(57)【要約】【課題】システム全体について雑菌等の繁殖の防止を行う移動体用燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料と、水、大気のうち少なくとも一つを原料として、殺菌化学種であるオゾンまたは過酸化水素を生成する放電式オゾン発生器８と、燃料電池システム内の水中の雑菌等の濃度を検出する濃度検出器６と、を備える。燃料電池停止の信号を検出した際に、水中の雑菌等の濃度が所定濃度を超えたと判断された、放電式オゾン発生器８で生成した殺菌化学種を、燃料電池システムの水循環系や空気供給系に添加する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を有する移動体用燃料電池システムにおいて
燃料と、水、大気のうち少なくとも一つを原料として、過酸化水素またはオゾンの少なくとも一方の殺菌化学種を生成する生成手段と、
前記燃料電池システム内の水中の雑菌の濃度を検出する検出手段と、を備え、
前記検出手段の出力信号に応じて前記生成手段が殺菌化学種を生成することを特徴とする移動体用燃料電池システム。
【請求項２】
前記生成手段による生成方法が電気分解または放電の少なくとも一方である請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項３】
水の循環路を有する燃料電池を備え、
前記殺菌化学種を、前記燃料電池内を循環する水に添加する請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項４】
燃料ガスおよび酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池を備え、
前記殺菌化学種を前記燃料ガスまたは酸化ガスの少なくとも一方に添加する請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項５】
燃料ガスおよび酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
改質原燃料として、炭化水素系燃料と、酸化ガスまたは水の少なくとも一方を用いて前記燃料ガスを生成する改質システムと、を備え、
前記殺菌化学種を前記改質原燃料の少なくとも一つに添加して前記改質システムに供給する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記検出手段は、外気温度の履歴に応じて前記燃料電池システム内の水中の微生物または雑菌の濃度を推定する請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池システムの起動停止運転信号に応じて、前記生成手段により前記殺菌化学種を生成する請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項８】
前記生成手段を運転するための電源と、
前記電源の状態検出して電力の供給が可能であるかどうかを判断する電源状態判断手段と、を備え、
前記電源からの電力の供給が不可能である場合には、前記水をシステム外に排出する請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項９】
水を排出すること、または、排出したことの少なくとも一方を表示する表示手段を備える請求項８に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項１０】
前記電源状態判断手段における電源状態の検出および判断時期と、前記水の排出時期との間に遅延時間を設ける請求項８または９に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項１１】
前記遅延時間を、前記燃料電池システム内の水温または外気温度の少なくとも一方で補正する請求項１０に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項１２】
殺菌作用を持つ化学種を貯蔵するタンクを備え、
前記タンクに備えられた化学種を、前記生成手段において生成された殺菌化学種と併用する請求項１に記載の移動体用燃料電池システム。
【請求項１３】
移動体の長期保管を推定または指定する長期保管判断手段を備え、
長期保管をすると推定または指定された場合には、前記タンクに貯蔵された殺菌作用を持つ化学種を適用する請求項１２に記載の移動体用燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、移動体用燃料電池システムに関する、特に移動体用燃料電池システムにおける殺菌動作に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の移動体の動力源として、特に有力と目されているものの一つに、高分子電解質膜（以下、ＰＥＭ）型燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）がある。ＰＥＦＣとしては、発電時にＰＥＭを湿潤状態に保つために水を循環させたり、反応ガスとして水分を含む空気を用いたりするものが知られている。
