(57)【要約】【課題】停止時の燃料電池セルの損傷・劣化を防ぎつつ、運用コストも抑えられる燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池システム１は、燃料極と、固体電解質と、空気極とが順に積層されてなる燃料電池セルを有している燃料電池２と、燃料極側ガス供給経路７と、空気極側ガス供給経路８と、燃料極側ガス排出経路９と、空気極側ガス排出経路１０と、不活性ガスを供給可能に燃料極側ガス供給経路７につながる不活性ガス供給部４と、空気極側ガス供給経路８および空気極側ガス排出経路１０につながり、燃料電池２に酸素を含む冷却ガスを循環させられる冷却ガス循環部６と、を備え、冷却ガス循環部６が、冷却ガスに含まれる酸素量を低減させる酸素低減部１８と、冷却ガスを循環させる動力である循環動力部２０と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、固体電解質と、空気極とが順に積層されてなる燃料電池セルを有している燃料電池と、
前記燃料極側へガスを供給可能に前記燃料電池につながる燃料極側ガス供給経路と、
前記空気極側へガスを供給可能に前記燃料電池につながる空気極側ガス供給経路と、
前記燃料極側に供給されたガスを排出可能に前記燃料電池につながる燃料極側ガス排出経路と、
前記空気極側に供給されたガスを排出可能に前記燃料電池につながる空気極側ガス排出経路と、
不活性ガスを供給可能に前記燃料極側ガス供給経路につながる不活性ガス供給部と、
前記空気極側ガス供給経路および前記空気極側ガス排出経路につながり、前記燃料電池に酸素を含む冷却ガスを循環させられる冷却ガス循環部と、
を備え、前記冷却ガス循環部が、
前記冷却ガスに含まれる酸素量を低減させる酸素低減部と、
前記冷却ガスを循環させる動力である循環動力部と、
を有している燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷却ガス循環部が、前記冷却ガスの温度を下げる熱交換器を有している請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記酸素低減部が、前記冷却ガスに含まれる酸素と反応して酸化される材料からなり、前記冷却ガスと接触可能に配置されている脱酸材を有し、
前記熱交換器が、前記酸素低減部よりもガス流れ下流側に配置されている請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記脱酸材が、ハニカム構造体である請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記酸素低減部が、前記脱酸材の脱酸素能を再生させる再生手段を有し、
前記再生手段が、前記燃料極側ガス供給経路を流れるガスの少なくとも一部が前記酸素低減部と前記燃料極側ガス供給経路との間で循環可能に前記燃料極側ガス供給経路と前記酸素低減部とをつなぐ再生ガス経路を有している請求項３または請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記酸素低減部が、酸化した前記脱酸材から錆が飛散するのを防止する錆捕捉材を有している請求項３から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記酸素低減部が、酸素を吸着できる材料からなる酸素吸着剤を有し、
前記熱交換器が、前記酸素低減部よりもガス流れ上流側に配置されている請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記熱交換器が、前記酸素低減部よりもガス流れ上流側に配置され、
前記酸素低減部が、窒素を含む前記冷却ガスから窒素を分離して窒素ガスを生成する窒素生成手段と、分離された前記窒素ガスが排出される窒素ガス排出経路とを有し、
前記窒素ガス排出経路が、前記窒素ガスを供給可能に前記空気極側ガス供給経路につながれている請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料極と、固体電解質と、空気極とが順に積層されてなる燃料電池セルを備えた燃料電池を有し、燃料ガスおよび酸化性ガスの供給を受けて前記固体電解質で発電する燃料電池システムの停止方法であって、
前記燃料ガスおよび前記酸化性ガスの供給を停止した後、
前記燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給し、
酸素を含む冷却ガスを酸素低減処理して前記冷却ガスに含まれる酸素量を減らし、
前記燃料電池の空気極側に前記冷却ガスを循環させて前記燃料電池を冷却する燃料電池システムの停止方法。
【請求項１０】
前記燃料電池の空気極側に前記冷却ガスを循環させる過程において、前記冷却ガスを熱交換器に通して前記冷却ガスの温度を下げる請求項９に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項１１】
前記冷却ガスに含まれる酸素と反応して酸化される材料からなる脱酸材に前記冷却ガスを接触させて酸素低減処理し、
酸素低減処理した前記冷却ガスを、前記熱交換器に通した後に前記燃料電池の空気極側へ送る請求項１０に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項１２】
酸化された前記脱酸材に再生ガスを接触させ、前記脱酸材の脱酸素能を再生させる請求項１１に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項１３】
錆捕捉材を設け、酸化した前記脱酸材から錆が飛散するのを防止する請求項１１から請求項１２のいずれかに記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項１４】
前記冷却ガスを前記熱交換器に通して温度を下げた後、
