(57)【要約】【課題】燃料電池システムの発電停止保管時において、燃料極の触媒の耐ＣＯ性の低下を抑制することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１０の燃料極１０ａに改質ガスを供給する燃料ガス供給配管２２に第１の遮断弁２４を設けると共に、燃料ガス排出配管２３に第２の遮断弁２５を設ける。また、燃料極出口マニホールド２７内にＣＯ吸着剤４０を設ける。ＣＯ吸着剤４０としては、燃料電池１０の燃料極１０ａで使用される触媒よりもＣＯ吸着エネルギーの大きい物質を用いる。また、制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５の開閉を制御するように構成し、燃料電池システムの発電停止保管時には、制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５を閉止するように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、前記燃料電池の燃料極から燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス供給配管には、前記燃料ガスの供給を閉止する第１の遮断弁が設けられ、前記燃料ガス排出配管には、前記燃料ガスの排出を閉止する第２の遮断弁が設けられると共に、
前記燃料電池システムの燃料極側に、ＣＯを吸着するＣＯ吸着剤が配設されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記ＣＯ吸着剤が、前記第２の遮断弁と前記燃料極の触媒層の間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ＣＯ吸着剤が、前記第１の遮断弁と前記燃料極の触媒層の間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記ＣＯ吸着剤のＣＯ吸着エネルギーは、前記燃料極の触媒のＣＯ吸着エネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ＣＯ吸着剤は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉのいずれか一以上からなる微粒子、又は、活性炭、シリカ、アルミナ、ゼオライトのいずれか一以上からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、前記燃料電池の燃料極から燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス供給配管には、前記燃料ガスの供給を閉止する第１の遮断弁が設けられ、前記燃料ガス排出配管には、前記燃料ガスの排出を閉止する第２の遮断弁が設けられると共に、
前記燃料電池システムの燃料極側に、ＣＯ2を吸着するＣＯ2吸着剤が配設されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
前記ＣＯ2吸着剤が、前記第２の遮断弁と前記燃料極の触媒層の間に配設されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記ＣＯ2吸着剤が、前記第１の遮断弁と前記燃料極の触媒層の間に配設されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記ＣＯ2吸着剤は、活性炭、アルミナ、シリカ、ゼオライト、アミン系化合物、シラン系化合物、珪藻土、珪質岩、または、Ｍｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｌａ及びそれらの酸化物のいずれか一以上からなることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１の遮断弁と第２の遮断弁の開閉を制御する制御手段が設けられ、
前記燃料電池システムの発電停止保管時には、前記制御手段によって、前記第１の遮断弁と第２の遮断弁が閉止されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを導入して化学反応により発電を行う燃料電池システムに係り、特に、燃料電池システムの発電停止保管時における触媒のＣＯ被毒を抑制し、燃料極の触媒の耐ＣＯ性の低下を抑制すべく改良を施した燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、水素等の燃料と空気等の酸化剤を燃料電池に供給して、電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換して外部へ取り出す発電装置である。この燃料電池システムは、比較的小型であるにもかかわらず、高効率で、環境性に優れており、また発電に伴う発熱を温水や蒸気として回収することにより、コージェネレーションシステムとしての適用が可能であることから、工場や病院などの業務用、一般家庭用、自動車用など、幅広い用途への採用が期待されている。
