(57)【要約】【課題】燃料ロスが増大して発電効率が低下することを抑制する燃料電池システムを提供する。【解決手段】複数の燃料ガス排出経路４−（ｉ）同士を連通させる連絡経路５と、複数の前記燃料ガス排出経路４−（ｉ）にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない第１状態と、燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させずに燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させる第２状態とを切替える切替弁６−（ｉ）と、複数の燃料ガス循環経路３−（ｉ）と切替弁６−（ｉ）との間で燃料ガス排出経路４−（ｉ）を開閉する開閉弁７−（ｉ）とを備え、発電停止している燃料電池１−（ｉ）に、発電動作している燃料電池１−（ｉ）の燃料オフガスを供給する。【選択図】図１
2018147727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池から排出される未使用の燃料オフガスを前記燃料ガスとして前記燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料ガス循環経路から分岐し前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上にならないように前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、
を備えた燃料電池システムであって、
複数の前記燃料ガス排出経路同士を連通させる連絡経路と、
複数の前記燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ前記燃料ガス排出経路と前記連絡経路とを連通させて前記燃料ガス排出経路を大気中に開放させない第１状態と、前記燃料ガス排出経路と前記連絡経路とを連通させずに前記燃料ガス排出経路を大気中に開放させる第２状態とを切替える切替弁と、
複数の前記燃料ガス循環経路と前記切替弁との間で前記燃料ガス排出経路を開閉する開閉弁と、
複数の前記切替弁と複数の前記開閉弁とを制御する制御器と、
を設け、
前記制御器は、
発電停止している前記燃料電池の前記開閉弁を常時開状態にしておき、
発電停止している前記燃料電池の前記切替弁を常時前記第１状態にしておき、
前記発電動作をしていて前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の前記燃料電池の前記開閉弁を、前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで閉状態にしておき、
前記発電動作をしていて前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の前記燃料電池の前記切替弁を、前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで前記第１状態にしておき、
発電動作をしている前記燃料電池の前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になったら、前記発電動作をしていて前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になった前記燃料電池の前記開閉弁を開操作し、前記開閉弁を開操作してから第１所定時間経過後に、前記切替弁を前記第２状態に切替える制御をする、燃料電池システム。
【請求項２】
複数の燃料電池と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料電池から排出される未使用の燃料オフガスを前記燃料ガスとして前記燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、
複数の前記燃料電池のそれぞれに個別に設けられ前記燃料ガス循環経路から分岐し前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上にならないように前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、
複数の前記燃料ガス排出経路同士を連通させる連絡経路と、
複数の前記燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ前記燃料ガス排出経路と前記連絡経路とを連通させて前記燃料ガス排出経路を大気中に開放させない第１状態と、前記燃料ガス排出経路と前記連絡経路とを連通させずに前記燃料ガス排出経路を大気中に開放させる第２状態とを切替える切替弁と、
複数の前記燃料ガス循環経路と前記切替弁との間で前記燃料ガス排出経路を開閉する開閉弁と、
を備えた、燃料電池システムの運転方法であって、
発電停止している前記燃料電池の前記開閉弁を常時開状態にしておき、
発電停止している前記燃料電池の前記切替弁を常時前記第１状態にしておき、
前記発電動作をしていて前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の前記燃料電池の前記開閉弁を、前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで閉状態にしておき、
前記発電動作をしていて前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の前記燃料電池の前記切替弁を、前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで前記第１状態にしておき、
発電動作をしている前記燃料電池の前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になったら、前記発電動作をしていて前記燃料ガス循環経路を循環する前記燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になった前記燃料電池の前記開閉弁を開操作し、前記開閉弁を開操作してから第１所定時間経過後に、前記切替弁を前記第２状態に切替える、燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池から構成される燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高効率でクリーンなエネルギー源の開発が求められており、それに対する一つの候補として燃料電池が注目されている。燃料電池（例えば高分子電解質形燃料電池）は、水素を含有する燃料ガス（水素リッチなガス）と、酸素を含有する空気等の酸化剤ガスとを電気化学反応（発電反応）させることにより、電力を発生させる装置である。
