(57)【要約】【課題】燃料電池システムの運転停止期間中に水素分離膜が脆化してしまうのを抑制することができると共に、燃料電池システムの運転を停止させる際に、燃焼反応に起因して燃料電池が損傷してしまうのを防止することができる技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、水素分離部と、燃料電池と、水素分離部とアノード側通路との間のガスの流通の可否を設定可能なガス流通経路設定部と、水素分離部内の水素ガスを除去するために水素分離部に空気を供給するための空気供給部と、を備える。制御部は、燃料電池システムの運転を停止させる際に、ガス流通経路設定部を、水素分離部とアノード側通路との間のガスの流通が禁止される状態に設定し、空気供給部を制御して、アノード側通路内に空気が供給されない状態で、水素分離部に空気を供給させる。【選択図】  図３
2005038668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
混合ガス中の水素ガスを分離するための水素分離膜を含む水素分離部と、
前記水素分離部で分離された水素ガスが供給されるアノード側通路を含む燃料電池と、
前記水素分離部と前記アノード側通路との間に設けられ、前記水素分離部と前記アノード側通路との間のガスの流通の可否を設定可能なガス流通経路設定部と、
前記水素分離部内の水素ガスを除去するために前記水素分離部に空気を供給するための空気供給部と、
前記燃料電池システムの動作を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記ガス流通経路設定部を、前記水素分離部と前記アノード側通路との間のガスの流通が禁止される状態に設定し、
前記空気供給部を制御して、前記アノード側通路内に空気が供給されない状態で、前記水素分離部に空気を供給させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記水素分離部は、
前記水素分離膜の一方の面に設けられ、混合ガスが供給される供給室と、
前記水素分離膜の他方の面に設けられ、混合ガス中の水素ガスが抽出される抽出室と、
を備え、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記抽出室と前記アノード側通路とを含む第１の循環系を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記ガス流通経路設定部を、前記第１の循環系が、前記アノード側通路を含む第１の通路群と、前記抽出室を含む第２の通路群と、に分離される状態に設定し、
前記空気供給部を制御して、前記第１の通路群が閉じられた状態で、前記第２の通路群内に空気を供給させる、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第２の通路群と、前記アノード側通路をバイパスするバイパス通路と、を含む第２の循環系と、
前記第２の通路群内に供給された空気中の酸素ガスを燃焼燃料を用いて除去するための酸素ガス除去部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際と前記燃料電池システムの運転を開始させる際とのうちの少なくとも一方に、
前記ガス流通経路設定部を、前記第１の通路群と前記第２の循環系との間のガスの流通が禁止され、前記第２の循環系内でのガスの循環が許容される状態に設定し、
前記酸素ガス除去部を制御して、前記第２の循環系内の酸素ガスを除去させる、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第２の通路群と、前記アノード側通路をバイパスするバイパス通路と、を含む第２の循環系と、
前記第２の通路群に含まれる水素ガスを外部から与えられる空気中の酸素ガスを用いて除去するための水素ガス除去部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記ガス流通経路設定部を、前記第１の通路群と前記第２の循環系との間のガスの流通が禁止され、前記第２の循環系内でのガスの循環が許容される状態に設定し、
前記空気供給部を制御して、前記第２の循環系内に空気を供給させる、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第２の循環系内に供給された空気中の酸素ガスを燃焼燃料を用いて除去するための酸素ガス除去部を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際と前記燃料電池システムの運転を開始させる際とのうちの少なくとも一方に、
前記酸素ガス除去部を制御して、前記第２の循環系内の酸素ガスを除去させる、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項３，５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第２の循環系内の酸素ガスを検出するための検出部を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を開始させる際に、
前記検出部からの検出結果に基づいて、前記ガス流通経路設定部を制御して、前記第１の循環系内でのガスの循環を開始させる、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記空気供給部を制御して、前記第２の循環系内の水素ガス量に対して過不足がないように、前記第２の循環系内に空気を供給させる、燃料電池システム。
【請求項８】
請求項２ないし７のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第１の循環系に設けられ、前記抽出室内の水素ガスを前記アノード側通路に搬送するための搬送ガスを、外部から与えられる空気中の酸素ガスを除去することによって生成するための搬送ガス生成部を備える、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、水素分離部を備える燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムでは、炭化水素系の原燃料から水素ガスを生成するために改質部が利用されている。改質部で得られる改質ガスは、水素ガスを含むと共に、一酸化炭素ガスを含んでいる。一酸化炭素ガスが燃料電池に供給されると、燃料電池内部の触媒が被毒してしまう。このため、燃料電池システムでは、改質ガス中の水素ガスを分離するための水素分離部が設けられている。水素分離部は、水素分離膜を備えており、水素分離膜の一方の面側に改質ガスが供給され、他方の面側から水素ガスが抽出される。そして、抽出された水素ガスは、燃料電池のアノード側通路に供給される。
【０００３】
燃料電池システムでは、運転を停止させる際に、システムの特性を維持するために所定の処理を行う必要がある。特許文献１では、燃料電池システムの運転を停止させる際に、水素分離部の改質ガス供給側に、改質部を介して空気が供給されると共に、燃料電池のアノード側通路に空気が供給されている。これにより、水素分離部内の水素ガスが除去されると共に、アノード側通路内の水素ガスが除去される。この結果、水素分離膜の脆化の防止と、燃料電池のアノード側通路とカソード側通路との間の圧力差に起因する燃料電池の劣化の防止とが、実現される。なお、水素分離膜の脆化は、水素分離膜が低温で水素ガスに曝されることによって発生する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１８５９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、燃料電池システムの運転を停止させる際に、燃料電池のアノード側通路に空気が供給されている。このため、アノード電極上で、水素ガスと空気中の酸素ガスとの燃焼反応が進行し、燃料電池が損傷してしまう恐れがある。