【０００３】
また、固体高分子形燃料電池は、高分子電解質膜の両面に燃料極及び酸化剤極を接合した膜電極接合体を、その両側に燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路が形成されたセパレータで挟んだ構造を有している。また、燃料極及び酸化剤極の一部を構成する触媒層は、白金や白金合金のような金属触媒を担持した炭素担体と高分子電解質との複合体から構成されており、高分子電解質膜と接合している。そして、燃料電池は、一般に、このような構造を備えた単セルを多数積層してなるスタックから構成されている。
【０００４】
このような燃料電池システムとしては、燃料極に導入される燃料ガスとして、都市ガス等の炭化水素系ガスを予め改質器により改質してなる改質ガスを用いる運転方法があるが、その改質ガスにはＣＯが含まれている。このＣＯは、燃料極中の触媒表面を被毒することで燃料電池システムの特性を損なうものであるが、燃料電池の発電運転中においては、燃料極に酸化剤ガスを供給し、ＣＯをＣＯ2に酸化して除去することによって、ＣＯ被毒による燃料電池システムの発電運転中の特性低下を抑制する方法が提案されている。（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２４１２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された方法は、燃料電池システムの発電運転中における燃料極の触媒に被毒したＣＯの酸化除去に関するものであり、燃料電池システムの発電停止保管時においては、燃料極の触媒はＣＯに被毒された状態のままである。
【０００６】
この燃料極の触媒としては、白金とルテニウムの合金触媒がよく用いられているが、白金とルテニウムの合金触媒がＣＯに被毒され続けると、触媒の状態が変化することによって、触媒の耐ＣＯ性が低下する恐れがある。このように触媒の耐ＣＯ性が低下すると、燃料電池システムの発電運転中において、上記のように燃料極に酸化剤ガスを供給しても、ＣＯの酸化除去が不充分となり、その結果、燃料電池システムの特性が低下し、燃料電池システムを運転することができなくなる恐れがある。
【０００７】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、燃料電池システムの発電停止保管時において、燃料極のＣＯ除去を促進し、燃料電池システムの発電停止保管時における触媒のＣＯ被毒を抑制し、燃料極の触媒の耐ＣＯ性の低下を抑制することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、燃料電池システムの発電停止保管時において、燃料極内に存在するＣＯ濃度の低下を促進することを特徴としている。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、前記燃料電池の燃料極から燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス供給配管には、前記燃料ガスの供給を閉止する第１の遮断弁が設けられ、前記燃料電池システムの燃料極側に、ＣＯを吸着するＣＯ吸着剤が配設されていることを特徴とする。
【００１０】
上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、燃料電池システムの発電停止保管時においては、燃料電池システムの燃料極側に配設されたＣＯ吸着剤に、燃料極に存在するＣＯを優先的に吸着させることによって、燃料極のＣＯ濃度上昇を抑制し、燃料極に含まれる触媒のＣＯ吸着を抑制することにより、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができる。これにより、電池耐久性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００１１】
一方、燃料電池の発電起動時においては、燃料極に燃料ガスを供給すること、また発電時に温度が上昇することによって、ＣＯ吸着剤に吸着しているＣＯが脱離するため、ＣＯ吸着剤のＣＯ吸着能を回復させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記ＣＯ吸着剤が、前記第２の遮断弁と前記燃料極の触媒層の間に配設されていることを特徴とする。
【００１３】
上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、燃料電池システムの発電停止保管時においては、第２の遮断弁と燃料極の触媒層の間に配設されたＣＯ吸着剤に、燃料極に存在するＣＯを優先的に吸着させることによって、燃料極のＣＯ濃度上昇を抑制し、燃料極に含まれる触媒のＣＯ吸着を抑制することにより、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができる。これにより、電池耐久性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００１４】
