な設計変更が不要で低コストで、起動時間の短縮が可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
燃料電池モジュールにおいて、気体の加熱による昇温に加えて、より迅速に燃料電池セルを昇温し、起動時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である燃料電池モジュールの実施の形態を示す構成図である。
【図２】燃料電池モジュール本体の構成を示す断面図である。
【図３】燃料電池セル管の１本分の第２嵌合部及びその周辺の拡大した断面図である。
【図４】（ａ）燃料電池モジュール本体における管板の正面図である。
（ｂ）燃料電池モジュール本体における断熱体の正面図である。
【図５】燃料電池セル管の１本分の第１嵌合部及びその周辺の拡大した断面図である。
嵌合リングを用いない場合の第２嵌合部及びその周辺の拡大した断面図である。
【図６】燃料電池セル管の一本分及びその周辺を抜粋した断面図である。
【図７】時間ｔと発電部の温度Ｔ、ガスに供給される熱量Ｑ及び発電部の電流Ｉの関係（タイムスケジュール）を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料ガス
２ 酸化剤ガス
３ 燃料電池セル管
７ 酸化剤ガス供給室
７−１ 酸化剤ガス供給口
７−２ 酸化剤ガス排出口
８ 供給室
８−１ 燃料ガス供給口
８−２ 第１嵌合部
９ 排出室
９−１ 燃料ガス排出口
９−２ 第２嵌合部
１０ 断熱体
１０−１ 断熱体Ａ
１０−２ 断熱体Ｂ
１０−３ 孔
１２ 側板
１３ 側板
１４ 管板Ａ
１５ 管板Ｂ
１６ 側板
１７ 側板
２１ 燃料電池セル
２２ 発電部
２３（’） リード膜
２４（’） シール剤
２５−１〜２５−２ 集電部
２６ 第１嵌合リング
２６’ 第２嵌合リング
２７（’） 充填材
２８ 側板
３１ 第１加熱部
３２ 第２加熱部
３３ 燃料電池モジュール本体
３４ 孔
３５ 制御部
３６ 負荷制御部
３７−１〜３７−４ 酸化剤ガス配管
３８−１〜３８−４ 燃料ガス配管
３９−１〜３９−３ 配線
４１ 酸化剤流量制御弁
４２ 燃料流量制御弁
４３ スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法に関し、特に、起動時間を短縮した燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質燃料電池モジュールの起動の際、燃料電池モジュール（燃料電池セル）の昇温方法として、燃料電池モジュールに流通させる酸化剤ガス及び燃料ガスの温度を徐々に昇温することにより昇温する方法が知られている。あるいは、燃料電池モジュール内をヒーターなどで加熱することにより昇温する方法が知られている。また、これらの方法を併用することも行われている。
【０００３】
これらの方法は、気体を加熱し、加熱された気体の伝熱により燃料電池セルを加熱する。すなわち、間接的に燃料電池セルを加熱している。気体の熱容量は大きくなく、昇温に時間がかかることになる。また、熱の伝達も速くないので、気体の温度を急激に昇温したとしても、必ずしも燃料電池セルの昇温速度が向上するわけではない。加えて、酸化剤ガスや燃料ガスを加熱、流通させる場合、加熱場所と燃料電池セルの場所とが離れているため、熱のロスも考えられる。
【０００４】
気体の加熱による昇温に加えて、より迅速に燃料電池セルを昇温することが可能な技術が求められている。燃料電池セルを直接的に昇温することが出来る技術が求められている。燃料電池セルを熱のロスの少なく昇温することが可能な技術が望まれている。大幅な設計変更が不要で低コストで実施可能な技術が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、気体の加熱による昇温に加えて、より迅速に燃料電池セルを昇温することが可能な燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、燃料電池セルを直接的に昇温することが出来る燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、燃料電池セルを熱のロスの少なく昇温することが可能な燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、大幅な設計変更が不要で低コストで実施可能な燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付で付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
従って、上記課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールは、制御部（３５）と、第１加熱部（３１）と、燃料電池セル（２１）とを具備する。第１加熱部（３１）は、酸化剤ガス（２）を加熱する。燃料電池セル（２１）は、酸化剤ガス（２）と、燃料ガス（１）とを供給され、発電を行う。制御部（３５）は、起動時に、燃料電池セル（２１）に予め設定された第１電流（Ｉ）を流すように燃料電池セル（２１）を制御する。また、酸化剤ガス（２）を予め設定された第１温度にするように第１加熱部（３１）を制御する。
【００１１】
また、本発明の燃料電池モジュールは、制御部（３５）と、第２加熱部（３２）と、燃料電池セル（２１）とを具備する。第２加熱部（３２）は、燃料ガス（１）を加熱する。燃料電池セル（２１）は、酸化剤ガス（２）と、燃料ガス（１）とを供給され、発電を行う。制御部（３５）は、起動時に、燃料電池セル（２１）に予め設定された第１電流（Ｉ）を流すように燃料電池セル（２１）を制御する。また、燃料ガス（１）を予め設定された第３温度にするように第２加熱部（３２）を制御する。
【００１２】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、燃料電池セル（２１）の温度に対応する第２温度を測定する温度センサ（図示せず）を更に具備する。そして、制御部（３５）は、燃料電池セル（２１）の制御を、その第２温度に基づいて行う。
【００１３】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、燃料電池セル（２１）に電気的に接続され、第１電流（Ｉ）を制御する負荷制御部（３６）を更に具備する。そして、制御部（３５）は、燃料電池セル（２１）の制御を、前記負荷制御部（３６）の制御により行なう。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するステップと、予め設定された初期温度（ＴＳ）に昇温された燃料電池セル（２１）に、予め設定されたスケジュール（図７）、燃料電池セル（２１）の温度及び燃料電池セル（２１）の電圧の少なくとも一つに基づいて、第１電流（Ｉ）を流すステップとを具備する。
【００１５】
また、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するステップが、酸化剤ガス（２）を昇温するステップを具備する。
【００１６】
また、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、第１電流（Ｉ）を流すステップが、第１電流（Ｉ）の増加に基づいて、酸化剤ガス（２）を降温するステップを具備する。
【００１７】
更に、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するステップが、燃料ガス（１）を昇温するステップを具備する。
【００１８】
更に、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、第１電流（Ｉ）を流すステップが、第１電流（Ｉ）の増加に基づいて、燃料ガス（１）を降温するステップを具備する。
【００１９】
