JP2017162674A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電極触媒に付着した不純物を除去することができ、かつ燃料電池システムでの発電を停止する必要がなく、長時間発電が可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】電極触媒を有する燃料極、前記電極触媒を有する空気極、及び前記燃料極と前記空気極とに挟持される高分子電解質を備える固体高分子形燃料電池を複数備え、複数の前記固体高分子形燃料電池の前記燃料極に水素含有ガスを供給して発電を行う際、少なくとも一つの前記固体高分子形燃料電池に対して輪番で前記燃料極における前記電極触媒の回復操作が行われ、前記回復操作は、前記回復操作が行われる前記固体高分子形燃料電池の発電を停止した後、前記燃料極と前記空気極とに供給されるガスを入れ替え、前記空気極側を基準として前記燃料極を正の電位とすることで行われる燃料電池システム。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池システムに用いる固体高分子形燃料電池は、燃料極と空気極とで高分子電解質を挟持して構成され、燃料極に水素を含む燃料ガスを供給し、空気極に酸素を含むガスを供給することにより、発電することができる。

ここで、固体高分子形燃料電池の燃料極に供給される水素を含む燃料ガスには、水素の他に不純物が含まれている場合があり、固体高分子形燃料電池に影響を与えるものとしては、主に硫化水素、二酸化硫黄、メチルメルカプタン、塩素、アンモニア、アミン類化合物などが挙げられる。これらを大別すると、硫黄系不純物と水溶性不純物に分けることができる。固体高分子形燃料電池の出力低下、耐久性低下等を抑制する点から、これらの硫黄系不純物及び水溶性不純物を固体高分子形燃料電池から除去することが好ましい。

例えば、第１の電極を基準として第２の電極が正の電位（０．９Ｖ以上１．５Ｖ以上）となるように第１の電極と第２の電極との間に所定の電圧を一定時間印加することで、電極触媒上の硫黄が酸化されて脱離する燃料電池システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料電池の電圧と温度を低下させて燃料電池内に残留した水蒸気が凝縮した凝縮水の量を増やし、触媒に吸着されていた水溶性不純物を凝縮水により洗い流して除去する燃料電池システムが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−２１８７２２号公報 特開２０１５−１１９１４号公報

上記特許文献１、２に記載の燃料電池システムでは、電極触媒に吸着された硫黄系不純物や水溶性不純物を除去する際に、燃料電池システムでの発電を停止する必要が生じてしまい、長時間発電のできないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、電極触媒に付着した不純物を除去することができ、かつ燃料電池システムでの発電を停止する必要がなく、長時間発電が可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題は、例えば以下の手段により解決される。
＜１＞ 電極触媒を有する燃料極、前記電極触媒を有する空気極、及び前記燃料極と前記空気極とに挟持される高分子電解質を備える固体高分子形燃料電池を複数備え、複数の前記固体高分子形燃料電池の前記燃料極に水素含有ガスを供給して発電を行う際、少なくとも一つの前記固体高分子形燃料電池に対して輪番で前記燃料極における前記電極触媒の回復操作が行われ、前記回復操作は、前記回復操作が行われる前記固体高分子形燃料電池の発電を停止した後、前記燃料極と前記空気極とに供給されるガスを入れ替え、前記空気極側を基準として前記燃料極を正の電位とすることで行われる燃料電池システム。

本形態に係る燃料電池システムは、固体高分子形燃料電池を複数備え、複数の固体高分子形燃料電池にて発電を行う際、少なくとも一つの固体高分子形燃料電池に対して輪番で燃料極における電極触媒の回復操作を行う。そのため、少なくとも一つの固体高分子形燃料電池について回復操作を行っているときに、他の固体高分子形燃料電池では、発電を継続することができる。したがって、本形態に係る燃料電池システムでは、回復操作を行っているときに、燃料電池システムでの発電を停止する必要がなく、長時間発電が可能となる。

また、本形態に係る燃料電池システムでは、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池の発電を停止した後、燃料極と空気極とに供給されるガスを入れ替え、空気極側を基準として燃料極を正の電位とする。これにより、燃料極における電極触媒中の不純物（特に硫黄系不純物）を除去することができる。