一方、燃料電池の発電起動時においては、燃料極に燃料ガスを供給すること、また発電時に温度が上昇することによって、ＣＯ吸着剤に吸着しているＣＯが脱離するため、ＣＯ吸着剤のＣＯ吸着能を回復させることができる。特に、ＣＯ吸着剤が燃料電池よりも下流側に設置されているため、脱離したＣＯが燃料電池に影響を及ぼすことはない。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記ＣＯ吸着剤が、前記第１の遮断弁と前記燃料極の触媒層の間に配設されていることを特徴とする。
【００１６】
上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、燃料電池システムの発電停止保管時においては、第１の遮断弁と燃料極の触媒層の間に配設されたＣＯ吸着剤に、燃料極に存在するＣＯを優先的に吸着させることによって、燃料極のＣＯ濃度上昇を抑制し、燃料極に含まれる触媒のＣＯ吸着を抑制することにより、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができる。これにより、電池耐久性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００１７】
一方、燃料電池の発電起動時においては、燃料極に燃料ガスを供給すること、また発電時に温度が上昇することによって、ＣＯ吸着剤に吸着しているＣＯが脱離するため、ＣＯ吸着剤のＣＯ吸着能を回復させることができる。
【００１８】
また、燃料電池発電中に改質器から供給される燃料ガス中のＣＯ濃度が急激に上昇した場合でも、第１の遮断弁と燃料極の触媒層の間に配設されたＣＯ吸着剤が燃料ガス中の過剰なＣＯを吸着するため、燃料電池の特性変化を緩やかなものとすることができる。また、燃料ガス中のＣＯ濃度が通常の状態に戻る際には、ＣＯ吸着剤から徐々にＣＯが脱離するため、ＣＯ吸着剤及び燃料電池の特性を緩やかに回復させることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、燃料電池と、前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給配管と、前記燃料電池の燃料極から燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス供給配管には、前記燃料ガスの供給を閉止する第１の遮断弁が設けられ、前記燃料ガス排出配管には、前記燃料ガスの排出を閉止する第２の遮断弁が設けられると共に、前記燃料電池システムの燃料極側に、ＣＯ2を吸着するＣＯ2吸着剤が配設されていることを特徴とする。
【００２０】
上記のような構成を有する請求項６に記載の発明によれば、燃料電池システムの発電停止保管時において、燃料極に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸着剤に吸着させることによって、燃料極のＣＯ2濃度を低減し、それによって、下記の式１の正反応を進行させ、燃料極中のＣＯ濃度を低減することができる。その結果、燃料極に含まれる触媒のＣＯ吸着を抑制することができ、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができるので、電池耐久性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【化１】
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【発明の効果】
【００２１】
以上のような本発明によれば、燃料電池システムの発電停止保管時において、燃料極のＣＯ除去を促進し、燃料電池システムの発電停止保管時における触媒のＣＯ被毒を抑制し、燃料極の触媒の耐ＣＯ性の低下を抑制することができる燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る燃料電池システムの実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２３】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態の燃料電池システム１は、図１に示すように、大別して、燃料電池１０と、燃料電池１０の燃料極１０ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段２０と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段３０とから構成されている。
【００２４】
前記燃料電池１０には、固体高分子形燃料電池が用いられる。この固体高分子形燃料電池は、高分子電解質膜の両面に燃料極及び酸化剤極を接合した膜電極接合体を、その両側に燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路が形成されたセパレータで挟んだ構造を有している。また、燃料極及び酸化剤極の一部を構成する触媒層は、触媒を担持した担体と高分子電解質との複合体から構成されており、高分子電解質膜と接合している。燃料電池１０は、一般にこのような構造を備えた単セルが多数積層されたスタックを用いてなるものである。
