(57)【要約】【課題】電極触媒から硫黄などの汚染物質を除去する際に電極の劣化を抑える。【解決手段】第１の電極および第２の電極を備え電極触媒として金属元素が用いられている固体高分子型燃料電池を備えた燃料電池システムの制御方法であって、第２の電極に二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給ステップ（Ｓ１０２）と、第１の電極を基準として第２の電極が正の電位となるように第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電圧印加ステップ（Ｓ１０３−Ｓ１０４）とを含む。【選択図】図４
2010218722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極および第２の電極を備え電極触媒として金属元素が用いられている固体高分子型燃料電池を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記第２の電極に二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給ステップと、
前記第１の電極を基準として前記第２の電極が正の電位となるように前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電圧を一定時間印加する電圧印加ステップとを含む、
燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
前記燃料電池システムは、前記第２の電極へ二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素含有ガス供給流路と、前記第２の電極から二酸化炭素含有ガスを排出する二酸化炭素含有ガス排出流路と、を備え、
さらに、前記電圧印加ステップの前に、二酸化炭素含有ガス供給流路及び二酸化炭素含有ガス排出流路を閉止する第２電極閉止ステップを含む、請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項３】
さらに、前記第１の電極に水素含有ガスを供給する水素供給ステップとを含む、請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、前記第１の電極へ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給流路と、前記第１の電極から水素含有ガスを排出する水素含有ガス排出流路と、を備え、
さらに、前記電圧印加ステップの前に、水素含有ガス供給流路及び水素含有ガス排出流路を閉止する第１電極閉止ステップを含む、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
前記燃料電池システムは、改質器を備え、
前記改質器は、原料ガスから改質反応により改質ガスを生成する改質反応部と、前記改質反応部を加熱する燃焼部とを備え、
前記水素供給ステップは、前記改質ガスを前記水素含有ガスとして供給するものであり、
前記二酸化炭素供給ステップは、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスを二酸化炭素含有ガスとして供給するものであり、
さらに、前記固体高分子型燃料電池から排出される前記改質ガスを前記燃焼部において燃焼させる燃焼ステップとを含む、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
前記燃料電池システムは、前記改質反応部及び前記第１の電極を接続する改質ガス供給流路と、前記第１の電極及び前記燃焼部を接続する改質ガス排出流路と、前記燃焼部及び前記第２の電極を接続する燃焼排ガス供給流路と、前記第２の電極から燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出流路と、を備え、
さらに、前記電圧印加ステップの前に、前記改質ガス供給流路と前記改質ガス排出流路と前記燃焼排ガス供給流路と前記燃焼排ガス排出流路とを閉止する閉止ステップを含む、請求項５に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
さらに、前記閉止ステップの前に前記第２の電極に空気を供給する空気供給ステップを含む、請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
前記燃料電池システムは改質器を備え、
前記改質器は、原料ガスから改質反応により改質ガスを生成する改質反応部と、前記改質反応部を加熱する燃焼部と、を備え、
前記水素供給ステップは、前記改質ガスを前記水素含有ガスとして供給するものであり、
前記二酸化炭素供給ステップは、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスを二酸化炭素含有ガスとして供給するものであり、
さらに、前記原料ガスを前記改質反応部と前記燃焼部とに分配する分配ステップと、
前記原料ガスを前記燃焼部において燃焼させる燃焼ステップと、を含む、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
前記燃料電池システムは貯蔵タンクと、改質器とを備え、
前記改質器は、改質反応により改質ガスを生成する改質反応部と、前記改質反応部を加熱する燃焼部とを備え、
前記水素供給ステップは、前記改質ガスを前記水素含有ガスとして供給するものであり、
さらに、前記固体高分子型燃料電池から排出される前記改質ガスを前記燃焼部において燃焼させる燃焼ステップと、
前記燃焼部から排出される燃焼排ガスを前記貯蔵タンクに貯蔵する貯蔵ステップと、を含み、
前記二酸化炭素供給ステップは、前記貯蔵タンクから排出されるガスを二酸化炭素含有ガスとして供給するものである、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
さらに、前記第２の電極に供給される前に二酸化炭素含有ガスを加湿する第２加湿ステップを含む、請求項１乃至９に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
さらに、前記第１の電極に供給される前に水素含有ガスを加湿する第１加湿ステップを含む、請求項３乃至１０に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１２】
第１の電極および第２の電極を備え電極触媒として金属元素が用いられている固体高分子型燃料電池と、
前記第２の電極に二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給器と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加器と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第２の電極に二酸化炭素含有ガスを供給するよう前記二酸化炭素供給器を制御し、
前記第１の電極を基準として前記第２の電極が正の電位となるように前記電圧印加器を制御する、燃料電池システム。
【請求項１３】
前記二酸化炭素供給器及び前記第２の電極を接続する二酸化炭素含有ガス供給流路と、
前記第２の電極から二酸化炭素含有ガスを排出する二酸化炭素含有ガス排出流路と、
前記二酸化炭素含有ガス供給流路上及び前記二酸化炭素含有ガス排出経路上にそれぞれ設けられた第３開閉弁及び第４開閉弁と、を備え、
前記制御部は、
前記所定の電圧を印加する前に、第３開閉弁及び第４開閉弁を閉止するよう制御する、請求項１２に燃料電池システム。
【請求項１４】
前記第１の電極に水素含有ガスを供給する水素供給器をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の電極に水素含有ガスを供給するように前記水素供給器を制御する、請求項１２又は１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記水素供給器及び前記第１の電極を接続する水素含有ガス供給流路と、
前記第１の電極から水素含有ガスを排出する水素含有ガス排出流路と、
前記水素含有ガス供給流路上及び前記水素含有ガス排出経路上にそれぞれ設けられた第１開閉弁及び第２開閉弁と、を備え、
前記制御部は、
前記所定の電圧を印加する前に、第１開閉弁及び第２開閉弁を閉止するよう制御する、請求項１４に燃料電池システム。
【請求項１６】
前記二酸化炭素供給器及び前記第２の電極を接続する二酸化炭素含有ガス供給流路と、
前記二酸化炭素含有ガス供給流路上に設けられた加湿器と、を有する請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記水素供給器及び前記第１の電極を接続する水素含有ガス供給流路と、
前記水素含有ガス供給流路上に設けられた加湿器と、を有する請求項１４に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。より詳しくは、被毒された電極触媒の活性を回復させることが可能な燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、燃料電池が車両用駆動源および定置型電源として注目されている。燃料電池は、電解質の種類や電極の種類等により種々のタイプに分類され、代表的なものとしてはアルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型がある。この中でも自動車用低公害動力源としては、あまり温度を上げずに（通常１００℃以下）作動可能な固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が注目を集めており、実用化に向けて開発が進められている。ＰＥＦＣが自動車用低公害動力源として実用化されるためには、長期間に渡る耐久性を備えることが必須の条件となっている。
【０００３】
ＰＥＦＣの構成は、一般的には、膜−電極接合体（以下、「ＭＥＡ」とも記載する）をセパレータで挟持した構造となっている。ＭＥＡは、一般的には、ガス拡散層、カソード触媒層、固体高分子電解質膜、アノード触媒層、およびガス拡散層が積層した構造を有する。電池反応は、触媒、触媒を担持する担体、およびアイオノマー（イオン伝導性高分子）からなる触媒層において進行する。
【０００４】
耐久性の観点からは、燃料電池内の金属イオンや有機物等の不純物の蓄積により、燃料電池の性能は劣化する。不純物は、例えばガス又は冷却液を燃料電池に供給する配管、補助装置から抽出される。さらに、燃料ガス又は酸化剤ガスに混ざった不純物もありうる。
【０００５】
これら不純物は、触媒層への吸着、蓄積により性能低下を引き起こす。この中で著しい触媒劣化を引き起こす不純物は、特に二酸化硫黄、メチルメルカプタン、硫化水素等の硫黄系化合物である。長期間にわたって連続運転したり、起動、停止を頻繁に繰り返したりすると、これら硫黄系化合物は、触媒層と電気化学反応を起こし、硫黄の吸着や蓄積を起こす。その結果、電極反応面積は減少し、出力が低下する。これにより耐久性を十分に確保することができなくなる。したがって、吸着や蓄積した不純物、特に硫黄を除去することは、ＰＥＦＣの耐久性を高める上で重要な課題となっている。
【０００６】
このため、硫黄を除去する技術として、例えば、特許文献１に開示された方法が知られている。この方法では、燃料電池の起動時にセル当りの出力電圧を強制的に１．５ボルト程度一定時間保つことによって触媒金属の活性を回復させようとするものである。
【０００７】
また、電極に含まれるカーボンの腐食を抑制する方法として、例えば特許文献２に開示された方法が知られている。この方法では、空気極側の二酸化炭素濃度を制御することで、カーボンの腐食を抑制する。
【特許文献１】特開２００６−１９２７９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７８１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の硫黄除去方法では、電極から硫黄を除去することはできても、かえって電極が劣化してしまうといった課題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、電極触媒から硫黄などの汚染物質を除去する際に電極の劣化を抑えることができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本件発明者達は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下の点を見出した。
【００１１】
即ち、本件発明者達の検討によれば、従来の硫黄除去方法により生じる電極の劣化は、電極に含まれるカーボンの腐食による。カーボンの腐食は、電極間に電圧を印加する際に、正電位側の電極中に含まれるカーボンが酸化されることによる。さらに本件発明者達は、かかる電極の劣化を防止するためには、二酸化炭素濃度を高濃度で供給しつつ電極間に１．５Ｖ程度の電位を一定時間印加する方法が極めて有効であることを発見した。該方法のメカニズムは以下の通りである。
【００１２】
硫黄は吸着挙動が大きいという特徴を有し、これを電極から除去するには硫黄を酸化させる必要がある。硫黄の電気化学的な酸化反応を以下に示す。
【００１３】
【数１】
2010218722.tif 000003
ここで、Ｐｔ−Ｓａｄｓは電極触媒であるＰｔに吸着した硫黄であり、Ｅｐａは、三酸化硫黄（ＳＯ３）生成の酸化ピーク電位である。ｖｓ．ＳＨＥとは、対標準水素電極電位であることを示す。
