(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池のアノード触媒の性能劣化を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と通常発電運転時における出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システムを提供する。【解決手段】酸化剤ガス供給部１７が供給する酸化剤ガスと、燃料ガス供給部７が供給する改質水素を含む燃料ガスにエアーブリード機構１２が供給する空気を混合したガスとを用いて発電する燃料電池１５を制御する制御部２０とを備える燃料電池システム１００であって、制御部２０が、起動運転時及び停止運転時の少なくとも何れかの時、燃料電池１５のアノード触媒の性能低下を診断し、該診断の結果に基づいてエアーブリード機構１２を制御して燃料ガスへの空気の供給量を増加させる。【選択図】図１
2006338925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を供給するエアーブリード機構と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、
少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、
前記制御部が、前記起動運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第１の温度以上で第１の濃度以下に低減する変成器を備え、
前記変成器の温度が前記第１の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第１の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第２の温度以上で第２の濃度以下に低減する浄化器を備え、
前記浄化器の温度が前記第２の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の温度以上で前記第２の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、
少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第１及び第２の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
空気を供給するエアーブリード機構と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、
少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、
前記制御部が、前記停止運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる、燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する、請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第１の温度以上で第１の濃度以下に低減する変成器を備え、
前記変成器の温度が前記第１の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第１の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第２の温度以上で第２の濃度以下に低減する浄化器を備え、
前記浄化器の温度が前記第２の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の温度以上で前記第２の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、
少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第１及び第２の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御部が、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を前記起動運転時に加えて前記停止運転時にも前記診断する、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池が、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜の一方の面にアノード触媒を他方の面にカソード触媒を各々備え、前記アノード触媒及び前記カソード触媒の少なくともアノード触媒が白金−ルテニウム合金触媒からなる高分子電解質型燃料電池である、請求項１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、携帯機器、電気自動車、家庭用コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池システムに関し、特に、アノード触媒の性能低下に応じてエアーブリード量を増加させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
燃料電池システムでは、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池スタック（以下、単に燃料電池という）に、燃料ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この電気化学反応の進行により、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーに直接変換される。これにより、燃料電池システムは、負荷に向けて電力を出力する。
【０００４】
以下、従来の燃料電池システムの構成及び動作について概説する。
【０００５】
図１０は、従来の燃料電池システムの一般的な構成の一部を模式的に示すブロック図である。尚、図１０では、燃料ガスとして都市ガスを改質して生成する改質ガスを用いると共に、酸化剤ガスとして空気を用いる構成を示している。又、以下の記載において、「ＣＯ」は「一酸化炭素」を意味する。
【０００６】
図１０に示すように、従来の燃料電池システム２００は、原料流量調整バルブ１０１と脱硫器１０２とを備えている。原料流量調整バルブ１０１は、都市ガスの供給手段から脱硫器１０２への都市ガスの供給量を調整する。又、脱硫器１０２は、原料流量調整バルブ１０１を通過した都市ガスに含まれるメルカプタンやジメチルサルファイド等の付臭剤を除去する。
【０００７】
又、この燃料電池システム２００は、改質器１０３と変成器１０４と浄化器１０５とを備えている。改質器１０３は、脱硫器１０２を通過して付臭剤が除去された都市ガスを用いて、水蒸気改質反応により改質ガスを生成する。又、変成器１０４は、改質器１０３が生成した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、シフト反応により低減する。又、浄化器１０５は、変成器１０４を通過した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、選択酸化反応により更に低減する。そして、少なくとも改質器１０３と変成器１０４と浄化器１０５とにより、燃料改質部１０６を構成している。尚、図１０に示すように、水の供給手段から改質器１０３への水の供給は、改質水供給ポンプ１０７により行われる。又、後述する空気流量調整部１１１から浄化器１０５への空気の供給量は、選択酸化用流量調整部１０８により調整される。
【０００８】
又、この燃料電池システム２００は、燃料電池１０９を備えている。この燃料電池１０９は、燃料改質部１０６が生成した改質ガスを用いて発電を行う。この燃料電池１０９としては、例えば、高分子電解質型燃料電池を備える。この高分子電解質型燃料電池は、プロトンの伝導性を有する高分子電解質膜を備えている。この高分子電解質膜は、その両面に白金触媒（アノード触媒及びカソード触媒）を備えている。斯かる高分子電解質型燃料電池では、アノード触媒上で、白金の触媒作用により、改質ガスに含まれる水素がプロトン及び電子に変換される触媒反応が進行する。この際、プロトンは、高分子電解質膜の内部を移動して、カソード触媒上に到達する。又、電子は、外部負荷を経由して、カソード触媒上に到達する。一方、カソード触媒上では、白金の触媒作用により、到達するプロトン及び電子と後述する加湿器１１２から供給される空気中の酸素とから水を生成する触媒反応が進行する。尚、図１０に示すように、発電運転中に発熱する燃料電池１０９の冷却は、熱交換部１１０により行われる。
【０００９】
又、この燃料電池システム２００は、空気流量調整部１１１と加湿器１１２と燃焼器１１４とを備えている。空気流量調整部１１１は、大気中から選択酸化用流量調節部１０８及び加湿器１１２及び後述するエアーブリード機構１１３への空気の供給量を調整する。又、加湿器１１２は、空気流量調整部１１１を通過した空気を、燃料電池１０９から排出される高温高湿状態の排空気を用いて加温及び加湿する。又、燃焼器１１４は、燃料電池１０９から排出される排改質ガスを、燃料電池１０９から排出されかつ加湿器１１２を通過した排空気を用いて燃焼する。そして、排燃焼ガスとして、燃料電池システム２００の外部に排出する。
【００１０】
又、この燃料電池システム２００は、エアーブリード機構１１３を備えている。エアーブリード機構１１３は、発電運転の際、燃料改質部１０６が生成した改質ガスに、燃料電池１０９への供給前、空気流量調整部１１１を通過した空気を所定の供給量で供給する。このエアーブリード機構１１３により、燃料電池システム２００は、燃料電池１０９におけるアノード触媒の被毒を抑制する。
【００１１】
具体的には、燃料改質部１０６が生成する改質ガスは、通常、微量の一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素は、白金と容易に結合するため、燃料電池１０９のアノード触媒の被毒を引き起こす。このアノード触媒の被毒は、アノード触媒上における水素を用いる触媒反応の進行を著しく阻害する。そこで、エアーブリード機構１１３により改質ガスに空気を供給して、燃料電池１０９のアノード触媒上に酸素を供給する。そして、アノード触媒に結合した一酸化炭素を、酸素を用いて更に酸化して、二酸化炭素に変換する。これにより、アノード触媒上から二酸化炭素が脱離して、排改質ガスと共に燃料電池１０９の外部に排出されるので、燃料電池１０９におけるアノード触媒の被毒を抑制することが可能になる。
【００１２】
ところで、近年の燃料電池システムでは、上述したエアーブリード機構に加えて、燃料電池自体にも耐ＣＯ被毒性を付与するために、白金触媒に代えて白金−ルテニウム合金触媒を燃料電池のアノード触媒として用いている。この白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成によれば、エアーブリード機構による被毒抑制効果に加えて、酸素吸着能を有するルテニウムにより改質ガス中の水分等からも酸素が吸着及び白金上に供給されて被毒が抑制されるので、燃料電池でのアノード触媒の被毒をより一層効果的に抑制することが可能になる。
【００１３】
しかしながら、この白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムでは、長期に渡って発電運転が継続される場合や、発電運転の起動と停止とが繰り返される運転（以下、ＤＳＳ運転という）の場合、ルテニウムが溶出して、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が低下するので、燃料電池自体の耐ＣＯ被毒性が経時的に低下する。この場合、エアーブリード機構による改質ガスへの空気の供給量（以下、エアーブリード量という）が不足するため、燃料電池のアノード触媒の被毒が経時的に低下して、燃料電池の出力電圧値が経時的に低下する。
【００１４】
そこで、発電運転中、一時的に改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度が上昇して、アノード触媒の被毒により燃料電池の出力電圧値がノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値を下回った場合、エアーブリード機構によるエアーブリード量を２０〜３０％程度増加することにより、発電運転を停止することなく、燃料電池の出力電圧値を警戒電圧値以上の電圧値にまで回復させる燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２０７１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述した従来の提案では、燃料電池の出力電圧値が所定の閾値を下回った後、エアーブリード量を増加して、燃料電池の出力電圧値を所定の電圧値にまで回復させるので、発電運転中に燃料電池の出力電圧値が変動する。この燃料電池の出力電圧値の変動は、燃料電池システムに接続される外部負荷の安定な動作を著しく阻害する。
【００１６】
又、上述した従来の提案では、燃料電池の出力電圧値が所定の閾値を下回り、エアーブリード量を増加する際、そのエアーブリード量の増加量をアノード触媒の性能低下を補填するための正確な増加量とすることは難しい。換言すれば、例えば、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの減少によりアノード触媒の被毒が進行した場合、そのルテニウムの残存率を正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることは難しい。その理由は、発電運転中に燃料電池の出力電圧値の変動値を検出しても、その出力電圧値の変動値は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に反映していないからである。
【００１７】
又、エアーブリード量の増加量が白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの減少を補填するための正確な増加量を超える場合には、過剰分の酸素が燃料電池において改質ガスに含まれる水素の単なる燃焼反応を促進するため、燃料電池の発電運転のために使用可能な水素の量が減少する。つまり、燃料電池への酸素の過剰な供給は、燃料電池システムの発電効率を悪化させる。
【００１８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、燃料電池のアノード触媒の性能低下を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と通常発電運転時における出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、空気を供給するエアーブリード機構と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、前記制御部が、前記起動運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる（請求項１）。
【００２０】
かかる構成とすると、制御部が燃料電池システムの起動運転時に燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断してエアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を増加させるので、通常発電運転時における電力の出力特性が優れた燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００２１】
この場合、前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する（請求項２）。
【００２２】
かかる構成とすると、燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給する際の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいてアノード触媒の性能低下を診断するので、アノード触媒の性能低下の程度を極めて正確に診断することができる。その結果、エアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を極めて正確に増加させることができるので、優れた耐久性及び発電効率を備える燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００２３】
この場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第１の温度以上で第１の濃度以下に低減する変成器を備え、前記変成器の温度が前記第１の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第１の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する（請求項３）。
【００２４】
かかる構成とすると、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。
【００２５】
又、上記の場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第２の温度以上で第２の濃度以下に低減する浄化器を備え、前記浄化器の温度が前記第２の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する（請求項４）。
【００２６】
かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。
【００２７】