更に、本発明の燃料電池モジュールの起動方法は、第１電流（Ｉ）を流すステップが、第１電流（Ｉ）の大きさの基づいて、燃料電池セル（２１）の燃料利用率が予め設定された値になるように燃料ガス（１）を燃料電池セル（２１）に供給するステップを具備する。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に関わるプログラムは、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）及び酸化剤ガス（２）を供給するように燃料流量制御弁（４２）及び酸化剤流量制御弁（４１）を制御するステップと、予め設定されたスケジュール（図７）、燃料電池セル（２１）の温度及び燃料電池セル（２１）の電圧の少なくとも一つを取得するステップと、予め設定された初期温度（ＴＳ）に昇温された燃料電池セル（２１）に、予め設定されてたスケジュール（図７）、燃料電池セル（２１）の温度及び燃料電池セル（２１）の電圧の少なくとも一つに基づいて、第１電流（Ｉ）を流すように燃料電池セル（２１）に接続された負荷を制御するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【００２１】
また、本発明に関わるプログラムは、酸化剤流量制御弁（４１）で制御された酸化剤ガス（２）を昇温するように加熱器（３１）を制御するステップを更に具備する上記の方法をコンピュータに実行させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である燃料電池モジュールの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、円筒型の固体電解質燃料電池モジュールについて例を示して説明する。ただし、他のタイプ（固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型など）の燃料電池モジュールへも適用が可能である。なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。
【００２３】
図１は、本発明である燃料電池モジュールの実施の形態を示す構成図である。燃料電池モジュールは、燃料電池モジュール本体３３、制御部３５、第１加熱部３１、第２加熱部３２、負荷制御部３６、酸化剤制御弁４１、燃料制御弁４２及びスイッチ４３を具備する。
また、酸化剤ガス配管３７−１〜３７−４、燃料ガス配管３８−１〜３８−４及び配線３９−１〜３９−３を備える。
【００２４】
燃料電池モジュール本体３３は、酸化剤ガス配管３７−３を介して供給される酸化剤ガス２と、燃料ガス配管３８−３を介して供給される燃料ガス１とを用いて発電を行う。燃料電池モジュール本体３３で使用済みの燃料ガス１（生成した水蒸気を含む）は、燃料ガス配管３８−４へ送出される。燃料電池モジュール本体３３で使用済みの酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−４へ送出される。
また、燃料電池セルに負荷を接続する配線３９−１〜３９−２が接続されている。
【００２５】
酸化剤制御弁４１は、酸化剤ガス配管３７−１を介して供給される酸化剤ガス２の流量を制御し、酸化剤ガス配管３７−２へ送出する。制御部３５により、制御される。
第１加熱部３１は、酸化剤ガス配管３７−２から酸化剤ガス２を供給され、所望の温度（第１温度）に昇温し、酸化剤ガス配管３７−３へ送出する。制御部３５により、第１温度の設定を含め制御される。第１加熱部は、助燃バーナや電気ヒータを有する加熱器に例示される。
【００２６】
燃料制御弁４２は、燃料ガス配管３８−１を介して供給される燃料ガス１の流量を制御し、燃料ガス配管３８−２へ送出する。制御部３５により、制御される。
第２加熱部３２は、燃料ガス配管３８−２から燃料ガス１を供給され、所望の温度（第３温度）に昇温し、燃料ガス配管３８−３へ送出する。制御部３５により、第３温度の設定も含め制御される。第２加熱部は、助燃バーナや電気ヒータを有する加熱器に例示される。
【００２７】
負荷制御部３６は、燃料電池モジュール本体３３の燃料電池セルに所望の電流を流すように燃料電池モジュール本体３３を制御する。燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）の電流、電圧を計測可能である。燃料電池モジュール本体３３とは、配線３９−１〜３９−３で接続している。制御部３５により、制御される。
負荷制御部３６は、例えば、内部に大きさが可変の負荷（図示せず）を有する。その場合、燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）の電流、電圧に基づいて、その負荷の大きさを制御することにより、燃料電池セルに所望の電流を流すことが出来る。なお、燃料電池モジュール本体３３は、電力を供給する外部負荷に対して配線３９−１〜３９−３とは別の配線で接続している。そして、起動時には接続をＯＦＦしている。
負荷制御部３６は、また、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。その場合、燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）の電流を所望の値になるように制御することが出来る。燃料電池モジュール本体３３は、電力を供給する外部負荷とはＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続している。そして、起動時には、供給可能な大きさの電力を外部負荷へ供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して２次電池に接続し、起動時には、電力をそこへ蓄積し、外部負荷との接続をＯＦＦしても良い。
【００２８】
スイッチ４３は、燃料電池モジュール本体３３（燃料電池セル）に電流を流す際にＯＮにする。配線３９−２と配線３９−３との間に介説されている。制御部３５により、制御される。
【００２９】
制御部３５は、燃料電池モジュールの各構成（燃料電池モジュール本体３３、第１加熱部３１、第２加熱部３２、負荷制御部３６、酸化剤制御弁４１、燃料制御弁４２及びスイッチ４３）の動作を制御する。
そして、予め設定された燃料電池モジュールの起動スケジュール（図７の関係）を示す情報、負荷制御部３６における負荷の大きさと電流Ｉとの関係を示す情報、第１加熱部３１及び第２加熱部３２への燃料の供給量と熱量Ｑとの関係を示す情報、等を記憶部（図示せず）に格納している。
【００３０】
ここで、燃料ガス１は、水素を含むガスと水蒸気との混合ガスである。燃料ガス１は、炭化水素（例示：メタン、プロパン、ガソリン、灯油、軽油、メタノール）を水蒸気改質した水素及び一酸化炭素を主成分とするガス、又は水素ガスと水蒸気との混合ガスに例示される。
酸化剤ガス２は、酸素を含むガスである。酸化剤ガス２は、空気に例示される。
【００３１】
次に、燃料電池モジュールについて更に説明する。
図２は、図１に示す燃料電池モジュール本体の構成を示す断面図である。燃料電池モジュール本体３３は、複数の燃料電池セル管３、酸化剤ガス供給室７、供給室８、排出室９、断熱体１０（−１〜２）を備える。
供給室８は、側板１２、側板１３、管板Ａ１４、燃料ガス供給口８−１及び（複数の）第１嵌合部８−２を有する。
排出室９は、側板１６、側板１７、管板Ｂ１５、燃料ガス排出口９−１及び（複数の）第２嵌合部９−２を有する。
酸化剤ガス供給室７は、側板２８、管板Ａ１４、管板Ｂ１５、酸化剤ガス供給口７−１及び酸化剤ガス排出口７−２を有する。
なお、図１の構成は、本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
【００３２】
以下に各構成を詳細に説明する。
燃料電池セル管３は、多孔質セラミックスの円筒型の基体管である。外面上には、発電を行う燃料電池セル２１とリード膜２３（後述）を有する。燃料電池セル管３は、一端部を供給室８の管板Ａ１４に、開放されて嵌合（接合）されている。一端部に、集電（通電）用の配線３９−１が接続されている。同様に、他端部は排出室９の管板Ｂ１５に、開放されて嵌合（接合）されている。他端部に、集電（通電）用の配線３９−２が接続されている。
【００３３】