【００１４】
また亜硫酸イオンの酸化反応も同時に起こる。
【００１５】
【数２】
2010218722.tif 000004
ここでＥｐａは、亜硫酸イオン（ＳＯ３２−）生成の酸化ピーク電位である。
【００１６】
上記より、上記（１）および（２）の酸化反応は、電極電位を１．５Ｖ程度まで上げることで十分促進される。
【００１７】
一方で、電位を上げることにより電極に含まれるカーボンの酸化反応も同時に起こる。
【００１８】
【数３】
2010218722.tif 000005
ここで、Ｅ０はカーボンの酸化反応の対標準水素電極電位である。酸化反応、即ちカーボンから二酸化炭素を生じる酸化反応は、電極電位をＥ０よりもプラスにすることで促進される。
【００１９】
（３）式の電気化学反応は平衡反応である。生成物である二酸化炭素濃度が高い場合、化学平衡は二酸化炭素を還元する方向（左向きの矢印）へ傾き、二酸化炭素の生成反応（カーボンの酸化反応）は起こりにくくなると考えられる。これは、（３）式を基礎として、ネルンストの式より平衡電位の変化を算出することより説明できる。
【００２０】
任意の二酸化炭素濃度ｘｐｐｍの平衡電位Ｅ（ＰＣＯ２：ｘｐｐｍ）は、
【００２１】
【数４】
2010218722.tif 000006
ここで、Ｒは気体定数、Ｔは温度（Ｋ）、ｎは溶液イオンの原子価、Ｆはファラデー定数、αは各物質の活量を示す。
【００２２】
Ｈ+、Ｃ及びＨ２Ｏの活量が１であり、対数の底を自然対数から常用対数に変換した時、
２５℃でのＥ（ＰＣＯ２：ｘｐｐｍ）は以下に示される。
【００２３】
【数５】
2010218722.tif 000007
（４）式から、本発明の濃度と従来例の濃度の平衡電位のズレ（ΔＥ）を求めることができる。本発明において二酸化炭素濃度を１００％とした場合と、従来例（二酸化炭素濃度は大気と等しい３８０ｐｐｍとする）とを比較すると、以下の通りとなる。
【００２４】
【数６】
2010218722.tif 000008
即ち、従来例と比べ約５１ｍＶ、本発明での二酸化炭素の酸化電位はプラスにシフトする。
【００２５】
図１は、燃料電池の両電極間に電圧を印加したときに正電位側の電極から排出されたガス中の二酸化炭素濃度を示す図である。横軸は、負電位側の電極を基準とした正電位側の電極の電位である。
【００２６】
図１の実験条件は以下の通りである。まず、ＭＥＡを用いてセルを作製した。次に、セル温度を７０℃に設定し、露点温度が約７０℃に設定されたヒートホースをセルに接続した。負電位側の電極に水素ガス（Ｈ２）を約５００ｍｌ／分の流量で供給し、正電位側の電極に窒素ガス（Ｎ２）を約５００ｍｌ／分の流量で供給した。ポテンショスタットで、負電位側の電極を基準として、正電位側の電極の電位を１０ｍＶ／秒で掃引した（電位窓：自然電位〜１．５Ｖ：正電位側）。正電位側の電極のガス流路出口に二酸化炭素センサを接続して二酸化炭素濃度を測定した。
【００２７】
図に示すように、電圧を上げていく際（昇圧時）および電圧を下げていく際（降圧時）のいずれにおいても、電圧が高い程、二酸化炭素濃度も高いという傾向を示した。したがって、カーボンの酸化電位がプラスにシフトすれば、二酸化炭素濃度のラインは右にシフトし、電位が等しい場合には、二酸化炭素濃度が低下することになる。言い換えれば、同じ電圧を印加する場合、正電圧側の電極に二酸化炭素を供給することで、カーボンの酸化反応を抑制できる。図１に示すように、印加電圧が１．２Ｖの場合、１００％の二酸化炭素を正電位側の電極に供給することで、二酸化炭素濃度のラインが５１ｍＶだけ右にシフトし、従来例よりも二酸化炭素の生成を約２／３に低減することができることが分かる。二酸化炭素濃度は、高ければ高いほど効果を発揮する。
【００２８】
以上まとめると、本発明は、被毒された電極の電位を＋１．５Ｖ  ｖｓ．ＳＨＥ程度に一定時間保持する際に、該電極を二酸化炭素雰囲気下に置くという燃料電池の制御方法（被毒された電極からの汚染物質除去方法）を提供する。かかる方法により、電極に含まれるカーボンが酸化されることによる電極の劣化を抑制することができる。電極に吸着した硫黄の酸化反応が選択的に進行し、カーボンの腐食による劣化を防止しつつ電極触媒の活性を高めることができる。
【００２９】
すなわち上記課題を解決すべく本発明の燃料電池システムの制御方法は、第１の電極および第２の電極を備え電極触媒として金属元素が用いられている固体高分子型燃料電池を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記第２の電極に二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給ステップと、前記第１の電極を基準として前記第２の電極が正の電位となるように前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電圧を一定時間印加する電圧印加ステップとを含む。
【００３０】
かかる構成では、二酸化炭素雰囲気により第２の電極中のカーボンの酸化は抑制される。同時に、第２の電極が高電位に維持されることで、電極触媒上の硫黄は酸化され脱離する。したがって、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。
【００３１】
上記燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池システムは、前記第２の電極へ二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素含有ガス供給流路と、前記第２の電極から二酸化炭素含有ガスを排出する二酸化炭素含有ガス排出流路と、を備え、さらに、前記電圧印加ステップの前に、二酸化炭素含有ガス供給流路及び二酸化炭素含有ガス排出流路を閉止する第２電極閉止ステップを含んでもよい。
【００３２】
かかる構成では、電圧印加時に二酸化炭素含有ガスに関連する流路が閉止されるため、二酸化炭素含有ガスの消費量を低減できる。
【００３３】
上記燃料電池システムの制御方法は、さらに、前記第１の電極に水素含有ガスを供給する水素供給ステップとを含んでもよい。
【００３４】
かかる構成では、第２の電極の対標準水素電極電位が印加電圧にほぼ等しくなるため、第２の電極の対標準水素電極電位を容易に制御できる。
【００３５】
上記燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池システムは、前記第１の電極へ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給流路と、前記第１の電極から水素含有ガスを排出する水素含有ガス排出流路と、を備え、さらに、前記電圧印加ステップの前に、水素含有ガス供給流路及び水素含有ガス排出流路を閉止する第１電極閉止ステップを含んでもよい。
【００３６】
かかる構成では、電圧印加時に水素含有ガスに関連する流路が閉止されるため、水素ガスの消費量を低減できる。
【００３７】
上記燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池システムは改質器を備え、前記改質器は、原料ガスから改質反応により改質ガスを生成する改質反応部と、前記改質反応部を加熱する燃焼部とを備え、前記水素供給ステップは、前記改質ガスを前記水素含有ガスとして供給するものであり、前記二酸化炭素供給ステップは、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスを二酸化炭素含有ガスとして供給するものであり、さらに、前記固体高分子型燃料電池から排出される前記改質ガスを前記燃焼部において燃焼させる燃焼ステップとを含んでもよい。
【００３８】
かかる構成では、燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。
【００３９】
上記燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池システムは前記改質反応部と前記第１の電極とを接続する改質ガス供給流路と前記第１の電極と前記燃焼部とを接続する改質ガス排出流路と前記燃焼部と前記第２の電極とを接続する燃焼排ガス供給流路と前記第２の電極から燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出流路とを備え、さらに、前記電圧印加ステップの前に前記改質ガス供給流路と前記改質ガス排出流路と前記燃焼排ガス供給流路と前記燃焼排ガス排出流路とを閉止する閉止ステップを含んでもよい。
【００４０】
かかる構成では、電圧印加時に流路が閉止されるため、原料ガス（あるいは改質ガス）の消費量を低減できる。
【００４１】
上記燃料電池システムの制御方法は、さらに、前記閉止ステップの前に前記第２の電極に空気を供給する空気供給ステップを含んでもよい。
【００４２】
かかる構成では、流路の閉止と電圧の印加に先立って電池内燃焼排ガス流路に空気（酸素）が供給されるため、第２の電極の酸化還元電位（対標準水素電極電位）をより容易に上昇させることができる。
【００４３】
上記燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池システムは改質器を備え、前記改質器は、原料ガスから改質反応により改質ガスを生成する改質反応部と、前記改質反応部を加熱する燃焼部とを備え、前記水素供給ステップは、前記改質ガスを前記水素含有ガスとして供給するものであり、前記二酸化炭素供給ステップは、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスを二酸化炭素含有ガスとして供給するものであり、さらに、前記原料ガスを前記改質反応部と前記燃焼部とに分配する分配ステップと、前記原料ガスを前記燃焼部において燃焼させる燃焼ステップとを含んでもよい。
【００４４】
かかる構成では、燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。
【００４５】
上記燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池システムは貯蔵タンクと、改質器とを備え、前記改質器は、改質反応により改質ガスを生成する改質反応部と、前記改質反応部を加熱する燃焼部とを備え、前記水素供給ステップは、前記改質ガスを前記水素含有ガスとして供給するものであり、さらに、前記固体高分子型燃料電池から排出される前記改質ガスを前記燃焼部において燃焼させる燃焼ステップと、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスを前記貯蔵タンクに貯蔵する貯蔵ステップと、を含み、前記二酸化炭素供給ステップは、前記貯蔵タンクから排出されるガスを二酸化炭素含有ガスとして供給するものであってもよい。
【００４６】
かかる構成では、燃焼排ガスを一時的に貯蔵タンクに貯蔵することができるため、二酸化炭素含有ガスを必要に応じて素早く供給することができる。
【００４７】
上記燃料電池システムの制御方法は、さらに、前記第２の電極に供給される前に二酸化炭素含有ガスを加湿する第２加湿ステップを含んでもよい。
【００４８】
かかる構成では、第２の電極に供給される二酸化炭素ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。
【００４９】
上記燃料電池システムの制御方法は、さらに、前記第１の電極に供給される前に水素含有ガスを加湿する第１加湿ステップを含んでもよい。
【００５０】
かかる構成では、第１の電極に供給される水素含有ガスを加湿することで、第２の電極における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。
【００５１】
また本発明の燃料電池システムは、第１の電極および第２の電極を備え電極触媒として金属元素が用いられている固体高分子型燃料電池と、前記第２の電極に二酸化炭素含有ガスを供給する二酸化炭素供給器と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加器と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２の電極に二酸化炭素含有ガスを供給するよう前記二酸化炭素供給器を制御し、前記第１の電極を基準として前記第２の電極が正の電位となるように前記電圧印加器を制御する。
【００５２】
かかる構成では、二酸化炭素雰囲気により第２の電極中のカーボンの酸化は抑制される。同時に、第２の電極が高電位に維持されることで、電極触媒上の硫黄は酸化され脱離する。したがって、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。
【００５３】
上記燃料電池システムは、さらに、前記二酸化炭素供給器及び前記第２の電極を接続する二酸化炭素含有ガス供給流路と、前記第２の電極から二酸化炭素含有ガスを排出する二酸化炭素含有ガス排出流路と、前記二酸化炭素含有ガス供給流路上及び前記二酸化炭素含有ガス排出経路上にそれぞれ設けられた第３開閉弁及び第４開閉弁と、を備え、前記制御部は、前記所定の電圧を印加する前に、第３開閉弁及び第４開閉弁を閉止するよう制御してもよい。
【００５４】
かかる構成では、電圧印加時に二酸化炭素含有ガスに関連する流路が閉止されるため、水素ガスの消費量を低減できる。
【００５５】
上記燃料電池システムは、前記第１の電極に水素含有ガスを供給する水素供給器をさらに備え、前記制御部は、前記第１の電極に水素含有ガスを供給するように前記水素供給器を制御してもよい。
【００５６】
