(57)【要約】【課題】起動停止におけるアノードおよびカソード電位上昇による酸化および溶解による劣化を抑制し、耐久性を向上させると共に可燃ガスの排出を抑えた燃料電池システムとその運転方法を提供すること。【解決手段】燃料電池の酸化剤ガスと燃料ガスの供給と排出の経路に封止弁を設け、酸化剤ガスの排出経路には圧力緩和部を配置し、停止による電極の酸化と圧力の変動を抑制し、起動と停止による劣化を抑制し、燃料電池システムの耐久性を向上させるものである。【選択図】図１
2007194157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と、前記電解質を挟む一対の電極と、前記電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に備えた遮断弁と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有し、酸化剤ガスの排出経路部中で遮断弁とスタックの間に圧力緩和部を設けた燃料電池システムであって、燃料電池の停止時に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、前記遮断弁を閉じ燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入および排出を停止し、停止中の燃料電池のガス経路の圧力変化に対し酸化剤ガス経路は圧力緩和部により圧力変化を緩和し、燃料ガス経路には燃料電池に対して不活性なガスを流入させ圧力の変化を緩和することのできる燃料電池システム。
【請求項２】
電解質と、前記電解質を挟む一対の電極と、前記電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に備えた遮断弁と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有し、燃料ガスの供給経路と排出経路に設けられた遮断弁の間の経路中と酸化剤ガスの排出経路部中で遮断弁とスタックの間に圧力緩和部を設けた燃料電池システムであって、燃料電池の停止時に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、前記遮断弁を閉じ燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入および排出を停止し、停止中の燃料電池のガス経路の圧力変化に対し圧力緩和部により圧力変化を緩和することのできる燃料電池システム。
【請求項３】
遮断弁によって封止される酸化剤ガス経路の空間の体積は、遮断弁によって封止される燃料ガス経路の空間の体積の２倍を超えない体積とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池システムの停止時には、酸化剤ガスの供給を止めた後、燃料ガスの供給を止めることを特徴とした請求項１または２記載の燃料電地システム。
【請求項５】
水の出し入れによってガス経路の体積を変化させることにより圧力変化を緩和する圧力緩和部を用いた請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
圧力緩和部に出し入れする水は、燃料電池の加湿に用いる水を用いることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
停止中に圧力緩和部に流入した水は発電開始中に流出させることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項８】
ダイヤフラムの動きによりガス経路の体積を変化させることにより圧力変化を緩和する圧力緩和部を用いた請求項１または２記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料ガス経路に配置した圧力緩和部のダイヤフラムは運転時の経路圧よりも、小さな圧力
で動作することを特徴とする請求項８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、ガス経路部に圧力緩和部を設けることにより、起動停止による燃料電池の劣化の抑制または耐久性の向上と簡単な構成で温暖化ガスの排出の削減を図った燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な固体高分子電解質型燃料電池の構成および動作について図５、６および７を参照しながら説明する。図５においては、従来の燃料電池の中でも高分子電解質型燃料電池（以降、ＰＥＦＣと称する）の基本構成を示している。燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸素を含有する酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させるもので、電気と熱とを同時に発生させるものである。電解質１は水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜等が利用される。電解質１の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層２を密着して配置してある。この触媒反応層で（化学式１）と（化学式２）に示す反応が発生し、燃料電池全体としては（化学式３）に示す反応が発生する。
（化学式１）
Ｈ2  →  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ−
（化学式２）
１／２  Ｏ2  ＋  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ−→  Ｈ2Ｏ
（化学式３）
Ｈ2  ＋１／２  Ｏ2    →  Ｈ2Ｏ
少なくとも水素を含む燃料ガスは（化学式１）に示す反応（以降、アノード反応と称する）し、電解質１を介して移動した水素イオンは、酸化剤ガス（以降、カソードガスと称する）と触媒反応層２で（化学式２）に示す反応（以降、カソード反応と称する）により、水を生成し、このとき電気と熱を生ずる。燃料電池全体としては（化学式３）に示すように、水素と酸素が反応し水が発生する際に、電気と熱が利用できるのである。水素などの燃料ガスの関与する側をアノードと呼び、図ではaを付け表し、空気などの酸化剤ガスの関与する側をカソードと呼び、図ではcを付け表した。さらに触媒反応層２aと２cの外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた拡散層３aと３cをこれに密着して配置する。この拡散層３aと３cと触媒反応層２a、２ｃにより電極４aと４cを構成する。
