JP5382408B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、アノードおよびカソードをもつ燃料電池と、改質装置から燃料電池のアノードにアノードガスを供給するためのアノードガス通路と、燃料電池のアノードの上流に設けられ改質装置で生成されたアノードガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）濃度を低減させるＣＯ低減部と、酸素を含むカソードガスを燃料電池のカソードに供給するためのカソードガス通路と、燃料電池のカソードの入口側を開閉するための入口開閉部と、燃料電池のカソードの出口側を開閉するための出口開閉部と、入口開閉部および出口開閉部を制御するための制御部とを有する。

燃料電池システムの運転の起動時において、改質装置で生成されるアノードガスの組成の安定性は必ずしも充分ではなく、アノードガスは、所定濃度を超えるＣＯを含むおそれがある。ＣＯを含むアノードガスを、発電運転している燃料電池のアノードに供給することは、好ましくない。燃料電池が発電運転中であると、アノードに保持されている触媒がＣＯ被毒により劣化するためである。そこで、従来のシステムでは迂回通路が設けてられている（特許文献１）。そして、システムの運転の起動時において、改質装置で生成されるアノードガスの組成の安定性が必ずしも充分ではないときには、アノードガスを迂回通路に流すことにより燃料電池のアノードを迂回させ、アノードに供給させないようにしている。これにより燃料電池のアノードの触媒がＣＯ被毒により劣化することを抑えている。上記した迂回通路では、システムの定常運転時にアノードガスが迂回通路を流れないように迂回通路を閉鎖する迂回バルブが必要とされている。
特開２００５−１７４７４５号公報

上記した特許文献１に係る技術は、発電中の燃料電池のアノードの触媒がＣＯ被毒により劣化することを抑えているが、システムの起動時においてアノードガスが燃料電池のアノードを迂回するように流れる迂回通路、さらには、迂回通路を開閉させる迂回バルブが必要とされる。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、アノードガスが燃料電池のアノードを迂回するための迂回通路と、迂回通路を開閉させる迂回バルブとを廃止させることができる燃料電池システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池システムは、アノードおよびカソードをもつ燃料電池と、ＣＯを含む可能性があるアノードガスを燃料電池のアノードに供給するためのアノードガス通路と、燃料電池のアノードの上流に設けられアノードガスに含まれるＣＯ濃度を低減させるＣＯ低減部と、酸素を含むカソードガスを燃料電池のカソードに供給するためのカソードガス通路と、燃料電池のカソードの入口側を開閉するための入口開閉部と、燃料電池のカソードの出口側を開閉するための出口開閉部と、少なくとも入口開閉部および出口開閉部を制御するための制御部とを具備する燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの運転の起動時において、制御部は、（ｉ）入口開閉部および出口開閉部を閉鎖して燃料電池のカソードを封止した状態で、燃料電池のアノードに前記アノードガスを供給させる第１制御を実施し、（ｉｉ）その後、入口開閉部および出口開閉部を開放させた状態で、燃料電池のアノードにアノードガスを供給しつつ、燃料電池の発電量に応じてカソードガスを燃料電池の前記カソードに供給する第２制御を実施する。

上記したように燃料電池システム（以下、システムともいう）の運転の起動時において、制御部は、燃料電池のアノードにアノードガスを供給させる。しかしながら、カソードの入口開閉部および出口開閉部が閉鎖されており、カソードは封止された状態とされている。従って、システムの起動時において、アノードガスは、燃料電池のアノードを迂回することなく、燃料電池のアノードに供給される。従って、燃料電池のアノードを迂回させるために従来必要とされていた迂回通路および迂回バルブを廃止することができる利点が得られ、配管の複雑化が抑制される。

ここで、燃料電池において発電反応により水（２Ｈ_２＋Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ）が発生することを考慮すると、２モルのＨ_２と１モルのＯ_２とが化学量論的に当量であるといえる。上記したようにシステムの起動時には、カソードが封止され、カソードガスがカソードに供給されることが制限された状態で、アノードガスがアノードに積極的に供給される。このためアノードに供給されるアノード活物質（水素）のモル数に比較して、カソードにおけるカソード活物質（酸素）のモル数は、化学量論的に低減または欠乏された状態とされる。よって、第１制御においては、モル比によれば、Ｈ_２のモル比２に対して、Ｏ_２のモル比は１未満とされる。すなわち、システムの起動時において、カソードは酸素欠乏状態等の酸素低減状態に維持される。ここで、酸素低減状態とは、アノードに供給されるアノード活物質（水素）のモル数に比較して、カソードにおけるカソード活物質である酸素のモル数が化学量論的に低減また欠乏された状態を意味する。

上記したように本様相によれば、システムの起動時において、カソードにおける酸素が化学量論的に酸素欠乏状態等の酸素低減状態であるため、カソードの電位の上昇が制限され、ＯＣＶの過剰な上昇は抑制される。

開回路電圧（以下、ＯＣＶともいう）は、open circuit voltageであり、燃料電池のアノードとカソードとが電気的に接続されていない状態（燃料電池と電力負荷とが電気的に接続されていない状態）における燃料電池の両端子間の電圧差をいう。ＯＣＶは、燃料電池のアノードとカソードとが電力負荷を介して電気的に接続されている状態において燃料電池が発電する通常の発電電圧よりも、高い電圧となる。燃料電池の電位が触媒の平衡電極電位よりも過剰に上昇すると、燃料電池の触媒（特にカソードの触媒）において、酸素と、アノードから電解質を透過してカソードにいたる水素との酸化反応に進み、燃料電池の触媒（特にカソードの触媒）が電気化学的に劣化するおそれがある。このためＯＣＶが過剰に上昇することは、できるだけ避けることが好ましい。

また、燃料電池が発電している場合には、ＣＯを含むアノードガスが燃料電池のアノードに供給されるとき、アノードの触媒のＣＯ被毒は無視できない。但し、燃料電池の発電が制限されている限り、ＣＯを含むアノードガスが燃料電池のアノードに仮に供給されたとしても、燃料電池のアノードの触媒のＣＯ被毒の可逆性が高くなり、アノードの触媒のＣＯ被毒は抑制される。

更に、システムの起動時において、アノード活物質の他にＣＯを含むアノードガスを燃料電池のアノードに積極的に供給したとしても、カソードにおける酸素が化学量論的に酸素欠乏状態等の酸素低減状態であるため、燃料電池の発電反応は制限される。この結果、燃料電池のアノードにおける触媒のＣＯ被毒が抑制される利点が得られる。

本明細書によれば、燃料電池のカソードは酸化剤極であり、アノードは燃料極である。アノードガスはアノードに供給されるガスである。カソードガスはカソードに供給されるガスである。入口開閉部は、燃料電池のカソードの入口側を開閉するための要素であり、バルブなどが挙げられ、燃料電池自体に設けられていても良いし、燃料電池のカソードの入口に繋がる通路に設けられていても良い。出口開閉部は、燃料電池のカソードの出口側を開閉するため要素であり、バルブなどが挙げられ、燃料電池自体に設けられていても良いし、燃料電池のカソードの出口に繋がる通路に設けられていても良い。ＣＯ低減部は、燃料電池のアノードの上流に設けられており、改質装置で生成されたアノードガスに含まれるＣＯ濃度を低減させる要素である。ＣＯ低減部は、ＣＯシフト部、ＣＯ酸化部、メタネーション反応部のうちの少なくとも一つで形成でき、要するにＣＯ濃度を低減できる機能を有すれば良い。

様相１は次の好適態様のうちの少なくとも一つを採用できる。

・燃料電池のアノードに供給するためのアノードガスを改質用燃料から改質反応により生成させるための改質装置がアノードガス供給源としてＣＯ低減部の上流に設けられていることが好ましい。多数の燃料電池システムが設けられているときには、改質装置が共用されていても良い。好ましくは、改質装置は、燃焼用燃料を燃焼用空気で燃焼させるためのバーナと、バーナにより改質反応に適するように加熱されてアノードガスを生成させるための改質部とを有する。また、燃料電池のアノードに供給するためのアノードガスを貯蔵するタンク等の貯蔵部がアノードガス供給源としてＣＯ低減部の上流に設けられていても良い。
・システムの起動時において、ＣＯ低減部の暖機完了前では、ＣＯ低減部の温度が相対的に低いため、ＣＯ低減作用は充分ではない。この場合、燃料電池のアノードに供給されるアノードガスに含まれるＣＯ濃度が高くなるおそれがあり、アノードにおける触媒のＣＯ被毒のおそれが高くなる。これに対して、ＣＯ低減部の暖機完了後では、ＣＯ低減部の温度が相対的に高いため、ＣＯ低減作用が良好である。この場合、燃料電池のアノードに供給されるアノードガスに含まれるＣＯ濃度が相対的に低くなり、アノードにおける触媒のＣＯ被毒のおそれが低減される。そこで好ましくは、制御部は、ＣＯ低減部の暖機完了前において第１制御を実行し、燃料電池の発電反応を制限しつつ、且つ、ＣＯ低減部の暖機完了後において第２制御を実施し、スタックの発電反応を促進させる。この結果、第１制御において、アノードにおける触媒のＣＯ被毒のおそれが低減される。

