(57)【要約】【課題】システム内部の熱劣化や一酸化炭素による化学的劣化を防止して耐久信頼性を向上させる燃料電池システムを提供する。【解決手段】改質用燃料から水素リッチな改質ガスを生成し、その生成した改質ガスを燃料として発電を行う燃料電池４を有する燃料電池システムであって、発電運転停止後にシステム内部に洗浄ガスを、発電運転時の改質ガスの流通方向と逆方向に流して、そのシステム内部に残留している改質ガスを排除する残留改質ガスパージ手段を備える。【選択図】　　　　図１
2004047212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用燃料から水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質部と、
前記燃料改質部で生成された改質ガスを燃料として発電を行う燃料電池と
を有する燃料電池システムであって、
発電運転停止後に、前記改質ガスの流路の低温部側から高温部側に洗浄ガスを流してシステム内に残留している改質ガスを排除するようにした
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
改質用燃料から水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質部と、
前記燃料改質部で生成された改質ガスを燃料として発電を行う燃料電池と
を有する燃料電池システムであって、
発電運転停止後に、前記改質ガスの流路の一酸化炭素濃度の低い低濃度部側から一酸化炭素濃度の高い高濃度部側に洗浄ガスを流してシステム内に残留している改質ガスを排除するようにした
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
改質用燃料から水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質部と、
前記燃料改質部で生成された改質ガスを燃料として発電を行う燃料電池と
を有する燃料電池システムであって、
発電運転停止後に、前記燃料電池及び前記燃料改質部に、発電運転時の改質ガスの流通方向と逆方向に洗浄ガスを流して、その燃料電池及び燃料改質部の内部に残留している改質ガスを排除する残留改質ガスパージ手段を備える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記洗浄ガスは前記改質ガスとの反応性に乏しい不活性ガスである
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記残留改質ガスパージ手段は、燃料を燃焼して不活性化させた燃焼ガスを生成する燃焼ガス生成部を備え、その生成した燃焼ガスを前記洗浄ガスとする
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃焼ガス生成部は、前記燃料電池で燃料として使用されずに排出された改質ガスを燃焼する燃焼部であって、その生成した不活性な燃焼ガスを前記洗浄ガスとする
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃焼部で生成された燃焼ガスを空気と熱交換して冷却させる熱交換部を備え、
発電運転時は、前記熱交換部で暖められた空気を前記燃料改質部に供給し、
発電運転停止後は、前記燃焼部で生成された燃焼ガスを、前記熱交換部で冷却して前記洗浄ガスとする
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】
残留改質ガスパージ手段は、不活性ガスを貯蔵して、その不活性ガスを前記洗浄ガスとする不活性ガス供給部を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記不活性ガスは窒素であって、
前記不活性ガス供給部は窒素を貯蔵して供給する窒素供給部である
ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記残留改質ガスパージ手段は、前記洗浄ガスを前記燃料電池に供給してその燃料電池に残留している改質ガスを排除して、さらにその洗浄ガスによって前記燃料改質部に残留している改質ガスを排除する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記残留改質ガスパージ手段は、前記洗浄ガスを前記燃料電池及び前記燃料改質部に並列的に供給する