【０００３】
５は電極電解質接合体（以降、ＭＥＡと称する）であり、電極４と電解質１とで形成している。ＭＥＡ５の両面には、ＭＥＡ５を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ５同士を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路６aと６cをＭＥＡ５に接する面に形成した一対の導電性セパレータ７aと７cを配置する。ＭＥＡ５と、一対のセパレータ７aと７cで基本の燃料電池単位（以降、単セルと称する）を形成する。セパレータ７aと７cにはＭＥＡ５とは反対の面に、隣のセルのセパレータ７cと７aが接する。冷却水通路８ａ、８ｃはセパレータ７aと７cが接する側に設けられ、ここに冷却水９が流れる。冷却水９はセパレータ７aと７cを介してＭＥＡ５の温度を調整するように熱を移動させる。ＭＥＡガスケット１１はＭＥＡ５とセパレータ７aまたは７cの封止をおこない、セパレータガスケット１０はセパレータ７aと７cを封止する。
【０００４】
電解質１には固定電荷を有しており、固定電荷の対イオンとして水素イオンが存在している。電解質１には水素イオンを選択的に透過させる機能が求められるが、そのためには電解質１が水分を保持していることが必要である。電解質１は水分を含むことにより、電解質１内に固定されている固定電荷が電離し、固定電荷の対イオンである水素がイオン化
し、移動できるようになるからである。
【０００５】
図６で単セルを積層したものでスタックについて説明する。燃料電池セルの電圧は通常0.6〜1.0V程度と低いために、セルを直列に複数個積層し、高電圧となるようにしている。集電板２１はスタックから外部に電流を取り出すためのであり、絶縁板２２はセルと外部を電気的に絶縁する。端板２３はセルを積層したスタックを締結し、機械的に保持する。
【０００６】
図７で燃料電池システムを説明する。外筐体３１に燃料電池システムが納められている。ガス清浄部３２は原料ガスから燃料電池に悪影響を与える物質を除去し、原料ガス配管３３を介して外部から燃料ガスを導き、清浄ガス配管３６を介して燃料生成器３５へガスを導く。原料入り口弁３４は原料ガスの流れを制御する。燃料生成器３５は原料ガスから少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する。燃料生成器３５から燃料ガスの供給経路を形成する燃料ガス配管３７を介してスタック３８に燃料ガスを導く。ブロワ３９は酸化剤ガスを供給する経路を構成する吸気管４０を通してスタック３８に導く。スタック３８で使用されなかった酸化剤ガスは排出経路を構成するカソードオフガス管６２を通り加湿器４１に送られる。加湿器４１はカソードオフガス管から送られてきたガス中の熱と水分を、吸気管４０から送られてきたガスに移動させ、スタック３８に流入するガスの加湿をおこなう。カソードオフガス管６２から加湿器４１に流れたガスは、排気管４５より燃料電池システムの外に排出する。スタック３８で利用されなかった燃料ガスは燃料ガスの排出経路を形成するアノードオフガス管４８により再び、燃料生成器３５に流れ込む。アノードオフガス管４８からのガスは燃焼などに用いられ、原料ガスから燃料ガスを生成するための吸熱反応等に利用される。電力回路部７３は燃料電池スタック３８から電力を取り出し、制御部７４はガスや電力回路部７３などを制御する。冷却水循環ポンプ５２は冷却水入り口配管５３から燃料電池スタック３８の水経路に水を流す。燃料電池スタック３８を流れた水は冷却水出口配管５４から外部に運ばれる。燃料電池のスタック３８を水が流れることにより、発熱したスタック３８を一定の温度に保ちながら、発生した熱を燃料電池システム外部で利用できるようになるのである。燃料電池システムは燃料電池からなるスタック３８と、ガス清浄部３２と、燃料生成器３５と、電力回路部７３と、制御部７４とより構成されている。  燃料電池システムは性能低下が少なく、性能を長期間維持できるようにすることが必要である。また、家庭用燃料電池システムはその原料ガスとしてメタンを主成分とする都市ガスなどを用いることが多く、光熱費メリットおよびCO2の削減効果を大きくするために、電気と熱の消費量の少ない時間帯は停止し、電気と熱の消費量の多い時間帯に運転する運転方法が有効である。一般に、昼間は運転して深夜は運転を停止するＤＳＳ（Daily Start & Stop or Daily Start-up & Shut-down ）運転は光熱費メリットとCO2の削減効果を大きくすることができ、燃料電池システムは、起動と停止を含む運転パターンに柔軟に対応できることが望ましい。これまでいくつかの報告がなされている。
【０００７】
例えば、これらの課題を解決方法として起動時に、システムの外部負荷接続を開始するまで別途システム内に電力消費する手段を接続し、開回路電位になるのを防いでいた（特許文献１参照）。また、システム内に開回路電圧の抑制のための放電手段を設置していた（特許文献２参照）。また、保管時にも電解質であるイオン交換膜を保水状態に保つため加湿された不活性ガスを封入して停止・保管していた（特許文献３参照）。酸素極の酸化または不純物付着を防止するため、酸素含有ガスの供給を停止した状態で発電し、酸素消費操作を行い耐久性の向上を図っていたる（特許文献４参照）。また、アノードからカソードにリークする水素を用い、カソード電極の性能を向上させていた（特許文献５参照）。さらに窒素を用いず水を用い燃料ガスをパージし、水を保存したまま停止させ電解質膜の乾燥を防止していた（特許文献６参照）。燃料ガスを用い酸化剤ガスを追い出した後、ガス経路を封止することにより、電極電位を低く保つようにしていた（特許文献７参照）
。
【０００８】
上述のような燃料電池の電極における発電反応が長期にわたり安定して行われるためには、電解質と電極の界面が長期に安定に保持されていることが必要である。水素と酸素を反応種とする高分子電解質型の燃料電池の開回路電圧は理論的には１．２３Ｖとされている。しかし、実際の開回路電圧は、水素極および酸素極のそれぞれの極における不純物や、吸着種との混成電位を示し、約０．９３Ｖ〜１．１Ｖの電圧を示す。また、若干の電解質中の水素および酸素の拡散による電圧低下も起こる。水素極の電位は極端な金属種などの不純物の溶解がないとするとその電位は空気極の吸着種による影響が大きく、（化学式４）から（化学式８）に示されるような化学反応の混成電位によると考えられている（非特許文献１参照）。