・好ましくは、制御部は、第１制御において、燃料電池のアノードの入口に供給されたアノードガスを燃料電池のアノードの出口から排出させた後、アノードオフガス通路を介してバーナに供給してバーナで燃焼用空気により燃焼させることができる。システムの起動時には、改質装置で生成されるアノードガスの組成の安定性は必ずしも充分ではなく、アノードガスに含まれるＣＯ濃度が高いことがある。そこで、制御部は、第１制御において、燃料電池（カソードでは酸素欠乏状態等の酸素低減状態）のアノードの入口にアノードガスを供給させるものの、燃料電池のアノードの出口から排出させた後、そのアノードガスをアノードオフガス通路を介してバーナに供給し、バーナで燃焼用空気により燃焼させることができる。第１制御においては、前述したように、燃料電池のカソードでは酸素欠乏状態等の酸素低減状態とされており、燃料電池の発電反応は制限されており、アノードの触媒のＣＯ被毒が抑えられる。

・好ましくは、出口開閉部は、燃料電池のカソードの出口側に設けられた逆止弁とすることができる。この場合、逆止弁は、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガスをカソードから排出される方向に流出させると共に、その逆の流れを阻止する。従って、酸素を含む外気が出口開閉部から燃料電池のカソードに進入することが抑えられる。この結果、システムの停止時から次の起動時までの間において、外気が燃料電池のカソードの内部に進入することが抑えられる。故に、カソードは、酸素が低減または欠乏された状態に維持され易い。従って次の起動時において、カソードは、酸素欠乏状態等の酸素低減状態に維持され易い。酸素低減状態は、カソードガスが本来有する酸素濃度よりも酸素濃度が少ない状態を意味する。

・好ましくは、カソードガスを燃料電池のカソードに供給するカソードガス搬送源が燃料電池のカソードの入口側に設けられており、入口開閉部はカソードガス搬送源に設けられていることができる。この結果、システムの停止時から次の起動時までも酸素を含む外気が入口開閉部から燃料電池のカソードに進入することが抑えられる。この結果、システムの起動時において、燃料電池のカソードの内部は、酸素を低減または消失された状態に維持され易い。ここで、カソードガス搬送源として、ポンプ、ファン、ブロア、コンプレッサなどが挙げられる。

・上記したシステム停止時において、燃料電池のアノードにアノードガスが存在し、カソードにカソードガスが存在するときには、燃料電池のアノードとカソードとが電気的に接続されていない場合には、燃料電池の開回路電圧（以下、ＯＣＶともいう）が所定値よりも過剰に上昇するおそれがある。そこで、第１制御において、燃料電池のＯＣＶが所定値よりも上昇するとき、カソードにカソードガスが存在し、アノードにＣＯ濃度が十分に低い（例えばＰＥＦＣでは１０ｐｐｍ以下）アノードガスが供給されており、且つ、燃料電池と電力消費部とが電気的に接続されている状態において、燃料電池に発生する電力は電力消費部で消費されることが好ましい。この場合、燃料電池のＯＣＶの過剰な上昇が抑制される。更に、電力消費時において燃料電池の発電反応によりカソードの内部の酸素濃度は電力消費前よりも低減される。結果として、酸素低減状態がカソードに形成される。このように第１制御において、カソードにおける酸素欠乏状態等の酸素低減状態を形成することができる。上記した基準となる所定電圧値は、システム、燃料電池の触媒の材質等に応じて適宜設定できる。

・好ましくは、燃料電池システムの運転の停止時において、制御部は、（ｉ）燃料電池のカソードの出口開閉部を閉鎖し且つ入口開閉部を開放した状態で、燃料電池のカソードの内部が大気圧を超える高圧となるようにカソードに、酸素を含むカソードガスを供給する制御と、（ｉｉ）その後、出口開閉部を閉鎖した状態で入口開閉部を閉鎖させることにより、燃料電池のカソードの内部を大気圧よりも高圧とする制御と、（ｉｉｉ）その後、燃料電池のカソードにカソードガスが存在し、且つ、アノードにアノードガスが供給され、且つ、燃料電池と電力消費部とが電気的に接続された状態において、燃料電池に発生する電力を電力消費部で消費させる。これにより、制御部は、燃料電池のＯＣＶの過剰な上昇を抑制しつつ、カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施する。この場合、カソードの内部に残留する酸素は、電力消費時における発電反応により消費されて低減される。このためカソードガスが空気であれば、不活性な窒素ガスの濃度がカソードにおいて高くなる。従って、燃料電池のカソードは、不活性な窒素ガスを封入した状態でシステムの次の起動時まで封止される。

ここで、大気圧を高圧側に超える圧力を有する不活性な窒素ガスが燃料電池のカソードの内部に封止されていることが好ましい。この場合、カソードの内部の圧力は大気圧よりも高いため、酸素を含む外気が燃料電池のカソードに進入することが効果的に抑制され、カソードの酸素低減状態が次の起動時まで良好に維持される。

ここで、本明細書によれば、電力消費部とは、燃料電池で発生した電力を消費できる要素をいい、燃料電池の発電電力で駆動させる電力負荷に対して別に設けられた放電負荷、あるいは、ヒータ、あるいは、システムの補機類、あるいは、キャパシタ、蓄電池などの電力貯蔵部が挙げられる。補機類としては、バルブなどの通路開閉部、ファン、ポンプ、ブロア、コンプレッサ等の流体搬送源が挙げられる。

（２）様相２に係る燃料電池システムは、アノードおよびカソードをもつ燃料電池と、ＣＯを含む可能性があるアノードガスを燃料電池のアノードに供給するためのアノードガス通路と、燃料電池のアノードの上流に設けられアノードガスに含まれるＣＯ濃度を低減させるＣＯ低減部と、酸素を含むカソードガスを燃料電池のカソードに供給するためのカソードガス通路と、燃料電池のカソードの入口側を開閉するための入口開閉部と、燃料電池のカソードの出口側を開閉するための出口開閉部と、少なくとも入口開閉部および出口開閉部を制御するための制御部とを具備する燃料電池システムにおいて、
燃料電池システムの運転の停止時において、制御部は、燃料電池のカソードの入口開閉部と出口開閉部が閉鎖されてカソードが封止され、且つ、燃料電池のカソードにカソードガスが存在し、且つ、アノードにアノードガスが供給され、且つ、燃料電池と電力消費部とが電気的に接続された状態において、燃料電池の電力を電力消費部で消費させることにより、燃料電池の開回路電圧の過剰な上昇を抑制しつつ、カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施する。

本様相によれば、システムの運転の停止時において、燃料電池のカソードの内部は、電力消費時における発電反応により、酸素を低減または欠乏させた状態とされる。そして、システムの次の発電運転まで、カソードの内部は、酸素を低減または消失された状態に維持される。この結果、システムを次に起動させるとき、アノードガスを燃料電池のアノードに積極的に供給したとしても、燃料電池の発電反応が抑制される。この結果、燃料電池のアノードとカソードとが電気的に接続されていないとき、ＯＣＶの過剰な上昇が低減される。且つ、燃料電池のアノードとカソードとが電気的に接続されているとき、燃料電池のアノードに保持されている触媒のＣＯ被毒が抑制される。

（３）様相３に係る燃料電池システムは、アノードおよびカソードをもつ燃料電池と、ＣＯを含む可能性があるアノードガスを燃料電池のアノードに供給するためのアノードガス通路と、燃料電池のアノードの上流に設けられアノードガスに含まれるＣＯ濃度を低減させるＣＯ低減部と、酸素を含むカソードガスを燃料電池のカソードに供給するためのカソードガス通路と、燃料電池のカソードの入口側を開閉するための入口開閉部と、燃料電池のカソードの出口側を開閉するための出口開閉部と、少なくとも入口開閉部および出口開閉部を制御するための制御部とを具備する燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの運転の停止時において、
制御部は、（ｉ）燃料電池のカソードの出口開閉部が閉鎖され且つ入口開閉部が開放された状態において、燃料電池のカソードの内部が大気圧を高圧側に超える圧力となるようにカソードにカソードガスを供給する制御と、（ｉｉ）出口開閉部を閉鎖した状態で入口開閉部を閉鎖させることにより、カソードの内部を大気圧を超える高圧とさせる制御と、（ｉｉｉ）その後、燃料電池のカソードにカソードガスが存在し且つアノードにアノードガスが供給されている状態において、燃料電池と電力消費部とを電気的に接続させ、燃料電池に発生する電力を電力消費部で消費させることにより、燃料電池の開回路電圧（ＯＣＶ）の過剰な上昇を抑制しつつ、カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施する。

本様相によれば、燃料電池システムの運転の停止時において、燃料電池のカソードの内部に残留する酸素は、電力消費時における発電反応により消費されているため、カソードの酸素濃度が相対的に低くなる。従って、燃料電池のカソードは、酸素低減状態で、システムの次回の発電運転時まで維持される。このためカソードの触媒の酸素による劣化が抑制される。

ここで、上記したように燃料電池のカソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施した後には、燃料電池のカソードの内部は、大気圧を高圧側に超える圧力を有する窒素ガスを封入していることが好ましい。この場合、カソードの圧力が大気圧よりも高くなる。このため、酸素を含む外気が燃料電池のカソードに進入することが効果的に抑制される。更に入口開閉部および出口開閉部について、シール性が低い安価なものを用いることができる。勿論、シール性が高い高価なものを用いることもできる。

本発明によれば、システムの起動時の第１制御において、燃料電池のカソードの入口開閉部および出口開閉部が閉鎖されて燃料電池のカソードが封止された状態において、アノードガスが燃料電池のアノードに供給される。このように第１制御において、アノードガスを燃料電池のアノードに供給させるため、アノードガスが燃料電池のアノードを迂回する迂回通路と、迂回通路を開閉させる迂回バルブとを廃止させることができる。

