(57)【要約】【課題】燃料電池の運転の停止状態のとき燃料電池の燃料電極に燃料を残留させたままにでき、燃料電池の運転の立ち上がりを早期に行うのに有利な燃料電池発電システムその制御方法を提供する。【解決手段】燃料電池発電システムは、プロトン伝導体４で形成された電解質と燃料電極３と酸化剤電極１とを有する燃料電池７と、燃料電極３に燃料を供給する燃料通路１３と、酸化剤電極１に酸化剤を供給する酸化剤通路１７とをもつ。燃料電池１７は、電解質の内部に少なくとも一つの内部電極２をもつ。燃料電池７の運転が停止している状態のとき燃料電池７の燃料電極３に燃料を残留させる燃料残留実現手段２１，２２を有する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導体で形成された電解質と該電解質の一方の側に設けられた燃料電極と該電解質の他方の側に設けられた酸化剤電極とを有する燃料電池と、
前記燃料電池の前記燃料電極に燃料を供給する燃料通路と、
前記燃料電池の前記酸化剤電極に酸化剤を供給する酸化剤通路とをもつ燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池の前記電解質の内部に設けられた少なくとも一つの内部電極と、
前記燃料電池の運転が停止している状態のとき前記燃料電池の前記燃料電極に燃料を残留させる燃料残留実現手段とを具備することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料残留実現手段は、前記燃料通路および前記燃料電池のうちの少なくとも一方に設けられたバルブであ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において、前記燃料電池の該内部電極の電位を調整する内部電極電位調整手段が設けられてい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３において、前記内部電極電位調整手段は、前記燃料電池の該内部電極に電圧を印加する電圧印加手段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３において、前記内部電極電位調整手段は、前記燃料電極及び前記酸化剤電極のうちの少なくとも一方と前記内部電極とを接続する電源であることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
請求項３において、前記内部電極電位調整手段は、前記燃料電極及び前記酸化剤電極のうちの少なくとも一方と前記内部電極とを導通する導電手段であることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項７】
プロトン伝導体で形成された電解質と該電解質の一方の側に設けられた燃料電極と該電解質の他方の側に設けられた酸化剤電極とを有する燃料電池と、前記燃料電池の前記燃料電極に燃料を供給する燃料通路と、前記燃料電池の前記酸化剤電極に酸化剤を供給する酸化剤通路とをもつ燃料電池発電システムの運転を制御する燃料電池発電システムの制御方法において、
前記燃料電池は、前記電解質の内部に設けられた少なくとも一つの内部電極を有しており、
前記燃料電池の運転が停止している状態のとき前記燃料電池の前記燃料電極に燃料を残留させる操作を実行することを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項８】
請求項７において、前記燃料電池の運転停止から運転再起動まで前記燃料電池の前記燃料電極に燃料を残留させておくことを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、前記燃料電池の該内部電極の電位を調整する内部電極電位調整手段が設けられていることを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロトン伝導体を電解質とする燃料電池を装備する燃料電池発電システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、自動車や家庭用の電源として、広範な普及が期待されている。電解質の種類に応じて各種の燃料電池が研究されている。
【０００３】
プロトン伝導体を電解質とする燃料電池では、燃料電極に供給された水素やメタノール等の燃料が燃料電極（アノード）で酸化され、プロトンと電子とが生成される。プロトンは電解質であるプロトン伝導体を伝導して対極の酸化剤電極（カソード）に到達して、酸化剤電極に供給された酸素と燃料電極から外部負荷を通って供給される電子と反応して水を生成する。この際、燃料電極と酸化剤電極の間には、使用する燃料と酸素の反応で水が生成する際の自由エネルギー変化に相当する電圧が発生し、これが、電気エネルギーとして外部に取り出される。
【０００４】
従来、上記した燃料電池発電システムによれば、燃料電池発電システムの運転を停止させるときには、活性度が低いパージガス（窒素ガス等）を燃料電池の燃料電極に供給することにより、燃料電極から燃料を排出し、その状態でパージガスを燃料電池の燃料電極に封入することにしている（特許文献１）。これにより燃料電池の運転が停止されているとき、燃料が電解質膜を透過することを防止することができる。また、従来、燃料電池の運転停止時に、あるいは、一時的に負荷を開放して待機する際に、カソード系酸化剤ガスのみを不活性ガスに切り替える技術も開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平７−２７２７３９号公報
【特許文献２】特公平６−９０９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記した運転を停止させるとき、活性度が低いパージガス（窒素ガス等）を燃料電池の燃料電極に供給することにより、燃料電極から燃料を排出し、その状態でパージガスを燃料電池の燃料電極に封入する従来の燃料電池発電システムによれば、運転停止状態の燃料電池を再起動させるとき、燃料電極に封入されているパージガスを燃料電極から排出し、パージガスと燃料とを置換させなければならない。このため燃料電池の運転の立ち上がりに時間を必要とする問題がある。