【０００６】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムの運転停止期間中に水素分離膜が脆化してしまうのを抑制することができると共に、燃料電池システムの運転を停止させる際に、燃焼反応に起因して燃料電池が損傷してしまうのを防止することができる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、燃料電池システムであって、
混合ガス中の水素ガスを分離するための水素分離膜を含む水素分離部と、
前記水素分離部で分離された水素ガスが供給されるアノード側通路を含む燃料電池と、
前記水素分離部と前記アノード側通路との間に設けられ、前記水素分離部と前記アノード側通路との間のガスの流通の可否を設定可能なガス流通経路設定部と、
前記水素分離部内の水素ガスを除去するために前記水素分離部に空気を供給するための空気供給部と、
前記燃料電池システムの動作を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記ガス流通経路設定部を、前記水素分離部と前記アノード側通路との間のガスの流通が禁止される状態に設定し、
前記空気供給部を制御して、前記アノード側通路内に空気が供給されない状態で、前記水素分離部に空気を供給させることを特徴とする。
【０００８】
この装置では、燃料電池システムの運転を停止させる際に、燃料電池のアノード側通路内に空気が供給されず、水素分離部に空気が供給されるため、燃料電池システムの運転停止期間中に水素分離膜が脆化してしまうのを抑制することができると共に、燃料電池システムの運転を停止させる際に、燃焼反応に起因して燃料電池が損傷してしまうのを防止することができる
【０００９】
上記の装置において、
前記水素分離部は、
前記水素分離膜の一方の面に設けられ、混合ガスが供給される供給室と、
前記水素分離膜の他方の面に設けられ、混合ガス中の水素ガスが抽出される抽出室と、
を備え、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記抽出室と前記アノード側通路とを含む第１の循環系を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記ガス流通経路設定部を、前記第１の循環系が、前記アノード側通路を含む第１の通路群と、前記抽出室を含む第２の通路群と、に分離される状態に設定し、
前記空気供給部を制御して、前記第１の通路群が閉じられた状態で、前記第２の通路群内に空気を供給させることが好ましい。
【００１０】
このように、第１の循環系を、第１および第２の通路群に分離して第１の通路群を閉じた状態とすれば、燃料電池のアノード側通路内に空気が供給されないようにすることができ、この結果、燃焼反応に起因する燃料電池の損傷を防止することができる。また、第２の通路群内に空気を供給すれば、水素分離膜の水素を水素分離膜上で燃焼させて除去することができ、この結果、水素分離膜の脆化を抑制することができる。
【００１１】
上記の装置において、さらに、
前記第２の通路群と、前記アノード側通路をバイパスするバイパス通路と、を含む第２の循環系と、
前記第２の通路群内に供給された空気中の酸素ガスを燃焼燃料を用いて除去するための酸素ガス除去部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際と前記燃料電池システムの運転を開始させる際とのうちの少なくとも一方に、
前記ガス流通経路設定部を、前記第１の通路群と前記第２の循環系との間のガスの流通が禁止され、前記第２の循環系内でのガスの循環が許容される状態に設定し、
前記酸素ガス除去部を制御して、前記第２の循環系内の酸素ガスを除去させるようにしてもよい。
【００１２】
こうすれば、燃料電池システムの運転を停止させる際に第２の通路群内に供給された空気中の酸素ガスを、第２の循環系内で効率よく除去することができると共に、燃料電池システムの運転を開始する際に、燃料電池のアノード側通路内に酸素ガスが殆ど供給されずに済む。
【００１３】
上記の装置において、さらに、
前記第２の通路群と、前記アノード側通路をバイパスするバイパス通路と、を含む第２の循環系と、
前記第２の通路群に含まれる水素ガスを外部から与えられる空気中の酸素ガスを用いて除去するための水素ガス除去部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記ガス流通経路設定部を、前記第１の通路群と前記第２の循環系との間のガスの流通が禁止され、前記第２の循環系内でのガスの循環が許容される状態に設定し、
前記空気供給部を制御して、前記第２の循環系内に空気を供給させるようにしてもよい。
【００１４】
こうすれば、燃料電池システムの運転を停止させる際に、第２の循環系内に含まれる水素ガスを空気中の酸素ガスを用いて除去することができる。
【００１５】
また、上記の装置は、さらに、
前記第２の循環系内に供給された空気中の酸素ガスを燃焼燃料を用いて除去するための酸素ガス除去部を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際と前記燃料電池システムの運転を開始させる際とのうちの少なくとも一方に、
前記酸素ガス除去部を制御して、前記第２の循環系内の酸素ガスを除去させることが好ましい。
【００１６】
こうすれば、燃料電池システムの運転を停止させる際に第２の循環系内に供給された空気中の酸素ガスを除去することができるため、燃料電池システムの運転を開始する際に、燃料電池のアノード側通路内に酸素ガスが殆ど供給されずに済む。
【００１７】
また、上記の装置において、さらに、
前記第２の循環系内の酸素ガスを検出するための検出部を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を開始させる際に、
前記検出部からの検出結果に基づいて、前記ガス流通経路設定部を制御して、前記第１の循環系内でのガスの循環を開始させることが好ましい。
【００１８】
こうすれば、第２の循環系内の酸素ガス濃度が所定値以下となったときに、第１の循環系内でガスの循環を開始させることができる。
【００１９】
上記の装置において、さらに、
前記第２の通路群と、前記アノード側通路をバイパスするバイパス通路と、を含む第２の循環系と、
前記第２の通路群に含まれる水素ガスを外部から与えられる空気中の酸素ガスを用いて除去するための水素ガス除去部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの運転を停止させる際に、
前記ガス流通経路設定部を、前記第１の通路群と前記第２の循環系との間のガスの流通が禁止され、前記第２の循環系内でのガスの循環が許容される状態に設定し、
前記空気供給部を制御して、前記第２の循環系内の水素ガス量に対して過不足がないように、前記第２の循環系内に空気を供給させるようにしてもよい。