更に、システムの起動時の第１制御において、アノードガスが燃料電池のアノードに積極的に供給されるものの、カソードが封止された状態に維持されているため、燃料電池の発電反応が制限される。従って、アノードの触媒のＣＯ被毒が抑制され、触媒の耐久性の向上が図られる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１及び図２を参照して説明する。

（全体構成）
図１において、燃料電池システム（以下、単にシステムともいう）１００は、一般家庭、または業務店、ビル等に設置される定置用であり、冷却液が流れる冷却通路を有する燃料電池のスタック１と、冷却液をスタック１の冷却通路１０に流してスタック１を冷却する主冷却回路２と、これらを収容する収容室６０をもつパッケージ６（筐体）とを有する。スタック１の膜電極接合体は、アノード（燃料極）およびカソード（酸化剤極）で挟持されたイオン伝導膜（例えば炭化フッ素系、炭化水素系等の固体高分子型、または、無機材料系の電解質膜）を有しており、シート型でも良いしチューブ型でも良い。アノードは触媒を有する。カソードは触媒を有する。触媒は白金等の貴金属系にできる。

図２に示すように、スタック１は、半導体スイッチ等のスイッチング素子５３を介して放電負荷５４（電力消費部）に接続されている。スタック１は、インバータ５５およびブレーカ５６（スイッチング部）を介して電力負荷５７（家庭用電力負荷）に接続されている。電力負荷５７はスタック１の電力または商用電源５８の電力により作動される。プレーカ５６に代えてリレーとしても良い。

本実施形態によれば、図１に示すように、主冷却回路２のうちスタック１の冷却通路１０の出口１０ｐから入口１０ｉにかけて、出口温度センサ２１、ヒータ２９、第１熱交換器２２、第１ポンプ２３（第１搬送源）、アノード凝縮器２４、入口温度センサ２０が直列に設けられている。なお、ヒータ２９は、スタック１の起動時等のように主冷却回路２を流れる冷却液の温度が過剰に低いときに、冷却液を暖めるものである。スタック１の定常運転時には、基本的には、ヒータ２９はオフとされている。

第１ポンプ２３が作動すると、主冷却回路２の冷却水は、アノード凝縮器２４で受熱し、入口温度センサ２０を経て、スタック１の入口１０ｉから冷却通路１０に流れ、スタック１から受熱し、冷却通路１０を経て出口１０ｐから吐出され、更に温度センサ２１、ヒータ２９、第１熱交換器２２を順に流れる。このため、スタック１が発電するときに発生した熱は、主冷却回路２の冷却水に回収される。更に、改質装置７０で発生したアノードガスの熱はアノード凝縮器２４を経て主冷却回路２の冷却水に回収される。なお、主冷却回路２の冷却水は電気伝導度が低い液体が採用されている。

スタック１の燃料極であるアノードにアノードガス（例えば水素含有ガス等の燃料）を供給するアノードガス供給系７について説明する。アノードガス供給系７は、改質部７０ａと改質部７０ａを改質反応に適するように加熱するバーナ７１とをもつ改質装置７０と、バーナ７１に燃焼用空気を供給する空気ポンプ７２（燃焼用空気搬送源）と、改質部７０ａおよびバーナ７１に燃料（天然ガス等の炭化水素系ガス）を供給する燃料ポンプ７３（燃料搬送源）と、改質装置７０の蒸発部に改質水（純水）を供給する水ポンプ７４（改質水搬送源）と、改質装置７０の出口７０ｐとスタック１のアノード入口とをアノード凝縮器２４およびアノード入口バルブ７５を経て繋ぐアノードガス通路７６（燃料通路）とを有する。

ここで、改質装置７０で生成されたアノードガスは、アノードガス通路７６を介してスタック１のアノード（燃料極）に供給される。改質装置７０の出口側にはＣＯ低減部７７が設けられている。ＣＯ低減部７７は、改質装置７０で生成されたアノードガスに含まれているＣＯの濃度を式（１）のシフト反応により低減させるシフト反応を促進させる触媒を有するＣＯシフト部７８と、ＣＯシフト部７８を経たアノードガス含まれているＣＯを式（２）により酸化させてＣＯの濃度をさらに低減させる酸化反応を促進させる触媒を有するＣＯ酸化部７９とで形成されている。ＣＯは、スタック１の触媒の性能に影響を与えるので、好ましくない。なお、ＣＯシフト部７８の温度を検知する温度センサ７８ｔが設けられている。ＣＯ酸化部７９の温度を検知する温度センサ７９ｔが設けられている。
式（１）…ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２（発熱反応）
式（２）…ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２（発熱反応）
スタック１の酸化剤極であるカソードにカソードガス（例えば空気等の酸素含有ガス等の酸化剤ガス）を供給するカソードガス供給系８について説明する。カソードガス供給系８は、スタック１のカソードの入口に繋がるカソードガス通路８０（酸化剤通路）と、カソードガス通路８０に設けられたポンプ８１（カソードガス搬送源）、加湿器８２とを有する。加湿器８２は、加湿路８２ａと、吸湿路８２ｂと、加湿路８２ａおよび吸湿路８２ｂを仕切る水分保持部材８２ｃとを有する。ポンプ８１が作動すると、カソードガスは加湿器８２の加湿路８２ａで加湿された後、スタック１のカソード（酸化剤極）に供給される。

図１に示すように、スタック１のカソードの入口側を開閉するためのカソード入口バルブ８５（カソード用の入口開閉部）が、カソードガス通路８０に設けられている。スタック１のカソードの出口側を開閉するためのカソード出口バルブ８７（カソード用の出口開閉部）が、カソードオフガス通路９６に設けられている。

アノードオフガス排出系９０について説明する。オフガスとは、スタック１において発電反応に使われずに残留した余剰ガスという意味である。図１に示すように、アノードオフガス排出系９０は、スタック１のアノードのアノード出口とバーナ７１とを繋ぐアノードオフガス通路９１と、アノードオフガス通路９１に設けられたアノード出口バルブ９２と、アノードオフガス通路９１に設けられたアノードオフガス凝縮器９３とを有する。ここで、スタック１のアノード出口から排出されたアノードオフガスは可燃成分を含むため、吸湿路８２ｂおよびアノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させた後、バーナ７１に供給され、燃焼される。

カソードオフガス排出系９５について説明する。図１に示すように、カソードガス排出系９５は、スタック１のカソード出口から排出されたカソードオフガスを加湿器８２の吸湿路８２ｂを経て流すカソードオフガス通路９６と、カソードオフガス通路９６に設けられたカソードオフガス凝縮器９７とを有する。ここで、スタック１のカソード出口から排出されたカソードオフガスは、加湿器８２の吸湿路８２ｂおよびカソードオフガス凝縮器９７で水分を更に低下させ、排気される。

図１に示すように、排熱回収系１２０は、第２ポンプ１２２（水搬送源）、アノードオフガス凝縮器９３、カソードオフガス凝縮器９７、燃焼排気熱交換器１２５、第２熱交換器１２７を経て循環する循環回路１２８を有する。第２ポンプ１２２が作動すると、循環回路１２８を冷却水（冷媒）が循環し、アノードオフガス凝縮器９３、カソードオフガス凝縮器９７、燃焼排気熱交換器１２５の熱が回収される。これにより循環回路１２８を流れる冷却水が加熱される。

貯湯系１３０について説明する。図１に示すように、貯湯系１３０は、温水を貯留する貯湯槽１３１と、貯湯槽１３１の吐出口と貯湯槽１３１の吸入口とを繋ぐ貯湯回路１３２と、貯湯回路１３２に順に配置された第３ポンプ１３３（水搬送源）、第２熱交換器１２７、第１熱交換器２２とを有する。第３ポンプ１３３が作動すると、貯湯回路１３２を流れる水が第２熱交換器１２７および第１熱交換器２２を経て加熱される。すなわち、排熱回収系１２０で回収された熱は、第２熱交換器１２７により貯湯回路１３２の温水として回収される。主冷却回路２で回収された熱は第１熱交換器２２により貯湯回路１３２の温水として回収される。制御部５は、ポンプ２３、１２２、１３３、８１、７２、７３、７４、バルブ７５、９２、８５、８７、１０２、ヒータ２９をそれぞれ制御する制御信号を出力する。

発電運転時には、スタック１のアノードおよびカソードが電気通路を介して電気的に結線された状態で、水素を含むアノードガスがアノードに供給され、酸素を含むカソードガスがカソードに供給され、次のような発電反応が発生する。アノードの発電反応で発生した電子（ｅ⁻）は、電力通路を介してカソードに流れ、カソード反応に寄与する。カソード反応では水が生成される。
アノードの発電反応…Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
カソードの発電反応…２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
（要部説明）
さて本実施形態の要部について説明する。まず、システムの運転の起動時について説明する。システムの運転の起動開始前においては、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７は閉鎖されており、スタック１のカソードは封止されている。同様にアノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２は閉鎖されており、スタック１のアノードは封止されている。