【００２５】
また、前記燃料ガス供給手段２０は、燃料ガスである改質ガスを供給する燃料ガス供給源２１と、燃料電池１０の燃料極１０ａに改質ガスを供給する燃料ガス供給配管２２とから構成され、この燃料ガス供給配管２２には、燃料ガスの供給を閉止する第１の遮断弁２４が配設されている。
【００２６】
また、前記燃料極１０ａには、該燃料極１０ａから燃料ガスを排出する燃料ガス排出配管２３が接続され、この燃料ガス排出配管２３には、燃料ガスの排出を閉止する第２の遮断弁２５が配設されている。そして、前記燃料ガス供給源２１から供給された改質ガスは、燃料ガス供給配管２２を通って燃料電池１０の燃料極１０ａに供給され、燃料ガス排出配管２３から排出されるように構成されている。
【００２７】
一方、前記酸化剤ガス供給手段３０は、酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給源３１と、燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給配管３２とから構成されている。また、前記酸化剤極１０ｂには、該酸化剤極１０ｂから酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出配管３３が接続されている。そして、前記酸化剤ガス供給源３１から供給された空気は、酸化剤ガス供給配管３２を通って燃料電池１０の酸化剤極１０ｂに供給され、酸化剤ガス排出配管３３から排出されるように構成されている。
【００２８】
そして、制御装置６０によって、前記第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５の開閉が制御されるように構成されている。なお、図中、点線で示した矢印は、制御装置６０による制御を示している。
【００２９】
また、前記燃料電池１０には、前記燃料ガス供給手段２０から供給される燃料ガスを各単セルの燃料極１０ａに均等に配流するために燃料極入口マニホールド２６が配設されると共に、各単セルの燃料極１０ａから排出される燃料ガスは燃料極出口マニホールド２７に集められ、燃料ガス排出配管２３に排出されるように構成されている。
【００３０】
また、本実施形態においては、前記燃料極出口マニホールド２７内にＣＯ吸着剤４０が設けられている。このＣＯ吸着剤４０としては、燃料電池１０の燃料極１０ａで使用される触媒よりもＣＯ吸着エネルギーの大きい物質であることを要し、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉのいずれか一以上からなる微粒子、又は活性炭、シリカ、アルミナ、ゼオライトのいずれか一以上が用いられる。
【００３１】
なお、これらのＣＯ吸着剤４０は、燃料ガスに含まれるＣＯの濃度によって、吸着するＣＯ量が変化する。すなわち、燃料ガスに含まれるＣＯ濃度が高い場合には、ＣＯ吸着剤４０に吸着するＣＯ量は多くなり、燃料ガスに含まれるＣＯ濃度が低い場合には、ＣＯ吸着剤４０に吸着しているＣＯが脱離するため、結果的に、ＣＯ吸着剤４０に吸着するＣＯ量は減少する。
【００３２】
また、前記ＣＯ吸着剤４０の設置位置は、燃料極出口マニホールド２７内に限定されるものではなく、前記第２の遮断弁２５と燃料極１０ａの触媒層の間であれば、特に限定されない。例えば、前記第２の遮断弁２５と燃料極出口マニホールド２７の間の燃料ガス排出配管２３の内壁や、燃料極１０ａの電極内、もしくはガス流路等に上記ＣＯ吸着剤４０を取り付けても良い。
【００３３】
（１−２）作用
本実施形態の燃料電池システムは、以下のように作用する。なお、以下の説明においては、ＣＯ吸着剤４０は燃料極出口マニホールド２７の内壁に取り付けられているものとする。
【００３４】
（１−２−１）発電停止保管時
燃料電池システムの発電停止保管時には、前記制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５が閉止される。なお、この場合、燃料電池１０の燃料極１０ａには、燃料ガスと水が存在するものとする。
【００３５】
このように、燃料極１０ａが第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５によって封じられている場合でも、燃料極１０ａの燃料ガスと酸化剤極１０ｂの酸化剤ガスは、高分子電解質膜を介してクロスリークし、触媒上で反応することによって燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素は消費されるため、燃料極中のＣＯ濃度は高くなる。このようにして、燃料極中のＣＯ濃度が高くなると、燃料極出口マニホールド２７の内壁に設けられたＣＯ吸着剤４０は、燃料極内のＣＯを優先的に吸着し、燃料極の触媒がＣＯを吸着することを抑制する。
【００３６】
（１−２−２）発電起動時