第１燃料室としての供給室８は、燃料ガス配管３８−３から燃料ガス供給口８−１を介して燃料ガス１を供給され、複数の各燃料電池セル管３の各々へ均等に燃料ガス１を供給する。側板１２の配線導入用のフランジ３９−１’を介して、配線３９−１が供給室８内部の燃料電池セル管３の一端部へ接続している。金属製の側板１２、側板１３及び管板Ａ１４により中空の直方体や円柱等の形状を有する。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【００３４】
第２燃料室としての排出室９は、燃料電池セル管３から排出される使用済み燃料ガス１を収集し、燃料ガス排出口９−１を介して燃料ガス配管３８−４へ送出する。側板１７の配線導入用のフランジ３９−２’を介して、配線３９−２が排出室９内部の燃料電池セル管３の他端部へ接続している。金属製の側板１６、側板１７及び管板Ｂ１５により中空の直方体や円柱等の形状を有する。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【００３５】
空気室としての酸化剤ガス供給室７は、酸化剤ガス配管３７−３から酸化剤ガス供給口７−１を介して酸化剤ガス２の供給を受け、燃料電池セル管３に供給する。そして、使用済みの酸化剤ガス２を酸化剤ガス排出口７−２を介して酸化剤ガス配管３７−４から送出する。供給室８（の管板Ａ１４）と排出室９（の管板Ｂ１５）との間にあり、それらと隔離され、燃料電池セル管３を含んでいる。管板Ａ１４及び管板Ｂ１５の近傍の内部に、断熱体１０（断熱体Ａ１０−１及び断熱体Ｂ１０−２）を固定している。ステンレスや耐熱合金などの金属製の室である。
【００３６】
供給室８（第１燃料室）の一側面としての第１管板である管板Ａ１４は、燃料電池セル管３を接続するための孔が（その数だけ）開口している。そして、燃料電池セル管３の一端部と、ガスの出入りが出来るように連結し、開放されて接合している。供給室８と酸化剤ガス供給室７とを隔てている。
【００３７】
排出室９（第２燃料室）の一側面としての第２管板である管板Ｂ１５は、燃料電池セル管３を接続するための孔が（その数だけ）開口している。燃料電池セル管３の他端部とガスの出入りが出来るように連結し、開放されて接合している。排出室９と酸化剤ガス供給室７とを隔てている。
【００３８】
断熱体１０は、管板Ａ１４及び管板Ｂ１５の近傍であって、供給室８及び排出室９の外側の酸化剤ガス供給室７内に固定されている。管板Ａ１４側が、断熱体Ａ１０−１であり、管板Ｂ１５側が、断熱体Ｂ１０−２である。断熱体Ｂ１０−２は、燃料電池セル管３上の端部近傍において、管板Ｂ１５と共に酸化剤ガス２の流路を形成し、その流通を制限している。また、断熱体１０は、燃料電池セル管３の発電部２２（後述）側の熱を遮断し、管板Ａ１４及び管板Ｂ１５、あるいは、第１嵌合部８−２及び第２嵌合部９−２を、熱的に保護する。断熱体１０は、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする断熱材に例示される。
【００３９】
図４（ｂ）に、断熱体１０（断熱体Ａ１０−１及び断熱体Ｂ１０−２）の正面図示す。断熱体１０は千鳥格子状に燃料電池セル管３用の孔１０−３が開口している。断熱体Ｂ１０−２の孔１０−３の直径は、燃料電池セル管３の直径よりもやや大きい。燃料電池セル管３と断熱体１０の孔１０−３を酸化剤ガス２が通過するためである。断熱体Ａ１０−１の孔１０−３’の直径は、燃料電池セル管３の直径と実質的に等しい。隙間を酸化剤ガス２が通過する必要がないからである。
ただし、本発明での燃料電池セル管３の配置等が、図４（ｂ）に限定されるものではない。
【００４０】
次に、図３を参照して、燃料電池セル管３の第２嵌合部９−２及びその周辺について説明する。
図３は、図２の燃料電池セル管３の１本分の第２嵌合部９−２及びその周辺について拡大した断面図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第２嵌合部９−２は、燃料電池セル２１と発電部２２とリード膜２３’とを含む燃料電池セル管３、管板Ｂ１５、シール剤２４’、第２嵌合リング２６’、充填材２７’及び集電部２５−２を備える。その周辺の酸化剤ガス２の流れを断熱体Ｂ１０−２が制限している。
【００４１】
燃料電池セル２１は、燃料電池セル管３の外面上に、形成された燃料電池のセルである。燃料電池セル２１同士は、インターコネクタ膜（図示せず）で接合されている。燃料電池セル管３の内側から拡散する燃料ガス１と、外側から供給される酸化剤ガス２とにより発電を行う。
発電部２２は、燃料電池セル管３上の燃料電池セル２１が複数ある領域である。
【００４２】
リード膜２３’は、発電部２２で発電された電力を導く一方の極としての導電性の膜である。供給室８側にも同様にあり、両膜から引き出した電極から電力を取り出す。
【００４３】
集電部２５−２は、リード膜２３’と配線３９−２とを接続する集電用の部材である。リード膜２３’の外面を覆うような環状の金属であり、内面をリード膜２３’と接している。一端部で配線３９−２と溶接している。
【００４４】
シール剤２４’は、第２嵌合リング２６’の外面と管板Ｂ１５の第２嵌合部９−２の内面と間の領域に充填されるガスシール剤である。排出室９の燃料ガス１と、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その周辺の最高使用温度に合わせたシール剤を用いる。
なお、第２嵌合リング２６’の表面と管板Ｂ１５の第２嵌合部９−２の内面とのすり合わせが非常に高精度の場合には、シール剤を用いない場合もある。
【００４５】
第２嵌合リング２６’は、その内径が燃料電池セル管３よりもやや大きい円筒状のリングである。その外面と管板Ｂ１５の第２嵌合部９−２の内面とが密接している。燃料電池セル管３の寸法ずれ、表面凹凸を、第２嵌合リング２６’と充填材２７’とが緩衝材として働き吸収する。
【００４６】
充填材２７’は、第２嵌合リング２６’の内面と燃料電池セル管３の外面との間の領域に充填されるガスシール剤かつ接着材である。排出室９の燃料ガス１と、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス２との間をガスシールする。また、燃料電池セル管３の寸法ずれを、その変形で吸収する。その周辺の最高使用温度に合わせてハンダ、接着剤や樹脂などを埋め込む方法などが使用できる。
【００４７】
断熱体Ｂ１０−２については既述の通りなのでその説明を省略する。
【００４８】
管板Ｂ１５は、第２嵌合リング２６’（及び燃料電池セル管３）を通す孔が、開口している。第２嵌合部３８−２の孔の直径は、第２嵌合リング２６’の直径より、やや小さい。このようにすることにより、図３で示すように、その孔に第２嵌合リング２６’を通した時、管板Ｂ１５の孔部の内周部分が、第２嵌合リング２６’を通した方向に内側に変形し、第２嵌合リング２６’の外周部と管板Ｂ１５の孔部の内周部分が密着する。
【００４９】
ここで、管板Ｂ１５について更に説明する。
図４（ａ）に、管板Ｂ１５の正面図を示す。図４（ａ）にあるように、管板Ｂ１５は千鳥格子状に第２嵌合リング２６’（及び燃料電池セル管３）用の孔３４が開口している。各孔３４の直径は、第２嵌合リング２６’の外径よりも小さい。
ただし、本発明での燃料電池セル管３の配置等が、図４（ａ）に限定されるものではない。
【００５０】
管板Ｂ１５に第２嵌合リング２６’を通して密着させる方法として、深絞り加工や、焼嵌め加工などの締り嵌め加工がある。孔３４は、締り嵌め加工を実施できるように、その直径が第２嵌合リング２６’の外径よりも小さい。ただし、第２嵌合リング２６’を用いず、直接燃料電池セル管３を通す場合には、燃料電池セル管３の外径よりも小さくする。また、管板Ｂ１５は、締り嵌め加工が可能で、かつ、燃料電池セル管３を支持することが可能な強度、弾性等の特性を有する材料及び板厚を有する。使用雰囲気（高温酸化雰囲気）を考慮すると、ステンレス鋼が好ましい。より好ましくは、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６のようなオーステナイト系ステンレス鋼である。板厚は、実験的に決定される。
