(57)【要約】【課題】消費電力を抑えた状態で、フィルタの取り替え時期をより正確に検知することが可能な燃料電池システムを提供すること【解決手段】酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池６１と、燃料電池６１に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器６３と、燃料電池６１に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給路１１と、酸化剤ガス供給路１１に設けられ、所定の不純物を除去する浄化フィルタ６４と、浄化フィルタ６４より下流の酸化剤ガス供給路１１に設けられ、上記所定の不純物との変色反応により浄化フィルタ６４の浄化性能を検出する浄化性能検知器１２とを備えることを特徴とする燃料電池システムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス供給路に設けられた、前記酸化剤ガス中の所定の不純物を除去する酸化剤ガス浄化器と、
前記酸化剤ガス浄化器より下流の前記酸化剤ガス供給路に設けられた、前記所定の不純物との変色反応により前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記酸化剤ガス浄化器がケミカルフィルタを含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス供給路に設けられた酸化剤ガス浄化器と、
前記酸化剤ガス浄化器に、または前記酸化剤ガス浄化器より下流の前記酸化剤ガス供給路に設けられた、酸化剤ガスが外部に排出される分岐路と、
前記分岐路に設けられた、前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記分岐路を有する複数の前記酸化剤ガス浄化器を備え、
各々の前記分岐路に前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器が設けられていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記浄化性能検知器が、二酸化窒素と変色反応を行う変色剤を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記変色剤が、オルトトリジンを含む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】
前記浄化性能検知器が、二酸化硫黄と変色反応を行う変色剤を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記変色剤が、塩化バリウムを含むことを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記浄化性能検知器が設けられている酸化剤ガス供給路または分岐路が、前記浄化性能検知器が設けられている少なくとも一部において該浄化性検知器の変色が識別可能な光透過性を有することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給路と、前記酸化剤ガス供給路に設けられた複数の酸化剤ガス浄化器と、前記酸化剤ガス浄化器の夫々に設けられた、酸化剤ガスが外部に排出される分岐路と、前記分岐路の夫々に設けられた、前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器とを備える燃料電池システムのメンテナンス方法であって、
前記酸化剤ガス浄化器により浄化性能低下が検知された前記酸化剤ガス浄化器を取り外し、交換用酸化剤ガス浄化器を残りの前記複数の酸化剤ガス浄化器の下流に設けることを特徴とする燃料電池システムのメンテナンス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤ガス中に含まれる不純物による燃料電池の電圧低下の抑制または耐久性の向上を図った燃料電池システム及び燃料電池システムのメンテナンス方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池と当該燃料電池に利用する燃料ガスを製造する燃料処理装置を主要な構成要素として構成される。燃料電池は、プロトン導電性機能を有する電解質膜の両側に触媒を担持した一対の電極が配置された電解質膜／電極結合体の両側にセパレータが設けられて構成されている。このセパレータには反応ガス通流路が設けられ、ブロア等のガス輸送手段によって、一方のセパレータの反応ガス通流路に水素等の燃料ガスが供給され、また他方のセパレータの反応ガス通流路に空気等の酸化剤ガスが供給され、燃料電池における電解質膜／電極結合体の電極触媒上で酸化還元反応が行われることで、電力が取り出される。また、燃料電池システムでは、燃料電池に冷却水を循環させ、発電の結果として発生する熱を温水として回収する構成とすることも可能である。
【０００３】
このような構成を有する燃料電池システムにおいて、燃料電池に供給する空気等の酸化剤ガスから二酸化硫黄や二酸化窒素等の化学物質あるいは粉塵が燃料電池に流入した場合、これらの化学物質等が燃料電池に使用されている触媒の機能を低下させ、燃料電池の発電状態を悪化させるという課題があった。
【０００４】