前記冷却ガスに含まれる酸素を吸着できる材料からなる酸素吸着剤に前記冷却ガスを接触させて酸素低減処理して前記燃料電池の空気極側へ送る請求項１０に記載の燃料電池システムの停止方法。
【請求項１５】
前記冷却ガスを前記熱交換器に通して温度を下げた後、
窒素を含む前記冷却ガス中の窒素と酸素とを分離することで前記冷却ガスを酸素低減処理し、分離されて生成した窒素ガスを前記燃料電池の空気極側へ送る請求項１０に記載の燃料電池システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法、特に固体酸化物形燃料電池システムおよび固体酸化物形燃料電池システムの停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料及び酸化性ガスが供給され電気化学反応によって発電する装置である。燃料電池の一例として固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）がある（特許文献１、２参照）。
【０００３】
ＳＯＦＣは、燃料極、固体電解質および空気極からなる燃料電池セルを備えている。燃料極は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等のジルコニア系電解質材料とを混合した材料で構成される。固体電解質膜には、主としてＹＳＺが用いられる。空気極は、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３で表される導電性ペロブスカイト型酸化物とジルコニア系電解質材料とを混合した材料で構成される。
【０００４】
ＳＯＦＣでは、燃料極側に燃料ガスが供給され、空気極側に酸化性ガスが供給される。ＳＯＦＣでは、燃料ガスに含まれる燃料と酸化性ガスに含まれる酸素とが固体電解質を介して電気化学反応することで電力が発生する。ＳＯＦＣは作動温度が９００℃〜１０００℃程度である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４５６９３号公報（段落［００１８］）
【特許文献２】特開２０１３−１７１７８２号公報（段落［０００６］，［０００８］および［００１２］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＯＦＣを停止させる際、ＳＯＦＣ内の温度が急激に低下すると、燃料電池セルに熱ストレスが加わり割れが生じる。
【０００７】
特許文献１では、ＳＯＦＣを非常停止させる時に燃料ガスの供給を停止するが、酸化性ガスの供給は停止しないで酸化性ガスの流量を下げ、燃料電池スタックの急激な温度低下を抑制し、燃料電池セルの割れを防止している。
【０００８】
しかしながら、燃料ガスの供給を停止させた状態で酸化性ガスの供給を続けると、燃料極側の燃料が失われ、空気極側の酸素が燃料極側へと拡散する。燃料極周囲が酸化雰囲気になると、燃料極の材料（Ｎｉ）の酸化が進行する。ＮｉがＮｉＯになる反応は大きな体積変化を生じるため、これにより燃料電池セルが破損することがある。
【０００９】
特許文献２には、ＳＯＦＣを停止させる際に燃料ガスおよび酸化性ガスの供給を停止し、燃料極側に不活性ガスをパージすることが開示されている。特許文献２では、空気極側へのガスの供給が停止されているので、不活性ガスバージ初期に燃料極側に残存する燃料ガスが空気極側に拡散する。ＳＯＦＣの停止直後は、燃料電池セルが高温状態にある。高温状態で空気極側の酸素分圧が低下して還元雰囲気になると空気極の材料が還元されて空気極の電子導電性が失われ、ＳＯＦＣの電池性能が低下する。
【００１０】
また、燃料極側と空気極側の双方に不活性ガスを供給する場合には、多量の不活性ガスが必要となり、燃料電池システムの運用コストを上昇させる要因となる。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、停止時の燃料電池セルの損傷・劣化を防ぎつつ、運用コストを抑えられる燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法は以下の手段を採用する。
本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とが順に積層されてなる燃料電池セルを有している燃料電池と、前記燃料極側へガスを供給可能に前記燃料電池につながる燃料極側ガス供給経路と、前記空気極側へガスを供給可能に前記燃料電池につながる空気極側ガス供給経路と、前記燃料極側に供給されたガスを排出可能に前記燃料電池につながる燃料極側ガス排出経路と、前記空気極側に供給されたガスを排出可能に前記燃料電池につながる空気極側ガス排出経路と、不活性ガスを供給可能に前記燃料極側ガス供給経路につながる不活性ガス供給部と、前記空気極側ガス供給経路および前記空気極側ガス排出経路につながり、前記燃料電池に酸素を含む冷却ガスを循環させられる冷却ガス循環部と、を備え、前記冷却ガス循環部が、前記冷却ガスに含まれる酸素量を低減させる酸素低減部と、前記冷却ガスを循環させる動力である循環動力部と、を有している燃料電池システムを提供する。
【００１３】
燃料電池には燃料極側ガス供給経路および空気極側ガス供給経路がつながれているため、両経路からそれぞれ燃料ガスおよび酸化性ガスを供給して燃料電池を発電させることができる。供給されたガスは燃料電池セルを通過した後、燃料極側ガス排出経路および空気極側ガス排出経路からそれぞれ排出させられる。
【００１４】
不活性ガス供給部は、燃料極側ガス供給経路を介して燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給できる。燃料電池への燃料ガスの供給を停止した後、燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給すると、燃料極側の雰囲気を不活性ガスに置換できる。そうすることで、燃料電池の停止時に、燃料極側に燃料ガスが残存すること防げる、または燃料極側に残存する燃料ガス量を低減できる。燃料ガスが残存しなければ、燃料ガスが空気極へ拡散することはないので、空気極が還元されて燃料電池セルが損傷・劣化することを防止できる。