システムの運転の起動時において、制御部５は、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７を閉鎖した状態で、空気ポンプ７２を作動させて燃焼用空気をバーナ７１に供給し、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を開放させる。次に燃料ポンプ７３を作動させてガス状の改質用燃料を改質装置７０に、ガス状の燃焼用燃料（改質用燃料とおなじもの）をバーナ７１に供給する。これによりバーナ７１に供給された燃料が燃焼し、改質装置７０が改質反応に適するように高温に加熱される。その後、制御部５は、水ポンプ７４を作動させて改質水を改質装置７０に供給する。この結果、改質装置７０において、炭化水素系の改質用燃料が水蒸気改質される。よって、水素を主要成分として含むアノードガスが改質装置７０において生成される。ここで、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２は開放されている。このため、アノードガスはスタック１のアノードに積極的に供給される。このとき、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７は閉鎖され、カソードは封止されている。このため、起動時において、スタック１のカソードに存在する酸素のモル比は、化学量論的に、スタック１のアノードに連続的に供給される水素のモル比に比較して遙かに少ない。

上記したように燃料電池システムの運転の起動時において、制御部５は、第１制御を実施し、アノードガスをスタック１のアノードに供給させる。しかしながらシステムの起動時には、アノードガスの組成は必ずしも安定しておらず、ＣＯ濃度が高いことがあるので、アノードガスをスタック１のアノードに供給させて発電反応を発生させることは、好ましくない。

そこで本実施形態によれば、システムの起動時の第１制御において、スタック１のアノードにアノードガスを積極的に供給させるものの、スタック１のカソードのカソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７を閉鎖し、カソードを封止させた状態とする。この結果、第１制御において、スタック１のアノードに連続的に供給される水素のモル数に比較して、スタック１のカソードの内部における酸素のモル数は、化学量論的に、大幅に低減または欠乏された状態とされる。この結果、第１制御において、スタック１における発電反応が抑制される。故に、スタック１の触媒がＣＯ被毒することが抑えられる。

なお、スタック１が発電していない限り、ＣＯを含むアノードガスがスタック１のアノードに供給されたとしても、スタック１の触媒のＣＯ被毒は抑制される。これに対して、スタック１が発電している場合には、ＣＯを含むアノードガスがスタック１のアノードに供給されるとき、スタック１の触媒のＣＯ被毒の影響は増大し易い。

上記した本実施形態によれば、システムの起動時にスタック１の入口からアノードに供給されたアノードガスは、スタック１における発電反応にほとんど寄与せずに、アノード出口バルブ９２を経てアノードオフガス通路９１にそのまま流出され、更に、アノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させ、その後、改質装置７０のバーナ７１に供給され、バーナ７１で燃焼用空気により燃焼される。

なお、スタック１のアノードを迂回させるようにアノードガス通路７６とアノードオフガス通路９１とを連通させる迂回通路を形成させる方式も考えられる。この方式によれば、改質装置７０で生成されたアノードガスを迂回通路を通過させることによりスタック１のアノードを迂回させつつ、アノードオフガス通路９１に流出させ、アノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させた後に、バーナ７１に供給し、バーナ７１で燃焼用空気により燃焼させる方式となる。しかしこの方式では、迂回通路が必要とされ、更に迂回通路を開閉させる迂回バルブが必要とされるおそれがあり、コストアップ、配管の複雑化が誘発される。この点本実施形態によれば、迂回通路、迂回通路を開閉させる迂回バルブを廃止することができる利点が得られる。

本実施形態によれば、システムの起動時において改質装置７０の温度が安定すると、改質装置７０で生成されるアノードガスの組成の安定性も向上し、アノードガスに含まれるＣＯ濃度が低下する。そこで制御部５は、第１制御から第２制御に移行し、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７を開放させるとともに、ポンプ８１を作動させてスタック１のカソードにカソードガスを供給させる。このとき、アノードガスはスタック１のアノードに供給されている。このように第２制御においては、制御部５は、スタック１に要請されている発電量に応じたカソードガスの流量をスタック１のカソードに供給する。これにより第２制御においてスタック１は良好に発電する。この場合、前述したようにアノードガスの組成の安定性が向上し、ＣＯ濃度が低下しているため、スタック１のアノードの触媒のＣＯ被毒が抑制される。

なお、本実施形態によれば、システムの起動時において、アノードガスを迂回させることなく、スタック１の入口からアノードに積極的に供給させることにしている。このため起動時間が長い場合には、スタック１の膜電極接合体におけるイオン伝導膜の水分が低減され、イオン伝導膜のプロトン伝導率が低下するおそれがあるときがある。しかし、改質装置４０における水蒸気改質で生成されたアノードガスは、水蒸気を含むため、特に問題がない。

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および２を準用する。システムの起動時において、ＣＯ低減部７７の温度は必ずしも充分ではなく、ＣＯ低減部７７の暖機に時間が必要である。ＣＯ低減部７７の暖機完了前では、改質装置７０の温度の安定性も必ずしも充分ではなく、加えて、ＣＯ低減部７７の温度が低いため、ＣＯ低減部７７におけるＣＯ低減作用は充分ではないおそれがある。この場合、システムの起動時において、アノードガスに含まれるＣＯ濃度が高いおそれがある。

これに対して、ＣＯ低減部７７の暖機が完了した後では、ＣＯ低減部７７の温度が高いため、ＣＯ低減部７７の触媒活性温度領域となっており、ＣＯ低減部７７におけるＣＯ低減作用が良好であり、ＣＯ低減部７７を通過したアノードガスに含まれるＣＯ濃度が低い。そこで、制御部５は、ＣＯ低減部７７の暖機完了前（アノードに供給されるアノードガスに含まれているＣＯ濃度が（所定値よりも）高いおそれがあるとき）において、カソードを酸素低減状態とした上記した第１制御を実行し、スタック１の発電反応を制限する。

これに対して、ＣＯ低減部７７の暖機完了後（アノードに供給されるアノードガスに含まれているＣＯ濃度が低い（所定値以下）と考えられるとき）においては、制御部５は、カソードを開放状態とした第２制御を実施し、スタック１の発電反応を促進させる。

更に説明を加える。すなわち、システムの運転の起動開始前において、第１制御では、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７は閉鎖され、カソードは封止されている。同様に、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２は閉鎖され、アノードは封止されている。

システムの運転の起動時において、ＣＯ低減部７７の暖機完了前では、制御部５は、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７を閉鎖し、カソードを封止した状態で、制御部５は、前述したように、空気ポンプ７２を作動させて燃焼用空気をバーナ７１に供給し、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を開放させ、燃料ポンプ７３を作動させて改質用燃料を改質装置７０に、燃焼用燃料をバーナ７１に供給する。これによりバーナ７１に供給された燃焼用燃料が燃焼するので、改質装置７０が改質反応に適するように高温に加熱される。その後、制御部５は、水ポンプ７４を作動させて改質水を改質装置７０に供給する。この結果、改質装置７０において、ガス状をなす炭化水素系の改質用燃料が水蒸気改質され、水素を主要成分として含むアノードガス（水素含有ガス）が生成される。ここで、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２は開放されている。このため、アノードガスはスタック１のアノードを迂回することなく、アノードに供給される。このとき、前述したように、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７は閉鎖されているためカソードガスの進入が抑えられ、結果として、スタック１のカソードにおける酸素濃度は、カソードガスが本来有する酸素濃度よりも低減された状態に維持されている。

上記したように燃料電池システムの運転の起動時において、制御部５は、第１制御を実施し、スタック１のアノードにアノードガスを積極的に供給させる。システムの起動時には、アノードガスの組成は必ずしも安定していないので、ＣＯ濃度が高くなるおそれがあり、スタック１のアノードに供給させて発電反応を積極的に発生させることは、好ましくない。

そこで本実施形態によれば、システムの起動時に、スタック１のアノードにアノードガスが積極的に供給されるものの、スタック１のカソードのカソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７が閉鎖され、カソードが封止された状態とされている。すなわち、スタック１のカソードにおける酸素濃度は、カソードガス（空気）が本来有する酸素濃度よりも低減されている。このためシステムの起動時には、アノードに供給されるアノードガスに含まれている水素のモル数に比較して、カソードの内部における酸素のモル数は、化学量論的に、大幅に低減または欠乏された状態とされている。この結果、システムの起動時において、スタック１における発電反応が大幅に制限される。従ってアノードの触媒のＣＯ被毒が抑制される。

このため、スタック１の入口からアノードに供給されたアノードガスは、発電反応を発生にあまり寄与せず（すなわち、水素濃度をあまり減少させることなく）、アノード出口バルブ９２を経てアノードオフガス通路９１にそのまま流出され、そして、アノードオフガス凝縮器９３で余剰の水分を低下させた後に、バーナ７１に供給され、バーナ７１で燃焼用空気により燃焼される。

上記した本実施形態によれば、システムの起動時に時間が経過すると、改質装置７０の昇温温度が安定する他に、ＣＯ低減部７７の昇温温度も安定し、ＣＯ低減部７７の暖機も完了する。すなわち、ＣＯ低減部７７の暖機完了後では、改質装置７０およびＣＯ低減部７７の温度が上昇し、改質装置７０の触媒およびＣＯ低減部７７の触媒が活性し、改質装置７０およびＣＯ低減部７７におけるＣＯ低減作用が良好となり、アノードガスに含まれるＣＯ濃度が大幅に低下する。

そこで制御部５は、上記した第１制御から第２制御に移行する。第２制御では、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２の開放が維持されつつ、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７が開放される。更に、ポンプ８１が作動しスタック１のカソードにカソードガス（空気）が供給される。これにより制御部５は、スタック１に要請される発電量に応じて、カソードガスをスタック１のカソードに供給し、スタック１で発電する。