【００２０】
こうすれば、燃料電池システムの運転を停止させる際に、第２の循環系内に含まれる水素ガスを空気中の酸素ガスを用いて除去することができると共に、過剰な酸素ガスが第２の循環系内に供給されずに済む。このため、燃料電池システムの運転を開始する際に、燃料電池のアノード側通路内に酸素ガスが殆ど供給されずに済む。
【００２１】
上記の装置において、さらに、
前記第１の循環系に設けられ、前記抽出室内の水素ガスを前記アノード側通路に搬送するための搬送ガスを、外部から与えられる空気中の酸素ガスを除去することによって生成するための搬送ガス生成部を備えることが好ましい。
【００２２】
燃料電池内部では、搬送ガスが、アノード側通路からカソード側通路に漏れ出すことによって、第１の循環系内の搬送ガス量が低下する場合がある。このような場合には、水素分離部において、水素ガスを効率よく抽出することが困難となる。したがって、上記のようにすれば、水素ガスを効率よく抽出することができ、この結果、燃料電池のアノード側通路に充分な水素ガスを供給することが可能となる。
【００２３】
なお、本発明は、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、該燃料電池システムを搭載した移動体などの装置、等の種々の態様で実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
Ａ−２．燃料電池システムの動作：
Ａ−２−１．通常運転時の動作：
Ａ−２−２．運転停止時の動作：
Ａ−２−３．運転開始時の動作：
Ａ−３．第１実施例の変形例
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
【００２５】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
図１は、第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両に搭載されている。
【００２６】
図示するように、燃料電池システムは、燃料電池１００と、燃料ガス供給部２００と、酸化ガス供給部３００と、燃料電池システム全体の動作を制御するための制御部６００と、を備えている。燃料ガス供給部２００は、後述するように、水素ガスを含む燃料ガスを、燃料電池１００のアノード（水素極）側通路１０２に供給する。酸化ガス供給部３００は、空気ブロワ３１０を備えており、酸素ガスを含む酸化ガス（空気）を、燃料電池１００のカソード（酸素極）側通路１０４に供給する。燃料電池１００は、供給された水素ガスと酸素ガスとを用いて発電する。
【００２７】
燃料ガス供給部２００は、改質部２１０と、水素分離部２２０と、を備えている。改質部２１０には、原燃料と水と空気とが供給され、改質部２１０は、原燃料を、水と空気中の酸素ガスとを用いて改質して、水素ガスを含む改質ガスを生成する。なお、本実施例では、原燃料として、ガソリンが用いられている。
【００２８】
水素分離部２２０は、水素分離膜２２０ｆと供給室２２２と抽出室２２４とを備えている。供給室２２２には、改質部２１０から改質ガスが供給されており、抽出室２２４には、燃料電池１００から排出された燃料オフガスが供給されている。水素分離膜２２０ｆは、供給室２２２に供給された改質ガス中の水素ガスを選択的に透過させることにより、水素ガスを分離する。抽出室２２４に供給される燃料オフガスは、水素分離膜２２０ｆを透過した水素ガスを搬送するための搬送ガスとして機能し、水素ガスの透過を促進させる。抽出室２２４内に抽出された水素ガスは、搬送ガスと共に、燃料ガスとして、燃料電池１００に供給される。
【００２９】
水素分離部２２０と燃料電池１００との間には、燃料ガスをアノード側通路１０２に供給するための燃料ガス通路２３０と、燃料オフガスを抽出室２２４に供給するための燃料オフガス通路２４０と、が接続されている。
【００３０】
燃料ガス通路２３０には、２つの三方弁２３１，２３２が設けられており、燃料ガス通路２３０は、２つの三方弁２３１，２３２によって３つの部分通路２３０ａ〜２３０ｃに区分される。第１の部分通路２３０ａは、抽出室２２４のガス流出口と第１の三方弁２３１の第１ポートとを接続する。第２の部分通路２３０ｂは、第１の三方弁２３１の第２ポートと第２の三方弁２３２の第１ポートとを接続する。そして、第３の部分通路２３０ｃは、第２の三方弁２３２の第２ポートとアノード側通路１０２のガス流入口とを接続する。第１の三方弁２３１の第３ポートには、燃料電池システムの運転を停止させる際に、第１の部分通路２３０ａ内のガスを大気へ排出するための第１の排出通路２３５が接続されている。また、第２の三方弁２３２の第３ポートには、アノード側通路１０２をバイパスするバイパス通路２５０が接続されている。
【００３１】
同様に、燃料オフガス通路２４０にも、２つの三方弁２４１，２４２が設けられており、燃料オフガス通路２４０は、２つの三方弁２４１，２４２によって３つの部分通路２４０ａ〜２４０ｃに区分される。第４の部分通路２４０ａは、抽出室２２４のガス流入口と第３の三方弁２４１の第１ポートとを接続する。第５の部分通路２４０ｂは、第３の三方弁２４１の第２ポートと第４の三方弁２４２の第１ポートとを接続する。そして、第６の部分通路２４０ｃは、第４の三方弁２４２の第２ポートとアノード側通路１０２のガス流出口とを接続する。第３の三方弁２４１の第３ポートには、燃料電池システムの運転を停止させる際に、第４の部分通路２４０ａ内に空気を供給するための第１の空気供給通路２４５が接続されている。また、第４の三方弁２４２の第３ポートには、上記のバイパス通路２５０が接続されている。
【００３２】
なお、第１の三方弁２３１と第３の三方弁２４１とは連動する。具体的には、第１および第２の部分通路２３０ａ，２３０ｂが連通する場合には、第４および第５の部分通路２４０ａ，２４０ｂが連通する。また、第１の部分通路２３０ａと第１の排出通路２３５とが連通する場合には、第４の部分通路２４０ａと第１の空気供給通路２４５とが連通する。同様に、第２の三方弁２３２と第４の三方弁２４２とは連動する。具体的には、第２および第３の部分通路２３０ｂ，２３０ｃが連通する場合には、第５および第６の部分通路２４０ｂ，２４０ｃが連通する。また、第２の部分通路２３０ｂとバイパス通路２５０とが連通する場合には、第５の部分通路２４０ｂとバイパス通路２５０とが連通する。
【００３３】
以下では、抽出室２２４とアノード側通路１０２とを含む環状の通路群を、より具体的には、抽出室２２４と燃料ガス通路２３０とアノード側通路１０２と燃料オフガス通路２４０とを含む通路群を、「燃料ガス循環通路」と呼ぶ。また、抽出室２２４とバイパス通路２５０とを含む環状の通路群を、より具体的には、抽出室２２４と第１および第２の部分通路２３０ａ，２３０ｂとバイパス通路２５０と第４および第５の部分通路２４０ａ，２４０ｂとを含む環状の通路群を、「バイパス循環通路」と呼ぶ。さらに、抽出室２２４を含み、アノード側通路１０２およびバイパス通路２５０を含まない通路群を、より具体的には、第１の空気供給通路２４５と第４の部分通路２４０ａと抽出室２２４と第１の部分通路２３０ａと第１の排出通路２３５とを含む直線状の通路群を、「解放通路」と呼ぶ。
【００３４】
第４の部分通路２４０ａには、燃料ガス循環通路内でガスを循環させるための循環ポンプ２４４が設けられている。なお、循環ポンプ２４４は、バイパス循環通路内でガスを循環させることも可能であり、解放通路内に外部から与えられる空気を供給することも可能である。
