(57)【要約】【課題】アンモニア除去器を備える燃料電池システムのコストダウンと小型化を図る。【解決手段】燃料電池システム１００は、水素含有ガスを生成する改質器１ａと、水素含有ガスに含まれるアンモニアを除去するアンモニア除去器９と、酸化剤ガスと水素含有ガスを用いて発電する燃料電池５と、水素含有ガスをそのまま前記燃料電池５に供給する燃料ガス供給経路４ａと、水素含有ガスを前記アンモニア除去器９経由で前記燃料電池５に供給するアンモニア除去経路８と、前記燃料ガス供給経路４ａまたは前記アンモニア除去経路８のいずれかに水素含有ガスを流す切替器１０と、所定の第１の条件を満たした場合に前記燃料ガス供給経路４ａから前記アンモニア除去経路８へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう前記切替器１０を制御する制御器１０１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスに含まれるアンモニアを除去するアンモニア除去器と、酸化剤ガスと前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスをそのまま前記燃料電池に供給する燃料ガス供給経路と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスを前記アンモニア除去器経由で前記燃料電池に供給するアンモニア除去経路と、前記燃料ガス供給経路または前記アンモニア除去経路のいずれかに前記改質器で生成された前記水素含有ガスを流す切替器と、所定の第１の条件を満たした場合に前記燃料ガス供給経路から前記アンモニア除去経路へと前記水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう前記切替器を制御する制御器と、を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御器は、所定の第２の条件を満たした場合に前記アンモニア除去経路から前記燃料ガス供給経路へと前記水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう前記切替器を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記所定の第１の条件とは、前記燃料ガス供給経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第１の時間に達することである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記所定の第２の条件とは、前記アンモニア除去経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第２の時間に達することである、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記所定の第１の条件とは、前記燃料ガス供給経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第１の電圧変化量に達することである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記所定の第２の条件とは、前記アンモニア除去経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第２の電圧変化量に達することである、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスに含まれるアンモニアを除去するアンモニア除去器と、酸化剤ガスと前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスをそのまま前記燃料電池に供給する燃料ガス供給経路と、前記改質器で生成された前記水素含有ガスを前記アンモニア除去器経由で前記燃料電池に供給するアンモニア除去経路と、前記燃料ガス供給経路または前記アンモニア除去経路のいずれかに前記改質器で生成された前記水素含有ガスを流す切替器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、
所定の第１の条件を満たした場合に前記燃料ガス供給経路から前記アンモニア除去経路へと前記水素含有ガスを流す経路を切り替える、燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
所定の第２の条件を満たした場合に前記アンモニア除去経路から前記燃料ガス供給経路へと前記水素含有ガスを流す経路を切り替える、請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
前記所定の第１の条件とは、前記燃料ガス供給経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第１の時間に達することである、請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
前記所定の第２の条件とは、前記アンモニア除去経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第２の時間に達することである、請求項８に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１１】