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料改質部によって生成された改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、
前記一酸化炭素除去部によって一酸化炭素が除去された改質ガスを冷却する冷却部とを備え、
前記燃料電池は、前記冷却部によって冷却された改質ガスを燃料として発電を行い、
前記残留改質ガスパージ手段は、前記洗浄ガスを、前記燃料電池を経由して前記冷却部へ、また、前記一酸化炭素除去部を経由して前記燃料改質部へと、それぞれ供給する
ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、自動車等の移動体に好適に使用することができる燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムにおいては、発電運転停止時にシステム内に残留している改質ガス（含水素ガス）を除去することが重要である。
【０００３】
燃料電池システムの停止時に残留改質ガスを除去する従来の方法としては、例えば、特開平８−７８０３７で開示されている。この発明では、燃料電池システムの停止時に燃料改質器、燃料電池内部の水素リッチな改質ガスを排気した後に、改質器に付随する燃焼器からの高温燃焼ガスを燃料改質器内に導入することによって、窒素ボンベなどの不活性ガス供給手段を具備することなく、停止後改質反応器、燃料電池内部を不活性ガスで置換することによって再起動時の安全性を図ろうとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の方法では、停止後のパージ操作によって燃料改質器の各反応器に耐熱温度以上の高温燃焼ガスが流入して触媒が熱的な劣化を被ったり、あるいは各反応器、燃料電池に許容濃度以上の一酸化炭素（ＣＯ）が流入して触媒が化学的な劣化を被る、などの問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、システム内部の熱劣化や一酸化炭素による化学的劣化を防止して耐久信頼性を向上させる燃料電池システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、改質用燃料から水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質部（１）と、前記燃料改質部で生成された改質ガスを燃料として発電を行う燃料電池（４）とを有する燃料電池システムであって、発電運転停止後に、前記改質ガスの流路の低温部側から高温部側に洗浄ガスを流してシステム内に残留している改質ガスを排除するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、発電運転停止後に、前記改質ガスの流路の一酸化炭素濃度の低い低濃度部側から一酸化炭素濃度の高い高濃度部側に洗浄ガスを流してシステム内に残留している改質ガスを排除するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、発電運転停止後に前記燃料電池及び前記燃料改質部に洗浄ガスを、発電運転時の改質ガスの流通方向と逆方向に流して、その燃料電池及び燃料改質部の内部に残留している改質ガスを排除する残留改質ガスパージ手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
【作用・効果】
本発明によれば、発電運転停止後に、前記改質ガスの流路の低温部側から高温部側に洗浄ガスを流してシステム内に残留している改質ガスを排除するようにしたので、システム内に流す洗浄ガスを、システム内の各反応器の耐熱性能の範囲内のものにすることができ、燃料電池システムの耐久信頼性を向上させることができる。
【００１１】
また、発電運転停止後に、前記改質ガスの流路の一酸化炭素濃度の低い低濃度部側から一酸化炭素濃度の高い高濃度部側に洗浄ガスを流してシステム内に残留している改質ガスを排除するようにしたので、システム内の各反応器の耐一酸化炭素性能の範囲内のものにすることができ、燃料電池システムの耐久信頼性を向上させることができる。
【００１２】