【０００６】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池の運転を停止している状態のとき、燃料電池の燃料電極に燃料を残留させたままにでき、これにより燃料電池の運転の立ち上がりを早期に行うのに有利な燃料電池発電システムその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明者は燃料電池について研究を進めている。そして、本発明者は、燃料電池の電解質の内部に内部電極を設け、この内部電極の電極電位を制御すれば、電解質内の燃料の移動、酸化剤の移動を制御することができ、ひいては燃料の透過、酸化剤の透過を抑制できることを知見（本出願時に未公知）し、試験で確認した。本発明は上記した知見に係る燃料電池を更に進めたものである。
【０００８】
（２）本発明に係る燃料電池発電システムは、
プロトン伝導体で形成された電解質と電解質の一方の側に設けられた燃料電極と電解質の他方の側に設けられた酸化剤電極とを有する燃料電池と、
燃料電池の燃料電極に燃料を供給する燃料通路と、
燃料電池の酸化剤電極に酸化剤を供給する酸化剤通路とをもつ燃料電池発電システムにおいて、
燃料電池の電解質の内部に設けられた少なくとも一つの内部電極と、
燃料電池の運転が停止している状態のとき燃料電池の燃料電極に燃料を残留させる燃料残留実現手段とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の燃料電池発電システムによれば、電解質の内部に設けた内部電極に構成上の特徴を持つ。この内部電極の電極電位を制御することにより、電解質内の燃料の移動を制御することができる。更に、酸化剤の移動の制御と、電解質内部でのラジカルの生成が抑制される。
【００１０】
つまり、電解質の内部に内部電極を設け、その内部電極の電極電位を、燃料を酸化あるいは酸化剤を還元できる電位とすることで、内部電極に酸化電流あるいは還元電流を流すことができ、電解質を透過する燃料等を酸化等により分解する。その結果、燃料等の対極側への透過を抑制することができる。更に、燃料と酸化剤との混合反応を抑制することができる。
【００１１】
上記したように内部電極の電極電位を制御すれば、燃料の対極側への透過、酸化剤の対極側への透過を抑制することができる。このため、燃料電池の運転が停止している状態のとき、燃料残留実現手段は、燃料電池の燃料電極に燃料を残留させることができる。従って、運転が停止している燃料電池の再起動時には、燃料電池の燃料電極に残留している燃料を使用することができる。このため燃料電池の発電の立ち上がりを早めることができる。
【００１２】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、燃料電池の電解質の内部に設けられている内部電極の電位を調整する内部電極電位調整手段が装備されていることが好ましい。内部電極電位調整手段は、内部電極の電極電位を容易に制御することができ、これにより電解質内の燃料の移動、酸化剤の移動を容易に制御することができる。
【００１３】
前記した内部電極電位調整手段としては、燃料電池の内部電極に電圧を印加する電圧印加手段で構成することができる。従って、内部電極電位調整手段としては、燃料電極及び酸化剤電極のうちの少なくとも一方と内部電極とを接続する電源とすることができる。また、内部電極電位調整手段としては、燃料電極及び酸化剤電極のうちの少なくとも一方と内部電極とを導通する導電手段とすることができる。燃料残留実現手段としては、燃料電池の運転が停止している状態のとき、燃料電池の前記燃料電極に燃料を残留させ得るものであれば良く、構造等には制約されない。燃料残留実現手段としては、燃料通路及び燃料電池のうちの少なくとも一方に設けられたバルブを例示することができる。
【００１４】
（３）本発明に係る燃料電池発電システムの制御方法は、
プロトン伝導体で形成された電解質と電解質の一方の側に設けられた燃料電極と電解質の他方の側に設けられた酸化剤電極とを有する燃料電池と、燃料電池の燃料電極に燃料を供給する燃料通路と、燃料電池の酸化剤電極に酸化剤を供給する酸化剤通路とをもつ燃料電池発電システムの運転を制御する燃料電池発電システムの制御方法において、
燃料電池は、電解質の内部に設けられた少なくとも一つの内部電極を有しており、燃料電池の運転が停止している状態のとき燃料電池の燃料電極に燃料を残留させる操作を実行することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の燃料電池発電システムの制御方法によれば、電解質の内部に設けた内部電極に構成上の特徴を持つ。この内部電極の電極電位を制御することにより、電解質内の燃料の移動、電解質内の酸化剤の移動を制御することができる。更に内部電極の電極電位を制御することにより、酸化剤の移動の制御と、電解質内部でのラジカルの生成が抑制される。
【００１６】
つまり、電解質の内部に内部電極を設け、その内部電極の電極電位を、燃料を酸化あるいは酸化剤を還元できる電位とすることで、内部電極に酸化電流あるいは還元電流を流すことができ、電解質を透過する燃料等を酸化等により分解する。その結果、燃料の対極側への移動を抑制することができ、酸化剤の対極側への移動を抑制することができる。更に、燃料と酸化剤との混合反応を抑制することができる。
【００１７】
上記したように本発明によれば、燃料等の対極側への透過を抑制することができるため、燃料残留実現手段は、燃料電池の運転が停止している状態のとき、燃料電池の燃料電極に燃料を残留させることができる。従って、燃料電池の再起動時には、燃料電池の燃料電極に残留している燃料を使用することができるため、燃料電池の発電の立ち上がりを早めることができる。故に、本発明に係る燃料電池発電システムの制御方法によれば、燃料電池の運転停止から運転再起動まで燃料電池の燃料電極に燃料を残留させておくことができる。
【００１８】