又、上記の場合、前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の温度以上で前記第２の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第１及び第２の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する（請求項５）。
【００２８】
かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。
【００２９】
又、本発明に係る燃料電池システムは、空気を供給するエアーブリード機構と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、前記制御部が、前記停止運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる（請求項６）。
【００３０】
かかる構成とすると、制御部が燃料電池システムの停止運転時に燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断してエアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を増加させるので、通常発電運転時における電力の出力特性が優れた燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００３１】
この場合、前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する（請求項７）。
【００３２】
かかる構成とすると、燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給する際の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいてアノード触媒の性能低下を診断するので、アノード触媒の性能低下の程度を極めて正確に診断することができる。その結果、エアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を極めて正確に増加させることができるので、優れた耐久性及び発電効率を備える燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００３３】
この場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第１の温度以上で第１の濃度以下に低減する変成器を備え、前記変成器の温度が前記第１の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第１の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する（請求項８）。
【００３４】
かかる構成とすると、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。
【００３５】
又、上記の場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第２の温度以上で第２の濃度以下に低減する浄化器を備え、前記浄化器の温度が前記第２の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する（請求項９）。
【００３６】
かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。
【００３７】
又、上記の場合、前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第２の温度以上で前記第２の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第１及び第２の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する（請求項１０）。
【００３８】
かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。
【００３９】
又、上記の場合、前記制御部が、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を前記起動運転時に加えて前記停止運転時にも前記診断する（請求項１１）。
【００４０】
かかる構成とすると、制御部が燃料電池のアノード触媒の性能低下を起動運転時に加えて停止運転時にも診断するので、通常発電運転時における電力の出力特性がより一層優れた燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００４１】
又、上記の場合、前記燃料電池が、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜の一方の面にアノード触媒を他方の面にカソード触媒を各々備え、前記アノード触媒及び前記カソード触媒の少なくともアノード触媒が白金−ルテニウム合金触媒からなる高分子電解質型燃料電池である（請求項１２）。
【００４２】
かかる構成とすると、燃料電池が、アノード触媒及びカソード触媒の少なくともアノード触媒が白金−ルテニウム合金触媒からなる高分子電解質型燃料電池であるので、本発明を好適に実施することが可能になる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池のアノード触媒の性能低下を正確に把握して、燃料電池へのエアーブリード量を正確に増加させることが可能になるので、アノード触媒の被毒を確実に解消することが可能になると共に、高分子電解質膜の損傷や発電効率の悪化を確実に防止することが可能になる。
【００４４】
又、本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池のアノード触媒の性能低下を、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用する簡易な構成により、通常発電運転を行わない時に正確に把握するので、燃料電池システムの出力電圧値の安定性を確実に確保することが可能になる。
【００４５】
つまり、本発明によれば、燃料電池のアノード触媒の性能低下を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システムを提供することが可能になるという効果が得られる。
【００４６】
尚、本発明によれば、燃料電池へのエアーブリード量を極めて正確に増加させることにより、高分子電解質膜の寿命を長寿命化することができるので、燃料電池システムの寿命を長寿命化することも十分に期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の概念は、発電運転の起動と停止とが繰り返されるＤＳＳ運転を行う燃料電池システムを対象とする。
【００４８】
又、本発明は、改質ガスを生成する燃料改質部と、この燃料改質部が生成する改質ガスに空気を供給するエアーブリード機構とを備える燃料電池システムを対象とする。
【００４９】
又、本発明を実施するための最良の形態では、白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムを一例に挙げて説明する。
【００５０】
又、本明細書では、燃料電池システムの起動から電力の出力開始までの間の運転を、燃料電池システムの「起動運転」と定義する。又、電力の出力停止から燃料電池システムの動作停止までの間の運転を、燃料電池システムの「停止運転」と定義する。尚、燃料電池システムが電力を出力している際の運転を、燃料電池システムの「通常発電運転」と定義する。
【００５１】
先ず、本発明の実施の形態１〜７において共通する、燃料電池のアノード触媒の性能低下を正確に把握して、エアーブリード量の増加量を正確に求める、燃料電池システムの基本的な動作概念について説明する。
【００５２】
白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムでは、例えばＤＳＳ運転が行われる場合、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムが溶出するので、その白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が経時的に低下する。つまり、酸素吸着能及び酸素供給能を有するルテニウムの残存率が経時的に低下するので、燃料電池自体の耐ＣＯ被毒性が経時的に低下する。
【００５３】
ところで、白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムでは、アノード触媒の被毒を、ルテニウムが有する酸素吸着能及び白金への酸素供給能とエアーブリード機構が有する空気供給能とを利用して効果的に抑制する。従って、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が経時的に低下して、燃料電池自体の耐ＣＯ被毒性が経時的に低下する場合、燃料電池の発電性能を好適に維持するためには、その白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率の低下に応じて、エアーブリード機構による改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる必要がある。
【００５４】
一方、燃料改質部を備える一般的な燃料電池システムでは、燃料改質部における改質器の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度であっても、燃料改質部における変成器の温度がシフト反応を進行させるための所定の温度でない場合や、燃料改質部における浄化器の温度が選択酸化反応を進行させるための所定の温度でない場合、燃料改質部が生成する改質ガスは１００ｐｐｍ以上の高濃度の一酸化炭素を含む。
【００５５】
又、燃料改質部における改質器及び変成器及び浄化器の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度及びシフト反応を進行させるための所定の温度及び選択酸化反応を進行させるための所定の温度であっても、選択酸化用流量調整部から浄化器への空気の供給量が不足する場合、つまり、浄化器におけるストイキオメトリが悪化する場合、燃料改質部が生成する改質ガスは１００ｐｐｍ以上の高濃度の一酸化炭素を含む。
【００５６】
そこで、本発明では、上述した燃料改質部が元々有する性質を積極的に利用して、燃料電池システムの起動運転時又は停止運転時、燃料改質部における変成器の温度がシフト反応を進行させるための所定の温度以下の診断温度である時、燃料電池を破壊しない程度でありかつ通常発電運転時には供給しない程度の高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、燃料改質部から燃料電池に意図的に供給する。或いは、燃料改質部における浄化器の温度が選択酸化反応を進行させるための所定の温度以下の診断温度である時、燃料電池を破壊しない程度でありかつ通常発電運転時には供給しない程度の高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、燃料改質部から燃料電池に意図的に供給する。
【００５７】
又は、上述した燃料改質部が元々有する性質を積極的に利用して、燃料電池システムの起動運転時又は停止運転時、燃料改質部における改質器及び変成器及び浄化器の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度及びシフト反応を進行させるための所定の温度及び選択酸化反応を進行させるための所定の温度である時、選択酸化用流量調整部から浄化器への空気の供給量を所定の減少率で減少させる。又は、選択酸化用流量調整部から浄化器への空気の供給を停止する。これにより、燃料電池を破壊しない程度でありかつ通常発電運転時には供給しない程度の高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、燃料改質部から燃料電池に意図的に供給する。
【００５８】
又、上述の如く燃料改質部から燃料電池に高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを供給する際、空気流量調整部を駆動して、加湿器から燃料電池に空気を供給する。
【００５９】
そして、一酸化炭素を含む改質ガスと空気とを燃料電池に供給する際、燃料電池の出力電圧値を測定して、この測定する出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。そして、この正確に求めたルテニウムの残存率に応じて、燃料電池へのエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める。これにより、燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電性能を好適に維持する。
【００６０】
次に、本発明の実施の形態１〜７において共通する、燃料電池のアノード触媒の性能低下を正確に把握して、エアーブリード量の増加量を正確に求める、燃料電池システムの基本的な動作原理について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６１】
図２は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めるための原理を説明する模式図である。尚、図２において、縦軸は燃料電池の出力電圧値を示しており、横軸は改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を示している。
【００６２】
又、図２において、電圧値Ｅは、純水素を供給する場合の燃料電池の出力電圧値を示している。又、図２において、ＣＯ濃度Ｃ１は、通常発電運転時に燃料電池へ供給する改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を示している。又、ＣＯ濃度Ｃ２は、燃料電池システムの起動運転時又は停止運転時、最適なエアーブリード量を正確に求める際に燃料電池へ供給する改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を示している。
【００６３】
又、図２において、曲線ａは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が１００％である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線ｂは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が８０％である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線ｃは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が６０％である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線ｄは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が４０％である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線ｅは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が２０％である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線ｆは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が０％である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。
【００６４】
図２に示すように、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が１００％である場合（曲線ａ）、純水素の供給を受けて電圧値Ｅの電圧を出力可能な燃料電池は、燃料改質部から通常発電運転時の許容濃度であるＣＯ濃度Ｃ１の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ｅａ１の電圧を出力する。又、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が０％である場合（曲線ｆ）、この燃料電池は、燃料改質部からＣＯ濃度Ｃ１の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ｅｆ１の電圧を出力する。ここで、図２に示すように、電圧値Ｅａ１と電圧値Ｅｆ１との電圧差は、ΔＥａｆ１である。
【００６５】
一方、図２に示すように、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が１００％である場合（曲線ａ）、この燃料電池は、燃料改質部から起動運転時又は停止運転時のＣＯ濃度Ｃ２の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ｅａ２の電圧を出力する。又、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が０％である場合（曲線ｆ）、この燃料電池は、燃料改質部からＣＯ濃度Ｃ２の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ｅｆ２の電圧を出力する。ここで、図２に示すように、電圧値Ｅａ２と電圧値Ｅｆ２との電圧差は、ΔＥａｆ２である。そして、この電圧差ΔＥａｆ２は、上述の電圧差ΔＥａｆ１よりも大きい。
【００６６】