【０００３】
さらに、改質システムを有する場合には、水蒸気改質反応（ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ⇒ｎＣＯ＋（ｍ／２＋ｎ）Ｈ２）やシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２）に水を用いる。また、部分酸化反応（ＣｎＨｍ＋（ｎ／２）Ｏ２⇒ｎＣＯ＋（ｍ／２）Ｈ２）や選択酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ２⇒ＣＯ２）には、酸化ガスとして水分を含む空気を用いるものが知られている。
【０００４】
このように燃料電池システムには水や空気が用いられるので、それらの配管に水分が付着する可能性がある。また、システムを自動車の動力原として適用する場合には、水をタンク等に貯蔵する場合が多い。
【０００５】
ＰＥＦＣは８０℃前後、改質システムは数百℃で運転されるが、運転されない期間には、水タンクや水分が付着した配管の温度条件が微生物の繁殖に適したものとなる恐れがある。また、水タンクを、ＰＥＦＣや改質器から離れた位置に設けた場合には、運転中にも微生物の繁殖に適した温度条件になることも考えられる。
【０００６】
そのような微生物の繁殖を防ぐことを目的とした従来例として特開平９−６３６１１号公報、特開平９−６３６１２号公報が知られている。これらは、燃料電池の水循環系において、微生物の繁殖を防止するために抗菌性フィルタや紫外線殺菌装置を備えている。これにより、該抗菌性フィルタや紫外線殺菌装置の直後においては全部または一部の微生物を死滅させることができる。
【０００７】
また、特許第３２４０９８１号においては、加湿空気中の水分を電気分解してオゾンを生成している。オゾンは空気や水の脱臭、防カビ、滅菌、殺菌処理などを目的として使用される。このオゾンを利用して循環系全体について直接的に微生物の繁殖を防止している。
【０００８】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、特開平９−６３６１１号公報や特開平９−６３６１２号公報のような従来技術においては、配管やタンクの微生物の繁殖を直接防げるものではない。すなわち、水循環系の特定の場所のみで微生物の繁殖を防止しているので、循環系全体について直接的に微生物の繁殖を防止するものではない。
【０００９】
また、特許第３２４０９８１号は、定置での運転を前提にしたものであり、水を外部から供給する必要があり、また、運転条件が定常ではないことが考慮されていない、燃料電池への適用を考慮していない等、移動体用燃料電池システムに適したものではない。
【００１０】
そこで本発明は、システム全体について雑菌等の微生物の繁殖を防止することができる移動体用燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、水を有する移動体用燃料電池システムにおいて、燃料と、水、大気のうち少なくとも一つを原料として、過酸化水素またはオゾンの少なくとも一方の殺菌化学種を生成する生成手段と、前記燃料電池システム内の水中の微生物または雑菌の濃度を検出する検出手段と、を備える。前記検出手段の出力信号に応じて前記生成手段が殺菌化学種を生成する。
【００１２】
【作用及び効果】
燃料と、水、大気のうち少なくとも一つを原料として、過酸化水素またはオゾンの少なくとも一方の殺菌化学種を生成する生成手段と、燃料電池システム内の水中の微生物または雑菌の濃度を検出する検出手段と、を備え、検出手段の出力信号に応じて生成手段が殺菌化学種を生成する。生成した殺菌化学種を燃料電池システム内に供給することで、燃料電池システム全体の殺菌を直接的に行うことができ、微生物または雑菌の繁殖状態に応じて繁殖を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる燃料電池システムについて説明する。ここでは、燃料電池システム内の雑菌等の微生物の繁殖を防止する装置の構成を中心に説明する。
【００１４】
自動車等の移動体の動力源として、高分子電解質膜（以下、ＰＥＭ）型燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）がある。これは、燃料極の水素がプロトンとなってＰＥＭ中を酸素極まで移動して酸素等の酸化ガスと反応することにより起電力を生じる。このときＰＥＭは湿潤状態に保たれることが多い。また酸化ガスとして水分を含む空気を用いることが多いため、配管内で水分が凝縮して付着する可能性がある。