（化学式４）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−＝２Ｈ２Ｏ                    １．２３Ｖ
（化学式５）
ＰｔＯ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｐｔ（ＯＨ）２          １．１１Ｖ
（化学式６）
Ｐｔ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｐｔ＋２Ｈ２Ｏ    ０．９８Ｖ
（化学式７）
ＰｔＯ＋２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｐｔ＋２Ｈ２Ｏ            ０．８８Ｖ
（化学式８）
Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｈ２Ｏ２                     ０．６８Ｖ
【特許文献１】特開平５−２５１１０１号公報
【特許文献２】特開平８−２２２２５８号公報
【特許文献３】特開平６−２５１７８８号公報
【特許文献４】特開２００２−９３４４８号公報
【特許文献５】特開２０００−２６０４５４号公報
【特許文献６】特開２００３−３１７７７１号公報
【特許文献７】特開２００５−７１７７８号公報
【非特許文献１】H. Wroblowa, et al., J. Electroanal.  Chem., 15, p139-150 (1967), "Adosorption and Kinetics at Platinum Electrodes in The Presence of Oxygen at Zero Net Current"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら従来の構成では、不活性ガスをパージする方法では、長期の停止時に燃料電池のスタック内部のガスが拡散により外部空気と入れ替わり電極を劣化させてしまう課題がある。
【００１０】
また、電極の電位が0.88Vを超えると（化学式７）に示されるように、Ptの酸化が発生し、Pｔの触媒としての活性が低下するだけでなく、水への溶解が発生し、流れだしてしまう問題がある。
【００１１】
また、従来の技術では開回路を防ぐ手法は開示されているが、電位を0.88V以下にすることは記載されていない。
【００１２】
また、前記従来の水や加湿された不活性ガスをアノードまたはカソードにパージする方法では、各電極の電位を一定以下に保とうとすることは示されていないので、セル内部が不活性ガスや水で満たされた時、残された空気または外部より徐々に浸入してく酸素により、両極とも約０．９３Ｖ〜１．１Ｖの電位を示すため、電極が酸化または溶出してしまい性能を低下させてしまう課題がある。
【００１３】
また、前記従来の水や加湿された不活性ガスをパージする方法では、停止時に燃料電池のスタック３８の温度が低下し、燃料電池のスタック３８内部で結露が発生し、体積の減少が生じ、負圧となるため、外部の酸素が流入したり、電解質１に応力が掛かり破損したり、電極４aと４cが短絡するなどといった課題がある。
【００１４】
また、前記従来の酸化剤ガスの供給を停止した状態でセルを発電させ、ガス流露６cの酸素を消費させてからガス流露６aに不活性ガスをパージする方法では、ガス流露６cに消費しきれず残留した酸素や、拡散やリークなどにより混入する空気の影響により、電極４cが酸化され、劣化するという課題があった。また、発電して強制的に酸素を消費させるので電極４cの電位が一様でなく、停止させる毎にカソードの活性化状況が異なり、起動時の電池電圧がばらつくといった課題があった。
【００１５】
また、アノードより空気が存在するカソードにリークする水素によりカソード電極の性能を向上させようとするものは、リークする水素の量とカソードに存在する酸素の量によっては、酸素と水素の混合による電位が不安定となり、カソードの性能の向上にばらつくと言った課題がある。
【００１６】
また、カソードに水素を流すことによりカソード電極の性能を向上させようとするものは、停止中にガス拡散により進入してくる酸素にたいする対策が示されておらず、停止中に電極が高電位になり、寿命が短くなる課題がある。
【００１７】
また、起動時に燃料ガスまたは原料ガスでガス経路をパージすると、外部に燃料ガスまたは原料ガスが排出されエネルギーの利用率が悪くなるという課題がある。
また、酸化剤ガスを追い出すために原料ガスを用いると、エネルギー源である原料ガスを消費しエネルギー効率が悪くなるだけでなく、都市ガスなどのように二酸化炭素に比べ約２０倍の温暖化効果のあるメタンを含むガスを大気中に放出すると、地球の温暖化を招いてしまう問題もある。
【００１８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、停止時に酸化剤ガスと燃料ガスの供給を停止し各ガス経路を封止することにより電極の電位の上昇を抑え、酸化剤ガスの封止経路内に圧力緩和部を設けることにより、停止中の圧力の変化を防止できるので、起動停止による劣化がほとんど無く長寿命であり、かつ温暖化ガスの排出もほとんど無く環境負荷の小さい燃料電池システムとその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、停止時に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、遮断弁により燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入および排出を停止し、電解質を介して酸化剤ガス経路中に拡散する水素と酸化剤ガス中の酸素を反応させ、酸素を消費させ、最終的に酸化剤ガス経路中には酸素を無くし電極の電位を低く保ち、この際発生するガス体積の減少による圧力低下は圧力緩和部の働きにより緩和される燃料燃料電池システムとするものである。
【００２０】