【００３５】
また、第４の部分通路２４０ａには、第２の空気供給通路２４６と第２の排出通路２４８とが接続されている。第２の空気供給通路２４６には、燃料電池システムが通常運転を実行する際に、第４の部分通路２４０ａ内に供給される空気量を調整するための供給量調整弁２４７が設けられている。また、第２の排出通路２４８には、燃料電池システムが通常運転を実行する際に、第４の部分通路２４０ａから排出される流通ガス量を調整するための排出量調整弁２４９が設けられている。
【００３６】
さらに、第４の部分通路２４０ａには、燃焼燃料供給部２６０と、燃焼部２７０と、が設けられている。燃焼燃料供給部２６０は、第４の部分通路２４０ａ内に燃焼燃料を噴射する。なお、本実施例では、燃焼燃料として、改質部２１０で改質反応に利用される原燃料（ガソリン）が利用されている。燃焼部２７０は、触媒を担持している。また、燃焼部２７０は、加熱部２７２を備えており、加熱部２７２による加熱によって触媒の温度が高められる。燃焼部２７０は、燃焼燃料供給部２６０から供給される原燃料を、流通ガス中の酸素ガスを用いて燃焼させることができる。また、燃焼部２７０は、流通ガス中の水素ガスを、流通ガス中の酸素ガスを用いて燃焼させることもできる。
【００３７】
制御部６００は、燃料電池システムの各部２３１，２３２，２４１，２４２，２４４，２４７，２４９，２６０，２７２，３１０の動作を制御する。特に、制御部６００は、燃料電池システムの通常運転処理や、運転停止処理、運転開始処理を制御する。本実施例では、通常運転処理と運転開始処理とは、第１の部分通路２３０ａに設けられた圧力センサ４１０や、水素センサ４２０、酸素センサ４３０などの検出結果に基づいて、実行される。
【００３８】
なお、図１の４つの三方弁２３１，２３２，２４１，２４２が本発明におけるガス流通経路設定部に相当し、第１および第２の空気供給通路２４５，２４６と供給量調整弁２４７と循環ポンプ２４４とが本発明における空気供給部に相当する。また、抽出室２２４およびアノード側通路１０２を含む燃料ガス循環通路と循環ポンプ２４４とが、本発明における第１の循環系に相当し、抽出室２２４およびバイパス通路２５０を含むバイパス循環通路と循環ポンプ２４４とが、第２の循環系に相当する。ここで、抽出室２２４を含まず、アノード側通路１０２を含む通路群（より具体的には、第３の部分通路２３０ｃとアノード側通路１０２と第６の部分通路２４０ｃとを含む通路群）は第１の通路群に相当し、アノード側通路１０２を含まず、抽出室２２４を含む通路群（より具体的には、第４の部分通路２４０ａと抽出室２２４と第１の部分通路２３０ａとを含む通路群）は第２の通路群に相当する。さらに、燃焼燃料供給部２６０と燃焼部２７０とが、酸素ガス除去部に相当する。また、第２の空気供給通路２４６と供給量調整弁２４７と循環ポンプ２４４と燃焼部２７０とが本発明における搬送ガス生成部に相当する。
【００３９】
Ａ−２．燃料電池システムの動作：
Ａ−２−１．通常運転実行時の動作：
図１には、燃料電池システムが通常運転を実行するときの動作が示されている。通常運転が実行される場合には、４つの三方弁２３１，２３２，２４１，２４２は、抽出室２２４とアノード側通路１０２とを含む燃料ガス循環通路内でガスが流通可能な状態に設定される。具体的には、第１および第２の三方弁２３１，２３２は、第１ないし第３の部分通路２３０ａ〜２３０ｃが連通するように設定され、第３および第４の三方弁２４１，２４２は、第４ないし第６の部分通路２４０ａ〜２４０ｃが連通するように設定される。そして、循環ポンプ２４４は、燃料ガス循環通路内でガスを循環させる。
【００４０】
抽出室２２４には、燃料オフガスが搬送ガスとして供給され、抽出室２２４からは、水素ガスと搬送ガスとを含む燃料ガスが排出される。燃料ガスは、燃料ガス通路２３０を介して、アノード側通路１０２に供給される。燃料ガス中の水素ガスは、燃料電池１００において、発電に利用される。アノード側通路１０２から排出された燃料オフガスは、燃料オフガス通路２４０を介して、抽出室２２４に戻される。
【００４１】
ところで、燃料ガス循環通路内の搬送ガス量（より具体的には、窒素ガス量）は、燃料電池システムの通常運転実行中に変化し得る。これは、窒素ガスが燃料電池１００内部の電解質膜を介して、アノード側通路１０２からカソード側通路１０４に漏れ出したり、カソード側通路１０４からアノード側通路１０２に漏れ出したりすためである。このように、搬送ガス量が変化すると、水素分離部２２０において水素ガスを効率よく抽出することが困難となり、この結果、燃料ガス循環通路内の水素ガス量も減少してしまう。
【００４２】
そこで、本実施例では、燃料ガス通路２３０内の搬送ガス量を調整することによって、水素ガス量を調整し、アノード側通路１０２に充分な水素ガスを供給している。具体的には、制御部６００は、圧力センサ４１０と水素センサ４２０との検出結果に応じて、供給量調整弁２４７と排出量調整弁２４９との動作を制御する。
【００４３】
燃料ガス通路２３０内の圧力が比較的高く、水素ガス濃度が比較的低い場合には、搬送ガス量が過大であることに起因して、水素ガス量が少ないと考えられる。このため、制御部６００は、排出量調整弁２４９を開状態に設定して、燃料ガス循環通路内の流通ガスを第２の排出通路２４８を介して外部へ排出する。こうすれば、燃料オフガス通路２４０内の水素分圧を低下させることができる。これにより、水素分離部２２０において、水素ガスを効率よく抽出することができ、燃料ガス通路２３０内の水素ガス量を増大させることができる。なお、第２の排出通路２４８から排出されたガスは、図示しない処理部で水素ガス濃度が低減された後に、大気中に放出される。
【００４４】
また、燃料ガス通路２３０内の圧力が比較的低く、水素ガス濃度が比較的低い場合には、搬送ガス量が過小であることに起因して、水素ガス量が少ないと考えられる。このため、制御部６００は、供給量調整弁２４７を開状態に設定して、第２の空気供給通路２４６を介して燃料ガス循環通路内に空気を供給する。なお、空気中の酸素ガスは、燃焼部２７０（および水素分離膜２２０ｆ）において、流通ガス中の水素ガスと反応して消費される。すなわち、燃焼部２７０（および水素分離膜２２０ｆ）に担持された触媒によって、水素ガスと酸素ガスとの燃焼反応が進行し、酸素ガスが消費される。このため、燃料電池１００には、酸素ガスを殆ど含まない燃料ガスが供給される。このように、燃料オフガス通路２４０内に空気を供給すれば、搬送ガス量を増大させ、この結果、流通ガス中の水素ガス濃度を低下させることができる。これにより、水素分離部２２０において、水素ガスを効率よく抽出することができ、燃料ガス通路２３０内の水素ガス量を増大させることができる。なお、燃料ガス通路２３０内の圧力が比較的低く、水素ガス濃度が比較的高い場合にも、搬送ガス量が過小であることに起因して、水素ガス量が比較的少ないと考えられる。したがって、この場合にも、上記と同様に、供給量調整弁２４７が開状態に設定され、燃料ガス循環通路内に空気が供給される。
【００４５】
なお、本実施例では、搬送ガス量の増大は、空気ブロワ３１０によってカソード側通路１０４に供給される空気量を増大させることによっても実現される。すなわち、カソード側通路１０４に供給される空気量を増大させると、カソード側通路１０４内の圧力が高くなり、この結果、カソード側通路１０４内の窒素ガスの分圧が高くなる。このとき、カソード側通路１０４内の窒素ガスは、電解質膜を介して、アノード側通路１０２内に侵入する。この結果、燃料ガス循環通路内を流通する搬送ガス量を増大させることができる。
