JP2003132923A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2003132923A
JP2003132923A JP2001328673A JP2001328673A JP2003132923A JP 2003132923 A JP2003132923 A JP 2003132923A JP 2001328673 A JP2001328673 A JP 2001328673A JP 2001328673 A JP2001328673 A JP 2001328673A JP 2003132923 A JP2003132923 A JP 2003132923A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the reliability of a fuel cell system by carrying on an operation to eliminate electrode catalyst poisoning only when the fuel cell output decreases due to the poisoning. SOLUTION: A controller (90) of the fuel cell system has a poisoning decision section (91) and a poisoning eliminating section (92). The poisoning decision section (91) pulsatingly adds an oxidizing gas to the fuel gas, and determines, based on the output voltage changes after the addition thereof, the cause of an output voltage decrease to be or not due to CO poisoning of the electrode catalyst. When the cause of the output voltage decrease is determined to be due to the CO poisoning of the electrode catalyst, the poisoning eliminating section (92) adds the oxidizing gas to the fuel gas to eliminate the poisoning, wherein the flow amount of the oxidizing gas added to the fuel gas is decided by the poisoning decision section (91).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、改質装置で製造さ
れた燃料ガスを燃料電池へ供給して発電を行う燃料電池
システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system that supplies fuel gas produced by a reformer to a fuel cell to generate electricity.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、燃料電池に注目が集まっている。
この燃料電池は、燃料の酸化により生じる化学的エネル
ギを、熱にすることなく直接電気エネルギに変換するも
のである。燃料電池の燃料としては、一般に水素が広く
用いられている。燃料としての水素は、改質装置におい
てメタンやメタノール等の原燃料を改質することによっ
て得る場合が多い。2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on fuel cells.
This fuel cell directly converts chemical energy generated by the oxidation of fuel into electric energy without converting it into heat. Hydrogen is generally widely used as a fuel for fuel cells. Hydrogen as a fuel is often obtained by reforming a raw fuel such as methane or methanol in a reformer.

【０００３】改質装置で製造された燃料ガスは、水素を
主成分とするものであるが、微量の一酸化炭素を含んで
いる。この一酸化炭素は、燃料電池における電極触媒の
触媒毒となる。そして、一酸化炭素の毒作用によって電
極触媒の触媒能が低下すると、燃料電池の出力電圧が低
下してしまう。The fuel gas produced by the reformer contains hydrogen as a main component, but contains a trace amount of carbon monoxide. This carbon monoxide becomes a catalyst poison of the electrode catalyst in the fuel cell. Then, if the catalytic ability of the electrode catalyst is reduced due to the poisoning effect of carbon monoxide, the output voltage of the fuel cell will be reduced.

【０００４】この問題に対しては、特開平８−１８０８
９４号公報に開示されているように、燃料ガスに酸素を
加えるという対策が講じられている。酸素を燃料ガスに
混ぜて燃料電池へ供給すると、電極触媒上の一酸化炭素
は、酸化されて電極触媒から取り除かれる。そして、電
極触媒の触媒能が回復し、燃料電池の出力電圧を再び上
昇する。To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 8-1808
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 94, measures are taken to add oxygen to the fuel gas. When oxygen is mixed with fuel gas and supplied to the fuel cell, carbon monoxide on the electrode catalyst is oxidized and removed from the electrode catalyst. Then, the catalytic ability of the electrode catalyst is restored, and the output voltage of the fuel cell is increased again.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の公報に開示され
ているシステムでは、燃料電池の出力電圧や出力電流を
監視している。そして、出力電圧等が基準値を下回ると
燃料ガスに対する酸素の添加を開始し、その後に出力電
圧等が回復するまで酸素の混入を継続している。In the system disclosed in the above publication, the output voltage and output current of the fuel cell are monitored. Then, when the output voltage or the like falls below the reference value, the addition of oxygen to the fuel gas is started, and thereafter the mixing of oxygen is continued until the output voltage or the like is recovered.

【０００６】しかしながら、燃料電池の出力が低下する
原因は、必ずしも電極触媒の被毒だけとは限らない。例
えば、電池反応により生成したＨ2Ｏがガス拡散層内で
凝縮し、これによって燃料ガスの流れが阻害されること
もあり、このような場合にも燃料ガスの不足により出力
が低下する。このため、燃料電池の出力低下に対して燃
料ガスへ酸素を添加する対策を講じたとしても、出力低
下の原因が電極触媒の被毒でなければ、いくら酸素を加
えても燃料電池の出力を回復させることはできない。ま
た、燃料ガスに酸素を添加すると、燃料ガス中の水素が
酸化されてしまい、これによって燃料電池の発電効率が
低下してしまう。However, the cause of the decrease in the output of the fuel cell is not necessarily the poisoning of the electrode catalyst. For example, the H 2 O generated by the cell reaction may condense in the gas diffusion layer, which may impede the flow of the fuel gas, and in such a case, the output decreases due to the lack of the fuel gas. For this reason, even if measures are taken to add oxygen to the fuel gas to reduce the output of the fuel cell, if the cause of the output reduction is not poisoning of the electrode catalyst, no matter how much oxygen is added, the output of the fuel cell will be It cannot be restored. Further, when oxygen is added to the fuel gas, hydrogen in the fuel gas is oxidized, which reduces the power generation efficiency of the fuel cell.

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、電極触媒の被毒に起
因して燃料電池の出力が低下した場合にだけ被毒を解消
するための動作を行い、燃料電池システムの信頼性を向
上させることにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to eliminate poisoning only when the output of the fuel cell is reduced due to the poisoning of the electrode catalyst. To improve the reliability of the fuel cell system.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、 原燃料の改質により水素を含む燃料ガスを
製造する改質装置（30）と、上記燃料ガスと酸素を含む
酸化剤ガスとが供給される燃料電池（10）とを備える燃
料電池システムを対象としている。そして、上記燃料電
池（10）の出力電圧が低下した際に、その電圧低下の原
因が一酸化炭素による電極触媒の被毒か否かを判定する
判定手段（91）と、上記判定手段（91）が電圧低下の原
因を電極触媒の被毒と判定したときには、該電極触媒の
触媒能を回復させるために上記酸化剤ガスを上記燃料ガ
スに添加する回復手段（92）とを設けるものである。A first solution provided by the present invention includes a reformer (30) for producing a fuel gas containing hydrogen by reforming a raw fuel, and the above-mentioned fuel gas and oxygen. A fuel cell system including a fuel cell (10) to which an oxidant gas is supplied. Then, when the output voltage of the fuel cell (10) decreases, a determining means (91) for determining whether or not the cause of the voltage decrease is poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide, and the determining means (91). ) Determines that the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst, a recovery means (92) for adding the oxidant gas to the fuel gas in order to recover the catalytic ability of the electrode catalyst is provided. .

【０００９】本発明が講じた第２の解決手段は、上記第
１の解決手段において、判定手段（91）は、前回の判定
時から所定時間が経過した場合、又は燃料電池（10）の
出力電圧が所定の基準値以下となった場合に判定を行う
ように構成されるものである。The second solving means taken by the present invention is the above first solving means, wherein the judging means (91) is configured such that when a predetermined time has elapsed from the time of the previous judgment, or the output of the fuel cell (10). It is configured to make a determination when the voltage becomes equal to or lower than a predetermined reference value.

【００１０】本発明が講じた第３の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、判定手段（91）は、所
定量の酸化剤ガスを燃料ガスに添加する第１動作と、該
第１動作の開始後における燃料電池（10）の出力電圧を
検出する第２動作とを行い、該第２動作で検出される出
力電圧の変化に基づいて判定を行うように構成されるも
のである。According to a third solving means of the present invention, in the above first or second solving means, the judging means (91) adds a predetermined amount of oxidizing gas to the fuel gas, and A second operation for detecting the output voltage of the fuel cell (10) after the start of the first operation, and a determination is made based on a change in the output voltage detected in the second operation. Is.

【００１１】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
３の解決手段において、判定手段（91）は、電圧低下の
原因が電極触媒の被毒と判定した場合に、回復手段（9
2）が燃料ガスに添加する酸化剤ガスの流量を第２動作
で検出された出力電圧の変化に基づいて決定するように
構成されるものである。According to a fourth solving means of the present invention, in the above-mentioned third solving means, when the judging means (91) judges that the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst, the recovering means (9).
2) is configured to determine the flow rate of the oxidant gas added to the fuel gas based on the change in the output voltage detected in the second operation.

【００１２】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
１，第２，第３又は第４の解決手段において、回復手段
（92）は、燃料ガスに対する酸化剤ガスの添加を開始し
た後における燃料電池（10）の出力電圧を検出し、該燃
料電池（10）の出力電圧が上昇するにつれて上記燃料ガ
スに添加する酸化剤ガスの流量を削減するように構成さ
れるものである。A fifth solving means of the present invention is the above first, second, third or fourth solving means, wherein the recovery means (92) starts addition of the oxidizing gas to the fuel gas. The output voltage of the fuel cell (10) is detected later, and the flow rate of the oxidant gas added to the fuel gas is reduced as the output voltage of the fuel cell (10) increases.

【００１３】−作用−上記第１の解決手段では、メタン
等の原燃料が改質装置（30）へ供給される。改質装置
（30）は、供給された原燃料を改質して燃料ガスを製造
する。水素を主成分とする燃料ガスは、燃料電池（10）
へ供給される。また、燃料電池（10）へは、酸素を含ん
だ空気等が、酸化剤ガスとして供給される。燃料電池
（10）の単電池には、電解質を挟んで一対の電極が設け
られている。そして、燃料電池（10）では、供給された
燃料ガスと酸化剤ガスが各電極の電極触媒と接触し、燃
料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを利用して発電
が行われる。-Operation- In the first solution, the raw fuel such as methane is supplied to the reformer (30). The reformer (30) reforms the supplied raw fuel to produce fuel gas. Fuel gas containing hydrogen as a main component is used in fuel cells (10)
Is supplied to. Further, oxygen-containing air or the like is supplied to the fuel cell (10) as an oxidant gas. A unit cell of the fuel cell (10) is provided with a pair of electrodes with an electrolyte in between. Then, in the fuel cell (10), the supplied fuel gas and oxidant gas come into contact with the electrode catalyst of each electrode, and the hydrogen in the fuel gas and the oxygen in the oxidant gas are used to generate power.

【００１４】燃料電池（10）へ供給される燃料ガスは、
微量ではあるが一酸化炭素（ＣＯ）を含んでいる。この
一酸化炭素は、電極触媒の触媒毒となる。このため、燃
料ガスを供給して燃料電池（10）の運転を行うと、電極
触媒が一酸化炭素によって被毒され、燃料電池（10）の
出力電圧が次第に低下する。また、燃料電池（10）の出
力電圧は、電極触媒の被毒以外の要因によっても低下す
る場合がある。The fuel gas supplied to the fuel cell (10) is
It contains a small amount of carbon monoxide (CO). This carbon monoxide becomes a poison of the electrode catalyst. Therefore, when the fuel cell (10) is operated by supplying the fuel gas, the electrode catalyst is poisoned by carbon monoxide, and the output voltage of the fuel cell (10) gradually decreases. In addition, the output voltage of the fuel cell (10) may decrease due to factors other than poisoning of the electrode catalyst.

【００１５】そこで、本解決手段において、燃料電池
（10）の出力電圧が低下したときには、その原因が電極
触媒の被毒であるか否かを判定手段（91）が判定する。
電圧低下の原因が電極触媒の被毒であると判定手段（9
1）によって判定されると、回復手段（92）が電極触媒
の被毒を解消させるための動作を行う。つまり、電圧低
下の原因が電極触媒の被毒である場合に限って、回復手
段（92）が所定の動作を行う。Therefore, in the present solving means, when the output voltage of the fuel cell (10) decreases, the judging means (91) judges whether or not the cause is poisoning of the electrode catalyst.
The means of determining that the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst (9
When judged by 1), the recovery means (92) performs an operation for eliminating poisoning of the electrode catalyst. That is, the recovery means (92) performs a predetermined operation only when the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst.