これによって、電解質を介して燃料ガス中の水素が酸化剤ガス側に素早く浸透するので、電極の電位が確実に下がり、白金等の溶解による劣化を抑制することができる。さらに、燃料ガスまたは酸化剤ガスをパージにより燃料電池システム外に追い出すことがないので、不活性ガスの使用量を削減することができるだけでなく、メタン等を外部に放出することがほとんど無くなるので環境負荷を小さくできる。さらに、反応などにより封止ガスの体積が減少することによる封止されたガス経路の圧力変化は圧力緩和部により緩和されるので、電解質等に応力がかからず長期間寿命を維持でき、起動停止による劣化を抑制で
き高耐久な燃料電池システムを実現することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の燃料電池システムとその運転方法は、停止時に燃料ガスと酸化剤ガスをスタックを含む経路内に封止し、封止ガスの体積の減少による圧力変動を圧力緩和部が緩和させることにより、原料ガスや燃料ガスの無駄な使用をわずかにすることができメタンなどの温室効果ガスの放出も抑えることができ、かつ起動と停止を行っても、電解質への応力もほとんど掛けることが無く電極の酸化または溶解による劣化を抑制することができ、燃料電池システムの長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
第１の発明は、電解質と、電解質を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に備えた遮断弁と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有し、酸化剤ガスの排出経路部中で遮断弁とスタックの間に圧力緩和部を設けた燃料電池システムであって、燃料電池の停止時に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、遮断弁を閉じ燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入および排出を停止し、停止中の燃料電池のガス経路の圧力変化に対し酸化剤ガス経路は圧力緩和部により圧力変化を緩和し、燃料ガス経路には燃料電池に対して不活性なガスを流入させ圧力の変化を緩和することにより、電解質をリークして燃料ガス中の水素が酸化剤ガス中に移動し酸素と反応し酸素を除去することにより最終的にカソード電極の周りを水素で取り囲むことにより電極の電位が下がり、高電位による電極の酸化や溶解を防ぎ、水素と酸素の反応による封止部の圧力変化については燃料ガス経路には燃料電池に対して不活性なガスを流入することにより圧力の大きな変化を無くし、酸化剤側については圧力緩和部により大きな圧力変化による電解質等への応力をほとんどなくすことができ、さらに圧力緩和部にはスタックで酸素を消費した後の酸素濃度の低いガスが保持されているので、圧力緩和のために経路に供給するガスは酸素濃度が低いため、経路への酸素の供給は少なくでき電極の酸化や溶解の危険を減少させることができ、さらに酸化剤ガス経路には原料ガスなどの不活性なガスを入れないので、原料ガスに含まれるメタンなどの温室効果ガスの放出を無くすることができるので、起動停止をおこなっても性能の劣化がほとんど無く長寿命であり、かつ温暖化ガスの排出もほとんど無く環境負荷の小さい燃料電池システムが実現できるのである。
【００２３】
第２の発明は電解質と、電解質を挟む一対の電極と、電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給・排出し他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータとを具備した燃料電池と、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給経路および排出経路に備えた遮断弁と、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器と、燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、燃料電池から電力を取り出す電力回路部と、燃料電池の電圧を測定する電圧測定部と、ガスや電力回路部などを制御する制御部とを有し、燃料ガスの供給経路と排出経路に設けられた遮断弁の間の経路中と酸化剤ガスの排出経路部中で遮断弁とスタックの間に圧力緩和部を設けた燃料電池システムであって、燃料電池の停止時に、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止し、遮断弁を閉じ燃料ガスおよび酸化剤ガスの流入および排出を停止し、停止中の燃料電池のガス経路の圧力変化に対し圧力緩和部により圧力変化を緩和することにより、電解質をリークして燃料ガス中の水素が酸化剤ガス中に移動し酸素と反応し酸素を除去することにより最終的にカソード電極の周りを水素で取り囲むことにより電極の電位が下がり、高電位による電極の酸化や溶解を防ぎ、水素と酸素の反応による封止部の圧力変化に
ついては圧力緩和部により大きな圧力変化をなくすため電解質等への応力をほとんどなくすことができ、さらに圧力緩和部にはスタックで酸素を消費した後の酸素濃度の低いガスが保持されているので、圧力緩和のために経路に供給するガスは酸素濃度が低いため、経路への酸素の供給は少なくでき電極の酸化や溶解の危険を減少させることができ、さらに原料ガスなどの不活性なガスを圧力変化緩和に使用しないので不活性なガスの消費を抑えることができ、また原料ガスに含まれるメタンなどの温室効果ガスの放出を無くすることができるので、起動停止をおこなっても性能の劣化がほとんど無く長寿命であり、かつ温暖化ガスの排出もほとんど無く環境負荷の小さい燃料電池システムが実現できるのである。
【００２４】
第３の発明は、特に第１〜２のいずれか一つの発明の燃料電池システムを、遮断弁によって封止される酸化剤ガス経路の空間の体積は、遮断弁によって封止される燃料ガス経路の空間の体積の２倍を超えない体積とすることにより、確実に電極の電位を低く保つものである。原料ガスから燃料ガスを燃料生成器で生成させる場合、（化学式９）のような反応となり水素４に対し二酸化炭素が生成する。
（化学式９）
ＣＨ４  ＋  ２Ｈ2Ｏ  →  ４Ｈ2    ＋  ＣＯ２  （−２０３．０  KJ/mol）
よって、水素の含有量は約８０％である。一方、最も多く用いられる酸素含有ガスは空気であるが、この酸素含有率は約２０％である。水素と酸素は２対１の割合で反応するため、酸化剤ガス経路の空間の体積が燃料ガス経路の空間の体積の２倍を超えない体積とすると、燃料ガス中に含まれる水素が酸化剤ガス中に含まれる酸素と反応して消費しても水素が残るために電極の電位を低く維持できるので、さらに長寿命な燃料電池システムが実現できるのである。