＜２＞ 前記空気極側を基準として前記燃料極を一定時間正の電位とした後、前記回復操作が行われる前記固体高分子形燃料電池の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させる＜１＞に記載の燃料電池システム。

本形態に係る燃料電池システムでは、空気極側を基準として燃料極を一定時間正の電位として燃料極における電極触媒中の硫黄系不純物を除去した後、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池の温度を低下させる。これにより、固体高分子形燃料電池に残留した水蒸気が凝縮し、凝縮水が発生する。発生した凝縮水により、電極触媒及び高分子電解質に付着した水溶性不純物を洗い流して除去することができる。

＜３＞ 前記燃料極と前記空気極とに供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行って前記空気極側を基準として前記燃料極を一定時間正の電位とした後に、発電を停止した前記固体高分子形燃料電池の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させる＜１＞に記載の燃料電池システム。

本形態に係る燃料電池システムでは、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池にて供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行って空気極側を基準として燃料極を一定時間正の電位とすることで燃料極における電極触媒中の硫黄系不純物を除去する。そして、発電により、水蒸気が発生するため、その発電を停止して固体高分子形燃料電池の温度を低下させることで、その発電にて生じて残留した水蒸気が凝縮し、凝縮水が発生する。発生した凝縮水により、電極触媒及び高分子電解質に付着した水溶性不純物を洗い流して除去することができる。

本形態に係る燃料電池システムでは、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池にて供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行い、発生した水蒸気を水溶性不純物の除去に用いるため、水溶性不純物の除去効果が高く、回復操作の時間を短縮できる。また、固体高分子形燃料電池にて供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行うことで、燃料極側にて水蒸気が発生するため、燃料極における電極触媒及び高分子電解質の燃料極側に付着した水溶性不純物をより好適に洗い流して除去することができる。

＜４＞ 下記（１）及び（２）の少なくとも一方を満たす＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
（１）前記複数の固体高分子形燃料電池の前記水素含有ガスの供給方向における上流に前記水素含有ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去手段をさらに備える。
（２）前記電極触媒が一酸化炭素耐性を有する。

本形態に係る燃料電池システムでは、少なくとも水素含有ガス中の一酸化炭素を除去する手段が設けられているか、電極触媒が一酸化炭素耐性を有している。そのため、水素含有ガスに一酸化炭素が含まれている場合であっても、電極触媒における一酸化炭素被毒が抑制される。よって、水素含有ガスとして一酸化炭素を含むガスを用いることが可能となり、また、燃料電池システムの耐久性を高めることができる。

＜５＞ 複数の前記固体高分子形燃料電池の前記水素含有ガスの供給方向における上流に、水素を生成する水素生成手段をさらに備え、前記一酸化炭素除去手段を備える場合、前記水素生成手段は前記一酸化炭素除去手段よりも上流に位置する＜４＞に記載の燃料電池システム。

本形態に係る燃料電池システムでは、水素生成手段にて水素とともに一酸化炭素が生成された場合であっても、電極触媒における一酸化炭素被毒が抑制される。よって、燃料電池システムの耐久性を高めることができる。

＜６＞ 前記燃料極と前記空気極とに供給されるガスを入れ替える前に、前記回復操作の対象となる前記固体高分子形燃料電池に対してパージガスを供給するパージ手段を有する＜１＞〜＜５＞のいずれか１つに記載の燃料電池システム。

本形態に係る燃料電池システムでは、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池に対してパージガスを供給するパージ手段を有する。そのため、燃料極及び空気極にそれぞれ残留するガス（それぞれ、水素及び酸素）と、燃料極と空気極とに供給されるガスを入れ替えることで燃料極及び空気極にそれぞれ供給されるガス（それぞれ、酸素及び水素）とが混合して燃焼反応することが抑制される。よって、燃料極及び空気極の損傷を好適に抑制することができる。