【００４６】
上記のように、本実施例では、供給量調整弁２４７を制御すると共に、空気ブロワ３１０を制御することによって、燃料ガス循環通路内の搬送ガス量を増大させているが、空気ブロワ３１０の制御は、省略可能である。ただし、本実施例のように、供給量調整弁２４７の制御と空気ブロワ３１０の制御とを併用すれば、燃料ガス循環通路内の搬送ガス量を比較的迅速に増大させることができるという利点がある。
【００４７】
ところで、燃料電池システムの運転実行時には、一時的に運転を休止させたい場合がある。具体的には、燃料電池システムが車両に搭載される場合には、信号待ちなどで車両の運動を停止させる際に、燃料電池システムの運転を休止させ、燃料電池１００への燃料ガスの供給を停止させたい場合がある。仮に、車両の運動を停止させる際に、燃料電池１００に燃料ガスが供給されると、燃料ガス中の水素ガスや窒素ガスが、アノード側通路１０２からカソード側通路１０４へ漏れ出てしまう。このとき、水素ガスは、燃料電池１００において、発電に利用されないため、無駄になる。また、窒素ガス量（搬送ガス量）の低下に起因して、水素分離部２２０において水素ガスを効率よく抽出することが困難となる。そこで、本実施例では、バイパス通路２５０を利用して、燃料電池システムの運転を休止させている。
【００４８】
図２は、燃料電池システムが運転を一時的に休止するときの動作を示す説明図である。図示するように、運転を休止させる場合には、４つの三方弁２３１，２３２，２４１，２４２は、抽出室２２４とバイパス通路２５０とを含むバイパス循環通路内でガスが流通可能な状態に設定される。具体的には、第２および第４の三方弁２３２，２４２の設定が変更される。すなわち、第２および第４の三方弁２３２，２４２は、第２の部分通路２３０ｂとバイパス通路２５０と第５の部分通路２４０ｂとが連通するように変更される。このとき、アノード側通路１０２を含む通路群（より具体的には、第３の部分通路２３０ｃとアノード側通路１０２と第６の部分通路２４０ｃとを含む通路群）は、その両端で閉じられている。換言すれば、アノード側通路１０２を含む通路群は、他の通路から切り離されている。これにより、アノード側通路１０２からカソード側通路１０４へ漏れ出す水素ガス量および窒素ガス量を低減させることができる。なお、運転休止時には、制御部６００は、循環ポンプ２４４の動作を停止させる。
【００４９】
Ａ−２−２．運転停止時の動作：
図３は、燃料電池システムが運転を停止するときの動作を示す説明図である。運転を停止させる場合には、４つの三方弁２３１，２３２，２４１，２４２は、抽出室２２４を含み、アノード側通路１０２およびバイパス通路２５０を含まない解放通路内をガスが流通可能な状態に設定される。具体的には、第１の三方弁２３１は、第１の部分通路２３０ａと第１の排出通路２３５とが連通するように変更され、第３の三方弁２４１は、第４の部分通路２４０ａと第１の空気供給通路２４５とが連通するように変更される。また、第２および第４の三方弁２３２，２４２は、第２の部分通路２３０ｂとバイパス通路２５０と第５の部分通路２４０ｂとが連通するように設定される。
【００５０】
抽出室２２４には、循環ポンプ２４４によって、第１の空気供給通路２４５から吸入された空気が供給される。抽出室２２４に含まれる水素ガスは、供給された空気によって搬送され、第１の排出通路２３５を介して外部へ排出される。また、抽出室２２４に残存する水素ガスや、水素分離膜２２０ｆ中に存在する水素は、水素分離膜２２０ｆ上で、空気中の酸素ガスによって燃焼する。具体的には、水素分離膜２２０ｆに担持された触媒が、燃焼触媒として機能し、水素ガスを燃焼させる。なお、このとき、供給室２２２から抽出室２２４へ水素ガスが透過し、この結果、供給室２２２内の水素ガスも空気によって外部へ排出されたり、燃焼したりする。
【００５１】
このように、本実施例では、燃料電池システムの運転を停止させる際に、水素分離部２２０内の水素ガスは、空気を用いて除去される。このため、水素分離膜２２０ｆは、運転停止期間中に、低温で水素ガスに曝されずに済み、この結果、水素分離膜２２０ｆの脆化を抑制することが可能となる。
【００５２】
また、本実施例では、アノード側通路１０２を含む通路群（より具体的には、第３の部分通路２３０ｃとアノード側通路１０２と第６の部分通路２４０ｃとを含む通路群）は、その両端で閉じられており、抽出室２２４とアノード側通路１０２との間のガスの流通は、禁止されている。このため、燃焼反応に起因する燃料電池１００の損傷を防止することが可能となっている。すなわち、仮に、抽出室２２４とアノード側通路１０２との間でガスの流通が許容されている場合には、アノード側通路１０２内に空気が供給され得る。このとき、アノード電極上に設けられた触媒によって、水素ガスと空気中の酸素ガスとが燃焼し、燃焼熱によって、燃料電池１００の構成部材（例えば、電解質膜）が損傷する恐れがある。しかしながら、本実施例では、アノード側通路１０２内に空気が供給されないため、燃焼反応に起因する燃料電池１００の損傷を防止することが可能となる。
【００５３】
なお、図３では、第２および第４の三方弁２３２，２４２は、第２の部分通路２３０ｂとバイパス通路２５０と第５の部分通路２４０ｂとが連通するように設定されているが、これに代えて、第２の部分通路２３０ｂとアノード側通路１０２と第５の部分通路２４０ｂとが連通するように設定されてもよい。この場合にも、アノード側通路１０２を含む通路群（より具体的には、第２および第３の部分通路２３０ｂ，２３０ｃとアノード側通路１０２と第５および第６の部分通路２４０ｂ，２４０ｃとを含む通路群）は、その両端で閉じられ、抽出室２２４とアノード側通路１０２との間のガスの流通は、禁止される。
【００５４】
Ａ−２−３．運転開始時の動作：
図４は、燃料電池システムが運転を開始するときの動作を示す説明図である。運転を開始させる場合には、図２と同様に、４つの三方弁２３１，２３２，２４１，２４２は、抽出室２２４とバイパス通路２５０とを含むバイパス循環通路内でガスが流通可能な状態に設定される。そして、アノード側通路１０２を含む通路群（より具体的には、第３の部分通路２３０ｃとアノード側通路１０２と第６の部分通路２４０ｃとを含む通路群）は、その両端で閉じられ、抽出室２２４とアノード側通路１０２との間のガスの流通は、禁止される。
【００５５】
図３で説明したように、燃料電池システムの運転停止処理を実行することによって、燃料ガス循環通路の一部を構成する各通路２４０ａ，２２４，２３０ａ内には、空気が供給される。したがって、燃料電池システムの運転を開始させる際には、各通路２４０ａ，２２４，２３０ａ内に含まれる空気中の酸素ガスを除去する必要がある。すなわち、運転を開始させる際に、仮に、酸素ガスがアノード側通路１０２に供給されると、燃料電池１００内部で、水素ガスと空気中の酸素ガスとの燃焼反応が進行し、この結果、燃料電池１００の構成部材が損傷する恐れがある。そこで、本実施例では、燃料電池システムの運転を開始させる際に、運転停止処理で利用された空気中の酸素ガスを、原燃料を燃焼させることによって、除去している。
【００５６】