【００１５】
さらに、改質システムを有する場合には、改質原燃料配管内に水分が付着することが考えられる。水蒸気改質反応（ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ⇒ｎＣＯ＋（ｍ／２＋ｎ）Ｈ２）は水と燃料から水素とＣＯを生成する。また部分酸化反応（ＣｎＨｍ＋（ｎ／２）Ｏ２⇒ｎＣＯ＋（ｍ／２）Ｈ２）では、水分を含む空気を酸化剤として用いるものが知られている。さらに、改質反応で生じたＣＯを用いたシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２）でも水を用い、選択酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ２）でも、空気を用いるものが知られている。このように改質システムには水や空気が用いられるので、それらの配管に水分が付着する可能性がある。なお、改質原料としては、メタノールＣＨ３ＯＨ等の炭素元素および水素元素以外のものを含むものも用いることができる。
【００１６】
また、システムを自動車の動力原として適用する場合には、ＰＥＦＣの加湿や改質に必要な水はタンク等に貯蔵する場合が多い。ＰＥＦＣは８０℃前後、改質器は数百℃で運転されるが、運転されない期間には、タンクや水分が付着した配管の温度条件が微生物の繁殖に適したものとなる恐れがある。また、タンクを、ＰＥＦＣや改質器から離れた位置に設けた場合には、運転中にも微生物の繁殖に適した温度条件となることも考えられる。
【００１７】
そこで、本実施形態では、雑菌等の微生物の繁殖を防止する装置を備えた燃料電池システムを用いる。図１に燃料電池システムの概略を示す。ここでは殺菌化学種として、放電により生成したオゾンを用いる。
【００１８】
ＰＥＦＣの燃料電池セルを積層することにより高電圧を出力するセルスタックアッセンブリ（以下、ＣＳＡ）１と、ＣＳＡ１のアノード極１ａに水素を供給する水素タンク２と、ＣＳＡ１のカソード極１ｂに供給する大気中の不純物を濾過するためのエアフィルタ３と、を備える。エアフィルタ３で濾過した空気は、図示しないエアブロアによりカソード極１ｂに供給される。ＣＳＡ１に水素と、酸素を含む空気を供給し、アノード極１ａとカソード極１ｂとの間で電気化学反応を生じることにより起電力を生じる。
【００１９】
発電後、アノード極１ａからは未反応の水素が排出され、また、カソード極１ｂからは未反応の酸素を含む空気が排出される。これらの排ガスを燃焼する排水素燃焼器４を備え、排水素燃焼器４において未反応燃料を処理してからシステム外部に排出する。排水素燃焼器４には必要に応じて図示しない配管によりエアフィルタ３で濾過した空気を導入してもよい。
【００２０】
また、ＣＳＡ１にはＰＥＭの加湿やＣＳＡ１の冷却に用いる水のチャネルを形成し、水の貯蔵部として備える水タンク５の水を図示しない水ポンプにより循環させる。ＣＳＡ１から排出された水は濃度検出器６を経て再び水タンク５に回収される。濃度検出器６には、例えば光学的に水の透明度を検出する装置を用い、混濁が認められれば微生物が繁殖してその濃度が高くなっていると判断する。
【００２１】
また、放電式オゾン発生器８を備え、エアフィルタ３で濾過された空気の一部を導入してオゾンを発生する。発生したオゾンは、水素タンク２からアノード極１ａに水素を供給する配管、および、エアフィルタ３からカソード極１ｂに濾過した空気を供給する配管に、弁９、１０を介して混入される。また、オゾンの一部は弁１１を介して後述する気液接触器７に供給される。それぞれに供給するオゾンの流量割合は、弁９、１０、１１により調整する。
【００２２】
さらに、気液接触器７を備え、水タンク５の水を気液接触器７に循環させる。また、前述した放電式オゾン発生器８からのオゾンを供給し、気液接触器７内で水とオゾンを接触させることによりオゾン水を生成する。生成されたオゾン水は水タンク５に回収し、図示しない水ポンプを用いてＣＳＡ１の水チャネルに循環させる。
【００２３】
さらに、このような構成を備える燃料電池システムの制御を行うコントローラ１２と、放電式オゾン発生器８の電力源となるバッテリ１３を備える。ここで、コントローラ１２は、燃料電池システム全体を制御するものでもよいし、燃料電池システムに含まれる雑菌等の微生物の繁殖防止装置のみを制御するものでもよい。また、バッテリ１３も、放電式オゾン発生器８以外の電源を兼ねていても良い。バッテリ１３は外部からの充電が可能であると同時に、ＣＳＡ１で生成した電力のうち余剰電力を充電可能とする。
【００２４】