かかる構成では、第２の電極の対標準水素電極電位が電圧印加器の印加電圧にほぼ等しくなるため、第２の電極の対標準水素電極電位を容易に制御できる。
【００５７】
上記燃料電池システムは、前記水素供給器及び前記第１の電極を接続する水素含有ガス供給流路と、前記第１の電極から水素含有ガスを排出する水素含有ガス排出流路と、前記水素含有ガス供給流路上及び前記水素含有ガス排出経路上にそれぞれ設けられた第１開閉弁及び第２開閉弁と、を備え、前記制御部は、前記所定の電圧を印加する前に、第１開閉弁及び第２開閉弁を閉止するよう制御してもよい。
【００５８】
かかる構成では、電圧印加時に水素含有ガスに関連する流路が閉止されるため、水素ガスの消費量を低減できる。
【００５９】
上記燃料電池システムは、前記二酸化炭素供給器及び前記第２の電極を接続する二酸化炭素含有ガス供給流路と、前記二酸化炭素含有ガス供給流路上に設けられた加湿器と、を有してもよい。
【００６０】
かかる構成では、第２の電極に供給される二酸化炭素ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。
【００６１】
上記燃料電池システムは、前記水素供給器及び前記第１の電極を接続する水素含有ガス供給流路と、前記水素含有ガス供給流路上に設けられた加湿器と、を有してもよい。
【００６２】
かかる構成では、第１の電極に供給される水素含有ガスを加湿することで、第２の電極における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明は、上記のような構成を有し、以下のような効果を奏する。すなわち、電極触媒から硫黄などの汚染物質を除去する際に電極の劣化を抑えることができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００６５】
（第１実施形態）
［装置構成］
図２は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【００６６】
図２に示すように、本実施形態の燃料電池システム１００は、概略として、Ｈ２ガス供給部１０１（水素供給器）と、ＣＯ２ガス供給部１１１（二酸化炭素供給器）と、燃料電池１２０と、電源１３１（電圧印加器）と、制御部１３２とを備えている。
【００６７】
燃料電池１２０は、第１の電極１２１と、第２の電極１２２と、第１の電極１２１および第２の電極１２２に挟まれた電解質膜１２３とを備えている。電解質膜１２３はプロトン伝導性を有する高分子膜である。
【００６８】
図３は、本発明の第１実施形態における燃料電池１２０の内部構造の一例を示す図である。
【００６９】
第１の電極１２１は、電解質膜１２３の上に配設された第１触媒層１２４と、第１触媒層１２４の上に積層された第１ガス拡散層１２５とを有する。第１ガス拡散層１２５の上には第１セパレータ１２６が積層されている。第１セパレータ１２６には、第１ガス拡散層１２５と接する側に、電池内Ｈ２ガス流路１０３が刻まれている。電解質膜１２３と第１セパレータ１２６との間には、厚み方向から見た第１触媒層１２４および第１ガス拡散層１２５の周囲を気密に取り囲む第１ガスケット１５１を有する。
【００７０】
第２の電極１２２は、電解質膜１２３の上に配設された第２触媒層１２７と、第２触媒層１２７の上に積層された第２ガス拡散層１２８とを有する。第２ガス拡散層１２８の上には第２セパレータ１２９が積層されている。第２セパレータ１２９には、第２ガス拡散層１２８と接する側に、電池内ＣＯ２ガス流路１１３が刻まれている。電解質膜１２３と第２セパレータ１２９との間には、厚み方向から見た第２触媒層１２７および第２ガス拡散層１２８の周囲を気密に取り囲む第２ガスケット１５２を有する。
【００７１】
第１触媒層１２４および第２触媒層１２７には、例えば、カーボン粒子上に電極触媒として白金などの金属元素を坦持させたものを用いることができる。
【００７２】
第１ガス拡散層１２５および第２ガス拡散層１２８には、例えば、導電性を有するカーボンの織布、不織布などを用いることができる。また、例えば、カーボン粒子及び高分子樹脂を主成分とする導電性多孔質シートを用いることができる。
【００７３】
第１セパレータ１２６および第２セパレータ１２９には、例えば、導電性を有する金属板、カーボン板、カーボン及び樹脂を混合して成形したカーボン樹脂板などを用いることができる。
【００７４】
このように各部材が導電性を有することで、第１の電極１２１の各構成部材はほぼ同一電位となり、第２の電極１２２の各構成部材はほぼ同一電位となる。
【００７５】
燃料電池１２０が発電する際には、第１の電極１２１および第２の電極１２２のいずれか一方に水素含有ガスが供給され、他方に空気などの酸化剤ガスが供給される。発電時に水素含有ガスが供給される電極がアノードとなり、酸化剤ガスが供給される電極がカソードとなる。本実施形態において、アノードとカソードのいずれを第２の電極とするかは任意である。すなわち、アノードとカソードのうち、触媒の被毒を解消すべき電極が第２の電極となる。
【００７６】
Ｈ２ガス供給部１０１としては、例えば、１００％の水素ガスを供給する水素ガスボンベを用いることができる。ＣＯ２ガス供給部１１１としては、例えば、１００％の二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガスボンベを用いることができる。
【００７７】
Ｈ２ガス供給部１０１のＨ２ガス排出口は、Ｈ２ガス供給流路１０２を介して、電池内Ｈ２ガス流路１０３の入口と連通している。電池内Ｈ２ガス流路１０３の出口はＨ２ガス排出流路１０４と連通している。かかる構成により、Ｈ２ガス供給部１０１から供給される水素ガス（水素含有ガス：水素分子からなるガスを成分として含むガス）は、第１の電極１２１の内部を通って燃料電池の外部へと排出される。電池内Ｈ２ガス流路１０３は、第１の電極がアノードの場合にはアノードガス流路、第１の電極がカソードの場合にはカソードガス流路である。電池内Ｈ２ガス流路１０３の内部を通流する水素は、第１ガス拡散層１２５の中を浸透して第１触媒層１２４へと到達する。
【００７８】
ＣＯ２ガス供給部１１１のＣＯ２ガス排出口は、ＣＯ２ガス供給流路１１２を介して、電池内ＣＯ２ガス流路１１３の入口と連通している。電池内ＣＯ２ガス流路１１３の出口はＣＯ２ガス排出流路１１４と連通している。かかる構成により、ＣＯ２ガス供給部１１１から供給される二酸化炭素ガス（二酸化炭素含有ガス：二酸化炭素分子からなるガスを成分として含むガス）は、第２の電極１２２の内部を通って燃料電池の外部へと排出される。電池内ＣＯ２ガス流路１１３は、第２の電極がアノードの場合にはアノードガス流路、第２の電極がカソードの場合にはカソードガス流路である。電池内ＣＯ２ガス流路１１３の内部を通流する二酸化炭素ガスは、第２ガス拡散層１２８の中を浸透して第２触媒層１２７へと到達する。
【００７９】
電源１３１は、例えば１．５Ｖの直流電源とすることができる。電源１３１は、負電極が第１触媒層１２４と電気的に接続され、正電極が第２触媒層１２７と電気的に接続されている。かかる構成により、第２の電極１２２（第２触媒層１２７）には、第１の電極１２１（第１触媒層１２４）を基準として＋１．５Ｖの電圧が印加される。
【００８０】
図３に示すように、第１触媒層１２４は、第１ガス拡散層１２５を介して電池内Ｈ２ガス流路１０３に実質的に露出している。よって、電池内Ｈ２ガス流路１０３の内部に水素ガスが通流していれば、第１の電極１２１（第１触媒層１２４）の対標準水素電極電位はほぼ±０Ｖとなり、第２の電極１２２（第２触媒層１２７）の対標準水素電極電位はほぼ＋１．５Ｖとなる。第２触媒層１２７は、第２ガス拡散層１２８を介して電池内ＣＯ２ガス流路１１３に実質的に露出している。よって、電池内ＣＯ２ガス流路１１３の内部に二酸化炭素ガスが通流していれば、第２の電極１２２（第２触媒層１２７）は二酸化炭素ガス雰囲気に曝されることになる。
【００８１】
制御部１３２は、ＣＰＵおよびメモリ、タイマ回路を備え、Ｈ２ガス供給部１０１、ＣＯ２ガス供給部１１１、電源１３１やその他のセンサ類と通信可能に接続されている。制御部１３２は、後述する燃料電池システムの制御方法を実行するためのプログラム等をメモリに記憶し、該プログラムに従って、Ｈ２ガス供給部１０１およびＣＯ２ガス供給部１１１からのガス供給のＯＮ／ＯＦＦ、電源１３１による電圧印加のＯＮ／ＯＦＦなどを制御する。
【００８２】
［制御方法］
図４は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。制御部１３２は、図４の制御方法を実行する。言い換えれば、制御部１３２は、本発明の制御方法を実行するように構成されている。また、各ステップを実行する順序は必ずしも固定されず、適宜、一方を先に実行してもよいし、同時平行で実行してもよい。以上の点は、以下の全ての実施形態およびその変形例においても同様である。
【００８３】
制御運転がスタートすると（スタート）、Ｈ２ガス供給部１０１から水素ガスがＨ２ガス供給流路１０２を介して第１の電極１２１の電池内Ｈ２ガス流路１０３へと供給される（ステップＳ１０１：水素供給ステップ）。電池内Ｈ２ガス流路１０３へ供給された水素ガスは、Ｈ２ガス排出流路１０４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【００８４】
ＣＯ２ガス供給部１１１から二酸化炭素ガスがＣＯ２ガス供給流路１１２を介して第２の電極１２２の電池内ＣＯ２ガス流路１１３へと供給される（ステップＳ１０２：二酸化炭素供給ステップ）。電池内ＣＯ２ガス流路１１３へ供給された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス排出流路１１４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【００８５】
第１の電極１２１への水素ガスの供給および第２の電極１２２への二酸化炭素ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（第１触媒層１２４）を基準として、第２の電極１２２（第２触媒層１２７）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ１０３）。
【００８６】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ１０４）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ１０３〜Ｓ１０４が電圧印加ステップに相当する。
【００８７】
［効果］
本実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法によれば、制御運転中、第１の電極１２１（第１触媒層１２４）は水素雰囲気下に置かれることで±０Ｖ  ｖｓ．ＳＨＥに維持され、第２の電極（第２触媒層１２７）は＋１．５Ｖ  ｖｓ．ＳＨＥに維持されると共に高濃度の二酸化炭素雰囲気下に置かれる。二酸化炭素雰囲気により第２の電極（第２触媒層１２７）中のカーボンの酸化は抑制される。同時に、第２の電極（第２触媒層１２７）が高電位に維持されることで、電極触媒上の硫黄は酸化され脱離する。したがって、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。
【００８８】
［変形例］
印加される電圧は必ずしも＋１．５Ｖである必要はなく、被毒された電極（第２の電極）が対標準水素電極電位で正電位になるものであればどのような電圧が印加されてもよい。ただし、第２の電極の対標準水素電極電位は、＋０．９Ｖ以上＋１．５以下であることが好ましい。第２の電極の対標準水素電極電位は、＋０．９Ｖ以上であると、電極触媒上の硫黄の酸化反応を進めることができる。第２の電極の対標準水素電極電位は、＋１．５Ｖ以下であると、触媒層中のカーボンの酸化反応が過剰に起こることを抑制できる。また、第２の電極の対標準水素電極電位は、＋１．１Ｖ以上であることがより好ましい。第２の電極の対標準水素電極電位は、＋１．１Ｖ以上であると、電極触媒上の亜硫酸イオンの酸化反応を進めることができる。また、第２の電極の対標準水素電極電位は、＋１．２Ｖ以上あることがより好ましい。第２の電極の対標準水素電極電位は、＋１．２Ｖ以上であると、電極触媒上の硫黄及び亜硫酸イオンの酸化反応を十分に促進することができる。
【００８９】
ここで、電圧印加器は種々の電源を用いることができる。例えば、蓄電池であってもよい。また、例えば、外部電源から電圧を供給されるソケットなどであってもよい。すなわち、電源そのものは必ずしも燃料電池システムの一部である必要はない。
【００９０】
第１の電極に供給される水素の濃度は必ずしも１００％である必要はない。ただし、電極電位を適正値に維持するためには、第１の電極に供給される水素濃度（水素含有ガス中のＨ２ガスの濃度）は高いほどよい。これにより、第２の電極の対標準水素電極電位は、電源の印加電圧にほぼ等しくなる。電極に供給される水素含有ガスの水素（Ｈ２ガス）濃度は、５００重量ｐｐｍ以上であることが好ましい。第１の電極の対標準水素電極電位を０Ｖにより近づけるという観点から、水素（Ｈ２ガス）濃度は１重量％以上であることがより好ましく、７０重量％以上であることがさらに好ましい。
【００９１】
第２の電極に供給される二酸化炭素の濃度は必ずしも１００％である必要はない。ただし、カーボンの腐食を防止するためには、第２の電極に供給される二酸化炭素濃度（二酸化炭素含有ガス中のＣＯ２ガスの濃度）は高いほどよい。電極に供給される二酸化炭素含有ガスの二酸化炭素（ＣＯ２ガス）濃度は、大気中の二酸化炭素濃度よりも十分高いことが好ましく、具体的には５０００重量ｐｐｍ以上であることが好ましい。カーボンの腐食をより防止するという観点から、二酸化炭素（ＣＯ２ガス）濃度は１０重量％以上であることがより好ましく、３０重量％以上であることがさらに好ましい。