【００２５】
第４の発明は、特に第１〜２のいずれか一つの発明の燃料電池システムを停止させる時には、酸化剤ガスの供給を止めた後、燃料ガスの供給を止めるようにすることにより、酸素の供給停止が水素よりも先であるため、水素と酸素が反応し消費しても最終的には水素が残るため、電極電位を低く維持できるので、さらに長寿命な燃料地システムの運転方法とすることができるのである。
【００２６】
第５の発明は、特に第１〜２のいずれか一つの発明の燃料電池システムで使用する圧力緩和部は、水の出し入れによってガス経路の体積を変化させることにより圧力変化を緩和する圧力緩和部を用いることにより、確実に圧力緩和をおこなうことにより、電解質等への不要な応力を防ぐことができ、さらに長寿命な燃料電池システムが実現できるのである。
【００２７】
第６の発明は、第５の発明の燃料電池システムに設けた圧力緩和部に出し入れする水は、燃料電池の加湿に用いる水を用いることにより、簡便に燃料電池に悪影響を及ぼす成分の無い水を得ることができるので、確実に長寿命化を達成する燃料電池システムが実現できるのである。
【００２８】
第７の発明は、第５の発明の燃料電池システムに設けた圧力緩和部に停止中に流入した水は発電開始中に流出させることにより、停止中の圧力変化や酸素流入を防止でき、圧力緩和部に保持されるガスは酸素を消費したカソードオフガスであるため酸素濃度が低く、電解質等に不要な応力や電極の酸化を防止できるので、確実に長寿命化を達成する燃料電池システムが実現できるのである。
【００２９】
第８の発明は、特に第１〜２のいずれか一つの発明の燃料電池システムで使用する圧力緩和部は、ダイヤフラムの動きによりガス経路の体積を変化させることにより圧力変化を緩和する圧力緩和部を用いることにより、簡単な構成で圧力の緩和がはかれ、電解質等へ
の不要な応力を防ぐことができるので、簡単な構成で長寿命な燃料電池システムが実現できるのである。
【００３０】
第９の発明は、第８の発明の燃料電池システムに設けた燃料ガス経路に配置した圧力緩和部のダイヤフラムは燃料電池の運転時に生じるガスの経路圧損よりも、小さな圧力で動作するようにすることにより、発電中に経路にかかるガスの圧力で元の状態に戻るため、簡単な構成で繰り返し使用できる圧力緩和部とすることができるので、簡単な構成で繰り返し起動停止をおこなっても劣化がほとんど無く、長寿命な燃料電池システムが実現できるのである。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１、図２、図５および図６を用い、実施の形態１を説明する。
【００３３】
図１は燃料電池システムの構成図であり、図２は圧力緩和部９０および関連部品の拡大図である。燃料電池システムは外筐体３１に納められている。外部から原料ガス配管３３から取り入れられた原料ガスは燃料電池に悪影響を与える物質を除去するガス清浄部３２で清浄化された後、清浄ガス配管３６を介して燃料生成器３５に導かれる。原料ガス配管３３の経路中には原料入り口弁３４が設けられており、原料ガスの流れを制御する。燃料生成器３５は、原料ガスから少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する。燃料ガスは燃料生成器３５から燃料ガス配管３７を介してスタック３８に導かれる。スタック３８は、図５で示された燃料電池の基本単位（以降、単セルと称する）を積層し、図６で示すようにスタックとしたものである。燃料ガス配管３７中にはアノード入り口三方弁５０が配置されており、スタック３８にガス清浄部３２で清浄化された後バイパス管４７を介して流れ込む原料ガスをながすのか、燃料生成器３５からの燃料ガスを流すのか、ガスが流れないように封止するのかを切り替える。
【００３４】
酸化剤ガスとしての空気はブロワ３９により、外部から吸気管４０を通して加湿器４１で加湿された後、加湿空気管４２を介してスタック３８に流される。加湿空気管４２にはカソード入り口封止弁４３が配置されている。スタック３８で使用されなかった酸化剤ガスは酸化剤ガスの排出経路を形成するカソードオフガス管４４を介して加湿器４１に流される。ここで熱と水分をブロワ３９から導かれる空気と交換し、排気管４５から燃料電池システムの外に排出される。カソードオフガス管４４の経路中には、圧力緩和部９０とカソード出口封止弁４６が配置されている。スタック３８で使用されなかった燃料ガスはアノードオフガス管４８により再び、燃料生成器３５に流れ込む。アノードオフガス管４８からのガスは燃焼などに用いられ、原料ガスから燃料ガスを生成するための吸熱反応等に利用される。アノードオフガス管４８中にはアノード出口封止弁４９が配置されている。冷却水タンク５１には水が保持されており、冷却水循環ポンプ５２の動作により、冷却水タンク５１に保持されている水は、冷却水入り口管５３を介してスタック３８に流される。燃料電池の発電に伴う発熱は冷却水によって持ち運ばれる。スタック３８により温度が上昇した冷却水は冷却水出口配管５４より、冷却水三方弁５５に導かれる。冷却水三方弁には冷却水タンクにつながる冷却水戻り配管５６と熱交換器５７につながる熱交入り口配管５８が接続されている。熱交換器５７には温水入り口配管６１と温水出口配管６２が接続されており、外部に設置した貯湯タンクなどと接続され外部で燃料電池で発生する熱を利用できるようにしている。熱交換器５７で熱を交換した冷却水は熱交出口配管５９を介して冷却水タンク５１に戻される。冷却水タンク５１中の冷却水の温度は冷却水温度センサー７１により計測される。
【００３５】