つまり、燃料電池に高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを意図的に供給すれば、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの減少に起因する燃料電池の出力電圧値の低下値を拡大して読み取ることができるので、ルテニウムの残存率を極めて正確に求めることが可能になる。
【００６７】
従って、図２に示す原理によれば、通常発電運転時の許容濃度であるＣＯ濃度Ｃ１を超えるＣＯ濃度Ｃ２の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池に供給することで、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの微小な減少も、燃料電池の出力電圧値の低下値に基づいて、極めて正確に求めることが可能になる。
【００６８】
例えば、長期に渡る発電運転やＤＳＳ運転によりルテニウムが溶出して、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が１００％（曲線ａ）から８０％〜２０％（曲線ｂ〜曲線ｅ）に低下した場合、ＣＯ濃度Ｃ１の一酸化炭素を含む改質ガスを供給して得られる燃料電池の出力電圧値の低下値が微小であっても、ＣＯ濃度Ｃ２の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池に供給することにより、電圧値Ｅａ２と電圧値Ｅｂ２〜Ｅｅ２との電圧差ΔＥａｂ２〜ΔＥａｅ２の如く、燃料電池の出力電圧値の低下値を拡大して正確に読み取ることが可能になる。これにより、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの微小な減少も、極めて正確に求めることが可能になる。
【００６９】
一方、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、そのルテニウムの残存率に応じて、エアーブリード量の最適な増加量を正確に求める。
【００７０】
図３は、燃料電池システムの制御部が記憶する、燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差と、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率と、エアーブリード量の最適な増加量との相互関係を示すデータテーブルである。尚、図３において、項目Ａは燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差を示している。又、項目Ｂは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を示している。又、項目Ｃは、エアーブリード量の最適な増加量を示している。
【００７１】
燃料電池システムにおいて、制御部は、燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差を正確に測定すると、図３に示す相互関係に基づいて、その電圧差に対応する白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。そして、制御部は、図３に示す相互関係に更に基づいて、そのルテニウムの残存率に対応するエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める。例えば、図３に示すように、制御部が電圧差０を測定した場合、白金−ルテニウム合金触媒においてルテニウムが１００％残存することになるので、エアーブリード増加量は０とする。一方、制御部が電圧差ΔＥａｂ２〜ΔＥａｆ２を測定した場合、ルテニウムの残存率は８０％〜０％であるので、エアーブリード増加量をＳａｂ〜Ｓａｆとする。
【００７２】
尚、実際には、例えば、ＣＯ濃度Ｃ２の一酸化炭素を含む改質ガスを供給して得られる燃料電池の所定の基準電圧値に対する電圧差とルテニウムの残存率との関係式を予め準備しておき、この関係式に燃料電池の出力電圧値の低下値を入力することにより、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。又、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率とエアーブリード量の増加量との関係式を予め準備しておき、この関係式にルテニウムの残存率を入力することにより、エアーブリード量の増加量を正確に求める。これらの演算は、燃料電池システムが有する制御部が実行する。
【００７３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００７４】
（実施の形態１）
先ず、実施の形態１の燃料電池システム１００の構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００７５】
図１は、本発明の実施の形態１に示す燃料電池システムの構成の一部を模式的に示すブロック図である。尚、図１では、燃料ガスとして都市ガスを改質して生成する改質ガスを用いると共に、酸化剤ガスとして空気を用いる燃料電池システムの構成を示している。
【００７６】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１００は、原料流量調整バルブ１と脱硫器２とを備えている。原料流量調整バルブ１は、都市ガスの供給手段から脱硫器２への都市ガスの供給量を調整する。又、脱硫器２は、原料流量調整バルブ１を通過した都市ガスに含まれるメルカプタンやジメチルサルファイド等の付臭剤を除去する。尚、都市ガスの供給手段としては、都市ガスのインフラストラクチャーを用いる。
【００７７】
又、この燃料電池システム１００は、改質器３と変成器４と浄化器５とを備えている。改質器３は、脱硫器２を通過して付臭剤が除去された都市ガスを用いて、水蒸気改質反応により水素を豊富に含む改質ガスを生成する。又、変成器４は、改質器３が生成した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、シフト反応により低減する。又、浄化器５は、変成器４を通過した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、選択酸化反応により更に低減する。尚、改質器３及び変成器４及び浄化器５の各々は、図１では特に図示しないが、水蒸気改質反応及びシフト反応及び選択酸化反応等の温度を検出するための温度センサーを各々備えている。
【００７８】
又、この燃料電池システム１００は、燃焼器６を備えている。燃焼器６は、水蒸気改質反応を進行させるために必要となる熱を、都市ガス、又は、後述する燃料電池１５から排出される排改質ガスを燃焼することにより、少なくとも改質器３に供給する。尚、燃焼器６での燃焼により発生する燃焼排ガスは、燃料電池システム１００の外部に放出される。
【００７９】
そして、図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１００では、少なくとも改質器３と変成器４と浄化器５と燃焼器６とにより、燃料改質部７を構成している。
【００８０】
又、この燃料電池システム１００は、改質水供給ポンプ８と燃焼用都市ガス供給バルブ９及び燃焼用空気供給バルブ１０と選択酸化用流量調整部１１とを備えている。改質水供給ポンプ８は、水蒸気改質反応を進行させるために必要な水を、水の供給手段から燃料改質部７の改質器３に供給する。尚、水の供給手段としては、通常、水道を用いる。又、燃焼用都市ガス供給バルブ９及び燃焼用空気供給バルブ１０は、都市ガスの供給手段及び大気中から燃焼器６への都市ガス及び空気の流入を調節する。又、選択酸化用流量調整部１１は、選択酸化反応を進行させるために必要となる空気の、後述する空気流量調整部１７から燃料改質部７の浄化器５への供給量を調整する。
【００８１】
又、この燃料電池システム１００は、その発電部の本体として、燃料電池１５を備えている。この燃料電池１５は、燃料改質部７が生成した改質ガスを用いて発電を行う。本実施の形態の燃料電池システム１００は、燃料電池１５として、比較的低温での発電が可能である高分子電解質型燃料電池を備えている。ここで、高分子電解質型燃料電池は、プロトンの伝導性を有する高分子電解質膜を備えている。又、この高分子電解質膜は、その両面に、アノード触媒及びカソード触媒を備えている。本実施の形態では、これらのアノード触媒及びカソード触媒の内の少なくともアノード触媒に、白金−ルテニウム合金触媒を用いている。この白金−ルテニウム合金触媒を少なくともアノード触媒として用いることにより、酸素吸着能を有するルテニウムが発電運転中に燃料改質部７が供給する改質ガス中の水分等から酸素を吸着して白金上に供給するので、白金に結合する一酸化炭素を二酸化炭素に変換して燃料電池１５の外部へ放出することが可能になる。つまり、この白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成により、燃料電池システム１００は、燃料電池１５自体に耐ＣＯ被毒性を付与している。
【００８２】
尚、本実施の形態では、少なくともアノード触媒に白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成を示しているが、この白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成に限定されることはない。例えば、ルテニウムに代えてロジウム等の遷移金属を用いて、白金−ロジウム合金触媒等を少なくともアノード触媒として用いる構成としてもよい。又、白金と共に遷移金属を用いる構成に限定されることはなく、酸素を吸着等してこれを白金上に供給することによりアノード触媒の被毒を抑制することが可能な元素であれば、如何なる元素であっても白金と共にアノード触媒の一部として用いることが可能である。
【００８３】
斯かる高分子電解質型の燃料電池１５では、アノード触媒上で、白金の触媒作用によって、改質ガスに含まれる水素がプロトン及び電子に変換される触媒反応が進行する。この際、プロトンは、高分子電解質膜の内部を移動して、カソード触媒上に到達する。又、電子は、燃料電池システム１００に電気的に接続する外部負荷を経由して、カソード触媒上に到達する。一方、カソード触媒上では、白金の触媒作用により、到達するプロトン及び電子と後述する加湿器１８から供給される酸素とから水を生成する触媒反応が進行する。
【００８４】
又、この燃料電池システム１００は、熱交換部１６を備えている。熱交換部１６は、図１では特に図示しない貯水槽内の冷却水を燃料電池１５の内部に循環することにより、発電運転中に発熱する燃料電池１５と冷却水との間で熱の交換を行う。そして、熱交換部１６は、発電運転中に発熱する燃料電池１５の温度が所定の温度範囲内で推移するように、燃料電池１５の動作温度を適宜制御する。
【００８５】
又、この燃料電池システム１００は、バイパス弁１３及びバイパス経路１４を備えている。バイパス弁１３は、燃料改質部７が生成する改質ガスの燃料電池１５への供給と、燃料改質部７が生成する改質ガスのバイパス経路１４への供給とを、必要に応じて適宜切り替える。又、バイパス経路１４は、燃料改質部７が生成して、バイパス弁１３を通過した改質ガスを、燃料電池１５を迂回させて、後述する凝縮器１９へ直接供給する。尚、バイパス弁１３としては、例えば、三方弁を用いる。
【００８６】
又、この燃料電池システム１００は、空気流量調整部１７を備えている。空気流量調整部１７は、大気中から選択酸化用流量調節部１１及び後述する加湿器１８及び後述するエアーブリード機構１２への空気の供給量を調整する。この空気流量調整部１７は、本実施の形態の燃料電池システム１００では、燃焼用空気供給バルブ１０に空気を供給する空気供給系統から空気の供給を受ける。
【００８７】
又、この燃料電池システム１００は、加湿器１８を備えている。加湿器１８は、空気流量調整部１７を通過した空気を、燃料電池１５から排出される高温高湿状態の排空気を用いて加温及び加湿する。本実施の形態では、加湿器１８における空気用流路１８ａと排空気用流路１８ｂとの間に、燃料電池１５で用いる高分子電解質膜と同様の高分子電解質膜１８ｃを設けている。この高分子電解質膜１８ｃを介して、排空気用流路１８ｂ内の燃料電池１５から排出された排空気の熱及び水分が、空気用流路１８ａ内の空気流量調整部１７を通過した空気に移動する。尚、燃料電池１５から排出された後、加湿器１８の排空気用流路１８ｂを通過した排空気は、燃料電池システム１００の外部に放出される。
【００８８】
又、この燃料電池システム１００は、凝縮器１９を備えている。凝縮器１９は、発電運転の際、燃料電池１５が排出する排改質ガスに含まれる水分を凝縮により除去する。そして、この凝縮器１９は、不要な水分が取り除かれた排改質ガスを、燃料改質部７の燃焼器６に供給する。尚、凝縮器１９において排改質ガスから除去した水は、燃料電池システム１００の外部に排出される。
【００８９】
又、この燃料電池システム１００は、エアーブリード機構１２を備えている。エアーブリード機構１２は、発電運転の際、燃料改質部７が生成した改質ガスに、燃料電池１５への供給前、空気流量調整部１７を通過した空気を所定の供給量で供給する。このエアーブリード機構１２により、燃料電池システム１００は、燃料電池１５におけるアノード触媒の被毒を抑制する。
【００９０】
具体的には、燃料改質部７が生成する改質ガスは、通常、微量の一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素は、アノード触媒を構成する白金と容易に結合する。つまり、改質ガスに含まれる一酸化炭素は、燃料電池１５のアノード触媒の被毒を容易に引き起こす。このアノード触媒の被毒は、アノード触媒上における水素をプロトンと電子とに変換する触媒反応の進行を著しく阻害する。そこで、エアーブリード機構１２を用いて改質ガスに空気を供給することにより、改質ガスと共に、燃料電池１５を構成するアノード触媒上に酸素を供給する。そして、アノード触媒に結合する一酸化炭素を、エアーブリード機構１２が供給する酸素により更に酸化して、二酸化炭素に変換する。これにより、生成する二酸化炭素がアノード触媒上から脱離して、排改質ガスと共に燃料電池１５の外部に排出されるので、燃料電池１５におけるアノード触媒の被毒を抑制することが可能になる。
【００９１】
つまり、本実施の形態の燃料電池システム１００は、エアーブリード機構１２が有するアノード触媒上への酸素供給機能を基本的に利用すると共に、燃料電池１５における白金−ルテニウム合金触媒のルテニウムが有する白金への酸素供給機能をも更に利用することにより、燃料電池１５のアノード触媒の被毒を効果的に抑制して、燃料電池１５の発電性能の劣化を効果的に抑制する。
【００９２】
又、この燃料電池システム１００は、制御部１０１を備えている。制御部１０１は、燃料改質部７、エアーブリード機構１２、燃料電池１５等の燃料電池システム１００を構成する各構成要素の動作を、制御部１０１の記憶部が予め記憶した制御プログラム等に従って適宜制御する。又、この制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値を測定して、それに基づいて、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に把握する。そして、制御部１０１は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率に応じて、発電運転の際のエアーブリード機構１２による改質ガスへの空気の供給量を最適な供給量に設定する。
【００９３】
次に、実施の形態１の燃料電池システム１００の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、燃料電池システム１００を構成する各構成要素の動作は、本実施の形態では、制御部１０１が適宜制御する。
【００９４】
図４は、本発明の実施の形態１に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図４において、ステップＳ３は、起動運転時において燃料電池の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の正確な増加量を決定する診断ステップを示している。
【００９５】
図１に示す燃料電池システム１００の起動運転時、制御部１０１は、先ず、燃焼用都市ガス供給バルブ９と燃焼用空気供給バルブ１０との各々を共に開状態とする。そして、都市ガスの供給手段及び大気中から燃焼器６に都市ガス及び空気を供給する。一方、燃焼器６は、都市ガス及び空気の供給を受けると、これらの都市ガス及び空気を混合して、この混合して得る都市ガス及び空気の混合ガスを燃焼する。そして、この燃焼器６での混合ガスの燃焼により、燃料改質部７の加熱を開始する（ステップＳ１）。
【００９６】
次いで、制御部１０１は、燃料改質部７の浄化器５と凝縮器１９とをバイパス弁１３及びバイパス経路１４を介して接続した状態において、原料流量調整バルブ１を操作して、都市ガスの供給手段から脱硫器２に所定の流量で都市ガスを供給する。すると、脱硫器２は、都市ガスに含まれるメルカプタンやジメチルサルファイド等の付臭剤を除去した後、その付臭剤を除去した都市ガスを改質器３に供給する。又、この際、制御部１０１は、改質水供給ポンプ８を稼働して、水の供給手段から改質器３への水の供給を開始する。
【００９７】
燃焼器６が燃料改質部７の加熱を開始すると共に、脱硫器２及び改質水供給ポンプ８が改質器３への都市ガス及び水の供給を各々所定の供給量で開始して、空気流量調整部１７及び選択酸化用流量調整部１１が浄化器５への空気の供給を所定の供給量で開始すると、燃料改質部７における改質器３及び変成器４及び浄化器５は、水蒸気改質反応及びシフト反応及び選択酸化反応により、水素を含む改質ガスの生成を開始する（ステップＳ２）。
【００９８】
