(57)【要約】      （修正有）【課題】アノードの触媒の耐ＣＯ被毒性の劣化を回復可能な燃料電池システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池１と、燃料ガス流路にその下流端が連通する燃料ガス供給路２９と、燃料ガス供給路の上流端に接続され、燃料ガスを燃料ガス供給路を通じて燃料ガス流路に供給する燃料処理器２１と、酸化剤ガス流路にその下流端が連通する酸化剤ガス供給路３７と、酸化剤ガス供給路の上流端に接続され、酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器３６と、その下流端が燃料ガス供給路及び酸化剤ガス供給路の少なくともいずれかの供給路（特定供給路）に接続されたパージガス供給路３３と、パージガス供給路の上流端に接続され該パージガス供給路にパージガスを供給するためのパージガス供給手段３０，２６と、パージガス流路を流れるパージガスを加熱するためのパージガス加熱器３４と、を備えている。【選択図】図１
2008243632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、前記電解質層を挟むように配置された、触媒を含むアノード及びカソードと、前記アノードに接触しながら燃料ガスが流れるように形成された燃料ガス流路と、前記カソードに接触しながら酸化剤ガスが流れるように形成された酸化剤ガス流路とを有するセルを備えた燃料電池と、
前記燃料ガス流路にその下流端が連通する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路の上流端に接続されており、原料ガスを改質して燃料ガスを生成し、この燃料ガスを該燃料ガス供給路を通じて前記燃料ガス流路に供給するための燃料処理器と、
前記酸化剤ガス流路にその下流端が連通する酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス供給路の上流端に接続され該酸化剤ガス供給路を通じて前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、
その下流端が前記燃料ガス供給路及び前記酸化剤ガス供給路の少なくともいずれかの供給路（以下、特定供給路）に接続されたパージガス供給路と、
前記パージガス供給路の上流端に接続され該パージガス供給路にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、
前記パージガス流路を流れるパージガスを加熱するためのパージガス加熱器と、を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記パージガス流路を前記特定供給路と連通及び遮断する連通／遮断器と、
前記燃料電池システムの停止動作において、前記連通／遮断器によって前記パージガス供給路を前記特定供給路に連通させ、前記パージガス供給手段によって前記パージガスを前記パージガス供給路に供給するための制御器をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料処理器は、前記原料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器と該改質器を加熱して該改質器に改質用の熱を供給する改質器加熱器とを有し、
前記パージガス加熱器は、前記改質器の熱を前記パージガス供給路を流れる前記パージガスに伝達する熱交換器で構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の温度を検出する電池温度検出器をさらに備え、
前記制御器は、前記パージガス加熱器によって、前記パージガスを前記電池温度検出器で検出される電池温度以上に加熱するよう構成されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記パージガスが、前記原料ガス、空気、又は不活性ガスである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
電解質層と、前記電解質層を挟むように配置された、触媒を含むアノード及びカソードと、前記アノードに接触しながら燃料ガスが流れるように形成された燃料ガス流路と、前記カソードに接触しながら酸化剤ガスが流れるように形成された酸化剤ガス流路とを有するセルを備えた燃料電池と、
前記燃料ガス流路にその下流端が連通する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給路の上流端に接続されており、原料ガスを改質して燃料ガスを生成し、この燃料ガスを該燃料ガス供給路を通じて前記燃料ガス流路に供給するための燃料処理器と、
前記酸化剤ガス流路にその下流端が連通する酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス供給路の上流端に接続され該酸化剤ガス供給路を通じて前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、
その下流端が前記燃料ガス供給路及び前記酸化剤ガス供給路の少なくともいずれかの供給路（以下、特定供給路）に接続されその上流端からパージガスを供給されるパージガス供給路と、
前記パージガス供給路の上流端に接続され該パージガス供給路にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、
前記パージガス流路を流れるパージガスを加熱するためのパージガス加熱器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムの停止動作において、パージガス供給手段によって前記パージガス供給路にパージガスを供給するステップを有する、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、燃料電池システム及びその運転方法に関し、特にアノードの触媒の耐ＣＯ被毒性の劣化防止を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に、セル（単電池）が複数積層された構造を有しており、各セルは、イオンを輸送する電解質層と、この電解質層を挟むように配置された、触媒を含むアノード及びカソードと、アノードに接触しながら燃料ガスが流れるように形成された燃料ガス流路と、カソードに接触しながら酸化剤ガスが流れるように形成された酸化剤ガス流路とを備えている。このような燃料電池の燃料ガスである水素ガスはインフラが整備されていないので、家庭用の燃料電池には、一般に燃料処理器が併設される。この燃料処理器は、一般には、インフラが整備された都市ガスを水素リッチな改質ガスに改質する改質器を備えている。しかし、この改質ガスは副生物として一酸化炭素（以下、ＣＯという）を多く含むため、通常は、改質器の下流に変成器及び浄化器が設置されて、そのＣＯ濃度が１０ｐｐｍ以下に低減され、これが燃料ガスとして燃料電池のアノードに供給される。