本発明によれば、電極触媒に付着した不純物を除去することができ、かつ燃料電池システムでの発電を停止する必要がなく、長時間発電が可能な燃料電池システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて、固体高分子形燃料電池及びガス供給経路の構成を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の燃料電池システムの実施形態について具体的に説明する。但し、本発明は、以下に示す実施形態に制限されるものではない。

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを、図１、２を参照して説明する。本実施形態に係る燃料電池システム１０は、電極触媒を有する燃料極１、電極触媒を有する空気極２、及び燃料極１と空気極２とに挟持される高分子電解質３を備える固体高分子形燃料電池５を複数備え、さらに、固体高分子形燃料電池５よりも上流に一酸化炭素除去器６（一酸化炭素除去手段）を備えるシステムである。

さらに、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、複数の固体高分子形燃料電池５にて、燃料極１に水素含有ガスを供給し、空気極２に酸素を含有するガス（例えば、酸化剤ガス、空気）を供給して発電を行う際、一つの固体高分子形燃料電池５について輪番で燃料極１における電極触媒の回復操作を行う。

本実施形態に係る燃料電池システム１０では、一つの固体高分子形燃料電池５について回復操作を行っているときに、他の固体高分子形燃料電池５では、発電を継続することができる。したがって、燃料電池システム１０では、回復操作を行っているときに、燃料電池システム１０での発電を停止する必要がなく、長時間発電が可能となる。

回復操作は、対象となる固体高分子形燃料電池５の発電を停止した後、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替え、空気極２側を基準として燃料極１を正の電位とする、すなわち、空気極２よりも燃料極１を高電位とすることで行われる。これにより、従来実現困難であった燃料極における電極触媒中の不純物（特に硫黄系不純物）を除去することができる。

ここで、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えるとは、回復操作が行われる固体高分子形燃料電池５にて燃料極１に酸素を含有するガスを供給し、空気極２に水素含有ガスを供給することを意味する。

なお、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、固体高分子形燃料電池５を１１個備えており、一つの固体高分子形燃料電池５について回復操作を行い、残りの１０個の固体高分子形燃料電池５について通常の発電を行うシステムとなっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃料電池システムが備える固体高分子形燃料電池は２個以上であれば特に限定されず、燃料電池システムが３つ以上の固体高分子形燃料電池を備える場合に、２個以上の固体高分子形燃料電池５について回復操作を行ってもよい。

空気極２側を基準として燃料極１を正の電位とする方法としては、（１）開回路電圧（ＯＣＶ）で高電位、例えば０．９Ｖ以上、好ましくは０．９Ｖ以上１．５Ｖ以下を一定時間以上継続する方法、あるいは（２）例えば０．９Ｖ以上、好ましくは０．９Ｖ以上１．５Ｖ以下の低負荷で発電を行う方法が挙げられる。

また、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、空気極２側を基準として燃料極１を一定時間正の電位とした後、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させることが好ましい。

この燃料電池システム１０では、空気極２側を基準として燃料極１を一定時間正の電位として燃料極１における電極触媒中の硫黄系不純物を除去した後、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５の温度を低下させる。これにより、固体高分子形燃料電池５に残留した水蒸気が凝縮し、凝縮水が発生する。発生した凝縮水により、燃料極１及び空気極２における電極触媒ならびに高分子電解質３に付着した水溶性不純物を洗い流して除去することができる。

さらに、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させる際は、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５への水素含有ガス及び酸素を含有するガスの供給は、継続してもよく、停止してもよい。

本実施形態に係る燃料電池システム１０では、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えた状態で空気極２側を基準として燃料極１を一定時間正の電位（ＯＣＶで高電位）とした後、発電を行い、次いで、その発電を停止した固体高分子形燃料電池５の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させることが好ましい。すなわち、本実施形態に係る燃料電池システム１０では、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えた後、上記（１）に示すようにＯＣＶで高電圧を一定時間継続し、次いで、発電を行って硫黄系不純物を除去し、そして、発電を停止し、冷却により発生した凝縮水を用いて水溶性不純物を洗い流して除去してもよい。