本発明方法によれば、燃料電池の内部電極の電位を調整する内部電極電位調整手段が設けられていることが好ましい。内部電極電位調整手段が設けられていれば、内部電極の電極電位を容易に制御することができ、電解質内の燃料の移動を容易に制御することができる。内部電極電位調整手段としては、電圧印加手段とすることができる。従って、内部電極電位調整手段としては、燃料電極及び酸化剤電極のうちの少なくとも一方と内部電極とに接続される電源とすることができる。また、内部電極電位調整手段としては、燃料電極及び酸化剤電極のうちの少なくとも一方と内部電極とを導通する導電手段とすることができる。
【００１９】
燃料残留実現手段としては、燃料電池の運転が停止している状態のとき、燃料電池の前記燃料電極に燃料を残留させ得るものであれば良く、構造等には制約されない。燃料残留実現手段としては、燃料通路及び燃料電池のうちの少なくとも一方に設けられたバルブを例示することができる。この場合、バルブを閉鎖すれば、燃料電池の燃料電極に燃料を封入したまま残留させるのに有利となる。なお、燃料としては水素ガス、水素含有ガス、メタノール等を採用することができる。酸化剤としては酸素ガス、酸素含有ガス（空気等）等を採用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上記したように本発明によれば、後述の形態１〜形態４で述べるように、電解質の内部に設けた内部電極の電極電位を制御することにより、電解質内の燃料の移動を制御することができ、その結果、対極側への燃料の透過を抑制することができる。また、電解質内の酸化剤の移動を制御することができ、その結果、対極側への酸化剤の透過を抑制することができる。
【００２１】
従って本発明によれば、燃料電池の運転を停止するとき、窒素ガス等のパージガスを燃料極に封入するパージ処理を廃止または簡略化することができる。
【００２２】
上記したように本発明によれば、対極側への燃料の透過を抑制することができ、また、対極側への酸化剤の透過を抑制できるため、燃料電池の運転が停止している状態（非運転時）のとき、燃料電池の燃料電極から燃料を全部排出させることなく、燃料電極に燃料を残留させることができる。従って、運転が停止されていた燃料電池を再起動させるとき、燃料電池の燃料電極に残留している燃料を使用することができ、燃料電池の発電の立ち上がりを早めることができる。
【００２３】
更に本発明によれば、電解質の内部に設けた内部電極の電極電位を制御することにより、後述の形態１〜形態４で述べるように、燃料電池の燃料及び酸化剤が電解質を通して対極側に透過することが抑制される。このため当該透過により引き起こされる燃料電池の出力低下を抑制することができる。更に、電解質の内部に設けた内部電極の電極電位を制御することにより、燃焼等による電池の損傷、ラジカルの発生による電解質等といった燃料電池構成材料の化学的劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
先ず、本発明の燃料電池発電システムで用いられる内部電極搭載型の燃料電池について、形態１〜形態４を例にとって説明する。次に、その内部電極搭載型の燃料電池を装備した燃料電池発電システムについて説明する。以下の説明に用いる図においては、対応する構成要素について共通する符号を付けている。
【００２５】
（１）形態１の燃料電池
図１は、形態１に係る内部電極搭載型の燃料電池の概念を示す。形態１に係る燃料電池７は、プロトン伝導体４で形成された電解質と、電解質の厚み方向の一方の側に設けられた燃料電極３と、電解質の厚み方向の他方の側に設けられた酸化剤電極１とを有する。プロトン伝導体４は固体高分子型とすることができる。更に、図１に示すように、プロトン伝導体４で形成された電解質の内部には、内部電極２が設けられている。内部電極２は層状とされている。
【００２６】
この燃料電池７では、内部電極２と燃料電極３との間に内部電極電位調整手段５を介在させた回路を形成している。内部電極電位調整手段５は内部電極２と燃料電極３とを電気的に接続する。そして、内部電極２の電極電位を制御することにより、燃料の対極への透過の抑制、酸化剤の対極への透過の抑制、ラジカル生成反応の抑制が実現されている。
【００２７】
内部電極２は、任意の触媒粒子単独あるいは適宜の担体上に担持させた触媒を基材として構成されている。内部電極２は、これの両側に配置されるプロトン伝導体４により挟み込まれた配置とされている。内部電極２は、その両側のプロトン伝導体４のイオン伝導を絶縁しないように、それ自体がプロトン伝導性を有しなければならない。そのため、内部電極２としては、触媒（例えば粒子状、繊維状、メッシュ状等）とプロトン伝導体とを混合して構成することができる。
【００２８】
内部電極電位調整手段５としては、電源５Ａ、ポテンショスタット５Ｂ、負荷５Ｃ、あるいは、短絡のような導電手段５Ｄを用いることもできる。なお、以下の説明は、燃料電池７に外部負荷６を接続しない開回路状態を仮定しているが、外部負荷６を接続した閉回路状態にも、燃料電極３と酸化剤電極１の分極を考慮することにより適用することができる。
【００２９】
まず、内部電極電位調整手段５を接続しないで、内部電極２と燃料電極３との間を開回路状態に設定し、内部電極２に電流が流れない場合について考える。この場合、内部電極２の電極電位（静止電位）は、プロトン伝導体４を透過して内部電極２に到達する燃料の濃度および酸化剤の濃度に依存する。
【００３０】
水素、酸素をそれぞれ燃料、酸化剤とする燃料電池においては、水素の透過が酸素の透過よりも大きい場合、内部電極２の静止電位は燃料電極の電極電位に近づくが、燃料電極３の電極電位より正の値である。逆に酸素の透過が水素の透過よりも大きい場合、内部電極２の静止電位は酸化剤電極１の電極電位に近づくが、酸化剤電極１の電極電位より負の値である。どちらの場合になるかは、基本的には、水素、酸素に対するプロトン伝導体４の透過係数およびガス圧力により決定される。
【００３１】
水素の透過が酸素の透過より大きいため、内部電極２の静止電位が燃料電極３の電極電位に近い場合、透過した酸素は、内部電極２で過剰に存在する水素と内部電極２において反応して消費される。この際、内部電極２の電極電位（静止電位）が低いため、内部電極２の表面でラジカルが生成するおそれがある。そして、内部電極２で過剰に存在する水素は、プロトン伝導体４を透過し、対極である酸化剤電極１側に透過してしまう不具合がある。
【００３２】