【００１６】回復手段（92）は、燃料電池（10）へ供給
される燃料ガスに酸化剤ガスを添加する。被毒により活
性の失われた電極触媒に酸化剤ガス中の酸素が接触する
と、電極触媒上の一酸化炭素は、酸化され二酸化炭素と
なって電極触媒から取り除かれる。そして、電極触媒の
触媒能が回復し、燃料電池（10）の出力電圧が上昇す
る。The recovery means (92) adds an oxidant gas to the fuel gas supplied to the fuel cell (10). When oxygen in the oxidant gas comes into contact with the electrocatalyst whose activity has been lost due to poisoning, carbon monoxide on the electrocatalyst is oxidized into carbon dioxide and removed from the electrocatalyst. Then, the catalytic ability of the electrode catalyst is restored, and the output voltage of the fuel cell (10) rises.

【００１７】上記第２の解決手段では、所定の場合に判
定手段（91）が判定を行う。つまり、判定手段（91）
は、前回の判定時から所定時間が経過した第１の場合、
又は燃料電池（10）の出力電圧が基準値以下となった第
２の場合の何れかに判定を行う。尚、本解決手段では、
経過時間と出力電圧の両方を監視して第１の場合又は第
２の場合に判定手段（91）が判定を行うようにしてもよ
いが、経過時間だけを監視して第１の場合に判定手段
（91）が判定を行ってもよいし、出力電圧だけを監視し
て第２の場合に判定手段（91）が判定を行ってもよい。In the second solving means, the judging means (91) makes a judgment in a predetermined case. That is, the determination means (91)
In the first case where a predetermined time has passed since the previous determination,
Alternatively, the determination is made in any of the second cases in which the output voltage of the fuel cell (10) becomes equal to or lower than the reference value. In this solution,
The determination means (91) may make the determination in the first or second case by monitoring both the elapsed time and the output voltage, but only the elapsed time may be monitored to make the determination in the first case. The determination means (91) may make the determination, or the determination means (91) may make the determination in the second case by monitoring only the output voltage.

【００１８】ここで、運転中には常に燃料電池（10）へ
燃料ガスが供給され、この燃料ガスに一酸化炭素が含ま
れている。このため、運転を継続すれば、電極触媒の被
毒によって必然的に出力電圧が下がってゆく。従って、
ある程度の時間に亘って燃料電池（10）の運転が継続し
ていれば、出力電圧を計測するまでもなく、出力電圧が
ある程度低下していると考えて差し支えない。そこで、
前回の判定時から所定時間が経過した場合には、出力電
圧が低下しているとして判定手段（91）による判定を行
ってもよい。Here, the fuel gas is constantly supplied to the fuel cell (10) during operation, and the fuel gas contains carbon monoxide. Therefore, if the operation is continued, the output voltage inevitably decreases due to the poisoning of the electrode catalyst. Therefore,
If the operation of the fuel cell (10) is continued for some time, it is possible to consider that the output voltage has decreased to some extent without measuring the output voltage. Therefore,
When a predetermined time has elapsed since the previous determination, the determination means (91) may determine that the output voltage has decreased.

【００１９】上記第３の解決手段では、判定を行う際に
判定手段（91）が第１動作と第２動作とを行う。第１動
作では、燃料ガスに対して所定量の酸化剤ガスが添加さ
れる。第２動作では、第１動作の開始後における燃料電
池（10）の出力電圧が検出される。In the third solving means, the determining means (91) performs the first operation and the second operation when making the determination. In the first operation, a predetermined amount of oxidant gas is added to the fuel gas. In the second operation, the output voltage of the fuel cell (10) after the start of the first operation is detected.

【００２０】電極触媒の被毒によって燃料電池（10）の
出力電圧が低下しているのであれば、第１動作で添加さ
れた酸化剤ガス中の酸素によって電極触媒上の一酸化炭
素が酸化され、電極触媒の触媒能が幾分回復して出力電
圧が上昇する。従って、この場合、判定手段（91）は、
電圧低下の原因が電極触媒の被毒であると判定する。If the output voltage of the fuel cell (10) is lowered due to poisoning of the electrode catalyst, carbon monoxide on the electrode catalyst is oxidized by oxygen in the oxidant gas added in the first operation. , The catalytic ability of the electrode catalyst is recovered to some extent and the output voltage rises. Therefore, in this case, the determination means (91)
It is determined that the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst.

【００２１】一方、電極触媒の被毒以外の要因によって
燃料電池（10）の出力電圧が低下しているのであれば、
第１動作で酸化剤ガスを添加しても出力電圧は上昇せ
ず、場合によっては酸化剤ガス中の酸素によって水素が
酸化されることから出力電圧が一層低下してしまう。従
って、この場合、判定手段（91）は、電圧低下の原因が
電極触媒の被毒ではないと判定する。このように、判定
手段（91）は、酸化剤ガスの添加後に燃料電池（10）の
出力電圧が上昇するか否かで、電圧低下の原因が電極触
媒の被毒であるかどうかを判断する。On the other hand, if the output voltage of the fuel cell (10) is lowered due to factors other than poisoning of the electrode catalyst,
Even if the oxidant gas is added in the first operation, the output voltage does not rise, and in some cases hydrogen is oxidized by oxygen in the oxidant gas, which further lowers the output voltage. Therefore, in this case, the determining means (91) determines that the cause of the voltage drop is not poisoning of the electrode catalyst. Thus, the determination means (91) determines whether or not the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst, depending on whether or not the output voltage of the fuel cell (10) rises after the addition of the oxidant gas. .

【００２２】上記第４の解決手段において、判定手段
（91）は、回復手段（92）が燃料ガスに添加する酸化剤
ガスの流量を決定する。上述のように、燃料電池（10）
の出力電圧が電極触媒の被毒によるものである場合、第
１動作で酸化剤ガスを添加すると出力電圧が幾分回復す
る。その際、電極触媒における一酸化炭素の被覆率が多
いほど、出力電圧の上昇速度が大きくなってゆく。つま
り、第２動作において検出した出力電圧の変化を考慮す
れば、電極触媒における一酸化炭素の被覆率を推測でき
る。そこで、判定手段（91）は、回復手段（92）が燃料
ガスに添加する酸化剤ガスの流量を、第２動作において
検出した出力電圧の変化に基づいて定める。In the fourth solution means, the determination means (91) determines the flow rate of the oxidant gas added to the fuel gas by the recovery means (92). As mentioned above, fuel cells (10)
When the output voltage is due to the poisoning of the electrode catalyst, the output voltage is recovered to some extent when the oxidizing gas is added in the first operation. At that time, the higher the coverage of carbon monoxide in the electrode catalyst, the higher the increasing rate of the output voltage. That is, the carbon monoxide coverage in the electrode catalyst can be estimated by considering the change in the output voltage detected in the second operation. Therefore, the determination means (91) determines the flow rate of the oxidizing gas added to the fuel gas by the recovery means (92) based on the change in the output voltage detected in the second operation.

【００２３】上記第５の解決手段において、回復手段
（92）は、燃料ガスに対する酸化剤ガスの添加量を燃料
電池（10）の出力電圧に基づいて調節する。つまり、燃
料ガスに酸化剤ガスを添加することで燃料電池（10）の
出力電圧が回復してくるに従い、回復手段（92）は酸化
剤ガスの流量を絞ってゆく。In the fifth solution means, the recovery means (92) adjusts the amount of the oxidizing gas added to the fuel gas based on the output voltage of the fuel cell (10). That is, as the output voltage of the fuel cell (10) recovers by adding the oxidant gas to the fuel gas, the recovery means (92) throttles the flow rate of the oxidant gas.

【００２４】[0024]

【発明の効果】本発明では、燃料電池（10）の出力電圧
が低下した際に、その原因が電極触媒の被毒である場合
にだけ、酸化剤ガスを燃料ガスに添加している。従っ
て、従来の燃料電池システムのように、出力電圧低下の
原因が電極触媒の被毒ではないのにも拘わらず酸化剤ガ
スを燃料ガスに添加してしまうといった事態を回避でき
る。このため、本発明によれば、出力電圧の回復に必要
な場合にだけ酸化剤ガスを燃料ガスに添加することがで
き、無駄な酸化剤ガスの添加によって燃料ガス中の水素
が浪費されるのを防止できる。According to the present invention, when the output voltage of the fuel cell (10) is lowered, the oxidizing gas is added to the fuel gas only when the cause is poisoning of the electrode catalyst. Therefore, unlike the conventional fuel cell system, it is possible to avoid the situation where the oxidizing gas is added to the fuel gas even though the cause of the output voltage drop is not the poisoning of the electrode catalyst. Therefore, according to the present invention, the oxidant gas can be added to the fuel gas only when it is necessary to recover the output voltage, and the hydrogen in the fuel gas is wasted due to the unnecessary addition of the oxidant gas. Can be prevented.

【００２５】特に、上記第３の解決手段によれば、燃料
電池（10）の出力電圧を検出するだけで、燃料電池（1
0）の出力電圧が低下した原因が電極触媒の被毒である
か否かを容易に判定することができる。従って、本解決
手段によれば、燃料電池システムの構成を簡素に維持し
つつ、判定手段（91）による判定を行うことができる。In particular, according to the third solving means, the fuel cell (1) can be detected by simply detecting the output voltage of the fuel cell (10).
It is possible to easily determine whether or not the cause of the decrease in the output voltage of 0) is the poisoning of the electrode catalyst. Therefore, according to the present solving means, it is possible to perform the determination by the determining means (91) while maintaining the configuration of the fuel cell system simple.

【００２６】上記第４の解決手段によれば、判定手段
（91）の第２動作で検出した燃料電池（10）の出力電圧
の変化から電極触媒における一酸化炭素の被覆率を推測
できるという点を利用し、電極触媒の被毒を解消するの
に添加すべき酸化剤ガスの流量を定めることができる。
従って、本解決手段によれば、被毒解消のために燃料ガ
スへ添加される酸化剤ガスの量を必要最小限に留めるこ
とができ、燃料ガス中の水素の浪費を確実に防止でき
る。According to the fourth solving means, the carbon monoxide coverage of the electrode catalyst can be estimated from the change in the output voltage of the fuel cell (10) detected by the second operation of the judging means (91). Can be used to determine the flow rate of the oxidant gas to be added to eliminate the poisoning of the electrode catalyst.
Therefore, according to the present solving means, the amount of the oxidant gas added to the fuel gas for eliminating the poisoning can be kept to a necessary minimum, and waste of hydrogen in the fuel gas can be reliably prevented.

【００２７】上記第５の解決手段では、回復手段（92）
が燃料ガスに酸化剤ガスを添加する場合、燃料電池（1
0）の出力電圧が回復するに従って、回復手段（92）は
酸化剤ガスの流量を減らしてゆく。従って、本解決手段
によれば、被毒解消のために燃料ガスへ添加される酸化
剤ガスの量を必要最小限に留めることができ、燃料ガス
中の水素の浪費を確実に防止できる。In the fifth solving means, the recovery means (92)
If the oxidant gas is added to the fuel gas, the fuel cell (1
The recovery means (92) reduces the flow rate of the oxidant gas as the output voltage of 0) is recovered. Therefore, according to the present solving means, the amount of the oxidant gas added to the fuel gas for eliminating the poisoning can be kept to a necessary minimum, and waste of hydrogen in the fuel gas can be reliably prevented.