【０００３】
この燃料電池を備えた燃料電池システムでは、発電を停止するときに、空気ブロアを停止して燃料電池への酸化剤ガス供給を停止し、燃料ガス供給器を閉じて燃料電池への燃料ガス供給を停止するのが一般的である。
【０００４】
このとき、燃料ガス供給を停止したまま放置していると、燃料極側の水素が空気極側および大気中に拡散移動して、燃料極側の水素が大幅に減少してしまう。その結果、燃料極側に、空気極側および大気中の酸素が侵入しやすくなる。そして、燃料極側触媒層に酸素が接触すると、触媒金属が酸化劣化しやすくなり、燃料電池の性能低下を引き起こしていた。
【０００５】
そこで、その課題を解決するために、燃料電池停止期間中に水素タンクと燃料電池間の一次遮断弁を閉じた状態で二次遮断弁を開いて燃料極側に燃料ガスを再供給して、停止期間中も燃料極側触媒層が大気中の酸素と接触することを防ぐ燃料電池システムが提案された（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−４５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、発電停止期間中に高圧水素タンク中の燃料ガスを燃料電池に再供給するため、発電に使用できない余分な燃料ガスが必要となり、発電効率が低下するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、発電に不適なため大気中に排出していた水素濃度が低い燃料オフガスを有効利用することによって、燃料ロスが増大して発電効率が低下することを抑制する燃料電池システム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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池から排出される未使用の燃料オフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料ガス循環経路から分岐し燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上にならないように燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、を備えた燃料電池システムであ
って、複数の燃料ガス排出経路同士を連通させる連絡経路と、複数の燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路と連絡経路とを連通させて燃料ガス排出経路を大気中に開放させない第１状態と、燃料ガス排出経路と連絡経路とを連通させずに燃料ガス排出経路を大気中に開放させる第２状態とを切替える切替弁と、複数の燃料ガス循環経路と切替弁との間で燃料ガス排出経路を開閉する開閉弁と、複数の切替弁と複数の開閉弁とを制御する制御器と、を設け、制御器は、発電停止している燃料電池の開閉弁を常時開状態にしておき、発電停止している燃料電池の切替弁を常時第１状態にしておき、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の燃料電池の開閉弁を、燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで閉状態にしておき、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の燃料電池の切替弁を、燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで第１状態にしておき、発電動作をしている燃料電池の燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になったら、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になった燃料電池の開閉弁を開操作し、開閉弁を開操作してから第１所定時間経過後に、切替弁を第２状態に切替える制御をする構成としたものである。
【００１０】
これによって、発電動作中の燃料電池から大気中に排出していた水素濃度が低い燃料オフガスを、発電停止中の燃料電池の燃料極側に供給することが可能となり、燃料ロスが増大して発電効率が低下する従来の課題を解決することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池から構成され、発電停止中の燃料電池の燃料極側に供給するガスを、発電動作中の燃料電池から発生する、従来は発電に不適なため大気中に排出していた水素濃度が低い燃料オフガスを有効利用することで、燃料極側触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、複数の燃料電池と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池から排出される未使用の燃料オフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料ガス循環経路から分岐し燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上にならないように燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、を備えた燃料電池システムであって、複数の燃料ガス排出経路同士を連通させる連