また、酸素の透過が水素の透過より大きいため、内部電極２の静止電位が酸化剤電極１の電極電位に近い場合は、内部電極２を透過した水素は過剰に存在する酸素と反応して消費され、この電位ではラジカルの生成は抑制されている。しかしながら、過剰に存在する酸素は、対極である燃料電極３側へ透過し、燃料電極３の水素と反応する。この際、燃料電極３の電極電位が低いため、ラジカルが生成してしまう不具合がある。
【００３３】
次に、図１に示す回路において、内部電極電位調整手段５を燃料電極３と内部電極２とに接続する場合を説明する。水素の透過が酸素の透過より大きいため、内部電極２の静止電位が燃料電極３の電極電位に近い場合には、内部電極電位調整手段５として電源５Ａを用い、燃料電極３に対する内部電極２の電圧（静止電圧）より高い電圧を、燃料電極３を基準として内部電極２へ印加する。これにより、内部電極２は分極して酸化電流が流れ、内部電極２の電極電位は正の方向に移動して高くなる。この結果、内部電極２で水素と酸素が反応する際のラジカルの生成が抑制される。そして、内部電極２で過剰に存在する水素は、内部電極２で酸化されることにより、酸化剤電極１への水素の移動は抑制される。なお、内部電極２へ印加される電圧は、内部電極２で水の酸化が起こらない電圧まで高くすることができる。
【００３４】
酸素の透過が水素の透過より大きいため、内部電極２の静止電位が酸化剤電極２の電極電位に近い場合には、内部電極電位調整手段５として負荷５Ｃを接続すると、内部電極２には還元電流が流れ、過剰に存在する酸素は還元される。従って、過剰の酸素が燃料電極３側に透過して水素と反応してラジカル生成反応を起こす不具合を抑制できる。この際、内部電極２の電極電位は負の方向に移動して低くなり、燃料電極３に対する内部電極２の電圧は小さくなる。なお、内部電極２の電極電位を下げすぎると、内部電極２でラジカルの生成が促進されるので、ラジカルが発生しない程度に負荷を調整することが好ましい。
【００３５】
また、内部電極電位調整手段５としてポテンショスタット５Ｂ（定電圧装置）を用い、静止電圧より低い電圧を、燃料電極３を基準として内部電極２に印加することもできる。
【００３６】
さらに、内部電極電位調整手段５として、内部電極２と燃料電極３との間を導電手段５Ｄ（例えば、導線等の導通路）で短絡接続する手段も考えられる。この場合、内部電極２と燃料電極３との間に、ほぼ０ボルトの電圧を印加することと等価であるから、内部電極２の電極電位が燃料電極３の電極電位とほぼ同じになり、内部電極２に還元電流が流れ、過剰に存在する酸素は還元される。なお、透過防止性を高めるべく、燃料電池７の運転を停止している間中、内部電極電位調整手段５を燃料電極３と内部電極２とに接続しておくことが好ましい。また、燃料電池７を運転しているときにおいても、内部電極電位調整手段５を燃料電極３と内部電極２とに接続しておくことができる。
【００３７】
（２）形態２に係る燃料電池
図２は、形態２に係る内部電極搭載型の燃料電池７の概念を示す。図２に示すように、プロトン伝導体４で形成された電解質の内部には、内部電極２が設けられている。そして内部電極２と酸化剤電極１の間に内部電極電位調整手段５を介在させた回路を構成し、内部電極２の電極電位を制御することにより、図１の場合と同様の制御が可能なことを説明する。
【００３８】
水素の透過が酸素の透過より大きいため、内部電極２の静止電位が燃料電極３の電極電位に近い場合には、内部電極電位調整手段５として負荷５Ｃを内部電極２と酸化剤電極１との間に接続すると、内部電極２には酸化電流が流れ、過剰の水素は酸化される。更に、内部電極２の電極電位が高くなり、ラジカルの生成は抑制される。そして、内部電極２で過剰に存在する水素は、内部電極２で酸化されることにより、酸化剤電極１への水素の移動は抑制される。
【００３９】
また、内部電極電位調整手段５として導電手段５Ｄで内部電極２と酸化剤電極１とを接続（短絡）することも考えられる。導電手段５Ｄで内部電極２と酸化剤電極１とを接続することにより、内部電極２の電極電位は高くなるので、ラジカルの生成は抑制される。内部電極電位調整手段５として電源５Ａを用い、酸化剤電極１に対する内部電極２の静止電圧より高い電圧を、酸化剤電極１を基準として内部電極２に印加しても同様な効果が得られる。
【００４０】
酸素の透過が水素の透過より大きいため、内部電極２の静止電位が酸化剤電極１の電極電位に近い場合、内部電極電位調整手段５として電源５Ａを用いて、静止電圧より低い電圧を酸化剤電極１を基準として内部電極２に印加すると、内部電極２には還元電流が流れ、過剰の酸素は還元される。従って、酸素の燃料電極３への透過は抑制される。この際、内部電極２の電極電位が下がりすぎてラジカルが発生することがないように電圧を設定することが好ましい。なお、透過防止性を高めるべく、燃料電池７の運転を停止している間中、内部電極電位調整手段５を酸化剤電極１と内部電極２とに接続しておくことが好ましい。
【００４１】
（３）形態３の燃料電池
図３は、形態３の内部電極搭載型の燃料電池７の概念を示す。図３に示すように、プロトン伝導体４で形成された電解質の内部には複数の内部電極４を並設状態で間隔を隔てて配置されている。形態３は、図３に示すように、プロトン伝導体４内部に配置された複数の内部電極２と、その内部電極２の電極電位を制御する複数の内部電極電位調整手段５をもつ燃料電池を示す。内部電極２の電極電位の制御を行うことで酸化電流あるいは還元電流を流すことができる。
【００４２】
図３に示す燃料電池７では、プロトン伝導体４の内部においてこれの厚み方向に所定間隔で複数層（２層）の内部電極２が配置されている。図３に示す燃料電池７では、一方の内部電極２と燃料電極３との間に一方の内部電極電位調整手段５を介在させる。他方の内部電極２と酸化剤電極１との間に他方の内部電極電位調整手段５を介在させる。そして、それぞれの内部電極電位調整手段５により、内部電極２の電極電位を制御している。
【００４３】
つまり、形態３によれば、燃料電極３に近い内部電極２については、水素等の燃料を酸化できる電極電位に制御する。酸化剤電極１に近い内部電極２については、酸素等の酸化剤を還元できる電極電位に制御する。すなわち、図３に示す燃料電池７のように、プロトン伝導体４の内部を透過する燃料及び酸化剤の量および比に関わらず、簡単な電極電位の制御により、燃料及び酸化剤のプロトン伝導体７の透過が制御できる。