さらに、発電運転停止後に、前記燃料電池及び前記燃料改質部に、発電運転時の改質ガスの流通方向と逆方向に洗浄ガスを流すので、システム内の低温部側から高温部側に流すことができ、また、一酸化炭素濃度の低い側から高い側に流すことができる。このため、システム内に流す洗浄ガスを、システム内の各反応器の耐熱性能、耐一酸化炭素性能の範囲内のものにすることができ、燃料電池システムの耐久信頼性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明による燃料電池システムの第１実施形態を示すシステム構成図である。また、図１（Ａ）は発電運転時の弁切換状態及びガスの流通方向を示し、図１（Ｂ）は発電運転停止後のパージ運転時の弁切換状態及びガスの流通方向を示す。
【００１４】
始めに、図１に基づいて本実施形態の構成を説明する。本実施形態の燃料電池システムは、改質装置１と、ＣＯ除去装置２と、冷却装置３と、燃料電池４と、燃焼器５と、熱交換器６とを備え、それらが配管で連通されている。
【００１５】
改質装置１は、熱交換器６で予熱されて供給される改質用空気と、改質用燃料供給源（不図示）から供給される改質用燃料（含水素燃料（ガソリン、メタノール等）と水との混合物）とから水素リッチな改質ガスを生成する。
【００１６】
ＣＯ除去装置２は、配管によって改質装置１に連通されており、改質装置１で生成された水素リッチな改質ガスから一酸化炭素（ＣＯ）を除去する。具体的には、ＣＯ除去装置２には空気供給配管（不図示）を介して空気供給源（不図示）が連通されており、その空気供給源から供給される空気を用いて燃料電池４が許容できる濃度以下まで改質ガスのＣＯ濃度を低減させる。このため、ＣＯ除去装置２の上流側（第２流路切換三方弁１２側）の改質装置１は、ＣＯ濃度の高い高濃度部であり、ＣＯ除去装置２の下流側（第１流路切換三方弁１１側）の冷却装置３、燃料電池４は、ＣＯ濃度の低い低濃度部である。
【００１７】
冷却装置３は、配管によってＣＯ除去装置２に連通されており、ＣＯ除去装置２で一酸化炭素（ＣＯ）濃度が低減された改質ガスを冷却する。具体的には、冷却装置３には冷却系統（不図示）が設けられており、その冷却系統の熱交換によって燃料電池４が許容できる温度以下まで改質ガスを冷却する。このため、冷却装置３の上流側（第２流路切換三方弁１２側）の改質装置１、ＣＯ除去装置２は、温度の高い高温部であり、冷却装置３の下流側（第１流路切換三方弁１１側）の燃料電池４は、温度の低い低温部である。
【００１８】
燃料電池４は、配管によって冷却装置３に連通されており、冷却装置３によって冷却された改質ガスを燃料にして発電を行う。具体的には、燃料電池４には空気供給配管（不図示）を介して空気供給源（不図示）が連通されており、その空気供給源から供給される空気と、冷却装置３によって冷却された改質ガスとを電気化学反応させて発電を行う。
【００１９】
燃焼器５は、配管２１によって燃料電池４に連通され、燃料電池４で消費されなかった改質ガス（含水素ガス）を燃焼させる。具体的には、燃焼器５は、燃料電池４の改質ガスが流通する燃料極と空気が流通する空気極とに対して、各々独立した配管によって連通されている。そして、燃料電池４で消費されなかった水素を含む改質ガスは、燃料電池４で消費されなかった空気と、不図示の空気供給源から不図示の空気供給配管によって補助的に供給される空気とによって燃焼される。また、燃焼器５には、不図示の燃料供給源と空気供給源とから、パージ燃焼用の燃料と空気が供給され、未燃排出物等が生じにくい燃焼条件にて燃焼される。こうして生じた燃焼ガスを使用して、後述のように、システム内部に残留する水素を含有する改質ガスをパージする。
【００２０】
熱交換器６は、燃焼器５に一体的に設けられている。熱交換器６には、２本の流路が形成されている。そのうちの１本の流路は、一端が燃焼器５に連通され、他端が排気配管２２を介して大気開放されており、燃焼器５から流入した燃焼ガスを大気に排出する。もう１本の流路は、一端が、例えばコンプレッサ等の空気供給源（不図示）に連通され、他端が配管２４を介して改質装置１に連通されており、空気供給源から流入した空気を改質装置１に送出する。このような構造になっているので、燃焼器５で発生した高温の燃焼ガスが熱交換器６を通過するときに、空気によって冷却されると同時に、改質装置１に供給される空気が熱交換器６を通過するときに、燃焼器５で発生した高温の燃焼ガスによって加熱され、熱交換が行われる。
【００２１】