【００２８】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００２９】図１に示すように、本実施形態に係る燃料
電池システムは、燃料電池（10）と改質装置（30）を備
えている。また、この燃料電池システムは、水循環路
（65）を備えており、いわゆるコジェネレーションシス
テムを構成している。As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to this embodiment comprises a fuel cell (10) and a reformer (30). Further, this fuel cell system is provided with a water circulation path (65) and constitutes a so-called cogeneration system.

【００３０】上記燃料電池（10）は、固体高分子電解質
型に構成されている。この燃料電池（10）において、フ
ッ素系の高分子フィルムからなる電解質膜の両面に電極
を形成することで、単電池が構成されている。単電池の
電極は、白金の超微粒子をカーボンに担持させたもので
ある。つまり、この単電池では、白金の超微粒子が電極
触媒として電解質膜に設けられている。電解質膜表面の
電極は、一方が水素極（アノード）となり、他方が酸素
極（カソード）となる。上記燃料電池（10）は、バイポ
ーラ板を介して単電池が積層されたスタック（集合電
池）を構成している。尚、上述した燃料電池（10）の構
造についは、図１において図示を省略する。The fuel cell (10) is of a solid polymer electrolyte type. In this fuel cell (10), a unit cell is formed by forming electrodes on both sides of an electrolyte membrane made of a fluorine-based polymer film. The electrode of the single cell is made by supporting ultrafine platinum particles on carbon. That is, in this unit cell, ultrafine platinum particles are provided on the electrolyte membrane as an electrode catalyst. One of the electrodes on the surface of the electrolyte membrane serves as a hydrogen electrode (anode) and the other serves as an oxygen electrode (cathode). The fuel cell (10) constitutes a stack (assembled cell) in which unit cells are stacked via bipolar plates. The structure of the fuel cell (10) described above is omitted in FIG.

【００３１】上記燃料電池（10）では、バイポーラ板と
電解質膜の酸素極とによって酸素極側ガス通路（11）が
形成され、バイポーラ板と電解質膜の水素極とによって
水素極側ガス通路（12）が形成されている。酸素極側ガ
ス通路（11）には、その入口側に空気供給管（20）が接
続され、その出口側に酸素極排気管（24）が接続されて
いる。一方、水素極側ガス通路（12）には、その入口側
に改質装置（30）が配管接続され、その出口側に水素極
排気管（25）が接続されている。In the fuel cell (10), the oxygen electrode side gas passage (11) is formed by the bipolar plate and the oxygen electrode of the electrolyte membrane, and the hydrogen electrode side gas passage (12) is formed by the bipolar plate and the hydrogen electrode of the electrolyte membrane. ) Has been formed. An air supply pipe (20) is connected to the inlet side of the oxygen electrode side gas passageway (11) and an oxygen electrode exhaust pipe (24) is connected to the outlet side thereof. On the other hand, in the hydrogen electrode side gas passageway (12), a reforming device (30) is connected to its inlet side by piping, and a hydrogen electrode exhaust pipe (25) is connected to its outlet side.

【００３２】また、燃料電池（10）には、冷却水回路
（60）が接続されている。この冷却水回路（60）は、冷
却水が充填された閉回路であって、冷却水ポンプ（61）
と第１熱交換器（71）とが接続されている。冷却水回路
（60）で冷却水を循環させることによって、燃料電池
（10）が所定の作動温度に保たれる。A cooling water circuit (60) is connected to the fuel cell (10). The cooling water circuit (60) is a closed circuit filled with cooling water, and the cooling water pump (61)
And the first heat exchanger (71) are connected. By circulating the cooling water in the cooling water circuit (60), the fuel cell (10) is maintained at a predetermined operating temperature.

【００３３】上記空気供給管（20）は、その始端が屋外
に開口し、その終端が燃料電池（10）の酸素極側ガス通
路（11）に接続されている。空気供給管（20）には、そ
の始端から終端に向かって順に、ブロワ（23）と、ガス
加熱器（52）と、第１加湿器（40）とが設けられてい
る。The start end of the air supply pipe (20) is open to the outside, and the end thereof is connected to the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10). The air supply pipe (20) is provided with a blower (23), a gas heater (52), and a first humidifier (40) in this order from the start end to the end.

【００３４】また、空気供給管（20）には、第１分岐管
（21）と第２分岐管（22）とが設けられている。第１分
岐管（21）は、その始端がブロワ（23）とガス加熱器
（52）の間に接続されている。一方、第２分岐管（22）
は、その始端が第１加湿器（40）と燃料電池（10）の間
に接続されている。The air supply pipe (20) is provided with a first branch pipe (21) and a second branch pipe (22). The start end of the first branch pipe (21) is connected between the blower (23) and the gas heater (52). On the other hand, the second branch pipe (22)
Has a starting end connected between the first humidifier (40) and the fuel cell (10).

【００３５】上記第１加湿器（40）は、水蒸気透過膜
（41）を備えている。水蒸気透過膜（41）は、水蒸気が
透過可能な膜であって、例えばポリビニルアルコール膜
や、アルグン酸膜等の親水性の膜により構成されてい
る。尚、この水蒸気透過膜（41）としては、スルホン酸
基を持つポリマー膜、例えばパーフルオロスルホン酸ポ
リマー膜を用いてもよい。The first humidifier (40) has a water vapor permeable membrane (41). The water vapor permeable film (41) is a water vapor permeable film, and is composed of a hydrophilic film such as a polyvinyl alcohol film or an alginate film. A polymer film having a sulfonic acid group, for example, a perfluorosulfonic acid polymer film may be used as the water vapor permeable film (41).

【００３６】上記第１加湿器（40）には、第１被加湿側
通路（42）と第１排ガス通路（43）とが区画形成されて
いる。第１被加湿側通路（42）と第１排ガス通路（43）
は、上記水蒸気透過膜（41）によって仕切られている。
第１被加湿側通路（42）には、空気供給管（20）が接続
されており、酸化剤ガスとしての空気が導入される。第
１排ガス通路（43）には、酸素極排気管（24）が接続さ
れており、燃料電池（10）の酸素極側ガス通路（11）か
ら電池排ガスとして排出された酸素極排ガスが導入され
る。The first humidifier (40) is divided into a first humidified side passage (42) and a first exhaust gas passage (43). First humidified side passage (42) and first exhaust gas passage (43)
Are separated by the water vapor permeable membrane (41).
An air supply pipe (20) is connected to the first humidification-side passage (42) to introduce air as an oxidant gas. An oxygen electrode exhaust pipe (24) is connected to the first exhaust gas passage (43), and the oxygen electrode exhaust gas discharged as cell exhaust gas is introduced from the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10). It

【００３７】上記改質装置（30）は、原燃料として供給
された天然ガスから水素主体の燃料ガスを製造するよう
に構成されている。この改質装置（30）には、ガスの流
れに沿って順に、脱硫器（31）と、ガス加熱器（52）
と、第２加湿器（45）と、本体部（32）とが設けられて
いる。また、改質装置（30）における脱硫器（31）とガ
ス加熱器（52）の間には、空気供給管（20）の第１分岐
管（21）が接続されている。The reformer (30) is configured to produce hydrogen-based fuel gas from natural gas supplied as raw fuel. In the reformer (30), a desulfurizer (31) and a gas heater (52) are arranged in order along the gas flow.
A second humidifier (45) and a main body (32). The first branch pipe (21) of the air supply pipe (20) is connected between the desulfurizer (31) and the gas heater (52) in the reformer (30).

【００３８】上記脱硫器（31）は、原燃料として供給さ
れた天然ガスから、硫黄分を吸着除去するように構成さ
れている。The desulfurizer (31) is configured to adsorb and remove the sulfur content from the natural gas supplied as the raw fuel.

【００３９】上記第２加湿器（45）は、水蒸気透過膜
（46）を備えている。この水蒸気透過膜（46）は、水蒸
気が透過可能な膜であって、例えばポリビニルアルコー
ル膜や、アルグン酸膜等の親水性の膜により構成されて
いる。尚、この水蒸気透過膜（46）としては、スルホン
酸基を持つポリマー膜、例えばパーフルオロスルホン酸
ポリマー膜を用いてもよい。The second humidifier (45) has a water vapor permeable membrane (46). The water vapor permeable film (46) is a water vapor permeable film, and is composed of a hydrophilic film such as a polyvinyl alcohol film or an alginate film. As the water vapor permeable membrane (46), a polymer film having a sulfonic acid group, for example, a perfluorosulfonic acid polymer film may be used.

【００４０】上記第２加湿器（45）には、第２被加湿側
通路（47）と第２排ガス通路（48）とが区画形成されて
いる。第２被加湿側通路（47）と第２排ガス通路（48）
は、上記水蒸気透過膜（46）によって仕切られている。
第２被加湿側通路（47）は、改質装置（30）におけるガ
ス加熱器（52）と本体部（32）の間に設けられ、原料ガ
スが導入される。第２排ガス通路（48）には、水素極排
気管（25）が接続されており、燃料電池（10）の水素極
側ガス通路（12）から電池排ガスとして排出された水素
極排ガスが導入される。In the second humidifier (45), a second humidified passage (47) and a second exhaust gas passage (48) are formed. Second humidification side passage (47) and second exhaust gas passage (48)
Are separated by the water vapor permeable membrane (46).
The second humidification-side passage (47) is provided between the gas heater (52) and the main body (32) in the reformer (30), and the raw material gas is introduced therein. A hydrogen electrode exhaust pipe (25) is connected to the second exhaust gas passage (48) to introduce the hydrogen electrode exhaust gas discharged as cell exhaust gas from the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10). It

【００４１】上記本体部（32）には、ガスの流れに沿っ
て順に、改質器（33）と、変成器（34）と、ＣＯ除去器
（35）とが設けられている。また、本体部（32）におけ
る変成器（34）とＣＯ除去器（35）の間には、空気供給
管（20）の第２分岐管（22）が接続されている。The main body (32) is provided with a reformer (33), a shift converter (34) and a CO remover (35) in order along the gas flow. The second branch pipe (22) of the air supply pipe (20) is connected between the transformer (34) and the CO remover (35) in the main body (32).

【００４２】上記改質器（33）は、部分酸化反応に対し
て活性を呈する触媒と、水蒸気改質反応に対して活性を
呈する触媒とを備えている。改質器（33）では、部分酸
化反応及び水蒸気改質反応によって、メタン（ＣＨ4）
を主成分とする天然ガス（即ち、原料ガス）から水素を
生成させる。その際、改質器（33）は、発熱反応である
部分酸化反応の反応熱を、吸熱反応である水蒸気改質反
応の反応熱として利用する。The reformer (33) comprises a catalyst which is active for the partial oxidation reaction and a catalyst which is active for the steam reforming reaction. In the reformer (33), methane (CH 4 ) is generated by partial oxidation reaction and steam reforming reaction.
Hydrogen is generated from natural gas (that is, raw material gas) whose main component is hydrogen. At that time, the reformer (33) uses the reaction heat of the partial oxidation reaction which is an exothermic reaction as the reaction heat of the steam reforming reaction which is an endothermic reaction.

【００４３】上記変成器（34）は、シフト反応（一酸化
炭素変成反応）に活性を呈する触媒を備えている。変成
器（34）では、シフト反応によって、ガス中の一酸化炭
素が削減されると同時に水素が増加する。The shift converter (34) is provided with a catalyst that is active in the shift reaction (carbon monoxide shift reaction). In the shift converter (34), the shift reaction reduces carbon monoxide in the gas and simultaneously increases hydrogen.