【００４４】
プロトン伝導体４を透過する燃料および酸化剤の量及び比は、燃料電池７内の位置によって変動している。つまり、内部電極２の適正な電極電位もプロトン伝導体４の拡がり方向の位置によって変動する場合がある。従って、図３に示す燃料電池７のように、プロトン伝導体４の厚み方向に内部電極を並べて配置するほか、プロトン伝導体４の拡がり方向（プロトン伝導体４の面方向）において内部電極をならべることもできる。
【００４５】
（４）形態４の燃料電池
図４は、形態４の内部電極搭載型の燃料電池７を示す。図４に示すように、プロトン伝導体４で形成された電解質の内部には内部電極４が配置されている。そして、酸化剤電極１と内部電極２とを導電手段５Ｄとしての導線（内部電極電位調整手段５）を介して短絡接続している。
【００４６】
なお、本発明に係る燃料電池は、図１に示す形態１〜図４に示す形態４の構成に限定されるものではなく、プロトン伝導体４で形成された電解質内に内部電極２を有する上記以外の多様な形態を含むことは、上記から明らかである。
【００４７】
（５）燃料電池発電システム
図５は、内部電極搭載型の燃料電池７を装備する燃料電池発電システムの原理図を示す。前記と共通の機能を有する部位には、共通の符号を付する。この燃料電池発電システムは、図５に示すように、燃料電池７を有する。燃料電池７は、プロトン伝導体４を基材とする膜状の電解質と、電解質の厚み方向の一方の側に設けられた燃料電極３と、電解質の厚み方向の他方の側に設けられた酸化剤電極１とを有する。
【００４８】
更に、この燃料電池発電システムは、燃料電池７の燃料電極３にガス状の燃料を供給する燃料流路１１をもつ燃料配流板１２に繋がる燃料通路１３と、燃料電池７の酸化剤電極１にガス状の酸化剤を供給する酸化剤流路１５をもつ酸化剤配流板１６に繋がる酸化剤通路１７とをもつ。燃料配流板１２及び酸化剤配流板１６はセパレータとも呼ばれるものであり、例えば炭素系材料、金属材料で形成されている。なお、燃料電池７は複数積層されているものであるが、図５は原理図であるため、１個のみ図示する。燃料としては、一般的には水素ガスまたは水素含有ガス（改質ガスを含む）を例示できる。酸化剤としては、空気等の酸素含有ガス、酸素ガスを例示できる。
【００４９】
この燃料電池７は、前記した形態１〜形態４のいずれかに係る燃料電池とすることができ、プロトン伝導体４を基材とする電解質の内部に単数または複数の層状の内部電極２を有する。更に、内部電極２の電位を調整する内部電極電位調整手段５が設けられている。内部電極電位調整手段５は、内部電極２に接続されていると共に、導電性をもつ燃料配流板１２を介して燃料電極３に接続されている。また、燃料通路１３は、燃料を燃料電池７に供給する往路１３ａと、発電後の燃料オフガスを燃料電池７から排出する復路１３ｂとで形成されている。酸化剤通路１７は、酸化剤を燃料電池７に供給する往路１７ａと、発電後の酸化剤オフガスを燃料電池７から排出する復路１７ｂとで形成されている。
【００５０】
燃料配流板１２の燃料入口１２ｉは、燃料通路１３の往路１３ａに設けられた第１入口バルブ２１を介して燃料供給源２３に接続されている。燃料供給源２３としては、燃料を収容する燃料容器、あるいは、改質ガスを生成する改質器を例示することができる。燃料配流板１２の燃料出口１２ｏは燃料通路１３の復路１３ｂ、第１出口バルブ２２に接続されている。また、酸化剤配流板１６の酸化剤入口１６ｉは第２入口バルブ２５を介して酸化剤供給源２７に接続されている。酸化剤供給源２７としては、例えば、ファン、ブロア、コンプレッサなどの送風手段を例示できる。酸化剤配流板１６の酸化剤出口１６ｏは酸化剤通路１７の復路１７ｂ、第２出口バルブ２６に接続されている。制御装置３０は、第１入口バルブ２１及び第１出口バルブ２２の開閉、第２入口バルブ２５及び第２出口バルブ２６の開閉を制御する。
【００５１】
燃料電池７を運転するときには、第１入口バルブ２１を開放することにより、燃料供給源２３から燃料を、燃料通路１３の往路１３ａを経て燃料配流板１２の燃料流路１１を介して燃料電池７の燃料電極３に供給する。この場合、第１出口バルブ２２は開放されている。更に、第２入口バルブ２５及び第２出口バルブ２６を開放した状態で酸化剤供給源２７を作動させることにより、酸化剤を酸化剤通路１７の往路１７ａから酸化剤配流板１６の酸化剤流路１５を介して燃料電池７の酸化剤極１に供給する。
【００５２】
上記したように燃料を燃料電池７の燃料電極３に供給すると共に酸化剤を燃料電池７の酸化剤電極１に供給することにより、燃料電池７で発電反応が生成され、発電が行われる。発電後の燃料オフガスは、燃料通路１３の復路１３ｂ、開放状態の第１出口バルブ２２を経て排出される。発電後の酸化剤オフガスは、酸化剤通路１７の復路１７ｂ、開放状態の第２出口バルブ２６を経て排出される。
【００５３】
また燃料電池７の運転を停止するときには、制御装置３０の指令により第１入口バルブ２１及び第１出口バルブ２２を閉鎖すると共に、内部電極電位調整手段５を作動させる。これにより燃料電池７の運転を停止させるとき、燃料電池７の燃料電極３に燃料を封入させた状態で残留させることができる。従って第１入口バルブ２１及び第１出口バルブ２２は、燃料電極３の燃料電極３に燃料を残留させる燃料残留実現手段として機能することができる。燃料電池７の運転停止中においては、第１入口バルブ２１及び第１出口バルブ２２の閉鎖を維持し、燃料電極３に燃料を残留させたままとすることができる。
【００５４】
上記した形態１〜形態４に係る記載から理解できるように、プロトン伝導体４を基材とする電解質の内部に内部電極２を設け、内部電極２の電位を制御すれば、電解質を介しての燃料の対極側への透過を抑制することができ、また、電解質を介しての酸化剤の対極側への透過を抑制することができる。このため、燃料電池７の運転を停止するとき、燃料電池７の燃料電極３から全部の燃料を排出することなく、燃料電極３に燃料を残留させたままとすることができる。従って、窒素ガス等のパージガスを燃料電極３に封入するパージ処理の廃止または簡略化を図ることができる。この結果、運転を停止していた燃料電池７を再起動させて運転を再開するとき、燃料電池７の燃料電極３に残留している燃料を使用することができる。従って、燃料電池７の再起動時にパージガスを燃料電極３から排出させる操作を廃止または簡略化でき、燃料電池７の発電の立ち上がりを早めることができる。