【０００３】
一方、アノードに含まれる触媒の材料としては一般に白金が用いられるが、この白金は燃料電池の動作温度領域においてＣＯにより被毒し、その触媒活性が低下する。そこで、アノードの触媒は、通常、白金−ルテニウム合金等の耐ＣＯ被毒性を有する材料で構成される。しかし、このような耐ＣＯ被毒性を有する材料でアノードの触媒を構成しても、その触媒活性を確保するためには、燃料ガスのＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に抑制しなければならない。そこで、上述のように燃料処理器に変成器及び浄化器を設置して改質ガス中に含まれるＣＯの濃度を１０ｐｐｍ以下に低減している。これにより、アノードの触媒の触媒活性の低下が図られている。
【０００４】
また、燃料電池内の水分を除去するという点で本発明と関連する技術として、運転を停止しようとする場合に、通常の運転時より低い加湿度の酸化剤ガスを供給して発電し、燃料電池内の残留水分を低減する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。これにより、燃料電池内に残留する水分の除去処理時間を短縮することができ、０℃以下における燃料電池の停止時に、残留した水分の凍結による被害を防止することができる。
【０００５】
また、燃料電池の停止時に残留ガスのパージを行うという点で本発明に関連する技術として、燃料電池の停止時に、まず、燃料電池内の残留ガスを蒸気でパージし、その後、その蒸気を空気でパージする技術が知られている（例えば特許文献２参照）。これにより、空気と燃料ガスとが接触することなく安全に、燃料電池の内部に残留する燃料ガスを、最も安価で入手容易な空気によって置換することができる。
【特許文献１】特開２００６−１５６０８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２３１２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者等は、上述のように白金−ルテニウム合金でアノードの触媒を構成して、耐ＣＯ被毒性を持たせた燃料電池でも反応ガスを加湿した状態で長時間運転するとアノードの触媒の耐ＣＯ被毒性が劣化するという事実を発見した。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、アノードの触媒の耐ＣＯ被毒性の劣化を回復可能な燃料電池システム及びその運転方法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】
【０００８】
本発明者は上述の課題を解決すべく鋭意研究した結果、長時間運転によって著しく耐ＣＯ被毒性が劣化した燃料電池のアノードに乾燥したガスを供給すると、耐ＣＯ被毒性が回復することを発見した。この研究には高分子電解質形燃料電池を用いた。耐ＣＯ被毒性の劣化は、燃料電池の出力電圧の低下として現れるが、燃料ガスのＣＯ濃度を変化させて出力電圧の変化を測定する等して、この燃料電池の出力電圧の低下がアノードの劣化に起因していることは確認している。しかしながら、乾燥ガスを供給することによってアノードの触媒の耐ＣＯ被毒性が回復するメカニズムは解明されていない。本発明者等は、このメカニズムは以下のようであると推定している。すなわち、燃料電池の長時間運転によってアノードの表面が親水化し、それによりアノードに多量の水が保持されることとなり、この多量の水がアノードの耐ＣＯ被毒性を低下し、出力電圧の低下が大きくなる。それ故、乾燥ガスをアノードに供給することによってその多量の水が乾燥ガスにより除去されると、アノードの耐ＣＯ被毒性が回復する。
【０００９】
また、以下のことを注記する。
【００１０】
第１に、乾燥ガスは、燃料電池が発電していない時にアノードに供給する必要がある。本発明者等は、燃料電池が発電しているときに、アノードに乾燥ガスを供給してもアノードの耐ＣＯ被毒性の劣化は回復しないことを確認している。また、発電中に乾燥ガスをアノードに供給すると、高分子電解質膜の損傷等を招く恐れがある。従って、特許文献１に開示された、運転を停止しようとする場合に、通常の運転時より低い加湿度の酸化剤ガスを供給して発電し、燃料電池内の残留水分を低減する技術では、発電中に水分除去を行うので、この技術によってアノードの耐ＣＯ被毒性の劣化を回復することはできないと考えられる。
【００１１】
第２に、乾燥ガスの乾燥の程度に関して、加湿したガスと加湿していないガスとは、乾燥の程度が顕著に相違することに注意する必要がある。加湿していないガスの露点は氷点下の温度であるが、加湿したガスの露点は室温以上の温度である。従って、低加湿であっても、加湿したガスをアノードに供給してもアノードの耐ＣＯ被毒性の劣化をほとんど回復することができないと本発明者等は考えている。従って、特許文献１に記載されている技術では、水分除去のために加湿（低加湿）したガスを用いているので、この観点からもこの技術によってアノードの耐ＣＯ被毒性の劣化を回復することはできないと考えられる。
【００１２】
第３に、乾燥ガスを加熱することが重要であるということである。上述のように、乾燥ガスは燃料電池が発電していないときに供給する必要があるので、実際には、燃料電池の停止時に乾燥ガスをパージガスとしてアノード（正確には後述するようにカソードでも構わない）に供給する必要がある。通常、燃料電池の停止時には、燃料電池の温度を維持する冷却システムもエネルギー効率を確保するために停止される。そのため、燃料電池が停止すると周囲への放熱のために、燃料電池の温度は低下してしまう。同じパージ条件であれば、燃料電池の温度が高い程、燃料電池内の飽和蒸気圧が高いため、パージガスが持ち去ることができる水分量は多い。また、パージガスの温度が燃料電池の温度より低いと、熱交換によってより早く燃料電池の温度を低下させてしまう。そこで、パージガスを加熱して昇温させて燃料電池に供給することによって、パージガスの飽和蒸気圧を高く維持し、かつ、燃料電池の温度の低下を抑制することができるため、燃料電池内に残留する水分を効率よく排出することができる。一方、パージガスを加熱しない場合でも、燃料電池の停止時にパージガスが流れるガス配管やブロアとの熱交換によってパージガスが加温されるが、数℃の温度上昇が見込まれるに過ぎないので、アノードの耐ＣＯ被毒性の劣化を十分回復することはできないと考えられる。
【００１３】
このような観点から例えば特許文献２に開示された、燃料電池の停止時に燃料電池内の残留ガスを蒸気でパージした後、その蒸気を空気でパージする技術を評価すると、この技術ではパージ用の空気を加熱していないので、この技術によってアノードの耐ＣＯ被毒性の劣化を十分回復することはできないと考えられる。
【００１４】
第４に、パージガスは、アノードとカソードとの少なくともいずれかに供給すれば有効であるということである。例えば、カソードのみに乾燥ガスを供給した場合、カソード中の残留水分が除去されると、アノードとカソードとの水の濃度差によって電解質を介してアノードからカソードに水分が移動し、結果的にアノードとカソードとの両方の水分が除去されるからである。