【００５１】
管板Ｂ１５の孔３４の内周部分は、第２嵌合リング２６’と密接する際、締り嵌めによる弾性力により、強く密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時に、第２嵌合リング２６’（及びそれに接続している燃料電池セル管３）を強力に保持する。
【００５２】
第２嵌合リング２６’の表面を滑らかにする、あるいは、シール剤２４’を潤滑性（固体）のあるものにすれば、管板Ｂ１５の孔の内周面と第２嵌合リング２６’の外周面とを、ある大きさ以上の力で、互いに滑らせる（摺動する）ようにすることも可能である。力の大きさ及び滑り具合は、第２嵌合リング２６’の表面状態、シール剤２４’の種類等に基づいて、実験的に決定する。
摺動可動になると、熱膨張係数の違いにより、熱による伸びの相違が発生した場合でも、滑りで吸収することが可能となる。
【００５３】
次に、図５を参照して、燃料電池セル管３の第１嵌合部８−２及びその周辺について説明する。図５は、図３の燃料電池セル管３の１本分の第１嵌合部８−２及びその周辺について拡大した断面図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第１嵌合部８−２は、燃料電池セル２１と発電部２２とリード膜２３とを含む燃料電池セル管３、管板Ａ１４、シール剤２４、第１嵌合リング２６、充填材２７及び集電部２５−１を備える。その周辺の酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１に制限され管板Ａ１４に達しない。
【００５４】
図５で示す燃料電池セル管３の第１嵌合部８−２及びその周辺については、図４の第２嵌合部９−２及びその周辺と同様であるので、その説明を省略する。
【００５５】
断熱体Ａ１０−１は、図２での説明のとおりなのでその説明を省略する。
燃料電池セル２１と発電部２２とを含む燃料電池セル管３は、図３の説明の通りなのでその説明を省略する。管板Ａ１４、リード膜２３、シール剤２４、第１嵌合リング２６、充填材２７及び集電部２５−１は、図３の管板Ｂ１５、リード膜２３’、シール剤２４’、第２嵌合リング２６’、充填材２７’及び集電部２５−２に対応し、同様に考えられるので、その説明を省略する。
【００５６】
本実施例では、上記図３及び図５のように、第２嵌合リング２６’と充填材２７’及び第１嵌合リング２６と充填材２７を用いている。ただし、燃料電池セル管３の寸法精度及び表面仕上げの状態によって、それらを用いず、直接、管板Ｂ１５と燃料電池セル管３とを第２嵌合部９−２で嵌合、及び、管板Ａ１４と燃料電池セル管３とを第１嵌合部８−２で嵌合することも可能である。その場合、部材の点数が減称するので部品コストや製造コストを低減できる。
【００５７】
次に、本発明である燃料電池モジュールの起動方法（燃料電池モジュールの動作）の実施の形態に関して、図１、（図２）、図６、図７を参照して説明する。
【００５８】
図６は、図２の燃料電池セル管３の一本分及びその周辺を抜粋した断面図である。酸化剤ガス供給室７、酸化剤ガス排出口７−２、供給室８、排出室９、断熱体Ａ１０−１、断熱体Ｂ１０−２、管板Ａ１４、管板Ｂ１５、燃料電池セル２１、発電部２２を示す。
各構成は、既述の通りなのでその説明を省略する。
【００５９】
図７は、燃料電池モジュールの起動方法における時間ｔと発電部２２（燃料電池セル２１）の温度Ｔ（曲線Ｔで表示）、第１加熱部３１（又は第２加熱部３２）により酸化剤ガス２（又は燃料ガス１）に供給される熱量Ｑ（曲線Ｑで表示）、及び、発電部２２（燃料電池セル２１）に通電される電流の大きさＩ（曲線Ｉで表示）の関係（タイムスケジュール）を示す図である。この情報は、制御部３５の記憶部（図示せず）に格納されている。
左側の縦軸は、発電部２２（燃料電池セル２１）の温度Ｔを示す。右側の縦軸は、第１加熱部３１（又は第２加熱部３２）により酸化剤ガス２（又は燃料ガス１）に供給される熱量Ｑ、及び、発電部２２（燃料電池セル２１）に通電される電流の大きさＩの２つを示す。横軸は、時間ｔである。
【００６０】
次に、燃料電池モジュールの起動方法について説明する。
（１）時間０〜ｔ１
この範囲では、燃料電池セル２１が、予め設定された温度（図７における温度ＴＳ）になるまで、酸化剤ガス２及び燃料ガス１を第１加熱部３１及び第２加熱部３２により加熱しながら、燃料電池モジュール本体３３に供給する。各ガスの有する熱により、燃料電池セル２１が加熱される。温度ＴＳは、燃料電池セル２１が発電可能、かつ燃料電池セル２１が発電により劣化等を起こさない温度であって、できるだけ低い温度である。実験的に決定される。本実施例の固体電解質型の燃料電池セル２１では、５５０℃以上が好ましい。より好ましくは６００℃以上である。
ただし、電気ヒータなどにより、燃料電池モジュール本体３３を加熱して予め設定された温度にしても良い。
【００６１】
（１−１）酸化剤ガス２側（時間０〜ｔ１）
酸化剤ガス２は、予め予熱器で所定の温度（例えば４００℃）に予熱され、酸化剤ガス配管３７−１を経由して酸化剤流量制御弁４１に供給される。
そして、酸化剤流量制御弁４１に所定の流量に制御された酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−２を経由して第１加熱部３１へ供給される。
第１加熱部３１は、酸化剤ガス２が予め設定された第１温度Ｔ１０になるように、酸化剤ガス２を昇温（加熱）する。第１加熱部３１から酸化剤ガス２へ供給される熱量Ｑは、Ｑ０となる。
その後、酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−３経由で燃料電池モジュール本体３３へ供給される。燃料電池モジュール本体３３へ供給された酸化剤ガス２は、酸化剤ガス供給口７−１から酸化剤ガス供給室７に入る。そして、断熱体Ｂ１０−２と管板Ｂ１５とに挟まれ形成される流路（Ｅ）を、管板Ｂ１５に沿って移動する。
排出室９側の複数の燃料電池セル管３のいずれかに達した酸化剤ガス２は、第２嵌合部９−２近傍において、断熱体Ｂ１０−２の内面と燃料電池セル管３の外面との間の孔１０−３に入る。孔１０−３を通る酸化剤ガス２は、燃料電池セル管３の内部を通る燃料ガス１との間で、燃料電池セル管３の基体管を介して熱交換を行う。ただし、この段階では、まだ燃料ガス１の温度が高くないので、そのままの温度で、孔１０−３から出る。
発電部２２において、酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１に供給される。そして、その熱を発電部２２（燃料電池セル２１）へ供給することにより、燃料電池セル２１を昇温する。そして、酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１付近に達する。
酸化剤ガス２は、概ね断熱体Ａ１０−１の発電部２２側の面に沿って移動し、酸化剤ガス排出口７−２（Ｆ）に達する。そして、そこから酸化剤ガス配管３７−４へ送出される。
【００６２】
（１−２）燃料ガス１側（時間０〜ｔ１）
燃料ガス１は、予め予熱器で所定の温度（例えば４５０℃）に予熱され、燃料ガス配管３８−１を経由して燃料流量制御弁４２に供給される。
そして、燃料流量制御弁４２に所定の流量に制御された燃料ガス１は、燃料ガス配管３８−２を経由して第２加熱部３２へ供給される。
第２加熱部３２は、燃料ガス１が予め設定された第３温度Ｔ３０になるように、燃料ガス１を昇温（加熱）する。第２加熱部３２から燃料ガス１へ供給される熱量Ｑは、Ｑ０’となる。
その後、燃料ガス１は、燃料ガス配管３８−３経由で燃料電池モジュール本体３３へ供給される。燃料電池モジュール本体３３へ供給された燃料ガス１は、燃料ガス供給口８−１から供給室８に入る。そして、供給室８に全体に広がる。供給室８に広がった燃料ガス１は、燃料電池セル管３の一端部（Ｃ）から、燃料電池セル管３内へばらつきの無い流量で流入する。