燃料電池システムの発電起動時においては、前記制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５が開かれ、燃料極１０ａに供給された燃料ガスは、燃料極出口マニホールド２７を介して排出される。その際、ＣＯ吸着剤４０に吸着しているＣＯは、ＣＯ濃度が低い燃料ガスと接触することによってＣＯ吸着剤４０から脱離する。
【００３７】
（１−２−３）燃料極のＣＯ濃度と耐ＣＯ性劣化度の関係
ここで、燃料極のＣＯ濃度とＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性劣化度の関係について説明する。なお、図２は、それぞれのＣＯ濃度において１１０時間保持した際の、通常発電時の電流密度における耐ＣＯ性劣化度を示したものである。図より明らかなように、燃料極内のＣＯ濃度を抑制することで、耐ＣＯ性の劣化を抑制することができる。
【００３８】
（１−３）効果
本実施形態によれば、燃料電池システムの発電停止保管時においては、燃料極１０ａに存在するＣＯをＣＯ吸着剤４０に優先的に吸着させることによって、燃料極１０ａのＣＯ濃度上昇を抑制し、燃料極１０ａに含まれる触媒のＣＯ吸着を抑制することにより、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができる。これにより、電池耐久性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００３９】
また、燃料電池１０の発電起動時においては、燃料極１０ａに燃料ガスを供給すること、また発電時に温度が上昇することによって、ＣＯ吸着剤４０に吸着しているＣＯが脱離するため、ＣＯ吸着剤４０のＣＯ吸着能が回復する。
【００４０】
このように、ＣＯ吸着剤４０に吸着したＣＯは、燃料電池１０の発電起動時に供給された燃料ガスによって脱離するが、本実施形態においては、ＣＯ吸着剤４０は燃料電池１０よりも下流側に設置されているため、脱離したＣＯが燃料電池１０に影響を及ぼすことはない。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、燃料電池システムの所定の位置にＣＯ吸着剤を設置することによって、燃料電池の発電停止保管時において、ＣＯ吸着剤がＣＯを優先的に吸着し、燃料極内の触媒へのＣＯ吸着を抑制することで、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制し、高耐久性の燃料電池システムを得ることができる。
【００４２】
（２）第２実施形態
（２−１）構成
本実施形態は、上記第１実施形態において、燃料電池１０の燃料極１０ａの下流側に設置していたＣＯ吸着剤４０を、燃料電池１０の燃料極１０ａの上流側に設置したものである。すなわち、本実施形態においては、図３に示すように、前記燃料極入口マニホールド２６内にＣＯ吸着剤４０が設けられている。その他の構成は上記第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００４３】
なお、前記ＣＯ吸着剤４０の設置位置は、燃料極入口マニホールド２６内に限定されるものではなく、前記第１の遮断弁２４と燃料極１０ａの触媒層の間であれば、特に限定されない。例えば、前記第１の遮断弁２４と燃料極入口マニホールド２６の間の燃料ガス供給配管２２の内壁や、燃料極１０ａの電極内、もしくはガス流路等に上記ＣＯ吸着剤４０を取り付けても良い。
【００４４】
（２−２）作用
本実施形態の燃料電池システムは、以下のように作用する。なお、以下の説明においては、ＣＯ吸着剤４０は燃料極入口マニホールド２６の内壁に取り付けられているものとする。
【００４５】
（２−２−１）発電停止保管時
燃料電池システムの発電停止保管時には、前記制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５が閉止される。なお、この場合、燃料電池１０の燃料極１０ａには、燃料ガスと水が存在するものとする。
【００４６】
このように、燃料極１０ａが第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５によって封じられている場合でも、燃料極１０ａの燃料ガスと酸化剤極１０ｂの酸化剤ガスは、高分子電解質膜を介してクロスリークし、触媒上で反応することによって燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素は消費されるため、燃料極中のＣＯ濃度は高くなる。このようにして、燃料極中のＣＯ濃度が高くなると、燃料極入口マニホールド２６の内壁に設けられたＣＯ吸着剤４０は、燃料極内のＣＯを優先的に吸着し、燃料極の触媒がＣＯを吸着することを抑制する。
【００４７】
（２−２−２）発電起動時
燃料電池システムの発電起動時においては、前記制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５が開かれ、燃料極入口マニホールド２６を介して、燃料ガスが各単セルの燃料極１０ａに配流される。その際、ＣＯ吸着剤４０に吸着しているＣＯは、ＣＯ濃度が低い燃料ガスと接触することによってＣＯ吸着剤４０から脱離する。