この際、燃料改質部７における改質器３の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度に到達するまでは、燃料改質部７が生成する改質ガスは非常に高濃度の一酸化炭素を含む。そこで、燃料電池システム１００では、この非常に高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、バイパス弁１３及びバイパス経路１４を介して凝縮器１９に供給する。
【００９９】
以後、起動運転時における燃料電池１５の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に決定するための診断ステップＳ３（ステップＳＳ１〜ステップＳＳ６）が進行する。
【０１００】
制御部１０１は、燃料改質部７における変成器４の温度Ｔｓの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、変成器４の温度Ｔｓは、燃焼器６が混合ガスを燃焼して生成する熱や、改質器３が排出する改質ガスの熱等により直接的又は間接的に加熱されて、徐々に上昇する。そして、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応を進行させるための所定の温度（例えば、２００℃）より低い温度である診断温度Ｔｄ（例えば、１４０℃）に到達したか否かを判定する（ステップＳＳ１）。
【０１０１】
制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄに到達したと判定すると（ステップＳＳ１でＹＥＳ）、バイパス弁１３の状態を、燃料改質部７の浄化器５と燃料電池１５との接続を遮断しかつ浄化器５と凝縮器１９とを接続する状態から、浄化器５と燃料電池１５とを接続しかつ浄化器５と凝縮器１９との接続を遮断する状態に変更する。これにより、燃料改質部７は、変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄである時の、図２に示す濃度Ｃ２に相当する濃度（例えば、１００ｐｐｍ）の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器５から燃料電池１５に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部１０１は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を求めるために、燃料電池１５の診断運転を開始する（ステップＳＳ２）。
【０１０２】
尚、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓが未だ診断温度Ｔｄに到達していないと判定すると（ステップＳＳ１でＮＯ）、変成器４の温度Ｔｓの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄに到達したか否かを繰り返し判定する。
【０１０３】
次いで、制御部１０１は、診断運転中における燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定する。（ステップＳＳ３）。この際、制御部１０１は、この燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄの値（例えば、７４０ｍＶ）を、制御部１０１が有するメモリーに格納する。
【０１０４】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５と、この燃料電池１５の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷との電気的な接続を遮断して、燃料電池１５の発電運転を停止する。又、制御部１０１は、バイパス弁１３の状態を、燃料改質部７の浄化器５と燃料電池１５とを接続しかつ浄化器５と凝縮器１９との接続を遮断する状態から、浄化器５と燃料電池１５との接続を遮断しかつ浄化器５と凝縮器１９とを接続する状態に変更する。これにより、燃料改質部７から燃料電池１５への改質ガスの供給を停止する。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７の動作を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５への空気の供給を停止する。そして、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を終了する（ステップＳＳ４）。
【０１０５】
次いで、制御部１０１は、ステップＳＳ３において測定及び格納した燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと、予め制御部１０１のメモリーに格納されている基準電圧値Ｖｓとを比較する。そして、制御部１０１は、出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いか否かを判定する（ステップＳＳ５）。
【０１０６】
制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄ（例えば、７４０ｍＶ）が基準電圧値Ｖｓ（例えば、７５０ｍＶ）よりも低いと判定すると（ステップＳＳ５でＹＥＳ）、基準電圧値Ｖｓと出力電圧値Ｖｄとの電圧差ΔＶ（例えば、１０ｍＶ）を演算して、この電圧差ΔＶに基づいて、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。又、このルテニウムの残存率に基づいて、燃料電池１５へのエアーブリード量の最適な増加量Ｓｂ（例えば、増加率として５％）を正確に求める。そして、制御部１０１は、このエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂをエアーブリード機構１２のエアーブリード量の増加量として設定した後（ステップＳＳ６）、診断ステップＳ３を終了する。
【０１０７】
本実施の形態では、基準電圧値Ｖｓを、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が１００％であり、かつ改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度がＣＯ濃度Ｃ２である場合の、図２に示す電圧値Ｅａ２としている。
【０１０８】
尚、このステップＳＳ６において、基準電圧値Ｖｓについては、任意の固定値を用いることができる。又、この基準電圧値については、アノード触媒以外の構成の劣化により燃料電池１５の出力電圧値が低下することを予め見込んで、燃料電池システム１００の発電運転の経過時間に伴って、順次低下させることも可能である。更に、燃料電池システム１００のＤＳＳ運転において、前日における発電運転終了時の燃料電池１５の出力電圧値を基準電圧値として設定することも可能である。
【０１０９】
又、このステップＳＳ６において、エアーブリード量の正確な増加量Ｓｂは、予め制御部１０１が有する、ルテニウムの残存率に対するエアーブリード量の増加量のデフォルト値、又は、ルテニウムの残存率とエアーブリード量の増加量との関係式に基づいて、適宜求めることができる。ここで、ルテニウムの残存率とエアーブリード量の増加量との関係式に、燃料電池システム１００の発電運転時間をパラメータとして導入してもよい。
【０１１０】
一方、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定すると（ステップＳＳ５でＮＯ）、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂを導出及び設定することなく、診断ステップＳ３を終了する。
【０１１１】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いと判定した場合（ステップＳＳ５でＹＥＳの場合）、エアーブリード機構１２による燃料電池１５へのエアーブリード量を所定量だけ増加させる。具体的には、制御部１０１は、診断ステップＳ３の後、エアーブリード機構１２を制御して、例えば白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が１００％である場合のエアーブリード量Ｓｎに上述した増加量Ｓｂを加えて、このエアーブリード量Ｓｎ＋Ｓｂの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ａ）。
【０１１２】
一方、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定した場合（ステップＳＳ５でＮＯの場合）、診断ステップＳ３の後、エアーブリード量Ｓｎに増加量Ｓｂを加えることなく、エアーブリード量Ｓｎを維持したまま、改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ｂ）。
【０１１３】
その後、制御部１０１は、燃料改質部７における変成器４の温度Ｔｓの変化を温度センサーにより逐次監視しながら、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、２００℃）に到達して、変成器４の温度Ｔｓが所定の温度Ｔｐｄで安定したか否かを判定する（ステップＳ５）。
【０１１４】
制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄに到達しかつ安定したと判定すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、バイパス弁１３の状態を、燃料改質部７の浄化器５と燃料電池１５との接続を遮断しかつ浄化器５と凝縮器１９とを接続する状態から、浄化器５と燃料電池１５とを接続しかつ浄化器５と凝縮器１９との接続を遮断する状態に変更する。これにより、燃料改質部７は、燃料電池１５に向けて改質ガスを所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７を再び制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５に向けて空気を所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、燃料電池１５と、この燃料電池１５の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷とを電気的に接続して、燃料電池１５の発電運転を開始する。そして、制御部１０１は、燃料電池システム１００の通常発電運転を開始する（ステップＳ６）。
【０１１５】
一方、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄに到達していないと判定すると（ステップＳ５でＮＯ）、変成器４の温度Ｔｓの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓが所定の温度Ｔｐｄに到達しかつ安定したか否かを繰り返し判定する。
【０１１６】
尚、図４のステップＳ６以降、燃料電池システム１００では、燃料改質部７の改質器３が水蒸気改質反応による改質ガスの生成を継続する。又、変成器４は、シフト反応により、改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を数％程度にまで低減する。又、浄化器５は、選択酸化用流量調整部１１が供給する空気を用いる選択酸化反応により、改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を５０ｐｐｍ以下（望ましくは、２０ｐｐｍ以下）にまで低減する。つまり、燃料改質部７は、一酸化炭素の濃度が十分に低減された良質の改質ガスを、バイパス弁１３を介して燃料電池１５に供給する。又、エアーブリード機構１２は、燃料改質部７が生成する改質ガスへの空気の供給を、上述した図４のステップＳ４ａに示すようにして継続する。
【０１１７】
又、空気流量調整部１７は、通常発電運転を開始後、大気中から選択酸化用流量調節部１１及び加湿器１８及びエアーブリード機構１２への空気の供給量を調整する。そして、加湿器１８は、空気流量調整部１７を通過した空気を、燃料電池１５から排出される高温高湿状態の排空気を用いて加温及び加湿した後、燃料電池１５に供給する。
【０１１８】
又、燃料電池１５は、燃料改質部７が生成する改質ガスと、エアーブリード機構１２が供給する空気と、加湿器１８が供給する加温及び加湿された空気とを用いながら、通常発電運転を継続する。これにより、燃料電池システム１００は電力の出力を継続する。
【０１１９】
尚、通常発電運転の際、燃料電池１５から排出される排空気は、加湿器１８において空気流量調整部１７が供給する空気の加温及び加湿のために用いられた後、燃料電池システム１００の外部に放出される。又、燃料電池１５から排出される排改質ガスは、凝縮器１９において不要な水分が除湿された後、燃焼器６に供給される。そして、燃焼器６で、燃料改質部７が有する少なくとも改質器３を加熱するための燃料として再利用される。この際、制御部１０１は、燃料電池１５が排出する排改質ガスのみにより改質器３の温度維持が可能である場合には、燃焼用都市ガス供給バルブ９を閉状態として、燃焼器６への都市ガスの供給を停止する。又、燃料電池１５で発生する熱は、熱交換部１６において冷却水との間で熱交換が行われることにより、給湯のための熱源として有効に利用される。
【０１２０】
一方、燃料電池システム１００の通常発電運転を停止する場合、制御部１０１は、燃料電池１５の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷との電気的な接続を遮断することにより、燃料電池１５の通常発電運転を停止する。又、制御部１０１は、バイパス弁１３の状態を、燃料改質部７の浄化器５と燃料電池１５とを接続しかつ浄化器５と凝縮器１９との接続を遮断する状態から、浄化器５と燃料電池１５との接続を遮断しかつ浄化器５と凝縮器１９とを接続する状態に変更する。これにより、制御部１０１は、燃料改質部７から燃料電池１５への改質ガスの供給を停止する。又、制御部１０１は、空気流量調整部１７の動作を制御することにより、加湿器１８から燃料電池１５への空気の供給を停止する。
【０１２１】
又、この際、制御部１０１は、原料流量調整バルブ１及び改質水供給ポンプ８を操作することにより、都市ガスの供給手段から脱硫器２への都市ガスの供給を停止すると共に、水の供給手段から改質器３への水の供給を停止する。又、制御部１０１は、燃焼用都市ガス供給バルブ９を閉状態とすると共に、燃焼用空気供給バルブ１０を通過する空気を燃料改質部７に供給することにより、燃料改質部７の温度を低下させる。これにより、制御部１０１は、改質器３及び変成器４及び浄化器５において進行する水蒸気改質反応及びシフト反応及び選択酸化反応の進行を停止する。そして、燃料改質部７は、改質ガスの生成を停止する。
【０１２２】
又、制御部１０１は、熱交換部１６が燃料電池１５を所定の温度にまで冷却した後、燃料電池システム１００を構成する各構成要素の動作を全て停止して、燃料電池システム１００の動作を完全に停止する。
【０１２３】
以上、本実施の形態に示す燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の起動運転の際、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応のための所定の温度に到達する前の診断温度Ｔｄに到達した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部７から燃料電池１５に供給する。これにより、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差を極めて正確に検出することができるので、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を極めて正確に求めることが可能になる。そして、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を極めて正確に求めることができるので、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させることが可能になる。
【０１２４】
又、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させることができるので、又、これにより、燃料電池１５の見かけ上の耐久性が向上するので、燃料電池システム１００の寿命を長寿命化することも期待できる。
【０１２５】
又、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させることができるので、過剰分の酸素が燃料電池１５において改質ガスに含まれる水素の単なる燃焼反応を促進することを抑制することが可能になる。従って、燃料電池１５の発電運転において必要かつ十分な量の水素を確保することができるので、燃料電池システム１００の発電効率を好適に確保することが可能になる。
【０１２６】
又、本実施の形態に示す燃料電池システム１００によれば、燃料電池システム１００の起動運転時、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率に応じて燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させるので、通常発電運転中において燃料電池１５の出力電圧値が変動することはない。従って、燃料電池システム１００に接続される外部負荷の安定な動作を確実に確保することが可能になる。又、燃料電池１５を構成する各燃料電池（セル）の出力電圧値のばらつきを抑制することが可能になる。
【０１２７】