【００１５】
本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、電解質層と、前記電解質層を挟むように配置された、触媒を含むアノード及びカソードと、前記アノードに接触しながら燃料ガスが流れるように形成された燃料ガス流路と、前記カソードに接触しながら酸化剤ガスが流れるように形成された酸化剤ガス流路とを有するセルを備えた燃料電池と、前記燃料ガス流路にその下流端が連通する燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路の上流端に接続されており、原料ガスを改質して燃料ガスを生成し、この燃料ガスを該燃料ガス供給路を通じて前記燃料ガス流路に供給するための燃料処理器と、前記酸化剤ガス流路にその下流端が連通する酸化剤ガス供給路と、前記酸化剤ガス供給路の上流端に接続され該酸化剤ガス供給路を通じて前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、その下流端が前記燃料ガス供給路及び前記酸化剤ガス供給路の少なくともいずれかの供給路（以下、特定供給路）に接続されたパージガス供給路と、前記パージガス供給路の上流端に接続され該パージガス供給路にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、前記パージガス流路を流れるパージガスを加熱するためのパージガス加熱器と、を備えている。このような構成とすると、停止時にパージガス加熱器によって加熱されて乾燥したパージガスを燃料ガス供給路及び酸化剤ガス供給路の少なくともいずれかの供給路に供給することによって、運転時にアノードに保持された水を乾燥したパージガスが吸収して除去するので、運転により劣化したアノードの耐ＣＯ被毒性を回復することができる。
【００１６】
前記燃料電池システムは、前記パージガス流路を前記特定供給路と連通及び遮断する連通／遮断器と、前記燃料電池システムの停止動作において、前記連通／遮断器によって前記パージガス供給路を前記特定供給路に連通させ、前記パージガス供給手段によって前記パージガスを前記パージガス供給路に供給するための制御器をさらに備えていてもよい。このような構成とすると、パージガス供給路に供給されたパージガスがパージガス加熱器によって加熱され、この加熱されたパージガスが特定供給路を通じて該特定供給路に連通する燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路の少なくともいずれかの流路に供給されるので、運転により劣化したアノードの耐ＣＯ被毒性を自動的に回復することができる。
【００１７】
前記燃料処理器は、前記原料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器と該改質器を加熱して該改質器に改質用の熱を供給する改質器加熱器とを有し、前記パージガス加熱器は、前記改質器の熱を前記パージガス供給路を流れる前記パージガスに伝達する熱交換器で構成されていてもよい。このような構成とすると、燃料電池システムの停止動作時に燃料電池システムにおける唯一の高温体である改質器を、パージガス加熱の熱源として有効に利用することができ、かつ、その結果として、パージガス専用の加熱の熱源が不要となる。
【００１８】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の温度を検出する電池温度検出器をさらに備え、  前記制御器は、前記パージガス加熱器によって、前記パージガスを前記電池温度検出器で検出される電池温度以上に加熱するよう構成されていてもよい。このような構成とすると、パージガスが電池を冷却しなくなるので、反応ガス流路入口部におけるパージガスの吸収水分量が増大して、アノードの耐ＣＯ被毒性の回復が促進される。
【００１９】
前記パージガスが、前記原料ガス、空気、又は不活性ガスであってもよい。
【００２０】
また、本発明の燃料電池システムの運転方法は、電解質層と、前記電解質層を挟むように配置された、触媒を含むアノード及びカソードと、前記アノードに接触しながら燃料ガスが流れるように形成された燃料ガス流路と、前記カソードに接触しながら酸化剤ガスが流れるように形成された酸化剤ガス流路とを有するセルを備えた燃料電池と、前記燃料ガス流路にその下流端が連通する燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給路の上流端に接続されており、原料ガスを改質して燃料ガスを生成し、この燃料ガスを該燃料ガス供給路を通じて前記燃料ガス流路に供給するための燃料処理器と、前記酸化剤ガス流路にその下流端が連通する酸化剤ガス供給路と、前記酸化剤ガス供給路の上流端に接続され該酸化剤ガス供給路を通じて前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、  その下流端が前記燃料ガス供給路及び前記酸化剤ガス供給路の少なくともいずれかの供給路（以下、特定供給路）に接続されその上流端からパージガスを供給されるパージガス供給路と、前記パージガス供給路の上流端に接続され該パージガス供給路にパージガスを供給するためのパージガス供給手段と、前記パージガス流路を流れるパージガスを加熱するためのパージガス加熱器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムの停止動作において、パージガス供給手段によって前記パージガス供給路にパージガスを供給するステップを有する。このような構成とすると、パージガス供給路に供給されたパージガスがパージガス加熱器によって加熱され、この加熱されたパージガスが特定供給路を通じて該特定供給路に連通する燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路の少なくともいずれかの流路に供給される。その結果、運転時にアノードに保持された水を乾燥したパージガスが吸収して除去するので、運転により劣化したアノードの耐ＣＯ被毒性を回復することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は以上に説明したように構成され、燃料電池システム及びその運転方法おいて、アノードの触媒の耐ＣＯ被毒性の劣化を回復することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【００２４】
［構成］
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、主要な構成要素として、燃料電池１と、燃料電池１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統と、燃料電池１に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系統と、燃料電池１を冷却する冷却システムと、燃料電池システム１００全体の動作を制御する制御系統と、を備えている。