この燃料電池システム１０では、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５にて供給されるガスを入れ替えた状態にて、ＯＣＶで高電位を一定時間継続し、燃料極１における電極触媒中の硫黄系不純物を除去する。その後、発電を行うことで水蒸気が発生するため、その発電を停止して固体高分子形燃料電池５の温度を低下させるとその発電にて生じて残留した水蒸気が凝縮し、凝縮水が発生する。発生した凝縮水により、電極触媒及び高分子電解質に付着した水溶性不純物を洗い流して除去することができる。

本実施形態に係る燃料電池システム１０では、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行って空気極２側を基準として燃料極１を一定時間正の電位とした後に、その発電を停止した固体高分子形燃料電池５の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させることが好ましい。燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行う際は、例えば０．９Ｖ以上、好ましくは０．９Ｖ以上１．５Ｖ以下の低負荷で発電を行う。すなわち、本実施形態に係る燃料電池システム１０では、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えた後、上記（２）に示すように発電を行って硫黄系不純物を除去し、次いで、発電を停止し、冷却により発生した凝縮水を用いて水溶性不純物を洗い流して除去してもよい。

この燃料電池システム１０では、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５にて供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行い、空気極２側を基準として燃料極１を一定時間正の電位とし、燃料極１における電極触媒中の硫黄系不純物を除去する。そして、発電を行うことで水蒸気が発生するため、その発電を停止して固体高分子形燃料電池５の温度を低下させるとその発電にて生じて残留した水蒸気が凝縮し、凝縮水が発生する。発生した凝縮水により、電極触媒及び高分子電解質に付着した水溶性不純物を洗い流して除去することができる。

本実施形態に係る燃料電池システム１０では、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５にて発電を行い、発生した水蒸気を水溶性不純物の除去に用いる場合、水溶性不純物の除去効果が高く、回復操作の時間を短縮できる。また、固体高分子形燃料電池５にて供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行うことで、燃料極１側にて水蒸気が発生するため、燃料極１における電極触媒及び高分子電解質３の燃料極１側に付着した水溶性不純物をより好適に洗い流して除去することができる。

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、図１、２に示すように、電極触媒を有する燃料極１、電極触媒を有する空気極２、及び燃料極１と空気極２とに挟持される高分子電解質３を備える固体高分子形燃料電池５を複数備える。

固体高分子形燃料電池５は、高分子電解質３を燃料極１及び空気極２で挟んだセルを更にセパレータ（図示せず）で挟んだ単セル構造であってもよく、高分子電解質３を燃料極１及び空気極２で挟んだセルを複数備え、各セルをセパレータで挟んだスタック構造であってもよい。なお、固体高分子形燃料電池５の作動温度は、６０℃〜１００℃程度であることが好ましい。

固体高分子形燃料電池５の燃料極１に水素が供給されたとき、以下の反応（ａ）に示すように、水素イオンが生成される。
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻・・・（ａ）

固体高分子形燃料電池５にて生成された水素イオンは高分子電解質３を通じて空気極２側へ移動し、以下の反応（ｂ）に示すように、空気極２側で水素イオンが酸素と反応して水を生成する反応が生じ、発電する。
１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ・・・（ｂ）

燃料極１及び空気極２は、同じ電極触媒を有する電極である。本実施形態にて用いる電極は、通常の固体高分子形燃料電池に用いられるが挙げられる。

本実施形態にて用いる電極触媒としては、白金、白金合金などが挙げられる。白金合金としては、白金以外の金属、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムのような白金系金属、鉄、チタン、金、コバルト、マンガン、亜鉛、スズ、ニッケル、モリブデン、タングステンなどと、白金との合金が挙げられる。後述するが、燃料極１及び空気極２における電極触媒に一酸化炭素耐性を付与する点から、電極触媒は、白金にルテニウムを添加した白金−ルテニウム合金であることが好ましい。