【００９２】
第２の電極の対標準水素電極電位を適正値に維持することができるのであれば、第１の電極に水素を供給する必要は必ずしもない。例えば、他のガスを供給して第１の電極の対標準水素電極電位を一定値に維持し、これを基準として電源の印加電圧を調整することにより、第２の電極の対標準水素電極電位を制御してもよい。
【００９３】
供給される二酸化炭素ガスは加湿されてもよい。図５は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【００９４】
図５に示すように、本変形例の燃料電池システム１００’は、燃料電池システム１００のＣＯ２ガス供給流路１１２を、ＣＯ２ガス加湿流路１１６と加湿器１１５とＣＯ２ガス供給流路１１７とで置き換えたものであり、その他の構成は燃料電池システム１００と同様である。したがって、共通する構成要素には同一符号および同一名称を付して説明を省略する。
【００９５】
加湿器１１５は、ＣＯ２ガス加湿流路１１６を介してＣＯ２ガス供給部１１１のガス出口と接続され、ＣＯ２ガス供給流路１１７を介して電池内ＣＯ２ガス流路１１３の入口と接続されている。加湿器１１５としては、例えば、バブラー又は全熱交換器を用いることができる。また、加湿器４０４としては、燃焼排ガス加湿流路４１５に水を供給する水供給部であってもよい。かかる構成により、加湿器１１５は、ＣＯ２ガス供給部１１１から排出された二酸化炭素ガスを加湿し、加湿された二酸化炭素ガスを第２の電極１２２（より具体的には電池内ＣＯ２ガス流路１１３）に供給する。
【００９６】
図６は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図６を参照しつつ、本変形例にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【００９７】
制御運転がスタートすると（スタート）、水素ガスがＨ２ガス供給部１０１からＨ２ガス供給流路１０２を介して第１の電極１２１の電池内Ｈ２ガス流路１０３へと供給される（ステップＳ１０１’：水素供給ステップ）。電池内Ｈ２ガス流路１０３へ供給された水素ガスは、Ｈ２ガス排出流路１０４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【００９８】
ＣＯ２ガス供給部１１１からＣＯ２ガス加湿流路１１６を介して加湿器１１５へと二酸化炭素ガスが供給され、二酸化炭素ガスの加湿が行われる（ステップＳ１０２’：加湿ステップ）。加湿された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス供給流路１１７を介して第２の電極１２２の電池内ＣＯ２ガス流路１１３へと供給される（ステップＳ１０３’：二酸化炭素供給ステップ）。電池内ＣＯ２ガス流路１１３へ供給された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス排出流路１１４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【００９９】
第１の電極１２１への水素ガスの供給および第２の電極１２２への加湿された二酸化炭素ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（第１触媒層１２４）を基準として、第２の電極１２２（第２触媒層１２７）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ１０４’）。
【０１００】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ１０５’）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ１０４’〜Ｓ１０５’が電圧印加ステップに相当する。
【０１０１】
本変形例においても同様に、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。詳細なデータは省略するが、硫黄の酸化および脱離が水の存在下でより効率的に進行することが、本件発明者達の実験により確認された。本変形例では、第２の電極に供給される二酸化炭素ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができるという効果も奏する。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１０２】
なお、本変形例では、ＣＯ２ガス供給部１１１と電池内ＣＯ２ガス流路１１３との間の流路上に加湿器１１５を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、Ｈ２ガス供給流路１０２上に加湿器１１５を配置する構成としてもよい。加湿された水素ガスが電池内Ｈ２ガス流路１０３に供給される。そして、水分は、電解質膜１２３を介して第１の電極１２１から第２の電極１２２へと移動することができる。そのため、第１の電極に供給される水素ガスを加湿することで、第２の電極１２２における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１０３】
なお、ＣＯ２ガス供給部から排出される二酸化炭素含有ガスは、空気（酸素）を含んでいてもよい。電圧の印加に先立って電池内ＣＯ２ガス供給流路に空気（酸素）が供給されるため、第２の電極の酸化還元電位（対標準水素電極電位）をより容易に上昇させることができる。
【０１０４】
（第２実施形態）
［装置構成］
図７は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図７に示すように、第２実施形態にかかる燃料電池システム１１０は、Ｈ２ガス供給流路１０２とＨ２ガス排出流路１０４とＣＯ２ガス供給流路１１２とＣＯ２ガス排出流路１１４とに、それぞれ第１の開閉弁１４１と第２の開閉弁１４２と第３の開閉弁１４３と第４の開閉弁１４４とを備える点で第１実施形態にかかる燃料電池システム１００と異なるが、その他の点については第１実施形態と同様である。第１実施形態と第２実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１０５】
第１の開閉弁１４１と第２の開閉弁１４２と第３の開閉弁１４３と第４の開閉弁１４４とは、例えば制御部１３２と通信可能に接続された電磁弁からなり、それぞれＨ２ガス供給流路１０２とＨ２ガス排出流路１０４とＣＯ２ガス供給流路１１２とＣＯ２ガス排出流路１１４とを開閉することができる。それぞれの弁を閉止することにより、燃料電池１２０の内部流路（電池内Ｈ２ガス流路１０３と電池内ＣＯ２ガス流路１１３）は外部から遮断され、該内部流路中のガスは封止される。
【０１０６】
［制御方法］
図８は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図８を参照しつつ、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１０７】
制御運転がスタートすると（スタート）、第１の開閉弁１４１と第２の開閉弁１４２と第３の開閉弁１４３と第４の開閉弁１４４とが開放されると共に、Ｈ２ガス供給部１０１から水素ガスがＨ２ガス供給流路１０２を介して第１の電極１２１の電池内Ｈ２ガス流路１０３へと供給される（ステップＳ１１１：水素供給ステップ）。電池内Ｈ２ガス流路１０３へ供給された水素ガスは、Ｈ２ガス排出流路１０４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１０８】
ＣＯ２ガス供給部１１１から二酸化炭素ガスがＣＯ２ガス供給流路１１２を介して第２の電極１２２の電池内ＣＯ２ガス流路１１３へと供給される（ステップＳ１１２：二酸化炭素供給ステップ）。電池内ＣＯ２ガス流路１１３へ供給された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス排出流路１１４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１０９】
第１の所定時間が経過したか否かの判定が行われ（ステップ１１３）、ＹＥＳであれば第１の開閉弁１４１と第２の開閉弁１４２と第３の開閉弁１４３と第４の開閉弁１４４とが閉止される（ステップＳ１１４：閉止ステップ）。第１の開閉弁１４１と第２の開閉弁１４２とを閉止するステップを第１電極閉止ステップ、第３の開閉弁１４３と第４の開閉弁１４４とを閉止するステップを第２電極閉止ステップとすることができる（以下、他の実施形態やその変形例においても同様である）。
【０１１０】
開閉弁による流路の閉止を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ１１５）。
【０１１１】
電圧の印加を開始後、第２の所定時間が経過すると（ステップＳ１１６）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ１１５〜Ｓ１１７が電圧印加ステップに相当する。
【０１１２】
［効果］
本実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法でも、第１実施形態と同様、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。さらに本実施形態では、電圧印加時に流路が閉止されるため、水素ガス及び二酸化炭素ガスの消費量を低減できる。
【０１１３】
［変形例］
本実施形態においても、第１実施形態と同様の変形例が可能である。
【０１１４】
供給される燃焼排ガスは加湿されてもよい。図９は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【０１１５】
図９に示すように、本変形例の燃料電池システム１１０’は、燃料電池システム１１０のＣＯ２ガス供給流路１１２を、ＣＯ２ガス加湿流路１１６と加湿器１１５とＣＯ２ガス供給流路１１７とで置き換えたものであり、その他の構成は燃料電池システム１１０と同様である。したがって、共通する構成要素には同一符号および同一名称を付して説明を省略する。
【０１１６】
図１０は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１０を参照しつつ、本変形例にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１１７】
制御運転がスタートすると（スタート）、第１の開閉弁１４１と第２の開閉弁１４２と第３の開閉弁１４３と第４の開閉弁１４４とが開放されると共に、Ｈ２ガス供給部１０１から水素ガスがＨ２ガス供給流路１０２を介して第１の電極１２１の電池内Ｈ２ガス流路１０３へと供給される（ステップＳ１１１‘：水素供給ステップ）。電池内Ｈ２ガス流路１０３へ供給された水素ガスは、Ｈ２ガス排出流路１０４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１１８】
ＣＯ２ガス供給部１１１からＣＯ２ガス加湿流路１１６を介して加湿器１１５へと二酸化炭素ガスが供給され、二酸化炭素ガスの加湿が行われる（ステップＳ１１２’：加湿ステップ）。加湿された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス供給流路１１７を介して第２の電極１２２の電池内ＣＯ２ガス流路１１３へと供給される（Ｓ１１３’：二酸化炭素供給ステップ）。電池内ＣＯ２ガス流路１１３へ供給された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス排出流路１１４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１１９】
第１の所定時間が経過したか否かの判定が行われ（ステップ１１４’）、ＹＥＳであれば第１の開閉弁１４１と第２の開閉弁１４２と第３の開閉弁１４３と第４の開閉弁１４４とが閉止される（ステップＳ１１５’：閉止ステップ）。
【０１２０】
開閉弁による流路の閉止を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ１１６’）。
【０１２１】
電圧の印加を開始後、第２の所定時間が経過すると（ステップＳ１１７’）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ１１６’〜Ｓ１１７’が電圧印加ステップに相当する。
【０１２２】
本変形例においても同様に、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。電圧印加時に流路が閉止されるため、水素ガス及び二酸化炭素ガスの消費量を低減できる。第１実施形態の変形例と同様、第２の電極に供給される燃焼排ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１２３】
なお、本変形例では、ＣＯ２ガス供給部１１１と電池内ＣＯ２ガス流路１１３との間の流路上に加湿器１１５を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、H２ガス供給流路１０２上に加湿器１１５を配置する構成としてもよい。加湿された水素ガスが電池内Ｈ２ガス流路１０３に供給される。そして、水分は、電解質膜１２３を介して第１の電極１２１から第２の電極１２２へと移動することができる。そのため、第１の電極に供給される水素ガスを加湿することで、第２の電極１２２における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１２４】