【００４４】上記ＣＯ除去器（35）は、ＣＯ選択酸化反
応に活性を呈する触媒を備えている。ＣＯ除去器（35）
では、ＣＯ選択酸化反応によって、ガス中のＣＯが更に
削減される。そして、ＣＯ除去器（35）から出た水素主
体のガスが、燃料ガスとして燃料電池（10）の水素極側
ガス通路（12）へ供給される。The CO remover (35) is equipped with a catalyst that is active in the CO selective oxidation reaction. CO remover (35)
Then, CO in the gas is further reduced by the CO selective oxidation reaction. Then, the hydrogen-based gas discharged from the CO remover (35) is supplied as a fuel gas to the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10).

【００４５】上記ＣＯ除去器（35）と燃料電池（10）を
接続する配管には、空気導入管（81）の終端が接続され
ている。この空気導入管（81）の始端は、空気供給管
（20）における第２分岐管（22）の下流側に接続されて
いる。また、この空気導入管（81）には、調節弁（82）
が設けられている。この調節弁（82）の開度を変更する
と、空気導入管（81）を流れる空気の流量が変化する。The end of the air introduction pipe (81) is connected to the pipe connecting the CO remover (35) and the fuel cell (10). The start end of the air introduction pipe (81) is connected to the downstream side of the second branch pipe (22) in the air supply pipe (20). In addition, the air introduction pipe (81) has a control valve (82).
Is provided. When the opening degree of the control valve (82) is changed, the flow rate of air flowing through the air introduction pipe (81) changes.

【００４６】上記本体部（32）には、更に熱回収部（2
7）が設けられている。この熱回収部（27）は、本体部
（32）の改質器（33）、変成器（34）、及びＣＯ除去器
（35）の近傍に形成されたガスの通路であって、酸素極
排気管（24）における第１加湿器（40）の下流側に配置
されている。改質器（33）、変成器（34）、及びＣＯ除
去器（35）の排熱は、熱回収部（27）を流れる酸素極排
ガスに回収される。The body part (32) further includes a heat recovery part (2
7) is provided. The heat recovery section (27) is a gas passage formed in the main body section (32) in the vicinity of the reformer (33), the shift converter (34), and the CO remover (35), and is an oxygen electrode. The exhaust pipe (24) is arranged downstream of the first humidifier (40). Exhaust heat from the reformer (33), the shift converter (34), and the CO remover (35) is recovered by the oxygen electrode exhaust gas flowing through the heat recovery section (27).

【００４７】上記改質装置（30）には、燃焼器（51）が
設けられている。この燃焼器（51）には、酸素極排気管
（24）の終端と、水素極排気管（25）の終端とが接続さ
れている。この燃焼器（51）は、酸素極排ガス中に残存
する酸素（Ｏ2）を利用して、水素極排ガス中に残存す
る水素（Ｈ2）を燃焼させるように構成されている。ま
た、燃焼器（51）には、燃焼ガス管（26）の始端が接続
されている。燃焼ガス管（26）は、その終端が屋外に開
口する共に、その途中にガス加熱器（52）が設けられて
いる。水素極排ガスの燃焼によって生成した高温の燃焼
ガスは、この燃焼ガス管（26）を流れて屋外へ排出され
る。The reformer (30) is provided with a combustor (51). The end of the oxygen electrode exhaust pipe (24) and the end of the hydrogen electrode exhaust pipe (25) are connected to the combustor (51). The combustor (51) is configured to burn the hydrogen (H 2 ) remaining in the hydrogen electrode exhaust gas by utilizing the oxygen (O 2 ) remaining in the oxygen electrode exhaust gas. Further, the combustor (51) is connected to the starting end of the combustion gas pipe (26). The combustion gas pipe (26) has an end open to the outside and a gas heater (52) provided in the middle thereof. The high-temperature combustion gas generated by the combustion of the hydrogen electrode exhaust gas flows through the combustion gas pipe (26) and is discharged outdoors.

【００４８】上記ガス加熱器（52）には、空気流路（5
3）と、原料ガス流路（54）と、燃焼ガス流路（55）と
が区画形成されている。ガス加熱器（52）は、その空気
流路（53）が空気供給管（20）に接続され、その原料ガ
ス流路（54）が改質装置（30）における脱硫器（31）と
第２加湿器（45）の間に接続され、その燃焼ガス流路
（55）が燃焼ガス管（26）に接続されている。このガス
加熱器（52）は、燃焼ガス流路（55）の燃焼ガスと空気
流路（53）の空気とを熱交換させて酸化剤ガスとしての
空気を加熱すると同時に、燃焼ガス流路（55）の燃焼ガ
スと原料ガス流路（54）の原料ガスとを熱交換させて原
料ガスを加熱するように構成されている。The gas heater (52) has an air flow path (5
3), the raw material gas flow path (54), and the combustion gas flow path (55) are defined. The gas heater (52) has an air flow path (53) connected to the air supply pipe (20), and a raw material gas flow path (54) of the gas heater (52) and the desulfurizer (31) in the reformer (30). It is connected between the humidifiers (45) and its combustion gas flow path (55) is connected to the combustion gas pipe (26). The gas heater (52) heats the air as an oxidant gas by exchanging heat between the combustion gas in the combustion gas passage (55) and the air in the air passage (53), and at the same time, The combustion gas of 55) and the raw material gas of the raw material gas flow path (54) are heat-exchanged to heat the raw material gas.

【００４９】上記水循環路（65）は、熱媒水が充填され
た閉回路である。この水循環路（65）には、熱媒水の循
環方向において、循環ポンプ（66）と、第１熱交換器
（71）と、第２熱交換器（74）と、貯湯タンク（67）と
が順に設けられている。水循環路（65）を循環する熱媒
水は、第１熱交換器（71）及び第２熱交換器（74）で加
熱され、温水となって貯湯タンク（67）に蓄えられる。
そして、貯湯タンク（67）の温水は、必要に応じて給湯
に供される。The water circulation path (65) is a closed circuit filled with heat transfer water. In the water circulation path (65), a circulation pump (66), a first heat exchanger (71), a second heat exchanger (74), and a hot water storage tank (67) in the circulation direction of the heat transfer water. Are provided in order. The heat transfer water circulating in the water circulation path (65) is heated by the first heat exchanger (71) and the second heat exchanger (74) and becomes hot water and is stored in the hot water storage tank (67).
The hot water in the hot water storage tank (67) is supplied to hot water as needed.

【００５０】上記第１熱交換器（71）には、冷却水流路
（72）と水流路（73）とが区画形成されている。第１熱
交換器（71）は、その冷却水流路（72）が冷却水回路
（60）に接続され、その水流路（73）が水循環路（65）
に接続されている。この第１熱交換器（71）は、冷却水
流路（72）の冷却水と水流路（73）の熱媒水とを熱交換
させるように構成されている。In the first heat exchanger (71), a cooling water passage (72) and a water passage (73) are defined. In the first heat exchanger (71), the cooling water channel (72) is connected to the cooling water circuit (60), and the water channel (73) is the water circulation channel (65).
It is connected to the. The first heat exchanger (71) is configured to exchange heat between the cooling water in the cooling water channel (72) and the heat transfer water in the water channel (73).

【００５１】上記第２熱交換器（74）には、燃焼ガス流
路（75）と水流路（76）とが区画形成されている。第２
熱交換器（74）は、その燃焼ガス流路（75）が燃焼ガス
管（26）に接続され、その水流路（76）が水循環路（6
5）に接続されている。この第２熱交換器（74）は、燃
焼ガス流路（75）の燃焼ガスと水流路（76）の熱媒水と
を熱交換させるように構成されている。A combustion gas passage (75) and a water passage (76) are defined in the second heat exchanger (74). Second
In the heat exchanger (74), the combustion gas passage (75) is connected to the combustion gas pipe (26), and the water passage (76) is the water circulation passage (6).
5) connected to. The second heat exchanger (74) is configured to exchange heat between the combustion gas in the combustion gas passage (75) and the heat transfer water in the water passage (76).

【００５２】本実施形態の燃料電池システムには、コン
トローラ（90）が設けられている。このコントローラ
（90）は、被毒判定部（91）と被毒解消部（92）とを備
えている。被毒判定部（91）は、燃料電池（10）の出力
電圧低下の原因が電極触媒のＣＯ被毒であるか否かを判
定する判定手段を構成している。被毒解消部（92）は、
燃料電池（10）の出力電圧低下が電極触媒のＣＯ被毒に
よるものと被毒判定部（91）により判定された場合に、
調節弁（82）を開いて燃料ガスに酸化剤ガス（空気）を
添加し、電極触媒の触媒能を回復させる回復手段を構成
している。The fuel cell system of this embodiment is provided with a controller (90). The controller (90) includes a poisoning determination section (91) and a poisoning elimination section (92). The poisoning determination section (91) constitutes a determination means for determining whether or not the cause of the output voltage drop of the fuel cell (10) is CO poisoning of the electrode catalyst. The poison elimination section (92)
When the output voltage drop of the fuel cell (10) is determined to be due to CO poisoning of the electrode catalyst by the poisoning determination unit (91),
A recovery means for opening the control valve (82) and adding an oxidant gas (air) to the fuel gas to recover the catalytic ability of the electrode catalyst is constituted.

【００５３】−運転動作−上記燃料電池システムの運転
動作を説明する。-Operational Behavior-The operational behavior of the fuel cell system will be described.

【００５４】ブロワ（23）を運転すると、空気供給管
（20）に空気が取り込まれる。この空気は、その一部が
第１分岐管（21）を通じて改質装置（30）へ送られ、残
りが酸化剤ガスとしてガス加熱器（52）の空気流路（5
3）へ導入される。この酸化剤ガス（空気）は、空気流
路（53）を流れる間に燃焼ガス流路（55）の燃焼ガスか
ら吸熱する。When the blower (23) is operated, air is taken into the air supply pipe (20). A part of this air is sent to the reformer (30) through the first branch pipe (21), and the rest is used as an oxidant gas in the air flow path (5) of the gas heater (52).
Introduced to 3). The oxidant gas (air) absorbs heat from the combustion gas in the combustion gas passage (55) while flowing through the air passage (53).

【００５５】ガス加熱器（52）において加熱された酸化
剤ガスは、続いて第１加湿器（40）の第１被加湿側通路
（42）へ流入する。一方、第１加湿器（40）の第１排ガ
ス通路（43）には、酸素極排ガスが導入されている。そ
して、第１被加湿側通路（42）の酸化剤ガス（空気）に
は、水蒸気透過膜（41）を透過した酸素極排ガス中の水
蒸気が供給される。つまり、この第１加湿器（40）で
は、燃料電池（10）から排出された水蒸気が酸化剤ガス
（空気）に回収される。The oxidant gas heated in the gas heater (52) subsequently flows into the first humidified passage (42) of the first humidifier (40). On the other hand, the oxygen electrode exhaust gas is introduced into the first exhaust gas passage (43) of the first humidifier (40). Then, the water vapor in the oxygen electrode exhaust gas that has permeated the water vapor permeable membrane (41) is supplied to the oxidant gas (air) in the first humidification side passageway (42). That is, in the first humidifier (40), the water vapor discharged from the fuel cell (10) is recovered by the oxidant gas (air).

【００５６】その際、第１被加湿側通路（42）へは、ガ
ス加熱器（52）で予め加熱された酸化剤ガス（空気）が
流入する。従って、この第１加湿器（40）において、第
１排ガス通路（43）の酸素極排ガスが冷却されて水蒸気
透過膜（41）の表面で結露が生じることはない。また、
放熱によって第１被加湿側通路（42）の酸化剤ガスの温
度が露点温度よりも低くなることはなく、第１被加湿側
通路（42）の側においても水蒸気透過膜（41）の表面で
結露が生じることはない。At this time, the oxidant gas (air) preheated by the gas heater (52) flows into the first humidification-side passage (42). Therefore, in the first humidifier (40), the oxygen electrode exhaust gas in the first exhaust gas passage (43) is not cooled and dew condensation does not occur on the surface of the water vapor permeable membrane (41). Also,
The temperature of the oxidant gas in the first humidified side passageway (42) does not become lower than the dew point temperature due to heat radiation, and even on the first humidified side passageway (42) side, the surface of the water vapor permeable membrane (41) is No condensation will occur.