これらの電極触媒は金属微粒子としてそのまま使用してもよいが、金属又は合金を活性炭やカーボン等の担体に担持した担持触媒の形態で使用してもよい。

高分子電解質３としては、プロトン伝導性を有する高分子電解質であれば特に限定されず、例えばフッ素系高分子電解質（スルホン基を持ったフッ素系ポリマー）、より具体的には、Nafion（登録商標）、Flemion（登録商標）、Aciplex（登録商標）が挙げられる。

以下、固体高分子形燃料電池５における燃料極１及び空気極２に、水素含有ガスを供給する水素供給経路７及び酸素を含むガスである空気を供給する空気供給経路８について、発電中及び回復操作中の経路の切り替えについて説明する。

水素含有ガスを燃料極１及び空気極２に供給する水素供給経路７は、酸素を含むガスである空気を供給する燃料極１及び空気極２に供給する空気供給経路８と燃料極１及び空気極２の上流にて合流する。水素供給経路７における空気供給経路８との合流点よりも上流に、水素含有ガスを燃料極１及び空気極２に供給するか否かを切り替える切り替え弁１１及び切り替え弁１３がそれぞれ配置されている。また、空気供給経路８における水素供給経路７との合流点よりも上流に、空気を燃料極１及び空気極２に供給するか否かを切り替える切り替え弁１２及び切り替え弁１４がそれぞれ配置されている。

複数の固体高分子形燃料電池５にて発電を行い、かつ一つの固体高分子形燃料電池５について電極触媒の回復操作を行う場合の切り替え弁１１〜１４の切り替えについて説明する。

まず、発電を行う固体高分子形燃料電池５では、切り替え弁１１を開き、かつ切り替え弁１２を閉じることにより、燃料極１に水素含有ガスが供給される。また、切り替え弁１３を閉じ、かつ切り替え弁１４を開くことにより、空気極２に空気が供給される。

一方、電極触媒の回復操作を行う固体高分子形燃料電池５では、切り替え弁１１を閉じ、かつ切り替え弁１２を開くことにより、燃料極１に空気が供給される。また、切り替え弁１３を開き、かつ切り替え弁１４を閉じることにより、空気極２に水素含有ガスが供給される。すなわち、発電を行う際と各切り替え弁１１〜１４の開閉を反対にすることで、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えることができる。

電極触媒の回復操作が終了し、再度発電を行う固体高分子形燃料電池５については、各切り替え弁１１〜１４の開閉を発電時の状態に戻せばよい。すなわち、切り替え弁１１を開き、かつ切り替え弁１２を閉じることにより、燃料極１に水素含有ガスが供給され、切り替え弁１３を閉じ、かつ切り替え弁１４を開くことにより、空気極２に空気が供給されるようにすればよい。

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、複数の固体高分子形燃料電池５にて発電を行う際、少なくとも一つの固体高分子形燃料電池に対して輪番で電極触媒の回復操作を行うシステムである。そのため、特定の固体高分子形燃料電池５における電極触媒の回復操作が終了した後、別の固体高分子形燃料電池５について電極触媒の回復操作を行う。次に電極触媒の回復操作が行われる固体高分子形燃料電池５では、開いていた切り替え弁１１及び切り替え弁１４をそれぞれ閉じて燃料極１への水素含有ガスの供給及び空気極２への空気の供給を停止する。そして、閉じていた切り替え弁１２及び切り替え弁１３をそれぞれ開いて燃料極１への空気の供給及び空気極２への水素含有ガスの供給を行い、電極触媒の回復操作を行う。以下、上記の手順を繰り返し、少なくとも一つの固体高分子形燃料電池に対して順々に電極触媒の回復操作を行う。

発電を行う固体高分子形燃料電池５及び電極触媒の回復操作を行う固体高分子形燃料電池５の切り替えは、各切り替え弁１１〜１４の開閉により行うことができる。各切り替え弁１１〜１４の開閉は自動制御で行ってもよく、手動で行ってもよい。

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、各切り替え弁１１〜１４の開閉を制御することで、複数の固体高分子形燃料電池５の少なくとも一つについて電極触媒の回復操作を行い、かつ残りの複数の固体高分子形燃料電池５について発電を行うよう制御する制御手段を備えていてもよい。