【００２５】
燃料電池１は、高分子電解質形燃料電池の種々のタイプの周知のもので構成される。従って、燃料電池１については本発明と関連する限度で簡単に説明する。燃料電池１は、ここでは高分子電解質形の燃料電池で構成されている。この燃料電池１は、多数のセル９が積層されてなるセルスタックで構成されている。セル９は電解質層としての高分子電解質膜２を有している。この高分子電解質膜２の両方の主面の周縁部を除く部分にはアノード３及びカソード４が配置されている。高分子電解質膜２の両方の主面の周縁部には１対の環状のガスケット７，８が配置されている。そして、このアノード３及びガスケット７に接触するように導電性で板状のアノードセパレータ５が配置され、カソード４及びガスケット８に接触するように導電性で板状のカソードセパレータ６が配置されている。アノードセパレータ５の内面のアノードに接触する部分には溝状の燃料ガス流路１０が形成されている。カソードセパレータ６の内面のカソードに接触する部分には溝状の酸化剤ガス流路１１が形成されている。また、アノードセパレータ５の外面及びカソードセパレータ６の外面の互いに対応する部分には、溝状の冷却水流路（図示せず）が形成されている。そして、セルスタックにはセル９の積層方向に延びるように、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド、酸化剤ガス排出マニホールド、冷却水供給マニホールド、及び冷却水排出マニホールド（いずれも図示せず）が形成されている。各セル９の燃料ガス流路１０の上流端及び下流端はそれぞれ燃料ガス供給マニホールド及び燃料ガス排出マニホールドに接続され、各セル９の酸化剤ガス流路１１の上流端及び下流端はそれぞれ酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドに接続され、各セル９の冷却水流路の上流端及び下流端はそれぞれ冷却水供給マニホールド及び冷却水排出マニホールドに接続されている。
【００２６】
高分子電解質膜２は例えばパーフルオルスルホン酸ポリマからなる水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜で構成されている。アノード３及びカソード４はそれぞれ高分子電解質膜１に接触するように配置された触媒層（図示せず）とこの触媒層の外側に配置されたガス拡散層で構成されている。触媒層は多孔質カーボンに白金等の貴金属を担持した触媒と水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物で構成されている。アノード３の触媒には白金−ルテニウム合金が用いられている。カソード４の触媒層には白金が用いられている。ガス拡散層は、例えば、撥水処理が施されたカーボンペーパやカーボンクロスで構成されている。
【００２７】
これにより、燃料ガス供給マニホールドの入口に供給された燃料ガスが各セル９の燃料ガス流路１０をアノード３に接触しながら流れて燃料ガス排出マニホールドの出口から排出される。また、酸化剤ガス供給マニホールドの入口に供給された酸化剤ガスが各セル９の酸化剤ガス流路１１をカソード４に接触しながら流れて酸化剤ガス排出マニホールドの出口から排出される。また、燃料ガス供給マニホールドの入口に供給された燃料ガスが各セル９の燃料ガス流路１０をアノード３に接触しながら流れて燃料ガス排出マニホールドの出口から排出される。また、冷却水供給マニホールドの入口に供給された冷却水が隣接するセル９の間の冷却水流路１１を流れて冷却水排出マニホールドの出口から排出される。
【００２８】
燃料ガス供給系統は、原料ガス供給路２８を備えている。原料ガス供給路２８の上流端には、原料ガス供給器２６が配設されている。原料ガスとして、ここでは例えばメタンを主成分とする都市ガスが用いられ、原料ガス供給器２６の入口は都市ガスの配管に接続される。原料ガス供給器２６は例えばプランジャーポンプで構成されていて、原料ガスの流量を調整しながら原料ガス供給路２８に流す。また、原料ガス供給路２８の途中であって、原料ガス供給器２６の下流側には、図示されない脱硫器が配設されている。脱硫器は、原料ガスに付臭剤として含まれる硫黄化合物を吸着除去（脱硫）し、原料ガス供給路２８に流す。原料ガス供給路２８の下流端には燃料処理器２１が接続されている。燃料処理器２１は、処理ガスの流れ方向に順に設けられた改質器２２、変成器２４、及び浄化器２５を備えている。改質器２２は、改質触媒を備えていて、この改質器２２の入口に原料ガス供給路２８が接続されている。改質器２２には燃焼器（改質器加熱器）２３が設けられている。燃焼器２３はここではバーナで構成されていて、燃料電池１から供給されるオフガス（後述する）を燃焼空気供給器４０から供給される燃焼用の空気によって燃焼させる。この燃焼熱及び燃焼排ガスの熱により改質器２２が加熱される。燃焼空気供給器４０は例えばシロッコファンで構成されている。改質器２２は、原料ガス供給路２８から供給される原料ガスを図示されない水供給器から供給される水と燃焼器２３から供給される熱とを用いて改質触媒によって改質して水素リッチな改質ガスを生成する。変成器２４は、変成触媒を用いてこの改質ガス中のＣＯを水素とＣＯ２に転化し、それにり、改質ガスのＣＯ濃度を低減する。浄化器２５は、酸化触媒を用いて変成器２４でＣＯ濃度を低減された改質ガスを酸化してそのＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減する。
【００２９】
浄化器２５の出口には燃料ガス供給路２９の上流端が接続されている。この燃料ガス供給路の下流端は燃料電池１に接続されている。この燃料ガス供給路２９に浄化器２５から上述のＣＯガスが低減された改質ガスが燃料ガスとして流出する。燃料ガス供給路２９の途中には加湿器２７が配設されていて、この燃料ガスはこの加湿器２７によって加湿される。
【００３０】
燃料ガス供給路２９の下流端は燃料電池１の燃料ガス供給マニホールドの入口に接続されている。燃料ガス供給路２９から供給される加湿された燃料ガスは燃料ガス供給マニホールド及び燃料ガス流路１０を通じてアノード３に至りそこで酸化剤ガスと反応して電気と熱とを発生し、消費される。燃料ガス排出マニホールドの出口には燃料ガス排出路３５の上流端が接続されていて、消費されなかった未反応の燃料ガスは燃料ガス流路及び燃料ガス排出マニホールドを通じてこの燃料ガス排出路３５に流出する。燃料ガス排出路３５の下流端は上述の燃焼器２３に接続されていて、この未反応の燃料ガスはオフガスとして燃焼器２３に供給され、上述のようにそこで燃焼される。
【００３１】