又、例えば、消費電力が減少する夜間に通常発電運転を停止するＤＳＳ運転では、燃料電池システム１００の起動運転時において変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、起動運転の際に特別な操作を行うことなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。従って、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を容易にかつ正確に求めることができるので、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を容易にかつ正確に増加させることが可能になる。
【０１２８】
又、本実施の形態に示す燃料電池システム１００の動作は、特別の構成要素を準備することなく、従来の燃料電池システムの構成において実施することが可能である。従って、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を簡易に求めて、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を簡易に増加させることが可能になる。
【０１２９】
つまり、本実施の形態に示す燃料電池システム１００によれば、燃料電池１５のアノード触媒の性能低下を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と通常発電運転時における出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システム１００を提供することが可能になる。
【０１３０】
尚、本実施の形態では、燃料電池システム１００の起動運転時、燃料改質部７における変成器４の温度Ｔｓが所定の診断温度Ｔｄに到達した際に一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料電池１５に供給する構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。例えば、燃料電池システム１００の起動運転時、燃料改質部７が生成する改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度をＣＯセンサーが逐次監視して、この一酸化炭素の濃度が所定の診断濃度に到達した際、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料電池１５に供給する構成としてもよい。つまり、燃料電池システム１００の起動運転時において一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料電池１５に供給することが可能な構成であれば、如何なる構成としてもよい。斯かる構成としても、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１３１】
又、本実施の形態では、燃料電池システム１００の起動運転時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを供給する際の燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定して、この出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、このルテニウムの残存率に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。例えば、燃料電池システム１００の起動運転時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを供給する際の燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定した後、この出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶ１の値を、所定の変換テーブルに基づいて、許容濃度の一酸化炭素（即ち、図２に示すＣＯ濃度Ｃ１に相当）を含む改質ガスを供給する場合の電圧差ΔＶ２に変換する。そして、この電圧差ΔＶ２に基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、このルテニウムの残存率に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める構成としてもよい。斯かる構成としても、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１３２】
又、本実施の形態では、燃料電池システム１００の起動運転時、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶに基づいて、又は、電圧差ΔＶ１を変換して得る電圧差ΔＶ２に基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、このルテニウムの残存率に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。例えば、電圧差ΔＶに基づいて、又は、電圧差ΔＶ１を変換して得る電圧差ΔＶ２に基づいて、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を求めることなく、エアーブリード量の最適な増加量を直接求める構成としてもよい。つまり、電圧差ΔＶ、又は、電圧差ΔＶ１若しくはΔＶ２とエアーブリード量の最適な増加量とが厳密に対応していれば、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。
【０１３３】
又、本実施の形態で示した診断温度Ｔｄや基準電圧値Ｖｓ等は、その最適値が燃料電池システム１００の形態や利用用途等によっても変化するため、一義的に定義することはできない。つまり、燃料電池システム１００の形態や利用用途等に応じて、最適な診断温度Ｔｄや基準電圧値Ｖｓ等の値を設定することにより、本発明の効果が得られる。
【０１３４】
又、本実施の形態では、燃料電池１５として高分子電解質型燃料電池を備える構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。つまり、本発明の趣旨が適応可能な構成であれば、如何なる燃料電池システムに対しても本発明を応用することが可能である。
【０１３５】
（実施の形態２）
本発明に係る実施の形態２では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態１における制御方法と異なっている。
【０１３６】
具体的には、燃料電池システム１００の起動運転時、燃料電池１５の診断運転を開始するか否かを決定する際、実施の形態１では変成器の温度Ｔｓを検出するのに代えて、実施の形態２では浄化器の温度Ｔｐを検出する。そして、浄化器の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄより低い温度である診断温度Ｔｄに到達したか否かを判定して、浄化器の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄに到達した際、燃料改質部７が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池１５に供給する。そして、燃料電池１５の診断運転を開始する。又、浄化器の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄに到達した後、燃料電池システム１００の通常発電運転を開始する。
【０１３７】
尚、その他の点については、実施の形態２で示す燃料電池システム１００の構成及び動作は、実施の形態１で示した燃料電池システム１００の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態２では、燃料電池システム１００の構成及び動作に関して、実施の形態１で説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。
【０１３８】
以下、実施の形態２の燃料電池システム１００の動作に関して、実施の形態１で示した燃料電池システム１００の動作に対する相違点について、図５を参照しながら詳細に説明する。
【０１３９】
図５は、本発明の実施の形態２に示す燃料電池システム１００の起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図５において、ステップＳ３は、起動運転時において燃料電池の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。
【０１４０】
図５に示すように、実施の形態２の燃料電池システム１００では、燃料改質部７の加熱を開始して（ステップＳ１）、燃料改質部７において改質ガスの生成を開始すると（ステップＳ２）、燃料電池１５の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定するための診断ステップＳ３（ステップＳＳ１〜ステップＳＳ６）が進行する。
【０１４１】
制御部１０１は、燃料改質部７における浄化器５の温度Ｔｐの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、浄化器５の温度Ｔｐは、燃焼器６が混合ガスを燃焼して生成する熱や、改質器３及び変成器４が排出する改質ガスの熱等により直接的又は間接的に加熱されて、徐々に上昇する。そして、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、１５０℃）より低い温度である診断温度Ｔｄ（例えば、１００℃）に到達したか否かを判定する（ステップＳＳ１）。
【０１４２】
浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄに到達したと制御部１０１が判定すると（ステップＳＳ１でＹＥＳ）、燃料改質部７は、浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄである時の、図２に示すＣＯ濃度Ｃ２に相当する濃度（例えば、１１０ｐｐｍ）の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器５から燃料電池１５に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を開始する（ステップＳＳ２）。
【０１４３】
尚、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが未だ診断温度Ｔｄに到達していないと判定すると（ステップＳＳ１でＮＯ）、浄化器５の温度Ｔｐの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄに到達したか否かを繰り返し判定する。
【０１４４】
次いで、制御部１０１は、診断運転中における燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定した後（ステップＳＳ３）、燃料電池１５の診断運転を終了する（ステップＳＳ４）。
【０１４５】
次いで、制御部１０１は、ステップＳＳ３において測定及び格納した燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとを比較して、出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いか否かを判定する（ステップＳＳ５）。
【０１４６】
制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄ（例えば、７４０ｍＶ）が基準電圧値Ｖｓ（例えば、７５０ｍＶ）よりも低いと判定すると（ステップＳＳ５でＹＥＳ）、基準電圧値Ｖｓと出力電圧値Ｖｄとの電圧差ΔＶに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池１５へのエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂ（例えば、増加率として５％）を求める。そして、制御部１０１は、このエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂをエアーブリード機構１２のエアーブリード量の増加量として設定した後（ステップＳＳ６）、診断ステップＳ３を終了する。
【０１４７】
尚、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定すると（ステップＳＳ５でＮＯ）、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂを導出及び設定することなく、診断ステップＳ３を終了する。
【０１４８】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いと判定した場合（ステップＳＳ５でＹＥＳの場合）、エアーブリード機構１２を制御することにより、エアーブリード量Ｓｎ＋Ｓｂの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ａ）。一方、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定した場合（ステップＳＳ５でＮＯの場合）、エアーブリード量Ｓｎを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ｂ）。
【０１４９】
その後、制御部１０１は、燃料改質部７における浄化器５の温度Ｔｐの変化を温度センサーにより逐次監視しながら、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、１５０℃）に到達して、浄化器５の温度Ｔｐが所定の温度Ｔｐｄで安定したか否かを判定する（ステップＳ５）。
【０１５０】
そして、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄに到達しかつ安定したと判定すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、燃料電池システム１００の通常発電運転を開始する（ステップＳ６）。
【０１５１】
尚、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄに到達していないと判定すると（ステップＳ５でＮＯ）、浄化器５の温度Ｔｐの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが所定の温度Ｔｐｄに到達しかつ安定したか否かを繰り返し判定する。
【０１５２】
以上、本実施の形態に示す燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の起動運転の際、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応のための所定の温度Ｔｐｄに到達する前の診断温度Ｔｄに到達した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部７から燃料電池１５に供給する。これにより、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶを正確に検出して、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【０１５３】
又、本実施の形態においても、燃料電池システム１００の起動運転時において浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、起動運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。
【０１５４】
尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。
【０１５５】
（実施の形態３）
本発明に係る実施の形態３では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態１及び２における制御方法と異なっている。
【０１５６】
具体的には、実施の形態１及び２では、燃料電池１５の診断運転を開始する際、変成器４の温度Ｔｓ又は浄化器５の温度Ｔｐがシフト反応又は選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄより低い温度である診断温度Ｔｄに到達した時、燃料改質部７が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池１５に供給する。これに代えて、実施の形態３の燃料電池システム１００では、燃料改質部７の温度Ｔｆｒ（即ち、改質器３の温度Ｔｓｒ、変成器４の温度Ｔｓ、浄化器５の温度Ｔｐ）が所定の温度Ｔｐｄに到達した後、浄化器５への空気の供給量を減少又は供給を停止させて、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得る。そして、燃料改質部７が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池１５に供給して、燃料電池１５の診断運転を開始する。又、浄化器５への空気の供給量の減少又は供給の停止を解除した後、燃料電池システム１００の通常発電運転を開始する。
【０１５７】
尚、その他の点については、実施の形態３において示す燃料電池システム１００の構成及び動作は、実施の形態１及び２において示した燃料電池システム１００の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態３では、燃料電池システム１００の構成及び動作に関して、実施の形態１及び２において説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。
【０１５８】