【００５７】第１加湿器（40）において加湿された酸化
剤ガス（空気）は、その一部が第２分岐管（22）を通じ
て改質装置（30）へ送られ、残りが燃料電池（10）の酸
素極側ガス通路（11）へ導入される。このように、本実
施形態では、酸素極側ガス通路（11）へ導入される酸化
剤ガス（空気）を第１加湿器（40）で加湿しておくこと
で、燃料電池（10）における電解質膜の乾燥を防止して
いる。Part of the oxidant gas (air) humidified in the first humidifier (40) is sent to the reformer (30) through the second branch pipe (22), and the rest is supplied to the fuel cell (10). ) Is introduced into the oxygen side gas passage (11). As described above, in the present embodiment, the oxidant gas (air) introduced into the oxygen electrode side gas passageway (11) is humidified by the first humidifier (40), whereby the electrolyte in the fuel cell (10) is reduced. Prevents the membrane from drying.

【００５８】改質装置（30）へは、原料ガスが供給され
る。この原料ガスには、メタンを主成分とする天然ガス
が原燃料として含まれている。原料ガスは、先ず脱硫器
（31）へ導入される。脱硫器（31）では、原料ガスに含
まれる硫黄分が除去される。脱硫器（31）から出た原料
ガスは、第１分岐管（21）からの空気が混入された後
に、ガス加熱器（52）の原料ガス流路（54）へ導入され
る。この原料ガスは、原料ガス流路（54）を流れる間に
燃焼ガス流路（55）の燃焼ガスから吸熱する。A raw material gas is supplied to the reformer (30). This raw material gas contains natural gas containing methane as a main component as a raw fuel. The raw material gas is first introduced into the desulfurizer (31). In the desulfurizer (31), the sulfur content contained in the raw material gas is removed. The raw material gas discharged from the desulfurizer (31) is introduced into the raw material gas flow path (54) of the gas heater (52) after the air from the first branch pipe (21) is mixed therein. This raw material gas absorbs heat from the combustion gas in the combustion gas passage (55) while flowing through the raw material gas passage (54).

【００５９】ガス加熱器（52）において加熱された原料
ガスは、続いて第２加湿器（45）の第２被加湿側通路
（47）へ流入する。一方、第２加湿器（45）の第２排ガ
ス通路（48）には、水素極排ガスが導入されている。そ
して、第２被加湿側通路（47）の原料ガスには、水蒸気
透過膜（46）を透過した水素極排ガス中の水蒸気が供給
される。この第２加湿器（45）では、改質器（33）にお
ける水蒸気改質反応、及び変成器（34）におけるシフト
反応に必要な量の水蒸気が、原料ガスに対して付与され
る。The raw material gas heated in the gas heater (52) subsequently flows into the second humidified passage (47) of the second humidifier (45). On the other hand, the hydrogen electrode exhaust gas is introduced into the second exhaust gas passage (48) of the second humidifier (45). Then, the water vapor in the hydrogen electrode exhaust gas that has permeated the water vapor permeable membrane (46) is supplied to the raw material gas in the second humidified side passageway (47). In the second humidifier (45), the amount of steam required for the steam reforming reaction in the reformer (33) and the shift reaction in the shift converter (34) is applied to the raw material gas.

【００６０】その際、第２被加湿側通路（47）へは、ガ
ス加熱器（52）で予め加熱された原料ガスが流入する。
従って、第２排ガス通路（48）の水素極排ガスが冷却さ
れて、水蒸気透過膜（46）の表面で結露が生じることは
ない。また、放熱によって第２被加湿側通路（47）の原
料ガスの温度が露点温度よりも低くなることはなく、第
２被加湿側通路（47）の側においても水蒸気透過膜（4
6）の表面で結露が生じることはない。At this time, the raw material gas preheated by the gas heater (52) flows into the second humidified passage (47).
Therefore, the hydrogen electrode exhaust gas in the second exhaust gas passage (48) is not cooled and dew condensation does not occur on the surface of the water vapor permeable membrane (46). Further, the temperature of the raw material gas in the second humidified side passageway (47) does not become lower than the dew point temperature due to heat radiation, and the water vapor permeable membrane (4) is also provided on the second humidified side passageway (47) side.
No condensation occurs on the surface of 6).

【００６１】第２加湿器（45）で加湿された原料ガス
は、改質器（33）へ導入される。つまり、改質器（33）
に対しては、天然ガス、空気、及び水蒸気の混合物であ
る原料ガスが供給される。改質器（33）では、メタン
（ＣＨ4）の部分酸化反応と水蒸気改質反応とが行わ
れ、水素（Ｈ2）と一酸化炭素（ＣＯ）が生成する。改
質器（33）における部分酸化反応及び水蒸気改質反応の
反応式は、次に示す通りである。 ＣＨ4＋１/２Ｏ2 → ＣＯ＋２Ｈ2 … 部分酸化反応 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ2 … 水蒸気改質反応The raw material gas humidified by the second humidifier (45) is introduced into the reformer (33). That is, reformer (33)
Is fed with a source gas which is a mixture of natural gas, air and steam. In the reformer (33), a partial oxidation reaction of methane (CH 4 ) and a steam reforming reaction are performed to generate hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). The reaction formulas of the partial oxidation reaction and the steam reforming reaction in the reformer (33) are as shown below. CH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2 … Partial oxidation reaction CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 … Steam reforming reaction

【００６２】改質器（33）から流出した反応後のガス
は、変成器（34）へ送られる。変成器（34）へ導入され
るガスには、改質器（33）で生成した水素と一酸化炭素
が含まれている。また、このガスには、第２加湿器（4
5）において供給されたものの水蒸気改質反応に用いら
れなかった水蒸気が残存している。変成器（34）では、
シフト反応が行われ、一酸化炭素が減少すると同時に水
素が増加する。シフト反応の反応式は、次の通りであ
る。 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 … シフト反応The reacted gas flowing out from the reformer (33) is sent to the shift converter (34). The gas introduced into the shift converter (34) contains hydrogen and carbon monoxide produced in the reformer (33). In addition, the second humidifier (4
The steam that was supplied in 5) but was not used in the steam reforming reaction remains. In the transformer (34),
A shift reaction takes place, with a decrease in carbon monoxide and an increase in hydrogen. The reaction formula of the shift reaction is as follows. CO + H 2 O → CO 2 + H 2 … Shift reaction

【００６３】変成器（34）から出たガスは、第２分岐管
（22）からの空気と混合された後にＣＯ除去器（35）へ
導入される。ここで、変成器（34）からＣＯ除去器（3
5）へ送られるガスは、水素が主成分となっているもの
の、未だに一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素
は、水素極の触媒毒となる。そこで、ＣＯ除去器（35）
は、ＣＯ選択酸化反応によってガス中の一酸化炭素を更
に削減する。ＣＯ選択酸化反応の反応式は、次の通りで
ある。 ＣＯ＋１/２Ｏ2 → ＣＯ2 … ＣＯ選択酸化反応 そして、ＣＯ除去器（35）で一酸化炭素を削減されたガ
スは、燃料ガスとして燃料電池（10）の水素極側ガス通
路（12）へ供給される。The gas discharged from the transformer (34) is mixed with the air from the second branch pipe (22) and then introduced into the CO remover (35). Here, the CO remover (3
The gas sent to 5) contains hydrogen as a main component, but still contains carbon monoxide. This carbon monoxide becomes a catalyst poison of the hydrogen electrode. Therefore, CO remover (35)
Further reduces carbon monoxide in the gas by CO selective oxidation reaction. The reaction formula of the CO selective oxidation reaction is as follows. CO + 1 / 2O 2 → CO 2 CO selective oxidation reaction, and the gas whose carbon monoxide has been reduced by the CO remover (35) is supplied to the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10) as fuel gas. To be done.

【００６４】その際、変成器（34）からＣＯ除去器（3
5）へ向かって流れるガスには、第１加湿器（40）で加
湿された酸化剤ガス（空気）が第２分岐管（22）を通じ
て供給される。この酸化剤ガス（空気）に含まれる水蒸
気は、ＣＯ除去器（35）を通過し、燃料ガスの一成分と
して燃料電池（10）の水素極側ガス通路（12）へ供給さ
れる。これによって、燃料電池（10）の電解質膜が湿潤
状態に保たれる。At this time, the transformer (34) is connected to the CO remover (3
The oxidant gas (air) humidified by the first humidifier (40) is supplied to the gas flowing toward 5) through the second branch pipe (22). The water vapor contained in the oxidant gas (air) passes through the CO remover (35) and is supplied to the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10) as one component of the fuel gas. As a result, the electrolyte membrane of the fuel cell (10) is kept in a wet state.

【００６５】上述のように、燃料電池（10）には、水素
極側ガス通路（12）へ燃料ガスが供給され、酸素極側ガ
ス通路（11）へ酸化剤ガス（空気）が供給される。燃料
電池（10）は、燃料ガス中の水素を燃料とし、酸化剤ガ
ス（空気）中の酸素を酸化剤として発電を行う。具体的
に、燃料電池（10）では、水素極及び酸素極の電極表面
において下記の電池反応が行われる。 水素極：２Ｈ2 → ４Ｈ+＋４ｅ- 酸素極：Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ- → ２Ｈ2Ｏ この電池反応により、燃料ガスに含まれる水素の燃焼反
応の化学エネルギが電気エネルギに変換される。As described above, in the fuel cell (10), the fuel gas is supplied to the hydrogen electrode side gas passage (12) and the oxidant gas (air) is supplied to the oxygen electrode side gas passage (11). . The fuel cell (10) uses hydrogen in a fuel gas as a fuel and oxygen in an oxidant gas (air) as an oxidant to generate electricity. Specifically, in the fuel cell (10), the following cell reactions are performed on the electrode surfaces of the hydrogen electrode and the oxygen electrode. Hydrogen electrode: 2H 2 → 4H + + 4e − Oxygen electrode: O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O This cell reaction converts the chemical energy of the combustion reaction of hydrogen contained in the fuel gas into electric energy.

【００６６】燃料電池（10）の酸素極側ガス通路（11）
からは、電池排ガスとして酸素極排ガスが排出される。
この酸素極排ガスには、電池反応に使われなかった余剰
酸素が含まれている。また、酸素極排ガス中には、電池
反応によって生じたＨ2Ｏが水蒸気の状態で存在してい
る。この酸素極排ガスは、酸素極排気管（24）を通じて
第１加湿器（40）の第１排ガス通路（43）へ導入され
る。上述のように、酸素極排ガス中の水蒸気は、水蒸気
透過膜（41）を透過して第１被加湿側通路（42）の酸化
剤ガス（空気）へ供給される。Gas passage (11) on the oxygen electrode side of the fuel cell (10)
Oxygen electrode exhaust gas is discharged as battery exhaust gas from.
This oxygen electrode exhaust gas contains excess oxygen that was not used in the cell reaction. In the oxygen electrode exhaust gas, H 2 O generated by the cell reaction exists in the form of water vapor. The oxygen electrode exhaust gas is introduced into the first exhaust gas passage (43) of the first humidifier (40) through the oxygen electrode exhaust pipe (24). As described above, the water vapor in the oxygen electrode exhaust gas permeates the water vapor permeable membrane (41) and is supplied to the oxidant gas (air) in the first humidification-side passage (42).

