(57)【要約】【課題】  高価な貴金属の触媒を用いることなく、水素を適切に希釈処理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】  ポートＡ１を開いて、排ガス処理装置５０Ａ内にパージ時に排出された水素を導入すると、酸素吸放出材と水素とが反応して水が生成される。そして、ポートＣ１を開くとともに真空ポンプ６を駆動して、水を排出し、排ガス処理装置５０Ａ内が真空になったらポートＣ１を閉じる。そして、ポートＢ１を開いて空気を導入すると、酸素吸放出材が酸化される。ポートＣ１を開くとともに真空ポンプ６を駆動して、排ガス処理装置５０Ａ内が真空になったらポートＣ１を閉じる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、
酸素吸放出材を備えるとともに、前記燃料電池から排出される燃料ガスと、酸化剤ガスとが導入される排ガス処理装置と、を備え、
前記排ガス処理装置には、前記燃料電池から排出される燃料ガスと酸化剤ガスとの導入を切り替える切り替え手段が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記排ガス処理装置には、大気開放して内部に酸化剤ガスを導入する大気開放弁が設けら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】
前記排ガス処理装置が、複数個並列に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排ガス処理装置を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記排ガス処理装置を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項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、燃料電池から排出される燃料ガスを希釈処理する処理装置が設けられた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車などでは、固体高分子の電解質膜をアノード極とカソード極とで挟んだ構造の燃料電池が使用されている。この種の燃料電池では、アノード極に水素がカソード極に空気（酸素）がそれぞれ供給されることにより、水素と酸素との電気化学反応により発電が行われる。しかし、水素の利用効率を高めるべく水素を使い捨てせずに循環利用しているため、発電が継続されると、カソード極に供給された空気に含まれる窒素、カソード極で生成された水などの不純物が電解質膜を介して透過してアノード極の水素濃度が低下し、発電性能が損なわれるという現象が発生する。
【０００３】
そこで、この種の燃料電池システムでは、水素パージ弁を設けて、この水素パージ弁を必要に応じて開弁して前記不純物を排出するとともに新たな水素を導入して、水素濃度の低下を防止している。またこのとき、不純物を排出する際には高濃度の水素が大気中に排出されないように、水素を適切に希釈処理して大気中に排出することが行われている。水素を処理する手段としては、燃料電池から排出される水素と酸素とを貴金属触媒上で反応させる触媒燃焼させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１４２１３１号公報（段落００５３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のような触媒燃焼させる方法では、水素と酸素との反応時における温度上昇が激しいため、触媒の劣化が著しいという問題がある。また、触媒燃焼に使用する触媒として白金などの高価な貴金属触媒を使用する必要があるためコスト高となる。また、触媒燃焼させる処理装置周囲のシステムに対する熱による影響を低減するために、処理装置周囲のシステムと隔離する構造としたり、高温度に耐え得る断熱材を広範囲にわたって設ける必要もある。
【０００５】
本発明は、前記問題を解決するものであり、高価な貴金属触媒を用いない処理装置を備えた燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、酸素吸放出材を備えるとともに、前記燃料電池から排出される燃料ガスと、酸化剤ガスとが導入される排ガス処理装置と、を備え、前記排ガス処理装置には、前記燃料電池から排出される燃料ガスと酸化剤ガスとの導入を切り替える切り替え手段が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、排ガス処理装置に酸化剤ガスが導入されることにより酸素吸放出材が酸化され、酸化された酸素吸放出材を備えた排ガス処理装置に燃料ガス（例えば、水素）が導入されることにより酸素吸放出材が還元される。