このようなコントローラ１２における雑菌等の微生物の繁殖防止の制御を図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２５】
ステップＳ１において、燃料電池システムがキーオフ状態であるかどうかを判断する。燃料電池システムがキーオン状態の場合には、バッテリ１３に大電力が要求される可能性があるので、微生物の繁殖防止装置の運転は行わない。キーオフになると共に微生物の繁殖防止の制御を開始する。
【００２６】
ステップＳ１においてキーオフと判断されたらステップＳ２に進み、濃度検出器６で燃料電池システムを循環する水中の雑菌等の微生物濃度を検出する。ステップＳ３において、水中の雑菌等の微生物濃度が所定値以上であるか否かを判断する。所定値より小さければ水中の微生物は増加していないと判断して制御を終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ３において、水中の微生物の濃度が所定値以上であると判断されたら、殺菌処理が必要と判断してステップＳ４に進む。ステップＳ４では、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）の判断を行う。ＳＯＣが不十分であれば、次回の燃料電池運転時にバッテリの電力が不足する可能性があるので、殺菌処理は行わない。ただし、微生物の濃度が高いにもかかわらずＳＯＣが不足していたために殺菌処理を行わなかったことを、次回の起動時に表示するために、その情報をメモリに記憶するのが好ましい。
【００２８】
ＳＯＣが十分であればステップＳ５に進み、放電式オゾン発生器８でオゾンを生成するとともに、弁１１を開いて気液接触器７でオゾン水を生成して図示しない水ポンプによりＣＳＡ１の水チャネルに循環させる。これと同時に、弁９、１０を開き、オゾンを添加した空気をＣＳＡ１のアノード極１ａおよびカソード極１ｂに送る。このとき、カソード極１ｂを構成する配管にオゾンを含む空気がいきわたるように、エアフィルタ３から空気を圧送する図示しないエアブロアは放電式オゾン発生器８のみに空気を圧送し、カソード極１ｂに空気を圧送しないほうが望ましい。あるいは、オゾンを含む空気を、カソード極１ｂに供給するのではなくエアフィルタ３内に供給してエアフィルタ３を殺菌し、図示しないエアブロアによりカソード極１ｂを構成する配管に送られるようにしてもよい。このように、オゾンを含む空気によりガスパージを行うことで、ガスの配管中の水を除去できるとともに、残留する水分中も殺菌することができる。
【００２９】
このような状態を所定時間維持した後、殺菌化学種の合成、水循環、ガスパージ等を終了して本制御を終了する。または、微生物の濃度の検出を繰り返し行って、微生物の濃度が所定値以下となるまで継続してもよい。ただしこの場合には、バッテリ１３のＳＯＣが十分であることを確認しながら行う。または、濃度検出器６、または、別に設けた濃度検出手段により殺菌化学種の濃度を検出し、その濃度が所定値に達した時点で殺菌の動作を終了する。
【００３０】
なお、雑菌の濃度を検出する手段に関しては、濃度検出器６のような検出器に限定するわけではなく、例えば、温度履歴を積算して記憶するものとして、微生物の繁殖に適した温度条件の積算時間が所定値以上であるときに雑菌の濃度が高いと推定するものでもよい。また、ここでは放電法によりオゾンを生成しているが、後述する電解法によりオゾン水を生成してもよい。また、これらを併用してもよい。
【００３１】
次に本実施形態の効果を説明する。
【００３２】
燃料と、水、大気のうち少なくとも一つ、ここでは空気を原料として、過酸化水素またはオゾンの少なくとも一方、ここではオゾンを生成する放電式オゾン発生器８を備える。また、ＣＳＡ１を循環する雑菌等の微生物の濃度を検出する濃度検出手段６を備え、濃度検出手段６の出力信号に応じてオゾンを生成する。このように生成したオゾンを燃料電池システム内に分散することで、燃料電池システム全体を直接的に殺菌することができる。また、雑菌等の微生物の濃度に応じてオゾンの生成を制御するので、燃料電池システムの運転状況、運転環境に応じて雑菌等の微生物の繁殖を防止することができる。さらに、殺菌化学種を生成する原料として燃料電池システムに用いる原料を用いているので、移動体用燃料電池システムに適用することができる。
【００３３】
また、殺菌化学種、ここではオゾンを放電により生成する。これにより、放電式オゾン発生器８を電力により運転することができるので、ＣＳＡ１で生成した電力を用いて運転することができる。または、移動体の補助動力源として用いるバッテリ１３等の電力を用いて運転できるので、放電式オゾン発生器８を簡単な構成で用いることができる。
【００３４】
水チャネルを有するＣＳＡ１を備え、オゾンをＣＳＡ１を循環する水に添加する。これにより、水循環系内の雑菌等の微生物の繁殖を防止することができる。