以下、実施の形態３の燃料電池システム１００の動作に関して、実施の形態１及び２で示した燃料電池システム１００の動作に対する相違点について、図６を参照しながら詳細に説明する。
【０１５９】
図６は、本発明の実施の形態３に示す燃料電池システム１００の起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図６において、ステップＳ３は、起動運転時において燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。
【０１６０】
図６に示すように、実施の形態３の燃料電池システム１００では、燃料改質部７の加熱を開始して（ステップＳ１）、燃料改質部７において改質ガスの生成を開始すると（ステップＳ２）、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定するための診断ステップＳ３（ステップＳＳ１〜ステップＳＳ８）が進行する。
【０１６１】
制御部１０１は、燃料改質部７における改質器３の温度Ｔｓｒ及び変成器４の温度Ｔｓ及び浄化器５の温度Ｔｐの変化を、温度センサーにより各々逐次監視する。一方、改質器３の温度Ｔｓｒ及び変成器４の温度Ｔｓ及び浄化器５の温度Ｔｐは、燃焼器６が混合ガスを燃焼して生成する熱や、改質器３及び変成器４が排出する改質ガスの熱等により直接的又は間接的に加熱されて、徐々に上昇する。そして、制御部１０１は、改質器３の温度Ｔｓｒが水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、６５０℃）に到達したか否か、又、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、２００℃）に到達したか否か、又、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、１５０℃）に到達したか否かを判定する。つまり、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄに到達したか否かを判定する（ステップＳＳ１）。
【０１６２】
制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄに到達したと判定すると（ステップＳＳ１でＹＥＳ）、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給量を減少させる（ステップＳＳ２）。又は、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄに到達したと判定すると、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給を停止させる。このステップＳＳ２に示す制御により、燃料改質部７が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が上昇する。
【０１６３】
次いで、燃料改質部７は、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給量が所定の減少率（例えば、通常発電運転時における５０％）で減少された後、図２に示すＣＯ濃度Ｃ２に相当する濃度（例えば、１５０ｐｐｍ）の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器５から燃料電池１５に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を開始する（ステップＳＳ３）。
【０１６４】
尚、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄに到達していないと判定すると（ステップＳＳ１でＮＯ）、燃料改質部７の温度Ｔｆｒの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄに到達したか否かを繰り返し判定する。
【０１６５】
次いで、制御部１０１は、診断運転中における燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定した後（ステップＳＳ４）、燃料電池１５の診断運転を終了する（ステップＳＳ５）。
【０１６６】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給量を復帰させる（ステップＳＳ６）。又は、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給の停止を復帰させる。このステップＳＳ６に示す制御により、燃料改質部７が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が復帰する。
【０１６７】
次いで、制御部１０１は、ステップＳＳ４において測定及び格納した燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとを比較して、出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いか否かを判定する（ステップＳＳ７）。
【０１６８】
制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄ（例えば、７２５ｍＶ）が基準電圧値Ｖｓ（例えば、７３０ｍＶ）よりも低いと判定すると（ステップＳＳ７でＹＥＳ）、基準電圧値Ｖｓと出力電圧値Ｖｄとの電圧差ΔＶに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池１５へのエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂ（例えば、増加率として６％）を求める。そして、制御部１０１は、このエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂをエアーブリード機構１２のエアーブリード量の増加量として設定した後（ステップＳＳ８）、診断ステップＳ３を終了する。
【０１６９】
尚、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定すると（ステップＳＳ７でＮＯ）、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂを導出及び設定することなく、診断ステップＳ３を終了する。
【０１７０】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄの値が基準電圧値Ｖｓの値よりも低いと判定した場合（ステップＳＳ７でＹＥＳの場合）、エアーブリード機構１２を制御することにより、エアーブリード量Ｓｎ＋Ｓｂの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ａ）。一方、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定した場合（ステップＳＳ７でＮＯの場合）、エアーブリード量Ｓｎを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ｂ）。
【０１７１】
そして、制御部１０１は、ステップＳ４ａ又はステップＳ４ｂの後、燃料電池システム１００の通常発電運転を開始する（ステップＳ５）。
【０１７２】
以上、本実施の形態に示す燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の起動運転の際、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄに到達した後、選択酸化用流量調整部１１を制御して空気流量調整部１７から燃料改質部７における浄化器５への空気の供給量を減少又は供給を停止することにより、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部７から燃料電池１５に供給する。これにより、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶを正確に検出して、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態１及び２の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【０１７３】
又、本実施の形態によれば、燃料電池システム１００の起動運転時において選択酸化用流量調整部１１を制御して空気流量調整部１７から燃料改質部７における浄化器５への空気の供給量を減少又は供給を停止することは非常に容易であるため、起動運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。
【０１７４】
尚、その他の点については、実施の形態１及び２の場合と同様である。
【０１７５】
（実施の形態４）
本発明に係る実施の形態４では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態１〜３における制御方法と異なっている。
【０１７６】
即ち、実施の形態１〜３では燃料電池システム１００の起動運転時において燃料電池１５の診断運転を行うのに対して、実施の形態４では燃料電池システム１００の停止運転時において燃料電池１５の診断運転を行う。
【０１７７】
具体的には、実施の形態４では、燃料電池システム１００の停止運転時、燃料電池１５の診断運転を開始するか否かを決定する際、実施の形態１の場合と同様にして変成器４の温度Ｔｓを検出する。そして、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄより低い温度である診断温度Ｔｄにまで低下したか否かを判定して、変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄにまで低下した際、燃料改質部７が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池１５に供給する。そして、燃料電池１５の診断運転を開始する。又、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下すると共に、燃料電池１５の温度が所定の温度にまで低下した後、燃料電池システム１００の動作を完全に停止する。
【０１７８】
尚、その他の点については、実施の形態４において示す燃料電池システム１００の構成及び動作は、実施の形態１〜３において示した燃料電池システム１００の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態４では、燃料電池システム１００の構成及び動作に関して、実施の形態１〜３で説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。
【０１７９】
以下、実施の形態４の燃料電池システム１００の動作に関して、実施の形態１〜３で示した燃料電池システム１００の動作に対する相違点について、図７を参照しながら詳細に説明する。
【０１８０】
図７は、本発明の実施の形態４に示す燃料電池システム１００の停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図７において、ステップＳ３は、停止運転時において燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。
【０１８１】
図１に示す燃料電池システム１００の停止運転時、制御部１０１は、先ず、燃料電池１５と、この燃料電池１５の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷との電気的な接続を遮断して、燃料電池１５の通常発電運転を停止する（ステップＳ１）。
【０１８２】
この際、制御部１０１は、バイパス弁１３の状態を、燃料改質部７の浄化器５と燃料電池１５とを接続しかつ浄化器５と凝縮器１９との接続を遮断する状態から、浄化器５と燃料電池１５との接続を遮断しかつ浄化器５と凝縮器１９とを接続する状態に変更する。これにより、燃料改質部７から燃料電池１５への改質ガスの供給を停止する。又、この際、制御部１０１は、空気流量調整部１７の動作を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５への空気の供給を停止する。
【０１８３】
次いで、制御部１０１は、燃料改質部７の浄化器５と凝縮器１９とをバイパス弁１３及びバイパス経路１４を介して接続した状態において、原料流量調整バルブ１及び改質水供給ポンプ８を制御して、脱硫器２への都市ガスの供給量及び改質器３への水の供給量を減少させる。又は、制御部１０１は、燃料改質部７の浄化器５と凝縮器１９とをバイパス弁１３及びバイパス経路１４を介して接続した状態において、燃焼用都市ガス供給バルブ９を制御して、燃焼器６への都市ガスの供給を停止する。尚、この際、燃焼用空気供給バルブ１０から燃焼器６への空気の供給は継続する。
【０１８４】
脱硫器２への都市ガスの供給量及び改質器３への水の供給量を減少させるか、又は、燃焼器６への都市ガスの供給を停止することにより、制御部１０１は、燃料改質部７の冷却を開始する（ステップＳ２）。
【０１８５】
以後、燃料電池システム１００の停止運転時における燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量Ｓｂを決定するための診断ステップＳ３（ステップＳＳ１〜ステップＳＳ６）が進行する。
【０１８６】
制御部１０１は、燃料改質部７における変成器４の温度Ｔｓの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、変成器４の温度Ｔｓは、脱硫器２への都市ガスの供給量及び改質器３への水の供給量の減少、又は、燃焼器６への都市ガスの供給の停止により直接的又は間接的に冷却されて、徐々に低下する。そして、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、２００℃）より低い温度である診断温度Ｔｄ（例えば、１３０℃）にまで低下したか否かを判定する（ステップＳＳ１）。
【０１８７】
変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄにまで低下したと制御部１０１が判定すると（ステップＳＳ１でＹＥＳ）、燃料改質部７は、変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄである時の図２に示すＣＯ濃度Ｃ２に相当する濃度（例えば、１１０ｐｐｍ）の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器５から燃料電池１５に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を開始する（ステップＳＳ２）。
【０１８８】
尚、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓが未だ診断温度Ｔｄにまで低下していないと判定すると（ステップＳＳ１でＮＯ）、変成器４の温度Ｔｓの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄにまで低下したか否かを繰り返し判定する。
【０１８９】
次いで、制御部１０１は、診断運転中における燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定した後（ステップＳＳ３）、燃料電池１５の診断運転を終了する（ステップＳＳ４）。
【０１９０】
次いで、制御部１０１は、ステップＳＳ３において測定及び格納した燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとを比較して、出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いか否かを判定する（ステップＳＳ５）。
【０１９１】
尚、このステップＳＳ５において、基準電圧値Ｖｓについては、燃料電池システム１００の通常発電運転を停止する直前における燃料電池１５の出力電圧値を基準電圧値Ｖｓとして設定することも可能である。
【０１９２】
制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄ（例えば、７４０ｍＶ）が基準電圧値Ｖｓ（例えば、７５０ｍＶ）よりも低いと判定すると（ステップＳＳ５でＹＥＳ）、基準電圧値Ｖｓと出力電圧値Ｖｄとの電圧差ΔＶに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池１５へのエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂ（例えば、増加率として５％）を求める。そして、制御部１０１は、このエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂをエアーブリード機構１２のエアーブリード量の増加量として設定した後（ステップＳＳ６）、診断ステップＳ３を終了する。
【０１９３】
尚、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定すると（ステップＳＳ５でＮＯ）、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂを導出及び設定することなく、診断ステップＳ３を終了する。
【０１９４】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いと判定した場合（ステップＳＳ５でＹＥＳの場合）、エアーブリード機構１２を制御することにより、エアーブリード量Ｓｎ＋Ｓｂの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ａ）。一方、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定した場合（ステップＳＳ５でＮＯの場合）、エアーブリード量Ｓｎを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ｂ）。