このように、排ガス処理の際に起こる反応を酸化反応と還元反応の二段階に分けて反応させることにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを直接に触媒反応させることによる急激な温度上昇を避けることが可能になる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記排ガス処理装置には、大気開放して内部に酸化剤ガスを導入する大気開放弁が設けられる構成であってもよい。これにより、例えば、酸化剤ガスとして空気（外気）を利用した場合に空気中の酸素を効率的に利用することにより、酸素吸放出材の酸化反応を促進することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記排ガス処理装置が、複数個並列に設けられていてもよい。これにより、一方の排ガス処理装置内で酸素吸放出材を酸化反応させている際に他方の排ガス処理装置内の酸素吸放出材を還元反応させることができるので、燃料ガスを効率的に処理することが可能になる。また、個々の排ガス処理装置を小さくすることができるので、反応を効率的に引き起こすことが可能になる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記排ガス処理装置を加熱する加熱手段が設けられていてもよい。これにより、低温始動時などに酸素吸放出材の触媒活性が向上する温度まで上げることができるので、システム効率を向上できる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記排ガス処理装置を冷却する冷却手段が設けられていてもよい。これにより、酸化反応時および還元反応時の発熱反応による高温化を抑制して、酸素吸放出材の劣化およびシンタリングを防止することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、酸素吸放出材を用いることにより急激な温度上昇を防止することができ、白金などの高価な貴金属触媒を用いる必要がないのでコストを低く抑えることができる。また、周囲のシステムに対する熱による影響および断熱材の占める割合を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図２は排ガス処理装置の内部構造の一例を示す斜視図、図３は第１実施形態の排ガス処理装置に設けられた各ポートの開閉処理の流れを示す図、図４は第１実施形態の排ガス処理装置の温度変化と各ポートの開閉タイミングを示すタイムチャートである。
【００１４】
図１に示すように、第１実施形態の燃料電池システム１Ａは、燃料電池ＦＣ、アノード系２０、カソード系３０、冷却系４０、排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂ、制御装置６０などを備えて構成されている。
【００１５】
前記燃料電池ＦＣは、高分子電解質膜の一面側をアノード極（図示せず）、他面側をカソード極（図示せず）で挟んで構成された膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両面をさらに導電性のセパレータ（図示せず）で挟んで構成された単セルを複数積層した構造となっている。この燃料電池ＦＣのアノード極に燃料ガスとしての水素が、カソード極に酸化剤ガスとしての空気（酸素）がそれぞれ供給されることで、水素と酸素との電気化学反応により発電が行われる。
【００１６】
前記アノード系２０は、燃料電池ＦＣのアノード極に水素を供給し且つアノード極から水素を排出するものであり、水素供給部２１、水素循環系２２、水素パージ弁２３などを備えて構成されている。
【００１７】
前記水素供給部２１は、例えば電磁式の遮断弁を備えた高圧水素タンクを有し、アノードガス配管２ａを介して燃料電池ＦＣのアノード極の入口側と接続されている。
前記水素循環系２２は、燃料電池ＦＣのアノード極の下流側と上流側とを繋ぐ循環配管２２ａと、アノード極の出口側から排出された水素をアノード極の入口側へと循環させる循環手段２２ｂとを備えている。なお、循環手段２２ｂとしては、エゼクタや水素ポンプなどである。
前記水素パージ弁２３は、遮断可能な弁であり、燃料電池ＦＣのアノード極の出口側に接続されたアノードオフガス配管２ｂに設けられている。
【００１８】
なお、図示していないが、前記アノード系２０のアノードガス配管２ａには、高圧水素タンク（図示せず）から放出された高圧の水素を減圧するためのレギュレータなどが設けられている。
【００１９】
前記カソード系３０は、燃料電池ＦＣのカソード極に空気を供給し且つカソード極から空気を排出するものであり、エアコンプレッサ３１、冷却器３２などを備えて構成されている。
【００２０】