絡経路と、複数の燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路と連絡経路とを連通させて燃料ガス排出経路を大気中に開放させない第１状態と、燃料ガス排出経路と連絡経路とを連通させずに燃料ガス排出経路を大気中に開放させる第２状態とを切替える切替弁と、複数の燃料ガス循環経路と切替弁との間で燃料ガス排出経路を開閉する開閉弁と、複数の切替弁と複数の開閉弁とを制御する制御器とを設け、制御器は、発電停止している燃料電池の開閉弁を常時開状態にしておき、発電停止している燃料電池の切替弁を常時第１状態にしておき、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の燃料電池の開閉弁を、燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで閉状態にしておき、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の燃料電池の切替弁を、燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで第１状態にしておき、発電動作をしている燃料電池の燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になったら、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になった燃料電池の開閉弁を開操作し、開閉弁を開操作してから第１所定時間経過後に、切替弁を第２状態に切替える制御をする、燃料電池システムである。
【００１４】
これにより、従来は発電動作中の燃料電池から大気中に排出していた水素濃度が低い燃料オフガスを、発電停止中の燃料電池の燃料極側に供給することが可能となり、燃料極側触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制することができる。
【００１５】
第２の発明は、複数の燃料電池と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料電池から排出される未使用の燃料オフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路に戻す燃料ガス循環経路と、複数の燃料電池のそれぞれに個別に設けられ燃料ガス循環経路から分岐し燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上にならないように燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路と、複数の燃料ガス排出経路同士を連通させる連絡経路と、複数の燃料ガス排出経路にそれぞれに個別に設けられ燃料ガス排出経路と連絡経路とを連通させて燃料ガス排出経路を大気中に開放させない第１状態と、燃料ガス排出経路と連絡経路とを連通させずに燃料ガス排出経路を大気中に開放させる第２状態とを切替える切替弁と、複数の燃料ガス循環経路と切替弁との間で燃料ガス排出経路を開閉する開閉弁と、を備えた、燃料電池システムの運転方法であって、発電停止している燃料電池の開閉弁を常時開状態にしておき、発電停止している燃料電池の切替弁を常時第１状態にしておき、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の燃料電池の開閉弁を、燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで閉状態にしておき、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度未満の燃料電池の切替弁を、燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になるまで第１状態にしておき、発電動作をしている燃料電池の燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になったら、発電動作をしていて燃料ガス循環経路を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になった燃料電池の開閉弁を開操作し、開閉弁を開操作してから第１所定時間経過後に、切替弁を第２状態に切替える、燃料電池システムの運転方法である。
【００１６】
これにより、従来は発電動作中の燃料電池から発生する大気中に排出していた水素濃度が低い燃料オフガスを、発電停止中の燃料電池の燃料極側に供給する運転が可能となり、燃料極側触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制する燃料電池の運転方法を提供することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、３台の燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）を備える。
【００２０】
燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質（アイオノマー）を成膜した電解質膜と、電解質膜を挟むように設けられた酸化剤極側触媒層および燃料極側触媒層を、燃料ガスを供給する燃料ガス流路、および、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成された一対のカーボン製平板状セパレータで挟持して構成された燃料電池セルを、複数積層して締結した燃料電池セル積層体で構成されている。
【００２１】
燃料極側触媒層は、電解質膜の一方の主面に、酸化剤極側触媒層と対向するように形成され、白金粒子が担持されたカーボンと水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質からなる。
【００２２】
燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）のそれぞれに個別に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路２−（１）、燃料ガス供給路２−（２）、燃料ガス供給路２−（３）が設けられている。燃料ガス供給路２−（１）、燃料ガス供給路２−（２）、燃料ガス供給路２−（３）はガス配管で構成されている。
【００２３】
また燃料ガス供給路２−（１）、燃料ガス供給路２−（２）、燃料ガス供給路２−（３）は、燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）を構成する燃料電池セル積層体において、各燃料電池セルに配置された燃料極側セパレータの燃料ガス流路と、燃料ガス供給連結部材を介して接続されている。
【００２４】
このようにして、燃料ガス供給路２−（１）、燃料ガス供給路２−（２）、燃料ガス供給路２−（３）から供給される燃料ガスは、燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）の各燃料極側触媒層に到達するように構成されている。
【００２５】
燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）のそれぞれに個別に燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）から排出される未使用の燃料オフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路２−（１）、燃料ガス供給路２−（２）、燃料ガス供給路２−（３）に戻すための燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）が設けられている。
【００２６】
燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）はガス配管により構成されている。
【００２７】
また３台の燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）のそれぞれに個別に燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）から分岐し燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスを排出するための燃料ガス排出経路４−（１
）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）が設けられている。
【００２８】
燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）は、燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上にならないように燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスを、周期的に循環経路の系外に排出する経路である。
【００２９】
また燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）同士を連通させる連絡経路５を設けている。燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）と、連絡経路５とはガス配管により構成されている。
【００３０】
また燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）のそれぞれに個別に、燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）を大気中に開放させない第１状態と、燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）と連絡経路５とを連通させずに燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）を大気中に開放させる第２状態とを切替える切替弁６−（１）、切替弁６−（２）、切替弁６−（３）が設けられている。
【００３１】
切替弁６−（１）、切替弁６−（２）、切替弁６−（３）は、電磁式に流体流れ方向を切替可能な３方弁であって、発電動作中の燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）において、不純物の濃度が所定濃度以上になって燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）から燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）に排出された燃料ガスを、連絡経路５に供給させるか大気中に排出させるかをそれぞれに個別に切替える機能を有する。
【００３２】
また燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）から燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）が分岐する分岐点と切替弁６−（１）、切替弁６−（２）、切替弁６−（３）との間で燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）を開閉する開閉弁６−（１）、開閉弁６−（２）、開閉弁６−（３）を設けている。
【００３３】
開閉弁６−（１）、開閉弁６−（２）、開閉弁６−（３）は、通電と非通電により開度を全開または全閉に切替えることが可能な電磁弁により構成される。
【００３４】
開閉弁６−（１）、開閉弁６−（２）、開閉弁６−（３）は、発電動作中の燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）において、燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度の場合は、燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスを燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）に流さず、燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上になったら所定時間の間だけ燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスを燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガ
ス排出経路４−（３）に流すことにより、燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスに含まれる不純物の濃度が所定濃度以上にならないように調節する機能を有する。
【００３５】
ここで、燃料ガスは循環される構成となるため、燃料ガス中に含有していた不純物ガスや、燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）の電解質膜を通して酸化剤ガス側から燃料ガス側に、空気に含まれる窒素などの不純物ガスが透過して濃縮され、燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）の発電を阻害し、発電電圧が低下して、燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）の発電効率が大きく低下する。そこで周期的に、不純物ガスを未使用の燃料オフガスと共に大気中に排出する。
【００３６】