【００３５】
燃料ガスおよび酸化ガスを用いて発電を行うＣＳＡ１を備え、オゾンを燃料ガスまたは酸化ガスの少なくとも一方に添加する。ここでは弁９、１０を開くことにより、燃料ガス、酸化ガスに混入する。燃料ガスと酸化ガス中に水分が含まれる場合には、配管内で水分が凝縮して付着する可能性がある。特に、ＰＥＦＣ等の場合には、ＣＳＡ１に湿潤ガスを供給する場合があり、このような場合には燃料ガス供給配管、酸化ガス供給配管等に凝縮水が付着しやすくなる。そこで、燃料ガスおよび酸化ガスの配管内、ひいてはＣＳＡ１の各極１ａ、１ｂ内にもオゾンを供給することで、水循環系以外での雑菌等の微生物の繁殖も防ぐことができる。
【００３６】
濃度検出手段６として、例えば外気温度の履歴に応じて水中の雑菌等の微生物の濃度を推定する手段を用いる。このように外気温度の履歴に応じることで、使用される環境が様々である移動体用燃料電池システムにおいて雑菌の濃度を推定することができる。または、例えば光学的に水の透明度を検出する装置を用いることで、微生物の繁殖を直接判断することもできる。
【００３７】
また、燃料電池システムの起動停止運転信号に応じて、放電式オゾン発生器８によりオゾンを生成する。これにより、大電流が要求される可能性のある運転時に余計な電力を消費するのを防ぎ、大電流が要求される可能性の低い燃料電池システム停止時に雑菌の繁殖防止の制御を行うことができる。キーオフとともに所定時間だけオゾンを生成して雑菌の繁殖を防止するため、運転条件が定常ではない移動体用の燃料電池システムに対しても、電力不足等による運転の弊害を避けることができる。
【００３８】
また、オゾンの濃度が所定の濃度に達するまでオゾンの生成を継続し、所定濃度に達したら終了することもできる。これにより、十分な殺菌効果を得ることのできるオゾン濃度に設定することができるので、燃料電池システム停止中に雑菌が繁殖するのを防ぐことができる。
【００３９】
さらに、水中の雑菌等の微生物の濃度が所定濃度にまで低減したら、オゾンの生成を終了することもできる。これにより、水中の雑菌等の微生物の濃度を低減できたのを確認してからオゾンの生成を終了することができるので、確実に雑菌等の微生物の繁殖を抑制することができる。
【００４０】
また、バッテリ１３の状態を判断し、電力供給が不可能の場合には殺菌の動作を行わない。これにより、次回の燃料電池システム運転時に電力の不足による弊害が生じるのを防ぐことができる。また、バッテリ１３の過放電等を避けることができ、装置の耐久性を向上することができる。
【００４１】
次に、第２の実施形態について説明する。改質型燃料電池システムに備えた微生物の繁殖防止を行う装置の構成を図３に示す。ここでは、殺菌化学種として電気分解により生成したオゾンを用いる。
【００４２】
改質システムとして、改質反応に用いる燃料を貯蔵する燃料タンク１４、水蒸気改質反応により燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質反応器１５（以下、ＳＲ反応器１５）を備える。また、改質ガス中のＣＯを低減するシフト反応器１６（以下、ＳＦＴ反応器１６）、改質ガス中のＣＯをさらに低減する選択酸化反応器１７（ＰＲＯＸ反応器１７）を備える。なお、ＳＦＴ反応器１６は高温シフト反応器と低温シフト反応器との二段階構成としてもよい。
【００４３】
さらに、ＳＲ反応器１５では吸熱反応である水蒸気改質反応を生じるため、反応熱を供給するための触媒燃焼器１８（ＣＣ）を設ける。触媒燃焼器１８には、水素を含むＣＳＡ１からの排ガスや燃料タンク１４からの燃料を供給する。
【００４４】
また、第１の実施形態と同様に、ＣＳＡ１、水タンク５、濃度検出器６を備え、水タンク５内の水をＣＳＡ１の水チャネルに循環させる。また、水タンク５からは、ＳＲ反応器１５、ＳＦＴ反応器１６に延びる配管を設け、水蒸気改質反応に用いる水およびシフト反応に用いる水を供給する。さらに、燃料電池システム内に取り込む空気を濾過する図示しないエアフィルタおよびエアブロアを備え、濾過された空気を、ＰＲＯＸ反応器１７、ＣＳＡ１に供給する。
【００４５】
電解式オゾン水発生器１９と、水タンク５から電解式オゾン水発生器１９へ供給する水量を調整する弁２０、電解式オゾン水発生器１９から水タンク５へ供給するオゾン水の流量を調整する弁２１を備える。殺菌時には、水タンク５に貯蔵される水を電解式オゾン水発生器１９に循環させて、水を電解することによりオゾンおよびオゾン水を生成する。生成したオゾン水は、水タンク５に回収し、水タンク５からＣＳＡ１の水チャネルに循環させると同時に、ＳＲ反応器１５、ＳＦＴ反応器１６にも供給する。
【００４６】