前記エアコンプレッサ３１は、モータにより駆動されるスーパーチャージャ等であり、燃料電池ＦＣのカソード極の入口側と接続されたカソードガス配管３ａに設けられている。また、燃料電池ＦＣのカソード極の出口側には、カソードオフガス配管３ｂが接続され、このカソードオフガス配管３ｂが大気中へと通じている。
前記冷却器３２は、エアコンプレッサ３１からの高温の空気を、後記する冷却系４０によって燃料電池ＦＣの反応に適した温度に冷却するものである。
【００２１】
なお、図示していないが、前記カソード系３０には、エアコンプレッサ３１からの乾燥空気を燃料電池ＦＣの反応に適した湿度に加湿する加湿器などが設けられている。この加湿器は、前記冷却器３２の下流側に設けられ、燃料電池ＦＣのカソード極から排出されたカソードオフガス（空気＋水など）が加湿源となって乾燥空気を加湿する。
【００２２】
前記冷却系４０は、特に、燃料電池ＦＣ、および排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂに冷却媒体を循環させて冷却するものであり、冷却媒体循環配管４１、ラジエータ４２、循環ポンプ４３などで構成されている。この冷却媒体循環配管４１は、循環ポンプ４３を介してラジエータ４２の出口側と燃料電池ＦＣの入口側とを繋ぐ配管４１ａと、燃料電池ＦＣの出口側と排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂとを繋ぐ配管４１ｂと、排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂとラジエータ４２の入口側とを繋ぐ配管４１ｃと、前記冷却器３２を介して配管４１ａと配管４１ｃとを繋ぐ配管４１ｄとで構成されている。なお、配管４１ａ，４１ｂ，４１ｃとラジエータ４２と循環ポンプ４３とで本実施形態の冷却手段が構成されている。
【００２３】
前記排ガス処理装置５０Ａには、その入口側（上流側）において、アノードオフガス配管２ｂから延びる水素導入配管２ｃと、またカソードオフガス配管３ｂから分岐する酸素導入配管３ｃとがそれぞれ接続されている。また、水素導入配管２ｃには、その流路を遮断可能な開閉弁２ｃ１が設けられ、酸素導入配管３ｃにはその流路を遮断可能な開閉弁３ｃ１が設けられている。また、排ガス処理装置５０Ａの出口側には、排出配管４ｃが接続され、この排出配管４ｃにその流路を遮断可能な開閉弁４ｃ１が設けられている。
【００２４】
前記排ガス処理装置５０Ｂは、前記排ガス処理装置５０Ａと並列に配置され、その入口側において、アノードオフガス配管２ｂから前記水素導入配管２ｃと分岐して延びる水素導入配管２ｄと、酸素導入配管３ｃから分岐して延びる酸素導入配管３ｄとがそれぞれ接続されている。また、水素導入配管２ｄには、その流路を遮断可能な開閉弁２ｄ１が設けられ、酸素導入配管３ｄには、その流路を遮断可能な開閉弁３ｄ１が設けられている。また、排ガス処理装置５０Ｂの出口側には、排出配管４ｄが接続され、この排出配管４ｄにその流路を遮断可能な開閉弁４ｄ１が設けられている。
【００２５】
さらに、前記排出配管４ｃと排出配管４ｄは、合流配管５と接続されている。この合流配管５には、排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂの内部の雰囲気を真空にするための真空ポンプ６が設けられている。なお、この開閉弁２ｃ１，２ｄ１と開閉弁３ｃ１，３ｄ１と開閉弁４ｃ１，４ｄ１と真空ポンプ６とで第１実施形態の切り替え手段が構成されている。
【００２６】
図２に示すように、前記排ガス処理装置５０Ａは、両端が密閉された筒状の容器５１を有し、一方の端面５１ａに前記水素導入配管２ｃおよび酸素導入配管３ｃが接続され、排ガス処理装置５０Ａの内部と水素導入配管２ｃおよび酸素導入配管３ｃの内部とが連通し、もう一方の端面５１ｂに前記排出配管４ｃが接続され、排ガス処理装置５０Ａの内部と排出配管４ｃの内部とが連通している。そして、容器５１内には、ハニカム構造体５２が設けられ、ハニカム構造体５２の６角形の各穴の流路が各端面５１ａ，５１ｂを向くように設定されている。なお、容器５１およびハニカム構造体５２の材料としては、各種金属、セラミックなどから選択することができる。
【００２７】
前記ハニカム構造体５２には、その表面に、触媒としての酸素吸放出材が担持されている。この酸素吸放出材としては、例えば、一般的に酸化還元特性に優れることが知られている酸化銅、蛍石型結晶構造を有する酸化セリウム系の酸化物、ペロブスカイト型結晶構造を有するＬａＳｒＭｎＯ３、などの酸化物およびその還元体を挙げることができる。
【００２８】
なお、排ガス処理装置５０Ｂについても、排ガス処理装置５０Ａと同様にして構成されている。また、容器５１の内部は、ハニカム構造体５２に限定されるものではなく、その他の多角形、波形などからなる他の形状の構造体であってもよい。また、容器５１は、表面に触媒が担持された粒状物が充填されたものでもよい。