例えば、制御手段は、複数の固体高分子形燃料電池５のうち、出力（発電電圧、発電電力など）が最も低い固体高分子形燃料電池５について電極触媒の回復操作を行い、かつ残りの複数の固体高分子形燃料電池５について発電を行うよう制御してもよい。あるいは、制御手段は、複数の固体高分子形燃料電池５のうち、出力がある閾値以下となった固体高分子形燃料電池５について電極触媒の回復操作を行い、かつ残りの複数の固体高分子形燃料電池５について発電を行うよう制御してもよい。制御手段は、例えば、予め定められた発電電力又は発電電圧を下回る固体高分子形燃料電池５が存在すると判断した際、その固体高分子形燃料電池５について電極触媒の回復操作を行い、かつ残りの複数の固体高分子形燃料電池５について発電を行うよう制御してもよい。

さらに、制御手段は、発電を行っている複数の固体高分子形燃料電池５のうち、出力がある閾値以下となった固体高分子形燃料電池５について電極触媒の回復操作を行い、かつ触媒の回復操作を行っていた固体高分子形燃料電池５について再度発電を行うよう制御してもよい。すなわち、出力がある閾値以下となった固体高分子形燃料電池５について発電を停止して電極触媒の回復操作を行い、かつ、触媒の回復操作を行っていた固体高分子形燃料電池５について回復操作を停止して再度発電を行うように、制御手段を制御してもよい。

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、複数の固体高分子形燃料電池５の水素含有ガスの供給方向における上流に水素含有ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器６をさらに備えている。燃料電池システム１０は、水素含有ガス中の一酸化炭素を除去する手段が設けられているため、電極触媒における一酸化炭素被毒が抑制される。よって、水素含有ガスとして一酸化炭素を含むガスを用いることが可能となり、また、燃料電池システム１０の耐久性を高めることができる。

一酸化炭素除去器６としては、水素含有ガス中の一酸化炭素を除去し、電極触媒における一酸化炭素被毒が抑制される程度まで水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減できるものであれば特に限定されず、例えば、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下に低減できるものが好ましい。

一酸化炭素除去器６としては、例えば、ＣＯ変成器、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置、ＰＲＯＸ反応器（ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｒｅａｃｔｏｒ）等が挙げられ、これらを組み合わせて使用してもよい。

電極触媒における一酸化炭素被毒を抑制する手段としては、一酸化炭素除去手段を設ける構成に限定されず、燃料極及び空気極における電極触媒が一酸化炭素耐性を有する構成としてもよい。

燃料極及び空気極における電極触媒が一酸化炭素耐性を有する構成としては、電極触媒を白金にルテニウムを添加した白金−ルテニウム合金とする構成などが挙げられる。これにより、水素含有ガスに一酸化炭素が含まれている場合であっても、電極触媒における一酸化炭素被毒が抑制され、燃料電池システムの耐久性を高めることができる。

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、複数の固体高分子形燃料電池５の水素含有ガスの供給方向における上流に、水素を生成する水素生成手段（図示せず）をさらに備えていてもよい。この水素生成手段は、一酸化炭素除去器６よりも上流に位置する。

この燃料電池システム１０では、水素生成手段にて水素とともに一酸化炭素が生成された場合であっても、電極触媒における一酸化炭素被毒が抑制される。よって、燃料電池システムの耐久性を高めることができる。

水素生成手段としては、例えば、炭化水素ガスなどの改質反応により水素を生成する改質器、バイオマス、石炭などから水素を製造する水素製造手段、一部の生産プロセスで水素が副次的に生成される副生水素発生手段等が挙げられる。

主生成物ではない副次的に生産された水素（副生水素）を燃料電池システムでの発電に有効活用できるため、副生水素発生手段を水素生成手段とすることが好ましい。副生水素発生手段としては、例えば、エチレン、プロピレン等の化学製品を生産する石油化学プラント、石油精製プラント、製鉄所、アンモニア製造プラント、苛性ソーダを電解生成するソーダ電解プラントなどが挙げられる。