一方、電解式オゾン水発生器１９において発生されたオゾンは、図示しないエアフィルタに供給してエアフィルタで濾過された空気と混合し、ＣＳＡ１のカソード極１ｂ、ＰＲＯＸ反応器１７に弁２２を介して選択的に供給する。ここで、触媒燃焼器１８にも空気を供給しているが、触媒燃焼器１８はＣＳＡ１および改質システム等の後流側に配置されており、触媒燃焼器１８の下流側では微生物を含まない純水が必要となることはないので、特にオゾンを供給する必要はない。
【００４７】
また、電解式オゾン水発生器１９と触媒燃焼器１８とを結ぶ配管上に弁２３を備え、電解式オゾン水発生器１９における副産物である水素を、触媒燃焼器１８に供給して燃焼の燃料として用いる。
【００４８】
次に、このようなシステムにおける殺菌作用の制御を図４に示したフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
第１の実施形態とほぼ同じであるが、ステップＳ１５（ステップＳ５に相当）において、水分が凝縮して付着している可能性のある反応器および配管にオゾンを拡散させるために、ＳＲ反応器１５、ＳＦＴ反応器１６にオゾンを含んだ水を供給する。また、図示しないエアブロアにより、エアフィルタを介してＣＳＡ１およびＰＲＯＸ反応器１７にオゾンを含んだ空気を供給する。
【００５０】
ここでは、ステップＳ１５において、オゾンの合成およびオゾン水の混入された水の循環、オゾンを含んだ空気によるガスパージを所定時間行う。ここでは、弁２０〜２３を開いてオゾン水、またはオゾンの拡散を行う。
【００５１】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第１の実施形態の効果と異なる部分を中心に説明する。
【００５２】
殺菌化学種、ここではオゾンを電気分解により生成するので、ＣＳＡ１で生成した電力、または、バッテリ１３に蓄えた電力を用いて運転することができる。このように、移動体と同じ動力原により生成することができるので、簡単な構成で電解式（または放電式）の殺菌化学種の生成装置を使用することができる。
【００５３】
また、燃料ガスおよび酸化ガスを用いて発電を行うＣＳＡ１と、改質原燃料として、炭化水素系燃料と、酸化剤または水の少なくとも一方を用いて燃料ガスを生成する改質システムと、を備える。殺菌化学種、ここではオゾンを改質原燃料の少なくとも一つに添加して前記改質システムに供給する。ここでは、改質反応に用いる水に加えて、シフト反応に用いる水、選択酸化反応に用いる酸化ガスとしての空気にオゾンを供給している。これにより、改質システム内で凝縮水が生じ、雑菌等の微生物が繁殖する可能性がある領域に殺菌化学種を供給し、微生物の繁殖を防ぐことができる。
【００５４】
次に第３の実施形態について説明する。改質型燃料電池システムに備えた微生物繁殖を防止する装置の概略を図５に示す。ここではＳＲ反応器１５に替わってＡＴＲ反応器２５を備え、水蒸気改質反応に加えて部分酸化反応により改質ガスを生成する。また、殺菌化学種として放電により生成した過酸化水素を用いる。
【００５５】
第２の実施形態と同様に燃料タンク１４、シフト反応器１６、ＰＲＯＸ反応器１７、ＣＳＡ１を備え、改質反応により生成した水素を用いてＣＳＡ１において発電を行う。ただし、ここではＳＲ反応器１５の替わりにＡＴＲ反応器２５を備える。ＡＴＲ反応器２５では、燃料と水を用いた水蒸気改質反応に加えて、燃料と酸素による部分酸化反応を生じるので、ＡＴＲ反応器２５には燃料タンク１４からの炭化水素系燃料と水、空気を供給する。
【００５６】
また、ＡＴＲ反応器２５では吸熱反応と発熱反応のバランスをとることにより加熱装置を必要としないため、ＣＳＡ１から排出された排水素および排空気は、第１の実施形態と同様に排水素燃焼器４で処理されてから排出する。
【００５７】
第１の実施形態と同様に、ＣＳＡ１の水チャネル、水タンク５と濃度検出器６を備え、循環する水中の雑菌等の微生物濃度の検出を可能とする。また気液接触器７を備え、後述する放電式過酸化水素発生器２７で生成した過酸化水素と、水タンク５から循環する水とを接触させることにより過酸化水素水を生成する。
【００５８】
また、放電法により図示しないエアフィルタで濾過された空気から過酸化水素を合成する放電式過酸化水素発生器２７を備える。生成された過酸化水素水の一部は、弁３０を介して前述した気液接触器７に供給されて過酸化水素水となり、水タンク５に供給されてＣＳＡ１を循環すると共に、ＡＴＲ反応器２５、ＳＦＴ反応器１６に供給される。また、生成された過酸化水素の一部は、放電式過酸化水素発生器２７から弁２８を介してＡＴＲ反応器２５、ＰＲＯＸ反応器１７、カソード極１ｂに供給される。これにより、水分が凝縮、付着して微生物が繁殖する可能性のある反応器および配管と、水タンク５および水を循環させる配管に過酸化水素が分散される。
【００５９】