【００６７】第１加湿器（40）において水蒸気を奪われ
た酸素極排ガスは、熱回収部（27）へ送られる。熱回収
部（27）では、改質器（33）、変成器（34）、及びＣＯ
除去器（35）から放出された排熱を、酸素極排ガスが吸
熱する。そして、酸素極排ガスは、熱回収部（27）で吸
熱した後に燃焼器（51）へ導入される。つまり、本体部
（32）の排熱が、燃焼器（51）へ供給される酸素極排ガ
スに回収される。The oxygen electrode exhaust gas deprived of water vapor in the first humidifier (40) is sent to the heat recovery section (27). In the heat recovery section (27), the reformer (33), the transformer (34), and the CO
The exhaust heat released from the remover (35) is absorbed by the oxygen electrode exhaust gas. Then, the oxygen electrode exhaust gas is introduced into the combustor (51) after absorbing heat in the heat recovery section (27). That is, the exhaust heat of the main body (32) is recovered by the oxygen electrode exhaust gas supplied to the combustor (51).

【００６８】一方、燃料電池（10）の水素極側ガス通路
（12）からは、電池排ガスとして水素極排ガスが排出さ
れる。この水素極排ガスには、電池反応に使われなかっ
た水素が残存している。また、水素極排ガス中には、電
池反応によって生じたＨ2Ｏが水蒸気の状態で存在して
いる。この水素極排ガスは、水素極排気管（25）を通じ
て第２加湿器（45）の第２排ガス通路（48）へ導入され
る。上述のように、水素極排ガス中の水蒸気は、水蒸気
透過膜（46）を透過して第２被加湿側通路（47）の原料
ガスへ供給される。第２加湿器（45）において水蒸気を
奪われた水素極排ガスは、燃焼器（51）へ送り込まれ
る。On the other hand, the hydrogen electrode exhaust gas is discharged from the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10) as the cell exhaust gas. In this hydrogen electrode exhaust gas, hydrogen that has not been used in the cell reaction remains. Further, H 2 O generated by the cell reaction exists in the hydrogen gas exhaust gas in the form of water vapor. The hydrogen electrode exhaust gas is introduced into the second exhaust gas passage (48) of the second humidifier (45) through the hydrogen electrode exhaust pipe (25). As described above, the water vapor in the hydrogen electrode exhaust gas permeates the water vapor permeable membrane (46) and is supplied to the raw material gas in the second humidified side passageway (47). The hydrogen electrode exhaust gas deprived of water vapor in the second humidifier (45) is sent to the combustor (51).

【００６９】燃焼器（51）は、酸素極排ガス中の酸素を
利用して、水素極排ガス中の水素を燃焼させる。この水
素極排ガスの燃焼によって、高温の燃焼ガスが生成す
る。この燃焼ガスは、燃焼ガス管（26）を流れて第２熱
交換器（74）の燃焼ガス流路（75）へ導入される。第２
熱交換器（74）では、燃焼ガス流路（75）の燃焼ガスが
水流路（76）の熱媒水に対して放熱する。The combustor (51) burns hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas by using oxygen in the oxygen electrode exhaust gas. Combustion of this hydrogen electrode exhaust gas produces high-temperature combustion gas. This combustion gas flows through the combustion gas pipe (26) and is introduced into the combustion gas passage (75) of the second heat exchanger (74). Second
In the heat exchanger (74), the combustion gas in the combustion gas passage (75) radiates heat to the heat transfer water in the water passage (76).

【００７０】第２熱交換器（74）で放熱した燃焼ガス
は、続いてガス加熱器（52）の燃焼ガス流路（55）へ導
入される。ガス加熱器（52）では、燃焼ガス流路（55）
の燃焼ガスが、空気流路（53）の酸化剤ガス（空気）及
び原料ガス流路（54）の原料ガスに対して更に放熱す
る。その後、燃焼ガスは、燃焼ガス流路（55）から出て
屋外へ排気される。The combustion gas radiated by the second heat exchanger (74) is subsequently introduced into the combustion gas passage (55) of the gas heater (52). In the gas heater (52), the combustion gas flow path (55)
The combustion gas is further radiated to the oxidant gas (air) in the air channel (53) and the source gas in the source gas channel (54). Then, the combustion gas exits the combustion gas flow path (55) and is exhausted to the outside.

【００７１】冷却水ポンプ（61）を運転すると、冷却水
回路（60）において冷却水が循環する。冷却水ポンプ
（61）から吐出された冷却水は、燃料電池（10）へ送ら
れて吸熱する。この冷却水の吸熱により、燃料電池（1
0）が所定の作動温度（例えば、８５℃程度）に保たれ
る。燃料電池（10）で吸熱した冷却水は、第１熱交換器
（71）の冷却水流路（72）へ導入される。この冷却水
は、冷却水流路（72）を流れる間に水流路（73）の熱媒
水に対して放熱する。第１熱交換器（71）において放熱
した冷却水は、冷却水ポンプ（61）に吸入される。そし
て、冷却水ポンプ（61）が放熱後の冷却水を再び燃料電
池（10）へ向けて送り出し、この循環が繰り返される。When the cooling water pump (61) is operated, the cooling water circulates in the cooling water circuit (60). The cooling water discharged from the cooling water pump (61) is sent to the fuel cell (10) and absorbs heat. Due to the heat absorption of this cooling water, the fuel cell (1
0) is maintained at a predetermined operating temperature (for example, about 85 ° C.). The cooling water that has absorbed heat in the fuel cell (10) is introduced into the cooling water flow path (72) of the first heat exchanger (71). The cooling water radiates heat to the heat transfer water in the water flow path (73) while flowing through the cooling water flow path (72). The cooling water that radiates heat in the first heat exchanger (71) is sucked into the cooling water pump (61). Then, the cooling water pump (61) again sends the cooling water after heat radiation toward the fuel cell (10), and this circulation is repeated.

【００７２】循環ポンプ（66）を運転すると、水循環路
（65）において熱媒水が循環する。貯湯タンク（67）の
底部から流出した熱媒水は、循環ポンプ（66）によって
第１熱交換器（71）の水流路（73）へ送り込まれる。第
１熱交換器（71）において、熱媒水は、水流路（73）を
流れる間に冷却水流路（72）の冷却水から吸熱する。つ
まり、燃料電池（10）の排熱が、熱媒水に回収される。When the circulation pump (66) is operated, the heat transfer water circulates in the water circulation passage (65). The heat transfer water flowing out from the bottom of the hot water storage tank (67) is sent to the water flow path (73) of the first heat exchanger (71) by the circulation pump (66). In the first heat exchanger (71), the heat transfer water absorbs heat from the cooling water in the cooling water passage (72) while flowing through the water passage (73). That is, the exhaust heat of the fuel cell (10) is recovered by the heat transfer water.

【００７３】その後、熱媒水は、第２熱交換器（74）の
水流路（76）へ導入される。第２熱交換器（74）におい
て、熱媒水は、水流路（76）を流れる間に燃焼ガス流路
（75）の燃焼ガスから吸熱する。つまり、水素極排ガス
中に残存する水素の燃焼熱が、熱媒水に回収される。そ
して、第２熱交換器（74）から出た熱媒水は、貯湯タン
ク（67）へ送り返され、温水として貯留される。貯湯タ
ンク（67）に温水として蓄えられた熱媒水は、給湯に利
用される。After that, the heat transfer water is introduced into the water flow path (76) of the second heat exchanger (74). In the second heat exchanger (74), the heat transfer water absorbs heat from the combustion gas in the combustion gas passage (75) while flowing through the water passage (76). That is, the heat of combustion of hydrogen remaining in the hydrogen electrode exhaust gas is recovered in the heat transfer water. Then, the heat transfer water discharged from the second heat exchanger (74) is sent back to the hot water storage tank (67) and stored as hot water. The heat transfer water stored as hot water in the hot water storage tank (67) is used for hot water supply.

【００７４】−コントローラによる被毒解消動作−燃料
電池（10）の電極触媒のＣＯ被毒を解消するための動作
について、図２のフロー図を参照しながら説明する。ま
た、以下の説明では、併せて図３，図４を適宜参照す
る。-Poisoning elimination operation by controller-The operation for eliminating CO poisoning of the electrode catalyst of the fuel cell (10) will be described with reference to the flow chart of FIG. Further, in the following description, FIG. 3 and FIG. 4 will be appropriately referred to together.

【００７５】図２のフロー図において、ステップST10か
らステップST15までの動作がコントローラ（90）の被毒
判定部（91）により行われ、残りのステップST15からス
テップST18までの動作がコントローラ（90）の被毒解消
部（92）により行われる。In the flow chart of FIG. 2, the operations from step ST10 to step ST15 are performed by the poisoning determination section (91) of the controller (90), and the remaining operations from step ST15 to step ST18 are performed by the controller (90). This is performed by the poisoning elimination section (92).

【００７６】ステップST10では、被毒判定部（91）が前
回に所定の判定を行ってから一定時間（例えば１時間）
が経過しているか否かを判断する。ステップST10におい
て、一定時間が経過している場合には、ステップST12へ
移る。In step ST10, the poisoning determination section (91) has made a predetermined time (for example, 1 hour) since the predetermined determination was made last time.
To determine whether or not has elapsed. In step ST10, when the fixed time has elapsed, the process proceeds to step ST12.

【００７７】一方、ステップST10において、一定時間が
経過していない場合には、ステップST11へ移る。ステッ
プST11では、燃料電池（10）の出力電圧Ｖが予め設定し
ておいた基準値Ｖ3以下となっているか否かを判断す
る。ステップST11において、Ｖ＞Ｖ3である場合には再
びステップST10へ戻り、Ｖ≦Ｖ3である場合にはステッ
プST12へ移る。On the other hand, if the predetermined time has not elapsed in step ST10, the process proceeds to step ST11. In step ST11, it is determined whether the output voltage V of the fuel cell (10) is equal to or less than the reference value V 3 set in advance. If V> V 3 in step ST11, the process returns to step ST10 again, and if V ≦ V 3 , the process proceeds to step ST12.

【００７８】ここで、改質装置（30）から燃料電池（1
0）へ供給される燃料ガスには、常に微量の一酸化炭素
が含まれている。このため、燃料電池（10）の運転を継
続すると電極触媒のＣＯ被毒が徐々に進行し、燃料電池
（10）の出力電圧は次第に低下してゆく。つまり、被毒
判定部（91）による前回の判定から一定時間が経過して
いれば、燃料電池（10）の出力電圧は既にある程度低下
していると考えられる。そこで、被毒判定部（91）は、
ステップST10の一定時間が経過しているという条件と、
ステップST11のＶ≦Ｖ3となっているという条件の少な
くとも一方が満たされた場合に、ステップST12以降の動
作を行って所定の判定を行う。From the reformer (30) to the fuel cell (1
The fuel gas supplied to 0) always contains a trace amount of carbon monoxide. Therefore, when the operation of the fuel cell (10) is continued, CO poisoning of the electrode catalyst gradually progresses, and the output voltage of the fuel cell (10) gradually decreases. In other words, it is considered that the output voltage of the fuel cell (10) has already dropped to some extent if a certain time has passed since the previous determination by the poisoning determination unit (91). Therefore, the poisoning determination unit (91)
With the condition that a certain time in step ST10 has elapsed,
If at least one of the conditions of V ≦ V 3 in step ST11 is satisfied, the operations after step ST12 are performed to make a predetermined determination.