【００５５】
また、酸化剤側の第２入口バルブ２５及び第２出口バルブ２６は、必要に応じて、閉鎖しても良いし、あるいは、開放させても良い。第２入口バルブ２５及び第２出口バルブ２６を閉鎖しておけば、酸化剤極１の内圧を高めに維持できるため、内圧による燃料透過抑制効果を期待することもできる。
【００５６】
なお、第２入口バルブ２５及び第２出口バルブ２６は、空気側であるため、場合によっては廃止しても良い。
【実施例１】
【００５７】
本発明の実施例１に係る内部電極搭載型の燃料電池について試験と共に説明する。実施例１によれば、厚さ１８０μｍ（直径３６．５ｍｍ）のカーボンペーパーを２０質量％ＰＴＦＥディスパージョン溶液に浸漬し、溶液を含浸させて乾燥した後、約４００℃で焼成して撥水化した。これの片面に、エチレングリコールでペースト化したカーボンブラックをスクリーン印刷成形し、風乾の後、約１４０℃で５時間真空乾燥した。その後、カーボンペーパー撥水化の場合と同手法でこのカーボンブラック層を撥水化処理した。
【００５８】
この上に、白金触媒ペーストをアプリケータを用いて厚さ３００μｍに塗布し、８０℃で２時間真空乾燥して触媒層付電極（燃料電極、酸化剤電極に相当）を作製した。この白金触媒ペーストは、白金担持カーボン触媒（白金担持量４０質量％）と高分子固体電解質膜溶液（ナフィオン溶液）と、分散溶媒として少量のイソプロピルアルコールとを加え、混練して作製したものである。
【００５９】
また、厚さ２５μｍのＥＴＦＥベースフィルム中にスチレンを放射線グラフト重合し、クロル硫酸によりスルホン化して作製した厚さ約３５μｍの高分子固体電解質膜（以下、膜ともいう）をプロトン伝導体として用いた。この膜を２枚同じサイズ（約φ６０ｍｍ）に切り出し、風乾した。その一方の膜の片面に、先に調製した白金触媒ペーストを所定の白金触媒塗布量となる必要量を分取し、スプレー塗布し、風乾の後、８０℃で２時間真空乾燥した。
【００６０】
この膜と、もう一方の同サイズに切り出しておいた膜とを水に所定時間浸漬して含水状態とし、前述の白金触媒ペースト塗布面を内側にした２枚の高分子電解質膜の間に、白金極細線（線径２０μｍ）を約６ｍｍ間隔の格子状に配置して挟み込んだ。そして、その外側（両側）に、前記した触媒層付電極（燃料電極、酸化剤電極に相当）を配置してホットプレス（１６０℃、７．８４５ＭＰａ（８０ｋｇｆ／ｃｍ２）にて一体化接合し、これにより膜（内部白金触媒層付）／電極接合体（以下「内部電極入りＭＥＡ」と称す）を作製した。
【００６１】
この内部電極入りＭＥＡ中の膜において、白金触媒ペーストの塗布で形成された白金触媒層（第１触媒層）と、格子状に配置した白金極細線（第２触媒層）とが、本発明の内部電極に相当する。この白金極細線は、内部電極に電圧を印加するための電気的接続をする集電体としても機能することができる。
【００６２】
この内部電極入りＭＥＡを用い、その両側を、ガス流路を有する評価用小型集電体（配流板）で挟んで固定した。燃料電極３（アノード）と内部電極２との間に、内部電極電位調整手段５としてポテンショスタット５Ｂを接続した図１に示すような実験回路を構成した。但し、外部負荷６を接続せずに、燃料電池を開回路状態として試験を行った。
【００６３】
燃料電極３（アノード）側に供給する水素、酸化剤電極１（カソード）側に供給する酸素を、純水が入ったガス専用のガスバブラー（約３０℃に保温）にそれぞれ独立して通して加湿した。そして毎分１００ミリリットルの流量で２０分間以上流し、燃料電極３に水素ガスを供給し、酸化剤電極１に酸素ガスをそれぞれ供給し、ガス配管内および燃料電池セル本体内のガス置換を行った。
【００６４】
その後、燃料電池セルの各ガスの入口、および出口のガスバルブを閉じ、各ガス約１リットル（燃料電池セル内容積および付随するガス配管部等を含めた容積）を２気圧で封入した状態とした。更にセル温度が８０℃になるように燃料電池を保温した。さらに燃料電極３を基準に内部電極２の電極電位を内部電極電位調整手段５（ポテンショスタット５Ｂ）により＋０．８Ｖに制御し、ガス封入（無負荷）状態を１５時間維持した。
【００６５】
また別途、同仕様の内部電極入りＭＥＡを用いて、内部電極２の電極電位の制御を行わないこと以外は、全く同条件でガスを封入した試験を行い、電位制御した場合と比較した。試験結果によれば、内部電極２の電位制御を行わなかった場合では、セル電圧が時間と共に低下している。これに対し、電位制御を行った場合では、セル電圧がほぼ初期電圧に近い一定の電圧を試験終了まで維持し続けた。
【００６６】
試験後、ガスをリークして各試験セルよりＭＥＡを取り出し、電極、および高分子電解質膜に付着した触媒層を除去して膜単体とした。そして膜に含まれる水の影響をなくすために、１Ｎ濃度のＫＯＨ溶液に膜を浸漬、乾燥し、赤外分光分析を行った。その結果によれば、電位制御を行わなかった試験では、膜のベースフィルムであるＥＴＦＥのＣ−Ｈ伸縮振動に関する赤外吸収ピーク（波数２９８０ｃｍ−１）の高さには、変化がなかった。このことより膜のベースフィルムには劣化がないと判断された。しかしスチレン（グラフト鎖）のベンゼン環のＣ−Ｈ伸縮振動に関するピーク（波数２９３０ｃｍ−１）、及び、ベンゼン環のＣ−Ｃ伸縮振動に関するピーク（波数１４１０ｃｍ−１）の高さが明らかに低下しており、膜が酸化分解し、グラフトしたスチレンが脱落していることがわかった。これに対し、内部電極２の電位制御を行った試験の場合では、試験前とこれらのピークの高さは変わらず、膜の劣化は認められなかった。
【００６７】
この結果は以下のように推察される。即ち、燃料電極３側へ移動しようとする酸素ガスは内部電極２で過剰な水素ガスと反応して消費され、酸素ガスの燃料電極３側への到達は抑制される。一方、酸素と反応されなかった余剰の水素ガスは内部電極２で酸化され、対極である酸化剤電極１側への到達は抑制される。この結果、水素ガスと酸素ガスの混合による膜劣化とセル電圧（開回路電圧）の低下が抑制される。また、内部電極２の電位をより正に制御することによって、内部電極２でのラジカルの発生が抑制され、膜劣化が防止される。
【実施例２】
【００６８】