またこのような動作を行うため、切替弁６−（１）、切替弁６−（２）、切替弁６−（３）と開閉弁７−（１）、開閉弁７−（２）、開閉弁７−（３）とを制御するための制御器８が設けられている。
【００３７】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を図２を参照しながら説明する。
【００３８】
まず制御器８は、ｉを１とする（Ｓ１０１）。次に制御器８は、燃料電池１−（ｉ）が発電動作中かどうかを判定する（Ｓ１０２）。
【００３９】
判定の結果、発電動作中でない場合には、制御器８は、開閉弁７−（ｉ）を開状態に切替え、切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替える（Ｓ１０３）。
【００４０】
もし、Ｓ１０２で発電動作中でないと判定して、Ｓ１０２をＮｏ側に分岐する時に、既に、開閉弁７−（ｉ）が開状態になっていれば、開閉弁７−（ｉ）の開状態を維持（継続）し、切替弁６−（ｉ）が第１状態になっていれば、切替弁６−（ｉ）の第１状態を維持（継続）する。
【００４１】
またＳ１０２の判定の結果、発電動作中である場合には、制御器８は、開閉弁７−（ｉ）を閉状態に切替え、切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替える（Ｓ１０４）。
【００４２】
もし、Ｓ１０２で発電動作中であると判定して、Ｓ１０２をＹｅｓ側に分岐する時に、既に、開閉弁７−（ｉ）が閉状態になっていれば、開閉弁７−（ｉ）の閉状態を維持（継続）し、切替弁６−（ｉ）が第１状態になっていれば、切替弁６−（ｉ）の第１状態を維持（継続）する。
【００４３】
Ｓ１０３またはＳ１０４のあとは、制御器８は、ｉ＋１をｉとする（Ｓ１０５）。次に制御器８は、ｉが３より大きいかどうかを判定する（Ｓ１０６）。判定の結果、ｉが３より大きくない場合には、制御器８は、Ｓ１０２に戻る。また判定の結果、ｉが３より大きい場合には、制御器８は、ｉを１とする（Ｓ１０７）。
【００４４】
次に制御器８は、燃料電池１−（ｉ）が発電動作中かどうかを判定する（Ｓ１０８）。判定の結果、発電動作中でない場合には、制御器８は、ｉ＋１をｉとする（Ｓ１１２）。
【００４５】
またＳ１０８にて判定の結果、発電動作中である場合には、制御器８は、燃料電池１−（ｉ）の開閉弁７−（ｉ）を開状態に切替え、３０秒間保持する（Ｓ１０９）。次に制御器８は、燃料電池１−（ｉ）の切替弁６−（ｉ）を第２状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させずに燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させる状態）に切替え、９０秒間保持する（Ｓ１１０）。
【００４６】
次に制御器８は、燃料電池１−（ｉ）の切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替え、開閉弁７−（ｉ）を閉状態に切替え、１０分間保持する（Ｓ１１１）。
【００４７】
次に制御器８は、ｉ＋１をｉとする（Ｓ１１２）。次に制御器８は、ｉが３より大きいかどうかを判定する（Ｓ１１３）。判定の結果、ｉが３より大きくない場合には、制御器８は、Ｓ１０８に戻る。また判定の結果、ｉが３より大きい場合には、制御器８は、Ｓ１０１に戻る。各ステップは一つ前のステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、発電停止している燃料電池１の開閉弁７を開状態にしておき、発電停止している燃料電池１の切替弁６を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）にしておき、発電動作している燃料電池１の切替弁６を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替え、発電動作している燃料電池１の開閉弁７を周期的に開状態に切替えることによって、発電動作している燃料電池１から排出される燃料オフガスを、発電停止している燃料電池１の燃料極側に供給することが可能となる。
【００４９】
そのため、発電停止している燃料電池１の燃料極側が燃料オフガスで充填される状態となり、大気中の酸素の侵入を防ぎ、燃料極側触媒層の酸化劣化を防止することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態１においては、燃料電池システム内に３台の燃料電池１（燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３））を配置したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、燃料電池システム内に２台以上の燃料電池１を配置している場合に、本発明は効果を発揮する。
【００５１】
なお、発電動作している燃料電池１から燃料オフガスを排出する時間間隔、発電停止している燃料電池１への燃料オフガスの供給時間、および大気中への排出時間の設定は、燃料電池１を構成する材料や運転条件（電流値、発電電圧、要求発電出力、供給ガス量）、燃料ガス供給連結部材の体積、ガス配管の体積、セパレータの燃料ガス流路の体積、などの燃料電池構造設計に応じて、適宜設定することが可能である。
【００５２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【００５３】
本実施の形態においては、制御器９が燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）のそれぞれに個別に並列して指令を出す。その他、実施の形態１と同様の構成部材については、同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００５４】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を図４を参照
しながら説明する。３台の燃料電池１−（ｉ、ｉ＝１、２、３）がそれぞれに個別に、図４のフローチャートの動作を行う。
【００５５】
制御器９は、燃料電池１−（ｉ）が発電動作中かどうかを判定する（Ｓ２０１）。判定の結果、発電動作中でない場合には、制御器９は、開閉弁７−（ｉ）を開状態に切替え、切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替える（Ｓ２０２）。
【００５６】
もし、Ｓ２０１で発電動作中でないと判定して、Ｓ２０１をＮｏ側に分岐する時に、既に、開閉弁７−（ｉ）が開状態になっていれば、開閉弁７−（ｉ）の開状態を維持（継続）し、切替弁６−（ｉ）が第１状態になっていれば、切替弁６−（ｉ）の第１状態を維持（継続）する。
【００５７】
またＳ２０１の判定の結果、発電動作中である場合には、制御器９は、開閉弁７−（ｉ）を閉状態に切替え、切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替える（Ｓ２０３）。
【００５８】
もし、Ｓ２０１で発電動作中であると判定して、Ｓ２０１をＹｅｓ側に分岐する時に、既に、開閉弁７−（ｉ）が閉状態になっていれば、開閉弁７−（ｉ）の閉状態を維持（継続）し、切替弁６−（ｉ）が第１状態になっていれば、切替弁６−（ｉ）の第１状態を維持（継続）する。
【００５９】
次に制御器９は、燃料電池１−（ｉ）の開閉弁７−（ｉ）を開状態に切替え、３０秒間保持する（Ｓ２０４）。次に制御器９は、燃料電池１−（ｉ）の切替弁６−（ｉ）を第２状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させずに燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させる状態）に切替え、９０秒間保持する（Ｓ２０５）。
【００６０】
次に制御器９は、燃料電池１−（ｉ）の切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替え、開閉弁７−（ｉ）を閉状態に切替え、１０分間保持する（Ｓ２０６）。
【００６１】
Ｓ２０２またはＳ２０６のあとは、制御器９はＳ２０１に戻る。各ステップは一つ前のステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。
【００６２】
以上のように、本実施の形態においては、制御器９が３台の燃料電池１について、それぞれに個別に並列して指令を出すように構成され、発電停止している燃料電池１の開閉弁７を開状態にしておき、切替弁６を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）にしておき、発電動作している燃料電池１の切替弁６を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替え、周期的に開閉弁７を開状態に切替えることによって、発電動作している燃料電池１から排出される燃料オフガスを、発電停止している燃料電池１の燃料極側に供給することが可能となる。
【００６３】
そのため、発電停止している燃料電池１の燃料極側が燃料オフガスで充填される状態となり、大気中の酸素の侵入を防ぎ、燃料極側触媒層の酸化劣化を防止することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム内に３台の燃料電池１（燃料電池１
−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３））を配置したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、燃料電池システム内に２台以上の燃料電池１を配置している場合に、本発明は効果を発揮する。
【００６５】
なお、発電動作している燃料電池１から燃料オフガスを排出する時間間隔、発電停止している燃料電池１への燃料オフガスの供給時間、および大気中への排出時間の設定は、燃料電池１を構成する材料や運転条件（電流値、発電電圧、要求発電出力、供給ガス量）、燃料ガス供給連結部材の体積、ガス配管の体積、セパレータの燃料ガス流路の体積、などの燃料電池構造設計に応じて、適宜設定することが可能である。
【００６６】
なお、制御器９が燃料電池システム内の発電動作している全ての燃料電池１に同時に指令を出して、燃料オフガスを燃料ガス排出経路に排出するタイミングを同時に行ってもよい。また、発電動作している燃料電池１ごとに、燃料ガス排出経路に排出するタイミングを変えてもよい。
【００６７】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの運転方法を示すフローチャートである。
【００６８】
実施の形態１との相違点について説明する。実施の形態１においては、一定時間ごとに周期的に、燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスをそれぞれに個別に、燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）に排出することによって、所定の発電出力以上を維持する構成としていた。
【００６９】
これに対して、本実施の形態においては、発電動作している燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）の電流値と発電電圧を、それぞれに個別に常時監視し、それぞれに個別に所定の電流値において発電電圧が所定値より低下した場合に、その都度、制御器９の指令に基づいて、燃料ガス循環経路３−（１）、燃料ガス循環経路３−（２）、燃料ガス循環経路３−（３）を循環する燃料ガスをそれぞれに個別に、燃料ガス排出経路４−（１）、燃料ガス排出経路４−（２）、燃料ガス排出経路４−（３）に排出する構成としている。
【００７０】
燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３）の電流値、および発電電圧の計測には、制御器１０内に組み込まれている電流計と電圧計を活用する。
【００７１】
その他、実施の形態１と同様の構成部材については、同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００７２】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を図６を参照しながら説明する。
【００７３】
まず制御器１０は、ｉを１とする（Ｓ３０１）。次に制御器１０は、燃料電池１−（ｉ）が発電動作中かどうかを判定する（Ｓ３０２）。判定の結果、発電動作中でない場合には、制御器１０は、開閉弁７−（ｉ）を開状態に切替え、切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替える（Ｓ３０３）。
【００７４】
もし、Ｓ３０２で発電動作中でないと判定して、Ｓ３０２をＮｏ側に分岐する時に、既
に、開閉弁７−（ｉ）が開状態になっていれば、開閉弁７−（ｉ）の開状態を維持（継続）し、切替弁６−（ｉ）が第１状態になっていれば、切替弁６−（ｉ）の第１状態を維持（継続）する。
【００７５】
またＳ３０２で判定の結果、発電動作中である場合には、制御器１０は、開閉弁７−（ｉ）を閉状態に切替え、切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替える（Ｓ３０４）。
【００７６】
もし、Ｓ３０２で発電動作中であると判定して、Ｓ３０２をＹｅｓ側に分岐する時に、既に、開閉弁７−（ｉ）が閉状態になっていれば、開閉弁７−（ｉ）の閉状態を維持（継続）し、切替弁６−（ｉ）が第１状態になっていれば、切替弁６−（ｉ）の第１状態を維持（継続）する。Ｓ３０３またはＳ３０４のあとは、制御器１０は、ｉ＋１をｉとする（Ｓ３０５）。
【００７７】
次に制御器１０は、ｉが３より大きいかどうかを判定する（Ｓ３０６）。判定の結果、ｉが３より大きくない場合には、制御器１０は、Ｓ３０２に戻る。また判定の結果、ｉが３より大きい場合には、制御器１０は、ｉを１とする（Ｓ３０７）。次に制御器１０は、燃料電池１−（ｉ）が発電動作中かどうかを判定する（Ｓ３０８）。
【００７８】
判定の結果、発電動作中でない場合には、制御器１０は、ｉ＋１をｉとする（Ｓ３１４）。またＳ３０８にて判定の結果、発電動作中である場合には、制御器１０は、燃料電池１−（ｉ）の発電電圧が６０．０Ｖ以下まで低下しているか判定する（Ｓ３０９）。判定の結果、発電電圧が６０．０Ｖ以下まで低下してしなければ、Ｓ３０９に戻る。
【００７９】
Ｓ３０９にて判定の結果、発電電圧が６０．０Ｖ以下まで低下していれば、制御器１０は、燃料電池１−（ｉ）の開閉弁７−（ｉ）を開状態に切替え、１分間、保持する（Ｓ３１０）。次に制御器１０は、燃料電池１−（ｉ）の切替弁６−（ｉ）を第２状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させずに燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させる状態）に切替える（Ｓ３１１）。
【００８０】
次に制御器１０は、燃料電池１−（ｉ）の発電電圧が６１．６Ｖより高いかどうかを判定する（Ｓ３１２）。判定の結果、発電電圧が６１．６Ｖより高くなければ、Ｓ３１２に戻る。
【００８１】
またＳ３１２の判定の結果、発電電圧が６１．６Ｖより高ければ、制御器１０は、燃料電池１−（ｉ）の切替弁６−（ｉ）を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替え、開閉弁７−（ｉ）を閉状態に切替える（Ｓ３１３）。
【００８２】
次に制御器１０は、ｉ＋１をｉとする（Ｓ３１４）。次に制御器１０は、ｉが３より大きいかどうかを判定する（Ｓ３１５）。判定の結果、ｉが３より大きくない場合には、制御器１０は、Ｓ３０８に戻る。また判定の結果、ｉが３より大きい場合には、制御器１０は、Ｓ３０１に戻る。各ステップは一つ前のステップを実施完了後、待機時間を設けずにすみやかに移行するようにする。
【００８３】
以上のように、本実施の形態においては、発電動作している燃料電池１の発電電圧を常時監視し、発電停止している燃料電池１の開閉弁７を開状態にしておき、切替弁６を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）にしておき、発電動作している燃料電池１の切替弁６
を第１状態（燃料ガス排出経路４−（ｉ）と連絡経路５とを連通させて燃料ガス排出経路４−（ｉ）を大気中に開放させない状態）に切替え、周期的に開閉弁７を開状態に切替えることによって、発電動作している燃料電池１から排出される燃料オフガスを、発電停止している燃料電池１の燃料極側に供給することが可能となる。
【００８４】
そのため、発電停止している燃料電池１の燃料極側が燃料オフガスで充填される状態となり、大気中の酸素の侵入を防ぎ、燃料極側触媒層の酸化劣化を防止することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態においては、燃料電池システム内に３台の燃料電池１（燃料電池１−（１）、燃料電池１−（２）、燃料電池１−（３））を配置したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、燃料電池システム内に２台以上の燃料電池１を配置している場合に、本発明は効果を発揮する。
【００８６】
なお、発電動作している燃料電池１の開閉弁７の開状態と閉状態を切替える電流値、発電電圧の設定値、および発電停止している燃料電池１に燃料オフガスを供給する供給時間については、燃料電池１を構成する材料や運転条件（電流値、発電電圧、要求発電出力、供給ガス量）、燃料ガス供給連結部材の体積、ガス配管の体積、セパレータの燃料ガス流路の体積、などの燃料電池構造設計に応じて、適宜設定することが可能である。
【００８７】
なお、各燃料電池１の電流値および発電電圧の計測には、各燃料電池１に電流計、および電圧計を配置して実施してもよい。このとき、各電流計および電圧計を制御器１０と接続して、制御器に適宜、信号を送るように構成すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、発電停止中の燃料電池の燃料極側に供給するガスを、発電動作中の燃料電池から発生する、従来は大気中に排出していた燃料オフガスを有効利用することによって、発電停止中の燃料電池の燃料極側触媒層の酸化劣化を防止しつつ、燃料電池システム全体の発電効率低下を抑制することが可能となり、例えば、自動車などの移動体、発電装置、コジェネレーションシステムなどの駆動源として使用される燃料電池等の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００８９】
１−（１）、１−（２）、１−（３）  燃料電池
２−（１）、２−（２）、２−（３）  燃料ガス供給路
３−（１）、３−（２）、３−（３）  燃料ガス循環経路
４−（１）、４−（２）、４−（３）  燃料ガス排出経路
５  連絡経路
６−（１）、６−（２）、６−（３）  切替弁
７−（１）、７−（２）、７−（３）  開閉弁
８、９、１０  制御器
【図１】
2018147727.tif 000003
【図２】
2018147727.tif 000004
【図３】
2018147727.tif 000005
【図４】
2018147727.tif 000006
【図５】
2018147727.tif 000007
【図６】
2018147727.tif 000008