具体的には、燃料電池システムの運転を開始させる際には、制御部６００は、循環ポンプ２４４を動作させて、バイパス循環通路内でガス（空気）を循環させる。また、制御部６００は、燃焼部２７０内部の加熱部２７２に触媒を加熱させる。そして、制御部６００は、酸素センサ４３０から与えられる検出結果に基づいて、燃焼燃料供給部２６０の動作を制御する。具体的には、酸素ガス濃度が所定の目標値よりも高い場合には、制御部６００は、燃焼燃料供給部２６０を制御して、燃料オフガス通路２４０内に原燃料を供給させる。このとき、燃焼部２７０では、原燃料が、運転停止処理の際に供給された空気中の酸素ガスによって燃焼する。このように、バイパス循環通路内でガスが循環する状態で、燃料電池システムの運転を停止させる際に供給された空気中の酸素ガスを除去すれば、酸素ガスを効率よく除去することができる。そして、制御部６００は、酸素ガス濃度が所定の目標値以下となると、原燃料の供給を中止し、第２および第４の三方弁２３２，２４２の設定を変更する。具体的には、第２および第４の三方弁２３２，２４２は、図１と同様に、抽出室２２４とアノード側通路１０２とを含む燃料ガス循環通路内でガスが流通可能な状態に設定される。このとき、バイパス循環通路から燃料ガス循環通路にガス流通経路が変更される。これにより、燃料電池システムの運転停止処理で利用された空気中の酸素ガスが、燃料電池システムの運転を開始させる際に、アノード側通路１０２内に殆ど供給されずに済む。そして、制御部６００は、図１で説明したように、通常運転処理を実行する。
【００５７】
Ａ−３．第１実施例の変形例：
図５は、第１実施例の第１の変形例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図５は、燃料電池システムが運転を開始するときの動作を示している。図５は、図４とほぼ同じであるが、図５の燃料ガス供給部２００Ａａでは、酸素センサ４３０に代えて、温度センサ４４０が設けられている。温度センサ４４０は、燃焼部２７０の内部温度（より具体的には、触媒温度）を検出する。
【００５８】
本例の構成を採用する場合にも、制御部６００Ａａは、燃焼燃料供給部２６０の動作と２つの三方弁２３２，２４２の切替とを制御することができる。具体的には、燃焼部２７０の内部温度の変化量は、バイパス循環通路内の酸素ガス濃度が次第に低下すると、次第に小さくなる。すなわち、温度センサ４４０は、酸素ガス濃度を間接的に検出することができる。このため、制御部６００Ａａは、温度センサ４４０の検出結果に基づいて、燃焼部２７０の内部温度の単位時間当たりの変化量が所定の目標値以下となったときに、原燃料の供給を中止し、バイパス循環通路から燃料ガス循環通路にガス流通経路を変更することができる。
【００５９】
図６は、第１実施例の第２の変形例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図６は、燃料電池システムが運転を開始するときの動作を示している。図６は、図４とほぼ同じであるが、図６の燃料ガス供給部２００Ａｂでは、燃焼燃料供給部と燃焼部とが変更されている。具体的には、図４では、１つの燃焼燃料供給部２６０と１つの燃焼部２７０が設けられているが、図６では、２つの部分燃焼燃料供給部２６０ａ，２６０ｂと２つの部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂとが設けられている。なお、各部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂの触媒が発揮し得る反応促進能力は、１つの燃焼部２７０の触媒の反応促進能力よりも小さく設定されている。そして、制御部６００Ａｂは、燃料電池システムの運転を開始させる際に、各部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂの加熱部２７２ａ，２７２ｂに触媒を加熱させる。そして、制御部６００Ａｂは、酸素センサ４３０から与えられる検出結果に基づいて、各部分燃焼燃料供給部２６０ａ，２６０ｂの動作を制御する。
【００６０】
このように、複数の部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂを分散して配置すれば、バイパス循環通路内に含まれる空気中の酸素ガスを除去する際に、燃焼反応に起因する発熱を分散させることができる。このため、燃焼熱に起因して、各部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂ内部の触媒が溶損してしまうのを抑制することが可能となる。
【００６１】
なお、図６では、２つの部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂに対応して２つの部分燃焼燃料供給部２６０ａ，２６０ｂが設けられているが、２つの部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂが比較的近い位置に配置される場合には、下流側の第２の部分燃焼燃料供給部２６０ｂは、省略可能である。ただし、図６に示すように、１つの部分燃焼部に対応して１つの部分燃焼燃料供給部を設ければ、各部分燃焼部において、原燃料を効率よく燃焼させ、酸素ガスを効率よく除去することができる。
【００６２】
また、図６では、２つの部分燃焼部２７０ａ，２７０ｂは、共に、第４の部分通路２４０ａに設けられているが、少なくとも一方を他の部位（例えば、第１の部分通路２３０ａ）に設けられていてもよい。同様に、図４では、１つの燃焼部２７０は、第４の部分通路２４０ａに設けられているが、他の部位（例えば、第１の部分通路２３０ａ）設けられていてもよい。一般には、燃焼部は、バイパス循環通路内に設けられていればよい。ただし、燃焼部を第４の部分通路２４０ａに設ければ、空気中の酸素ガスが抽出室２２４にあまり供給されずに済むため、水素分離膜２２０ｆ上で燃焼反応が起こるのを抑制することができ、この結果、水素分離膜２２０ｆに設けられた触媒が溶損してしまうのを抑制することができるという利点がある。
【００６３】
Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図７は、燃料電池システムが運転を停止するときの動作を示している。図７は、図３とほぼ同様であるが、燃料ガス供給部２００Ｂが変更されている。具体的には、図７では、図３の第１の排出通路２３５と第１の空気供給通路２４５とが省略されており、これに伴って、燃料ガス通路２８０と燃料オフガス通路２９０とが変更されている。
【００６４】
すなわち、燃料ガス通路２８０には、１つの三方弁２８１が設けられており、燃料ガス通路２８０は、第１の三方弁２８１によって２つの部分通路２８０ａ，２８０ｂに区分される。第１の部分通路２８０ａは、抽出室２２４のガス流出口と第１の三方弁２８１の第１ポートとを接続する。第２の部分通路２８０ｂは、第１の三方弁２８１の第２ポートとアノード側通路１０２のガス流入口とを接続する。第１の三方弁２８１の第３ポートには、アノード側通路１０２をバイパスするバイパス通路２５０が接続されている。
【００６５】
同様に、燃料オフガス通路２９０にも、１つの三方弁２９１が設けられており、燃料オフガス通路２９０は、第２の三方弁２９１によって２つの部分通路２９０ａ，２９０ｂに区分される。第３の部分通路２９０ａは、抽出室２２４のガス流入口と第２の三方弁２９１の第１ポートとを接続する。第４の部分通路２９０ｂは、第２の三方弁２９１の第２ポートとアノード側通路１０２のガス流出口とを接続する。第２の三方弁２９１の第３ポートには、アノード側通路１０２をバイパスするバイパス通路２５０が接続されている。