前記所定の第１の条件とは、前記燃料ガス供給経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第１の電圧変化量に達することである請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１２】
前記所定の第２の条件とは、前記アンモニア除去経路経由で供給された前記水素含有ガスを用いて発電している前記燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第２の電圧変化量に達することである、請求項８に記載の燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池にアンモニア除去器を備える燃料電池システムの構成及び運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素含有ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して電気と熱を同時に発生させる装置である。燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして取り出せるので発電効率が高いことで注目されているが、いまだ十分にコストダウンが進んでいるとは言えず、燃料電池システムの普及にあたりコストダウンを進めることが大きな課題となっている。
【０００３】
燃料電池システムには、燃料電池の発電運転時に必要となる水素含有ガスを生成するための改質器が設けられている。改質器では、原料ガス（例えば、都市ガス（天然ガス）等）と水を、改質触媒において水蒸気改質反応させることにより、水素含有ガスが生成される。
【０００４】
水素含有ガスの原料となる原料ガスは、窒素化合物を含むことがある。燃料電池の発電運転の際、窒素含有物を含む原料ガスが改質器に供給されると、改質器が備える改質触媒上において、水蒸気改質反応により生成される水素と窒素との化学反応が進行することにより、アンモニアが生成されることが分かっている。
【０００５】
このアンモニアは、燃料電池の発電電力を大幅に低減させることが知られている。そのため、燃料電池システムの発電運転の際に、窒素酸化物を含む原料ガスを利用し、高濃度のアンモニアが生成される場合、改質器で生成された水素含有ガスが燃料電池に供給される前に、その水素含有ガスに含まれるアンモニアを除去する必要がある。
【０００６】
このため、水素含有ガスの供給経路に水素含有ガス中のアンモニアを除去するアンモニア除去器を設けた燃料電池システムが提案された（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９３９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、水素含有ガスの供給経路にアンモニア除去器が設けられているため、燃料電池に供給される水素含有ガス中のアンモニアを継続的に除去し続ける必要がある。そのため、燃料電池システムの設計寿命に渡ってアンモニア除去器の性能を維持するには、大容量のアンモニア除去器を備える必要があり、燃料電池システムのコストダウンと小型化に課題があった。
【０００９】
本発明は、従来必要であったアンモニア除去器の大容量化を不要とし、コストダウンと小型化が可能となる燃料電池システム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】
【００１０】
本発明者らは、燃料電池の発電電力の経時的な劣化原因について鋭意研究したところ、アンモニアの濃度が一定濃度（例えばアンモニア濃度１ｐｐｍ）以下であれば、アンモニ
アによる発電電力の経時的な劣化が進行した後でも、アンモニアが含まれない（例えばアンモニア濃度５ｐｐｂ以下の）水素含有ガスを供給することで発電電力の回復が起こることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、上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、改質器で生成された水素含有ガスに含まれるアンモニアを除去するアンモニア除去器と、改質器で生成された水素含有ガスをそのまま燃料電池に供給する燃料ガス供給経路、改質器で生成された水素含有ガスをアンモニア除去器経由で燃料電池に供給するアンモニア除去経路のいずれかに改質器で生成された水素含有ガスを流す切替器とを備え、所定の第１の条件を満たした場合に燃料ガス供給経路からアンモニア除去経路へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるのである。
【００１２】