かかる課題を解決するためには、燃料電池に供給する空気等の酸化剤ガスを浄化する必要があり、防塵フィルタと、二酸化硫黄や二酸化窒素等の化学物質を除去するケミカルフィルタとを備えた浄化フィルタが、酸化剤ガス供給経路に設置された燃料電池システムが提案されている。この燃料電池システムには、ケミカルフィルタの寿命を判断するために圧力損失を指標とした検知器が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図８は、特許文献１に記載された、従来の燃料電池システムを示す構成図である。図８に示す燃料電池システムは、燃料電池６１と燃料処理装置６２とを備えており、原料ガス供給路６８から供給された原料ガスを燃料処理装置６２で処理することで製造した水素を燃料ガス供給路６９を介して燃料電池６１に供給し、また、外部から吸入した空気を酸化剤ガス供給器６３で燃料電池６１に供給し発電が行われていた。空気の流通方向を基準として、酸化剤ガス供給器６３の上流には浄化フィルタ６４が設置され、吸入した空気は当該浄化フィルタ６４により浄化処理された後、燃料電池６１へ供給されていた。浄化フィルタ６４は粒径１０μｍの粉塵に対して清浄効率９９％以上、粒径１μｍの粉塵に対して清浄効率１０％以下の除塵フィルタ６５と二酸化硫黄等の化学物質を除去するケミカルフィルタ６６で構成されている。
【０００６】
又、図８の燃料電池システムは、浄化フィルタ６４と酸化剤ガス供給器６３の間には、ケミカルフィルタ６６の浄化性能を検知するための浄化性能検知器として、マイクロフィルタ７１と、マイクロフィルタ７１による圧力損失を検出するための圧力検知手段７２とを備えている。マイクロフィルタ７１には粒径１μｍ程度の微細な粉塵に対して清浄効率９９％以上の機能を有する除塵フィルタが使用されている。
【０００７】
この燃料電池システムは、路上で二酸化窒素等の有害物質を主に発生するのがディーゼルエンジン車であり、このディーゼルエンジン車の排気には上記有害物質とともに粒径１〜１０μｍの粒子状物質（ＰＭ）が含まれることから、浄化フィルタ６４をスリップし、マイクロフィルタ７１で補足されるＰＭ量と、ケミカルフィルタ６６で補足された二酸化硫黄や二酸化窒素量が比例すると考え、マイクロフィルタ７１の圧力損失を計測することによって、間接的にケミカルフィルタ６６に補足された二酸化硫黄や二酸化窒素の量を検知している。そして、圧力損失が所定値を超過した時にケミカルフィルタ６６の浄化性能が低下したと判断し、警報を発している。
【特許文献１】特開２００６−１７９３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示される燃料電池システムにおけるケミカルフィルタの劣化検知機構は、マイクロフィルタのＰＭ補足量から間接的にケミカルフィルタの劣化を検知しているため、二酸化窒素等の有害物質とともにＰＭを発生する発生源が全体の二酸化窒素等の発生源に占める割合が低かったり、二酸化窒素等の有害物質の主な発生源からＰＭが共に発生しなければケミカルフィルタの劣化検知として有効に機能する可能性が低い。
【０００９】
従って、上記特許文献１記載の車両用燃料電池であったとしても、環境的視点からディーゼルエンジン車が減少している地域や国があることを考えるとケミカルフィルタの劣化検知として有効に機能しない場合があると考えられる。さらに、家庭用燃料電池システム等の車両用以外の用途になると、通常の排ガス環境では、二酸化窒素や二酸化硫黄とともにＰＭを相当量発生する排ガス発生源は存在しくいため、上記特許文献１記載の燃料電池システムの劣化検知機構が有効に機能しないことが想定される。
【００１０】
また、マイクロフィルタは酸化剤ガスの燃料電池への供給経路に配置されるため、マイクロフィルタに蓄積された不純物がフィルタから解離して燃料電池に混入する場合があり、その結果として、燃料電池が安定した発電状態を維持できないという課題も有していた。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、直接的に浄化性能の低下を検知することで燃料電池システムの設置環境に依らず浄化性能の低下を検知することが可能な燃料電池システムを提供するとを目的とする。
【００１２】
又、本発明は、酸化剤ガスの浄化器の浄化性能を検知する部材からの不純物が燃料電池に混入しない燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１３】
又、本発明は、酸化剤ガスの浄化器の浄化性能の低下を検知した際の新規な燃料電池システムのメンテナンス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】
【００１４】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス供給路に設けられた、前記酸化剤ガス中の所定の不純物を除去する酸化剤ガス浄化器と、
前記酸化剤ガス浄化器より下流の前記酸化剤ガス供給路に設けられた、前記所定の不純物との変色反応により前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器とを備えることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１５】
又、第２の本発明は、
前記酸化剤ガス浄化器がケミカルフィルタを含むことを特徴とする第１の本発明に記載の燃料電池システムである。
【００１６】
又、第３の本発明は、
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、
前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給路と、