なお、ＣＯ２ガス供給部から排出される二酸化炭素含有ガスは、空気（酸素）を含んでいてもよい。流路の閉止と電圧の印加に先立って電池内ＣＯ２ガス供給流路に空気（酸素）が供給されるため、第２の電極の酸化還元電位（対標準水素電極電位）をより容易に上昇させることができる。
【０１２５】
（第３実施形態）
［装置構成］
図１１は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図１１に示すように、第３実施形態にかかる燃料電池システム２００は、水素供給器として改質器の改質反応部を用い、二酸化炭素供給器として改質器の燃焼部を用いる点で第１実施形態にかかる燃料電池システム１００と異なるが、その他の点については第１実施形態と同様である。第１実施形態と第３実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１２６】
改質器２０１は、改質反応部２０２と、燃焼部２０３とを備えている。
【０１２７】
改質反応部２０２は、改質触媒を備え、メタンなどの原料ガスと水蒸気とから改質反応により改質ガス（水素含有ガス）を生成する。生成された改質ガスは、改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の内部の電池内改質ガス流路２１２へと供給される。電池内改質ガス流路２１２を通流した改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給される。
【０１２８】
燃焼部２０３は、例えばバーナを備え、第１の電極１２１から供給された改質ガスを燃焼することで、改質反応部２０２を加熱する。改質反応部２０２で進行する改質反応は吸熱反応であるが、燃焼部２０３はかかる反応に必要な熱を供給する。燃焼部２０３での燃焼によって生じた燃焼排ガス（二酸化炭素含有ガス）は、燃焼排ガス供給流路２１４を介して第２の電極１２２の内部の電池内燃焼排ガス流路２１５へと供給される。電池内燃焼排ガス流路２１５を通流した燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出流路２１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１２９】
電池内改質ガス流路２１２および電池内燃焼排ガス流路２１５は、それぞれ第１実施形態の電池内Ｈ２ガス流路１０３および電池内ＣＯ２ガス流路１１３に対応する。対応する流路は名称が異なるが、その構造は同一とすることができる。すなわち、第３実施形態においても、燃料電池１２０の内部構造は、図３に示したものと同様とすることができる。よって、詳細な説明は省略する。
【０１３０】
電池内改質ガス流路２１２は、第１の電極１２１がアノードの場合にはアノードガス流路、第１の電極１２１がカソードの場合にはカソードガス流路である。すなわち、電池内改質ガス流路２１２の内部を通流する改質ガスに含まれる水素は、第１の電極のガス拡散層を浸透して第１の電極の触媒層へと到達する。
【０１３１】
電池内燃焼排ガス流路２１５は、第２の電極１２２がアノードの場合にはアノードガス流路、第２の電極１２２がカソードの場合にはカソードガス流路である。すなわち、電池内燃焼排ガス流路２１５の内部を通流する燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素は、第２の電極のガス拡散層を浸透して第２の電極の触媒層へと到達する。
【０１３２】
［制御方法］
図１２は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１２を参照しつつ、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１３３】
制御運転がスタートすると（スタート）、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ２０１：水素供給ステップ）。
【０１３４】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ２０２：燃焼ステップ）。
【０１３５】
燃焼部２０３から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路２１４を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へと供給される（ステップＳ２０３：二酸化炭素供給ステップ）。電池内燃焼排ガス流路２１５へ供給された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出流路２１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１３６】
第１の電極１２１への改質ガスの供給および第２の電極１２２への燃焼排ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ２０４）。
【０１３７】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ２０５）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ２０４〜Ｓ２０５が電圧印加ステップに相当する。
【０１３８】
［効果］
本実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法でも、第１実施形態と同様、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。
【０１３９】
［変形例］
本実施形態においても、第１実施形態と同様の変形例が可能である。
【０１４０】
供給される燃焼排ガスは加湿されてもよい。図１３は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【０１４１】
図１３に示すように、本変形例の燃料電池システム２００’は、燃料電池システム２００の燃焼排ガス供給流路２１４を、燃焼排ガス加湿流路２１７と加湿器２０４と燃焼排ガス供給流路２１８とで置き換えたものであり、その他の構成は燃料電池システム２００と同様である。したがって、共通する構成要素には同一符号および同一名称を付して説明を省略する。
【０１４２】
加湿器２０４は、燃焼排ガス加湿流路２１７を介して燃焼部２０３のガス出口と接続され、燃焼排ガス供給流路２１８を介して電池内燃焼排ガス流路２１５の入口と接続されている。加湿器２０４としては、例えば、バブラー又は全熱交換器を用いることができる。また、加湿器２０４は、燃焼排ガス加湿流路４１５に水を供給する水供給部であってもよい。かかる構成により、加湿器２０４は、燃焼部２０３から排出された燃焼排ガスを加湿し、加湿された燃焼排ガスを第２の電極１２２（より具体的には電池内燃焼排ガス流路２１５）に供給する。
【０１４３】
図１４は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１４を参照しつつ、本変形例にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１４４】
制御運転がスタートすると（スタート）、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ２０１’：水素供給ステップ）。
【０１４５】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ２０２’：燃焼ステップ）。
【０１４６】
燃焼部２０３から燃焼排ガス加湿流路２１７を介して加湿器２０４へと燃焼排ガスが供給され、燃焼排ガスの加湿が行われる（ステップＳ２０３’：加湿ステップ）。加湿された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路２１８を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へと供給される（Ｓ２０４’：二酸化炭素供給ステップ）。電池内燃焼排ガス流路２１５へ供給された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出流路２１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１４７】
第１の電極１２１への改質ガスの供給および第２の電極１２２への燃焼排ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ２０５’）。
【０１４８】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ２０６’）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ２０５’〜Ｓ２０６’が電圧印加ステップに相当する。
【０１４９】
本変形例においても同様に、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。第１実施形態の変形例と同様、第２の電極に供給される燃焼排ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１５０】
なお、本変形例では、燃焼部２０３と電池内燃焼排ガス流路２１５との間の流路上に加湿器２０４を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、改質ガス供給流路２１１上に加湿器２０４を配置する構成としてもよい。加湿された水素含有ガスが電池内改質ガス流路２１２に供給される。そして、水分は、電解質膜１２３を介して第１の電極１２１から第２の電極１２２へと移動することができる。そのため、第１の電極に供給される水素含有ガスを加湿することで、第２の電極１２２における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１５１】
なお、電極電位を適正値に維持するためには、第１の電極に供給される水素濃度は高いほどよい。改質器から排出される改質ガスの水素（Ｈ２ガス）濃度は、５０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましい。
【０１５２】
また、カーボンの腐食を防止するためには、第２の電極に供給される二酸化炭素濃度は高いほどよい。燃焼部から排出される燃焼排ガスの二酸化炭素（ＣＯ２ガス）濃度は、２０重量％以上であることが好ましく、３０重量％以上であることがより好ましい。
【０１５３】
（第４実施形態）
［装置構成］
図１５は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図１５に示すように、第４実施形態にかかる燃料電池システム２５０は、改質ガス供給流路２１１と改質ガス排出流路２１３と燃焼排ガス供給流路２１４と燃焼排ガス排出流路２１６とに、それぞれ第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とを備える点で第３実施形態にかかる燃料電池システム２００と異なるが、その他の点については第３実施形態と同様である。第３実施形態と第４実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１５４】
第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とは、例えば制御部１３２と通信可能に接続された電磁弁からなり、それぞれ改質ガス供給流路２１１と改質ガス排出流路２１３と燃焼排ガス供給流路２１４と燃焼排ガス排出流路２１６とを開閉することができる。それぞれの弁を閉止することにより、燃料電池１２０の内部流路（電池内改質ガス流路２１２と電池内燃焼排ガス流路２１５）は外部から遮断され、該内部流路中のガスは封止される。
【０１５５】
［制御方法］
図１６は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１６を参照しつつ、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１５６】
制御運転がスタートすると（スタート）、第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが開放されると共に、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ３０１：水素供給ステップ）。
【０１５７】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ３０２：燃焼ステップ）。
【０１５８】
燃焼部２０３から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路２１４を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へと供給される（ステップＳ３０３：二酸化炭素供給ステップ）。電池内燃焼排ガス流路２１５へ供給された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出流路２１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１５９】