また、気液接触器７には、水を排出するための機構を設け、弁３１により選択的に気液接触器７の水、ひいては水タンク５の水を排出可能とする。さらに過酸化水素水タンク２６を備え、弁２９を介して水タンク５に過酸化水素水を選択的に供給可能な構成とする。
【００６０】
このような構成の燃料電池システムにおいて、微生物の繁殖を防止するための制御を図６に示したフローチャートを用いて説明する。
【００６１】
ステップＳ２１において、ステップＳ１と同様に燃料電池システムがキーオフかどうかを判断する。キーオフであると判断されたらステップＳ２２に進み、長期保管が指定または推定されたか否かを示すスイッチ３２の状態を検知する。ここで、スイッチ３２が入力されていれば、ステップＳ２３に進み、過酸化水素水タンク２６から水タンク５に過酸化水素水を供給する。燃料電池システムが長期保管された後の起動時には暖機等に電力が必要となり、また、保管時にバッテリ１３の電力漏れ等が生じる可能性がある。そのため、長期保管が指定された際には、過酸化水素水タンク２６に貯蔵される過酸化水素水を用いることで、大きな電力を消費することなく殺菌を行う。過酸化水素水タンク２６から過酸化水素を水タンク５内の水に添加して、水タンク５からＣＳＡ１に所定時間水を循環させる。ここで、水中の微生物濃度に関わらず殺菌作用を行うのは、長期保管することにより微生物が繁殖する可能性が高いためである。保管中に水中に過酸化水素を添加しておくことで、微生物の繁殖を防ぐことができる。
【００６２】
ステップＳ２２において長期保管を判断されない場合には、ステップＳ２３において、濃度検出器６により循環する水中の雑菌等の微生物の濃度を検出する。ステップＳ２５に進み、検出した微生物の濃度と所定値とを比較して、雑菌等の微生物濃度が所定値より小さければ本制御を終了する。一方、ステップＳ２５において雑菌等の微生物濃度が所定値以上の場合には殺菌を行う必要があるので、ステップＳ２６に進みＳＯＣを検出する。ＳＯＣが所定値以上であり、殺菌作用を行うための電力が十分にあると判断されたらステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、過酸化水素を合成し、過酸化水素を含む水の循環、過酸化水素を含む空気による改質システム、ＣＳＡ１のパージを行う。一方、ステップＳ２６でＳＯＣが所定値より小さいと判断されたら、ステップＳ２７のＳＯＣ不足時処理を行い、本制御を終了する。
【００６３】
次に、ステップＳ２７のＳＯＣ不足時処理の制御方法を図７に示したフローチャートを用いて説明する。
【００６４】
ＳＯＣ不足時処理の指示を検出したら、ステップＳ３１において、水の排出を予告する表示を行う。ステップＳ３２において、図示しないスイッチ等により排出禁止が指示されていないかどうかを検出する。排出禁止が指示されたら、ステップＳ３４に進み、排出しない旨を表示して本制御を終了する。
【００６５】
一方、ステップＳ３２において、排出禁止が指示されなかったら、ステップＳ３３に進み、所定時間が経過したかどうかを判断する。この所定時間は遅延時間であり、予め設定した排水までの時間とすることができる。または、水温や外気温に応じてこの遅延時間を補正してもよい。例えば、水温または外気温度が極めて低く、微生物の繁殖が極めて遅いと推定される場合、排水までの遅延時間を長く変更する。
【００６６】
ステップＳ３３で所定時間が経過していなければ、ステップＳ３２に戻り、再び排出禁止の指示があるかどうかを判断する。このように所定時間に渡って排出禁止が指示されていないかどうかを検出し、排出禁止が指示されなければステップＳ３５に進む。ステップＳ３５においては、弁３１を開いて気液接触器７を介して水タンク５内の水を排出し、水を排出した旨を表示して本制御を終了する。
【００６７】
なお、ここでは過酸化水素水タンク２６を備えているが、これがオゾン水タンク等の別の殺菌科学種でもよい。例えば、多くの水分を含む高温の空気とあまり水分を含まない低温の空気とを多孔質板を介して接触させ、熱量と水分とを高温側から低温側へ移動させるような機構を備えた場合を考える。この機構を用いて、燃料電池システムの排ガスから改質システムで使用する空気に熱と水を回収することができ、そのような場合には、その機構に対して塩素ガスを使用することも有効である。
【００６８】
次に、本実施形態の効果を説明する。ここでは、第２の実施形態に加えて以下のような効果を得ることができる。
【００６９】
生成手段、ここでは放電式過酸化水素発生器２７を運転するためのバッテリ１３と、バッテリ１３の状態検出して供給が可能であるかどうかを判断する電源状態判断手段（Ｓ２６）を備える。バッテリ１３からの電力の供給が不可能である場合には、水をシステム外に排出する。このように、放電式過酸化水素発生器２７の運転が不可能なほどバッテリ１３が放電している場合には、水をシステム外に排出することで、修復不可能なほど雑菌等の微生物が繁殖するのを未然に防ぐことができる。