【００１５】
冷却ガス循環部は、循環動力部により燃料電池に冷却ガスを循環させて燃料電池セルの温度を下げることができる。酸素低減部は、冷却ガスが循環される過程で冷却ガスに含まれる酸素量を低減させることができる。循環させられる冷却ガスに含まれる酸素量が低ければ、燃料電池の空気極側に供給された際に冷却ガス中の酸素が燃料電池の燃料極側に拡散することを抑制できる。従来は燃料電池の停止時に燃料極の酸化を抑制するため燃料極側に不活性ガスを供給していたが、本発明によれば燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給しなくても燃料極の酸化を抑制できる。これにより運用コストを抑えられる。
また、冷却ガスとして外気を用いた場合と比較すると、冷却ガスに含まれる酸素量を低くすることで燃料電池の冷却にかけられる時間を長くすることができる。
【００１６】
上記発明の一態様において、前記冷却ガス循環部が、前記冷却ガスの温度を下げる熱交換器を有していることが好ましい。
【００１７】
冷却ガスは、燃料電池を通過する際に燃料電池から熱を奪って燃料電池の温度を下げる。そのため燃料電池を通過した後の冷却ガス温度は、通過する前よりも高くなる。熱交換器は、循環の途中で冷却ガスの温度を下げることができる。これにより、燃料電池の冷却効率を高めることができる。
【００１８】
上記発明の一態様において、前記酸素低減部が、前記冷却ガスに含まれる酸素と反応して酸化される材料からなり、前記冷却ガスと接触可能に配置されている脱酸材を有し、前記熱交換器が、前記酸素低減部よりもガス流れ下流側に配置されていてもよい。
【００１９】
脱酸材は、冷却ガスと接触すると酸化される。脱酸材での酸化反応に酸素が消費されるため、冷却ガスに含まれる酸素量は低減される。燃料電池の作動温度は高温であるため、運転を停止した後であっても燃料電池内を通過する冷却ガスの温度は常温よりも高くなる。燃料電池の運転を停止した直後では、冷却ガスも高温であるため、酸化反応速度も速くなる。
【００２０】
熱交換器は酸素低減部の下流側に配置されているため、酸素低減部での酸化反応速度を確保しつつ、燃料電池に供給される前に冷却ガスの温度を下げることができる。
【００２１】
冷却ガス循環部での「ガス流れ」は、燃料電池から排出されたガスが、冷却ガス循環部を通って燃料電池に供給されるまでを１サイクルとする。上流側は燃料電池のガスが排出されるところであり、下流側は燃料電池にガスが供給されるとことである。
【００２２】
上記発明の一態様において、前記脱酸材が、ハニカム構造体であるとよい。
【００２３】
脱酸材をハニカム構造体とすることで、冷却ガスとの接触面積を大きくすることができる。それにより、酸素低減部での酸素量の低減効率を高めることができる。
【００２４】
上記発明の一態様において、前記酸素低減部が、前記脱酸材の脱酸素能を再生させる再生手段を有し、前記再生手段が、前記燃料極側ガス供給経路を流れるガスの少なくとも一部が前記酸素低減部と前記燃料極側ガス供給経路との間で循環可能に前記燃料極側ガス供給経路と前記酸素低減部とをつなぐ再生ガス経路を有していることが好ましい。
【００２５】
燃料電池の運転時には、燃料極側ガス供給経路に燃料ガスを流す。再生手段はこの燃料ガスの一部を酸素低減部へと循環させることができる。酸素低減部に入った燃料ガスは、脱酸材に接触して脱酸材を還元できる。すなわち再生手段は、燃料電池の運転中に脱酸材の脱酸素能を再生することができる。
【００２６】
上記発明の一態様において、前記酸素低減部が、酸化した前記脱酸材から錆が飛散するのを防止する錆捕捉材を有していることが好ましい。
【００２７】
錆捕捉材を有することで、燃料電池内に錆が運ばれることを防止できる。
【００２８】
上記発明の一態様において、前記酸素低減部が、酸素を吸着できる材料からなる酸素吸着剤を有し前記熱交換器が、前記酸素低減部よりもガス流れ上流側に配置されていてもよい。
【００２９】
酸素吸着剤は、冷却ガスと接触すると冷却ガスに含まれる酸素を自身に吸着する。それにより、冷却ガスに含まれる酸素量は低減される。
【００３０】
熱交換器は酸素低減部の上流側に配置されているため、酸素低減部に入る前に冷却ガスの温度は下げられている。これにより、酸素吸着剤の使用環境温度を下げることができるため、使用できる酸素吸着剤の選択肢が広がる。
【００３１】
上記発明の一態様において、前記熱交換器が、前記酸素低減部よりもガス流れ上流側に配置され、前記酸素低減部が、窒素を含む前記冷却ガスから窒素を分離して窒素ガスを生成する窒素生成手段と、分離された前記窒素ガスが排出される窒素ガス排出経路とを有し、前記窒素ガス排出経路が、前記窒素ガスを供給可能に前記空気極側ガス供給経路につながれていてもよい。
【００３２】
上記発明の一態様によれば、酸素低減部は、空気極側ガス供給経路を介して燃料電池の空気極側に窒素ガスを供給できる。それにより燃料電池の停止時に燃料極の酸化を抑制できる。窒素生成手段は空気から窒素ガスを生成できるため、大量の不活性ガスを用意しなくてもよい。
【００３３】
本発明は、燃料極と、固体電解質と、空気極とが順に積層されてなる燃料電池セルを備えた燃料電池を有し、燃料ガスおよび酸化性ガスの供給を受けて前記固体電解質で発電する燃料電池システムの停止方法であって、前記燃料ガスおよび前記酸化性ガスの供給を停止した後、前記燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給し、酸素を含む冷却ガスを酸素低減処理して前記冷却ガスに含まれる酸素量を減らし、前記燃料電池の空気極側に前記冷却ガスを循環させて前記燃料電池を冷却する燃料電池システムの停止方法を提供する。