燃料電池４と燃焼器５とを連通する配管２１の途中には第１流路切換三方弁１１が設けられている。また、熱交換器６を大気に開放可能にする排気配管２２の途中には第４流路切換三方弁１４が設けられている。この第１流路切換三方弁１１と第４流路切換三方弁１４とは、パージガス用バイパス配管２３によって連通されている。
【００２２】
また、熱交換器６と改質装置１とを連通する配管２４の途中には、第２流路切換三方弁１２と第３流路切換三方弁１３とが設けられている。第２流路切換三方弁１２及び第３流路切換三方弁１３は、各々一つの開口部が大気に開放されている。
【００２３】
次に、本実施形態の動作説明を行う。
（１）発電運転時
図１（Ａ）を参照して発電運転時の弁切換状態を説明する。なお、図中、三方弁の記号で▲は閉弁状態であり非連通であることを示し、△は開弁状態であって連通していることを示す。また、図中、配管の記号で破線は非連通状態を示し、実線は連通状態を示す。
【００２４】
発電運転時においては、第１流路切換三方弁１１は、燃料電池４と燃焼器５とを連通させる。第２流路切換三方弁１２は、改質装置１と第３流路切換三方弁１３とを連通させる。第３流路切換三方弁１３は、第２流路切換三方弁１２と熱交換器６とを連通させる。第４流路切換三方弁１４は、熱交換器６と外気とを連通させる。
【００２５】
次に、図１（Ａ）を参照して発電運転時のガス流通方向を説明する。
【００２６】
発電運転時においては、不図示の空気供給源からコンプレッサ等で改質用空気が供給される。この供給された改質用空気は、熱交換器６で燃焼ガスとの熱交換によって加熱され、第３流路切換三方弁１３、第２流路切換三方弁１２を通って改質装置１に供給される。改質装置１では、この改質用空気によって改質用燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する。改質装置１で生成された水素リッチな改質ガスは、ＣＯ除去装置２、冷却装置３を通って、燃料電池４に流入し、この燃料電池４において、大半の水素が発電反応に消費され、若干の水素が残存する。この若干の水素を含む改質ガスは、配管２１、第１流路切換三方弁１１を通って燃焼器５に流入し、残存している水素が燃焼される。この燃焼器５で燃焼された燃焼ガスは、熱交換器６、排気配管２２、第４流路切換三方弁１４を通って大気開放される。
【００２７】
（２）停止後パージ運転時
続いて、図１（Ｂ）を参照して発電運転停止後のパージ運転時の弁切換状態を説明する。
【００２８】
発電運転停止後のパージ運転時においては、第１流路切換三方弁１１は、第４流路切換三方弁１４と燃料電池４とを連通させ、燃焼器５に対しては非連通となる。第２流路切換三方弁１２は、改質装置１を大気開放させ、第３流路切換三方弁１３に対しては非連通となる。第３流路切換三方弁１３は、熱交換器６を大気開放させ、第２流路切換三方弁１２に対しては非連通となる。第４流路切換三方弁１４は、熱交換器６と第１流路切換三方弁１１とを連通させる。
【００２９】
次に、図１（Ｂ）を参照して発電運転停止後のパージ運転時のガス流通方向を説明する。
【００３０】
発電運転停止後のパージ運転時においては、燃焼器５に対して不図示の燃料供給源及び空気供給源からパージ燃焼用の燃料及び空気が供給され、未燃排出物等が生じにくい燃焼条件で燃焼される。この燃焼によって生じた燃焼ガスは、熱交換器６において、不図示の空気供給源から供給された冷却用空気との熱交換によって所望の温度（４０〜１５０℃）まで冷却された後、排気配管２２、第４流路切換三方弁１４、パージガス用バイパス配管２３、第１流路切換三方弁１１、配管２１を通じて燃料電池４に送出される。燃料電池４に送出された燃焼ガスは、燃料電池４、冷却装置３、ＣＯ除去装置２、改質装置１の順に、それぞれの反応器内に残留した水素リッチな改質ガスを順次（シリーズに）押し出し、不活性な燃焼ガスに置換パージするとともに、各反応器を所望の温度（常温〜２００℃）まで冷却し、第２流路切換三方弁１２を通って大気に開放される。
【００３１】
一方、熱交換器６で燃焼ガスを冷却した空気は、配管２４、第３流路切換三方弁１３を通って大気に開放される。
【００３２】
この一連の動作によって燃料電池システム内に残留していた改質ガス（含水素ガス）は、不活性な燃焼ガスによって洗浄（パージ）され、それと同時にシステム内を冷却する。
【００３３】
なお、改質装置１から第２流路切換三方弁１２を通って大気に開放される残留改質ガスを燃焼器５に還流して、含有成分を燃焼処理してもよい。
【００３４】