これにより、従来、必要であったアンモニア除去器の大容量化が不要となり、燃料電池システムのコストダウンと小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池にアンモニア除去器を備える燃料電池システムにおいて、水素含有ガス中のアンモニアをアンモニア除去器で継続的に除去し続けることが不要となることから、従来、必要であったアンモニア除去器の大容量化が不要となる。そのため、燃料電池システムのコストダウンと小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの流路切替え動作の一例を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの流路切替え動作の一例を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの流路切替え動作の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器で生成された水素含有ガスに含まれるアンモニアを除去するアンモニア除去器と、酸化剤ガスと水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器で生成された水素含有ガスをそのまま燃料電池に供給する燃料ガス供給経路と、改質器で生成された水素含有ガスをアンモニア除去器経由で燃料電池に供給するアンモニア除去経路と、燃料ガス供給経路またはアンモニア除去経路のいずれかに改質器で生成された水素含有ガスを流す切替器と、所定の第１の条件を満たした場合に燃料ガス供給経路からアンモニア除去経路へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう切替器を制御する制御器と、を備える燃料電池システムである。
【００１６】
これにより、燃料電池に供給される水素含有ガス中のアンモニアをアンモニア除去器で継続的に除去し続けることが不要となり、アンモニア除去器の大容量化が不要となる。そのため、燃料電池システムのコストダウンと小型化が可能となる。
【００１７】
第２の発明は、特に第１の発明における、制御器が、所定の第２の条件を満たした場合にアンモニア除去経路から燃料ガス供給経路へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう切替器を制御するものである。
【００１８】
これにより、アンモニア除去による燃料電池の発電電力の回復後は、水素含有ガスをア
ンモニア除去経路から燃料ガス供給経路に戻すことが可能となる。そのため、燃料電池の発電電力の回復に必要な条件を満たした後は、アンモニア除去器で水素含有ガス中のアンモニアを除去することが不要となり、アンモニア除去器の更なる小型化が可能となる。
【００１９】
第３の発明は、特に第１の発明において、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第１の時間に達することを、所定の第１の条件にしたのである。
【００２０】
これにより、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が所定の第１の時間に達すると、アンモニア除去経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の経時的な劣化を抑制することが可能となる。
【００２１】
第４の発明は、特に第２の発明において、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第２の時間に達することを、所定の第２の条件にしたのである。
【００２２】
これにより、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第２の時間に達すると、燃料ガス供給経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の回復に合せて水素含有ガスを流す経路を切り替えるため、アンモニア除去器の更なる小型化が可能となる。
【００２３】
第５の発明は、特に第１の発明において、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第１の電圧変化量に達することを、所定の第１の条件にしたのである。
【００２４】
これにより、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第１の電圧変化量に達すると、アンモニア除去経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の経時的な劣化を抑制することが可能となる。
【００２５】
第６の発明は、特に第２の発明において、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第２の電圧変化量に達することを、所定の第２の条件にしたのである。
【００２６】
これにより、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第２の電圧変化量に達すると、燃料ガス供給経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の回復に合せて水素含有ガスを流す経路を切り替えるため、アンモニア除去器の更なる小型化が可能となる。
【００２７】
第７の発明は、原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、改質器で生成された水素含有ガスに含まれるアンモニアを除去するアンモニア除去器と、酸化剤ガスと水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、改質器で生成された水素含有ガスをそのまま燃料電池に供給する燃料ガス供給経路と、改質器で生成された水素含有ガスをアンモニア除去器経由で燃料電池に供給するアンモニア除去経路と、燃料ガス供給経路またはアンモニア除去経路のいずれかに改質器で生成された水素含有ガスを流す切替器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、所定の第１の条件を満たした場合に燃料ガス供給経路からアンモニア除去経路へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるのである。