【００７９】ステップST12では、被毒判定部（91）が第
１動作を行う。つまり、ステップST12において、被毒判
定部（91）は、調節弁（82）を短時間だけ開き、燃料ガ
スに対して少量の酸化剤ガス（空気）を添加する。例え
ば、図３では、時刻ｔ2に燃料電池（10）の出力電圧Ｖ
が基準値Ｖ3まで低下する。そこで、被毒判定部（91）
は、時刻ｔ2から時刻ｔ3に亘って調節弁（82）を開き、
燃料ガスに対して少量の酸化剤ガス（空気）をパルス的
に添加する。その後、被毒判定部（91）は、ステップST
12からステップST13に移って動作を継続する。In step ST12, the poisoning determination section (91) performs the first operation. That is, in step ST12, the poisoning determination unit (91) opens the control valve (82) for a short time and adds a small amount of oxidant gas (air) to the fuel gas. For example, in FIG. 3, at time t 2 , the output voltage V of the fuel cell (10) is
Decreases to the reference value V 3 . Therefore, poisoning determination unit (91)
Opens the control valve (82) from time t 2 to time t 3 ,
A small amount of oxidant gas (air) is added to the fuel gas in a pulsed manner. Then, the poisoning determination unit (91), step ST
The process moves from 12 to step ST13 to continue the operation.

【００８０】図３に示すように、時刻ｔ3において調節
弁（82）を閉鎖してからも、暫くの間は燃料電池（10）
の出力電圧Ｖが低下し続ける。酸化剤ガスが燃料ガスと
共に燃料電池（10）の水素極側ガス通路（12）へ流入す
ると、電極触媒上の一酸化炭素は、酸化剤ガス中の酸素
によって酸化され、二酸化炭素となって電極触媒から取
り除かれる。ここで、調節弁（82）の閉鎖後も出力電圧
Ｖの低下が続くのは、燃料ガスに添加された酸化剤ガス
が燃料電池（10）の電極触媒へ到達するまでにある程度
の時間を要し、更には酸化剤ガスが電極触媒に到達して
から酸化解離により電極触媒から一酸化炭素が除かれる
までにもある程度時間がかかるからである。[0080] As shown in FIG. 3, control valve at time t 3 from the closed (82), a while the fuel cell (10)
Output voltage V continues to drop. When the oxidant gas flows into the hydrogen electrode side gas passageway (12) of the fuel cell (10) together with the fuel gas, carbon monoxide on the electrode catalyst is oxidized by oxygen in the oxidant gas to become carbon dioxide, and thus the electrode Removed from catalyst. The output voltage V continues to decrease even after the control valve (82) is closed because it takes some time for the oxidant gas added to the fuel gas to reach the electrode catalyst of the fuel cell (10). In addition, it takes some time after the oxidant gas reaches the electrode catalyst until carbon monoxide is removed from the electrode catalyst by oxidative dissociation.

【００８１】このように電極触媒のＣＯ被毒が解消され
ると、時刻ｔ4からは燃料電池（10）の出力電圧Ｖが次
第に上昇し始める。そして、時刻ｔ5には、燃料電池（1
0）の出力電圧Ｖが電圧値Ｖ3に達する。ただし、時刻ｔ
2から時刻ｔ3に亘って燃料ガスに添加された酸化剤ガス
は少量である。このため、燃料電池（10）の出力電圧Ｖ
は、電圧値Ｖ3にまでは回復するもののそれ以上は上昇
せず、本来の電圧値Ｖ0にまでは上昇しない。When the CO poisoning of the electrode catalyst is eliminated in this way, the output voltage V of the fuel cell (10) gradually starts to increase from time t 4 . Then, at time t 5 , the fuel cell (1
The output voltage V of 0) reaches the voltage value V 3 . However, time t
The oxidant gas added to the fuel gas from 2 to time t 3 is small. Therefore, the output voltage V of the fuel cell (10)
Recovers to the voltage value V 3 , but does not increase further, and does not increase to the original voltage value V 0 .

【００８２】ステップST12で燃料ガスに酸化剤ガスを添
加すると、上述のように燃料電池（10）の出力電圧Ｖが
変化する。そこで、ステップST13において、被毒判定部
（91）は、第２動作を行って燃料電池（10）の出力電圧
Ｖを検出する。そして、被毒判定部（91）は、検出した
出力電圧Ｖの変化を測定する。具体的には、燃料電池
（10）の出力電圧Ｖが上昇し始める時刻ｔ3から上昇が
止まる時刻ｔ4までの出力電圧Ｖの変化割合、即ちΔＶ/
Δｔ＝(Ｖ3−Ｖ2)/(ｔ5−ｔ4) を測定する。When the oxidizing gas is added to the fuel gas in step ST12, the output voltage V of the fuel cell (10) changes as described above. Therefore, in step ST13, the poisoning determination unit (91) performs the second operation to detect the output voltage V of the fuel cell (10). Then, the poisoning determination unit (91) measures the change in the detected output voltage V. Specifically, the rate of change of the output voltage V from the time t 3 when the output voltage V of the fuel cell (10) starts to increase to the time t 4 when the increase stops, that is, ΔV /
Δt = (V 3 −V 2 ) / (t 5 −t 4 ) is measured.

【００８３】続いて、ステップST14へ移り、ΔＶ/Δｔ
の値に基づいて燃料電池（10）の出力電圧低下が電極触
媒のＣＯ被毒によるものかどうかを判定する。つまり、
電極触媒のＣＯ被毒以外の原因によって燃料電池（10）
の出力電圧Ｖが低下していたのであれば、ステップST12
で燃料ガスに酸化剤ガスを添加しても出力電圧Ｖは回復
せず、ΔＶ/Δｔの値はゼロのままかあるいはゼロより
も小さくなる。そこで、ΔＶ/Δｔ≦０の場合、被毒判
定部（91）は、出力電圧Ｖの低下の原因が電極触媒のＣ
Ｏ被毒ではないと判断する。その後、コントローラ（9
0）は、被毒解消動作から抜け出し、燃料電池（10）の
出力電圧Ｖの低下に対して他の対策を講じる。Then, the process proceeds to step ST14, where ΔV / Δt
It is determined whether the output voltage drop of the fuel cell (10) is due to CO poisoning of the electrode catalyst based on the value of. That is,
Fuel cells (10) due to causes other than CO poisoning of the electrode catalyst
If the output voltage V of is decreased, step ST12
Therefore, the output voltage V is not recovered even if the oxidant gas is added to the fuel gas, and the value of ΔV / Δt remains zero or becomes smaller than zero. Therefore, when ΔV / Δt ≦ 0, the poisoning determination unit (91) determines that the cause of the decrease in the output voltage V is C of the electrode catalyst.
Judge that it is not poisoned. Then the controller (9
In the case of 0), the measure for getting out of the poisoning elimination operation is taken, and other measures are taken against the decrease in the output voltage V of the fuel cell (10).

【００８４】一方、電極触媒のＣＯ被毒によって燃料電
池（10）の出力電圧Ｖが低下していたのであれば、ステ
ップST12で燃料ガスに酸化剤ガスを添加することによっ
て出力電圧Ｖが回復するため、ΔＶ/Δｔの値は必ずゼ
ロよりも大きくなる。そこで、ΔＶ/Δｔ＞０の場合、
被毒判定部（91）は、出力電圧Ｖの低下の原因が電極触
媒のＣＯ被毒であると判断し、ステップST15へ移る。On the other hand, if the output voltage V of the fuel cell (10) has dropped due to CO poisoning of the electrode catalyst, the output voltage V is restored by adding the oxidant gas to the fuel gas in step ST12. Therefore, the value of ΔV / Δt always becomes larger than zero. Therefore, when ΔV / Δt> 0,
The poisoning determination section (91) determines that the cause of the decrease in the output voltage V is CO poisoning of the electrode catalyst, and proceeds to step ST15.

【００８５】ステップST15において、被毒判定部（91）
は、被毒解消部（92）が燃料ガスに酸化剤ガスを添加す
る際の酸化剤ガスの流量を決定する。図４に示すよう
に、電極触媒のＣＯ被覆率とΔＶ/Δｔの値との間には
相関関係がある。つまり、ΔＶ/Δｔの値が大きく、ス
テップST12で酸化剤ガスを添加することによる出力電圧
Ｖの上昇割合が大きいほど、電極触媒のＣＯ被覆率は大
きくなる。そして、電極触媒のＣＯ被覆率が大きいほ
ど、その被毒を解消するためには燃料ガスに添加される
酸化剤ガスの流量を大きくする必要がある。そこで、被
毒判定部（91）は、ステップST13で測定したΔＶ/Δｔ
に基づき、被毒解消部（92）によって燃料ガスに添加さ
れる酸化剤ガスの流量を定める。In step ST15, the poisoning determination section (91)
Determines the flow rate of the oxidant gas when the poisoning elimination section (92) adds the oxidant gas to the fuel gas. As shown in FIG. 4, there is a correlation between the CO coverage of the electrode catalyst and the value of ΔV / Δt. That is, the larger the value of ΔV / Δt and the larger the increase rate of the output voltage V due to the addition of the oxidizing gas in step ST12, the larger the CO coverage of the electrode catalyst. As the CO coverage of the electrode catalyst increases, it is necessary to increase the flow rate of the oxidant gas added to the fuel gas in order to eliminate the poisoning. Therefore, the poisoning determination unit (91) sets ΔV / Δt measured in step ST13.
Based on the above, the flow rate of the oxidant gas added to the fuel gas by the poisoning elimination section (92) is determined.

【００８６】続いてステップST16へ移り、被毒解消部
（92）が調節弁（82）を開く。その際、被毒解消部（9
2）は、燃料ガスに供給される酸化剤ガスの流量が被毒
判定部（91）により定められた値となるように、調節弁
（82）を所定の開度にまで開く。調節弁（82）を開く
と、酸化剤ガスは、空気導入管（81）を通じて燃料ガス
に添加される。電極触媒上の一酸化炭素は、酸化剤ガス
中の酸素により酸化されて電極触媒から取り除かれる。
このようにして、電極触媒のＣＯ被毒が解消されてゆ
く。Subsequently, the process proceeds to step ST16, and the poisoning elimination section (92) opens the control valve (82). At that time, the poisoning elimination part (9
In 2), the control valve (82) is opened to a predetermined opening so that the flow rate of the oxidant gas supplied to the fuel gas becomes a value determined by the poisoning determination section (91). When the control valve (82) is opened, the oxidant gas is added to the fuel gas through the air introduction pipe (81). Carbon monoxide on the electrode catalyst is oxidized by oxygen in the oxidant gas and removed from the electrode catalyst.
In this way, the CO poisoning of the electrode catalyst is eliminated.

【００８７】その後、ステップST17へ移り、被毒解消部
（92）は、燃料電池（10）の出力電圧Ｖを監視する。被
毒解消部（92）は、この出力電圧Ｖが上昇するに従って
調節弁（82）の開度を絞り、燃料ガスに添加される酸化
剤ガスの流量を徐々に削減してゆく。被毒解消部（92）
は、ステップST18において出力電圧Ｖが本来の電圧値Ｖ
0に回復するまで酸化剤ガスの添加を継続する。そし
て、ステップST18においてＶ＝Ｖ0となると、被毒解消
部（92）は、調節弁（82）を閉鎖して被毒解消動作を終
了する。After that, the process proceeds to step ST17, and the poisoning elimination section (92) monitors the output voltage V of the fuel cell (10). The poisoning elimination section (92) narrows the opening of the control valve (82) as the output voltage V increases, and gradually reduces the flow rate of the oxidant gas added to the fuel gas. Poison elimination section (92)
Indicates that the output voltage V is the original voltage value V in step ST18.
Continue to add oxidant gas until it returns to zero . When V = V 0 in step ST18, the poisoning elimination unit (92) closes the control valve (82) and ends the poisoning elimination operation.