本発明の実施例２に係る内部電極搭載型の燃料電池について説明する。実施例２によれば、ゴアセレクト膜（ジャパン・ゴアテックス社製、厚さ３０μｍ）を同サイズ（直径約６０ｍｍ）に電解質として複数個切り出して、風乾する。その一方の膜の片面に、実施例１と同様の方法で調製した白金触媒ペーストを所定触媒塗布量となるよう分取し、スプレー塗布した。以下、このスプレー塗布層を「内部電極」と称す。この膜を風乾した後、８０℃で２時間以上真空乾燥した。
【００６９】
比較のために同仕様のゴアセレクト膜（厚さ３０μｍ）を２枚用意し、白金触媒ペーストを塗布した場合と同じ量（同じ体積）の高分子固体電解質膜溶液（ナフィオン溶液）を、一方の膜の片面にスプレー塗布した後、風乾した。これをさらに８０℃で２時間真空乾燥した。
【００７０】
この白金触媒ペースト塗布膜、および、何も塗布しないもう一方の膜を水に浸漬させて含水状態とし、前述の白金触媒ペースト塗布面を内側にした２枚の高分子電解質膜の間に、集電体としても機能できる白金メッシュ（触媒層,厚み２０μｍ）を挟み込み、さらにその外側（両側）に、実施例１の場合と同じ方法で作製した電極（燃料電極及び酸化剤電極に相当）を配置した。そしてホットプレス（１６０℃、７．８４５  ＭＰａ（８０ｋｇｆ／ｃｍ２）によって一体化接合し、膜（内部電極入り）／  電極接合体（以下「内部電極入りＭＥＡ」と称す）を作製した。
【００７１】
比較のため、高分子電解質膜溶液のみを塗布した膜、および何も塗布しないもう一方の膜を同様にホットプレスし、２枚の膜を接合したＭＥＡ（内部電極を有しない）を作製した。以下、これを「比較用ＭＥＡ」と称す。
【００７２】
これらを実施例１と同様に評価用小型燃料電池セルに組み込んだ。そして、図１のように燃料電極３と内部電極２間に内部電極電位調整手段５として（ポテンショスタット５Ｂ）を接続した実験回路を構成した。そして、純水を入れたガスバブラー（８０℃保温）を通じた窒素ガスを、内部電極入りＭＥＡを用いた燃料電池の燃料電極３側に、毎分２００ミリリットルの流量で２０分間以上流した。これにより燃料電池の燃料電極３側、およびガス配管部分のガス置換を行った。また、水電解セルに電解電流３Ａを通電して水素ガス、および酸素ガスを発生させ、水素ガス及び酸素ガスを共に、純水の入ったガスバブラー（水素側、酸素側共８０℃に保温）に通して加湿した。その加湿した水素ガス及び酸素ガスを、８０℃に保温した燃料電池セルに導入した。この場合、ポテンショスタット５Ｂによって内部電極２の電極電位を燃料電極３の電極電位に対して＋０．８Ｖにセットした。この状態で、１分間の負荷運転（負荷電流密度０．１アンペア／ｃｍ2）と、３分間の無負荷運転（開回路電圧運転）との繰り返しによるサイクル運転試験を行った。この場合、内部電極２には定常的に約２ミリアンペアの酸化電流が観測された。別途、比較用ＭＥＡについて、電極電位を操作しない以外は全く同条件でサイクル運転試験を行い電池挙動その他を比較した。
【００７３】
図６はサイクル運転試験を行った結果を示す。図６において、プロット１０は、内部電極入りＭＥＡのセル電圧（開回路電圧,ＯＣＶ）の結果を示す。プロット２０は、比較用ＭＥＡの各サイクルのセル電圧（開回路電圧）の結果を示す。図６のプロット１０として示すように、内部電極入りＭＥＡを用いた場合には、サイクル運転開始後２５０時間経過時も、約０．９５Ｖ程度の高いセル電圧（開回路電圧）を維持した。
【００７４】
これに対して比較用ＭＥＡを用いた場合には、図６のプロット２０に示すように、運転開始後約１００時間経過付近から、セル電圧（開回路電圧）の低下が顕著となり、２３０時間経過時点でセル電圧（開回路電圧）の低下、変動共に大きくなり、実用的な運転の継続が不可能な状態になったため、運転を停止した。燃料電池から比較用ＭＥＡを取り出したところ、膜が部分的に白く変色し、その部位に穴があいていることが確認された。これに対して内部電極入りＭＥＡには膜変色、穴あき共に認められなかった。
【００７５】
以上の結果は、内部電極入りＭＥＡにおける内部電極（白金触媒層電極）の電位制御を行ったことにより、負荷運転モード及び開回路電圧モードの双方の場合において、酸化剤電極（酸素極側）への水素透過が抑制され、ひいては、セル電圧（開回路電圧）の安定化、および膜劣化が抑制された効果が両者のＭＥＡ耐久性の差異となって現れたものと考えられる。
【実施例３】
【００７６】
本発明の実施例３の内部電極搭載型の燃料電池を示す。実施例３によれば、実施例１と同じ方法、材料を用いて内部電極入りＭＥＡを作製し燃料電池を構成した。但し、本試験の場合、外部負荷６は接続しない開回路状態として試験を行った。純水を入れたガスバブラー（８０℃保温）を通じた窒素ガスを、燃料電池の燃料電極３側に毎分２００ミリリットルの流量で２０分間以上流し、燃料電池の燃料電極３側およびガス配管部分のガス置換を行った。その後、純水を入れた各ガス専用のガスバブラー（約３０℃保温）に通じて加湿した水素を燃料電極３側に、純水を入れた各ガス専用のガスバブラー（約３０℃保温）に通じて加湿した酸素を酸化剤電極１側に、それぞれ毎分１００ミリリットルの流量で２０分間以上流し、ガス配管内、および燃料電池セル本体内のガス置換を行った。
【００７７】
その後、燃料電池の各ガスの入口のガスバルブ、および出口のガスバルブをそれぞれ閉じることにより、２気圧の各ガス約１リットル（燃料電池内容積、および付随するガス配管部等を含めた容積）を封入した状態とした。そして燃料電池の温度を８０℃に保温した。このとき燃料電極３の電極電位に対する内部電極の電極電位は約０．１Ｖを示した。
【００７８】
次に、酸化剤電極１と内部電極２とを図４のように導電手段５Ｄとしての導線（内部電極電位調整手段５）を介して接続し、内部電極２に酸化電流を流した。この場合、内部電極２の電極電位は、酸化剤電極１の電極電位にほぼ近い電位になっているものと考えられる。この状態で約１６時間放置した。図７はその結果を示す。図７において、プロット３０は燃料電池のセル電圧を示す。プロット４０は内部電極の酸化電流を示す。プロット５０は燃料電池のセル抵抗を示す。図７の縦軸において『１．０』の目盛は、セル電圧で１．０Ｖを意味し、電流で１０ミリアンペアを意味し、セル抵抗で１００ｍΩを意味する。
【００７９】