第１の所定時間が経過したか否かの判定が行われ（ステップ３０４）、ＹＥＳであれば第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが閉止される（ステップＳ３０５：閉止ステップ）。
【０１６０】
開閉弁による流路の閉止を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ３０６）。
【０１６１】
電圧の印加を開始後、第２の所定時間が経過すると（ステップＳ３０７）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ３０６〜Ｓ３０７が電圧印加ステップに相当する。
【０１６２】
［効果］
本実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法でも、第１実施形態と同様、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。第３実施形態と同様、燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。さらに本実施形態では、電圧印加時に流路が閉止されるため、原料ガス（あるいは改質ガス）の消費量を低減できる。
【０１６３】
［変形例］
本実施形態においても、第１実施形態と同様の変形例が可能である。
【０１６４】
供給される燃焼排ガスは加湿されてもよい。図１７は、本発明の第４実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【０１６５】
図１７に示すように、本変形例の燃料電池システム２５０’は、燃料電池システム２５０の燃焼排ガス供給流路２１４を、燃焼排ガス加湿流路２１７と加湿器２０４と燃焼排ガス供給流路２１８とで置き換えたものであり、その他の点は燃料電池システム２５０と同様である。燃焼排ガス加湿流路２１７と加湿器２０４と燃焼排ガス供給流路２１８とは第３実施形態の変形例と同様である。したがって、共通する構成要素に同一符号および同一名称を付して説明を省略する。
【０１６６】
図１８は、本発明の第４実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１８を参照しつつ、本変形例にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１６７】
制御運転がスタートすると（スタート）、第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが開放されると共に、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ３０１’：水素供給ステップ）。
【０１６８】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ３０２’：燃焼ステップ）。
【０１６９】
燃焼部２０３から燃焼排ガス加湿流路２１７を介して加湿器２０４へと燃焼排ガスが供給され、燃焼排ガスの加湿が行われる（ステップＳ３０３’：加湿ステップ）。加湿された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路２１８を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へと供給される（Ｓ３０４’：二酸化炭素供給ステップ）。電池内燃焼排ガス流路２１５へ供給された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出流路２１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１７０】
第１の所定時間が経過したか否かの判定が行われ（ステップ３０５’）、ＹＥＳであれば第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが閉止される（ステップＳ３０６’：閉止ステップ）。
【０１７１】
開閉弁による流路の閉止を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ３０７’）。
【０１７２】
電圧の印加を開始後、第２の所定時間が経過すると（ステップＳ３０８’）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ３０７’〜Ｓ３０８’が電圧印加ステップに相当する。
【０１７３】
本変形例においても同様に、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。電圧印加時に流路が閉止されるため、原料ガス（あるいは改質ガス）の消費量を低減できる。第１実施形態の変形例と同様、第２の電極に供給される燃焼排ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１７４】
なお、本変形例では、燃焼部２０３と電池内燃焼排ガス流路２１５との間の流路上に加湿器２０４を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、改質ガス供給流路２１１上に加湿器２０４を配置する構成としてもよい。加湿された水素含有ガスが電池内改質ガス流路２１２に供給される。そして、水分は、電解質膜１２３を介して第１の電極１２１から第２の電極１２２へと移動することができる。そのため、第１の電極に供給される水素含有ガスを加湿することで、第２の電極１２２における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１７５】
（第５実施形態）
［装置構成］
図１９は、本発明の第５実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図１９に示すように、第５実施形態にかかる燃料電池システム２６０は、空気供給器２４５を備える点で第４実施形態にかかる燃料電池システム２５０と異なるが、その他の点については第４実施形態と同様である。第４実施形態と第５実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１７６】
空気供給器２４５は、例えばブロワを備え、空気供給流路を介して電池内燃焼排ガス流路２１５に空気を供給する。すなわち、燃焼部２０３から供給された燃焼排ガスと、空気供給器２４５から供給された空気とは、電池内燃焼排ガス流路２１５の入口付近で混合され、電池内燃焼排ガス流路２１５の内部を通流する。
【０１７７】
［制御方法］
図２０は、本発明の第５実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図２０を参照しつつ、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１７８】
制御運転がスタートすると（スタート）、第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが開放されると共に、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ４０１：水素供給ステップ）。
【０１７９】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ４０２：燃焼ステップ）。
【０１８０】
燃焼部２０３から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路２１４を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へと供給され（二酸化炭素供給ステップ）、同時に、空気供給器２４５から空気供給流路を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へ空気が供給される（空気供給ステップ）（ステップＳ４０３）。電池内燃焼排ガス流路２１５へ供給された燃焼排ガスと空気とは、燃焼排ガス排出流路２１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１８１】
第１の所定時間が経過したか否かの判定が行われ（ステップ４０４）、ＹＥＳであれば第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが閉止される（ステップＳ４０５：閉止ステップ）。
【０１８２】
開閉弁による流路の閉止を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ４０６）。
【０１８３】
電圧の印加を開始後、第２の所定時間が経過すると（ステップＳ４０７）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ４０６〜Ｓ４０７が電圧印加ステップに相当する。
【０１８４】
［効果］
本実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法でも、第１実施形態と同様、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。第３実施形態と同様、燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。第４実施形態と同様、電圧印加時に流路が閉止されるため、原料ガス（あるいは改質ガス）の消費量を低減できる。さらに本実施形態では、流路の閉止と電圧の印加に先立って電池内燃焼排ガス流路に空気（酸素）が供給されるため、第２の電極の酸化還元電位（対標準水素電極電位）をより容易に上昇させることができる。
【０１８５】
［変形例］
本実施形態においても、第１実施形態と同様の変形例が可能である。
【０１８６】
供給される燃焼排ガスは加湿されてもよい。図２１は、本発明の第５実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【０１８７】
図２１に示すように、本変形例の燃料電池システム２６０’は、燃料電池システム２６０の燃焼排ガス供給流路２１４を、燃焼排ガス加湿流路２１７と加湿器２０４と燃焼排ガス供給流路２１８とで置き換えたものであり、燃焼排ガス加湿流路２１７と加湿器２０４と燃焼排ガス供給流路２１８とは第３実施形態の変形例と同様である。したがって、共通する構成要素に同一符号および同一名称を付して説明を省略する。
【０１８８】
図２２は、本発明の第５実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図２２を参照しつつ、本変形例にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０１８９】
制御運転がスタートすると（スタート）、第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが開放されると共に、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ４０１’：水素供給ステップ）。
【０１９０】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ４０２’：燃焼ステップ）。
【０１９１】
燃焼部２０３から燃焼排ガス加湿流路２１７を介して加湿器２０４へと燃焼排ガスが供給され、燃焼排ガスの加湿が行われる（ステップＳ４０３’：加湿ステップ）。加湿された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路２１８を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へと供給され（二酸化炭素供給ステップ）、同時に、空気供給器２４５から空気供給流路を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路２１５へ空気が供給される（空気供給ステップ）（Ｓ４０４’）。電池内燃焼排ガス流路２１５へ供給された燃焼排ガスおよび空気は、燃焼排ガス排出流路２１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０１９２】
第１の所定時間が経過したか否かの判定が行われ（ステップ４０５’）、ＹＥＳであれば第１の開閉弁２４１と第２の開閉弁２４２と第３の開閉弁２４３と第４の開閉弁２４４とが閉止される（ステップＳ４０６’：閉止ステップ）。
【０１９３】
開閉弁による流路の閉止を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ４０７’）。
【０１９４】
電圧の印加を開始後、第２の所定時間が経過すると（ステップＳ４０８’）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ４０７’〜Ｓ４０８’が電圧印加ステップに相当する。
【０１９５】
本変形例においても同様に、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。電圧印加時に流路が閉止されるため、原料ガス（あるいは改質ガス）の消費量を低減できる。流路の閉止と電圧の印加に先立って電池内燃焼排ガス流路に空気（酸素）が供給されるため、第２の電極の酸化還元電位（対標準水素電極電位）をより容易に上昇させることができる。第１実施形態の変形例と同様、第２の電極に供給される燃焼排ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１９６】