【００２８】
これにより、燃料電池に供給される水素含有ガス中のアンモニアをアンモニア除去器で継続的に除去し続けることが不要となり、アンモニア除去器の大容量化が不要となる。そ
のため、燃料電池システムのコストダウンと小型化が可能となる。
【００２９】
第８の発明は、特に第７の発明において、所定の第２の条件を満たした場合にアンモニア除去経路から燃料ガス供給経路へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるのである。
【００３０】
これにより、アンモニア除去による燃料電池の発電電力の回復後は、水素含有ガスをアンモニア除去経路から燃料ガス供給経路に戻すことが可能となる。そのため、燃料電池の発電電力の回復に必要な条件を満たした後は、アンモニア除去器で水素含有ガス中のアンモニアを除去することが不要となり、アンモニア除去器の更なる小型化が可能となる。
【００３１】
第９の発明は、特に第７の発明において、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第１の時間に達することを、所定の第１の条件にしたのである。
【００３２】
これにより、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が所定の第１の時間に達すると、アンモニア除去経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の経時的な劣化を抑制することが可能となる。
【００３３】
第１０の発明は、特に第８の発明において、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第２の時間に達することを、所定の第２の条件にしたのである。
【００３４】
これにより、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電時間が、予め設定した所定の第２の時間に達すると、燃料ガス供給経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の回復に合せて水素含有ガスを流す経路を切り替えるため、アンモニア除去器の更なる小型化が可能となる。
【００３５】
第１１の発明は、特に第７の発明において、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第１の電圧変化量に達することを、所定の第１の条件にしたのである。
【００３６】
これにより、燃料ガス供給経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第１の電圧変化量に達すると、アンモニア除去経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の経時的な劣化を抑制することが可能となる。
【００３７】
第１２の発明は、特に第８の発明において、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第２の電圧変化量に達することを、所定の第２の条件としたのである。
【００３８】
これにより、アンモニア除去経路経由で供給された水素含有ガスを用いて発電している燃料電池の発電電圧が、予め設定した所定の第２の電圧変化量に達すると、燃料ガス供給経路へと水素含有ガスが流れるようになり、燃料電池の発電電圧の回復に合せて水素含有ガスを流す経路を切り替えるため、アンモニア除去器の更なる小型化が可能となる。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を具体的に例示するが、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００４０】
（実施の形態１）
［燃料電池システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムは、改質器、燃料ガス供給経路、燃料電池、アンモニア除去経路、アンモニア除去器、切替器、制御器を備えている。
【００４１】
水素生成器１は、改質器１ａと改質器１ａを加熱するための燃焼器１ｂを有している。改質器１ａは、原料ガスと水を改質反応させて、水素を含む燃料ガスを生成するように構成されている。改質器１ａで生成された燃料ガスは、燃料ガス供給経路４ａを介して、燃料電池５のアノードに供給される。なお、水素生成器１の改質器１ａには、原料供給部２と水供給器３が接続されている。
【００４２】
原料供給部２は、その流量を調整しながら、改質器１ａに気体状態の原料である原料ガスを供給するように構成されている。原料供給部２としては、流量調整弁とポンプで構成することができる。
【００４３】
燃焼器１ｂは、燃料電池５と燃焼器１ｂとを連通させるオフ燃料ガス経路４ｂが接続されている。燃焼器１ｂは、オフ燃料ガス経路４ｂを介して、燃料電池５から排出される燃料ガスであるオフ燃料ガスを燃焼して、オフ燃焼ガスを生成する。
【００４４】