燃料ガス１は、断熱体Ａ１０−１付近から発電部２２付近（Ａ）で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行う。ただし、この段階では、まだ酸化剤ガス２の温度が高くないので、そのままの温度で、燃料電池セル管３内を進み、発電部２２付近に達する。
発電部２２において、燃料ガス１は、燃料電池セル２１に供給される。そして、その熱を発電部２２（燃料電池セル２１）へ供給することにより、燃料電池セル２１を昇温する。燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近（Ｂ）に達する。
燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近から第２嵌合部９−２付近で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行う。ただし、この段階では、まだ燃料ガス１の温度が高くないので、そのままの温度で、燃料電池セル管３の他端部（Ｄ）に達する。そして、他端部から排出室９へ送出される。
排出室９の燃料ガス１は、燃料ガス排出口９−１から燃料ガス配管３８−４へ送出される。
【００６３】
このとき（時間ｔ１）、発電部２２の温度は、燃料電池セル２１の発電が可能な温度Ｔｓ（図７）となる。
なお、第１加熱部３１のみ、又は第２加熱部３２（１−１）のみでも、プロセス温度Ｔｓに達することは可能である。その場合、第１加熱部３１、又は第２加熱部３２の加熱量の調整、酸化剤ガス２、又は燃料ガス１の流量の調整を行うことにより実施できる。
【００６４】
（２）時間ｔ１〜ｔ２
この範囲では、燃料電池セル２１が、予め設定された温度（図７における温度ＴＳ）に到達したので、燃料電池セル２１に通電を行う。この段階（時間ｔ１）で、Ａ〜Ｆ、発電部２２は、概ね温度ＴＳとなっている。
温度Ｔの計測は、燃料電池セル２１（燃料電池モジュール本体３３）の開放電圧により確認できる。すなわち、制御部３５は、スイッチ４３をＯＮにし、負荷制御部３６を燃料電池モジュール本体３３に接続する。ただし、電流が流れないように、負荷制御部３６を制御する。制御部３５は、負荷制御部３６で計測する燃料電池モジュール本体３３の電圧（開放電圧）を計測し、制御部３５の記憶部（図示せず）に有する温度と開放電圧との関係の表を参照して、燃料電池セル２１の温度Ｔとする。
なお、温度センサを然るべき位置（燃料電池セル２１の近傍、各室内部）に設置し、その値を用いても良い。
【００６５】
制御部３５は、温度Ｔが予め設定された温度ＴＳ以上であることを確認後、負荷制御部３６を制御し、予め設定されたスケジュール（図７、ｔ−Ｉの関係）に基づいて、電流Ｉを上げて行く。そのとき、燃料電池セル２１に電流Ｉが流れると、燃料電池セル２１の内部抵抗によりジュール熱が発生する。燃料電池セル２１は、その熱により自身の温度を上昇させる。
電流Ｉの上昇は、例えば、負荷制御部３６が内部に負荷を有している場合には、その大きさを減少させることにより行う。その場合、制御部３５は、負荷制御部３６の大きさと電流Ｉとの関係を示す情報を記憶部（図示せず）に格納している。負荷制御部３６がＤＣ／ＤＣコンバータの場合には、それを制御することにより行う。
制御部３５は、燃料電池セル２１に電流Ｉを流し始めると同時に、予め設定されたスケジュール（図７、ｔ−Ｑの関係）に基づいて、第１加熱部３１及び第２加熱部３２から各ガスに供給する熱量Ｑを減少させる。熱量Ｑの減少は、例えば、バーナに供給する燃料の減少で行う。その場合、制御部３５は、燃料の供給量と熱量Ｑとの関係を示す情報を記憶部（図示せず）に格納している。
【００６６】
図７のｔ−Ｑの関係及びｔ−Ｉの関係については、第１加熱部３１及び第２加熱部３２から各ガスに供給する熱量Ｑが減少しても、ジュール熱による燃料電池セル２１の発熱により燃料電池セル２１の温度が上昇するように、また、起動時間０〜ｔ２が所望の長さとなるように、燃料ガス１及び酸化剤ガス２の流量、電流Ｉ及び熱量Ｑの大きさ及び変化速度が設定されている。それらは、燃料電池モジュール本体３３の諸特性により決まるものであり、予め実験やシミュレーション等を行い決定する。
また、電流Ｉの大きさは、燃料電池セル２１で通電可能、燃料電池セル２１が経時劣化等のセル性能の劣化を起こさない、燃料電池セルのセル電圧が負電位にならない、等の条件を考慮して設定されれる。それは、燃料電池セル２１の諸特性により決まるもので、予め実験やシミュレーション等を行い決定する。例えば、高燃料利用率で低セル出力（低電流Ｉ）の状態（無駄な発熱が多い状態）となる電流Ｉの大きさ、あるいは、各温度における燃料電池モジュール本体３３の開放電圧に対して、燃料電池モジュール本体３３の電圧がその８０％よりも小さくならない大きさ、等である。
【００６７】
（２−１）酸化剤ガス２側（時間ｔ１〜ｔ２）
第１加熱部３１は、図７、ｔ−Ｑの関係に基づいて、酸化剤ガス２の加熱を少なくし、その温度を低下させる。第１加熱部３１から酸化剤ガス２へ供給される熱量Ｑは減少する。
その後、酸化剤ガス２は、酸化剤ガス配管３７−３−酸化剤ガス供給口７−１−酸化剤ガス供給室７の断熱体Ｂ１０−２と管板Ｂ１５とに挟まれ形成される流路（Ｅ）−孔１０−３を経由する。
孔１０−３を通る酸化剤ガス２は、燃料電池セル管３の内部を通る燃料ガス１との間で、燃料電池セル管３の基体管を介して熱交換を行う。燃料ガス２１は、燃料電池セル２１の自己の発熱により加熱されている。そして、酸化剤ガス２の温度が上昇して孔１０−３から出る。
発電部２２において、酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１に供給される。そして、発電部２２（燃料電池セル２１）の自己の発熱により加熱されて昇温される。酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１付近に達する。
酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１付近で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の内面に沿って流れる燃料ガス１と熱交換を行い、降温される。
そして、概ね断熱体Ａ１０−１の発電部２２側の面に沿って移動し、酸化剤ガス排出口７−２（Ｆ）に達し、そこから酸化剤ガス配管３７−４へ送出される。
【００６８】
（２−２）燃料ガス１側（時間ｔ１〜ｔ２）
第２加熱部３２は、図７、ｔ−Ｑの関係に基づいて、燃料ガス１の加熱を少なくし、その温度を低下させる。第２加熱部３２から燃料ガス１へ供給される熱量Ｑは減少する。
その後、燃料ガス１は、燃料ガス配管３８−３経由−燃料ガス供給口８−１燃料電池セル管３の一端部（Ｃ）を経由する。
燃料ガス１は、断熱体Ａ１０−１付近から発電部２２付近（Ａ）で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行う。酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１の自己の発熱により加熱されている。そして、温度が上昇して、燃料電池セル管３内を進み、発電部２２付近に達する。
発電部２２において、燃料ガス１は、燃料電池セル２１に供給される。そして、発電部２２（燃料電池セル２１）の自己の発熱により加熱されて昇温される。燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近（Ｂ）に達する。
燃料ガス１は、断熱体Ｂ１０−２付近から第２嵌合部９−２付近で、燃料電池セル管３の基体管を介して、燃料電池セル管３の外面に沿って流れる酸化剤ガス２と熱交換を行い、降温される。
そして、燃料ガス１は、そして、他端部（Ｄ）から排出室９へ送出され、燃料ガス排出口９−１から燃料ガス配管３８−４へ送出される。
【００６９】
このとき（時間ｔ２）、発電部２２の温度は、燃料電池セル２１の定格運転が可能な温度Ｔ０（図７）となる。
【００７０】
（３）時間ｔ２以降
燃料ガス１及び酸化剤ガス２は、燃料電池モジュール外部の予熱器で予め加熱された所定の温度で、燃料電池モジュール本体３３へ供給される。その際、第１加熱部３１及び第２加熱部３２は停止され、そこでの予熱は行われない。