なお、本変形例では、燃焼部２０３と電池内燃焼排ガス流路２１５との間の流路上に加湿器２０４を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、改質ガス供給流路２１１上に加湿器２０４を配置する構成としてもよい。加湿された水素含有ガスが電池内改質ガス流路２１２に供給される。そして、水分は、電解質膜１２３を介して第１の電極１２１から第２の電極１２２へと移動することができる。そのため、第１の電極に供給される水素含有ガスを加湿することで、第２の電極１２２における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０１９７】
（第６実施形態）
［装置構成］
図２３は、本発明の第６実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図２３に示すように、第６実施形態にかかる燃料電池システム３００は、分配弁３０４を備える点および燃焼部３０３が改質ガスではなく燃料ガスを燃焼させる点で第３実施形態にかかる燃料電池システム２００と異なるが、その他の点については第３実施形態とほぼ同様である。第６実施形態と第３実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０１９８】
改質器３０１は、改質反応部３０２と燃焼部３０３とを備える。改質反応部３０２はガス入口が分配弁３０４と接続されている点を除けば改質反応部２０２と同様であるので詳細な説明を省略する。燃焼部３０３のガス入口は、第１の電極１２１ではなく分配弁３０４と接続され、改質ガスではなく都市ガスを燃焼させる。
【０１９９】
分配弁３０４は、例えば、第２原料ガス供給流路３１２上に設けられた開閉弁及び第３原料ガス供給流路３１３上に設けられた開閉弁を備え、制御部１３２と通信可能に接続されると共に、都市ガスラインに接続された第１原料ガス供給流路３１１と、改質反応部３０２および燃焼部３０３とを、都市ガス（１３Ａガス：原料ガス）を分配可能に接続する。かかる構成により都市ガスは、第２原料ガス供給流路３１２を介して改質反応部３０２へと供給され、第３原料ガス供給流路３１３を介して燃焼部３０３へと供給される。
【０２００】
改質反応部３０２から排出された改質ガス（水素含有ガス）は、改質ガス供給流路３１４を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路３１５へと供給される。電池内改質ガス流路３１５の内部を通流した改質ガスは、改質ガス排出流路３１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２０１】
燃焼部３０３から排出された燃焼排ガス（二酸化炭素含有ガス）は、燃焼排ガス供給流路３１７を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路３１８へと供給される。電池内燃焼排ガス流路３１８の内部を通流した燃料排ガスは、燃焼排ガス排出流路３１９を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２０２】
電池内改質ガス流路３１５および電池内燃焼排ガス流路３１８は、それぞれ第３実施形態の電池内改質ガス流路２１２および電池内燃焼排ガス流路２１５に対応する。対応する流路の構造は同一とすることができる。すなわち、第６実施形態においても、燃料電池１２０の内部構造は、第３実施形態と同様とすることができる。よって、詳細な説明は省略する。
【０２０３】
［制御方法］
図２４は、本発明の第６実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図２４を参照しつつ、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０２０４】
制御運転がスタートすると（スタート）、分配弁３０４により１３Ａガス（原料ガス）が改質反応部３０２と燃焼部３０３とに分配される（ステップＳ５０１：分配ステップ）。
【０２０５】
改質反応部３０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路３１４を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路３１５へと供給される（ステップＳ５０２：水素供給ステップ）。電池内改質ガス流路３１５へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路３１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２０６】
燃焼部３０３へ供給された１３Ａガス（原料ガス）は、燃焼部３０３において燃焼される（ステップＳ５０３：燃焼ステップ）。
【０２０７】
燃焼部３０３から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路３１７を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路３１８へと供給される（ステップＳ５０４：二酸化炭素供給ステップ）。電池内燃焼排ガス流路３１８へ供給された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出流路３１９を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２０８】
第１の電極１２１への改質ガスの供給および第２の電極１２２への燃焼排ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ５０５）。
【０２０９】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ５０６）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ５０５〜Ｓ５０６が電圧印加ステップに相当する。
【０２１０】
［効果］
本実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法でも、第１実施形態と同様、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。第３実施形態と同様、燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。
【０２１１】
［変形例］
本実施形態においても、第１実施形態と同様の変形例が可能である。
【０２１２】
供給される燃焼排ガスは加湿されてもよい。図２５は、本発明の第６実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【０２１３】
図２５に示すように、本変形例の燃料電池システム３００’は、燃料電池システム３００の燃焼排ガス供給流路３１７を、燃焼排ガス加湿流路３２０と加湿器３０５と燃焼排ガス供給流路３２１とで置き換えたものであり、その他の構成は燃料電池システム３００と同様である。したがって、共通する構成要素には同一符号および同一名称を付して説明を省略する。
【０２１４】
加湿器３０５は、燃焼排ガス加湿流路３２０を介して燃焼部３０３のガス出口と接続され、燃焼排ガス供給流路３２１を介して電池内燃焼排ガス流路３１８の入口と接続されている。加湿器３０５としては、例えば、バブラー又は全熱交換器を用いることができる。また、加湿器３０５は、燃焼排ガス加湿流路３２０に水を供給する水供給部であってもよい。かかる構成により、加湿器３０５は、燃焼部３０３から排出された燃焼排ガスを加湿し、加湿された燃焼排ガスを第２の電極１２２（より具体的には電池内燃焼排ガス流路３１５）に供給する。
【０２１５】
図２６は、本発明の第６実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図２６を参照しつつ、本変形例にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０２１６】
制御運転がスタートすると（スタート）、分配弁３０４により１３Ａガス（原料ガス）が改質反応部３０２と燃焼部３０３とに分配される（ステップＳ５０１’：分配ステップ）。
【０２１７】
改質反応部３０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路３１４を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路３１５へと供給される（ステップＳ５０２’：水素供給ステップ）。電池内改質ガス流路３１５へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路３１６を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２１８】
燃焼部３０３へ供給された１３Ａガスは、燃焼部３０３において燃焼される（ステップＳ５０３’：燃焼ステップ）。
【０２１９】
燃焼部３０３から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス加湿流路３２０を介して加湿器３０５へと供給され、燃焼排ガスの加湿が行われる（ステップＳ５０４’：加湿ステップ）。
【０２２０】
加湿された燃焼排ガスは、燃焼排ガス供給流路３２１を介して第２の電極１２２の電池内燃焼排ガス流路３１８へと供給される（ステップＳ５０５’：二酸化炭素供給ステップ）。電池内燃焼排ガス流路３１８へ供給された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出流路３１９を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２２１】
第１の電極１２１への改質ガスの供給および第２の電極１２２への燃焼排ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ５０６’）。
【０２２２】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ５０７’）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ５０６’〜Ｓ５０７’が電圧印加ステップに相当する。
【０２２３】
本変形例においても同様に、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。第１実施形態の変形例と同様、第２の電極に供給される燃焼排ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０２２４】
なお、本変形例では、燃焼部３０３と電池内燃焼排ガス流路３１５との間の流路上に加湿器３０４を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、改質ガス供給流路３１４上に加湿器３０４を配置する構成としてもよい。加湿された水素含有ガスが電池内改質ガス流路３１５に供給される。そして、水分は、電解質膜１２３を介して第１の電極１２１から第２の電極１２２へと移動することができる。そのため、第１の電極に供給される水素含有ガスを加湿することで、第２の電極１２２における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０２２５】
（第７実施形態）
［装置構成］
図２７は、本発明の第７実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。図２７に示すように、第７実施形態にかかる燃料電池システム４００は、貯蔵タンクを備える点で第３実施形態にかかる燃料電池システム２００と異なるが、その他の点については第３実施形態とほぼ同様である。第７実施形態と第３実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。
【０２２６】
貯蔵タンク４０５は、例えば、ガスタンクを備え、燃焼部２０３から排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素ガスを一時的に貯蔵する。
【０２２７】
貯蔵タンク４０５からは、二酸化炭素含有ガス（以下、単に二酸化炭素ガスと呼ぶ）が排出される。貯蔵タンク４０５から排出された二酸化炭素含有ガスは、ＣＯ２ガス供給流路４１２を介して第２の電極１２２の内部にある電池内ＣＯ２ガス流路４１３へと供給され、ＣＯ２ガス排出流路４１４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２２８】
電池内ＣＯ２ガス流路４１３の構成は、電池内ＣＯ２ガス流路１１３と同様であるので、説明を省略する。
【０２２９】
［制御方法］
図２８は、本発明の第７実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図２８を参照しつつ、本実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０２３０】
制御運転がスタートすると（スタート）、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ６０１：水素供給ステップ）。
【０２３１】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ６０２：燃焼ステップ）。
【０２３２】
燃焼部２０３から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス貯蔵流路４１１を介して貯蔵タンク４０５へと供給され（ステップＳ６０３）、燃焼排ガス中の二酸化炭素ガスが選択的に貯蔵されて貯蔵タンク内に貯蔵される（ステップＳ６０４：貯蔵ステップ）。