【０１９５】
尚、この際、エアーブリード機構１２による改質ガスへの空気の供給は、必ずしも行う必要はない。つまり、診断ステップＳ３において制御部１０１がエアーブリード量の設定変更のみを行い、次回の燃料電池システム１００の通常発電運転時に設定変更したエアーブリード量を適用する構成としてもよい。
【０１９６】
そして、制御部１０１は、燃料電池１５の温度が所定の温度（例えば、４０℃）にまで低下したと判定すると共に、原料流量調整バルブ１及び改質水供給ポンプ８及び燃焼用都市ガス供給バルブ９及び燃焼用空気供給バルブ１０を完全に閉状態とすることにより、改質器３の温度Ｔｓｒが所定の温度（例えば、３００℃）にまで低下して、変成器４の温度Ｔｓが所定の温度（例えば、２００℃）にまで低下して、浄化器５の温度Ｔｐが所定の温度（例えば、１００℃）にまで低下して、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下したと判定すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、燃料改質部７及びその他の構成要素の動作を完全に停止して、燃料電池システム１００の動作を完全に停止する（ステップＳ６）。
【０１９７】
尚、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下していないと判定すると（ステップＳ５でＮＯ）、燃料改質部７の温度Ｔｆｒの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下したか否かを繰り返し判定する。
【０１９８】
以上、本実施の形態に示す燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の停止運転の際、変成器４の温度Ｔｓがシフト反応のための所定の温度Ｔｐｄより低い温度である診断温度Ｔｄにまで低下した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部７から燃料電池１５に供給する。これにより、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶを正確に検出して、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態１〜３の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【０１９９】
又、本実施の形態によれば、燃料電池システム１００の停止運転時において変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、停止運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。
【０２００】
尚、その他の点については、実施の形態１〜３の場合と同様である。
【０２０１】
（実施の形態５）
本発明に係る実施の形態５では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態４における制御方法と異なっている。
【０２０２】
具体的には、燃料電池システム１００の停止運転時、燃料電池１５の診断運転を開始するか否かを決定する際、実施の形態４では変成器４の温度Ｔｓを検出するのに代えて、実施の形態５では浄化器５の温度Ｔｐを検出する。そして、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄより低い温度である診断温度Ｔｄにまで低下したか否かを判定して、浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄにまで低下した際、燃料改質部７が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池１５に供給する。そして、燃料電池１５の診断運転を開始する。又、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下すると共に、燃料電池１５の温度が所定の温度にまで低下した後、燃料電池システム１００の動作を完全に停止する。
【０２０３】
尚、その他の点については、実施の形態５において示す燃料電池システム１００の構成及び動作は、実施の形態４において示した燃料電池システム１００の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態５においては、燃料電池システム１００の構成及び動作に関して、実施の形態４で説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。
【０２０４】
以下、実施の形態５の燃料電池システム１００の動作に関して、実施の形態４で示した燃料電池システム１００の動作に対する相違点について、図８を参照しながら詳細に説明する。
【０２０５】
図８は、本発明の実施の形態５に示す燃料電池システム１００の停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図８において、ステップＳ３は、停止運転時において燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。
【０２０６】
図８に示すように、実施の形態５の燃料電池システム１００では、燃料電池１５の通常発電運転を停止した後（ステップＳ１）、燃料改質部７の冷却を開始すると（ステップＳ２）、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量Ｓｂを決定するための診断ステップＳ３（ステップＳＳ１〜ステップＳＳ６）が進行する。
【０２０７】
制御部１０１は、燃料改質部７における浄化器５の温度Ｔｐの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、浄化器５の温度Ｔｐは、脱硫器２への都市ガスの供給量及び改質器３への水の供給量の減少、又は、燃焼器６への都市ガスの供給の停止により直接的又は間接的に冷却されて、徐々に低下する。そして、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄ（例えば、１５０℃）より低い温度である診断温度Ｔｄ（例えば、９０℃）にまで低下したか否かを判定する（ステップＳＳ１）。
【０２０８】
浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄにまで低下したと制御部１０１が判定すると（ステップＳＳ１でＹＥＳ）、燃料改質部７は、浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄである時の図２に示すＣＯ濃度Ｃ２に相当する濃度（例えば、１２０ｐｐｍ）の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器５から燃料電池１５に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を開始する（ステップＳＳ２）。
【０２０９】
尚、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが未だ診断温度Ｔｄにまで低下していないと判定すると（ステップＳＳ１でＮＯ）、浄化器５の温度Ｔｐの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄにまで低下したか否かを繰り返し判定する。
【０２１０】
次いで、制御部１０１は、診断運転中における燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定した後（ステップＳＳ３）、燃料電池１５の診断運転を終了する（ステップＳＳ４）。
【０２１１】
次いで、制御部１０１は、ステップＳＳ３において測定及び格納した燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとを比較して、出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いか否かを判定する（ステップＳＳ５）。
【０２１２】
制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄ（例えば、７３０ｍＶ）が基準電圧値Ｖｓ（例えば、７５０ｍＶ）よりも低いと判定すると（ステップＳＳ５でＹＥＳ）、基準電圧値Ｖｓと出力電圧値Ｖｄとの電圧差ΔＶに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池１５へのエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂ（例えば、増加率として５％）を求める。そして、制御部１０１は、このエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂをエアーブリード機構１２のエアーブリード量の増加量として設定した後（ステップＳＳ６）、診断ステップＳ３を終了する。
【０２１３】
尚、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定すると（ステップＳＳ５でＮＯ）、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂを導出及び設定することなく、診断ステップＳ３を終了する。
【０２１４】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いと判定した場合（ステップＳＳ５でＹＥＳの場合）、エアーブリード機構１２を制御することにより、エアーブリード量Ｓｎ＋Ｓｂの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ａ）。一方、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定した場合（ステップＳＳ５でＮＯの場合）、エアーブリード量Ｓｎを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ４ｂ）。
【０２１５】
そして、制御部１０１は、燃料電池１５の温度が所定の温度（例えば、４０℃）にまで低下したと判定すると共に、改質器３の温度Ｔｓｒが所定の温度（例えば、３００℃）にまで低下して、変成器４の温度Ｔｓが所定の温度（例えば、２００℃）にまで低下して、浄化器５の温度Ｔｐが所定の温度（例えば、１００℃）にまで低下して、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下したと判定すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、燃料電池システム１００の動作を完全に停止する（ステップＳ６）。
【０２１６】
尚、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下していないと判定すると（ステップＳ５でＮＯ）、燃料改質部７の温度Ｔｆｒの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下したか否かを繰り返し判定する。
【０２１７】
以上、本実施の形態に示す燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の停止運転の際、浄化器５の温度Ｔｐが選択酸化反応のための所定の温度Ｔｐｄより低い温度である診断温度Ｔｄにまで低下した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部７から燃料電池１５に供給する。これにより、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶを正確に検出して、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態４の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【０２１８】
又、本実施の形態によれば、燃料電池システム１００の停止運転時において浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、停止運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。
【０２１９】
尚、その他の点については、実施の形態１〜４の場合と同様である。
【０２２０】
（実施の形態６）
本発明に係る実施の形態６では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態４及び５における制御方法と異なっている。
【０２２１】
具体的には、実施の形態４及び５では、燃料電池１５の診断運転を開始する際、変成器４の温度Ｔｓ又は浄化器５の温度Ｔｐがシフト反応又は選択酸化反応を進行させるための所定の温度Ｔｐｄより低い温度である診断温度Ｔｄにまで低下した時、燃料改質部が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池に供給する。これに代えて、実施の形態６の燃料電池システム１００では、燃料電池１５の通常発電運転を停止した後、浄化器５への空気の供給量を減少又は供給を停止させて、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得る。そして、燃料改質部７が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池１５に供給して、燃料電池１５の診断運転を開始する。又、浄化器５への空気の供給量の減少又は供給の停止を解除して、燃料改質部７の温度Ｔｆｒ（即ち、改質器３の温度Ｔｓｒ、変成器４の温度Ｔｓ、浄化器５の温度Ｔｐ）が所定の温度Ｔｐｄにまで低下した後、燃料電池システム１００の動作を完全に停止する。
【０２２２】
尚、その他の点については、実施の形態６において示す燃料電池システム１００の構成及び動作は、実施の形態４及び５で示した燃料電池システム１００の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態６においては、燃料電池システム１００の構成及び動作に関して、実施の形態４及び５において説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。
【０２２３】
以下、実施の形態６の燃料電池システム１００の動作に関して、実施の形態４及び５で示した燃料電池システム１００の動作に対する相違点について、図９を参照しながら詳細に説明する。
【０２２４】
図９は、本発明の実施の形態６に示す燃料電池システム１００の停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図９において、ステップＳ２は、停止運転時において燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。
【０２２５】
図９に示すように、実施の形態６の燃料電池システム１００では、燃料電池１５の通常発電運転を停止した後（ステップＳ１）、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄに基づいてエアーブリード量の最適な増加量Ｓｂを決定するための診断ステップＳ２（ステップＳＳ１〜ステップＳＳ７）が進行する。
【０２２６】
制御部１０１は、燃料電池１５の通常発電運転を停止した後（ステップＳ１）、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給量を減少させる（ステップＳＳ１）。又は、制御部１０１は、燃料電池１５の通常発電運転を停止した後、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給を停止させる。このステップＳＳ１に示す制御により、燃料改質部７が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が上昇する。
【０２２７】
次いで、燃料改質部７は、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給量が所定の減少率（例えば、通常発電運転時における５０％）で減少された後、図２に示すＣＯ濃度Ｃ２に相当する濃度（例えば、１５０ｐｐｍ）の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器５から燃料電池１５に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部１０１は、空気流量調整部１７を制御する。これにより、加湿器１８は、燃料電池１５に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を開始する（ステップＳＳ２）。
【０２２８】
次いで、制御部１０１は、診断運転中における燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄを測定した後（ステップＳＳ３）、燃料電池１５の診断運転を終了する（ステップＳＳ４）。
【０２２９】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給量を復帰させる（ステップＳＳ５）。又は、制御部１０１は、燃料電池１５の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部１１を制御して、空気流量調整部１７から浄化器５への空気の供給の停止を復帰させる。このステップＳＳ５に示す制御により、燃料改質部７が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が復帰する。