本実施形態は、発電運転停止後に、パージガス（洗浄ガス）を、発電運転時の改質ガスの流通方向と逆方向に流して、その燃料電池及び燃料改質部の内部に残留している改質ガスを排除（パージ）するものである。このようにすることで、発電運転停止後に洗浄ガスを低温部側から高温部側に流すことができ、また、一酸化炭素濃度の低い側から高い側に流すことができる。このため、各反応器を流通するパージガスを、各反応器の耐熱性能、耐一酸化炭素性能の範囲内のものにすることができ、各反応器の熱劣化や、一酸化炭素による被毒劣化を確実に防止することができて、燃料電池システムの耐久信頼性を向上させることができる。また、パージ時にパージガスとパージガスを流通する各反応器との温度差に著しい差が生じることがないので、各反応器には熱衝撃が生じない。このことによっても、燃料電池システムの耐久信頼性を向上させることができる。
【００３５】
また、上述した従来技術では、各反応器に、各反応器の温度よりも高い温度で流入した燃焼ガスがパージ中に冷却されると、凝縮水が生じ、その凝縮水によって触媒表面が濡れて触媒が劣化したり、あるいは再起動特性の低下を招いたり、あるいは燃焼ガスでパージするため反応器が冷却されず、パージ後反応器温度の低下に伴って反応器内圧が低下して外気を吸い込み、触媒が酸化による劣化を被る可能性がある。しかし、本実施形態によれば、パージ中に水の凝縮を生じないので、触媒の劣化を防止できるため燃料電池システムの耐久信頼性を向上させることができ、また、触媒の濡れを防止できるため触媒濡れによる再起動性能の低下を防止することができる。
【００３６】
さらに、起動時、発電運転時に用いる燃焼器５と熱交換器６を通じて発生させる低温燃焼ガスを用いて燃料電池システムをパージするので、不活性ガスタンクなどのパージガス供給だけに使用する専用装置が不要であり、また、燃料電池システムにパージ用として付加しなければならない配管、バルブ類の数を最小限に押えることができるので、システム構成を簡略化することができ、コストの低減及びシステムの小型化を図ることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図２は本発明による燃料電池システムの第２実施形態を示すシステム構成図である。また、図２（Ａ）は発電運転時の弁切換状態及びガスの流通方向を示し、図２（Ｂ）は発電運転停止後のパージ運転時の弁切換状態及びガスの流通方向を示す。
【００３８】
なお、以下に示す各実施形態では、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００３９】
始めに、図２に基づいて本実施形態の構成を説明する。本実施形態の燃料電池システムは、ＣＯ除去装置２と冷却装置３とを連通する配管２５の途中に、第５流路切換三方弁１５及び第６流路切換三方弁１６を備えている。第５流路切換三方弁１５は、パージガス用バイパス配管２３を介して第４流路切換三方弁１４に連通されている。また、この第６流路切換三方弁１６は、開口部が大気に開放されている。
【００４０】
次に、本実施形態の動作説明を行う。
（１）発電運転時
図２（Ａ）を参照して発電運転時の弁切換状態を説明する。なお、図中の▲、△、点線、実線は、第１実施形態と同様である。
【００４１】
発電運転時においては、第５流路切換三方弁１５は、ＣＯ除去装置２と第６流路切換三方弁１６とを連通させる。第６流路切換三方弁１６は、第５流路切換三方弁１５と冷却装置３とを連通させる。なお、第１〜第４流路切換三方弁１１〜１４については第１実施形態と同様である。
【００４２】
次に、図２（Ａ）を参照して発電運転時のガス流通方向を説明する。
【００４３】
発電運転時においては、不図示の空気供給源からコンプレッサ等で改質用空気が供給される。この供給された改質用空気は、熱交換器６で燃焼ガスとの熱交換によって加熱され、第３流路切換三方弁１３、第２流路切換三方弁１２を通って改質装置１に供給される。改質装置１では、この改質用空気によって改質用燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する。改質装置１で生成された水素リッチな改質ガスは、ＣＯ除去装置２、第５流路切換三方弁１５、第６流路切換三方弁１６、冷却装置３を通って、燃料電池４に流入し、この燃料電池４において、大半の水素が発電反応に消費され、若干の水素が残存する。この若干の水素を含む改質ガスは、配管２１、第１流路切換三方弁１１を通って燃焼器５に流入し、残存している水素が燃焼される。この燃焼器５で燃焼された燃焼ガスは、熱交換器６、排気配管２２、第４流路切換三方弁１４を通って大気開放される。