【００３４】
燃料電池への燃料ガスの供給を停止した後、燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給すると、燃料極側の雰囲気を不活性ガスに置換できる。そうすることで、燃料電池の停止時に、燃料極側に燃料ガスが残存すること防げる、または燃料極側に残存する燃料ガス量を低減できる。燃料ガスが残存しなければ、燃料ガスが空気極へ拡散することはないので、停止時に空気極が還元されて燃料電池セルが損傷・劣化することを防止できる。
【００３５】
循環させられる冷却ガスに含まれる酸素量が低ければ、燃料電池の空気極側に供給された際に冷却ガス中の酸素が燃料電池の燃料極側に拡散することを抑制できる。本発明によれば燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給しなくても燃料極の酸化を抑制できる。これにより運用コストを抑えられる。
【００３６】
また、冷却ガスとして外気を用いた場合と比較すると、冷却ガスに含まれる酸素量を低くすることで燃料電池の冷却にかけられる時間を長くすることができる。
【００３７】
上記発明の一態様において、前記燃料電池の空気極側に前記冷却ガスを循環させる過程において、前記冷却ガスを熱交換器に通して前記冷却ガスの温度を下げることが好ましい。
【００３８】
上記発明の一態様において、前記冷却ガスに含まれる酸素と反応して酸化される材料からなる脱酸材に前記冷却ガスを接触させて酸素低減処理し、酸素低減処理した前記冷却ガスを、前記熱交換器に通した後に前記燃料電池の空気極側へ送ってもよい。
【００３９】
上記発明の一態様において、酸化された前記脱酸材に再生ガスを接触させ、前記脱酸材の脱酸素能を再生させることが好ましい。
【００４０】
上記発明の一態様において、錆捕捉材を設け、酸化した前記脱酸材から錆が飛散するのを防止することが好ましい。
【００４１】
上記発明の一態様において、前記冷却ガスを前記熱交換器に通して温度を下げた後、前記冷却ガスに含まれる酸素を吸着できる材料からなる酸素吸着剤に前記冷却ガスを接触させて酸素低減処理して前記燃料電池の空気極側へ送ってもよい。
【００４２】
上記発明の一態様において、前記冷却ガスを前記熱交換器に通して温度を下げた後、窒素を含む前記冷却ガス中の窒素と酸素とを分離することで前記冷却ガスを酸素低減処理し、分離されて生成した窒素ガスを前記燃料電池の空気極側へ送ってもよい。
【発明の効果】
【００４３】
本発明は、酸素低減部を有する冷媒ガス循環部を備えることで、酸素濃度を低減させた気体を用いてセルスタックを冷却できるため、停止時に燃料電池セルの損傷・劣化を防ぎつつ、運用コストも抑えられる燃料電池システムとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】セルスタックの部分縦断面図である。
【図３】冷却ガス中の酸素の割合と、許容される冷却時間との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図５】第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
【００４６】
また、以下においては、固体酸化物形燃料電池（燃料電池モジュール）のセルスタックとして円筒形を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
【００４７】
本発明は以降で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００４８】
以下に、本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４９】
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池システムは、ガスタービンシステムおよび燃料再循環システムと組み合わせた複合発電システムに適用されている。
【００５０】
燃料電池システム１は、燃料電池モジュール（燃料電池）２、燃料ガス供給部３、不活性ガス供給部４、酸化剤ガス供給部５、冷却ガス循環部６を備えている。燃料電池システム１は、燃料極側ガス供給経路７、空気極側ガス供給経路８、燃料極側ガス排出経路９および空気極側ガス排出経路１０を備えている。
【００５１】
燃料電池モジュール２は、複数の燃料電池カートリッジ（不図示）と、これら複数の燃料電池カートリッジを収納する圧力容器（不図示）とを有している。燃料電池カートリッジは、複数のセルスタックを有している。
【００５２】
図２にセルスタックの部分縦断面図を示す。セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を有する。
【００５３】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。
【００５４】
燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を有する。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
【００５５】
固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを有するＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質１１１は、空気極で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極に移動させるものである。
【００５６】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。酸化性ガスは、酸素を略１５％−３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが。空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である。