このような本実施形態によれば、前記した実施形態と同様に、システムの起動時においてアノードガスがスタック１を迂回させる必要がない。よって迂回通路、迂回通路を開閉させる迂回バルブを廃止させることができる利点が得られる。

図３は、システムの起動時において制御部５が実施する制御のフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。まず、燃料電池システムの運転の起動時について説明する。前述したようにシステムの運転の起動を開始させる前の状態において、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７は閉鎖され、カソードは封止されている。この場合、カソードは酸素欠乏状態であることが好ましい。アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２は閉鎖され、アノードは封止されている。

先ず、システムの起動運転が指令されていれば、制御部５は、第１制御として、空気ポンプ７２を作動させて燃焼用空気をバーナ７１に供給し、更に、着火用のグロー放電器に通電させ（ステップＳ１０２）、その後、制御部５はアノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を開放させる（ステップＳ１０４，Ｓ１０６）。更に、燃料ポンプ７３を作動させ、ガス状をなす改質用燃料を改質装置７０に供給し、且つ、ガス状をなす燃焼用燃料をバーナ７１に供給する（ステップＳ１０８）。これによりバーナ７１が着火され、バーナ７１に供給された燃料が燃焼するので、改質装置７０が改質反応に適するように高温に加熱される。

更に、制御部５は、改質装置７０が蒸気発生準備完了か否か判定する（ステップＳ１１０）。改質装置７０が昇温しており、蒸気発生準備完了であれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、制御部５は、水ポンプ７４を作動させて改質水を改質装置７０に供給する（ステップＳ１１２）。この結果、改質装置７０において、炭化水素系の改質用燃料が水蒸気改質され、水素を主要成分として含むアノードガスが生成される。このとき、カソードは封止されているものの、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２は既に開放されているため、アノードガスはスタック１のアノードに供給される（第１制御）。

制御部５は、ＣＯ低減部７７の暖機が完了したか否かを、すなわち、ＣＯ低減部７７が所定温度以上か否かを温度センサ７８ｔ，７９ｔにより判定する（ステップＳ１１４）。温度センサ７８ｔ，７９ｔの少なくとも一方の温度が所定温度以上であれば暖機完了であり、所定温度未満であれば暖機完了前である。ＣＯ低減部７７の昇温が充分ではなく、ＣＯ低減部７７の暖機が完了していなければ（ステップＳ１１４のＮＯ）、制御部５は、アノードガスをスタック１のアノードに供給させつつ、ＣＯ低減部７７の暖機完了するまで第１制御を実施しつつ待機する。

上記した第１制御においては、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２が開放されているため、改質装置７０で生成されたアノードガスはスタック１のアノードに供給される。しかしながらカソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７は閉鎖されているため、前述したように発電反応は制限される。故に、アノードガスはあまり発電反応に寄与せず、アノードオフガス通路９１からバーナ７１に供給され、バーナ７１で燃焼される。

ステップＳ１１４における判定の結果、ＣＯ低減部７７の暖機が完了していれば（ステップＳ１１４の完了）、ＣＯ低減部７７を通過したアノードガスに含まれているＣＯ濃度は良好に低下する（例えば１０ｐｐｍ以下）。そこで制御部５は、第１制御から第２制御に移行すべく、カソード入口バルブ８５を開放させ（ステップＳ１１６）、カソード出口バルブ８７を開放させる（ステップＳ１１８）。次にポンプ８１を作動させて（ステップＳ１２０）、カソードガスをスタック１のカソードに供給させる。上記したステップＳ１０２〜ステップＳ１２２までの間において、スタック１のアノードおよびカソードは電力負荷５７に電気的に接続されていない開回路状態である。

なお、制御部５はＯＣＶの値を判定し、ＯＣＶの値が過剰に低ければシステムが異状であるため、システムを停止する（ステップＳ１２６）。ＯＣＶの値が所定値よりも高ければ、制御部５は、スタック１と電力負荷５７とを電気的に接続し、すなわち、スタック１のアノードおよびカソードを電力負荷５７を介して電気的に接続し、システムの発電運転を開始させ（ステップＳ１２４）、メインルーチンにリターンする。

（実施形態３）
本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および図２を準用する。本実施形態によれば、システムの運転の停止時において、制御部５は、スタック１と電力負荷５４とを電気的に遮断させスタック１を開回路とした状態で、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を開放させスタック１のアノードにアノードガスを供給させつつ、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７を閉鎖してカソードのカソードガス（空気）を封止させる。

このとき、スタック１のＯＣＶが次第に高くなる可能性がある。この状態において、ＯＣＶの値が所定電圧値よりも過剰に高くなると、制御部５は、放電用のスイッチング素子５３をオンし、スタック１と放電負荷５４とを電気的に繋ぐ。これにより、スタック１で発生する電力を放電負荷５４（電力消費部）で積極的に放電させて消費させる。これによりスタック１のＯＣＶの値の過剰な上昇が抑制される。更に放電時にはスタック１の発電反応が進行するため、カソードの内部の酸素は電力消費前よりも低減されて消耗される。

換言すると、放電負荷５４で放電させているときには、制御部５は、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を開放させて、スタックのアノードにアノードガスを積極的に供給させている。このため、カソードの内部の酸素濃度は、アノードの内部の水素濃度よりも低減されて消耗される。このためシステムの停止時において、スタック１のカソードでは、酸素欠乏状態（酸素低減状態）、つまり、窒素ガスの富化状態が良好に形成される。

上記したようにシステムの停止時において、スタック１のカソードで酸素欠乏状態（酸素低減状態，窒素富化状態）が形成されたら、制御部５は、スイッチング素子５３をオフとし、放電負荷５４による放電を停止させると共に、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を閉鎖させてアノードにアノードガス（水素含有ガス）を封止させる。このとき、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７の閉鎖状態は、システムの次の起動まで維持される。このため、カソードにおける酸素欠乏状態（窒素富化状態）は、システムの次の起動まで良好に維持される。

更に、上記した本実施形態によれば、システムを起動させるときには、制御部５は、前記した実施形態１，２と同様に実施できる。すなわち、本実施形態によれば、システムの前回の停止時においてカソードの酸素欠乏状態（窒素富化状態）が形成され、システムの次の起動まで維持される。この結果、システムを次に起動させるとき、制御部５は、改質装置７０が作動している状態において、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を開放させてスタック１のアノードにアノードガスを積極的に供給させる。このとき、制御部５は、スタック１のカソードのカソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７を閉鎖させた状態とし、カソードにおける酸素欠乏状態（窒素富化状態）を維持させる。このため、システムの起動時において、スタック１のアノードに供給されるアノードガスに含まれている水素のモル数に比較して、スタック１のカソードの内部における酸素のモル数は、大幅に欠乏された状態とされ、スタック１における発電反応が制限される。

この結果、システムの起動時には、ＣＯを含むおそれがあるアノードガスがスタック１のアノードに積極的に供給されたとしても、スタック１における発電反応がほとんど発生せず、アノードの触媒のＣＯ被毒が抑制される。すなわち、アノードガスは、発電反応をほとんど発生させることなく、アノード出口バルブ９２を経てアノードオフガス通路９１にそのまま流出され、吸湿路８２ｂおよびアノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させた後、バーナ７１に供給され、バーナ７１で燃焼用空気により燃焼される。

以上説明したように本実施形態においても、上記したようにシステムの起動時には、制御部５は実施形態１，２と同様な制御を実施する。すなわち、スタック１の入口からアノードに供給されたＣＯを含むおそれがあるアノードガスは、発電反応にほとんど寄与せず、アノードの触媒のＣＯ被毒が抑制される。更にアノードガスは、アノード出口バルブ９２を経てアノードオフガス通路９１に流出され、アノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させた後、バーナ７１に供給され、バーナ７１で燃焼用空気により燃焼される。

本実施形態においても、前記した実施形態１，２と同様に、迂回通路および迂回バルブを廃止できる利点が得られる。

図４は、システムの停止時において、制御部５が実施する制御のフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。すなわち、システムの運転の停止させるとき、制御部５は、スタック１を通常運転状態から最低負荷状態（最低発電量）に移行させる（ステップＳ２０２）。すなわち、制御部５は、燃料ポンプ７３，水ポンプ７４，ポンプ８１の単位時間あたりの回転数（駆動量）を低減させ、アノードガスおよびカソードガスの単位時間あたりの流量を少なく抑える。更に、発電停止指令を出力し、電力負荷５７とスタック１との電気的接続を遮断させる（ステップＳ２０４）。この場合、ＯＣＶが過剰に高くなるおそれがある。

更に、制御部５は、改質装置７０に供給する改質用燃料および改質水を最低限とし、改質装置７０を改質運転から最低負荷運転へ移行させる（ステップＳ２０６）。最低負荷運転ではアノードガスは流量が低下するものの、まだ生成される。）
次に、制御部５は、カソード出口バルブ８７を閉鎖させ（ステップＳ２０８）、所定時間待機し（ステップＳ２１０）、その後、カソード入口バルブ８５を閉鎖させる（ステップＳ２１２）、カソードを封止させる。その後、制御部５はポンプ８１の作動を停止させ、カソードガスの供給を停止させる（ステップＳ２１４）。このような順番でバルブが閉鎖されれば、カソードにカソードガスができるだけ封入され、カソードに封入されているカソードガスの圧力はできるだけ高めにされ、ひいてはカソードの過剰な負圧化が抑制または防止される。よってスタック１の耐負圧性設計が容易となる利点が挙げられる。

アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２は開放され、改質装置７０は暖機運転しているため、改質装置７０で生成されたアノードガスがスタック１のアノードに供給されている。ここでスタック１のカソードにカソードガス（空気）が残留しており、且つ、電力負荷５７とスタック１との電気的接続が遮断されているため、スタック１のＯＣＶが過剰に上昇するおそれがある。そこでＯＣＶの値Ｖｃが第１所定値Ｖｘ（例えば０．３ボルト）未満か否か判定する（ステップＳ２１６）。第１所定値Ｖｘは、システムの種類、スタック１の触媒の材質等に応じて適宜設定できる。ＯＣＶの値Ｖｃが第１所定値Ｖｘ（例えば０．３ボルト）を高圧側に超えていれば（ステップＳ２１６のＮＯ）、制御部５はスイッチング素子５３をオンしてスタック１と放電負荷５４とを電気的に接続させ、スタック１の電力を放電負荷５４で放電させて消費させる（ステップＳ２１８）。これによりＯＣＶの過剰な上昇が抑制され、スタック１の触媒の電気化学的な劣化が抑えられる。

上記したように放電が実施されるとき、スタック１のアノードおよびカソードにおける発電反応は進行するため、封止状態のカソードの内部の酸素濃度は電力消費前よりも低減され、カソードは酸素欠乏状態（窒素富化状態）に良好に設定される。

ステップＳ２１６における判定の結果、ＯＣＶの値Ｖｃが第１所定値Ｖｘ（例えば０．３ボルト）未満であれば（ステップＳ２１６のＹＥＳ）、制御部５は、改質装置７０の最低負荷運転を停止させ、水ポンプ７４および燃料ポンプ７３の作動を停止させる。これにより改質用燃料および改質水が改質装置７０に供給されることは、停止される。なお、改質装置７０の運転が停止されても、空気ポンプ７２は作動しており、燃焼用空気が冷却空気として改質装置７０に供給され、改質装置７０の冷却が促進される。

更に、制御部５は、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を閉鎖（ステップＳ２２２，Ｓ２２４）する。よってアノードガスがスタック１のアノードに供給されることは、停止される。ここで、停止している改質装置７０の温度が所定温度よりも低下していれば（ステップＳ２２８のＹＥＳ）、改質装置７０の冷却を終了させるべく、空気ポンプ７２の作動を停止し、燃焼用空気を冷却空気として改質装置７０に供給することを停止し（ステップＳ２３０）、改質装置７０の温度の冷却処理を終了させ、システムを停止させるべく、システムの補機の作動を停止させる（ステップＳ２３２）。

さて本実施形態によれば、システムの停止時において、ＯＣＶの値Ｖｃが第１所定値Ｖｘ（例えば０．３ボルト）を超えているとき、その信号が制御部５に入力され、制御部５は割り込み処理を実施する（図５）。従って図５に示すように、ＯＣＶの値Ｖｃが第１所定値Ｖｘ（例えば０．３ボルト）を超えているとき、制御部５は、スイッチング素子５３をオンしてスタック１と放電負荷５４とを電気的に接続し、スタック１の電力を放電負荷５４で放電させる（ステップＳ３０２）。放電時に、スタック１のアノードおよびカソードにおける発電反応は進行するため、カソードの内部の酸素濃度は電力消費前よりも低減される。よって、カソードは酸素欠乏状態（窒素富化状態）に設定される。

制御部５は、ＯＣＶの値Ｖｃが第１所定値Ｖｘ（例えば０．３ボルト）未満であるか否か判定し（ステップＳ３０４）、ＯＣＶの値Ｖｃが第１所定値Ｖｘ（例えば０．３ボルト）未満であれば、スタック１と放電負荷５４とを電気的に遮断させ、放電を中止する（ステップＳ３０６）。しかし時間経過につれてＯＣＶが回復するおそれがある。このため、制御部５は所定時間待機し（ステップＳ３０８）、ＯＣＶの値Ｖｃと第２所定値Ｖｙ（例えば０．５ボルト）とを比較し（ステップＳ３１０）、値Ｖｃが第２所定値Ｖｙ以上であれば（ステップＳ３１０のＮＯ）、制御部５はスイッチング素子５３を再びオンし、スタック１と放電負荷５４とを電気的に接続し、スタック１の電力を放電負荷５４で再び放電させて消費させる（ステップＳ３０２）。ステップＳ３１０における判定の結果、ＯＣＶの値Ｖｃが第２所定値Ｖｙ（例えば０．５ボルト）未満であれば（ステップＳ３１０のＹＥＳ）、ＯＣＶは低いため、制御部５は、メインルーチンにリターンする。なお、第１所定値Ｖｘ、第２所定値Ｖｙおよび所定時間は燃料電池システムに応じて適宜設定できる。

このように本実施形態によれば、システムの停止時に、スタック１と電力負荷５７とが遮断された状態においてＯＣＶの値Ｖｃが過剰に上昇すると、スタック１と放電負荷５４とが電気的に接続され、放電負荷５４で放電が行われる。この結果、スタック１の発電反応が進行し、カソードの内部の酸素濃度は電力消費前よりも低減され、カソードは酸素欠乏状態（窒素富化状態）となる。このためシステムの停止時には、カソードは酸素欠乏状態（窒素富化状態）に設定される。

上記したようにカソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７の双方の閉鎖状態は、システムの次の起動まで維持される。このため、スタック１のカソードにおける酸素欠乏状態（窒素富化状態）は、システムの次の起動まで良好に維持される。

以上説明したように本実施形態によれば、システムを起動させるときには、制御部５は、前記した実施形態１，２と同様に実施できる。すなわち、本実施形態によれば、システムの停止時において、制御部５は、スタック１のカソードにおける酸素欠乏状態（窒素富化状態）を積極的に形成する。制御部５は、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７の閉鎖状態を維持することにより、スタック１のカソードにおける酸素欠乏状態（窒素富化状態）を、システムの次の起動まで良好に維持する。この結果、システムを次に起動させるとき、制御部５は、アノード入口バルブ７５およびアノード出口バルブ９２を開放させ、ＣＯを含むおそれがあるアノードガスをスタック１のアノードに供給させるものの、スタック１のカソードは酸素欠乏状態（窒素富化状態）にシステムの次の起動時まで維持されている。この結果、システムの起動時において、アノードガスをスタック１のアノードに積極的に供給したとしても、スタック１における発電反応が抑制され、スタック１のアノードのＣＯ被毒が抑制される。

本実施形態においても、上記したようにシステムの起動時には、制御部５は実施形態１，２と同様な制御を実施する。すなわち、スタック１の入口からアノードに供給されたアノードガスは、スタック１における発電反応を発生させることなく、アノード出口バルブ９２を経てアノードオフガス通路９１に流出され、アノードオフガス凝縮器９３で水分を低下させた後に、バーナ７１に供給され、バーナ７１で燃焼用空気により燃焼される。このようにシステムの起動時においてスタック１のアノードガスに供給されたアノードガスは、スタック１における発電反応を発生させることが抑えられるため、アノードにおける触媒のＣＯ被毒が抑制される。

（実施形態４）
本実施形態は実施形態１，２，３と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および図２を準用する。システムの運転の停止時において、制御部５は、カソード出口バルブ８７を閉鎖し且つカソード入口バルブ８５を開放した状態で、ポンプ８１を作動させ、カソードガスをスタック１のカソードに供給する。その後、制御部５は、カソード出口バルブ８７を閉鎖した状態で、カソード入口バルブ８５を閉鎖させる。この結果、スタック１のカソードの内部は、カソードガス（空気）で満たされる。カソードの圧力は、大気圧を超える高圧としても良いし、大気圧程度でもよい。

この場合、スタックのカソードにカソードガスが存在し、且つ、アノードにアノードガスが供給されている。このためスタック１のアノードとカカソードとが電気的に遮断されている場合には、スタック１のＯＣＶが過剰に高くなるおそれがある。

そこで制御部５は、スタック１のＯＣＶが過剰に高くなると、前述したように、放電用のスイッチング素子５３をオンし、スタック１と放電負荷５４とを電気的に繋ぐ。この結果、スタックにおいて発生する電力を放電負荷５４で積極的に放電させて消費させる。放電時によりＯＣＶの過剰な上昇が抑制される。更に放電時にスタック１の発電反応が進行するため、カソードの内部の酸素は消耗され、カソードにおける酸素濃度は電力消費前よりも大幅に低減される。このように放電によりカソードの内部に残留する酸素は消費されるため、カソードにおいては、不活性の窒素ガスの濃度が高くなる。すなわち、スタック１のカソードの内部はほとんど窒素ガスとなる。本実施形態によれば、スタック１のＯＣＶが過剰に高くなるたびに、放電用のスイッチング素子５３がオンされ、放電負荷５４が放電する。この結果、カソードの内部の酸素は消費され欠乏状態とされる。

放電が所定回数実施されると、酸素が消費されるぶん、カソードの圧力は低下する。そこで、制御部５は、カソード出口バルブ８７を閉鎖した状態でカソード入口バルブ８５を開放し、ポンプ８１を作動させ、カソードガス（空気）をスタック１のカソードに補充しても良い。この場合、ポンプ８１の単位時間あたりの回転数（駆動量）を、システムの定常運転（定格運転）よりも高めることができるが、定常運転と同一でも良い。