圧力緩和部９０は密閉された容器であり、緩和水入り口配管６３と緩和水戻り配管６５によって冷却水タンク５１と接続されている。緩和水入り口配管６３の経路中には緩和水弁６４が配置されており、緩和水弁６４が開くと圧力緩和部９０へ冷却水が流入する。緩和水戻り配管６６の経路中に配置された緩和水ポンプ６５を動作すると、圧力緩和部９０にある水をかき出し、冷却水タンク５１に戻される。本実施例では圧力緩和部９０として、圧力緩和を様々な条件で素早く対応するために、水の出し入れによってガス経路の体積を変化させることにより、圧力変化を緩和するものとした。燃料電池で発電をおこなうＭＥＡ５は水分があることにより導電性を発揮し、発電においては水を生成する。よって水は必要不可欠であり、燃料電池の単セルやスタック３８に侵入しても最も悪影響を及ぼすことがない。よって、圧力緩和部９５に用いる流体としては水が最もふさわしいのである。さらに本実施の形態においては圧力緩和部９０に供給する水として冷却水を用いた。燃料電池のスタック３８から発生する熱を有効に利用するために冷却する水は積層されたセパレータと直接接するため、純度が求められる。冷却水の導電率が高いとスタック３８中で冷却水に電気が流れ、つまりセパレータと接する部分で、水の電気分解が発生しセパレータを腐食させてしまうので、冷却水は常に清浄に保たれる。圧力緩和部９０はスタック３８と加湿器４１の経路中にあるので、正常性が求められる。燃料電池システムにおいて一定以上の清浄性を保っている冷却水を用いることにより、簡単な構成で水からの汚染による性能低下をなくすことができ、長寿命化がはかれるからである。
【００３６】
燃料電池スタック３８の電圧は電圧測定部７２で計測され、電力は電力回路部７３により取り出され、各種弁、ガスや電力回路部７３などは制御部７４で制御される。
【００３７】
アノード入り口三方弁５０とアノード出口封止弁４９により封止されるアノードオフガス管４８中にはアノード圧力計７７が配置され、カソード入り口封止弁４３とカソード出口封止弁４６により封止されるカソードオフガス管４４の経路中にはカソード圧力計７８が配置されている。
【００３８】
次に、基本動作を説明する。まず停止状態から発電状態について説明する。原料入り口弁３４が開となり、原料ガス配管３３から原料ガスがガス清浄部３２に流れ込む。原料ガスとしては天然ガス、プロパンガスなど炭化水素系のガスを使用することが出来るが、本実施の形態としてはメタン、エタン、プロパン、ブタンガスの混合ガスである都市ガスの13Aを用いた。ガス清浄部３２としては、特にTBM(ターシャリブチルメルカプタン)、DMS(ジメチルサルファイド)、THT(テトラヒドロチオフィン)等のガス付臭剤の除去を行う部材を用いている。付臭剤などの硫黄化合物は燃料電池の触媒に吸着し、触媒毒となり反応を阻害するためである。燃料生成器３５では（化学式９）に示す反応等により、水素と二酸化炭素が生成される。同時に発生する一酸化炭素は、（化学式１０）に示されるようなシフト化反応と（化学式１１）に示されるような一酸化炭素選択酸化反応により、１０ｐｐｍ以下となるように除去される。
（化学式１０）
ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2    ＋  Ｈ2    （化学式１１）
ＣＯ  ＋  １／２Ｏ2  →  ＣＯ2     
ここで、水を反応に必要な最低限量以上を入れると、水素と水分を含む燃料ガスが作成できる。アノード入り口三方弁５０を燃料生成器３５とスタック３８が通じるように開きアノード出口封止弁４９を開くと、燃料ガスは燃料ガス配管３７を介して燃料電池のスタック３８に流れ込む。これにより、燃料ガス側の電極の電位は0V（水素電極比）に保持され、燃料ガス中から電解質１を通過した水素が酸化剤ガス側の電極の電位も低くする。これにより電極が酸化溶解することを確実に防ぐのである。次に、カソード入り口封止弁４３とカソード出口封止弁４６を開き、ブロワ３９を動作させると、酸化剤ガスはブロワ３９により吸気管４０を介して加湿器４１で加湿された後、加湿空気管４２を通過しスタック３８に流れ込む。スタック３８に燃料ガスと酸化剤ガスが流れ込むと電圧が発生する。
【００３９】
スタック３８を通過した燃料ガスはアノードオフガス管４８を通過し、燃料生成器３５に流れ込む。燃料生成器３５は（化学式９）で示される反応を起こすのであるが、本化学反応は吸熱反応であるため熱を与える必要がある。アノードオフガス管４８から供給された燃料ガスは燃焼などにより（化学式９）の吸熱反応の熱として利用される。スタック３８を通過した酸化剤ガスはカソードオフガス管４４を通り、加湿器４１に流れ込み、加湿器４１でブロワから送られてくる酸化剤ガスと熱と水分を交換した後、排気管４５により外部に排出される。加湿器４１として、温水中に酸化剤ガスを流すものや、酸化剤ガス中に水を吹き込むもの等が使用できるが、本実施の形態では平膜式の全熱交換型を使用した。これは、排ガス中の水と熱が加湿器４１を通過する際に、吸気管４０から運ばれ原料となる酸化剤ガス中に移動させるものである。
【００４０】
冷却水は、冷却水タンク５１から冷却水循環ポンプ５２より冷却水入り口配管５３から燃料電池スタック３８の水経路に流された後、冷却水出口配管５３から冷却水三方弁５５に水が運ばれる。冷却水三方弁５５は冷却水タンク中５１の冷却水の温度を計測する冷却水温度センサー７１の信号により、冷却水の温度が低いと判断される場合は、冷却水戻り配管５６に流れる量を増やし、温度の高い冷却水がより多く冷却水タンク５１に流れ込むようにする。冷却水の温度が高いと判断される場合は熱交入り口配管５８に流れる量を増やす。熱交入り口配管５８を流れた水は熱交換器５７で熱交換される。外部か温水入り口配管６１を通して水が流れ込み、熱交換器５７で加熱された後、温水出口配管６２で外部に熱を運び出し、給湯などに利用される。熱交換器５７で熱交換を行い温度が低下した冷却水は熱交出口配管５９を介して冷却水タンク５１に流れ込む。
【００４１】
スタック３８での発電は、電圧測定部７２で電圧が測定され、一定以上の電圧値を示すと十分発電が行われていると制御部７４が判断し、電力回路部７３により電力が取り出される。電力回路部７３ではスタック３８から取り出した直流の電力を、交流へと変換し、家庭等で利用されている電力線にいわゆる系統連携で接続される。制御部７４は燃料電池システムの他の部分の制御を最適に保つよう制御するものである。
【００４２】
スタック３８内での燃料電池の動作を図５を用いて説明する。ガス流路６Cに空気などの酸素含有ガスを流し、ガス流路６aに水素を含む燃料ガスを流す。燃料ガス中の水素は拡散層３aを拡散し、触媒反応層２aに達する。触媒反応層２aで水素は水素イオンと電子に分けられる。電子は外部回路を通じてカソード側に移動される。水素イオンは電解質１を透過しカソード側に移動し触媒反応層２Cに達する。空気などの酸化剤ガス中の酸素は拡散層３Cを拡散し、触媒反応層２Cに達する。触媒反応層２Cでは酸素が電子と反応し酸素イオンとなり、さらに酸素イオンは水素イオンと反応し水が生成される。つまりＭＥＡ５の周囲で酸素含有ガスと燃料ガスが反応し水が生成され、電子が流れる。さらに反応時に熱が生成し、ＭＥＡ５の温度が上昇する。そのため冷却水経路８a、８cに水などを流すことにより反応で発生した熱を水で外部に運び出す。つまり、熱と電流（電気）が発生するのである。このとき、導入されるガスの湿度と反応で発生する水の量の管理が重要である。水分が少ないと電解質１が乾燥し、固定電荷の電離が少なくなるために水素の移動が減少するので、熱や電気の発生が小さくなる。一方水分が多すぎると、ＭＥＡ５の周りまたは触媒反応層２a、２cの周囲に水が溜まってしまい、ガスの供給が阻害され反応が抑制されるため、熱と電気の発生が減少してしまう（以降、この状態をフラッティングと称する。）。