【００６６】
なお、図７の２つの三方弁２８１，２９１が本発明におけるガス流通経路設定部に相当し、空気供給通路２４６と供給量調整弁２４７と循環ポンプ２４４とが本発明における空気供給部に相当する。また、抽出室２２４を含まず、アノード側通路１０２を含む通路群（より具体的には、第２の部分通路２８０ｂとアノード側通路１０２と第４の部分通路２９０ｂとを含む通路群）は第１の通路群に相当し、アノード側通路１０２を含まず、抽出室２２４を含む通路群（より具体的には、第３の部分通路２９０ａと抽出室２２４と第１の部分通路２８０ａとを含む通路群）は第２の通路群に相当する。さらに、燃焼燃料供給部２６０と燃焼部２７０とが、酸素ガス除去部に相当し、燃焼部２７０が、水素ガス除去部に相当する。
【００６７】
図７に示すように、燃料電池システムの運転を停止させる場合には、２つの三方弁２８１，２９１は、抽出室２２４とバイパス通路２５０とを含むバイパス循環通路内でガスが流通可能な状態に設定される。具体的には、２つの三方弁２８１，２９１は、第１の部分通路２８０ａとバイパス通路２５０と第３の部分通路２９０ａとが連通するように設定される。
【００６８】
そして、バイパス循環通路内に含まれる水素ガスを除去するために、バイパス循環通路内には、空気が供給される。具体的には、制御部６００Ｂは、供給量調整弁２４７を開状態に設定して、空気供給通路２４６を介して、バイパス循環通路内に空気を供給する。このとき、バイパス循環通路内の水素ガスは、燃焼部２７０において、空気中の酸素ガスによって燃焼する。なお、バイパス循環通路内の水素ガスは、水素分離膜２２０ｆにおいても、空気中の酸素ガスによって燃焼する。なお、バイパス循環通路内の流通ガス量が過大である場合には、制御部６００Ｂは、圧力センサ４１０の検出結果に基づいて排出量調整弁２４９を開状態に設定して、排出通路２４８を介して、バイパス循環通路内の流通ガスを外部に排出する。
【００６９】
本実施例の構成を採用しても、燃料電池システムの運転を停止する際に、バイパス循環通路内の水素ガスを空気中の酸素ガスを用いて除去することができるため、運転停止期間中の水素分離膜２２０ｆの脆化を抑制することが可能となる。なお、本実施例においても、第１実施例と同様に、アノード側通路１０２を含む通路群（より具体的には、第２の部分通路２８０ｂとアノード側通路１０２と第４の部分通路２９０ｂとを含む通路群）は、その両端で閉じられ、抽出室２２４とアノード側通路１０２との間のガスの流通は、禁止される。このため、燃焼反応に起因する燃料電池１００の損傷を防止することができる。
【００７０】
なお、燃料電池システムの運転を開始させる際には、第１実施例と同様に、バイパス循環通路内に含まれる空気中の酸素ガスが除去される。具体的には、燃焼燃料供給部２６０は、バイパス循環通路内に原燃料を供給する。そして、原燃料は、バイパス循環通路内に含まれる酸素ガスによって、燃焼部２７０において燃料する。この結果、バイパス循環通路内に含まれる空気中の酸素ガスが除去される。
【００７１】
Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図８は、燃料電池システムが運転を停止するときの動作を示している。図８は、図７とほぼ同様であるが、燃料ガス供給部２００Ｃが変更されている。具体的には、図８では、図７の燃焼燃料供給部２６０と酸素センサ４３０とが省略されている。
【００７２】
燃料電池システムの運転を停止させる場合には、図７と同様に、２つの三方弁２８１，２９１は、抽出室２２４とバイパス通路２５０とを含むバイパス循環通路内でガスが流通可能な状態に設定される。
【００７３】
そして、バイパス循環通路内に含まれる水素ガスを除去するために、バイパス循環通路内には、空気が供給される。具体的には、制御部６００Ｃは、供給量調整弁２４７を制御して、空気供給通路２４６を介して、バイパス循環通路内に空気を供給する。ただし、バイパス循環通路内には、バイパス循環通路内に含まれる水素ガスを燃焼部２７０においてほぼ過不足なく酸化させることができる量の空気が供給される。そして、制御部６００Ｃは、水素センサ４２０の検出結果に基づいて、バイパス循環通路内の水素ガス（より具体的には、水素分離部２２０内の水素ガス）が殆ど除去されたと判断すると、空気の供給を中止する。すなわち、空気の供給は、水素ガス濃度が所定の目標値以下となると中止される。
【００７４】
本実施例の構成を採用すれば、燃料電池システムの運転を停止させる際に、バイパス循環通路内に含まれる水素ガスを空気中の酸素ガスを用いて除去することができると共に、過剰な酸素ガスがバイパス循環通路内に供給されずに済む。このため、燃料電池システムの運転を開始させる際に、アノード側通路１０２内に酸素ガスが殆ど供給されずに済む。したがって、バイパス循環通路内に含まれる酸素ガスの除去処理（すなわち、原燃料の供給）を省略することができる。また、燃料電池システムの運転を開始させる際には、バイパス循環通路内には酸素ガスが殆ど含まれないため、バイパス循環通路から燃料ガス循環通路にガス流通経路を迅速に変更することができる。
【００７５】
ただし、燃料電池システムの運転を停止させる際に、バイパス循環通路内に余分な酸素ガス（空気）が供給されてしまう恐れがある場合には、第１および第２実施例と同様に、燃焼燃料供給部２６０と酸素センサ４３０とを用いることが好ましい。こうすれば、バイパス循環通路内に含まれる余分な酸素ガスを除去することができると共に、酸素ガスの除去処理を比較的短い期間で実行することができる。
【００７６】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７７】
（１）第１および第２実施例では、バイパス循環通路から燃料ガス循環通路にガス流通経路を変更するタイミングを決定するために、酸素ガス濃度を直接的に検出可能な酸素センサ４３０や、酸素ガス濃度を間接的に検出可能な温度センサ４４０（図５）が利用されているが、これに代えて、他のセンサを利用するようにしてもよい。例えば、酸素ガス濃度が所定値以下か否かのみを検出可能なセンサを利用するようにしてもよい。
【００７８】
一般には、検出部は、バイパス循環通路を含む第２の循環系内の酸素ガスを検出すればよい。こうすれば、第２の循環系内の酸素ガス濃度が所定値以下となったときに、燃料ガス循環通路を含む第１の循環系内でガスの循環を開始させることができる。
【００７９】
ただし、酸素センサ４３０や温度センサ４４０は、省略可能である。この場合には、例えば、酸素ガスが殆ど除去されるような所定の期間を予め設定し、該所定の期間が経過した後に、ガス流通経路を変更するようにすればよい。
【００８０】
（２）第１および第２実施例では、酸素ガス除去部は、改質部で改質反応に利用される原燃料（上記実施例では、ガソリン）を燃料オフガス通路内に注入しているが、これに代えて、アルコールや天然ガスなどを注入するようにしてもよい。ただし、上記実施例のように改質反応に利用される原燃料を利用すれば、別途、燃焼燃料を準備せずに済むという利点がある。
【００８１】
また、第１および第２実施例では、酸素ガス除去部は、燃料オフガス通路に設けられているが、これに代えて、燃料ガス通路に設けられていてもよい。
【００８２】
一般には、酸素ガス除去部は、抽出室を含む第２の通路群内に供給された空気中の酸素ガスを、水素ガス以外の燃焼燃料を用いて除去すればよい。
【００８３】