上記したように放電による酸素の消費と、カソードへのカソードガスの補充とを交互に所定回（複数回）ずつ実施することもできる。これによりカソードの内部を大気圧を超える高圧にすることができる。但し、カソードの内部は大気圧以下でも良い。

この状態で、システムの次の起動時まで、カソード入口バルブ８５およびカソード出口バルブ８７は閉鎖されている。このためカソードにおける酸素欠乏状態（窒素富化状態）は、システムの次の起動時まで良好に維持される。

上記したように本実施形態によれば、スタック１のカソードの内部の酸素濃度を欠乏させる制御を実施した後、カソードに封入されているガスは、実質的に窒素ガスとなる。よって、スタック１のカソードの内部は、窒素ガスが封入されている状態に相当する。この場合、外気がカソードに進入することを抑えることを考慮すると、カソードの圧力は、大気圧よりも高いことが好ましい。ポンプやバルブなどを考慮すると、カソードの圧力は例えば３気圧未満にできる。

このようにカソードの内部は窒素富化状態とされているため。システムの停止から次の起動までの期間が長くなったとしても、酸素を含む外気がスタック１のカソードに進入することが効果的に抑制される。カソードの圧力が大気圧よりも高ければ、外気の進入が一層抑制される。よって、カソードにおける酸素欠乏状態（窒素富化状態）がシステムの次の起動時まで良好に維持される。

上記したようにシステムの停止が完了しているときには、カソードの圧力を大気圧（１気圧）以上とすることができるため、酸素を含む大気がカソードに進入することが抑えられる。よって、カソード出口バルブ８７およびカソード入口バルブ８５については、過剰なシール性が要請されず、安価なバルブを使用できる利点が挙げられる。勿論、高いシール性をもつ高価なバルブを使用しても良い。

（実施形態５）
図６は、本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。すなわち、図６に示すように、カソード出口バルブ８７Ｂは、スタック１のカソードの出口側に設けられた逆止弁であり、加湿器８２の吸湿路８２ｂの上流に配置されている。逆止弁はコストの面で好ましい。カソード出口バルブ８７Ｂは、スタック１のカソードから排出されるカソードオフガスをカソードから排出される方向（矢印Ｗ１方向）に流出させるものの、その逆の方向（矢印Ｗ２方向）の流れを阻止する。カソード出口バルブ８７Ｂは、カソードオフガス通路９６に連通する弁口８７０と、弁口８７０を閉鎖するための弁体８７２と、弁口８７０を弁体８７２で閉鎖する方向に付勢する付勢バネ８７４とを有する。付勢バネ８７４は、スタック１のカソードの内部を大気圧を超える圧力に維持することができるバネ力を有する。このためカソードガスの供給圧を高めれば、スタック１のカソードの内部を大気圧を超える圧力に維持できる。従って、システムの停止時から次の起動時までの間において、酸素を含む外気がカソード出口バルブ８７Ｂからスタック１のカソードに進入することが抑えられる。この結果、カソード出口バルブ８７Ｂが閉鎖されていれば、システムの停止時からシステムの次の起動時までの間において、スタック１のカソードの内部は、酸素欠乏状態（酸素低減状態）に良好に維持される。本実施形態においても、前記した実施形態と同様に、迂回通路、迂回通路を開閉させる迂回バルブを廃止することができる利点が得られる。

（実施形態６）
図７は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１〜５と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。カソード出口バルブ８７Ｂは、スタック１のカソードの出口側に設けられた逆止弁である。カソード出口バルブ８７Ｂの付勢バネ８７４は、スタック１のカソードの内部を大気圧を超える圧力に維持することができるバネ力を有する。カソード出口バルブ８７Ｂは加湿器８２の吸湿路８２ｂの下流に配置されている。スタック１から排出されたカソードオフガスは多量の水蒸気を含む。カソードオフガスの水蒸気は吸湿路８２ｂで低減される。このため、カソード出口バルブ８７Ｂを通過するカソードオフガスの水蒸気量が低減される。よってカソード出口バルブ８７Ｂのバルブ径が小さくでき、バルブ８７Ｂが小型化される利点が得られる。

（実施形態７）
図８は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１〜６と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図８に示すように、カソード出口バルブ８７Ｂは、スタック１のカソードの出口側において、加湿器８２の吸湿路８２ｂの下流に配置されている。カソードガスをスタック１のカソードに供給するためのポンプ８１（カソードガス搬送源）がスタック１のカソードの入口側に設けられている。カソード入口バルブ８５Ｄはポンプ８１に組み込まれている。この結果、システムの停止から次に起動するまでの間において、カソード入口バルブ８５Ｄが閉鎖されていれば、酸素を含む外気がスタック１の入口からカソードに進入することが抑えられる。この結果、システムの停止時から次の起動時までの間において、スタック１のカソードの内部は、酸素欠乏状態（窒素富化状態）に良好に維持される。窒素富化状態とは、空気の窒素濃度よりも高い窒素濃度の状態をいう。本実施形態においても、前記した実施形態と同様に、迂回通路、迂回通路を開閉させる迂回バルブを廃止することができる利点が得られる。

（実施形態８）
図９は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１〜８と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。改質装置７０の出口側にはＣＯ低減部７７Ｂが設けられている。ＣＯ低減部７７Ｂは、ＣＯシフト部７８とメタネーション反応部７９Ｂとで形成されている。ＣＯシフト部７８は、前述同様に、改質装置７０で生成されたアノードガスに含まれているＣＯの濃度を式（１）のシフト反応により低減させる。メタネーション反応部７９Ｂは、ＣＯシフト部７８を経たアノードガスに含まれているＣＯをＨ_２とのメタネーション反応によりメタン化させることにより、ＣＯの濃度をさらに低減させる。ＣＯは、スタック１の触媒の性能に影響を与えるので、好ましくない。
メタネーション反応…ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ（発熱反応）
本実施形態においても、前記した実施形態と同様に、迂回通路、迂回通路を開閉させる迂回バルブを廃止することができる利点が得られる。

（実施形態９）
図１０は実施形態９を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。改質装置７０の出口側にはＣＯ低減部７７Ｃが設けられている。ＣＯ低減部７７Ｃは、改質装置７０で生成されたアノードガスに含まれているＣＯの濃度をメタネーション反応により低減させる第１メタネーション反応部７８Ｃと、第１メタネーション反応部７８Ｃを経たアノードガスに含まれているＣＯをＨ_２とのメタネーション反応によりメタン化させてＣＯの濃度をさらに低減させる第２メタネーション反応部７９Ｃとで形成されている。本実施形態によれば、前記した実施形態と同様に、迂回通路、迂回通路を開閉させる迂回バルブを廃止することができる利点が得られる。

（実施形態１０）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および図２を準用する。システムの起動時において、アノードガスを迂回させることなく、スタック１の入口からアノードに積極的に供給させることにしている。このため起動時間が長くなる場合には、スタック１の膜電極接合体におけるイオン伝導膜の水分が低減され、イオン伝導膜のプロトン伝導率が低下するおそれがあるときがある。このとき、改質装置４０における水蒸気改質で生成されたアノードガスは、水蒸気を含むため、特に問題がない。

但し発電を制限させつつアノードガスをアノードに長い時間供給していると、条件によっては、スタック１のイオン伝導膜が乾燥方向に移行するおそれがある。この場合、システムの起動時において、スタック１のイオン伝導膜の過剰乾燥を抑えるべく、次の方策を採用できる。

（ｉ）システムの起動時において、制御部５は、主冷却回路２を流れる冷却液をヒータ２９で予熱させるとき、アノードガスを迂回路に流す場合に比較して、ヒータ２９の発熱量を抑えるように制御し、スタック１の温度をΔＴ１低下させ、スタック１の内部の乾燥を抑える。

（ｉｉ）システムの起動時において、改質装置４０で生成されるアノードガスの温度を、アノードガスを迂回路に流す場合に比較してΔＴ２上昇させるように改質装置４０を制御する。これによりアノードガスに保持できる水蒸気量が増加できる。

（ｉｉｉ）システムの起動時において、改質装置４０で生成されるアノードガスにおけるＳ／Ｃ比（steam/carbon）について、アノードガスを迂回路に流す場合よりも、あるいは、スタック１の定常運転（定格運転）時よりも高めるように改質装置４０を制御する。アノードガスの水蒸気量が増加するため、イオン伝導膜の水分低減が一層抑えられる。この場合であっても、アノードガスの水分を低下させるアノードオフガス凝縮器９３が設けられているため、バーナ７１における燃焼性が良好に維持される。

（その他）
システム１００は、図１に示すシステムの配置および構造に限定されるものではなく、配置および構造は、必要に応じて適宜変更できるものである。必ずしも加湿器が搭載されていなくても良い。上記した実施形態によれば、ＯＣＶの値が所定電圧値よりも過剰に高くなると、制御部５は、スタック１と放電負荷５４とを電気的に繋ぎ、スタック１で発生する電力を放電負荷５４（電力消費部）で積極的に放電させて消費させるが、これに限らず、キャパシタおよび／または蓄電池に蓄電させても良い。