本実施例によれば、試験開始直後にセル抵抗の低下、および、内部電極２の酸化電流の増加が認められ。これは、内部電極２および酸化剤電極１上でプロトンと酸素が反応することによって生成した水によって膜が加湿され、抵抗が下がると共に膜を透過するガス量が増加したためであると考えられる。その後、図７のプロット３０に示すように燃料電池のセル電圧は約０．９Ｖで安定した。また、図７のプロット４０に示すように内部電極２の酸化電流は約９ミリアンペアの一定値を示した。
【００８０】
試験後、燃料電池より内部電極入りＭＥＡを取り出し、電極、および高分子電解質膜に付着した触媒層を除去して膜単体とし、膜について赤外分光分析を行った。その結果によれば、膜の劣化は認められなかった。この結果は、内部電極２と酸化剤電極１とを導電手段５Ｄを介して接続し、内部電極２に酸化電流を流すことによって、実施例１の場合と同様の効果が得られることを示している。つまり、内部電極２を酸化剤電極１または燃料電極３と導電手段５Ｄを介して接続したショート回路のような受動的な手段であっても、ポテンショスタット５Ｂ等の内部電極電位調整手段５と同等の効果が得られることがわかった。
【実施例４】
【００８１】
本発明の実施例４の内部電極搭載型の燃料電池を示す。実施例４によれば、実施例２と同様にして作製した内部電極入りＭＥＡを用い、図１に示すような燃料電池を構成した。但し、本試験の場合、外部負荷６は接続しない開回路状態として試験を行った。
【００８２】
純水を入れたガスバブラー（８０℃保温）を通じた窒素ガスを、燃料電池の燃料電極３側に毎分２００ミリリットルの流量で２０分間以上流し、燃料電池の燃料電極３側およびガス配管部分のガス置換を行った。その後、純水を入れた水素ガス専用のガスバブラー（約３０℃保温）に通じて加湿した水素を燃料電極３側に、純水を入れた酸素ガス専用のガスバブラー（約３０℃保温）に通じて加湿した酸素を酸化剤電極１側に毎分１００ミリリットルの流量で２０分間以上それぞれ流し、ガス配管内、および燃料電池セル本体内のガス置換を行った。
【００８３】
内部電極電位調整手段としてポテンショスタット５Ｂ用い、燃料電極３に対する内部電極２の電極電位を制御した。内部電極２の電極電位を変化させ、酸化剤電極１側に透過する水素の量をガスクロマトグラフイーにより測定した。また、内部電極２に流れる電流を測定した。さらに酸化剤電極１に流すガスを純酸素から空気に変更した場合についても、同様にして透過する水素量と内部電極に流れる電流を測定した。結果を図８及び図９に示す。図８は、燃料電極３に対する内部電極２の電極電位と、プロトン伝導体を透過する水素量（透過水素濃度）との関係を示す。図９は、燃料電極に対する内部電極の電極電位と、内部電極に流れる電流との関係を示す。図８及び図９において、プロット６０、８０は純酸素を用いた場合を示す。プロット７０、９０は空気を用いた場合を示す。
【００８４】
図８に示す結果によれば、内部電極２の電極電位を同じにすると、空気を用いた場合よりも、純酸素を用いた場合では、酸化剤電極１側に透過する水素量が少なかった。これは、空気の場合と比較して純酸素は酸素分圧が高く、より多くの酸素がプロトン伝導体４を透過してくる水素を反応消費するため、酸化剤電極１側へ透過する水素量が減少するためであると考えられる。
【００８５】
また、図９に示す結果により、酸化剤電極１側に供給するガスとして、純酸素を用いた場合よりも、空気を用いた場合の方が、より多くの電流が内部電極に流れることが明らかになった。これは、透過する酸素により反応消費されずに残存する水素量に応じて水素酸化電流が流れるためであると考えられる。すなわち空気を用いた場合、純酸素を用いた場合と同等の透過水素量の抑制を達成するためには、内部電極２の電極電位をより高くする必要があることを意味する。
【００８６】
つまり、内部電極に印加する電圧の適正値は燃料電池の使用条件（燃料・酸化剤の種類、供給圧力、内部電極入りＭＥＡの構成）や目的とする透過水素量によっても異なる。本実施例では酸化剤として純酸素を用いた場合に内部電極２の電極電位を燃料電極３に対して＋０．６Ｖとすることでほぼ透過する水素の量をなくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は例えば車両用、定置用、形態用等の燃料電池発電システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の形態１に係る燃料電池の要部断面とその使用状態を示す模式図である。
【図２】本発明の形態２に係る燃料電池の要部断面とその使用状態を示す模式図である。
【図３】本発明の形態３に係る燃料電池の要部断面とその使用状態を示す模式図である。
【図４】本発明の形態４に係る燃料電池の要部断面とその使用状態を示す模式図である。
【図５】内部電極搭載型の燃料電池を装備した燃料電池発電システムを模式的に示す構成図である。
【図６】本発明の実施例２における試験結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例３における試験結果を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例４における試験結果を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例４における試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８９】
図中、１は酸化剤電極、２は内部電極、３は燃料電極、４はプロトン伝導体（電解質膜）、５は内部電極電位調整手段（電源、負荷、導電手段）、６は外部負荷、７は燃料電池、２１は第１入口バルブ（燃料残留実現手段）、２２は第１出口バルブ（燃料残留実現手段）を示す。
【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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【図８】
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【図９】
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