【００５７】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１１１とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。
【００５８】
燃料電池モジュール２は、燃料電池カートリッジ内のセルスタック１０１の燃料極側にガス（燃料ガス、循環燃料ガスまたは不活性ガス）を導ける第１導入部１１と、燃料電池カートリッジ内のセルスタック１０１の空気極側にガス（酸化性ガスまたは冷却ガス）を導ける第２導入部１２と、セルスタック１０１に導入されたガスを燃料電池モジュール２の外に排出する第１排気部１３と、セルスタック１０１に導入されたガスを燃料電池モジュール２の外に排出する第２排気部１４とを有している。
【００５９】
第１導入部１１には、ガスが流通可能に燃料極側ガス供給経路７の一端が接続されている。第２導入部１２には、ガスが流通可能に空気極側ガス供給経路８の一端が接続されている。第１排気部１３には、ガスが流通可能に燃料極側ガス排出経路９の一端が接続されている。第２排気部１４には、ガスが流通可能に空気極側ガス排出経路１０の一端が接続されている。
【００６０】
燃料ガス供給部２は、燃料ガス供給システム３ａおよび燃料再循環システム３ｂで構成されている。燃料ガス供給システム３ａは、燃料極側ガス供給経路７に接続されている。燃料ガス供給システム３ａは、燃料極側ガス供給経路７を介して燃料電池モジュール２に燃料ガスを供給できる。
【００６１】
燃料再循環システム３ｂは、燃料極側ガス供給経路７および燃料極側ガス排出経路９に接続されている。燃料再循環システム３ｂは、燃料極側ガス排出経路９から排出されたガスを循環燃料ガスとして燃料極側ガス供給経路７を介して燃料電池モジュール２に循環させることができる。
【００６２】
不活性ガス供給部４は、燃料極側ガス供給経路７に接続されている。不活性ガス供給部４は、燃料極側ガス供給経路７を介して燃料電池モジュール２に不活性ガスを供給できる。
【００６３】
燃料極側ガス供給経路７の途中には、加熱手段１５が設けられている。加熱手段１５は、燃料極側ガス供給経路７に流れるガス（燃料ガス、循環燃料ガス、または不活性ガス）を、燃料電池モジュール２に導入される前に所定温度まで昇温させることができる。例えば、燃料電池モジュール２の運転時に、加熱手段１５は燃料ガスを４００℃程度に昇温させることができる。加熱手段１５は電熱ヒータなどである。
【００６４】
酸化剤ガス供給部５は、空気極側ガス供給経路８に接続されている。本実施形態において、酸化剤ガス供給部５はガスタービンである。ガスタービンは、ガスタービンから排出される酸素を含むガス（排ガス）の一部を、空気極側ガス供給経路８を介して燃料電池モジュール２に供給できる。ガスタービンは別の排出経路１６を備えている。ガスタービンには、別の排出経路１６を介して熱回収装置１７が接続されている。ガスタービンは、排ガスの残部を別の排出経路１６を介して熱回収装置１７に供給できる。熱回収装置１７は、排ガスボイラなどである。
【００６５】
空気極側ガス排出経路１０の他端部は、別の排出経路１６または熱回収装置１７に接続されているとよい。
【００６６】
冷却ガス循環部６は、空気極側ガス供給経路８および空気極側ガス排出経路１０に接続されている。冷却ガス循環部６は、空気極側ガス供給経路８を介して燃料電池モジュール２に冷却ガスを供給できる。冷却ガス循環部６は、燃料電池モジュール２に供給した冷却ガスを空気極側ガス排出経路１０を介して回収することができる。冷却ガスは、酸素を含むガスである。
【００６７】
冷却ガス循環部６は、空気極側ガス排出経路１０にガスが流通可能に接続されている酸素低減部１８と、酸素低減部１８の下流側にガスが流通可能に接続されている熱交換器１９と、熱交換器の下流側にガスが流通可能に接続されている空気コンプレッサ（循環動力部）２０とを備えている。空気コンプレッサ２０は空気極側ガス供給経路８にも接続されている。空気極側排出経路１０と酸素低減部１８とをつなぐ経路にはバルブＶ１が設けられている。酸素低減部１８と熱交換器１９とをつなぐ経路にはバルブＶ２が設けられている。空気コンプレッサ２０と空気極側ガス供給経路８とをつなぐ経路にはバルブＶ３が設けられている。
【００６８】
本実施形態において酸素低減部１８は、空気極側ガス排出経路１０から流れてきたガスの酸素濃度を低減させることができる脱酸材（不図示）と、脱酸材の脱酸機能を再生させる再生手段２１と、を備えている。
【００６９】
脱酸材は、酸素低減部内に配置されている。脱酸材は、燃料電池モジュール２の第２排気部１４から排出されるガスの温度環境下で、酸化反応が進む材料からなる。例えば、脱酸材は鉄または銅からなる。脱酸材の量は冷却ガス中の酸素量に応じて適宜設定されるとよい。接触させる脱酸材の量を調整すると、冷却ガスの酸素濃度・酸素量を簡便に制御することができる。
【００７０】
脱酸材は表面積が大きい形状、例えばハニカム構造体であることが望ましい。ハニカム構造体の孔の開口は、酸素低減部１８を流通する冷却ガスの流れ方向に向いているとよい。
【００７１】
再生手段２１は、再生ガス経路（第１再生ガス経路２１ａ、第２再生ガス経路２１ｂ）と、再生手段排出経路２１ｃとを有している。
第１再生ガス経路２１ａは、一端が加熱手段１５よりもガス流れ下流側の燃料極側ガス供給経路７に接続され、他端が酸素低減部１８に接続されている。第１再生ガス経路２１ａは、燃料極側ガス供給経路７に流れるガスの少なくとも一部を酸素低減部１８内に導くことができる。
【００７２】
第２再生ガス経路２１ｂは、一端が酸素低減部１８に接続され、他端が燃料極側ガス供給経路７に接続されている。第２再生ガス経路２１ｂの他端は、第１再生ガス経路２１ａの一端よりも燃料極側ガス供給経路７のガス流れ上流側に接続されている。第２再生ガス経路２１ｂは、酸素低減部１８に導かれたガスを燃料極側ガス供給経路７に戻すことができる。