ここで、水素生成器１の燃焼器１ｂで生成されたオフ燃焼ガスは、改質器１ａを加熱した後にオフ燃焼ガス経路１１に排出され、排気部１３に集合した後、燃料電池システム１００外に排出される。なお、オフ燃焼ガスには、酸素、二酸化炭素、窒素、一酸化炭素、窒素酸化物が含まれている。
【００４５】
水供給器３は、水を改質器１ａに供給するものである。水供給器３は、改質器１ａにその流量を調整しながら、水を供給するように構成されていればよい。
【００４６】
燃料電池５は、アノードとカソードを有している。なお、燃料電池５には、高分子電解質形燃料電池の燃料電池を用いる。また、燃料電池５の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
燃料電池５のカソードには、ブロアー６から酸化剤ガス供給経路７を介して酸素を含む酸化剤ガス（本実施の形態では空気を用いる）が供給される。そして、燃料ガス供給経路４ａを介してアノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが電気化学的に反応して、水が生成され、電気と熱が発生する。
【００４８】
燃料電池５で使用されなかった酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガス経路１２、排気部１３を介して、燃料電池システム１００外に排出される。
【００４９】
発生した電気は、電力調整器（図示せず）により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。
【００５０】
次に本発明の実施の形態１の特徴部分であるアンモニア除去経路、アンモニア除去器、切替器の構成について説明する。
【００５１】
アンモニア除去経路８は、燃料ガス供給経路４ａを、燃料電池５の上流側と改質器１ａの下流側の間にバイパスするように接続されている。
【００５２】
アンモニア除去器９は、アンモニア除去経路８の途中に設けられている。本実施の形態１においては、アンモニア除去器９を単体で構成する吸着除去式とした。
【００５３】
また、アンモニア除去経路８の上流端と燃料ガス供給経路４ａの接続部分には、切替器１０が設けられている。切替器１０は、制御器１０１の制御により、燃料ガス供給経路４ａ内の水素含有ガスの通流先を燃料電池５かアンモニア除去経路８に切り替える流路切替え装置として機能する。
【００５４】
制御器１０１は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納したメモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器１０１は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。
【００５５】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システムの動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、燃料電池システムにおける発電動作は、一般的な燃料電池システムの発電動作と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図２は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの流路切換え動作を模式的に示すフローチャートである。
【００５７】
図２に示すように、燃料電池システム１００が起動されると（スタート）、制御器１０１で、所定の第１の発電時間Ｔ１を設定する（ステップＳ１０１）。
【００５８】
燃料電池５が発電を開始する（ステップＳ１０２）と、制御器１０１は、水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１を取得する（ステップＳ１０３）。
【００５９】
次に、制御器１０１は、ステップＳ１０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１が、所定の第１の発電時間Ｔ１を満足するかどうかを判定する（ステップＳ１０４）。
【００６０】
制御器１０１は、ステップＳ１０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１が、所定の第１の発電時間Ｔ１を満足する場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）には、水素含有ガスの通流先をアンモニア除去経路８にするように、切替器１０（流路切替え装置）を制御する（ステップＳ１０５）。
【００６１】
ここで、水素含有ガスの通流先が燃料ガス供給経路４ａからアンモニア除去経路８に切り替えられることにより、水素含有ガス中のアンモニア濃度が１ｐｐｍから５ｐｐｂ以下に低下する。
【００６２】
一方、制御器１０１は、ステップＳ１０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１が、所定の第１の発電時間Ｔ１を満足しない場合（ステップＳ１０４でＮｏ）には、水素含有ガスの通流先を燃料ガス供給経路４ａから変更しない。
【００６３】
次に、燃料電池システム１００が発電を停止する（ステップＳ１０６）と、燃料電池システム１００を停止する（エンド）。
【００６４】