前記酸化剤ガス供給路に設けられた酸化剤ガス浄化器と、
前記酸化剤ガス浄化器に、または前記酸化剤ガス浄化器より下流の前記酸化剤ガス供給路に設けられた、酸化剤ガスが外部に排出される分岐路と、
前記分岐路に設けられた前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器とを備えることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１７】
又、第４の本発明は、
前記分岐路を有する複数の前記酸化剤ガス浄化器を備え、
各々の前記分岐路に前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器が設けられていることを特徴とする第３の本発明に記載の燃料電池システムである。
【００１８】
又、第５の本発明は、前記浄化性能検知器が、二酸化窒素と変色反応を行う変色剤を備えることを特徴とする第１〜４のいずれかの本発明に記載の燃料電池システムである。
【００１９】
又、第６の本発明は、前記変色剤が、オルトトリジンを含むことを特徴とする第５の本発明に記載の燃料電池システムである。
【００２０】
又、第７の本発明は、前記浄化性能検知器が、二酸化硫黄と変色反応を行う変色剤を備えることを特徴とする第１〜４のいずれかの本発明に記載の燃料電池システムである。
【００２１】
又、第８の本発明は、前記変色剤が、塩化バリウムを含むことを特徴とする第７の本発明に記載の燃料電池システムである。
【００２２】
又、第９の本発明は、
前記浄化性能検知器が設けられている酸化剤ガス供給路または分岐路が、前記浄化性能検知器が設けられている少なくとも一部において該浄化性検知器の変色が識別可能な光透過性を有することを特徴とする第５〜８の本発明のいずれかに記載の燃料電池システムである。
【００２３】
又、第１０の本発明は、
酸化剤ガスと燃料ガスで発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給器と、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス供給路と、前記酸化剤ガス供給路に設けられた複数の酸化剤ガス浄化器と、前記酸化剤ガス浄化器の夫々に設けられた、酸化剤ガスが外部に排出される分岐路と、前記分岐路の夫々に設けられた、前記酸化剤ガス浄化器の浄化性能を検出する浄化性能検知器とを備える燃料電池システムのメンテナンス方法であって、
前記酸化剤ガス浄化器により浄化性能低下が検知された前記酸化剤ガス浄化器を取り外し、交換用酸化剤ガス浄化器を残りの前記複数の酸化剤ガス浄化器の下流に設けることを特徴とする燃料電池システムのメンテナンス方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池システムによれば、直接的に浄化性能の低下を検知することで燃料電池システムの設置環境に依らず浄化性能の低下を検知することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。図１において、図８と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記する。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システムは、水素含有ガスをアノードガスとして用い、空気などの酸化剤ガスをカソードガスとして用いて発電を行う燃料電池６１と、都市ガスなどの原料ガスから水素含有ガスを生成し、燃料電池６１に供給する燃料処理装置６２と、外部から酸化剤ガスとしての空気を吸入し、燃料電池６１に供給する酸化剤ガス供給器６３とを備えている。
【００２８】
又、発電により燃料電池６１で発生する熱を冷却し、温度を一定に保つための冷却水を貯えた冷却水タンク１３と、冷却水タンク１３と燃料電池６１の間を接続する冷却水循環経路１６と、冷却水を循環させるために、冷却水循環経路１６上に配置されたポンプ等の冷却水循環器１４と、冷却水中の導電率を一定に維持するために、イオン交換体等で構成される冷却水浄化器１５が設置されている。
【００２９】
又、燃料処理装置６２に原料ガスを導入するための原料ガス供給路６８と、燃料処理装置６２において原料ガスから生成された水素含有ガスを燃料電池６１に供給するための燃料ガス供給路６９が設けられている。
【００３０】
又、酸化剤ガス供給器６３と燃料電池６１とを接続する酸化剤ガス供給路１１が設けられており、酸化剤ガス供給路１１には、本発明の酸化剤ガス浄化器の一例である浄化フィルタ６４が設置されている。酸化剤ガス供給器６３によって吸入した空気は当該浄化フィルタ６４により浄化処理された後、燃料電池６１へ供給される。この浄化フィルタ６４は粉塵を除去するための除塵フィルタ６５と、二酸化窒素及び二酸化硫黄等の化学物質を除去するケミカルフィルタ６６で構成されている。除塵フィルタ６５は、例えば、約０．３μｍ程度の粉塵を補足するものが用いられる。また、ケミカルフィルタ６６としては、例えば、上記特許文献１記載のようにアニオン交換樹脂等によって形成されたものが用いられる。
【００３１】
この浄化フィルタ６４の下流側の酸化剤ガス供給路１１には、その内側にケミカルフィルタ６６の性能劣化を検知するための浄化性能検知器１２が設けられている。
【００３２】
次に、浄化性能検知器１２について説明する。
【００３３】