【００７３】
再生手段排出経路２１ｃは、一端が酸素低減部１８に接続されている。再生手段排出経路２１ｃは、脱酸材を再生する際に生じた不要物を酸素低減部１８の外に排出できる。
【００７４】
酸素低減部１８は、錆の飛散を防止する錆捕捉材（不図示）を備えていてもよい。錆捕捉材は、慣性フィルタなどである。錆捕捉材は、酸素低減部１８のガスの出入口付近に配置される。
【００７５】
熱交換器１９は、外気あるいは水冷などにより冷却ガスと熱交換を行うものである。熱交換器１９は、酸素低減部１８から流れてきたガスの温度を下げることができる。
【００７６】
空気コンプレッサ２０は、熱交換器１９を通過したガスを取り入れて、空気極側ガス供給経路８に向けて圧送することができる。
【００７７】
次に、本実施形態に係る燃料電池システムの動作と停止方法について説明する。
＜燃料電池システム運転時＞
運転状態にある燃料電池システム１では、燃料ガス供給システム３ａ（燃料ガス供給部）から燃料極側ガス供給経路７を介して燃料電池モジュール２に燃料ガスを供給するとともに、ガスタービン（酸化剤ガス供給部５）から空気極側ガス供給経路８を介して燃料電池モジュール２に酸化性ガスを供給する。このとき、バルブＶ１〜バルブＶ５は閉じている。
【００７８】
加熱手段１５は、燃料極側ガス供給経路７を通過する燃料ガスを加熱する。それにより燃料電池モジュール２に導入される前に燃料ガスの温度は所定温度となる。本実施形態において加熱手段１５は燃料ガスを４００℃以上に昇温させる。
【００７９】
燃料極側ガス供給経路７を通る燃料ガスは、第１導入部１１から燃料電池カートリッジ内のセルスタック１０１の燃料極側に導かれる。空気極側ガス供給経路８を通る酸化性ガスは、第２導入部１２から燃料電池カートリッジ内のセルスタックの空気極側に導かれる。それにより、セルスタック１０１の燃料極側に導かれた燃料ガス中の燃料と、空気極側に導かれた酸化性ガス中の酸素とが、固体電解質１１１を介して電気化学反応をして電力が生じる。燃料電池モジュール２の作動温度は９００℃〜１０００℃程度である。
【００８０】
セルスタック１０１を通過した燃料ガスは、第１排気部１３から燃料電池モジュール２の外に排出され、燃料極側ガス排出経路１０を介して燃料再循環システム３ｂへと導かれる。燃料再循環システム３ｂは、第１排気部１３から排出された燃料ガスを循環燃料ガスとして、燃料極側ガス供給経路７に戻す。加熱手段１５は、燃料電池モジュール２よりも上流側で循環燃料ガスを加熱する。所定温度まで昇温させた循環燃料ガスが燃料電池モジュール２に再供給される。
【００８１】
セルスタック１０１を通過した酸化性ガスは、第２排気部１４から燃料電池モジュール２の外に排出される。第２排気部１４から排出された酸化性ガスは、空気極側ガス排出経路１０を介してガスタービンの別の排出経路１６または熱回収装置１７に導かれるとよい。
【００８２】
＜燃料電池システム停止時＞
燃料電池システム１を停止する際には、燃料ガス供給システム３ａからの燃料ガスの供給と、ガスタービンからの酸化性ガスの供給とを停止する。また、燃焼再循環システム３ｂからの循環燃料ガスの供給も停止する。
【００８３】
その後、不活性ガス供給部４が、燃料極側ガス供給路７を介して燃料電池モジュール２に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、または燃焼排ガスなどである。不活性ガスは、Ｎ２ガスおよびＨ２ガスの混合ガスであってもよい。
【００８４】
不活性ガス供給部４から燃料極側ガス供給経路７に送り出された不活性ガスは、第１導入部から燃料電池カートリッジ内のセルスタック１０１の燃料極側に導かれる。セルスタック１０１の燃料極側の雰囲気が不活性ガスで置換されると、残存した燃料ガスが空気極側へと拡散することがなくなるため、空気極１１３の材料が還元されることを防止できる。
【００８５】
セルスタック１０１を通過した不活性ガスは、第１排出部１３から燃料電池モジュールの外に排出される。
【００８６】
（酸素低減処理）
ガスタービンからの酸化性ガスの供給を停止した後、バルブＶ１〜バルブＶ３を開放する。空気コンプレッサ２０を稼働させて、空気極側ガス供給経路８に冷却ガスを供給する。冷却ガスは冷却ガス循環部６と燃料電池モジュール２の空気極側とで構成される閉回路内を循環するガスである。冷却ガスは、酸素を含む気体である。冷却ガスとしては外気（常温の空気）などが好適である。
【００８７】
空気コンプレッサ２０から送り出された冷却ガスは、第２導入部１２から燃料電池カートリッジに入り、セルスタック１０１の空気極側を通過して酸素低減部１８へと回収される。冷却ガスは、酸素低減部１８で脱酸材と接触する。その際、冷却ガスに含まれる酸素は脱酸材と反応し、酸化物が生成される。例えば脱酸材が鉄である場合には、脱酸材の表面が酸化されて酸化鉄（ＩＩ）または酸化鉄（ＩＩＩ）となる。
【００８８】
運転停止初期の燃料電池モジュール２内は、高温環境である。そのため、冷却ガスは燃料電池モジュール２内を通過することで昇温される。このような冷却ガスは脱酸材との酸化反応を生じさせるには十分な温度であり、反応速度も速い。
【００８９】
酸素低減部１８を通過した冷却ガスは、酸化反応により酸素が消費されているため、通過前と比較して含まれる酸素の絶対量が低下している。酸素量が低減された冷却ガスは、熱交換器１９で冷媒（外気など）と熱交換されて常温となる。空気コンプレッサ２０は、熱交換器１９を通過した冷却ガスを空気極側ガス供給経路８に圧送する。これにより、燃料電池モジュール２と冷却ガス循環部６との間で冷却ガスを循環させられる。
【００９０】
冷却ガスを常温にして燃料電池モジュール２に戻すことで冷却効率が高くなる。また、循環させて酸素低減処理を繰り返すことで冷却ガスを低酸素に維持したまま燃料電池システム１を停止できる。
【００９１】