【００２９】
前記制御装置６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、入出力インターフェースなどで構成され、水素パージ弁２３、開閉弁２ｃ１，２ｄ１，３ｃ１，３ｄ１，４ｃ１，４ｄ１、エアコンプレッサ３１、真空ポンプ６などと電気的に接続され、水素パージ弁２３、開閉弁２ｃ１，２ｄ１，３ｃ１，３ｄ１，４ｃ１，４ｄ１の開閉動作、エアコンプレッサ３１および真空ポンプ６の回転数（回転速度）を制御する。
【００３０】
次に、第１実施形態の燃料電池システム１Ａの動作について図３および図４を主に参照しながら説明する。なお、作動前の初期状態の排ガス処理装置５０Ａと排ガス処理装置５０Ｂのいずれも、酸素吸放出材が酸化され且つその内部が真空状態に保たれているものとして説明する。また、酸素吸放出材として酸化銅を用いた場合を例に挙げて説明する。また、以下の説明では、図１に示すように、排ガス処理装置５０Ａにおいて、水素導入配管２ｃと開閉弁２ｃ１とで構成される流路をポートＡ１、酸素導入配管３ｃと開閉弁３ｃ１とで構成される流路をポートＢ１、排出配管４ｃと開閉弁４ｃ１とで構成される流路をポートＣ１とする。また、排ガス処理装置５０Ｂにおいて、水素導入配管２ｄと開閉弁２ｄ１とで構成される流路をポートＡ２、酸素導入配管３ｄと開閉弁３ｄ１とで構成される流路をポートＢ２、排出配管４ｄと開閉弁４ｄ１とで構成される流路をポートＣ２とする。また、初期状態では、各ポートＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２はすべて閉じているものとする。
【００３１】
まず、水素供給部２１の遮断弁（図示せず）を開弁することで燃料電池ＦＣのアノード極に水素が供給され、エアコンプレッサ３１を駆動することで燃料電池ＦＣのカソード極に空気（酸素）が供給されると、水素と酸素との電気化学反応によって発電が行われる。また、発電中において燃料電池ＦＣの温度が所定温度を超えた場合には、循環ポンプ４３を駆動して、燃料電池ＦＣ内に冷却媒体を循環させることで、燃料電池ＦＣの冷却が行われ、ラジエータ４２によって放熱が行われる。ところで、発電が継続されると、燃料電池ＦＣのカソード極に供給された空気に含まれる窒素が電解質膜を介してアノード極に透過し、またカソード極で生成された水が電解質膜を介してアノード極に透過して、アノード極内の水素濃度が低下するという現象が生じる。このようなアノード極内の水素濃度の低下を防止するために、制御装置６０が水素パージ弁２３を必要に応じて開弁して、窒素などの不純物を排出する処理を行う。なお、水素パージ弁２３を開くための条件としては、定期的に開弁するようにしてもよく、あるいは、燃料電池ＦＣの電圧（セル電圧）に基づいて開弁するようにしてもよい。
【００３２】
制御装置６０は、水素パージ弁２３を開弁すると、それと同時または少し遅れて、図３の（１）に示すように排ガス処理装置５０ＡのポートＡ１を開き、所定時間（図４参照）経過後にポートＡ１を閉じる。このとき排ガス処理装置５０Ａ内はすでに真空に保たれているので、ポートＡ１を開くことにより、差圧によって窒素などの不純物とともに水素が排ガス処理装置５０Ａ内へと導入される。これにより、排ガス処理装置５０Ａ内の酸素吸放出材の酸化銅が還元されて銅が生成されるとともに、酸化銅から分離した酸素と、導入された水素とが反応して水が生成される。そのときの還元反応は、以下の反応式（Ｉ）で表すことができる。
ＣｕＯ＋Ｈ２→Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ・・・（Ｉ）
この還元反応は、発熱反応であるので、図４の区間（１）で示すように、排ガス処理装置５０Ａの温度が上昇する。
【００３３】
そして、図３の（２）に示すようにポートＣ１を開くとともに真空ポンプ６を駆動して、排ガス処理装置５０Ａの内部が再び真空になったらポートＣ１を閉じる。図４の区間（２）では、還元反応によって生成された水が窒素などの不純物とともに排出配管４ｃおよび合流配管５を通って大気中へと排出される。この場合、ポートＣ１を開いたときに自然放熱や圧力低下などによって、排ガス処理装置５０Ａの温度が徐々に低下する。なお、ポートＣ１を開くタイミングは、排ガス処理装置５０Ａの温度に基づいて決定してもよいし、ポートＡ１を開（または閉）にしてからの時間に基づいて決定してもよい。また、このときの真空圧は１０ｋＰａ以下にすることが好ましい。
【００３４】
そして、図３の（３）に示すようにポートＢ１を開にして、エアコンプレッサ３１からの空気（酸素）を排ガス処理装置５０Ａに導入する。このとき、排ガス処理装置５０Ａ内は真空状態であるので、ポートＢ１を開くことにより差圧によって排ガス処理装置５０Ａ内に酸素が導入される。これにより、前記還元反応によって生成された銅が酸化される。そのときの酸化反応は、以下の反応式（ＩＩ）で表すことができる。