このように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、所定の第１の発電時間Ｔ１を満たした場合に燃料ガス供給経路４ａからアンモニア除去経路８へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう切替器１０を制御することにより、燃料電池５に供給される水素含有ガス中のアンモニアをアンモニア除去器９で継続的に除去し続けることが不要となる。
【００６５】
また、アンモニア除去経路８へと水素含有ガスを流す条件を所定の第１の発電時間Ｔ１で設定することで、燃料電池５の発電電圧の経時的な劣化時間に合せて制御するため、所定の第１の発電時間Ｔ１以降はアンモニアの濃度が５ｐｐｂ以下に低下し、燃料電池５の発電電圧を回復させることができる。
【００６６】
さらに、アンモニアを除去し続けない手段を取るため、常時アンモニア除去器９を通流させる場合と比べ、アンモニア除去量を減らすことが可能となり、アンモニア除去器９の容量を少なくすることが可能となる。そのため、燃料電池システム１００のコストダウンと小型化が可能となる。
【００６７】
なお、実施の形態１では、原料供給部２としては、流量調整弁とポンプで構成する構成を例示したが、これ以外にも流量調整可能なポンプで構成することもできる。
【００６８】
また、燃焼器１ｂには、別途原料を供給するための経路を直接形成しても構わない。ここで、原料とは、成分として少なくとも炭化水素を有する気体又は液体を意味しており、例えば、天然ガス、石炭、石油、もしくはメタンハイドレートなどの化石燃料、都市ガスなどである。
【００６９】
水供給器３は、水を供給できれば、どのような態様であってもよく、例えば、流量調整弁とポンプで構成することができる。また、これ以外にも流量調整可能なポンプで構成することもできる。
【００７０】
また、アンモニア除去器９を単体で構成する吸着除去式での態様を例示したが、アンモニアを吸着除去する吸着剤を備えることが好ましい。吸着剤を用いることで水素含有ガス中の微量アンモニアを効果的に除去することができる。吸着剤には、固体酸、活性炭、ゼオライト、及びモレキュラーシーブからなる群から選ばれる１種以上の材料を用いることが好ましい。
【００７１】
また、吸着剤を用いる場合、再生が可能である他、化学吸着が可能な場合には、高温領域でも吸着可能（離脱もしにくい）なためより好ましい。また、アンモニアを除去するように構成されていれば、これに限定されず、どのような態様であってもよく、例えば、水素含有ガスを水と接触させることで、水素含有ガスに含まれるアンモニアを水に吸収させて除去する構成とすることもできる。
【００７２】
具体的には、吸収塔型のアンモニア除去器９、気泡塔型のアンモニア除去器９、及び凝縮器型のアンモニア除去器９等が好適に用いられるが、これらは例示であって、水素含有ガスと水とを接触させてアンモニアを除去する構成であれば、いずれの構成であっても構わない。
【００７３】
また、本実施の形態１においては、切替器１０をアンモニア除去経路８の上流側に構成したが、これに限定されない。例えば、アンモニア除去経路８の下流端で燃料ガス供給経路４ａと接続するように切替器１０を構成してもよい。
【００７４】
制御器１０１は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、
どのような態様であってもよく、制御器１０１は、単独の制御器で構成される態様だけでなく、複数の制御器が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群で構成される態様であっても構わない。
【００７５】
また、制御器１０１は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路等によって構成されていてもよい。
【００７６】
（実施の形態２）
［燃料電池システムの構成］
本発明の実施の形態２に係わる燃料電池システムは、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、燃料電池システム１００の流路切替え動作のみが異なる。
【００７７】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態２に係る燃料電池システムの動作について、図１及び図３を参照しながら説明する。図３は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの流路切替え動作を模式的に示すフローチャートである。
【００７８】
図３に示すように、燃料電池システム１００が起動される（スタート）と、制御器１０１で、所定の第１の発電時間Ｔ１と所定の第２の発電時間Ｔ２を設定する（ステップＳ２０１）。
【００７９】
燃料電池が発電を開始する（ステップＳ２０２）と、制御器１０１は、水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１を取得する（ステップＳ２０３）。
【００８０】
次に、制御器１０１は、ステップＳ２０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１が、所定の第１の発電時間Ｔ１を満足するかどうかを判定する（ステップＳ２０４）。
【００８１】
制御器１０１は、ステップＳ２０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１が、所定の第１の発電時間Ｔ１を満足する場合（ステップＳ２０４でＹｅｓ）には、水素含有ガスの通流先をアンモニア除去経路８にするように、切替器１０（流路切替え装置）を制御する（ステップＳ２０５）。