循環させられる冷却ガスに含まれる酸素量が低ければ、セルスタック１０１の空気極側に供給された際に冷却ガス中の酸素が燃料電池の燃料極側に拡散することを抑制できる。本実施形態によればセルスタック１０１の燃料極側に不活性ガスを供給しなくても燃料極の酸化を抑制できる。これにより運用コストを抑えられる。
【００９２】
冷却ガスは、冷却ガス中の酸素分圧が通常空気の半分以下になるまで酸素低減処理されるとよい。図３に、冷却ガス中の酸素の割合と、許容される冷却時間との関係を示す。同図において横軸が酸素（Ｏ２）の割合（％）、縦軸が許容される冷却時間（規格値）である。「許容される冷却時間」とは、任意の酸素濃度の冷却ガスを用いて燃料電池を冷却したときに、燃料電池を損傷・劣化させずに冷却できる時間である。「許容される冷却時間（規格値）」は、酸素の割合が０．２１の冷却ガス（一般的な空気）を用いて燃料電池（９００℃）を６００℃まで冷却する際の許容される冷却時間を１としたときの規格値である。
【００９３】
図３によれば、許容される冷却時間は、冷却ガスの酸素の割合が低いほど長くなる。冷却ガスの酸素の割合を１０％にすると、２０％のときよりも許容される冷却時間が２．４倍長くなる。許容される冷却時間が２倍以上長ければ、冷却作業が容易となる。
【００９４】
酸素低減部１８に設けられた錆捕捉材は、酸素低減部１８内で錆を捕捉する。これにより、酸化された脱酸材から燃料電池モジュール２へと錆が飛散するのを防止できる。
【００９５】
（脱酸材の再生）
冷却ガスと接触した脱酸材の表面は酸化されている。本実施形態では、一度停止させた燃料電池システム１を再稼働させた際に、脱酸材の再生を並行して実施する。
【００９６】
燃料電池システムの運転時に、バルブＶ１〜バルブＶ３を閉じ、バルブＶ４およびバルブＶ５を開放する。燃料極側ガス供給経路７に流れる燃料ガス（Ｈ２）の一部を、第１再生ガス経路２１ａに分流する。分流した燃料ガスは再生ガスとして酸素低減部１８に導かれ、酸化された脱酸材と接触し、第２再生ガス経路２１ｂを通って燃料極側供給経路７に戻る。
【００９７】
分流された燃料ガス（再生ガス）は、分流前に燃料極側ガス供給経路７で加熱手段１５により昇温させられている。昇温後の再生ガスが酸化された脱酸材に接触すると還元反応が生じる。これにより、脱酸材が還元され、脱酸材の脱酸素能が再生される。
【００９８】
例えば、表面が酸化されて酸化鉄（ＩＩ）となっている脱酸材に高温の再生ガス（Ｈ２ガス）を接触させると、酸化鉄（ＩＩ）が還元されて鉄（Ｆｅ）と水（Ｈ２Ｏ）とが生成される。脱酸材を再生する際に生じた不要物（水など）は再生手段排出経路２１ｃから酸素低減部１８の外に排出される。
【００９９】
本実施形態によれば、燃料電池システム１の運転中に脱酸材を再生できるので、次に燃料電池システム１を停止する際、新しいものに交換しなくても脱酸材が使用可能な状態になっている。これにより、脱酸材の交換回数を減らせる。
【０１００】
〔第２実施形態〕
図４は、本実施形態に係る燃料電池システム３０の概略構成図である。本実施形態は、冷却ガス循環部の構成が第１実施形態と異なる。それ以外で特に説明のない構成については、第１実施形態と同様である。
【０１０１】
本実施形態において冷却ガス循環部３１は、空気極側ガス排出経路１０にガスが流通可能に接続されている熱交換器３２と、熱交換器３２の下流側にガスが流通可能に接続されている空気コンプレッサ（循環動力部）３３と、空気コンプレッサ３３の下流側にガスが流通可能に接続されている酸素低減部３４とを備えている。酸素低減部３４は空気極側ガス供給経路８にも接続されている。空気極側ガス排出経路１０と熱交換器３２とをつなぐ経路にはバルブＶ１０が設けられている。酸素低減部３４と空気極側ガス供給経路８とをつなぐ経路にはバルブＶ１１が設けられている。
【０１０２】
熱交換器３２および空気コンプレッサ３３は、第１実施形態と同様の構成である。
【０１０３】
酸素低減部３４は、空気極側ガス排出経路から流れてきたガスの酸素濃度を低減させることができる酸素吸着剤（不図示）を備えている。酸素吸着剤は、自身に酸素を吸着できる材料からなる。例えば、酸素吸着剤はシリカゲルである。酸素吸着剤の量は冷却ガス中の酸素量に応じて適宜設定されるとよい。接触させる酸素吸着剤の量を調整すると、冷却ガスの酸素濃度・酸素量を簡便に制御することができる。
【０１０４】
本実施形態ではガスタービンからの酸化性ガスの供給を停止した後、バルブＶ１０およびバルブＶ１１を開放する。空気コンプレッサ３３を稼働させて、酸素低減部３４に冷却ガスを圧送する。冷却ガスは、酸素を含む気体である。
【０１０５】
圧送された冷却ガスは、酸素低減部３４で酸素吸着剤と接触する。このとき冷却ガスに含まれる酸素は酸素吸着剤に吸着する。それにより冷却ガスに含まれる酸素量が低下する。
【０１０６】
酸素量を低減させられた冷却ガスは、空気極側ガス供給経路８を介して燃料電池モジュール２の空気極側に流れて、燃料電池モジュール２内を冷却する。冷却に寄与した冷却ガスは、昇温され空気極側ガス排出経路１０を介して熱交換器３２に入る。昇温した冷却ガスは、熱交換器３２で冷媒（外気など）と熱交換されて常温となる。熱交換器３２を通過した冷却ガスは空気コンプレッサ３３に戻り、再び酸素低減部３４へと圧送される。これにより、燃料電池モジュール２と冷却ガス循環部３１との間で冷却ガスを循環させられる。循環させることで冷却ガスを低酸素に維持したまま燃料電池システムを停止できる。
【０１０７】
本実施形態によれば、熱交換器３２が酸素低減部３４の上流側にあるため、酸素低減部３４に入る冷却ガスを常温にできる。それにより耐熱性の高くない酸素吸着剤を使用できる。酸素吸着剤は常温の冷却ガスの酸素量を低減できる。循環させられる冷却ガスに含まれる酸素量が低ければ、燃料電池の空気極側に供給された際に冷却ガス中の酸素が燃料電池の燃料極側に拡散することを抑制できる。本実施形態によれば燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給しなくても燃料極の酸化を抑制できる。これにより運用コストを抑えられる。