酸化剤ガス供給系統は、酸化剤ガス供給器３６を備えている。酸化剤ガスとして、ここでは空気が用いられ、酸化剤ガス供給器３６は、例えばブロアで構成されている。酸化剤ガス供給器３６には酸化剤ガス供給路３７の上流端が接続されている。この酸化剤ガス供給路３７に酸化剤ガス供給器３６から酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガス供給路３７の途中には加湿器３８が配設されていて、この酸化剤ガスはこの加湿器３８によって加湿される。酸化剤ガス供給路３７の下流端は燃料電池１の酸化剤ガス供給マニホールドの入口に接続されている。酸化剤ガス供給路３７から供給される加湿された酸化剤ガスは酸化剤ガス供給マニホールド及び酸化剤ガス流路１１を通じてカソード４に至りそこで上述のように燃料ガスと反応して電気と熱とを発生し、消費される。酸化剤ガス排出マニホールドの出口には酸化剤ガス排出路３９の上流端が接続されていて、消費されなかった未反応の酸化剤ガスは酸化剤ガス流路１１及び酸化剤ガス排出マニホールドを通じてこの酸化剤ガス排出路３９に流出する。酸化剤ガス排出路３９の下流端は開放されていて、この未反応の酸化剤ガスは大気中に放出される。
【００３２】
冷却システムは、冷却器５１と冷却水循環路５２とを備えている。冷却水循環路５２は燃料電池１の冷却水供給マニホールドの入口と冷却水排出マニホールドの出口とに接続されている。冷却器５１は冷却水循環路５２上に配設された冷却水ポンプ（図示せず）と放熱器（図示せず）とを備えている。放熱器は、排熱回収路を循環する貯湯水との熱交換器、あるいは放熱用のフィンと冷却用のファンとを備えていて単純に放熱を行う放熱器等によって構成されている。これにより、冷却水ポンプによって冷却水循環路５２及び燃料電池１の冷却水供給マニホールド、冷却水流路、及び冷却水排出マニホールド（以下、冷却水経路）を通って冷却水が循環され、この冷却水が燃料電池１から排熱を回収することによって燃料電池１が冷却され、この回収された排熱が放熱器により放熱される。これにより、燃料電池１が所定の温度に維持される。
【００３３】
さらに、燃料電池１では、そのセルスタックの両端に一対の電気出力端子６１Ａ，６１Ｂが設けられている。電気出力端子６１Ａ，６１Ｂには出力制御器６３が接続されている。出力制御器６３は、インバータを備えていて、燃料電池１から出力される直流の電力を交流の電力に変換して出力する。また、出力制御器６３はその出力を調整することができ、この出力制御器６３の出力を調整することによって燃料電池１で発生する電力が調整される。
【００３４】
次に、本発明を特徴付ける構成について説明する。
【００３５】
本実施の形態では、燃料電池システム１００は、パージガス供給路３３とこのパージガス供給路３３を流れるパージガスを燃焼器２３に由来する熱で加熱するための熱交換器（パージガス加熱器）３４とを備えている。原料ガス供給路２８の原料ガス供給器２６の下流側に配置されている脱硫器と改質器２２との間の部分には第１の三方弁（パージガス供給手段）３０が配設されている。この第１の三方弁３０は原料ガス供給器２６及び脱硫器とともにパージガス供給手段を構成している。
【００３６】
第１の三方弁３０の第１のポート３０ａには原料ガス供給路２８の原料ガス供給器２６及び脱硫器側の部分が接続され、第１の三方弁３０の第２のポート３０ｂには原料ガス供給路２８の改質器２２側の部分が接続され、第１の三方弁３０の第３のポート３０ｃにはパージガス供給路３３の上流端が接続されている。また、燃料ガス供給路２９の加湿器２７と燃料電池１との間の部分には第２の三方弁（連通／遮断器）３１が配設されている。第２の三方弁３１の第１のポート３１ａには燃料ガス供給路２９の加湿器２７側の部分が接続され、第２の三方弁３１の第２のポート３１ｂには燃料ガス供給路２９の燃料電池１側の部分が接続されている。パージガス供給路３３の下流部は分岐しており、この分岐した一方の供給路の下流端が第２の三方弁３１の第３のポート３１ｃに接続されている。また、酸化剤ガス供給路３７の加湿器３８と燃料電池１との間の部分には第３の三方弁（連通／遮断器）３２が配設されている。第３の三方弁３２の第１のポート３１ａには酸化剤ガス供給路３７の加湿器３８側の部分が接続され、第３の三方弁３２の第２のポート３２ｂには酸化剤ガス供給路３７の燃料電池１側の部分が接続され、第３の三方弁３２の第３のポート３１ｃに、パージガス供給路３３の分岐した他方の供給路の下流端が接続されている。
【００３７】
次に、熱交換器３４の具体的構成を説明する。図２は、図１の熱交換器３４の３種類の構成例を示す模式図であって、（ａ）は第１の構成例を示す図、（ｂ）は第２の構成例を示す図、（ｃ）は第３の構成例を示す図である。
【００３８】
熱交換器３４は、例えば、図２（ａ）〜図（ｃ）に示すような態様に構成することができる。図２（ａ）に示すように、改質器２２は反応容器で構成されており、例えば両端が閉鎖された円筒形状に形成されている。第１の構成例では、この改質器２２の外周面にパージガス供給路３３を構成する熱伝導性の配管が巻き付けられている。この配管の改質器２２に巻き付けられた部分が熱交換器３４を構成している。この構成によれば、この配管の改質器２２に巻き付けられた部分を流れるパージガスが改質器２２から伝達される熱（燃焼器２３由来の熱である）によって加熱される。
【００３９】
また、図２（ｂ）に示すように、第２の構成例では、改質器２２の上端面に多数のフィン４２が形成されていて、この多数のフィン４２が、下端が開放された短円筒状のカバー４１によって覆われている。そして、このカバー４１に、該カバー４１の内部空間に連通するように、パージガス供給路３３が接続されている。このフィン４１とカバー４２とが熱交換器３４を構成している。この構成によれば、カバー４１の内部空間を流れるパージガスがフィン４２を通じて改質器２２から伝達される熱によって加熱される。
【００４０】
また、図２（ｃ）に示すように、第３の構成例では、改質器２２を、パージガス供給路３３を構成する熱伝導性の配管が貫通している。この配管の改質器２２を貫通する部分が熱交換器３４を構成している。この構成によれば、この配管の改質器２２を貫通する部分を流れるパージガスが改質器２２から伝達される熱によって加熱される。
【００４１】
次に、制御系統を説明する。
【００４２】
図１に示すように、制御系統は制御器７０を備えている。そして、燃料電池１の冷却水マニホールドの入口部分に温度センサＳが設けられている。温度センサＳは、例えば、熱電対によって構成されている。温度センサＳは冷却水の燃料電池１への入口における温度を検出し、その検出信号を制御器７０に入力する。この他、燃料電池システム１００の適所に所要のセンサが設けられ、これらの検出信号が制御器７０に入力される。制御器７０は、温度センサＳの入力に基づいて燃料電池１の温度を制御する。また、制御器７０は、出力制御器６３含む他の構成要素の動作を上述の所要のセンサの入力に基づいて制御する。かくして、制御器７０は燃料電池システム１００全体の動作を制御する。制御器７０は、マイコン等の演算器で構成されている。本発明において、制御器とは単独の制御器のみならず複数の制御器によって構成される制御器群をも意味する。従って、制御器７０は、必ずしも単独の制御器によって構成される必要はなく、複数の制御器によって構成されていて、それらが協働して燃料電池システム１００の動作を制御するように構成されていてもよい。