Ｃｕ＋１／２Ｏ２→ＣｕＯ・・・（ＩＩ）
この酸化反応も、還元反応と同様に発熱反応であるので、図４の区間（３）で示すように、排ガス処理装置５０Ａの温度が再び上昇する。
【００３５】
そして、図３の（４）に示すようにポートＢ１を閉じるとともにポートＣ１を開き、真空ポンプ６を駆動すると、前記酸化反応によって生成された窒素が排出配管４ｃおよび合流配管５を介して大気中へと排出される。そして、排ガス処理装置５０Ａ内が真空になったらポートＣ１を閉じる。
【００３６】
また、もう一つの排ガス処理装置５０Ｂは、前記排ガス処理装置５０Ａに対して半サイクル遅れて動作するようになっている。なお、排ガス処理装置５０Ｂは、前記したように、前記排ガス処理装置５０Ａと同様に動作する。すなわち、図３に示すように、排ガス処理装置５０ＡのポートＢ１が開いたときに、排ガス処理装置５０ＢのポートＡ２が開き、また、排ガス処理装置５０ＡのポートＡ１が開いたときに、排ガス処理装置５０ＢのポートＢ２が開く。これによって、図４に示すように、排ガス処理装置５０Ｂでは、還元反応と酸化反応を繰り返して、排ガス処理装置５０Ａにおける温度変化に対して半サイクル分ずれるようにして温度が変化する。
【００３７】
前記のようにして処理することで、パージ処理時に排出された水素を適切に、つまり所定の水素濃度以下にした後に大気中へと排出することができる。なお、本実施形態では、各排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂについて、それぞれ２サイクル分しか動作させていないが、このサイクルに限定されるものではなく、３サイクル分以上動作させてもよい。
【００３８】
ところで、従来の水素と酸素とを貴金属触媒を用いて直接に燃焼させる反応（Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ）では、エンタルピー変化ΔＨ＝−２４１．８ｋＪ／ｍｏｌ（発熱反応）となる。一方、本実施形態の反応式（Ｉ）による還元反応では、エンタルピー変化ΔＨ＝−８４．５ｋＪ／ｍｏｌとなり、本実施形態の反応式（ＩＩ）による酸化反応では、エンタルピー変化ΔＨ＝−１５７．３ｋＪ／ｍｏｌとなる。なお、このエンタルピー変化は、２９８．１５Ｋでの標準エンタルピー値を基に算出している（日本化学会編、化学便覧ＩＩ、丸善（２００５）参照）。このように、還元反応と酸化反応とのトータルのエンタルピー変化量（発熱量）と、水素と酸素との反応によるエンタルピー変化量（発熱量）は互いに等しいが、本実施形態のように還元反応と酸化反応というように２段階に反応を分けることにより、それぞれの反応でのエンタルピー変化は小さくなるので、従来の反応と比較して、急激な温度上昇を避けることが可能になる。すなわち、図４において破線（比較例）で示す水素と酸素との貴金属触媒による燃焼反応では、非常に急激な温度上昇が生じるのに対して、図４において実線（本実施形態）で示す酸化還元反応では、急激な温度上昇（ΔＴ分）を抑えることが可能になる。よって、例えば常時１００〜５００℃以下の温度領域で作動できるようになるので、白金などの高価な触媒を用いる必要がなく、また排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂの劣化、特に触媒として酸素吸放出材の劣化を防止できる。また、排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂの周囲のシステムに与える影響を低減できるので、構造を簡略化できるとともに、断熱材を設ける割合を削減できる。
【００３９】
また、本実施形態では、排ガス処理装置５０Ａで酸化反応が行われるときに、排ガス処理装置５０Ｂで還元反応を行うことができるので、待ち時間を発生させることなくパージ水素を連続的に処理することが可能になり、システム運用の効率化を図ることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂを冷却手段で冷却しているので、酸化反応時および還元反応時の発熱における高温化を防止することができ、酸素吸放出材の劣化およびシンタリングを一層効果的に防止できる。
【００４１】
（第２実施形態）
図５は第２実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