【００４８】
さらに、本実施形態においては、以下のような作用・効果が得られる。すなわち、燃料電池システムの発電初期においては、改質器の温度が不安定になることがあるため、燃料極１０ａに供給される燃料ガスは一時的にＣＯ濃度が高くなることがある。また、燃料電池の発電途中においても、負荷変動時にはＣＯ濃度が一時的に高くなることがある。そのような場合には、多量のＣＯが燃料極１０ａに流れ込み、燃料電池１０の特性が急激に変わることがあり、その際には燃料電池システムが非常停止してしまう恐れがある。
【００４９】
このような場合に、本実施形態のように、第１の遮断弁２４と燃料極１０ａの触媒層の間にＣＯ吸着剤４０が設置されていると、燃料電池発電中に改質器から供給される燃料ガス中のＣＯ濃度が急激に上昇した場合でも、ＣＯ吸着剤４０が燃料ガス中の過剰なＣＯを吸着し、それによって燃料電池１０の特性変化を緩やかなものとすることができる。
【００５０】
また、燃料ガス中のＣＯ濃度が通常の状態に戻る際には、ＣＯ吸着剤から徐々にＣＯが脱離し、ＣＯ吸着剤及び燃料電池１０の特性は緩やかに回復することができる。これによって、燃料電池１０の急激な特性変化を抑制し、燃料電池システムを安定して運転することができるという利点もある。
【００５１】
（２−３）効果
本実施形態によれば、燃料電池システムの発電停止保管時においては、燃料極１０ａに存在するＣＯをＣＯ吸着剤４０に優先的に吸着させることによって、燃料極１０ａのＣＯ濃度上昇を抑制し、燃料極１０ａに含まれる触媒のＣＯ吸着を抑制することにより、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができる。これにより、電池耐久性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００５２】
また、燃料電池１０の発電起動時においては、燃料極１０ａに燃料ガスを供給すること、また発電時に温度が上昇することによって、ＣＯ吸着剤４０に吸着しているＣＯが脱離するため、ＣＯ吸着剤４０のＣＯ吸着能が回復する。
【００５３】
なお、燃料極１０ａの触媒に吸着されたＣＯを酸化除去するために、燃料極１０ａに酸化剤ガスを供給するように構成された燃料電池システムにおいては、ＣＯ吸着剤４０に吸着したＣＯは、供給された酸化剤ガスによって酸化除去されるため、ＣＯ吸着剤４０のＣＯ吸着能は飛躍的に回復する。
【００５４】
さらに、燃料電池発電中に改質器から供給される燃料ガス中のＣＯ濃度が急激に上昇した場合でも、ＣＯ吸着剤４０が燃料ガス中の過剰なＣＯを吸着するため、燃料電池１０の特性変化を緩やかなものとすることができる。また、燃料ガス中のＣＯ濃度が通常の状態に戻る際には、ＣＯ吸着剤から徐々にＣＯが脱離するため、ＣＯ吸着剤及び燃料電池１０の特性を緩やかに回復させることができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、燃料電池システムの所定の位置にＣＯ吸着剤を設置することによって、燃料電池の発電停止保管時において、ＣＯ吸着剤がＣＯを優先的に吸着し、燃料極内の触媒へのＣＯ吸着を抑制することで、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制し、高耐久性の燃料電池システムを得ることができる。
【００５６】
（３）第３実施形態
（３−１）構成
本実施形態は、上記第１実施形態及び第２実施形態におけるＣＯ吸着剤４０をＣＯ2吸着剤に変えたものであり、その他の構成は上記第１実施形態及び第２実施形態と同様であるため、説明は省略する。
【００５７】
なお、ＣＯ2吸着剤の設置位置を、上記第１実施形態と同様に第２の遮断弁と燃料極の触媒層の間とした場合には、燃料電池１０の発電起動時に、ＣＯ2吸着剤に吸着したＣＯ2が脱離しても、ＣＯ2吸着剤は燃料電池１０の下流側に設置されているため、脱離したＣＯ2が燃料電池１０に影響を及ぼすことはない。
【００５８】
また、ＣＯ2吸着剤の設置位置を、上記第２実施形態と同様に第１の遮断弁と燃料極の触媒層の間とした場合には、燃料電池１０の発電起動時に、比較的低濃度のＣＯ2を含む燃料ガスが燃料極１０ａに供給される際に、ＣＯ2吸着剤に吸着しているＣＯ2は、ＣＯ2濃度が低い燃料ガスと接触することによってＣＯ2吸着剤から脱離するため、ＣＯ2吸着剤の吸着能は飛躍的に回復する。
【００５９】
なお、前記ＣＯ2吸着剤としては、活性炭、アルミナ、シリカ、ゼオライト、アミン系化合物、シラン化合物、珪藻土、珪質岩、または、Ｍｇ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｌａ及びそれらの酸化物のいずれか一以上を用いることができる。
【００６０】
（３−２）作用
本実施形態においても、燃料電池システムの発電停止保管時には、前記制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５が閉止される。なお、この場合、燃料電池１０の燃料極１０ａには、燃料ガスと水が存在するものとする。