【００７０】
水を排出すること、または、排出したことの少なくとも一方を表示する表示手段を備える。これにより、運転者に、水を排出することを予告して適切な処理を促したり、すでに水が排出されたことにより運転不可能であることを知らせたりすることができる。
【００７１】
バッテリ１３状態の検出および判断時期と、水の排出時期との間に遅延時間を設ける。これにより、一時的なバッテリ１３の性能低下によって水がシステム外に排出されるの防止したり、運転者が水の排出前にバッテリを充電する等、適切な処理を行う猶予を与えたりすることができるので、無駄に水を排出するのを防ぐことができる。
【００７２】
遅延時間を燃料電池システム内の水温または外気温度の少なくとも一方で補正する。水温や外気温度から雑菌等の微生物の繁殖速度を予測し、適切なタイミングで水の排出を行うことができる。
【００７３】
殺菌作用を持つ化学種を貯蔵するタンク、ここでは過酸化水素水タンク２６を備え、過酸化水素水タンク２６に備えられた過酸化水素水を、放電式過酸化水素発生器２７において生成された過酸化水素と併用する。これにより、燃料電池システムの状態に関わらず殺菌を行うことができる。
【００７４】
移動体の長期保管を推定または指定する長期保管判断手段（Ｓ２２）を備え、長期保管をすると推定または指定された場合には、過酸化水素水タンク２６に貯蔵された殺菌作用を持つ過酸化水素を適用する。長期保管の際には電力を消費する放電式過酸化水素発生器２７により殺菌化学種を生成することなく、雑菌等の微生物の繁殖を防止することができ、バッテリ上がり等を防止することができる。
【００７５】
なお、上記実施の形態ではＰＥＦＣを例に説明したが、燃料電池の形式がＰＥＦＣに限定されるわけではなく、例えばリン酸型燃料電池や、ＳＯＦＣ（固体酸化物型）や、アルカリ型にも適用できる。
【００７６】
また、いずれの実施形態においてもキーオフ状態で処理を開始するようにしているが、キーオン状態であっても燃料電池システムの作動に支障がない限り本発明の処理を行っても良い。
【００７７】
例えば第１の実施形態では、バッテリ１３が放電式オゾン発生器８以外の電源を兼ねることを考慮し、運転時に大電流が要求されたにもかかわらず、放電式オゾン発生器８が電力を消費していて、所望の電力が取り出せなくなる事態を避けるべく、キーオフの検出を行っているが、バッテリ１３が移動体の主な蓄電システムとは別に備えられる場合には、キーオンであってもコントローラ１２における制御を開始してもよい。ただしガスパージによるアノード極の殺菌処理はキーオン時には行えないので、キーオフ検出時に行うのが望ましい。
【００７８】
さらに、殺菌という表現は必ずしも全ての雑菌類を死滅させることに限られるものではなく、微生物の量もしくは濃度を移動体用燃料電池システムの性能を損なわない程度にまで下げることを含む。
【００７９】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲以内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における移動体用燃料電池システムの構成である。
【図２】第１の実施形態における雑菌の繁殖防止制御のフローチャートである。
【図３】第２の実施形態における移動体用燃料電池システムの構成である。
【図４】第２の実施形態における雑菌の繁殖防止制御のフローチャートである。
【図５】第３の実施形態における移動体用燃料電池システムの構成である。
【図６】第３の実施形態における雑菌の繁殖防止制御のフローチャートである。
【図７】第３の実施形態におけるＳＯＣ不足時の処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１　　ＣＳＡ　（燃料電池）
６　　濃度検出器　（検出手段）
７　　気液接触器
８　　放電式オゾン発生器　（生成手段）
１２　コントローラ
１３　バッテリ　（電源）
１９　電荷意識オゾン水発生器　（生成手段）
２６　過酸化水素水タンク　（タンク）
２７　放電式過酸化水素発生器　（生成手段）
３２　スイッチ
電源状態判断手段　…　Ｓ４、１４、２６
長期保管判断手段　…　Ｓ２２
【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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【図６】
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【図７】
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