【００４３】
本実施の形態では、MEA５は以下のように作成した。
【００４４】
炭素粉末であるアセチレンブラック（電気化学工業（株）製のデンカブラック、粒径３５ｎｍ）を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョン（ダイキ
ン工業（株）製のＤ１）と混合し、乾燥重量としてＰＴＦＥを２０重量％含む撥水インクを調製した。このインクを、ガス拡散層の基材となるカーボンペーパー（東レ（株）製のＴＧＰＨ０６０Ｈ）の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて３００℃で熱処理し、ガス拡散層（約２００μｍ）を形成した。
【００４５】
一方、炭素粉末であるケッチェンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル（株）製のＫｅｔｊｅｎ  Ｂｌａｃｋ  ＥＣ、粒径３０ｎｍ）上にＰｔ触媒を担持させて得られた触媒体（５０重量％がＰｔ）６６重量部を、水素イオン伝導材かつ結着剤であるパーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマー（米国Ａｌｄｒｉｃｈ社製の５重量％Ｎａｆｉｏｎ分散液）３３重量部（高分子乾燥重量）と混合し、得られた混合物を成形して触媒層（１０〜２０μｍ）を形成した。
【００４６】
上述のようにして得たガス拡散層と触媒層とを、高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社のＮａｆｉｏｎ１１２膜）の両面に接合し、ＭＥＡ５を作製した。
【００４７】
つぎに、以上のように作製したＭＥＡ５の電解質１の外周部にゴム製のガスケット板を接合し、冷却水、燃料ガスおよび酸化剤ガス流通用のマニホールド穴を形成した。
【００４８】
一方、２０ｃｍ×３２ｃｍ×１．３ｍｍの外寸を有し、かつ深さ０．５ｍｍのガス流路および冷却水流路を有する、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板からなる導電性のセパレータ板７を用いた。
【００４９】
発電が行われると緩和水ポンプ６５が動作し、圧力緩和部９０中の水を冷却水タンク５１に運ぶ。圧力緩和部９０の水が運び出されると圧力緩和部の気体体積が増加するため、停止中に圧力緩和部９０の水を運び出すと負圧となり経路に応力が発生し、スタック３８などに損傷を与えてしまう可能性がある。圧力緩和部９０の水を運び出すのは、本実施の形態では圧力緩和部９０から水を取り出すのは発電中とし、その流量は圧力緩和部９０に流れ込むカソードオフガスの流量よりも少ない流量とした。これにより、圧力緩和部９０の増加した気体体積部分はスタック３８から流れ込んでくる酸素濃度の低いカソードオフガスが埋めるので、スタック３８などに余分な応力を掛けることが無く、スタック３８の耐久性を維持できるのである。次に、発電から停止の動作を説明する。まず、ブロワ３９が停止しカソード入り口封止弁４３とカソード出口封止弁４６が閉となりスタック３８の酸化剤ガスの供給と排出の経路が封止される。次に、アノード入り口三方弁５０はガスをいずれの方向にも流れないように動作し、アノード出口封止弁４９を閉とする。スタック３８の燃料ガスの供給と排出の経路が封止される。この時ＭＥＡ５の微細状態を説明する。燃料ガス中の水素は非常に小さく拡散性が高いので、電解質１を介して酸化剤ガス側へと移動する。電極4cの周りに到達すると触媒反応により酸素と反応し水が生成する。さらに多くの水素が電解質１を超えて酸化剤ガス側に移動すると、電極4cの周りは水素におおわれる。これにより電極4cの電極電位は水素の電位となり、０Ｖ（水素電極比）となる。封止された酸化剤ガス経路中の酸素は電極4c付近まで拡散し、次々に水素との反応により水へと変わって行く。電極4aおよび4cの電位は停止中低く保つことができるので、電極が酸化溶解することが無く、寿命を長く保つことができるのである。燃料ガス経路中から水素が酸化剤ガス経路中へと移動すると燃料ガス経路中の圧力が低下する。また、酸化剤ガス経路中の酸素が水素と反応し液体の水となると酸化剤ガス中の圧力が停止する。このまま放置するといずれＭＥＡガスケット１１の封止力を超え、ＭＥＡガスケット１１付近から外部の空気が進入し、電極4aと4cが酸素に覆われ電極の電位があがり、酸化や溶解を生じさせてしまう。
【００５０】
これを回避するために本実施の形態では、アノード圧力計７７とカソード圧力計７８で封止経路中の圧力を検出している。燃料ガス経路の圧力が低いと判断されると、アノード
入り口三方弁５０がバイパス管４７とスタック３８へと通じる経路を形成するように動作し、清浄化された原料ガスが、燃料ガス配管経路へと流れ込み、封止経路の圧力低下を防ぐ。燃料ガス配管経路の圧力が適正と判断されると再びアノード入り口三方弁５０はいずれの方向にもガスが流れないように動作する。酸化剤ガス経路の圧力が低いと判断されると緩和水弁６４が開となり、圧力緩和部９０に冷却水が流れ込む。これにより圧力緩和部９０の気体が冷却水により押し出され、封止した酸化剤経路に流れ込むため圧力が緩和されるのである。なお、圧力緩和部９０はスタックの３８の酸化剤ガスの排出の経路中に配置されている。圧力緩和部９０にたまっているガスはスタック３８で酸素を消費された後のガスであるので、酸素濃度が低い。よって圧力緩和部９０から酸化剤経路に供給される酸素の量も少ないため、電極4cの周りを酸素が満たすことが無く、電極の電位を上げることなく封止した酸化剤ガス経路の圧力低下を防ぐことができるのである。
【００５１】
なお、本実施の形態では、遮断弁によって封止される酸化剤ガス経路の空間の体積は、遮断弁によって封止される燃料ガス経路の空間の体積と同等としたが、２倍を超えない体積とする必要がある。本実施例のように、原料ガスとして都市ガスを利用すると主成分はメタンであり燃料生成により生成する燃料ガスは、水素と二酸化炭素の比は８：２である。燃料ガスの成分ではこれに水分が加わる。一方、最も多く用いられる酸素含有ガスは空気であるが、酸素と窒素の含有比率は８：２である。酸化剤ガスの成分ではこれに水分が加わる。