図１に示す凝縮器９３，９７，２４等は必要に応じて設ければ良い。ポンプ８１、空気ポンプ７２は、ファン、ブロア、コンプレッサとしても良い。燃料ポンプ７３は、ファン、ブロア、コンプレッサとしても良い。水ポンプ７４は、ファン、ブロア、コンプレッサとしても良い。改質装置に供給される改質用燃料は、都市ガスやバイオガス等のガスに限定されず、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン等の液体燃料でも良い。バーナに供給される燃焼燃料は、ガスに限定されず、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン等の液体燃料でも、固形燃料でも良い。

本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。本明細書の記載から次の技術的思想が把握される。

［付記項１］アノードおよびカソードをもつ燃料電池と、アノードガスを前記燃料電池の前記アノードに供給するためのアノードガス通路と、酸素を含むカソードガスを前記燃料電池の前記カソードに供給するためのカソードガス通路と、前記燃料電池の前記カソードの入口側を開閉するための入口開閉部と、前記燃料電池の前記カソードの出口側を開閉するための出口開閉部と、前記入口開閉部および前記出口開閉部を制御するための制御部とを具備する燃料電池システム。

［付記項２］付記項１において、前記改質装置で生成されたアノードガスに含まれるＣＯ濃度を低減させるＣＯ低減部が、前記燃料電池のアノードの上流に設けられている燃料電池システム。

［付記項３］付記項１または２において、前記燃料電池システムの運転の起動時において、前記制御部は、前記入口開閉部および前記出口開閉部を閉鎖した状態に維持しつつ、前記燃料電池の前記アノードに前記アノードガスを供給させる第１制御と、その後、前記燃料電池の前記アノードに前記アノードガスを供給しつつ、前記燃料電池の発電量に応じて前記カソードガスを前記燃料電池の前記カソードに供給する第２制御を実施する燃料電池システム。第１制御では、燃料電池のカソードにおける酸素濃度は、カソードガスが本来有する酸素濃度よりも低減させた状態とされる。

［付記項４］アノードおよびカソードをもつ燃料電池と、アノードガスを前記燃料電池の前記アノードに供給するためのアノードガス通路と、酸素を含むカソードガスを前記燃料電池の前記カソードに供給するためのカソードガス通路と、前記燃料電池の前記カソードの入口側を開閉するための入口開閉部と、前記燃料電池の前記カソードの出口側を開閉するための出口開閉部と、前記入口開閉部および前記出口開閉部を制御するための制御部とを具備する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムの運転の停止時において、前記制御部は、前記燃料電池のカソードの前記入口開閉部と前記出口開閉部を閉鎖し、且つ、前記燃料電池の前記カソードに前記カソードガスが存在し且つ前記アノードに前記アノードガスを供給しつつ、前記燃料電池の電力を電力消費部で消費させることにより、前記燃料電池の前記カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施する燃料電池システム。この場合、カソードにおける酸素が積極的に消費される。システムの停止時に、カソードを酸素欠乏状態等の酸素低減状態に維持できる。

［付記項５］付記項４において、前記燃料電池の前記カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施した後、前記制御部は、前記燃料電池のカソードの前記出口開閉部を閉鎖した状態で前記入口開閉部を開放させ、且つ、前記燃料電池の前記カソードに前記カソードガスを再び供給してカソードの内部の圧力を大気圧以上に増加させ、その後、前記出口開閉部および前記入口開閉部の閉鎖を維持させることにより、前記カソードの内部の圧力を大気圧以上に維持する燃料電池システム。酸素が消費されたことに起因するカソードにおける圧力低下を補うことができる。この場合、酸素を含む外気がカソードに進入することが抑制されるため、カソードにおける酸素欠乏状態等の酸素低減状態（大気圧以上の窒素ガス富化状態）が良好に維持され、次の起動時まで大気圧以上に維持することが好ましい。出口開閉部および入口開閉部については、過剰なシール性を有しない安価なものにできる。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、可搬用の燃料電池システムに適用できる。

実施形態１に係り、燃料電池システムの全体のシステム図である。 実施形態１に係り、燃料電池システムの要部のシステム図である。 実施形態に係り、制御部がシステムの起動時に実行する制御のフローチャートである。 実施形態に係り、制御部がシステムの停止時に実行する実行する制御のフローチャートである。 実施形態に係り、制御部がシステムの停止時に実行する実行する割り込み制御のフローチャートである。 実施形態５に係り、燃料電池システムのシステム図である。 実施形態６に係り、燃料電池システムのシステム図である。 実施形態７に係り、燃料電池システムのシステム図である。 実施形態８に係り、燃料電池システムの要部のシステム図である。 実施形態９に係り、燃料電池システムの要部のシステム図である。

符号の説明

図中、１はスタック（燃料電池）、５は制御部、５３はスイッチング素子、５４は放電負荷（電力消費部）、５５はインバータ、５６はブレーカ、５７は電力負荷（家庭用電力負荷）７０は改質装置、７１はバーナ、７６はアノードガス通路、７７はＣＯ低減部、７８はＣＯシフト部、７８はＣＯ酸化部、８０はカソードガス通路、８１はポンプ（カソードガス搬送源）、８５はカソード入口バルブ（入口開閉部）、８７はカソード出口バルブ（出口開閉部）、９１はアノードオフガス通路、９６はカソードオフガス通路、７５はアノード入口バルブ、９２はアノード出口バルブを示す。

Claims (7)

1. アノードおよびカソードをもつ燃料電池と、ＣＯを含む可能性があるアノードガスを前記燃料電池の前記アノードに供給するためのアノードガス通路と、前記燃料電池の前記アノードの上流に設けられ前記アノードガスに含まれるＣＯ濃度を低減させるＣＯ低減部と、酸素を含むカソードガスを前記燃料電池の前記カソードに供給するためのカソードガス通路と、前記燃料電池の前記カソードの入口側を開閉するための入口開閉部と、前記燃料電池の前記カソードの出口側を開閉するための出口開閉部と、少なくとも前記入口開閉部および前記出口開閉部を制御するための制御部とを具備する燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池の前記アノードに供給するアノードガスを改質用燃料から生成させるための改質装置が前記ＣＯ低減部の上流に設けられており、
   前記燃料電池システムの運転の起動時において、
   前記制御部は、
   前記ＣＯ低減部の暖機完了前において、前記入口開閉部および前記出口開閉部を閉鎖して前記燃料電池の前記カソードを封止した状態で、前記燃料電池の前記アノードに前記アノードガスを供給させる第１制御を実施し、
   その後、前記ＣＯ低減部の暖機完了後において、前記入口開閉部および前記出口開閉部を開放させた状態で、前記燃料電池の前記アノードに前記アノードガスを供給しつつ、前記燃料電池の発電量に応じて前記カソードガスを前記燃料電池の前記カソードに供給する第２制御を実施する燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記改質装置は、燃焼用燃料を燃焼用空気で燃焼させるためのバーナと、前記バーナにより改質反応に適するように加熱されて改質用燃料からアノードガスを生成させるための改質部とを有しており、
   前記制御部は、前記第１制御において、前記燃料電池の前記アノードの入口に供給された前記アノードガスを前記燃料電池のアノードの出口から排出させた後、アノードオフガス通路を介して前記バーナに供給して前記バーナで前記燃焼用空気により燃焼させる燃料電池システム。
3. 請求項１〜２のうちの一項において、前記燃料電池システムの停止時において、前記燃料電池の開回路電圧が所定値よりも上昇するとき、前記入口開閉部と前記出口開閉部が閉鎖されてカソードが封止され、且つ、前記燃料電池の前記カソードに前記カソードガスが存在し、且つ、前記アノードに前記アノードガスが供給され、且つ、前記燃料電池と電力消費部とが電気的に接続された状態において、前記燃料電池に発生する電力を前記電力消費部で消費させることにより、前記燃料電池の前記開回路電圧の過剰な上昇を抑制しつつ、前記カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施する燃料電池システム。
4. 請求項１〜２のうちの一項において、前記燃料電池システムの停止時において、前記制御部は、前記燃料電池の前記カソードの前記出口開閉部を閉鎖し且つ前記入口開閉部を開放した状態で、前記燃料電池の前記カソードの内部が大気圧を超える高圧となるように前記カソードに前記カソードガスを供給する制御と、
   その後、前記出口開閉部を閉鎖した状態で前記入口開閉部を閉鎖させることにより、前記燃料電池の前記カソードの内部を大気圧を超える圧力とする制御と、
   その後、前記燃料電池の前記カソードに前記カソードガスが存在し、且つ、前記アノードに前記アノードガスが供給され、且つ、前記燃料電池と電力消費部とが電気的に接続された状態において、前記燃料電池に発生する電力を前記電力消費部で消費させることにより、前記燃料電池の開回路電圧の過剰な上昇を抑制しつつ、前記カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施する燃料電池システム。
5. 請求項４において、前記燃料電池の前記カソードの内部の酸素濃度を電力消費前よりも低減させる制御を実施した後において、前記燃料電池の前記カソードの内部は大気圧を超える燃料電池システム。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、前記出口開閉部は、前記燃料電池の前記カソードの出口側に設けられた逆止弁であり、前記逆止弁は、前記燃料電池の前記カソードから排出されるカソードオフガスを前記カソードから排出される方向に流出させると共に、その逆の流れを阻止する燃料電池システム。
7. 請求項１〜５のうちの一項において、前記カソードガスを前記燃料電池の前記カソードに供給するカソードガス搬送源が前記燃料電池の前記カソードの入口側に設けられており、前記入口開閉部は前記カソードガス搬送源に設けられている燃料電池システム。

Images