【００６１】
このように、燃料極１０ａが第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５によって封じられている場合でも、高分子電解質膜を介して、燃料極の燃料ガスと酸化剤極の酸化剤ガスがクロスリークする。そのため、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素は反応することによって消費され、その結果、燃料極中のＣＯとＣＯ2の濃度は高くなる。
【００６２】
このようにして燃料極中のＣＯ2の濃度が高くなると、このＣＯ2は前記ＣＯ2吸着剤によって吸着されるため、燃料極中のＣＯ2濃度は低減される。なお、ＣＯとＣＯ2との間では、下記の式１に示す平衡反応が成り立っており、この式１は、温度が低いほど正反応が有利になる。
【化２】
2008084636.tif 000004
【００６３】
このように燃料極中のＣＯ2の濃度が高くなると、ＣＯ2吸着剤がＣＯ2を吸着し、燃料極中のＣＯ2濃度が低減することによって、式１の正反応が進行する結果、左辺の反応物が消費されるため、燃料極中のＣＯ濃度は低減される。また、燃料電池システムの発電停止保管時においては、発電時よりも温度が低くなるため、温度の影響により式１の正反応が進行し、燃料極中のＣＯ濃度はさらに低減される。
【００６４】
一方、燃料電池システムの発電起動時においては、前記制御装置６０によって、第１の遮断弁２４及び第２の遮断弁２５が開かれ、燃料極入口マニホールド２６を介して、燃料ガスが各単セルの燃料極に配流される。その際、ＣＯ2吸着剤に吸着しているＣＯ2は、ＣＯ2濃度が低い燃料ガスと接触することによって、ＣＯ2吸着剤から脱離する。
【００６５】
（３−３）効果
このように、本実施形態によれば、燃料電池システムの発電停止保管時において、燃料極１０ａに含まれるＣＯ2をＣＯ2吸着剤に吸着させることによって、燃料極１０ａのＣＯ2濃度を低減し、それによって式１の正反応を進行させ、燃料極中のＣＯ濃度を低減することができる。その結果、燃料極１０ａに含まれる触媒のＣＯ吸着を抑制することができ、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができるので、電池耐久性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００６６】
また、燃料電池システムの発電停止保管時においては、式１の正反応が進行することによって水素が生成するため、水素による燃料極の電位安定性が向上し、燃料極の触媒の安定性が向上する。
【００６７】
一方、燃料電池システムの発電起動時においては、燃料極１０ａに燃料ガスを供給すること、また発電時に温度が上昇することによって、ＣＯ2吸着剤に吸着しているＣＯ2が脱離するため、ＣＯ2吸着剤のＣＯ2吸着能が回復する。
【００６８】
以上のように、本実施形態によれば、燃料電池システムの所定の位置にＣＯ2吸着剤を設置することによって、燃料電池の発電停止保管時において、ＣＯ2吸着剤がＣＯ2を吸着し、燃料極中のＣＯ2濃度が低減することによって式１の正反応が進行し、ＣＯが消費されることによって燃料極内の触媒へのＣＯ吸着を抑制することで、ＣＯ吸着による触媒の耐ＣＯ性低下を抑制することができるので、高耐久性の燃料電池システムを得ることができる。
【００６９】
（４）他の実施形態
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するような他の実施形態も含むものである。例えば、上記の実施形態では、酸化剤ガスとして空気を用いた例について説明したが、酸化剤ガスとして酸素を用いても良い。
【００７０】
また、本発明は、固体高分子形燃料電池を備えた燃料電池システムに対して好適であるが、これらの手法は、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体電解質形燃料電池、アルカリ燃料電池を備えた燃料電池システムに対しても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による燃料電池システムの第１実施形態の全体構成を示す図。
【図２】燃料極のＣＯ濃度と耐ＣＯ性劣化度の関係を示す図。
【図３】本発明による燃料電池システムの第２実施形態の全体構成を示す図。
【符号の説明】
【００７２】
１…燃料電池システム
１０…燃料電池
１０ａ…燃料極
１０ｂ…酸化剤極
２０…燃料ガス供給手段
２１…燃料ガス供給源
２２…燃料ガス供給配管
２３…燃料ガス排出配管
２４…第１の遮断弁
２５…第２の遮断弁
２６…燃料極入口マニホールド
２７…燃料極出口マニホールド
３０…酸化剤ガス供給手段
３１…酸化剤ガス供給源
３２…酸化剤ガス供給配管
３３…酸化剤ガス排出配管
４０…ＣＯ吸着剤
６０…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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