【００４３】
［動作（運転方法）］
次に、以上のように構成された燃料電池システム１００の動作（運転方法）を説明する。この動作は制御器７０が燃料電池システム１００を制御することによって遂行される。
【００４４】
まず、一般的動作を簡単に説明する。
【００４５】
図１を参照すると、燃料電池システム１００の動作は、起動時、運転（発電）時、停止時に分けられる。起動時には、円滑に運転（発電）状態に移行するように所定の手順で燃料電池システム１００が立ち上げられる。運転時には、発電が行われる。停止時には運転状態から所定の手順で燃料電池システム１００が円滑に停止される。
【００４６】
運転時においては、第１乃至第３の三方弁３０〜３２が、パージガス供給路３３を、それぞれ、原料ガス供給路２８、燃料ガス供給路２９、及び酸化剤ガス供給路３７と遮断するように作動される。すなわち、第１の三方弁３０は、第１のポート３０ａを、第２のポート３０ｂと連通しかつ第３のポート３０ｃと遮断する。第２の三方弁３１は、第１のポート３１ａを、第２のポート３１ｂと連通しかつ第３のポート３１ｃと遮断する。第３の三方弁３２は、第１のポート３２ａを、第２のポート３２ｂと連通しかつ第３のポート３２ｃと遮断する。
【００４７】
これにより、原料供給器２６によって流量を調整されながら原料ガスが原料ガス供給路２８を通って燃料処理器２１に供給され、そこで改質ガスに改質される。この改質ガスが燃料ガスとして燃料ガス供給路２９を通って燃料電池１に供給される。一方、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給路３７を通って燃料電池１に供給される。燃料電池１に供給された燃料ガス及び酸化剤ガスはその内部で消費されて発熱を伴った発電が行われ、未消費の燃料ガス及び酸化剤ガスは、それぞれ、燃料ガス排出路３５及び酸化剤ガス排出路３９に排出される。
【００４８】
一方、冷却器５１は冷却水を循環させて燃料電池１を所定の温度に維持する。本実施の形態では、燃料電池１への入口における冷却水の温度を、燃料電池１の電池温度と見なす。燃料電池１ではその温度が分布していて、特定の温度で代表せざるを得ないことと燃料電池１の温度の最低点は、燃料電池１への冷却水の入口であって、その温度は冷却水の温度で一義的に定まることとがその理由である。制御器７０は、この燃料電池１の温度を温度センサＳの検出信号によって認識する。そして、この燃料電池１の温度が所定の温度になるよう冷却器５１を制御する。また、出力制御器６３は、負荷（図示せず）の要求に応じて燃料電池１から供給される直流電力を交流に変換して当該負荷に出力する。この出力制御器６３の出力に応じて燃料電池１は発電する。
【００４９】
次に、本発明の特徴的動作を説明する。
【００５０】
図３は本発明を特徴付けるパージを示すフローチャートである。このパージは、制御器７０の内部メモリに記憶された所定のプログラムを制御器７０のＣＰＵ等の演算部が実行することにより遂行される。また、このパージは、燃料電池システム１００の停止時に遂行される。
【００５１】
図１及び図３を参照すると、まず、制御器７０は、発電を停止して停止動作を開始する（ステップＳ１）。本発明においては、停止動作を、制御器７０が停止信号を出力してから、燃料電池システム１００がその動作を停止するまでの動作として定義する。なお、燃料電池システム１００がその動作を停止するとは、制御器７０は動作していて、制御器７０以外の部分の動作が停止している状態をいう。制御器７０は、停止ボタンによって停止指令が入力されたとき、及び負荷からの発電要求が無くなった（図示されない負荷電力検知器で検出される負荷電力が所定の閾値以下となったとき）ときに、停止信号を出力する。また、発電の停止は、出力制御器６３の出力をゼロにするとともに出力制御器６３により（正確には出力制御器６３を構成するインバータをゲートブロックすることにより）燃料電池１を負荷から電気的に切り離すことによって行われる。
【００５２】
次いで、制御器７０は、原料ガス供給器２６を制御して、原料ガスの供給を停止する。これにより、燃料ガスの供給が停止される。また、制御器７０は、酸化剤ガス供給器３６を制御して、酸化剤ガスの供給を停止する（ステップＳ２）。
【００５３】
次いで、制御器７０は、燃料処理器２１を停止する（ステップＳ３）。
【００５４】
次いで、制御器７０は、第１乃至第３の三方弁３０〜３２を制御して、パージガス供給路３３を、それぞれ、原料ガス供給路２８、燃料ガス供給路２９、及び酸化剤ガス供給路３７と連通させる（ステップＳ４）。具体的には、第１の三方弁３０は、第１のポート３０ａを、第３のポート３０ｃと連通しかつ第２のポート３０ｂと遮断する。第２の三方弁３１は、第１のポート３１ａを、第３のポート３１ｂと連通しかつ第２のポート３１ｂと遮断する。第３の三方弁３２は、第１のポート３２ａを、第３のポート３２ｃと連通しかつ第２のポート３２ｂと遮断する。
【００５５】
次いで、制御器７０は、原料供給器２６を制御して原料ガス供給路２８に原料ガスを供給する（ステップＳ５）。すると、この原料ガスが、パージガスとして、三方弁３０の第３のポート３０ｃからパージガス供給路３３に流入し、熱交換器３４を通過する。この際、この原料ガス（以下、パージガスという）が、熱交換器３４において改質器２２の予熱によって加熱される。改質器２２は通常７００℃程度の温度で運転されるので、停止してもしばらくの間はその温度が相当高い。それ故、改質器２２によってパージガスを十分加熱することができる。パージガスは、その温度が燃料電池１の温度（通常は６０℃程度）より高くなるように、その流量が予め制御器７０に設定されていて、制御器７０は、パージガスの流量を原料ガス供給器２６によってこの設定された流量に制御する。この設定される流量は予め実験等によって求められる。
【００５６】
熱交換器２４で加熱されたパージガスは、三方弁３１の第３のポート３１ｃから燃料ガス供給路２９に流入するとともに三方弁３２の第３のポート３２ｃから酸化剤ガス供給路３７に流入する。燃料ガス供給路２９に流入したパージガスは燃料電池１内の燃料ガス流路１０を通流して、燃料ガス排出路３５に排出される。この過程で、燃料ガス流路１０を流れるパージガスによって、発電中にアノード３に保持された多量の水が除去される（運び去られる）。また、酸化剤ガス供給路３７に流入したパージガスは燃料電池１内の酸化剤ガス流路１１を通流して、酸化剤ガス排出路３５に排出される。この過程で、酸化剤ガス流路１１を流れるパージガスがカソード４及び高分子電解質膜２を透過してアノード３に到り、燃料ガス流路１０を流れるパージガスとともにアノード３に保持された多量の水を除去する。
【００５７】
次いで、制御器７０は、燃料処理機２１の温度が所定の温度以下に低下するのを待機する（ステップＳ６）。また、この所定の温度は、燃料電池システムの停止中に酸化雰囲気になって起こる改質触媒の劣化を回避できる温度、あるいは燃料電池システムの停止後すぐに再起動して仮に燃料処理器２１に原料ガスのみが導入さても炭素析出が起きない温度として、約３００℃から４００℃の温度に設定される。