燃料電池セル２１は、自己の発熱により運転温度（９００℃〜１０００℃）に達し、自立運転の状態となる。
燃料ガス１及び酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１の発熱を用い、燃料ガス１及び酸化剤ガス２相互の熱交換により、それぞれの温度を上昇させ、燃料電池セル２１へ供給される。
制御部３５は、スイッチ４３をＯＦＦし、通常の負荷へ燃料電池モジュール本体３３の接続を切り替える。そして、以降の運転は通常の運転となる。
【００７１】
なお、第２加熱部３２を用いず、酸化剤ガス２側の第１加熱部３１のみを用いても本発明は実施可能である。その場合、燃料ガス１の加熱は予熱器による予熱のみで、燃料電池モジュール本体３３に導入され、酸化剤ガス２及び燃料電池セル２１との熱交換により昇温する。
同様に、第１加熱部３１を用いず、燃料ガス１側の第２加熱部３２のみを用いても本発明は実施可能である。その場合、酸化剤ガス２の加熱は予熱器による予熱のみで、燃料電池モジュール本体３３に導入され、燃料ガス１及び燃料電池セル２１との熱交換により昇温する。
【００７２】
更に、第１加熱部３１と第２加熱部３２を途中から用いず、予め設定された温度（ＴＳ、あるいはＴＳ〜運転温度の間のある温度）以上は、燃料電池セル２１のジュール熱のみで燃料電池モジュールを加熱し、運転温度まで昇温することも可能である。すなわち、燃料電池セル（燃料電池モジュール）が熱的に自立した段階で、第１加熱部３１と第２加熱部３２を停止し、熱の補給を中止する。その場合、燃料ガス１及び酸化剤ガス２の加熱は、燃料電池モジュール外部の予熱器による予熱のみで、燃料電池モジュール本体３３に導入され、燃料電池セル２１との熱交換により昇温する。
【００７３】
以上の起動方法により、気体を加熱し、加熱された気体の伝熱により燃料電池セルを加熱する方法に比較して、より迅速に燃料電池セルを昇温することができる。それにより、燃料電池モジュールの起動にかかる時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００７４】
また、上記実施例では、図７のスケジュールに基づいて、燃料電池セル２１に通電する電流を設定していた。ただし、制御部３５は、燃料電池セル２１の温度、又はその近傍の温度を温度センサを用いて計測し、その温度に基づいて、対応する燃料電池セル２１の開放電圧（予め測定、制御部３５の記憶部に格納）に対する所望の割合になるように、燃料電池セル２１の電流を決定することも可能である。
その場合、第１加熱部３１及び第２加熱部３２は、例えば、燃料電池セル２１に通電される電流の大きさ又は電流により発生する熱（ジュール熱）に基づいて、加熱温度を決定する。
【００７５】
あるいは、燃料電池セル２１の温度、又はその近傍の温度に基づいて、図７のＴ−Ｉの関係を用いて、燃料電池セル２１の電流を決定することも可能である。その場合、図７のＴ−Ｑの関係を用いて、第１加熱部３１及び第２加熱部３２での加熱温度を決定する。
【００７６】
また、本実施例では、燃料ガス１及び酸化剤ガス２は、一定の流量で行っている。ただし、制御部３５は、燃料電池セル２１に通電する電流の大きさの変動に対応させて、燃料流量制御弁４２及び酸化剤流量制御弁４１を制御して、流量（又は利用率）の大きさを変動させることも可能である。この場合、変動する流量（又は利用率）の大きさは、予め実験やシミュレーションで設定する。そして、その電流の大きさと流量（又は利用率）の大きさとの関係を示すデータは、制御部３５に格納されている。
【００７７】
本発明では、燃料電池セル２１自身のジュール熱を用いて、燃料電池セル２１の加熱を直接的に行っているので、熱ロスがほとんどなく、効率的に昇温することが可能である。
その場合、燃料電池セル２１の電力を引き出す配線に、専用の負荷を接続するだけで、実施できる。すなわち、大幅な設計変更が不要で低コストで、起動時間の短縮が可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
燃料電池モジュールにおいて、気体の加熱による昇温に加えて、より迅速に燃料電池セルを昇温し、起動時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である燃料電池モジュールの実施の形態を示す構成図である。
【図２】燃料電池モジュール本体の構成を示す断面図である。
【図３】燃料電池セル管の１本分の第２嵌合部及びその周辺の拡大した断面図である。
【図４】（ａ）燃料電池モジュール本体における管板の正面図である。
（ｂ）燃料電池モジュール本体における断熱体の正面図である。
【図５】燃料電池セル管の１本分の第１嵌合部及びその周辺の拡大した断面図である。
嵌合リングを用いない場合の第２嵌合部及びその周辺の拡大した断面図である。
【図６】燃料電池セル管の一本分及びその周辺を抜粋した断面図である。
【図７】時間ｔと発電部の温度Ｔ、ガスに供給される熱量Ｑ及び発電部の電流Ｉの関係（タイムスケジュール）を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料ガス
２ 酸化剤ガス
３ 燃料電池セル管
７ 酸化剤ガス供給室
７−１ 酸化剤ガス供給口
７−２ 酸化剤ガス排出口
８ 供給室
８−１ 燃料ガス供給口
８−２ 第１嵌合部
９ 排出室
９−１ 燃料ガス排出口
９−２ 第２嵌合部
１０ 断熱体
１０−１ 断熱体Ａ
１０−２ 断熱体Ｂ
１０−３ 孔
１２ 側板
１３ 側板
１４ 管板Ａ
１５ 管板Ｂ
１６ 側板
１７ 側板
２１ 燃料電池セル
２２ 発電部
２３（’） リード膜
２４（’） シール剤
２５−１〜２５−２ 集電部
２６ 第１嵌合リング
２６’ 第２嵌合リング
２７（’） 充填材
２８ 側板
３１ 第１加熱部
３２ 第２加熱部
３３ 燃料電池モジュール本体
３４ 孔
３５ 制御部
３６ 負荷制御部
３７−１〜３７−４ 酸化剤ガス配管
３８−１〜３８−４ 燃料ガス配管
３９−１〜３９−３ 配線
４１ 酸化剤流量制御弁
４２ 燃料流量制御弁
４３ スイッチ
Claims (7)
- 制御部と、
燃料ガスを加熱する第２加熱部と、
酸化剤ガスと、前記燃料ガスとを供給され、発電を行う燃料電池セルと、
前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給量を制御する燃料流量制御弁と、
前記酸化剤ガスを加熱する第１加熱部と
を具備し、
前記制御部は、前記燃料電池セルの起動時に、
前記燃料ガスを予め設定された第３温度に昇温するように前記第２加熱部を制御し、前記燃料電池セルが予め設定された初期温度になったとき、前記燃料電池セルで発電され大きさの時間変化が予め設定された第１電流を流すように前記燃料電池セルの電流を制御し、前記燃料電池セルの燃料利用率が前記第１電流の大きさに対応して予め設定された値になるように、前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給を前記燃料流量制御弁で制御し、
前記酸化剤ガスを予め設定された第１温度に昇温するように前記第１加熱部を制御し、前記第１電流の増加に基づいて、前記酸化剤ガスの昇温を停止し、降温するように前記第１加熱部を制御し、
前記初期温度は、前記燃料電池セルが発電可能な温度であり、
前記燃料利用率の前記予め設定された値は前記燃料電池セルが発電により劣化を起こさない値である
燃料電池モジュール。 - 制御部と、
燃料ガスを加熱する第２加熱部と、
酸化剤ガスと、前記燃料ガスとを供給され、発電を行う燃料電池セルと、
前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給量を制御する燃料流量制御弁と、
前記燃料電池セルの温度に対応する第２温度を測定する温度センサと
を具備し、
前記制御部は、前記燃料電池セルの起動時に、