【００８２】
ここで、水素含有ガスの通流先が燃料ガス供給経路４ａからアンモニア除去経路８に切り替えられることにより、水素含有ガス中のアンモニア濃度が１ｐｐｍから５ｐｐｂ以下に低下する。
【００８３】
一方、制御器１０１は、ステップＳ２０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａを流れる実発電時間ｔ１が、所定の第１の発電時間Ｔ１を満足しない場合（ステップＳ２０４でＮｏ）には、水素含有ガスの通流先を燃料ガス供給経路４ａから変更しない。
【００８４】
制御器１０１は、水素含有ガスの通流先をアンモニア除去経路８にすると燃料電池５のアンモニア除去経路８での実発電時間ｔ２を取得する（ステップＳ２０６）。
【００８５】
制御器１０１は、ステップＳ２０６で取得した燃料電池５のアンモニア除去経路８での実発電時間ｔ２が、所定の第２の発電時間Ｔ２を満足する場合（ステップＳ２０７８でＹｅｓ）には、水素含有ガスの通流先を燃料ガス供給経路４ａにするように、切替器１０（
流路切替え装置）を制御する（ステップＳ２０８）。
【００８６】
ここで、水素含有ガスの通流先がアンモニア除去経路８から燃料ガス供給経路４ａに切り替えられることにより、水素含有ガス中のアンモニア濃度が５ｐｐｂ以下から１ｐｐｍへ上昇する。
【００８７】
一方、制御器１０１は、ステップＳ２０６で取得した燃料電池５のアンモニア除去経路８での実発電時間ｔ２が、所定の第２の発電時間Ｔ２を満足しない場合（ステップＳ２０７でＮｏ）には、水素含有ガスの通流先をアンモニア除去経路８から変更しない。
【００８８】
次に、燃料電池システム１００が発電を停止する（ステップＳ２０９）と、燃料電池システム１００は停止する（エンド）。
【００８９】
このように、本実施の形態２に係る燃料電池システム１００では、所定の第１の発電時間Ｔ１を満たした場合に燃料ガス供給経路４ａからアンモニア除去経路８へと水素含有ガスを流す経路を切り替え、所定の第２の発電時間Ｔ２を満たした場合にアンモニア除去経路８から燃料ガス供給経路４ａへと水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう切替器１０を制御することにより、アンモニア除去による燃料電池５の発電電圧の回復後に、水素含有ガスはアンモニア除去経路８から燃料ガス供給経路４ａに戻される。
【００９０】
そのため、燃料電池５の発電電圧の回復後は、アンモニア除去器９で水素含有ガス中のアンモニアを除去することが不要となる。また、アンモニア除去経路８へと水素含有ガスを流す条件を所定の第１の発電時間Ｔ１で設定することで、燃料電池５の発電電圧の経時的な劣化時間に合せて制御するため、所定の第１の発電時間Ｔ１以降はアンモニアの濃度が５ｐｐｂ以下に低下し、燃料電池５の発電電圧を回復させることができる。
【００９１】
さらに、燃料ガス供給経路４ａへと水素含有ガスを流す条件を所定の第２の発電時間Ｔ２で設定することで、燃料電池５の発電電圧の回復に合せて、アンモニアを除去し続けない手段を取るため、常時アンモニア除去器９を通流させる場合と比べ、アンモニア除去量を減らすことが可能となり、アンモニア除去器９の容量を更に少なくすることが可能となる。そのため、燃料電池システム１００の更なるコストダウンと小型化が可能となる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、発電停止をステップＳ２０８の後としたが、燃料電池システム１００の運転方法によっては、これらのステップのどの段階でも発電を停止することができる。また、ステップＳ２０８でも発電を停止させない場合には、再度ステップＳ２０３に戻り、発電を継続することもできる。
【００９３】
（実施の形態３）
［燃料電池システムの構成］
本発明の実施の形態３に係わる燃料電池システムは、実施の形態１に係る燃料電池システムと基本的構成は同じであるが、燃料電池システムの流路切替え動作のみが異なる。
【００９４】
［燃料電池システムの動作］
次に、本実施の形態３に係る燃料電池システムの動作について、図１及び図４を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態３に係る燃料電池システムの流路切換え動作を模式的に示すフローチャートである。
【００９５】
図４に示すように、燃料電池システム１００が起動されると（スタート）、制御器１０１で、所定の第１の電圧変化Ｖ１と所定の第２の電圧変化量Ｖ２を設定する（ステップＳ３０１）。
【００９６】
燃料電池が発電を開始する（ステップＳ３０２）と、制御器１０１は、水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａに供給され発電した際の発電電圧ｖ１を取得する（ステップＳ３０３）。
【００９７】
次に、制御器１０１は、ステップＳ３０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａに供給され発電した際の発電電圧ｖ１が、所定の発電電圧低下量Ｖ１を満足するかどうかを判定する（ステップＳ３０４）。
【００９８】
制御器１０１は、ステップＳ３０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａに供給され発電した際の発電電圧ｖ１が、所定の第１の電圧変化量Ｖ１を満足する場合（ステップＳ３０４でＹｅｓ）には、水素含有ガスの通流先をアンモニア除去経路８にするように、切替器１０（流路切替え装置）を制御する（ステップＳ３０５）。