【００５８】
そして、制御器７０は、燃料電池１の温度が所定の温度以下に低下すると、原料供給器２６によってパージガスの供給を停止する（ステップＳ７）。
【００５９】
次いで、制御器７０は、第１乃至第３の三方弁３０〜３２を制御して、パージガス供給路３３を、それぞれ、原料ガス供給路２８、燃料ガス供給路２９、及び酸化剤ガス供給路３７と遮断させる（ステップＳ８）。具体的には、第１の三方弁３０は、第１のポート３０ａを、第２のポート３０ｂと連通しかつ第３のポート３０ｃと遮断する。第２の三方弁３１は、第１のポート３１ａを、第２のポート３１ｂと連通しかつ第３のポート３１ｃと遮断する。第３の三方弁３２は、第１のポート３２ａを、第２のポート３２ｂと連通しかつ第３のポート３２ｃと遮断する。
【００６０】
これにより、パージが終了する。その後、所定の手順により燃料電池システム１００が停止される。
【００６１】
以上のパージにより、運転中にアノード３に保持された水が除去され、それにより、アノード３の触媒の耐ＣＯ被毒性が回復される。
【００６２】
［パージガス加熱の効果］
＜比較例との対比＞
次に、本実施形態（本発明）におけるパージガスを加熱する効果を比較例と比較して説明する。
【００６３】
図４は燃料ガス流路上の位置と、パージガスの温度及び露点、燃料電池１の温度、並びにアノード上の残留水との関係を概念的に示すグラフであって、（ａ）は比較例についてのグラフ図、（ｂ）は本実施の形態についてのグラフである。
【００６４】
比較例は、パージガス（原料ガス）を加熱しない他は本実施の形態と同じである。図４（ａ）に示すように、比較例では、パージガスが外気温に近い温度であるため、パージガスが燃料ガス流路１０に流入すると、燃料電池１との熱交換により加温されてその温度が徐々に燃料電池１の温度に近づいて行く。従って、燃料ガス流路１０上におけるパージガスの温度は、燃料ガス流路１０の入口から出口に向かってその温度が上昇するように分布する。このため、パージガスが吸収する水分量は、特に燃料ガス流路１０の入り口に近い部分で少なく、その結果として、パージガスの露点は燃料ガス流路１０の入り口側において立ち上がりが悪くなり、アノード３上に残留する水分を十分に除去することができない。
【００６５】
これに対し、本実施の形態では、図４（ｂ）に示すように、パージガスが燃料電池１の温度以上に加熱されているため、燃料ガス流路１０上におけるパージガスの温度は、燃料ガス流路１０の入口から出口に向かってその温度が低下するように分布する。従って、燃料ガス流路１０の入口側においてむしろパージガスが吸収する水分量が多くなり、アノード３上に残留する水分を十分に除去することができる。よって、パージガスを加熱しない場合に比べてアノード３の耐ＣＯ被毒性の劣化の回復をより促進することができる。
【００６６】
＜水分排出能力の試算＞
次に、本実施の形態における加熱されたパージガスの水分排出能力を試算する。
【００６７】
パージガスが原料ガス（メタンを主成分とする都市ガス）であり、熱交換器３４で加温されたパージガスの温度が１５０℃であり、原料ガスの温度が２５℃であり、かつパージガスの流量が２０Ｌ／ｍｉｎである場合、元の温度から加温された原料ガスの増加熱量は６６Ｗであり、燃料電池１の熱量が変化せず、パージガスの増加した熱量がそのまま燃料電池１の内部に残留した水分の排出に利用されると仮定すると、パージガスが燃料電池１から排出される際に約４２℃の露点に相当する水分を吸収して排出される。パージが３０分間行われたと仮定すると、５２．０ｃｃの水分が燃料電池１の内部から排出されることなる。これは、アノード３上に残留する水分を除去するには十分な水分排出能力である。
【００６８】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、燃料電池の停止時に、加熱したパージガスで燃料電池の内部をパージするので、運転時に劣化したアノードの触媒の耐ＣＯ被毒性を十分回復することができる。また、パージガスを加熱する熱源として改質器２２を用いるので、改質器２２の予熱を有効に利用することができ、かつ、パージガス専用の熱源が不要となる。また、パージガスを燃料電池１の温度以上に加熱するので、アノード３の耐ＣＯ被毒性の回復が促進される。
【００６９】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【００７０】
図５に示すように、本実施の形態は、実施の形態１とは、パージガスの種類、具体的にはパージガス供給路３３の上流端の接続先が相違し、その他は同じである。従って、相違点のみ以下に説明する。
【００７１】
本実施の形態では、実施の形態１において原料ガス供給路２８に配設された第１の三方弁３０代えて、酸化剤ガス供給路３７の酸化剤ガス供給器３６と加湿器３８との間の部分に第１の三方弁７１が配設されている。この第１の三方弁７１は酸化剤ガス供給器３６とともにパージガス供給手段を構成している。そして、第１の三方弁７１の第１のポート７１ａには酸化剤ガス供給路３７の酸化剤ガス供給器３６側の部分が接続され、第１の三方弁７１の第２のポート７１ｂには酸化剤ガス供給路３７の加湿器３８側の部分が接続され、第１の三方弁７１の第３のポート７１ｃにはパージガス供給路３３の上流端が接続されている。
【００７２】
そして、実施の形態１の図４のステップＳ４において、パージガス供給路３３を燃料ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７と連通させる場合には、第１の三方弁７１が、第１のポート７１ａを、第３のポート７１ｃと連通しかつ第２のポート７１ｂと遮断するよう作動される。これにより、酸化剤ガス供給器３６から空気（酸化剤ガス）がパージガスとしてパージガス供給路３３を通じてかつ熱交換器３４で加熱されて燃料ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７に供給される。そして、実施の形態１の図４のステップＳ８において、パージガス供給路３３を燃料ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７と遮断する場合には、第１の三方弁７１が、第１のポート７１ａを、第２のポート７１ｂと連通しかつ第３のポート７１ｃと遮断するよう作動される。
【００７３】
このような実施の形態２によっても実施の形態１と同じ効果が得られる。
【００７４】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【００７５】
図６に示すように、本実施の形態は、実施の形態１とは、パージガスの種類、具体的にはパージガス供給路３３の上流端の接続先が相違し、その他は同じである。従って、相違点のみ以下に説明する。
【００７６】