【００４４】
（２）停止後パージ運転時
続いて、図２（Ｂ）を参照して発電運転停止後のパージ運転時の弁切換状態を説明する。
【００４５】
発電運転停止後のパージ運転時においては、第５流路切換三方弁１５は、第４流路切換三方弁１４とＣＯ除去装置２とを連通させ、第６流路切換三方弁１６に対しては非連通となる。第６流路切換三方弁１６は、冷却装置３を大気開放させ、第５流路切換三方弁１５に対しては非連通となる。なお、第１〜第４流路切換三方弁１１〜１４については第１実施形態と同様である。
【００４６】
次に、図２（Ｂ）を参照して発電運転停止後のパージ運転時のガス流通方向を説明する。
【００４７】
発電運転停止後のパージ運転時においては、燃焼器５に対して不図示の燃料供給源及び空気供給源からパージ燃焼用の燃料及び空気が供給され、未燃排出物等が生じにくい燃焼条件で燃焼される。この燃焼によって生じた燃焼ガスは、熱交換器６において、不図示の空気供給源から供給された冷却用空気との熱交換によって所望の温度（４０〜１５０℃）まで冷却された後、排気配管２２、第４流路切換三方弁１４、パージガス用バイパス配管２３に送出される。
【００４８】
そして、その一部は、第１流路切換三方弁１１、配管２１を通じて燃料電池４に送出される。燃料電池４に送出された燃焼ガスは、燃料電池４、冷却装置３の順に、それぞれの反応器内に残留した水素リッチな改質ガスを順次（シリーズに）押し出し、不活性な燃焼ガスに置換パージするとともに、各反応器を所望の温度（常温〜１５０℃）まで冷却し、配管２５、第６流路切換三方弁１６を通って大気に開放される。
【００４９】
また、パージガス用バイパス配管２３に送出された残りの燃焼ガスは、第５流路切換三方弁１５、配管２５を通じてＣＯ除去装置２に送出される。そのＣＯ除去装置２に送出された燃焼ガスは、ＣＯ除去装置２、改質装置１の順に、それぞれの反応器内に残留した水素リッチな改質ガスを順次（シリーズに）押し出し、不活性な燃焼ガスに置換パージするとともに、各反応器を所望の温度（常温〜２００℃）まで冷却し、第２流路切換三方弁１２を通って大気に開放される。
【００５０】
一方、熱交換器６で燃焼ガスを冷却した空気は、配管２４、第３流路切換三方弁１３を通って大気に開放される。
【００５１】
この一連の動作によって燃料電池システム内に残留していた改質ガス（含水素ガス）は、不活性な燃焼ガスによって洗浄（パージ）され、それと同時にシステム内を冷却する。
【００５２】
なお、第２流路切換三方弁１２から大気に開放される残留改質ガス及び第６流路切換三方弁１６から大気に開放される残留改質ガスを燃焼器５に還流して、含有成分を燃焼処理してもよい。
【００５３】
本実施形態によれば、燃料改質装置１と燃料電池４とをそれぞれ独立してパージすることができる。このため、パージ時間を短縮することができ、発電運転停止後のシステム停止時間を短縮することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
図３は本発明による燃料電池システムの第３実施形態を示すシステム構成図である。また、図３（Ａ）は発電運転時の弁切換状態及びガスの流通方向を示し、図３（Ｂ）は発電運転停止後のパージ運転時の弁切換状態及びガスの流通方向を示す。
【００５５】
始めに、図３に基づいて本実施形態の構成を説明する。本実施形態の燃料電池システムは、第１流路切換三方弁１１の一つの口に、流量調整弁１７を途中に設けた配管２６を介して、不活性ガス供給装置７を備える。この不活性ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２　）ガスが好適であり、この場合に不活性ガス供給装置７としては窒素タンク等を使用するとよい。
【００５６】
なお、第１，第２実施形態の燃料電池システムにおいて設けられていた配管２４の途中の第３流路切換三方弁１３、排気配管２２の途中の第４流路切換三方弁１４、パージガス用バイパス配管２３は、本実施形態の燃料電池システムにおいては設けられていない。
【００５７】
次に、本実施形態の動作説明を行う。
（１）発電運転時
図３（Ａ）を参照して発電運転時の弁切換状態を説明する。なお、図中の▲、△、点線、実線は、第１実施形態と同様である。
【００５８】