【０１０８】
〔第３実施形態〕
図５は、本実施形態に係る燃料電池システム４０の概略構成図である。本実施形態は、冷却ガス循環部の構成が第１実施形態と異なる。それ以外で特に説明のない構成については、第１実施形態と同様である。
【０１０９】
本実施形態において冷却ガス循環部４１は、空気極側ガス排出経路１０にガスが流通可能に接続されている熱交換器４２と、熱交換器４２の下流側にガスが流通可能に接続されている空気コンプレッサ（循環動力部）４３と、空気コンプレッサ４３の下流側にガスが流通可能に接続されている酸素低減部４４とを備えている。酸素低減部４４は空気極側ガス供給経路８にも接続されている。空気極側ガス排出経路１０と熱交換器４２とをつなぐ経路にはバルブＶ１０が設けられている。酸素低減部４４と空気極側ガス供給経路８とをつなぐ経路にはバルブＶ１１が設けられている。
【０１１０】
熱交換器４２および空気コンプレッサ４３は、第１実施形態と同様の構成である。
【０１１１】
酸素低減部４４は、冷却ガスから酸素と窒素とを分離して窒素ガスを生成する窒素生成手段（不図示）と、分離された窒素ガスが排出される窒素ガス排出経路４５と、分離された酸素ガスが排出される酸素ガス排出経路４６を有している。
【０１１２】
窒素生成手段は、空気などの窒素と酸素を含む冷却ガスから純度の高い（例えば９９％から９９．９９％）窒素ガスを生成できる。窒素生成手段は、例えばＰＳＡ方式の窒素生成装置である。
【０１１３】
窒素ガス排出経路４５は、ガスが流通可能に空気極側ガス供給経路８とつながれている。酸素ガス排出経路４６は、窒素生成手段により生成された酸素を酸素低減部４４の外へと排出できる。なお、窒素ガス排出経路４５は、冷却ガスが流通可能に空気コンプレッサ４３に直接つながる分岐路（不図示）を備えていてもよい。
【０１１４】
本実施形態では、ガスタービンからの酸化性ガスの供給を停止した後、バルブＶ１０およびバルブＶ１１を開放する。空気コンプレッサ４３を稼働させて、酸素低減部４４に冷却ガスを圧送する。冷却ガスは、酸素および窒素を含む気体である。
【０１１５】
圧送された冷却ガスは、窒素生成手段により窒素と酸素とに分離される。それにより冷却ガスに含まれる酸素量を低下させた窒素ガスを生成できる。生成された窒素ガスは窒素ガス排出経路４５を介して空気極側ガス供給経路８へと流れる。窒素生成手段で生成された酸素ガスは、酸素ガス排出経路４６から酸素低減部４４の外へと排出される。
【０１１６】
窒素生成手段で窒素ガスを生成する際に、窒素ガスの純度を制御することで空気極側に流れる冷却ガスに含まれる酸素量を調整できる。それにより空気極１１３の材料が還元することによる燃料電池セルの劣化を防止することができる。例えば、窒素ガスに含まれる酸素量は１％にするとよい。
【０１１７】
窒素ガス（酸素量を低減させられた冷却ガス）は、空気極側ガス供給経路８を介して燃料電池モジュール２の空気極側に流れて、燃料電池モジュール２内を冷却する。冷却に寄与した冷却ガスは、昇温され空気極側ガス排出経路１０を介して熱交換器４２に入る。昇温後の冷却ガスは、熱交換器４２で冷媒（外気など）と熱交換されて常温となる。熱交換器４２を通過した冷却ガスは空気コンプレッサ４３に戻り、再び酸素低減部４４へと圧送される。これにより、燃料電池モジュール２と冷却ガス循環部４１との間で冷却ガスを循環させられる。一度窒素生成手段を通過した冷却ガスに含まれる酸素量は十分に低くなっている。よって、冷却ガス循環部４１と燃料電池モジュール２の空気極側とで構成される閉回路内が窒素生成手段によって生成された窒素ガスで置換された後（２サイクル目以降）、空気コンプレッサ４３から圧送された冷却ガスは、窒素生成手段を介さずに直接窒素ガス排出経路４５へと送られてもよい。その際、窒素生成手段は停止してもよい。
【０１１８】
本実施形態によれば、熱交換器４２が酸素低減部４４の上流側にあるため、酸素低減部に入る冷却ガスを常温にできる。循環させられる冷却ガスに含まれる酸素量が低ければ、燃料電池の空気極側に供給された際に冷却ガス中の酸素が燃料電池の燃料極側に拡散することを抑制できる。本実施形態によれば燃料電池の燃料極側に不活性ガスを供給しなくても燃料極の酸化を抑制できる。窒素生成手段は空気を材料として窒素ガスを生成できる。これらにより運用コストを抑えられる。
【０１１９】
上記実施形態において、各構成の動作は情報処理装置で制御され得る。情報処理装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【符号の説明】
【０１２０】
１，３０，４０  燃料電池システム
２  燃料電池モジュール（燃料電池）
３  燃料ガス供給部
３ａ  燃料ガス供給システム
３ｂ  燃料再循環システム
４  不活性ガス供給部
５  酸化性ガス供給部
６，３１，４１  冷却ガス循環部
７  燃料極側ガス供給経路
８  空気極側ガス供給経路
９  燃料極側ガス排出経路
１０  空気極側ガス排出経路
１１  第１導入部
１２  第２導入部
１３  第１排気部
１４  第２排気部
１５  加熱手段
１６  別の排出経路
１７  熱回収装置
１８，３４，４４  酸素低減部
１９，３２，４２  熱交換器
２０，３３，４３  空気コンプレッサ（循環動力部）
２１  再生手段
２１ａ  第１再生ガス経路
２１ｂ  第２再生ガス経路
２１ｃ  再生手段排出経路
１０１  セルスタック
１０３  基体管
１０５  燃料電池セル
１０７  インターコネクタ
１０９  燃料極
１１１  固体電解質
１１３  空気極
１１５  リード膜
【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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