【０２３０】
次いで、制御部１０１は、ステップＳＳ３において測定及び格納した燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとを比較して、出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低いか否かを判定する（ステップＳＳ６）。
【０２３１】
制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄ（例えば、７２０ｍＶ）が基準電圧値Ｖｓ（例えば、７３０ｍＶ）よりも低いと判定すると（ステップＳＳ６でＹＥＳ）、基準電圧値Ｖｓと出力電圧値Ｖｄとの電圧差ΔＶに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池１５へのエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂ（例えば、増加率として６％）を求める。そして、制御部１０１は、このエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂをエアーブリード機構１２のエアーブリード量の増加量として設定した後（ステップＳＳ７）、診断ステップＳ２を終了する。
【０２３２】
尚、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定すると（ステップＳＳ６でＮＯ）、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Ｓｂを導出及び設定することなく、診断ステップＳ２を終了する。
【０２３３】
次いで、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄの値が基準電圧値Ｖｓの値よりも低いと判定した場合（ステップＳＳ６でＹＥＳの場合）、エアーブリード機構１２を制御することにより、エアーブリード量Ｓｎ＋Ｓｂの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ３ａ）。一方、制御部１０１は、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄが基準電圧値Ｖｓよりも低くないと判定した場合（ステップＳＳ６でＮＯの場合）、エアーブリード量Ｓｎを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する（ステップＳ３ｂ）。
【０２３４】
その後、制御部１０１は、燃料改質部７の冷却を開始する（ステップＳ４）。
【０２３５】
制御部１０１は、燃料改質部７における改質器３の温度Ｔｓｒ及び変成器４の温度Ｔｓ及び浄化器５の温度Ｔｐの変化を、温度センサーにより各々逐次監視する。一方、改質器３の温度Ｔｓｒ及び変成器４の温度Ｔｓ及び浄化器５の温度Ｔｐは、脱硫器２への都市ガスの供給量及び改質器３への水の供給量の減少、又は、燃焼器６への都市ガスの供給の停止により直接的又は間接的に冷却されて、徐々に低下する。そして、制御部１０１は、燃料電池１５の温度が所定の温度（例えば、４０℃）にまで低下したと判定すると共に、改質器３の温度Ｔｓｒが所定の温度（例えば、３００℃）にまで低下して、変成器４の温度Ｔｓが所定の温度（例えば、２００℃）にまで低下して、浄化器５の温度Ｔｐが所定の温度（例えば、１００℃）にまで低下して、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下したと判定すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、燃料電池システム１００の動作を完全に停止する（ステップＳ６）。
【０２３６】
尚、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下していないと判定すると（ステップＳ５でＮＯ）、燃料改質部７の温度Ｔｆｒの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部１０１は、燃料改質部７の温度Ｔｆｒが所定の温度Ｔｐｄにまで低下したか否かを繰り返し判定する。
【０２３７】
以上、本実施の形態に示す燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の停止運転の際、燃料電池１５の通常発電運転を停止した後、選択酸化用流量調整部１１を制御して空気流量調整部１７から燃料改質部７における浄化器５への空気の供給量を減少又は供給を停止することにより、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部７から燃料電池１５に供給する。これにより、燃料電池１５の出力電圧値Ｖｄと基準電圧値Ｖｓとの電圧差ΔＶを正確に検出して、燃料電池１５の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部７が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態４及び５の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【０２３８】
又、本実施の形態によれば、燃料電池システム１００の停止運転時において選択酸化用流量調整部１１を制御して空気流量調整部１７から燃料改質部７における浄化器５への空気の供給量を減少又は供給を停止することは非常に容易であるため、停止運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。
【０２３９】
尚、その他の点については、実施の形態４及び５の場合と同様である。
【０２４０】
（実施の形態７）
本発明に係る実施の形態１〜３では、燃料電池システム１００の起動運転時、燃料電池１５の診断運転の結果に基づいて改質ガスへのエアーブリード量を増加する形態について説明した。一方、本発明に係る実施の形態４〜６では、燃料電池システム１００の停止運転時、燃料電池１５の診断運転の結果に基づいて改質ガスへのエアーブリード量を増加する形態について説明した。
【０２４１】
ところで、本発明を実施するための最良の形態において、燃料電池１５の診断運転を実行する時期は、燃料電池システム１００の起動運転時、又は、燃料電池システム１００の停止運転時の何れかの時期に限定する必要はない。つまり、本発明を実施するための最良の形態としては、燃料電池１５の診断運転を、実施の形態１〜３又は実施の形態４〜６の如く燃料電池システム１００の起動運転時又は停止運転時の何れかの時期に実行する形態以外に、燃料電池システム１００の起動運転時及び停止運転時の両方の時期に実行する形態としてもよい。
【０２４２】
以下、燃料電池システム１００の起動運転時及び停止運転時の両方の時期に燃料電池１５の診断運転を実行する形態について、複数の例を挙げて説明する。尚、実施の形態７で例示する構成は、実施の形態１〜６で示した構成を組み合わせた構成である。そのため、実施の形態７では、実施の形態１〜６の組み合わせ構成例のみを示すこととして、各々の形態に関する詳細な説明は、実施の形態１〜６に記載の説明及び図４〜９参照することとして省略する。
【０２４３】
又、実施の形態７で用いる燃料電池システム１００の構成及び基本的な動作は、実施の形態１〜６で示した燃料電池システム１００の構成及び基本的な動作と同様である。そのため、実施の形態７では、実施の形態１〜６に共通する燃料電池システム１００の構成及び基本的な動作に関する説明は省略する。
【０２４４】
先ず、実施の形態７に係る第１の形態として、実施の形態１と実施の形態４とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図４及び図７参照）。この実施の形態１と実施の形態４とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄに到達した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄにまで低下した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２４５】
又、実施の形態７に係る第２の形態としては、実施の形態１と実施の形態５とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図４及び図８参照）。この実施の形態１と実施の形態５とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄに到達した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄにまで低下した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２４６】
又、実施の形態７に係る第３の形態としては、実施の形態１と実施の形態６とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図４及び図９参照）。この実施の形態１と実施の形態６とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄに到達した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の浄化器５に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２４７】
又、実施の形態７に係る第４の形態として、実施の形態２と実施の形態４とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図５及び図７参照）。この実施の形態２と実施の形態４とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄに到達した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄにまで低下した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２４８】
又、実施の形態７に係る第５の形態として、実施の形態２と実施の形態５とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図５及び図８参照）。この実施の形態２と実施の形態５とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄに到達した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄにまで低下した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２４９】
又、実施の形態７に係る第６の形態として、実施の形態２と実施の形態６とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図５及び図９参照）。この実施の形態２と実施の形態６とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄに到達した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の浄化器５に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２５０】
又、実施の形態７に係る第７の形態として、実施の形態３と実施の形態４とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図６及び図７参照）。この実施の形態３と実施の形態４とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の浄化器５に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の変成器４の温度Ｔｓが診断温度Ｔｄにまで低下した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２５１】
又、実施の形態７に係る第８の形態として、実施の形態３と実施の形態５とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図６及び図８参照）。この実施の形態３と実施の形態５とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の浄化器５に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の浄化器５の温度Ｔｐが診断温度Ｔｄにまで低下した際に燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２５２】
更に、実施の形態７に係る第９の形態として、実施の形態３と実施の形態６とを組み合わせた形態を挙げることが可能である（図６及び図９参照）。この実施の形態３と実施の形態６とを組み合わせた形態では、燃料電池システム１００の起動運転時において燃料改質部７の浄化器５に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム１００の停止運転時において燃料改質部７の浄化器５に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池１５の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。
【０２５３】
このように、本実施の形態によれば、燃料電池システム１００の起動運転時及び停止運転時の両方の時期に燃料電池１５の診断運転を実行する形態とすることにより、起動運転時と停止運転時との両方の時期において燃料電池１５のアノード触媒の劣化状況を診断することができるので、エアーブリード量の増加量をより一層高精度に調整することが可能になる。
【０２５４】
尚、その他の点については、実施の形態１〜６の場合と同様である。
【産業上の利用可能性】
【０２５５】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のアノード触媒の性能劣化を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と通常発電運転時における出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システムとして、産業上利用可能である。
【０２５６】
又、本発明に係る燃料電池発電システムは、携帯機器、電気自動車、家庭用コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池システムとして、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２５７】
【図１】本発明の実施の形態１に示す燃料電池システムの構成の一部を模式的に示すブロック図である。
【図２】白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めるための原理を説明する模式図である。
【図３】燃料電池システムの制御部が記憶する、燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差と、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率と、エアーブリード量の最適な増加量との相互関係を示すデータテーブルである。
【図４】本発明の実施の形態１に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態４に示す燃料電池システムの停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態５に示す燃料電池システムの停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態６に示す燃料電池システムの停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。
【図１０】従来の燃料電池システムの一般的な構成の一部を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２５８】
１  原料流量調整バルブ
２  脱硫器
３  改質器
４  変成器
５  浄化器
６  燃焼器
７  燃料改質部
８  改質水供給ポンプ
９  燃焼用都市ガス供給バルブ
１０  燃焼用空気供給バルブ
１１  選択酸化用流量調整部
１２  エアーブリード機構
１３  バイパス弁
１４  バイパス経路
１５  燃料電池
１６  熱交換部
１７  空気流量調整部
１８  加湿器
１８ａ  空気用流路
１８ｂ  排空気用流路
１８ｃ  高分子電解質膜
１９  凝縮器
２０  制御部
１０１  原料流量調整バルブ
１０２  脱硫器
１０３  改質器
１０４  変成器
１０５  浄化器
１０６  燃料改質部
１０７  改質水供給ポンプ
１０８  選択酸化用流量調整部
１０９  燃料電池
１１０  熱交換部
１１１  空気流量調整部
１１２  加湿器
１１３  エアーブリード機構
１１４  燃焼器
１００，２００  燃料電池システム
【図１】
2006338925.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006338925.tif 000007
【図６】
2006338925.tif 000008
【図７】
2006338925.tif 000009
【図８】
2006338925.tif 000010
【図９】
2006338925.tif 000011
【図１０】
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