【００５２】
本実施の形態では、燃料ガスと酸化剤ガスの露点は同じとし、スタック３８中のセルの温度と同等以上となるように露店を制御した。よって、酸化剤ガスと燃料ガス中の水分量は同等である。水素と酸素は２対１の割合で反応するため、酸化剤ガス経路の空間の体積が燃料ガス経路の空間の体積の２倍を超えると、水素と酸素の反応が進むと最終的に水素はなく酸素があることとなる。これでは電極の電位が上昇し、電極が溶解してしまうので、遮断弁によって封止される酸化剤ガス経路の空間の体積は、遮断弁によって封止される燃料ガス経路の空間の体積の２倍を超えない体積とする必要があるのである。よって本実施の形態のように、遮断弁によって封止される酸化剤ガス経路の空間の体積は、遮断弁によって封止される燃料ガス経路の空間の体積の２倍を超えない体積とすることにより、両電極の電位を低く維持することができるので、燃料ガスや原料ガスの無駄が無く、起動停止をおこなっても劣化が無く長寿命な燃料電池システムが実現できるのである。
【００５３】
（実施の形態２）
図３、図４、図５および図６を用い、実施の形態２を説明する。基本的な構成や動作は実施の形態１と同じである。図３は燃料電池システムの構成図であり、図４は圧力緩和部９０および関連部品の拡大図である。８９はアノード入り口２方弁であり、燃料ガス配管３７の経路を開閉する。９１ａと９１ｃは圧力緩和部であり、本実施の形態ではダイヤフラム式を用いた。９２ａと９２ｃは圧力緩和部のダイヤフラム部であり、封止部の圧力が高くなると下に下がり圧力緩和部にガスを多く保持し、封止部の圧力が低くなると上に上がり圧力緩和部に保持していたガスを封止部に流すことにより圧力低下を防ぐのである。燃料電池システムの起動時で、スタック３８に燃料ガスを流す際には、アノード入り口２方弁８９とアノード出口封止弁４９によって封止されていた経路を両弁が開くことによって、燃料ガスが圧力緩和部91aに流れ込むようにする。ダイヤフラム92aは燃料ガスがスタック３８を流れる際に圧力緩和部91aに掛かる圧力よりも小さい圧力で動作するように設定されている。
【００５４】
本実施の形態では通常動作時には圧力緩和部91aに掛かる圧力は3kPaであるので、2.5kPaで動作するようにした。よって、燃料ガスをスタック３８に流す際には、まず圧力緩和部９１ａに燃料ガスが蓄えられてからスタック３８に燃料ガスが流れ込むようになる。なお、圧力緩和部９１ａはスタック３８よりも上流側に配置されているので、水素を多く含
んだガスである。圧力変化を防ぐためガスが封止部に流れ込む際には水素を多く含むガスが流れ込むため、電力の電位を0Vより保持しやすいのである。酸化剤ガスをスタック３８に流す際には、カソード入り口封止弁４３とカソード出口封止弁４６により封止されていた経路を両弁が開くことにより、酸化剤ガスが流れ込むようにする。酸化剤ガスはスタック３８を通過した後に圧力緩和部91cに流れ込むようにする。
【００５５】
ダイヤフラム92cは酸化剤ガスがスタック３８および加湿器４１を流れる際に圧力緩和部91cに掛かる圧力よりも小さい圧力で動作するように設定されている。本実施の形態では通常動作時には圧力緩和部91cに掛かる圧力は1kPaであるので、0.5kPaで動作するようにした。よって、酸化剤ガスをスタック３８および加湿器４１に流す際には、まずスタック３８で酸化剤ガス中の酸素を消費した後のガスが圧力緩和部９１ａに蓄えられるようになる。なお、圧力緩和部９１ａはスタック３８よりも下流側に配置されているので、酸素濃度が低いガスである。圧力変化を防ぐためガスが封止部に流れ込む際には流れ込む酸素の量が少ないため電位の上昇の成分が少ないため、電力の電位を0Vより保持しやすいのである。
【００５６】
圧力緩和部９１aおよびcとしてダイヤフラム式を用いると封止部の圧力変化に非常に細かく対応することはできないが、構成が簡単になり故障のリスクが少なくなり、より長寿命なシステムとすることができるのである。ダイヤフラムの動作の圧力は運転時の経路の圧力よりも小さくすることにより、運転時にガスをため、封止時にはガスが排出されるようになるため、停止時は常に両電極の電位を低く保持することができ、長寿命な燃料電池システムが実現できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の燃料電池システムとその運転方法は、起動停止による劣化の抑制または耐久性の向上という効果を有し、高分子電解質膜を用いた発電装置、デバイスに有用である。
【００５８】
また、原料としてに都市ガスなどを用いるので、定置用燃料電池コジェネレーションシステムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す構造図
【図２】本発明の実施の形態１における圧力緩和部の構造図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池システムを示す構成図
【図４】本発明の実施の形態２における圧力緩和部の構造図
【図５】従来例における燃料電池の基本単位の断面図
【図６】従来例におけるスタックの構造図
【図７】従来例における燃料電池システムを示す構成図
【符号の説明】
【００６０】
１  電解質  ２a  触媒反応層（アノード側）
２c  触媒反応層（カソード側）
３a  拡散層（アノード側）
３c  拡散層（カソード側）
４a  電極（アノード側）
４c  電極（カソード側）
７a  セパレータ（アノード側）
７c  セパレータ（カソード側）
３２  ガス清浄部
３９  ブロワ４３  カソード入り口封止弁
４６  カソード出口封止弁
４９  アノード出口封止弁
５０  アノード入り口三方弁
５１  冷却水タンク
７２  電圧測定部
７３  電力回路部
７４  制御部
８９  アノード入り口２方弁
９０  圧力緩和部
９１ａ  圧力緩和部（アノード側）
９１ｃ  圧力緩和部（カソード側）
９２ａ  ダイヤフラム（アノード側）
９２ｃ  ダイヤフラム（カソード側）
【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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