発電運転時においては、第１流路切換三方弁１１は燃料電池４と燃焼器５とを連通させる。第２流路切換三方弁１２は改質装置１と熱交換器６とを連通させる。また、流量調整弁１７は閉じられている。
【００５９】
次に、図３（Ａ）を参照して発電運転時のガス流通方向を説明する。
【００６０】
発電運転時においては、不図示の空気供給源からコンプレッサ等で改質用空気が供給される。この供給された改質用空気は、熱交換器６で燃焼ガスとの熱交換によって加熱され、第２流路切換三方弁１２を通って改質装置１に送出される。改質装置１では、この改質用空気によって改質用燃料を改質して水素リッチな改質ガスを生成する。改質装置１で生成された水素リッチな改質ガスは、ＣＯ除去装置２、冷却装置３を通って、燃料電池４に流入し、この燃料電池４において、大半の水素が発電反応に消費され、若干の水素が残存する。この若干の水素を含む改質ガスは、配管２１、第１流路切換三方弁１１を通って燃焼器５に流入し、残存している水素が燃焼される。この燃焼器５で燃焼された燃焼ガスは、熱交換器６、排気配管２２を通って大気開放される。
【００６１】
（２）停止後パージ運転時
続いて、図３（Ｂ）を参照して発電運転停止後のパージ運転時の弁切換状態を説明する。
【００６２】
発電運転停止後のパージ運転時においては、第１流路切換三方弁１１は、不活性ガス供給装置７と燃料電池４とを連通させ、燃焼器５に対しては非連通となる。また、流路調整弁１９が開けられる。第２流路切換三方弁１２は、改質装置１を大気開放させ、熱交換器６に対しては非連通となる。
【００６３】
次に、図２（Ｂ）を参照して発電運転停止後のパージ運転時のガス流通方向を説明する。
【００６４】
発電運転停止後のパージ運転時においては、不活性ガス供給装置７から不活性ガスが供給される。この不活性ガスは、流量調整弁１７で圧力・流量が調整された後、配管２６、第１流路切換三方弁１１、配管２１を通じて燃料電池４に送出される。燃料電池４に送出された不活性ガスは、燃料電池４、冷却装置３、ＣＯ除去装置２、改質装置１の順に、それぞれの反応器内に残留した水素リッチな改質ガスを順次（シリーズに）押し出し、不活性ガスに置換パージするとともに、各反応器を所望の温度（常温〜２００℃）まで冷却し、第２流路切換三方弁１２を通って大気に開放される。
【００６５】
この一連の動作によって燃料電池システム内に残留していた改質ガス（含水素ガス）は、不活性な燃焼ガスによって洗浄（パージ）され、それと同時にシステム内を冷却する。
【００６６】
なお、改質装置１から第２流路切換三方弁１２を通って大気に開放される残留改質ガスを燃焼器５に還流して、含有成分を燃焼処理してもよい。
【００６７】
本実施形態によれば、窒素などの不活性ガスを用いて、直接パージするので、燃料電池システム内を確実に不活性雰囲気に維持することができる。このため、燃料電池システムの耐久信頼性、再起動性能をより一層向上できる。
【００６８】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
【００６９】
例えば、第２流路切換三方弁１２から大気に開放される残留改質ガスや、第６流路切換三方弁１６から大気に開放される残留改質ガスを燃焼器５に還流して、含有成分を燃焼処理してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池システムの第１実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明による燃料電池システムの第２実施形態を示すシステム構成図である。
【図３】本発明による燃料電池システムの第３実施形態を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１　改質装置（燃料改質部）
２　ＣＯ除去装置（一酸化炭素除去部）
３　冷却装置（冷却部）
４　燃料電池
５　燃焼器（燃焼部）
６　熱交換器（熱交換部）
７　不活性ガス供給装置（不活性ガス供給部）
１１　第１流路切換三方弁
１２　第２流路切換三方弁
１３　第３流路切換三方弁
１４　第４流路切換三方弁
１５　第５流路切換三方弁
１６　第６流路切換三方弁
１７　流量調整弁
２１　配管
２２　排気配管
２３　パージガス用バイパス配管
２４〜２６　配管
【図１】
2004047212.tif 000003
【図２】
2004047212.tif 000004
【図３】
2004047212.tif 000005