【００８８】−実施形態の効果− 本実施形態では、燃料電池（10）の出力電圧Ｖが低下し
た際に、その原因が電極触媒の被毒である場合にだけ、
必要最小限の酸化剤ガスを燃料ガスに添加している。従
って、従来の燃料電池システムのように、出力電圧低下
の原因が電極触媒の被毒ではないにも拘わらず酸化剤ガ
スを燃料ガスに添加してしまうといった事態を回避でき
る。このため、本実施形態によれば、出力電圧Ｖの回復
に必要な場合にだけ酸化剤ガスを燃料ガスに添加するこ
とができ、無駄な酸化剤ガスの添加によって燃料ガス中
の水素が浪費されるのを防止できる。-Effects of the Embodiment-In the present embodiment, when the output voltage V of the fuel cell (10) decreases, only when the cause is poisoning of the electrode catalyst,
The minimum required oxidant gas is added to the fuel gas. Therefore, unlike the conventional fuel cell system, it is possible to avoid the situation where the oxidizing gas is added to the fuel gas even though the cause of the output voltage drop is not the poisoning of the electrode catalyst. Therefore, according to the present embodiment, the oxidant gas can be added to the fuel gas only when it is necessary to recover the output voltage V, and the hydrogen in the fuel gas is wasted due to the unnecessary addition of the oxidant gas. Can be prevented.

【００８９】特に、本実施形態によれば、燃料電池（1
0）の出力電圧Ｖを検出するだけで、燃料電池（10）の
出力電圧低下の原因が電極触媒の被毒であるか否かを容
易に判定することができる。従って、本実施形態によれ
ば、燃料電池システムの構成を簡素に維持しつつ、被毒
判定部（91）による所定の判定を行うことができる。In particular, according to this embodiment, the fuel cell (1
It is possible to easily determine whether or not the cause of the decrease in the output voltage of the fuel cell (10) is the poisoning of the electrode catalyst simply by detecting the output voltage V of 0). Therefore, according to the present embodiment, it is possible to perform the predetermined determination by the poisoning determination unit (91) while maintaining the configuration of the fuel cell system simple.

【００９０】また、本実施形態によれば、被毒判定部
（91）が検出した燃料電池の出力電圧Ｖの変化から電極
触媒における一酸化炭素の被覆率（ＣＯ被覆率）を推測
できるという点を利用し、電極触媒の被毒を解消するの
に必要な酸化剤ガスの流量を定めることができる。従っ
て、本実施形態によれば、被毒解消のために燃料ガスへ
添加される酸化剤ガスの量を必要最小限に留めることが
でき、燃料ガス中の水素の浪費を確実に防止できる。Further, according to the present embodiment, the carbon monoxide coverage (CO coverage) on the electrode catalyst can be estimated from the change in the output voltage V of the fuel cell detected by the poisoning determination section (91). Can be used to determine the flow rate of the oxidant gas required to eliminate the poisoning of the electrode catalyst. Therefore, according to this embodiment, the amount of the oxidant gas added to the fuel gas for eliminating the poisoning can be kept to a necessary minimum, and the waste of hydrogen in the fuel gas can be reliably prevented.

【００９１】また、本実施形態では、被毒解消部（92）
が燃料ガスに酸化剤ガスを添加する場合、燃料電池（1
0）の出力電圧Ｖが回復するに従って、被毒解消部（9
2）は酸化剤ガスの流量を減らしてゆく。従って、本実
施形態によれば、被毒解消のために燃料ガスへ添加され
る酸化剤ガスの量を必要最小限に留めることができ、燃
料ガス中の水素の浪費を確実に防止できる。Further, in the present embodiment, the poisoning elimination section (92)
If the oxidant gas is added to the fuel gas, the fuel cell (1
As the output voltage V of 0) recovers, the poisoning elimination section (9
In 2), the flow rate of oxidant gas is reduced. Therefore, according to this embodiment, the amount of the oxidant gas added to the fuel gas for eliminating the poisoning can be kept to a necessary minimum, and the waste of hydrogen in the fuel gas can be reliably prevented.

【００９２】−実施形態の変形例− 本実施形態の被毒判定部（91）では、前回の判定から一
定時間が経過しているか、燃料電池（10）の出力電圧Ｖ
が所定の基準値以下となっている場合に判定を行うよう
にしているが、これに代えて、次のようにしてもよい。-Modification of Embodiment- In the poisoning determination section (91) of the present embodiment, whether a certain time has elapsed since the previous determination, or whether the output voltage V of the fuel cell (10) is V
The determination is made when is less than or equal to a predetermined reference value, but instead of this, the following may be performed.

【００９３】つまり、前回の判定からの経過時間だけを
監視し、前回の判定から一定時間が経過していれば、燃
料電池（10）の出力電圧Ｖに拘わらず被毒判定部（91）
が判定を行うようにしてもよい。また、これとは逆に、
燃料電池（10）の出力電圧Ｖだけを監視し、出力電圧Ｖ
が所定の基準値以下となっていれば、前回の判定からの
経過時間に拘わらず被毒判定部（91）が判定を行うよう
にしてもよい。That is, only the elapsed time from the previous determination is monitored, and if a certain time has elapsed from the previous determination, the poisoning determination unit (91) regardless of the output voltage V of the fuel cell (10).
May make the determination. On the contrary,
Only the output voltage V of the fuel cell (10) is monitored, and the output voltage V
If is less than or equal to a predetermined reference value, the poisoning determination unit (91) may make the determination regardless of the elapsed time from the previous determination.

【００９４】また、本実施形態の被毒判定部（91）で
は、燃料ガスに酸化剤ガスを添加した後における燃料電
池（10）の出力電圧Ｖを監視し、その変化割合ΔＶ/Δ
ｔの値に基づいて燃料電池（10）の出力電圧低下が電極
触媒のＣＯ被毒によるものかどうかを判定しているが、
これに代えて、次のようにしてもよい。Further, the poisoning determination section (91) of this embodiment monitors the output voltage V of the fuel cell (10) after the oxidant gas is added to the fuel gas, and the change rate ΔV / Δ
Based on the value of t, it is determined whether the output voltage drop of the fuel cell (10) is due to CO poisoning of the electrode catalyst.
Instead of this, the following may be performed.

【００９５】つまり、被毒判定部（91）では、酸化剤ガ
スの添加後における燃料電池（10）の出力電圧Ｖについ
て、ある時刻における出力電圧Ｖの微分値を測定し、そ
の値に基づいて燃料電池（10）の出力電圧低下の原因を
判断してもよい。また、被毒判定部（91）では、酸化剤
ガスの添加後における燃料電池（10）の出力電圧Ｖにつ
いて、出力電圧Ｖの変化量の積算値を測定し、その値に
基づいて燃料電池（10）の出力電圧低下の原因を判断し
てもよい。That is, the poisoning determination section (91) measures the differential value of the output voltage V at a certain time with respect to the output voltage V of the fuel cell (10) after the addition of the oxidant gas, and based on the measured value. The cause of the output voltage drop of the fuel cell (10) may be determined. Further, the poisoning determination section (91) measures an integrated value of the change amount of the output voltage V for the output voltage V of the fuel cell (10) after the addition of the oxidant gas, and based on the value, the fuel cell ( The cause of the output voltage drop of 10) may be judged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図
である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment.

【図２】実施形態に係るコントローラにより行われる被
毒解消動作を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing a poisoning elimination operation performed by the controller according to the embodiment.

【図３】燃料ガスに酸化剤ガス（空気）を添加した場合
の燃料電池の出力電圧の変化を示す空気流量及び出力電
圧と時間との関係図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the air flow rate and the output voltage, which shows the change in the output voltage of the fuel cell when an oxidant gas (air) is added to the fuel gas.

【図４】電極触媒のＣＯ被覆率と出力電圧の変化割合Δ
Ｖ/Δｔとの関係を示す関係図である。FIG. 4 shows the CO coverage of the electrode catalyst and the change rate Δ of the output voltage.
It is a relationship diagram which shows the relationship with V / Δt.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

（10） 燃料電池 （30） 改質装置 （91） 被毒判定部（判定手段） （92） 被毒解消部（回復手段） (10) Fuel cell (30) Reformer (91) Poisoning determination unit (determination means) (92) Poison elimination section (recovery means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０１Ｂ 3/48 Ｃ０１Ｂ 3/48 Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EA07 EB31 EB32 EB42 4G069 AA03 AA10 BA08B BC75B CC32 EB19 GA06 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA14 BA16 BA17 DD06 KK25 KK54 MM09 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C01B 3/48 C01B 3/48 H01M 8/10 H01M 8/10 F term (reference) 4G040 EA03 EA06 EA07 EB31 EB32 EB42 4G069 AA03 AA10 BA08B BC75B CC32 EB19 GA06 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA14 BA16 BA17 DD06 KK25 KK54 MM09

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 原燃料の改質により水素を含む燃料ガス
を製造する改質装置（30）と、上記燃料ガスと酸素を含
む酸化剤ガスとが供給される燃料電池（10）とを備える
燃料電池システムであって、 上記燃料電池（10）の出力電圧が低下した際に、その電
圧低下の原因が一酸化炭素による電極触媒の被毒か否か
を判定する判定手段（91）と、 上記判定手段（91）が電圧低下の原因を電極触媒の被毒
と判定したときには、該電極触媒の触媒能を回復させる
ために上記酸化剤ガスを上記燃料ガスに添加する回復手
段（92）とを備えている燃料電池システム。1. A reformer (30) for producing a fuel gas containing hydrogen by reforming a raw fuel, and a fuel cell (10) to which the fuel gas and an oxidant gas containing oxygen are supplied. In the fuel cell system, when the output voltage of the fuel cell (10) is reduced, a determination means (91) for determining whether or not the cause of the voltage reduction is poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide, When the determination means (91) determines that the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst, a recovery means (92) for adding the oxidant gas to the fuel gas in order to recover the catalytic ability of the electrode catalyst. Fuel cell system equipped with. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池システムにおい
て、 判定手段（91）は、前回の判定時から所定時間が経過し
た場合、又は燃料電池（10）の出力電圧が所定の基準値
以下となった場合に判定を行うように構成されている燃
料電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination means (91) determines that a predetermined time has elapsed since the last determination, or that the output voltage of the fuel cell (10) is less than or equal to a predetermined reference value. A fuel cell system that is configured to make a determination when 【請求項３】 請求項１又は２記載の燃料電池システム
において、 判定手段（91）は、所定量の酸化剤ガスを燃料ガスに添
加する第１動作と、該第１動作の開始後における燃料電
池（10）の出力電圧を検出する第２動作とを行い、該第
２動作で検出される出力電圧の変化に基づいて判定を行
うように構成されている燃料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the determination means (91) performs a first operation of adding a predetermined amount of oxidant gas to the fuel gas, and a fuel after the first operation is started. A fuel cell system configured to perform a second operation of detecting an output voltage of the battery (10) and make a determination based on a change of the output voltage detected in the second operation. 【請求項４】 請求項３記載の燃料電池システムにおい
て、 判定手段（91）は、電圧低下の原因が電極触媒の被毒と
判定した場合に、回復手段（92）が燃料ガスに添加する
酸化剤ガスの流量を第２動作で検出された出力電圧の変
化に基づいて決定するように構成されている燃料電池シ
ステム。4. The fuel cell system according to claim 3, wherein the determining means (91) adds oxidation to the fuel gas by the recovering means (92) when the cause of the voltage drop is poisoning of the electrode catalyst. A fuel cell system configured to determine the flow rate of the agent gas based on a change in the output voltage detected in the second operation. 【請求項５】 請求項１，２，３又は４記載の燃料電池
システムにおいて、 回復手段（92）は、燃料ガスに対する酸化剤ガスの添加
を開始した後における燃料電池（10）の出力電圧を検出
し、該燃料電池（10）の出力電圧が上昇するにつれて上
記燃料ガスに添加する酸化剤ガスの流量を削減するよう
に構成されている燃料電池システム。5. The fuel cell system according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the recovery means (92) adjusts the output voltage of the fuel cell (10) after the addition of the oxidant gas to the fuel gas is started. A fuel cell system configured to detect and reduce the flow rate of an oxidant gas added to the fuel gas as the output voltage of the fuel cell (10) increases.
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