【００９９】
ここで、水素含有ガスの通流先が燃料ガス供給経路４ａからアンモニア除去経路８に切り替えられることにより、水素含有ガス中のアンモニア濃度が１ｐｐｍから５ｐｐｂ以下に低下する。
【０１００】
一方、制御器１０１は、ステップＳ３０３で取得した水素含有ガスが燃料電池５の燃料ガス供給経路４ａに供給され発電した際の発電電圧ｖ１が、所定の第１の電圧変化量Ｖ１を満足しない場合（ステップＳ３０４でＮｏ）には、水素含有ガスの通流先を燃料ガス供給経路４ａから変更しない。
【０１０１】
制御器１０１は、水素含有ガスの通流先をアンモニア除去経路８にすると燃料電池５のアンモニア除去経路８での発電電圧ｖ２を取得する（ステップＳ３０６）。
【０１０２】
制御器１０１は、ステップＳ３０６で取得した水素含有ガスが燃料電池５のアンモニア除去経路８に供給され発電した際の発電電圧ｖ２が、所定の第２の電圧変化量Ｖ２を満足する場合（ステップＳ３０７でＹｅｓ）には、水素含有ガスの通流先を燃料ガス供給経路４ａにするように、切替器１０（流路切替え装置）を制御する（ステップＳ３０８）。
【０１０３】
ここで、水素含有ガスの通流先がアンモニア除去経路８から燃料ガス供給経路４ａに切り替えられることにより、水素含有ガス中のアンモニア濃度が５ｐｐｂ以下から１ｐｐｍへ上昇する。
【０１０４】
一方、制御器１０１は、ステップＳ３０６で取得した水素含有ガスが燃料電池５のアンモニア除去経路８に供給され発電した際の発電電圧ｖ２が、所定の第２の電圧変化量Ｖ２を満足しない場合（ステップＳ３０７でＮｏ）には、水素含有ガスの通流先をアンモニア除去経路８から変更しない。
【０１０５】
次に、燃料電池システム１００が発電を停止する（ステップＳ３０９）と、燃料電池システム１００を停止する（エンド）。
【０１０６】
このように、本実施の形態３に係る燃料電池システム１００では、燃料電池５の発電電圧が、所定の第１の電圧変化量Ｖ１を満たした場合に燃料ガス供給経路４ａからアンモニア除去経路８へと水素含有ガスを流す経路を切り替え、所定の第２の電圧変化量Ｖ２を満たした場合にアンモニア除去経路８から燃料ガス供給経路４ａへと水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう切替器１０を制御することにより、アンモニア除去による燃料電池５の発電電力の回復後に、水素含有ガスはアンモニア除去経路８から燃料ガス供給経路４ａに戻される。
【０１０７】
そのため、燃料電池５の発電電圧の回復後は、アンモニア除去器９で水素含有ガス中のアンモニアを除去することが不要となる。また、アンモニア除去経路８へと水素含有ガスを流す条件を所定の第１の電圧変化量Ｖ１で設定することで、燃料電池５の発電電圧の経時的な劣化量に合せて制御するため、所定の第１の電圧変化量Ｖ１以降はアンモニアの濃度が５ｐｐｂ以下に低下し、燃料電池５の発電電圧を回復させることができる。
【０１０８】
さらに、燃料ガス供給経路４ａへと水素含有ガスを流す条件を所定の第２の電圧変化量Ｖ２で設定することで、燃料電池５の発電電圧の回復に合せて、アンモニアを除去し続けない手段を取るため、常時アンモニア除去器９を通流させる場合と比べ、アンモニア除去量を減らすことが可能となり、アンモニア除去器９の容量を更に少なくすることが可能となる。そのため、燃料電池システム１００の更なるコストダウンと小型化が可能となる。
【０１０９】
なお、本実施の形態では、発電停止をステップＳ３０８の後としたが、燃料電池システム１００の運転方法によっては、これらのステップのどの段階でも発電を停止することができる。また、ステップＳ３０８でも発電を停止させない場合には、再度ステップＳ３０３に戻り、発電を継続することもできる。
【０１１０】
また、所定の第１の電圧変化量Ｖ１をアンモニア影響による経時的な劣化で起こる電圧低下量とし、所定の第２の電圧変化量Ｖ２をアンモニア除去による電圧の回復で起こる電圧上昇量とすることもできる。
【０１１１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池にアンモニア除去器を備える燃料電池システムにおいて、所定の第１の条件を満たした場合に燃料ガス供給経路からアンモニア除去経路へと水素含有ガスを流す経路を切り替えるよう切替器を制御する制御器を備えるように構成することで、大容量のアンモニア除去器が不要となり、燃料電池システムのコストダウンと小型化が可能となるため、例えば家庭用の燃料電池システムに有用である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  水素生成器
１ａ  改質器
１ｂ  燃焼器
２  原料供給部
３  水供給器
４ａ  燃料ガス供給経路
４ｂ  オフ燃料ガス経路
５  燃料電池
６  ブロアー
７  酸化剤ガス供給経路
８  アンモニア除去経路
９  アンモニア除去器
１０  切替器
１１  オフ燃焼ガス経路
１２  オフ酸化剤ガス経路
１３  排気部
１００  燃料電池システム
１０１  制御器
【図１】
2017045509.tif 000003
【図２】
2017045509.tif 000004
【図３】
2017045509.tif 000005
【図４】
2017045509.tif 000006