【０２３３】
貯蔵タンク４０５から排出された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス供給流路４１２を介して第２の電極１２２の電池内ＣＯ２ガス流路４１３へと供給される（ステップＳ６０５：二酸化炭素供給ステップ）。電池内ＣＯ２ガス流路４１３へ供給された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス排出流路４１４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２３４】
第１の電極１２１への改質ガスの供給および第２の電極１２２への二酸化炭素ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ６０６）。
【０２３５】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ６０７）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ６０５〜Ｓ６０７が電圧印加ステップに相当する。
【０２３６】
［効果］
本実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法でも、第１実施形態と同様、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。第３実施形態と同様、燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。
【０２３７】
［変形例］
本実施形態においても、第１実施形態と同様の変形例が可能である。
【０２３８】
供給される燃焼排ガスは加湿されてもよい。図２９は、本発明の第７実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【０２３９】
図２９に示すように、本変形例の燃料電池システム４００’は、燃料電池システム４００の燃焼排ガス貯蔵流路４１１を、燃焼排ガス加湿流路４１５と加湿器４０４と燃焼排ガス貯蔵流路４１６とで置き換えたものであり、その他の構成は燃料電池システム４００と同様である。したがって、共通する構成要素には同一符号および同一名称を付して説明を省略する。
【０２４０】
加湿器４０４は、燃焼排ガス加湿流路４１５を介して燃焼部２０３のガス出口と接続され、燃焼排ガス貯蔵流路４１６を介して貯蔵タンクのガス入口と接続されている。加湿器４０４としては、例えば、バブラー又は全熱交換器を用いることができる。また、加湿器４０４は、燃焼排ガス加湿流路４１５に水を供給する水供給部であってもよい。かかる構成により、加湿器４０４は、燃焼部２０３から排出された燃焼排ガスを加湿し、加湿された燃焼排ガスを貯蔵タンク４０５に供給する。
【０２４１】
なお、本実施形態では、燃焼部２０３と貯蔵タンク４０５との間の流路上に加湿器４０４を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、貯蔵タンク４０５と電池内ＣＯ２ガス流路４１３との間の流路上に加湿器４０４を配置する構成としてもよい。
【０２４２】
図３０は、本発明の第７実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。以下、図３０を参照しつつ、本変形例にかかる燃料電池システムの制御方法を説明する。
【０２４３】
制御運転がスタートすると（スタート）、改質反応部２０２から改質ガス（水素含有ガス）が改質ガス供給流路２１１を介して第１の電極１２１の電池内改質ガス流路２１２へと供給される（ステップＳ６０１’：水素供給ステップ）。
【０２４４】
電池内改質ガス流路２１２へ供給された改質ガスは、改質ガス排出流路２１３を介して燃焼部２０３へと供給され、燃焼部２０３において燃焼される（ステップＳ６０２’：燃焼ステップ）。
【０２４５】
燃焼部２０３から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス加湿流路４１５を介して加湿器４０４へと供給され、燃焼排ガスの加湿が行われる（ステップＳ６０３’：加湿ステップ）。
【０２４６】
加湿された燃焼排ガスは、燃焼排ガス貯蔵流路４１６を介して貯蔵タンク４０５へと供給され（Ｓ６０４’）、燃焼排ガス中の二酸化炭素ガスが選択的に貯蔵されて貯蔵される（ステップＳ６０５’：貯蔵ステップ）。
【０２４７】
貯蔵タンク４０５から排出された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス供給流路４１２を介して第２の電極１２２の電池内ＣＯ２ガス流路４１３へと供給される（ステップＳ６０６’：二酸化炭素供給ステップ）。電池内ＣＯ２ガス流路４１３へ供給された二酸化炭素ガスは、ＣＯ２ガス排出流路４１４を介して燃料電池１２０の外部へと排出される。
【０２４８】
第１の電極１２１への改質ガスの供給および第２の電極１２２への二酸化炭素ガスの供給を継続しながら、電源１３１を用いて、第１の電極１２１（触媒層）を基準として、第２の電極１２２（触媒層）に、＋１．５Ｖの電圧を印加する（ステップＳ６０７’）。
【０２４９】
電圧の印加を開始後、所定時間経過すると（ステップＳ６０８’）、電圧の印加を終了し、制御運転を終了する（エンド）。ステップＳ６０５７’〜Ｓ６０８’が電圧印加ステップに相当する。
【０２５０】
本変形例においても同様に、電極の劣化を防止しつつ、電極触媒の活性を回復させることができる。燃料電池システムに典型的に含まれる改質反応部および燃焼部をそれぞれ水素供給器および二酸化炭素供給器として兼用するため、構成の単純化および製造コストの低減を図ることができる。第１実施形態の変形例と同様、第２の電極に供給される燃焼排ガスを加湿することで、硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【０２５１】
なお、本変形例では、燃焼部２０３と電池内CO２ガス流路４１３との間の流路上に加湿器４０４を配置する構成としたが、これに限られない。例えば、改質ガス供給流路２１１上に加湿器４０４を配置する構成としてもよい。加湿された水素含有ガスが電池内改質ガス流路２１２に供給される。そして、水分は、電解質膜１２３を介して第１の電極１２１から第２の電極１２２へと移動することができる。そのため、第１の電極に供給される水素含有ガスを加湿することで、第２の電極１２２における硫黄の除去をより効率的に進行させることができる。また、電解質膜１２３の乾燥を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２５２】
本発明に係る燃料電池システムおよびその制御方法は、電極触媒から硫黄などの汚染物質を除去する際に電極の劣化を抑えることができる燃料電池システムおよびその制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２５３】
【図１】図１は、燃料電池の両電極間に電圧を印加したときに正電位側の電極から排出されたガス中の二酸化炭素濃度を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における燃料電池１２０の内部構造の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第４実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第４実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第４実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、本発明の第５実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第５実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第５実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第５実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、本発明の第６実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の第６実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図２５】図２５は、本発明の第６実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の第６実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、本発明の第７実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明の第７実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図２９】図２９は、本発明の第７実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明の第７実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２５４】
１００、１００’、１１０、１１０‘  燃料電池システム
１０１  Ｈ２ガス供給部
１０２  Ｈ２ガス供給流路
１０３  電池内Ｈ２ガス流路
１０４  Ｈ２ガス排出流路
１１１  ＣＯ２ガス供給部
１１２  ＣＯ２ガス供給流路
１１３  電池内ＣＯ２ガス流路
１１４  ＣＯ２ガス排出流路
１１５  加湿器
１１６  ＣＯ２ガス加湿流路
１１７  ＣＯ２ガス供給流路
１２０  燃料電池
１２１  第１の電極
１２２  第２の電極
１２３  電解質膜
１２４  第１触媒層
１２５  第１ガス拡散層
１２６  第１セパレータ
１５１  第１ガスケット
１２７  第２触媒層
１２８  第２ガス拡散層
１２９  第２セパレータ
１５２  第２ガスケット
１３１  電源
１３２  制御部
２００、２００’  燃料電池システム
２０１  改質器
２０２  改質反応部
２０３  燃焼部
２０４  加湿器
２１１  改質ガス供給流路
２１２  電池内改質ガス流路
２１３  改質ガス排出流路
２１４  燃焼排ガス供給流路
２１５  電池内燃焼排ガス流路
２１６  燃焼排ガス排出流路
２１７  燃焼排ガス加湿流路
２１８  燃焼排ガス供給流路
１４１、２４１  第１の開閉弁
１４２、２４２  第２の開閉弁
１４３、２４３  第３の開閉弁
１４４、２４４  第４の開閉弁
２４５  空気供給器
２５０、２５０’  燃料電池システム
２６０、２６０’  燃料電池システム
３００、３００’  燃料電池システム
３０１  改質器
３０２  改質反応部
３０３  燃焼部
３０４  分配弁
３０５  加湿器
３１１  第１原料ガス供給流路
３１２  第２原料ガス供給流路
３１３  第３原料ガス供給流路
３１４  改質ガス供給流路
３１５  電池内改質ガス流路
３１６  改質ガス排出流路
３１７  燃焼排ガス供給流路
３１８  電池内燃焼排ガス流路
３１９  燃焼排ガス排出流路
３２０  燃焼排ガス加湿流路
３２１  燃焼排ガス供給流路
４００、４００’  燃料電池システム
４０４  加湿器
４０５  貯蔵タンク
４１１  燃焼排ガス貯蔵流路
４１２  ＣＯ２ガス供給流路
４１３  電池内ＣＯ２ガス流路
４１４  ＣＯ２ガス排出流路
４１５  燃焼排ガス加湿流路
４１６  燃焼排ガス貯蔵流路
【図１】
2010218722.tif 000009
【図２】
2010218722.tif 000010
【図３】
2010218722.tif 000011
【図４】
2010218722.tif 000012
【図５】
2010218722.tif 000013
【図６】
2010218722.tif 000014
【図７】
2010218722.tif 000015
【図８】
2010218722.tif 000016
【図９】
2010218722.tif 000017
【図１０】
2010218722.tif 000018
【図１１】
2010218722.tif 000019
【図１２】
2010218722.tif 000020
【図１３】
2010218722.tif 000021
【図１４】
2010218722.tif 000022
【図１５】
2010218722.tif 000023
【図１６】
2010218722.tif 000024
【図１７】
2010218722.tif 000025
【図１８】
2010218722.tif 000026
【図１９】
2010218722.tif 000027
【図２０】
2010218722.tif 000028
【図２１】
2010218722.tif 000029
【図２２】
2010218722.tif 000030
【図２３】
2010218722.tif 000031
【図２４】
2010218722.tif 000032
【図２５】
2010218722.tif 000033
【図２６】
2010218722.tif 000034
【図２７】
2010218722.tif 000035
【図２８】
2010218722.tif 000036
【図２９】
2010218722.tif 000037
【図３０】
2010218722.tif 000038