前記燃料ガスを予め設定された第３温度に昇温するように前記第２加熱部を制御し、前記燃料電池セルが予め設定された初期温度になったとき、前記燃料電池セルで発電され大きさの時間変化が予め設定された第１電流を流すように前記燃料電池セルの電流を制御し、前記燃料電池セルの燃料利用率が前記第１電流の大きさに対応して予め設定された値になるように、前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給を前記燃料流量制御弁で制御し、
前記第２温度に基づいて、前記燃料電池セルの温度が、時間変化が予め設定された温度となるように、前記燃料電池セルで発電される電流の制御を行い、
前記初期温度は、前記燃料電池セルが発電可能な温度であり、
前記燃料利用率の前記予め設定された値は前記燃料電池セルが発電により劣化を起こさない値である
燃料電池モジュール。 - 制御部と、
燃料ガスを加熱する第２加熱部と、
酸化剤ガスと、前記燃料ガスとを供給され、発電を行う燃料電池セルと、
前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給量を制御する燃料流量制御弁と
前記酸化剤ガスを加熱する第１加熱部と、
前記燃料電池セルの温度に対応する第２温度を測定する温度センサと
を具備し、
前記制御部は、前記燃料電池セルの起動時に、
前記燃料ガスを予め設定された第３温度に昇温するように前記第２加熱部を制御し、前記燃料電池セルが予め設定された初期温度になったとき、前記燃料電池セルで発電され大きさの時間変化が予め設定された第１電流を流すように前記燃料電池セルの電流を制御し、前記燃料電池セルの燃料利用率が前記第１電流の大きさに対応して予め設定された値になるように、前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給を前記燃料流量制御弁で制御し、
前記酸化剤ガスを予め設定された第１温度に昇温するように前記第１加熱部を制御し、前記第１電流の増加に基づいて、前記酸化剤ガスの昇温を停止し、降温するように前記第１加熱部を制御し、
前記第２温度に基づいて、前記燃料電池セルの温度が、時間変化が予め設定された温度となるように、前記燃料電池セルで発電される電流の制御を行い、
前記初期温度は、前記燃料電池セルが発電可能な温度であり、
前記燃料利用率の前記予め設定された値は前記燃料電池セルが発電により劣化を起こさない値である
燃料電池モジュール。 - 前記制御部は、前記第１電流の増加に基づいて、前記燃料ガスの昇温を停止し、降温するように前記第２加熱部を制御する
請求項１に記載の燃料電池モジュール。 - 前記燃料電池セルに電気的に接続され、前記第１電流を制御する負荷制御部と、
を更に具備し、
前記制御部は、前記燃料電池セルの制御を、前記負荷制御部の制御により行なう、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。 - （ａ）燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電池セルへ供給する前にそれぞれ予め設定された第３温度及び第１温度に昇温するステップと、
（ｂ）前記燃料電池セルに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給するステップと、
（ｃ）予め設定された初期温度に昇温された前記燃料電池セルに、電流の大きさの時間変化が予め設定されたスケジュールに基づいて、前記スケジュールに従うように前記燃料電池セルで発電される第１電流を流すステップと、
（ｄ）前記燃料電池セルの燃料利用率が前記第１電流の大きさに対応して予め設定された値になるように、前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給を制御するステップと、
（ｅ）前記第１電流の増加に基づいて、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの昇温を停止し、降温するステップと
を具備し、
前記初期温度は、前記燃料電池セルが発電可能な温度であり、
前記燃料利用率の前記予め設定された値は前記燃料電池セルが発電により劣化を起こさない値である
燃料電池モジュールの起動方法。 - （ａ）燃料流量制御弁で制御された燃料ガス及び酸化剤流量制御弁で制御された酸化剤ガスを燃料電池セルへ供給する前にそれぞれ予め設定された第３温度及び第１温度に昇温するように加熱器を制御するステップと、
（ｂ）前記燃料電池セルに前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを供給するように前記燃料流量制御弁及び前記酸化剤流量制御弁を制御するステップと、
（ｃ）電流の大きさの時間変化が予め設定されたスケジュールを取得するステップと、
（ｄ）予め設定された初期温度に昇温された前記燃料電池セルに、前記スケジュールに基づいて、前記スケジュールに従うように、前記燃料電池セルの温度が予め設定された時間変化をするように前記燃料電池セルで発電される第１電流の大きさを前記燃料電池セルに接続された負荷制御部で制御するステップと、
（ｅ）前記燃料電池セルの燃料利用率が前記第１電流の大きさに対応した予め設定された値になるように、前記燃料ガスの前記燃料電池セルへの供給を燃料流量制御弁で制御するステップと、
（ｆ）前記第１電流の増加に基づいて、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの昇温を停止し、降温するように加熱器を制御するステップと
を具備し、
前記負荷制御部は、前記燃料電池セルに電気的に接続され、前記第１電流を制御し、
前記初期温度は、前記燃料電池セルが発電可能な温度であり、
前記燃料利用率の前記予め設定された値は前記燃料電池セルが発電により劣化を起こさない値である
燃料電池モジュールの起動方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002128462A JP4022095B2 (ja) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002128462A JP4022095B2 (ja) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003323909A JP2003323909A (ja) | 2003-11-14 |
| JP4022095B2 true JP4022095B2 (ja) | 2007-12-12 |
Family
ID=29542203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002128462A Expired - Lifetime JP4022095B2 (ja) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4022095B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2411043B (en) * | 2004-02-10 | 2007-09-19 | Ceres Power Ltd | A method and apparatus for operating an intermediate-temperature solid-oxide fuel cell stack |
| JP2006032262A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池システム及び制御方法 |
| JP4934950B2 (ja) * | 2004-08-17 | 2012-05-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 燃料電池発電装置および運転制御方法 |
| JP2006086019A (ja) * | 2004-09-16 | 2006-03-30 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池および運転開始時の予熱方法 |
| CA2627460A1 (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-10 | Kyocera Corporation | Fuel cell system |