上記の例示した水素生成手段では、水素とともに一酸化炭素が生成される場合がある。このとき、前述のように、水素生成手段の下流に一酸化炭素除去器６を設ける構成とするか、燃料極１及び空気極２における電極触媒が一酸化炭素耐性を有する構成とすることで電極触媒における一酸化炭素被毒が抑制される。

本実施形態に係る燃料電池システム１０は、パージ手段を有することが好ましい。パージ手段は、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替える前に、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５に対してパージガスを供給するためのものである。パージ手段として、例えば、不活性ガスなどのパージガスを流すパージガス経路を設け、パージガス経路を通じて燃料極１及び空気極２にパージガスを供給する構成とすればよい。

この燃料電池システム１０が、回復操作の対象となる固体高分子形燃料電池５に対してパージガスを供給するパージ手段を有することにより、燃料極１及び空気極２にそれぞれ残留するガスと、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えることで燃料極１及び空気極２にそれぞれ供給されるガスとが混合して燃焼反応することが抑制される。すなわち、残留する水素が、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えることで燃料極に供給された酸素と燃焼反応すること、及び、残留する酸素が、燃料極１と空気極２とに供給されるガスを入れ替えることで空気極に供給された水素と燃焼反応することが抑制される。よって、燃料電池システム１０にて、燃料極１及び空気極２の損傷を好適に抑制することができる。

さらに、パージ手段は、回復操作が終了し、再度発電を行う固体高分子形燃料電池５に対して、回復操作が終了後かつ再度発電を行う前に、パージガスを供給することが好ましい。これにより、回復操作の終了後に燃料極１及び空気極２にそれぞれ残留するガス（それぞれ、酸素及び水素）と、再度発電を行う際に燃料極１と空気極２とに供給されるガス（それぞれ、水素及び酸素）とが混合して燃焼反応することが抑制される。よって、燃料極１及び空気極２の損傷をより好適に抑制することができる。

１ 燃料極
２ 空気極
３ 高分子電解質
５ 固体高分子形燃料電池
６ 一酸化炭素除去器
７ 水素供給経路
８ 空気供給経路
１１、１２、１３、１４ 切り替え弁
１０ 燃料電池システム

Claims (6)

1. 電極触媒を有する燃料極、前記電極触媒を有する空気極、及び前記燃料極と前記空気極とに挟持される高分子電解質を備える固体高分子形燃料電池を複数備え、
   複数の前記固体高分子形燃料電池の前記燃料極に水素含有ガスを供給して発電を行う際、少なくとも一つの前記固体高分子形燃料電池に対して輪番で前記燃料極における前記電極触媒の回復操作が行われ、
   前記回復操作は、前記回復操作が行われる前記固体高分子形燃料電池の発電を停止した後、前記燃料極と前記空気極とに供給されるガスを入れ替え、前記空気極側を基準として前記燃料極を正の電位とすることで行われる燃料電池システム。
2. 前記空気極側を基準として前記燃料極を一定時間正の電位とした後、前記回復操作が行われる前記固体高分子形燃料電池の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させる請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料極と前記空気極とに供給されるガスを入れ替えた状態で発電を行って前記空気極側を基準として前記燃料極を一定時間正の電位とした後に、発電を停止した前記固体高分子形燃料電池の温度を低下させて残留した水蒸気を凝縮させる請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 下記（１）及び（２）の少なくとも一方を満たす請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
   （１）前記複数の固体高分子形燃料電池の前記水素含有ガスの供給方向における上流に前記水素含有ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去手段をさらに備える。
   （２）前記電極触媒が一酸化炭素耐性を有する。
5. 複数の前記固体高分子形燃料電池の前記水素含有ガスの供給方向における上流に、水素を生成する水素生成手段をさらに備え、
   前記一酸化炭素除去手段を備える場合、前記水素生成手段は前記一酸化炭素除去手段よりも上流に位置する請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料極と前記空気極とに供給されるガスを入れ替える前に、前記回復操作の対象となる前記固体高分子形燃料電池に対してパージガスを供給するパージ手段を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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