さらに、第１および第２実施例では、燃料電池システムの運転を停止させる際に供給された空気中の酸素ガスは、運転を開始させる際に除去されているが、これに代えて、運転を停止させる際に除去されるようにしてもよい。すなわち、燃料電池システムの運転を停止させる際には、まず、水素ガスを除去するために空気を供給し、その後、供給された空気中の酸素ガスを除去するようにしてもよい。
【００８４】
一般には、酸素ガス除去部は、燃料電池システムの運転を停止させる際と運転を開始させる際とのうちの少なくとも一方に、抽出室を含む第２の通路群内の酸素ガスを除去すればよい。
【００８５】
ただし、第３実施例で説明したように、燃料電池システムの運転を停止させる際に、バイパス循環通路内に含まれる水素ガスを燃焼部２７０において過不足なく燃焼させることができる量の空気を、バイパス循環通路内に供給すれば、酸素ガス除去部は省略可能である。
【００８６】
（３）上記実施例では、燃料電池システムの運転を停止させる際には、アノード側通路１０２を含む線分状の通路群が形成され、該通路群はその両端で閉じられているが、これに代えて、アノード側通路１０２を含む環状の閉じた通路群が形成されるようにしてもよい。例えば、図３では、アノード側通路１０２とバイパス通路２５０とで環状の閉じた通路群を形成可能である。具体的には、第２の三方弁２３２を、第３の部分通路２３０ｃとバイパス通路２５０とが連通するように設定し、第４の三方弁２４２を、第６の部分通路２４０ｃとバイパス通路２５０とが連通するように設定すればよい。
【００８７】
一般には、空気供給部は、アノード側通路を含む第１の通路群が閉じられた状態で、抽出室を含む第２の通路群内に空気を供給すればよい。
【００８８】
また、上記実施例では、燃料電池システムの運転を停止させる際に、アノード側通路を含む通路群の両端は、２つの三方弁２３２，２４２で閉じられており、アノード側通路を含む通路群は、外部との間でガスの流通が禁止された状態に設定されている。しかしながら、これに代えて、アノード側通路を含む通路群は、外部との間でガスの流通が許容されていてもよい。例えば、アノード側通路を含む通路群は、外部に設けられた窒素ガス供給通路に接続されていてもよい。このようにしても、燃料電池システムの運転を停止させる際に、アノード側通路内に空気が供給されないようにすることができる。
【００８９】
さらに、上記実施例では、燃料電池システムの運転を停止させる際に、水素分離部２２０内の水素ガスを除去するために、空気を抽出室２２４に供給しているが、これに代えて、供給室２２２に供給するようにしてもよい。このようにしても、水素分離部２２０内の水素ガスを除去することができるため、運転停止期間中における水素分離膜の脆化を抑制することが可能となる。
【００９０】
一般には、空気供給部は、アノード側通路内に空気が供給されない状態で、水素分離部に空気を供給すればよい。
【００９１】
（４）第１実施例では、４つの三方弁２３１，２３２，２４１，２４２が利用されているが、これに代えて、第２および第５の部分通路２３０ｂ，２４０ｂを省略して２つの四方弁を利用するようにしてもよい。具体的には、第１の四方弁は、第１の部分通路２３０ａを、第３の部分通路２３０ｃとバイパス通路２５０と第１の排出通路２３５とのうちのいずれかに連通させ、第２の四方弁は、第４の部分通路２４０ａを、第６の部分通路２４０ｃとバイパス通路２５０と第１の空気供給通路２４５とのうちのいずれかに連通させればよい。このようにしても、第１実施例と同様に、ガス流通経路を設定することができる。
【００９２】
また、第１実施例では、４つの三方弁が利用されているが、これに代えて、バイパス通路２５０と第１の排出通路２３５と第１の空気供給通路２４５とを省略して、アノード側通路を挟み込むように２つの遮断弁を設けるようにしてもよい。このようにしても、燃料電池システムの運転を停止させる際に、燃料オフガス通路に接続された空気供給通路２４６を介して、抽出室２２４に空気を供給することができると共に、アノード側通路１０２に空気が供給されないようにすることができる。
【００９３】
一般には、ガス流通経路設定部は、水素分離部とアノード側通路との間に設けられ、水素分離部とアノード側通路との間のガスの流通の可否を設定可能であればよい。
【００９４】
（５）上記実施例では、改質ガスを生成するための原燃料としてガソリンが利用されているが、これに代えて、メタノールなどのアルコールや、天然ガス、エーテル、アルデヒドなどが利用されてもよい。
【００９５】
また、上記実施例では、水素分離部は、改質部から供給された改質ガス中の水素ガスを分離しているが、改質部は省略可能である。
【００９６】
一般には、燃料電池システムは、混合ガス中の水素ガスを分離するための水素分離膜を含む水素分離部を備えていればよい。
【００９７】
（６）上記実施例では、本発明は、移動体（車両）に搭載された燃料電池システムに適用されているが、これに代えて、定置用の発電システムに適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図であり、燃料電池システムが通常運転を実行するときの動作を示す。
【図２】燃料電池システムが運転を一時的に休止するときの動作を示す説明図である。
【図３】燃料電池システムが運転を停止するときの動作を示す説明図である。
【図４】燃料電池システムが運転を開始するときの動作を示す説明図である。
【図５】第１実施例の第１の変形例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図６】第１実施例の第２の変形例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図７】第２実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図８】第３実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…燃料電池
１０２…アノード側通路
１０４…カソード側通路
２００，２００Ａａ，２００Ａｂ，２００Ｂ，２００Ｃ…燃料ガス供給部
２１０…改質部
２２０…水素分離部
２２０ｆ…水素分離膜
２２２…供給室
２２４…抽出室
２３０…燃料オフガス通路
２３０ａ〜２３０ｃ…第１〜第３の部分通路
２３１…第１の三方弁
２３２…第２の三方弁
２３５…第１の排出通路
２４０…燃料オフガス通路
２４０ａ〜２４０ｃ…第４〜第６の部分通路
２４１…第３の三方弁
２４２…第４の三方弁
２４４…循環ポンプ
２４５…第１の空気供給通路
２４６…第２の空気供給通路
２４７…供給量調整弁
２４８…第２の排出通路
２４９…排出量調整弁
２５０…バイパス通路
２６０…燃焼燃料供給部
２６０ａ，２６０ｂ…部分燃焼燃料供給部
２７０…燃焼部
２７０ａ，２７０ｂ…部分燃焼部
２７２，２７２ａ，２７２ｂ…加熱部
２８０…燃料ガス通路
２８０ａ，２８０ｂ…第１，第２の部分通路
２８１…第１の三方弁
２９０…燃料オフガス通路
２９０ａ，２９０ｂ…第３，第４の部分通路
２９１…第２の三方弁
３００…酸化ガス供給部
３１０…空気ブロワ
４１０…圧力センサ
４２０…水素センサ
４３０…酸素センサ
４４０…温度センサ
６００，６００Ａａ，６００Ａｂ，６００Ｂ，６００Ｃ…制御部
【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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