この実施形態の燃料電池システム１Ｂは、排ガス処理装置５０Ｃ，５０Ｄを備えて構成されている。この排ガス処理装置５０Ｃ，５０Ｄは、第１実施形態の排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂに大気開放弁７ｃ，７ｄを追加した構成である。この大気開放弁７ｃ，７ｄは、例えば燃料電池システム１Ｂが車両に搭載されるものであれば、車外の空気を取り込むことのできる弁である。なお、その他の構成については、第１実施形態と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。また、第２実施形態では、開閉弁２ｃ１，２ｄ１と開閉弁３ｃ１，３ｄ１と開閉弁４ｃ１，４ｄ１と大気開放弁７ｃ，７ｄと真空ポンプ６とで、切り替え手段が構成されている。
【００４２】
第２実施形態では、排ガス処理装置５０Ｃ内に酸素を導入して酸素吸放出材を酸化する際には、ポートＢ１を開くと同時に大気開放弁７ｃを開くように制御される。また、排ガス処理装置５０Ｄは、第１実施形態の排ガス処理装置５０Ｂと同様に、排ガス処理装置５０Ｃに対して半サイクル遅れて動作するものであり、排ガス処理装置５０Ｄ内に酸素を導入して酸素吸放出材を酸化する際にはポートＢ２を開くと同時に大気開放弁７ｄを開くように制御される。
【００４３】
このように、ポートＢ１，Ｂ２を開いている最中に大気開放弁７ｃ，７ｄを開弁することで、外気（空気）中の酸素を有効に利用することができるので、酸素吸放出材を酸化する反応を促進することができる。その他の効果については、第１実施形態と同様である。
【００４４】
（第３実施形態）
図６は第３実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
この燃料電池システム１Ｃは、加熱手段を追加したもので、第１実施形態の燃料電池システム１Ａに導入配管４４および導入弁４５を追加した構成である。導入配管４４は、その一端が冷却器３２の上流側に接続され、他端がカソードオフガス配管３ｂに接続されている。導入弁４５は、導入配管４４の流路を遮断可能な弁であり、制御装置６０によって開閉動作が制御される。なお、導入配管４４と導入弁４５とエアコンプレッサ３１とで本実施形態の加熱手段が構成されている。
【００４５】
この実施形態での加熱手段は、低温始動時などに有効であり、導入弁４５を開弁して導入配管４４を介してエアコンプレッサ３１から直接に高温の空気（酸素）を排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂに導入して、酸素吸放出材の活性（触媒活性）が向上する温度（例えば、１００℃）以上にすることで、燃料電池システム１Ｃの作動効率を高めることができる。また、１００℃以上にすることで、ポートＢ１（Ｂ２）から導入された水を液体から気体に変化させることができるので、反応を促進することができる。
【００４６】
なお、本発明は前記した各実施形態に限定されるものではなく、第２実施形態の燃料電池システム１Ｂにおいて、ポートＢ１，Ｂ２を削除して、酸素を導入する際の弁として大気開放弁７ｃ，７ｄのみを設けた構成であってもよい。また、各実施形態では、２台の排ガス処理装置５０Ａ，５０Ｂ（５０Ｃ，５０Ｄ）について説明したが、１台のみ、または３台以上の排ガス処理装置で構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図２】排ガス処理装置の内部構造の一例を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態の排ガス処理装置に設けられた各ポートの開閉処理の流れを示す図である。
【図４】第１実施形態の排ガス処理装置の温度変化と各ポートの開閉タイミングを示すタイムチャートである。
【図５】第２実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図６】第３実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ〜１Ｃ  燃料電池システム
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２  ポート
２ｃ１，２ｄ１，３ｃ１，３ｄ１，４ｃ１，４ｄ１  開閉弁
６      真空ポンプ
７ｃ，７ｄ  大気開放弁
２３    水素パージ弁
３１    エアコンプレッサ
４１    冷却媒体循環配管
４２    ラジエータ
４３    循環ポンプ
４４    導入配管
４５    導入弁
５０Ａ〜５０Ｄ  排ガス処理装置
６０    制御装置
ＦＣ    燃料電池
【図１】
2007080597.tif 000003
【図２】
2007080597.tif 000004
【図３】
2007080597.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007080597.tif 000007
【図６】
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