本実施の形態では、実施の形態１において原料ガス供給路２８に配設された第１の三方弁３０代えて、燃焼空気供給器４０から燃焼器２３への燃焼空気供給路に第１の三方弁７２が配設されている。この第１の三方弁７２は燃焼空気供給器４０とともにパージガス供給手段を構成している。そして、第１の三方弁７２の第１のポート７１ａには燃焼空気供給器４０が接続され、第１の三方弁７２の第２のポート７２ｂには燃焼器２３が接続され、第１の三方弁７２の第３のポート７２ｃにはパージガス供給路３３の上流端が接続されている。
【００７７】
そして、実施の形態１の図４のステップＳ４において、パージガス供給路３３を燃料ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７と連通させる場合には、第１の三方弁７２が、第１のポート７２ａを、第３のポート７２ｃと連通しかつ第２のポート７２ｂと遮断するよう作動される。これにより、燃焼空気供給器２３から燃焼用の空気がパージガスとしてパージガス供給路３３を通じてかつ熱交換器３４で加熱されて燃料ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７に供給される。そして、実施の形態１の図４のステップＳ８において、パージガス供給路３３を燃料ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７と遮断する場合には、第１の三方弁７２が、第１のポート７２ａを、第２のポート７２ｂと連通しかつ第３のポート７２ｃと遮断するよう作動される。
【００７８】
このような実施の形態３によっても実施の形態１と同じ効果が得られる。
【００７９】
（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【００８０】
図７に示すように、本実施の形態は、実施の形態１とは、パージガスの種類、具体的にはパージガス供給路３３の上流端の接続先が相違し、その他は同じである。従って、相違点のみ以下に説明する。
【００８１】
本実施の形態では、実施の形態１において原料ガス供給路２８に配設された第１の三方弁３０代えて、不活性ガス供給器７３と流量調整器４７とが配設され、不活性ガス供給器７３にパージガス供給路３３の上流端が接続され、パージガス供給路３３の不活性ガス供給器７３と熱交換器３４との間の部分に流量調整器４７が配設されている。この不活性ガス供給器７３と流量調整器４７とがパージガス供給手段を構成している。不活性ガス供給器は、ここでは例えば窒素ガスが充填されたボンベで構成されている。流量調整器４７は、例えば流量調整弁で構成されている。
【００８２】
そして、実施の形態１の図４のステップＳ５において、パージガスの供給を開始する場合には、制御器７０の制御により、不活性ガス供給器７３によって不活性ガスがパージガス供給路３３に供給される。これにより、この不活性ガスがパージガス供給路３３を通じてかつ熱交換器３４で加熱されて燃料ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７に供給される。この際、制御器７０に制御されて流量調整器７４が不活性ガスの流量を所定の設定値に調整する。そして、実施の形態１の図４のステップＳ７において、パージガスの供給を停止する場合には、制御器７０の制御により、不活性ガス供給器７３が不活性ガスの供給を停止する。
【００８３】
このような実施の形態４によっても実施の形態１と同じ効果が得られる。
【００８４】
なお、実施の形態１乃至４において、脱硫器は、原料ガス供給路２８の途中であって原料ガス供給器２６の下流側に配設されているとしたが、原料ガス供給路２８の途中であって原料ガス供給器２６の上流側に配設されていてもよい。この場合、実施の形態１における第１の三方弁（パージガス供給手段）３０は、原料ガス供給路２８の原料ガス供給器２６と改質器２２との間の部分に配設されていればよい。
【００８５】
なお、実施の形態１乃至４において、酸化剤ガス供給路２９及び酸化剤ガス供給路３７のいずれかのみにパージガスを供給してもよい。
【００８６】
また、実施の形態１乃至４において、改質器２２以外の熱源を用いてパージガスを加熱してもよい。
【００８７】
また、実施の形態１乃至４において、パージガスを、必ずしも燃料電池１の温度以上の温度に加熱する必要はなく、燃料電池１の温度未満の温度に加熱してもよい。
【００８８】
また、実施の形態１乃至４において、流路の接続及び切替手段として、三方弁３０，３１，３２，７１，７２に代えて、Ｔ型管継手と開閉弁とを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の燃料電池システムはアノードの触媒の耐ＣＯ被毒性の劣化防止等の構成を備えた燃料電池システム等として有用である。
【００９０】
本発明の燃料電池システムの運転方法はアノードの触媒の耐ＣＯ被毒性の劣化防止等の構成を備えた燃料電池システムの運転方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の熱交換器３４の３種類の構成例を示す模式図であって、（ａ）は第１の構成例を示す図、（ｂ）は第２の構成例を示す図、（ｃ）は第３の構成例を示す図である。
【図３】本発明を特徴付けるパージを示すフローチャートである。
【図４】燃料ガス流路上の位置と、パージガスの温度及び露点、燃料電池１の温度、並びにアノード上の残留水との関係を概念的に示すグラフであって、（ａ）は比較例についてのグラフ図、（ｂ）は本実施の形態についてのグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの構成の概要を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  燃料電池
２  高分子電解質膜
３  アノード
４  カソード
５  アノードセパレータ
６  カソードセパレータ
７，８  ガスケット
９  セル
１０  燃料ガス流路
１１  酸化剤ガス流路
２１  燃料処理器
２２  改質器
２３  燃焼器
２４  変成器
２５  浄化器
２６  原料ガス供給器
２７，３８  加湿器
２８  原料ガス供給路
２９  燃料ガス供給路
３０，７１．７２  第１の三方弁
３１  第２の三方弁
３２  第３の三方弁
３３  パージガス供給路
３４  熱交換器
３５  燃料ガス排出路
３６  酸化剤ガス供給器
３７  酸化剤ガス供給路
３９  酸化剤ガス排出路
４０  燃焼空気供給器
４１  カバー
４２  フィン
５１  冷却器
５２  冷却水循環路
６１Ａ、６１Ｂ  電気出力端子
６３  出力制御器
７０  制御器
７３  不活性ガス供給器
７４  流量調整器
１００  燃料電池システム
【図１】
2008243632.tif 000003
【図２】
2008243632.tif 000004
【図３】
2008243632.tif 000005
【図４】
2008243632.tif 000006
【図５】
2008243632.tif 000007
【図６】
2008243632.tif 000008
【図７】
2008243632.tif 000009