| JP2008071709A (ja) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Toto Ltd | 燃料電池 |
| JP2009104935A (ja) * | 2007-10-24 | 2009-05-14 | Gyoseiin Genshino Iinkai Kakuno Kenkyusho | 固体酸化物燃料電池構造 |
| JP2009205996A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Toto Ltd | 燃料電池システムの運転方法 |
| EP2424020B1 (en) * | 2009-04-24 | 2018-07-18 | Kyocera Corporation | Fuel cell device |
| JP5495377B2 (ja) * | 2010-02-16 | 2014-05-21 | 国立大学法人東京工業大学 | 固体酸化物型燃料電池の発電方法 |
| JP2011054575A (ja) * | 2010-11-09 | 2011-03-17 | Tokyo Gas Co Ltd | 耐熱合金製インターコネクタを有する固体酸化物形燃料電池及びその運転方法 |
| KR101352198B1 (ko) | 2011-12-27 | 2014-01-16 | 포스코에너지 주식회사 | 연료전지 하이브리드 시스템 |
| JP6040610B2 (ja) * | 2012-07-23 | 2016-12-07 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
-
2002
- 2002-04-30 JP JP2002128462A patent/JP4022095B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003323909A (ja) | 2003-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4022095B2 (ja) | 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの起動方法 | |
| TWI473339B (zh) | A reformer system, a fuel cell system and a method of operation thereof | |
| JP4045755B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7122541B2 (ja) | 電気化学式水素ポンプおよび電気化学式水素ポンプの運転方法 | |
| JP4863171B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| EP3392949B1 (en) | Control method for fuel cell system and fuel cell system | |
| JP5731357B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム及びその起動制御方法 | |
| JP2012038689A (ja) | 燃料電池の運転方法 | |
| Choi et al. | Development of preheating methodology for a 5 kW HT-PEMFC system | |
| JP5980144B2 (ja) | 発電システム、発電システムの運転方法、及び制御装置 | |
| JP5244292B2 (ja) | 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム | |
| JP5323333B2 (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 | |
| JP5000867B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP4924787B2 (ja) | 燃料電池スタック構造体 | |
| WO2013069632A1 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システムの停止方法及び停止装置 | |
| JP6130299B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム及びその起動方法 | |
| JP2013218861A (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
| JP2014089920A (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム | |
| US20190123370A1 (en) | Adaptive electrical heater for fuel cell systems | |
| EP3392947B1 (en) | Fuel cell system and control method therefor | |
| JP5197581B2 (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 | |
| JP2003123806A (ja) | 燃料電池の熱交換構造 | |
| JP5565759B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2012079420A (ja) | 固体酸化物形燃料電池装置 | |
| JPH06349510A (ja) | 燃料電池用燃料改質器の温度制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040623 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040623 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050729 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050926 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070115 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070315 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070612 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070807 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070912 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070928 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4022095 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121005 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121005 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131005 Year of fee payment: 6 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |