(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、
水素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス貯蔵手段を備えた水素ガス供給手段と、
酸素ガスを含有する酸化ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸化ガス供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側へ供給する水素ガス循環流通手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを貯蔵する燃料極側排出ガス回収貯蔵手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させると共に当該燃料電池本体の外部へ排出させる前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側又は前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段へ送給する燃料極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が第一の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の水素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値よりも小さい第二の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の水素ガス濃度検知手段と、
前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力を計測する燃料極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段と、
前記水素ガス供給手段から前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ前記水素ガスを供給するように前記水素ガス供給手段を制御すると共に、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側へ送給するように前記水素ガス循環流通手段及び前記燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該水素ガスの濃度が前記第二の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を開始するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の上昇圧力が規定値になると、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を停止すると共に、当該燃料電池本体の外部へ排出させた前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側へ送給するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段及び当該水素ガス循環流通手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、
水素ガスを含有する燃料ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する燃料ガス供給手段と、
酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ供給する酸素ガス循環流通手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを貯蔵する酸化極側排出ガス回収貯蔵手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させると共に当該燃料電池本体の外部へ排出させる前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側又は前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段へ送給する酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と、
前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力を計測する酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段と、
前記酸化ガス供給手段から前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ前記酸素ガスを供給するように前記酸素ガス供給手段を制御すると共に、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように前記酸素ガス循環流通手段及び前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の上昇圧力が規定値になると、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を停止すると共に、当該燃料電池本体の外部へ排出させた前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段及び当該酸素ガス循環流通手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化ガス供給手段が、酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段であり、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ供給する酸素ガス循環流通手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを貯蔵する酸化極側排出ガス回収貯蔵手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させると共に当該燃料電池本体の外部へ排出させる前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側又は前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段へ送給する酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と、
前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力を計測する酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段と、
を備えると共に、
前記制御手段が、さらに、前記酸化ガス供給手段から前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ前記酸素ガスを供給するように前記酸素ガス供給手段を制御すると共に、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように前記酸素ガス循環流通手段及び前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の上昇圧力が規定値になると、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を停止すると共に、当該燃料電池本体の外部へ排出させた前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段及び当該酸素ガス循環流通手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項３に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段が、貯蔵した前記ガスを系外へ排出する燃料極側回収ガスリーク手段を備え、
前記制御手段が、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力が規定値になると、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の前記ガスを系外へ排出させるように前記燃料極側回収ガスリーク手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段が、貯蔵した前記ガスを系外へ排出する酸化極側回収ガスリーク手段を備え、
前記制御手段が、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力が規定値になると、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の前記ガスを系外へ排出させるように前記酸化極側回収ガスリーク手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体を備えた燃料電池発電システムは、水素ガスを含有する燃料ガスが燃料電池本体の燃料極に供給されると共に、酸素ガスを含有する酸化ガスが燃料電池本体の酸化極に供給されることにより、当該燃料ガス中の水素ガスと当該酸化ガス中の酸素ガスとが上記セルで電気化学的に反応して、水を生成すると共に、電力を発生することができるようになっている。
【０００３】
このような燃料電池発電システムにおいては、例えば、燃料ガスとして水素ガスボンベ中の水素ガスを利用する場合や、酸化ガスとして酸素ガスボンベ中の酸素ガスを利用する場合、前記燃料電池本体で上記発電反応に寄与することなく当該燃料電池本体から排出された上記水素ガスや上記酸素ガスを有効に利用するように、上記ボンベから送給された上記水素ガスや上記酸素ガスと共に、上記燃料電池本体から排出された上記ガスを当該燃料電池本体に再び供給して循環再利用することが行われている。
【０００４】
ところで、水素ガスボンベや酸素ガスボンベ中には、僅かながらも不純物ガス（例えば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、アルゴンガス等）が混入しているため、当該ボンベ中の上記水素ガスや上記酸素ガスを上述したように循環再利用すると、燃料電池本体内を流通する水素ガスや酸素ガス中の不純物ガスの濃度が次第に高くなってしまい、発電能力の低下を招くようになってしまう。
【０００５】
このため、例えば、下記特許文献１，２等においては、循環供給する水素ガスの濃度や分圧の値を求めて、当該値が閾値以下になったら、循環供給する当該水素ガスをパージすることにより、循環供給する当該水素ガス中の不純物ガスの濃度の増大を抑えることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１７７５２号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９２１５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、上記特許文献１，２等で提案されている発明においては、循環流通している水素ガスの濃度等が閾値以下になったところで当該水素ガスを循環流通させながらパージすることから、当該水素ガス中の不純物ガスの濃度を大きく低下させるにあたって、水素ガスそのものも比較的多くパージしてしまい、水素ガスの有効利用効率を十分に向上させることに難点があった。
【０００８】
このような問題は、上記特許文献１，２等で提案されているような燃料ガスとして水素ガスそのものを利用する場合に限らず、酸化ガスとして酸素ガスを利用する場合でも同様に生じ得ることである。
【０００９】
このようなことから、本発明は、不純物ガスと共に外部へ排出される水素ガス及び酸素ガスの少なくとも一方の量を大幅に抑制できる燃料電池発電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】
【００１０】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る燃料電池発電システムは、燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、水素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス貯蔵手段を備えた水素ガス供給手段と、酸素ガスを含有する酸化ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸化ガス供給手段とを備えている燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側へ供給する水素ガス循環流通手段と、前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを貯蔵する燃料極側排出ガス回収貯蔵手段と、前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させると共に当該燃料電池本体の外部へ排出させる前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側又は前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段へ送給する燃料極側ガス排出開始停止切換手段と、前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が第一の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の水素ガス濃度検知手段と、前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値よりも小さい第二の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の水素ガス濃度検知手段と、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力を計測する燃料極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段と、前記水素ガス供給手段から前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ前記水素ガスを供給するように前記水素ガス供給手段を制御すると共に、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側へ送給するように前記水素ガス循環流通手段及び前記燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該水素ガスの濃度が前記第二の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を開始するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の上昇圧力が規定値になると、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を停止すると共に、当該燃料電池本体の外部へ排出させた前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側へ送給するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段及び当該水素ガス循環流通手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、第二番目の発明に係る燃料電池発電システムは、燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、水素ガスを含有する燃料ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する燃料ガス供給手段と、酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段とを備えている燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ供給する酸素ガス循環流通手段と、前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを貯蔵する酸化極側排出ガス回収貯蔵手段と、前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させると共に当該燃料電池本体の外部へ排出させる前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側又は前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段へ送給する酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力を計測する酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段と、前記酸化ガス供給手段から前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ前記酸素ガスを供給するように前記酸素ガス供給手段を制御すると共に、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように前記酸素ガス循環流通手段及び前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の上昇圧力が規定値になると、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を停止すると共に、当該燃料電池本体の外部へ排出させた前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段及び当該酸素ガス循環流通手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
第三番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第一番目の発明において、前記酸化ガス供給手段が、酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段であり、前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ供給する酸素ガス循環流通手段と、前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを貯蔵する酸化極側排出ガス回収貯蔵手段と、前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させると共に当該燃料電池本体の外部へ排出させる前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側又は前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段へ送給する酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力を計測する酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段と、を備えると共に、前記制御手段が、さらに、前記酸化ガス供給手段から前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ前記酸素ガスを供給するように前記酸素ガス供給手段を制御すると共に、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように前記酸素ガス循環流通手段及び前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の上昇圧力が規定値になると、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部へのガスの排出を停止すると共に、当該燃料電池本体の外部へ排出させた前記ガスを当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側へ送給するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段及び当該酸素ガス循環流通手段を制御するものであることを特徴とする。
【００１５】
第四番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段が、貯蔵した前記ガスを系外へ排出する燃料極側回収ガスリーク手段を備え、前記制御手段が、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力が規定値になると、前記燃料極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該燃料極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の前記ガスを系外へ排出させるように前記燃料極側回収ガスリーク手段を制御するものであることを特徴とする。
【００１６】
第五番目の発明に係る燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段が、貯蔵した前記ガスを系外へ排出する酸化極側回収ガスリーク手段を備え、前記制御手段が、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の圧力が規定値になると、前記酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段からの情報に基づいて、当該酸化極側排出ガス回収貯蔵手段の内部の前記ガスを系外へ排出させるように前記酸化極側回収ガスリーク手段を制御するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、発電運転を行いながら、水素ガス及び酸素ガスの少なくとも一方を燃料電池本体の内部から外部へ排出させることなく当該燃料電池本体の内部へ供給して当該ガスを消費させることにより、当該ガス中に存在する不純物ガスを当該燃料電池本体の内部に残留蓄積させて濃縮した後に、当該燃料電池本体の内部から外部へ一気に放出することができるので、前記燃料電池本体の内部から外部へ前記不純物ガスと共に排出されてしまう前記ガスの量を大幅に抑制することができる。このため、前記ガスの有効利用効率を大幅に向上させることができ、発電効率を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの第一番目の実施形態における概略構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの第一番目の実施形態における燃料電池本体の電圧及びガス圧力（ガス濃度）のタイムチャートである。
【図３】本発明に係る燃料電池発電システムの第一番目の実施形態における回収貯蔵タンクの内部圧力のタイムチャートである。
【図４】本発明に係る燃料電池発電システムの第二番目の実施形態における概略構成図である。
【図５】本発明に係る燃料電池発電システムの第二番目の実施形態における回収貯蔵タンクの内部圧力のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００２０】
［第一番目の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第一番目の実施形態を図１〜３に基づいて説明する。
【００２１】
図１に示すように、燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体１１０の燃料ガス受入口には、燃料ガスである水素ガス１を供給する水素ガス貯蔵手段である水素ガスボンベ１２１がバルブ１２２を介して連結されている。このバルブ１２２と燃料電池本体１１０の燃料ガス受入口との間には、水素ガス１中の水素ガス濃度を検出する水素ガスセンサ１２３が配設されている。
【００２２】
前記燃料電池本体１１０の酸化ガス受入口には、酸化ガスである酸素ガス２を供給する酸素ガス貯蔵手段である酸素ガスボンベ１３１がバルブ１３２を介して連結されている。このバルブ１３２と燃料電池本体１１０の酸化ガス受入口との間には、酸素ガス２中の酸素ガス濃度を検出する酸素ガスセンサ１３３が配設されている。
【００２３】
前記燃料電池本体１１０の燃料ガス排出口は、ドレンセパレータ１２５の受入口に接続している。このドレンセパレータ１２５のガス送出口は、三方弁１２４の口１２４ａに接続している。この三方弁１２４の残りの一方の口１２４ｂは、循環ブロア１２６のガス受入口に接続している。上記循環ブロア１２６のガス送出口は、前記バルブ１２２と前記水素ガスセンサ１２３との間に連結している。上記三方弁１２４の残りの他方の口１２４ｃは、内部を略真空にまで減圧された回収貯蔵タンク１２７に逆止弁１２７ａを介して接続している。この回収貯蔵タンク１２７には、当該タンク１２７内の圧力を計測する圧力センサ１２８が配設されている。
【００２４】
前記燃料電池本体１１０の酸化ガス排出口は、ドレンセパレータ１３５の受入口に接続している。このドレンセパレータ１３５のガス送出口は、三方弁１３４の口１３４ａに接続している。この三方弁１３４の残りの一方の口１３４ｂは、循環ブロア１３６のガス受入口に接続している。上記循環ブロア１３６のガス送出口は、前記バルブ１３２と前記酸素ガスセンサ１３３との間に連結している。上記三方弁１３４の残りの他方の口１３４ｃは、内部を略真空にまで減圧された回収貯蔵タンク１３７に逆止弁１３７ａを介して接続している。この回収貯蔵タンク１３７には、当該タンク１３７内の圧力を計測する圧力センサ１３８が配設されている。
【００２５】
前記燃料電池本体１１０には、電圧計１１１が接続されている。この電圧計１１１及び前記センサ１２３，１２８，１３３，１３８は、制御手段である制御装置１４０の入力部に電気的に接続している。この制御装置１４０の出力部は、前記バルブ１２２，１３２、前記三方弁１２４，１３４、前記循環ブロア１２６，１３６に電気的に接続しており、当該制御装置１４０は、上記電圧計１１１、上記センサ１２３，１２８，１３３，１３８等からの情報に基づいて、上記三方弁１２４，１３４の開閉状態を調整制御すること等ができるようになっている（詳細は後述する）。
【００２６】
なお、本実施形態においては、前記水素ガスボンベ１２１、前記バルブ１２２等により燃料ガス供給手段である水素ガス供給手段を構成し、前記水素ガスセンサ１２３等により第一の水素ガス濃度検知手段を構成し、前記三方弁１２４、前記ドレンセパレータ１２５、前記循環ブロア１２６等により水素ガス循環流通手段を構成し、前記三方弁１２４等により燃料極側ガス排出開始停止切換手段を構成し、前記回収貯蔵タンク１２７等により燃料極側排出ガス回収貯蔵手段を構成し、前記圧力センサ１２８等により燃料極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段を構成し、前記酸素ガスボンベ１３１、前記バルブ１３２等により酸化ガス供給手段である酸素ガス供給手段を構成し、前記酸素ガスセンサ１３３等により第一の酸素ガス濃度検知手段を構成し、前記三方弁１３４、前記ドレンセパレータ１３５、前記循環ブロア１３６等により酸素ガス循環流通手段を構成し、前記三方弁１３４等により酸化極側ガス排出開始停止切換手段を構成し、前記回収貯蔵タンク１３７等により酸化極側ガス回収貯蔵手段を構成し、前記圧力センサ１３８等により酸化極側排出ガス回収貯蔵圧計測手段を構成し、前記電圧計１１１等により第二の水素ガス濃度検知手段と第二の酸素ガス濃度検知手段とを兼ねるようにして構成している。
【００２７】
このような本実施形態に係る燃料電池発電システム１００の作動を次に説明する。
【００２８】
前記制御装置１４０は、発電運転開始の指令が入力されると、前記燃料電池本体１１０の前記排出口を前記循環ポンプ１２６，１３６と連絡させるように、すなわち、前記三方弁１２４，１３４の前記口１２４ａ，１３４ａと前記口１２４ｂ，１３４ｂとの間のみを接続するように当該三方弁１２４，１３４を制御して、前記ボンベ１２１，１３１から前記ガス１，２を所定の運転圧力で送給するように前記バルブ１２２，１３２を開放制御すると共に、前記循環ブロア１２６，１３６を作動させるように制御する。
【００２９】
前記水素ガスボンベ１２１からの水素ガス１は、前記燃料電池本体１１０の燃料ガス受入口から内部のセルの燃料極へ供給され、前記酸素ガスボンベ１３１からの酸素ガス２は、前記燃料電池本体１１０の酸素ガス受入口から内部のセルの酸化極へ供給され、これらガス１，２が当該セルで電気化学的に反応することにより、燃料電池本体１１０から電力が得られる。
【００３０】
前記燃料電池本体１１０内で上記発電反応に寄与しなかった前記ガス１，２は、上記発電反応に伴って発生した水３と共に前記ガス排出口から排出されて前記ドレンセパレータ１２５，１３５へ送給され、上記水３を分離された後に前記三方弁１２４，１３４を流通し、前記循環ブロア１２６，１３６によって、前記ガスボンベ１２１，１３１からの新たな前記ガス１，２に合流され、前記燃料電池本体１１０の前記ガス供給口へ再び供給される。
【００３１】
このようにして前記ガスボンベ１２１，１３１からの前記ガス１，２を循環流通させて再利用しながら発電運転を継続していくと、循環流通している当該ガス１，２中に混在する不純物ガス（例えば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、アルゴンガス等）の濃度（分圧）が次第に高くなり、当該ガス１，２の濃度（分圧）が次第に低下するようになる（図２中、範囲Ａ）。
【００３２】
そして、前記不純物ガス濃度（分圧）が第一の不純物ガス規定濃度（分圧）値（α）以上になる、すなわち、前記ガス１，２の濃度（分圧）が第一の規定濃度（分圧）値（１−α）（例えば、９０％）以下になると（図２中、位置Ｂ）、前記制御装置１４０は、前記センサ１２３，１３３からの情報に基づいて、前記燃料電池本体１１０の前記ガス排出口を封じ切るように、すなわち、前記三方弁１２４，１３４のすべての口１２４ａ〜１２４ｃ，１３４ａ〜１３４ｃを閉鎖するように当該三方弁１２４，１３４を制御して、当該燃料電池本体１１０の外部への前記ガス１，２の排出を停止させる。
【００３３】
これにより、前記燃料電池本体１１０は、前記ガスボンベ１２１，１３１からの前記ガス１，２と共に当該ガス１，２の循環流通ライン中にある当該ガス１，２を供給されながら当該ガス１，２を外部へ排出することなく発電運転が行われるため、当該ガス１，２を消費しながら電力を発生することにより、前記不純物ガスが内部に残留蓄積して、内部の不純物ガス濃度（分圧）が急速に増大すると共に、内部の前記ガス１，２濃度（分圧）が急速に低下する。このため、上記燃料電池本体１１０は、電圧が当初の値（ＶＤ）から急速に低下する（図２中、範囲Ｃ）。
【００３４】
そして、前記燃料電池本体１１０の前記電圧が下限規定値（ＶＬ）（例えば、発電運転開始時の２％）まで低下する、言い換えれば、前記燃料電池本体１１０の内部の不純物ガスの濃度（分圧）が前記第一の不純物ガス規定濃度（分圧）値（α）よりも大きい第二の不純物ガス規定濃度値（β）まで上昇する、すなわち、前記燃料電池本体１１０の内部の前記ガス１，２の濃度（分圧）が前記第一の規定濃度（分圧）値（１−α）よりも小さい前記ガス１，２の第二の規定濃度値（１−β）まで低下すると（図２中、位置Ｄ）、前記制御装置１４０は、前記電圧計１１１からの情報に基づいて、当該燃料電池本体１１０の前記ガス排出口を前記回収貯蔵タンク１２７，１３７に連絡させるように、すなわち、前記三方弁１２４，１３４の前記口１２４ａ，１３４ａと前記口１２４ｃ，１３４ｃとの間のみを接続するように当該三方弁１２４，１３４を制御して、当該燃料電池本体１１０の外部への前記ガス１，２の排出を開始させる（図３中、位置Ｄ）。
【００３５】
これにより、前記燃料電池本体１１０の内部で前記不純物ガスを高濃度に濃縮された前記ガス１，２が当該燃料電池本体１１０の前記ガス排出口から前記ドレンセパレータ１２５，１３５及び前記弁１２４，１２７ａ，１３４，１３７ａを介して前記回収貯蔵タンク１２７，１３７内へ一気に放出され、当該回収貯蔵タンク１２７，１３７内の圧力が上昇する（図３中、範囲Ｅ）と共に、前記ガスボンベ１２１，１３１からの前記ガス１，２が当該燃料電池本体１１０の内部に流入し、当該燃料電池本体１１０の内部が当該ガスボンベ１２１，１３１からの上記ガス１，２の濃度（分圧）と同じ濃度（分圧）にまでに戻る（図２中、範囲Ｅ）。
【００３６】
そして、前記燃料電池本体１１０の内部から前記回収貯蔵タンク１２７，１３７内に前記ガス１，２を規定容量（前記燃料電池本体１１０の内部の前記ガス１，２の流通部分の容量）回収する、言い換えれば、前記回収貯蔵タンク１２７，１３７内の圧力が規定値Ｐｕ上昇する（図３中、位置Ｆ）、すなわち、前記燃料電池本体１１０の内部及び前記ガス１，２の循環流通ライン中の前記ガス１，２の濃度（分圧）及び前記不純物ガス濃度（分圧）が発電運転開始時の値にまで戻ると（図２中、位置Ｆ）、前記制御装置１４０は、前記圧力センサ１２８，１３８からの情報に基づいて、前記燃料電池本体１１０の前記ガス排出口を前記循環ポンプ１２６，１３６と連絡させるように、すなわち、前記三方弁１２４，１３４の前記口１２４ａ，１３４ａと前記口１２４ｂ，１３４ｂとの間のみを接続するように当該三方弁１２４，１３４を制御して、当該燃料電池本体１１０から当該回収貯蔵タンク１２７，１３７内に回収していた前記ガス１，２を前記ガスボンベ１２１，１３１からの新たな前記ガス１，２と共に当該燃料電池本体１１０の前記ガス供給口へ再び供給する。
【００３７】
これにより、上記燃料電池本体１１０は、電圧が発電運転開始時の値（ＶＤ）にまで復元して、発電運転開始時の状態に復帰する。
【００３８】
以下、上述した作動を繰り返すことにより、発電運転を継続しながら、循環流通する前記ガス１，２の濃度（分圧）の低下、すなわち、不純物ガス濃度（分圧）の上昇を抑制することができる。
【００３９】
つまり、本実施形態に係る燃料電池発電システム１００では、発電運転を行いながら、前記ガス１，２を燃料電池本体１１０の内部から外部へ排出させることなく当該燃料電池本体１１０の内部へ供給して当該ガス１，２を消費させることにより、当該ガス１，２中に存在する不純物ガスを当該燃料電池本体１１０の内部に残留蓄積させて濃縮した後に、当該燃料電池本体１１０の内部から前記回収貯蔵タンク１２７，１３７内へ一気に放出させて回収貯蔵するようにしたのである。
【００４０】
このため、本実施形態に係る燃料電池発電システム１００においては、前記燃料電池本体１１０の内部から外部へ前記不純物ガスと共に排出されてしまう前記ガス１，２の量を大幅に抑制することができる。
【００４１】
したがって、本実施形態に係る燃料電池発電システム１００によれば、前記ガス１，２の有効利用効率を大幅に向上させることができ、発電効率を大きく向上させることができる。
【００４２】
また、前記燃料電池本体１１０の内部から外部へ排出される前記ガス１，２を前記回収貯蔵タンク１２７，１３７に回収貯蔵するようにしたので、当該ガス１，２を系外へ排出できない閉鎖系空間内であっても、当該回収貯蔵タンク１２７，１３７内が前記燃料電池本体１１０の定常運転圧力Ｐｏになるまで当該燃料電池本体１１０の内部から外部へ前記ガス１，２を排出することができる（図３参照）。
【００４３】
なお、前記燃料電池本体１１０は、長期にわたって発電運転を行なうと、経時劣化等によって、発電電圧の値（ＶＤ）が次第に低下して、当該発電電圧の値（ＶＤ）と前記下限規定値（ＶＬ）との差が次第に小さくなって、前記不純物ガスの濃縮程度が少なくなってしまうおそれがある。このため、燃料電池本体１１０の発電電圧の値（ＶＤ）と前記下限規定値（ＶＬ）との差が小さくなった場合に、当初の発電電圧の値（ＶＤ）との差を維持するように、前記制御装置１４０は、当該発電電圧の値（ＶＤ）の低下にあわせて前記下限規定値（ＶＬ）も低下させるように設定すると好ましい。
【００４４】
他方、前記燃料電池本体１１０は、給電する外部負荷の状況が変化したとき、例えば、電流値が小さくなったとき、発電電圧の値（ＶＤ）が上昇するため、前記ガス１，２中の不純物ガス濃度に対する影響が小さくなり、当該不純物ガスの濃縮に伴う電圧値（ＶＤ）の低下量が小さくなることから、当該電流値の変化に対応させて、電圧の前記下限規定値（ＶＬ）も変化させる、すなわち、電流−電圧下限規定値曲線を制御手段に予め入力しておいて当該曲線に基づいて排気タイミングを設定するようにすると、給電する外部負荷の状況の変化に左右されることなく一定の濃度で前記不純物ガスを排出することができるようになるので好ましい。
【００４５】
ところで、前記燃料電池本体１１０の電圧の前記下限規定値（ＶＬ）は、給電される外部負荷へ悪影響を与えないまでの下限値（許容下限値）であると、給電される外部機器へ悪影響を与えることなく前記不純物ガスを最も濃縮して排気することができるので好ましい。
【００４６】
［第二番目の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システムの第二番目の実施形態を図４，５に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４７】
図４に示すように、前記回収貯蔵タンク１２７には、燃料極側回収ガスリーク手段であるバルブ２２９の一方の口が逆止弁２２７ａを介して接続されている。このバルブ２２９の他方の口は、系外へ連絡している。前記回収貯蔵タンク１３７には、酸化極側回収ガスリーク手段であるバルブ２３９の一方の口が逆止弁２３７ａを介して接続されている。このバルブ２３９の他方の口は、系外へ連絡している。これらバルブ２２９，２３９は、制御手段である制御装置２４０の入力部にそれぞれ電気的に接続しており、当該制御装置２４０は、前記電圧計１１１、前記センサ１２３，１２８，１３３，１３８等からの情報に基づいて、前記三方弁１２４，１３４及び前記バルブ２２９，２３９の開閉状態を調整制御すること等ができるようになっている（詳細は後述する）。
【００４８】
このような本実施形態に係る燃料電池発電システム２００においては、前記制御装置２４０に発電運転開始の指令が入力されると、前述した実施形態の場合と同様に、前記制御装置２４０が、前記三方弁１２４，１３４、前記バルブ１２２，１３２、前記循環ブロア１２６，１３６を制御することにより、燃料電池本体１１０の発電運転を行なう。
【００４９】
そして、前述した実施形態の場合と同様に、循環流通している前記ガス１，２中に混在する不純物ガスの濃度（分圧）が次第に高くなり、当該ガス１，２の濃度（分圧）が次第に低下し（図４中、範囲Ａ）、当該不純物ガス濃度（分圧）が第一の不純物ガス規定濃度（分圧）値（α）以上になる、すなわち、当該ガス１，２の濃度（分圧）が第一の規定濃度値（１−α）（例えば、９０％）以下になると、前記制御装置２４０は、前述した実施形態の場合と同様にして、前記電圧計１１１及び前記センサ１２３，１２８，１３３，１３８等からの情報に基づいて、前記三方弁１２３，１３４を制御することにより、発電運転を行いながら、前記ガス１，２を燃料電池本体１１０の内部から外部へ排出させることなく当該燃料電池本体１１０の内部へ供給して当該ガス１，２を消費させ、当該ガス１，２中に存在する不純物ガスを当該燃料電池本体１１０の内部に残留蓄積させて濃縮した後に、当該燃料電池本体１１０の内部から前記回収貯蔵タンク１２７，１３７内へ一気に放出させて回収貯蔵する。
【００５０】
これにより、前述した実施形態の場合と同様に、発電運転を継続しながら、循環流通する前記ガス１，２の濃度（分圧）の低下、すなわち、不純物ガス濃度（分圧）の上昇を抑制することができる。
【００５１】
そして、上述した作動を繰り返し行って、前記回収貯蔵タンク１２７，１３７の内部の圧力が系外の圧力Ｐｎ（例えば常圧）よりも高く前記燃料電池本体１１０の定常運転圧力Ｐｏよりも低い規定値Ｐｐ（Ｐｎ＜Ｐｐ＜Ｐｏ）にまで到達すると（図５中、位置Ｇ）、前記制御装置２４０は、前記圧力センサ１２８，１３８からの情報に基づいて、当該回収貯蔵タンク１２７，１３７内の前記ガス１，２を系外へ放出するように、前記バルブ２２９，２３９を開放制御する。
【００５２】
そして、前記回収貯蔵タンク１２７，１３７の内部が系外の圧力Ｐｎまで低下すると（図５中、位置Ｈ）、前記制御装置２４０は、前記圧力センサ１２８，１３８からの情報に基づいて、前記バルブ２２９，２３９を閉鎖制御する。
【００５３】
以下、前記バルブ１２２９，２３９の上述した作動制御を繰り返し行うことにより、前記燃料電池本体１１０の内部から前記回収貯蔵タンク１２７，１３７の内部への前記ガス１，２の回収を継続して行うことができる。
【００５４】
したがって、本実施形態に係る燃料電池発電システム２００によれば、前述した実施形態に係る燃料電池発電システム１００の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前記ガス１，２を系外へ排出可能な開放系空間内であれば、前述した実施形態に係る燃料電池発電システム１００の場合よりも長期にわたって継続して発電運転を行うことができる。
【００５５】
［他の実施形態］
〈濃縮開始タイミングの検知〉
なお、前述した実施形態においては、前記ガス１，２の第一の濃度検知手段として、前記燃料電池本体１１０の内部の前記ガス１，２の濃度を検出する前記ガスセンサ１２３，１３３を適用して、当該ガスセンサ１２３，１３３からの情報に基づいて、前記制御装置１４０，２４０が前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知して、前記燃料電池本体１１０の外部への前記ガス１，２の排出を停止するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記ガス１，２の第一の濃度検知手段を以下のように構成して前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知することも可能である。
【００５６】
i）  前記ガスボンベ１２１，１３１内から送給された前記ガス１，２の流量を計測する当該ガス１，２の流量計測手段となる流量計を設けると共に、当該流量計で計測された前記ガス１，２の流量から前記燃料電池本体１１０への当該ガス１，２の積算流量を求め、当該積算流量及び予め求めた前記ガスボンベ１２１，１３１内の前記ガス１，２の濃度から、当該燃料電池本体１１０内の当該ガス１，２の濃度を算出する前記ガス１，２の第一の濃度算出手段を設けることにより、前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知する。
【００５７】
ii）  前記燃料電池本体１１０の発電により流れた電流値を計測する電流計測手段となる電流計を設けると共に、当該電流計で計測された電流値から前記燃料電池本体１１０の発電での積算電流量を求め、当該積算電流量から当該燃料電池本体１１０へ送給された前記ガス１，２の積算流量を算出し、当該積算流量及び予め求めた前記ガスボンベ１２１，１３１内の前記ガス１，２の濃度から、当該燃料電池本体１１０内の当該ガス１，２の濃度を算出する前記ガス１，２の第一の濃度算出手段を設けることにより、前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知する。
【００５８】
iii）  前記ガスボンベ１２１，１３１内から送給された前記ガス１，２の濃度を検出する供給水素ガス濃度検出手段となる前記ガス１，２のセンサと、前記ガスタンク１２１，１３１内から送給された前記ガス１，２の流量を計測する前記ガス１，２の流量計測手段となる流量計とを設けると共に、前記流量計で計測された前記ガス１，２の流量から前記燃料電池本体１１０への当該ガス１，２の積算流量を求め、当該積算流量及び前記センサで検出された前記ガス１，２の濃度から、当該燃料電池本体１１０内の当該ガス１，２の濃度を算出する前記ガス１，２の第一の濃度算出手段を設けることにより、前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知する。
【００５９】
iv）  前記ガスボンベ１２１，１３１内から送給された前記ガス１，２の濃度を検出する供給水素ガス濃度検出手段となる前記ガス１，２のセンサと、前記燃料電池本体１１０の発電により流れた電流値を計測する電流計測手段となる電流計とを設けると共に、前記電流計で計測された電流値から前記燃料電池本体１１０の発電での積算電流量を求め、当該積算電流量から当該燃料電池本体１１０へ送給された前記ガス１，２の積算流量を算出し、当該積算流量及び前記センサで検出された前記ガス１，２の濃度から、当該燃料電池本体１１０内の当該ガス１，２の濃度を算出する前記ガス１，２の第一の濃度算出手段を設けることにより、前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知する。
【００６０】
v）  前記ガスボンベ１２１，１３１内から送給された前記ガス１，２の流量を計測する当該ガス１，２の流量計測手段となる流量計と、前記燃料電池本体１１０の発電により流れた電流値を計測する電流計測手段となる電流計とを設けると共に、前記流量計で計測された前記ガス１，２の流量から前記燃料電池本体１１０への当該ガス１，２の積算流量を求めると共に、前記電流計で計測された電流値から前記燃料電池本体１１０の発電での積算電流量を求め、当該積算電流量から当該燃料電池本体１１０で消費された前記ガス１，２の積算消費量を算出し、上記積算流量と上記積算消費量との差分から、当該燃料電池本体１１０内の当該ガス１，２の濃度を算出する前記ガス１，２の第一の濃度算出手段を設けることにより、前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知する。
【００６１】
〈排気開始タイミングの検知〉
また、前述した実施形態においては、前記ガス１，２の第二の濃度検知手段として、前記燃料電池本体１１０の電圧を計測する電圧計測手段となる電圧計１１１を適用して、当該電圧計１１１からの情報に基づいて、前記不純物ガスの濃縮に伴う当該燃料電池本体１１０の電圧低下を利用することにより、前記制御装置１４０，２４０が前記ガス１，２の排気開始タイミングを検知して、当該燃料電池本体１１０の外部への前記ガス１，２の排出を開始するようにしたが、例えば、運転条件等各種の事情から、前記不純物ガスの濃縮に伴う前記燃料電池本体１１０の電圧低下が小さく、当該電圧低下に基づく前記ガス１，２の排気開始タイミングを適切に検知できない等の場合には、他の実施形態として、例えば、以下のようにして求められる規定時間に基づいて、前記ガス１，２の排気開始タイミングを検知するようにするとよい。
【００６２】
i）  前記ガスボンベ１２１，１３１内から送給された前記ガス１，２の流量を計測する当該ガス１，２の流量計測手段となる流量計と、前記燃料電池本体１１０の内部の燃料極側及び酸化極側の圧力及び温度をそれぞれ計測する圧力計測手段となる圧力計及び温度計とを設けると共に、前記流量計で計測された前記ガス１，２の流量から、前記不純物ガスの濃縮を開始してからの前記燃料電池本体１１０への当該ガス１，２の積算流量を求める一方、前記圧力計及び前記温度計で計測された前記燃料電池本体１１０の内部の圧力及び温度並びに予め求められている当該燃料電池本体１１０の前記ガス１，２の流通路及び前記循環流通ラインの合計容積から系内ガス容積を求め、前記積算流量と上記系内ガス容積とを比較することにより、当該燃料電池本体１１０内の当該ガス１，２の濃度を求める前記ガス１，２の第二の濃度算出手段を設け、前記積算流量が前記系内ガス容積を超えたときを規定時間として、前記ガス１，２の排出開始タイミングを検知する。
【００６３】
ii）  前記燃料電池本体１１０の発電により流れた電流値を計測する電流計測手段となる電流計と、前記燃料電池本体１１０の内部の燃料極側及び酸化極側の圧力及び温度をそれぞれ計測する圧力計測手段となる圧力計及び温度計とを設けると共に、前記電流計で計測された前記電流値から、前記不純物ガスの濃縮を開始してからの前記燃料電池本体１１０の発電での積算電流量を求め、当該積算電流量から当該燃料電池本体１１０で消費された前記ガス１，２の積算消費量を算出する一方、前記圧力計及び前記温度計で計測された前記燃料電池本体１１０の内部の圧力及び温度並びに予め求められている当該燃料電池本体１１０の前記ガス１，２の流通路及び前記循環流通ラインの合計容積から系内ガス容積を求め、前記積算消費量と上記系内ガス容積とを比較することにより、当該燃料電池本体１１０内の当該ガス１，２の濃度を求める前記ガス１，２の第二の濃度算出手段を設け、前記積算消費量が前記系内ガス容積を超えたときを規定時間として、前記ガス１，２の排出開始タイミングを検知する。
【００６４】
〈その他〉
また、前述した実施形態においては、前記燃料電池本体１１０内で前記発電反応に寄与しなかった前記ガス１，２を前記ガス排出口から排出して、前記三方弁１２４，１３４を介して前記循環ブロア１２６，１３６によって、前記ガスボンベ１２１，１３１からの新たな前記ガス１，２と合流して、当該燃料電池本体１１０の前記ガス供給口へ再び供給する循環流通手段である循環流通ラインを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、前記循環流通ラインを省略して、前記燃料電池本体１１０内で前記発電反応に使用されるだけ、すなわち、前記発電反応で消費されるだけの前記ガス１，２を前記ガスボンベ１２１，１３１から当該燃料電池本体１１０へ供給することにより、当該ガス１，２を循環再利用することなくほぼすべて使い切るようにしたタイプの燃料電池発電システムの場合であっても、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。
【００６５】
また、前述した実施形態においては、燃料電池本体１１０を１つ備えた燃料電池発電システム１００，２００の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、前記ガス１，２を直列又は並列に流通させるように燃料電池本体１１０を複数接続した燃料電池発電システムの場合であっても、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。ここで、前記ガス１，２を直列に流通させるように燃料電池本体１１０を複数接続した燃料電池発電システムの場合には、前記ガス１，２の流通方向最下流側に位置する燃料電池本体１１０のみに対して、前述した実施形態のようにして前記不純物ガスの濃縮及び排気を行うだけでよい。
【００６６】
また、前述した実施形態においては、燃料ガスとして水素ガス１を適用すると共に酸化ガスとして酸素ガス２を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、燃料ガスとして水素ガス１を適用する一方、酸化ガスとして空気を適用した場合には、燃料ガス流通系統のみ前述した実施形態の場合と同様に適用することが可能であり、酸化ガスとして酸素ガス２を適用する一方、燃料ガスとして灯油や天然ガス等を改質した改質ガスを適用した場合には、酸化ガス流通系統のみ前述した実施形態の場合と同様に適用することが可能である。
【００６７】
また、本発明は、前述した実施形態のみに限らず、前述した実施形態を必要に応じて適宜組み合わせて適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る燃料電池発電システムは、ガスの有効利用効率を大幅に向上させることができ、発電効率を大きく向上させることができることから、各種産業において、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  水素ガス
２  酸素ガス
３  水
１００  燃料電池発電システム
１１０  燃料電池本体
１１１  電圧計
１２１  水素ガスボンベ
１２２  バルブ
１２３  水素ガスセンサ
１２４  三方弁
１２４ａ〜１２４ｃ  口
１２５  ドレンセパレータ
１２６  循環ブロア
１２７  回収貯蔵タンク
１２７ａ  逆止弁
１２８  圧力センサ
１３１  酸素ガスボンベ
１３２  バルブ
１３３  酸素ガスセンサ
１３４  三方弁
１３４ａ〜１３４ｃ  口
１３５  ドレンセパレータ
１３６  循環ブロア
１３７  回収貯蔵タンク
１３７ａ  逆止弁
１３８  酸素ガスセンサ
１４０  制御装置
２００  燃料電池発電システム
２２７ａ，２３７ａ  逆止弁
２２９，２３９  バルブ
２４０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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