図２（ａ）は、図１のＡＡ´断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢＢ´断面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、酸化剤ガス供給路１１の一部が光透過性のアクリル部材１７で形成されており、そのアクリル部材１７の内側に、オルトトリジン１８と塩化バリウム１９が塗布されている。このアクリル部材１７、オルトトリジン１８、及び塩化バリウム１９が、浄化性能検知器１２を構成している。オルトトリジン１８と塩化バリウム１９は、酸化剤ガスの流通方向に対して垂直な方向に並んで配置されている。又、オルトトリジン１８及び塩化バリウム１９の少なくともいずれか一方が変色した場合に交換可能とするため、上記アクリル部材１７は、酸化剤ガス供給路１１に着脱可能に構成されている。
【００３４】
浄化フィルタ６４の浄化性能の低下は浄化性能検知器１２としてのオルトトリジン及び塩化バリウムの変色状態を確認することによって行われる。つまり、浄化フィルタ６４が浄化性能を果たしている時は、浄化フィルタ６４の下流側には二酸化硫黄や二酸化窒素が通流しないため、オルトトリジン及び塩化バリウムは元の色を維持するが、浄化フィルタ６４の浄化性能が低下した時には、浄化フィルタ６４の下流側に二酸化硫黄や二酸化窒素が通流することになるため、オルトトリジンや塩化バリウムが変色することになる。従って、かかる色調の変化をアクリル部材１７を通して外部から視認することにより浄化フィルタ６４の浄化性能の確認を行うことが出来る。
【００３５】
ここで、二酸化窒素が流通した場合、二酸化窒素とオルトトリジンが反応し、ニトロソオルトトリジンが生成される。この際、オルトトリジンは白から黄橙色に変色する。
【００３６】
一方、二酸化硫黄が流通した場合、二酸化硫黄は塩化バリウム１９と下記式（１）及び式（２）の化学反応をし、塩化バリウムは青色から黄色に変色する。式（２）における塩基は、例えば、水酸化ナトリウムが挙げられ、水に溶けた際に水酸化物イオンを出す物質であればよい。
【００３７】
ＳＯ２＋ＢａＣｌ２＋Ｈ２０→ＢａＳＯ３＋２ＨＣｌ    ・・・（１）
ＨＣｌ＋塩基→塩化物                             ・・・（２）
以上のように本実施の形態１では、酸化剤ガス浄化器の浄化性能が低下し、外部から吸入した酸化剤ガス中の不純物が浄化フィルタ６４で浄化されることなく、酸化剤ガス浄化器の下流側に通流した場合には、当該不純物の存在を不純物と変色反応を行う浄化性能検知器１２の変色により直接的に検知できるため、浄化性能の低下を従来の劣化検知方法よりも正確に判断することが出来る。そのため、フィルタの取替時期を適切に判断し、効率的に取替を行うことができる。
【００３８】
又、オルトトリジン１８と塩化バリウム１９は、酸化剤ガス供給路１１の断面の一部に配置されているので、従来の配管全体をマイクロフィルタで覆った構成と比較して、流路抵抗が増大せず、浄化性能検知器による圧力損失増大に伴う消費電力の増大を引き起こすことなく、経済的に燃料電池システムに使用する酸化剤ガス浄化器の浄化性能の低下を検知できる。
【００３９】
又、このように浄化性能を検知し、適切な時期にフィルタを取替ることが出来るため、長期にわたり安定して燃料電池を発電させることが可能となる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、オルトトリジン１８と塩化バリウム１９は、分けて配置されているが、混合してアクリル部材１７の裏面に塗布されてもよい。この場合も、二酸化窒素及び二酸化硫黄の少なくともいずれか一方が浄化フィルタ６４を通り抜けてきたことについては、色の変化によって判断出来るため、ケミカルフィルタ６６の浄化性能の低下を判断することが出来る。
【００４１】
又、本実施の形態では、オルトトリジン１８及び塩化バリウム１９が塗布されている部分は全てアクリル部材１７で形成されているが、塗布されている部分の一部のみがアクリル部材で形成されていてもよく、要するに外部から変色が視認することが出来ればよい。
【００４２】
又、本実施の形態では、オルトトリジン１８及び塩化バリウム１９をアクリル部材１７に直接塗布したが、例えば、両端が開放されたガラス管等の透明な部材で形成された管にオルトトリジン１８及び塩化バリウム１９を充填しておいてもよい。このように管に充填した場合の状態が、図３に示されている。図３（ａ）は、図２（ａ）と同様の断面図であり、図３（ｂ）は、（ａ）のＣＣ´間断面図である。
【００４３】
図３（ａ）、（ｂ）に示す浄化性能検知器８０は、図２と同様に、酸化剤ガス供給路１１の一部を取り替えた光透過性を有するアクリル部材１７と、オルトトリジン１８を充填した管８１と、塩化バリウム１９を添加した管８２とを備えている。又、管８１及び管８２をそれぞれ着脱可能に固定することが可能な固定部材８３及び固定部材８４が、アクリル部材１７の内側に設けられている。この固定部材８３は、一部に切り欠きを有する環状のホルダ部８３ａと、ホルダ部８３ａをアクリル部材１７に固定する固定部８３ｂとから構成されている。このホルダ部８３ａの内径は、管８１よりも若干小さく形成されており、ホルダ部８３ａを広げて挿入された管８１は弾性力によってホルダ部８３ａに固定される。尚、固定部材８４も同様に構成されている。
【００４４】
このように構成することによって、反応した後のオルトトリジン１８及び塩化バリウム１９を交換する際に、アクリル部材１７ごと交換することなく、管８１と管８２を交換するだけでよい。
【００４５】
又、このように構成した場合であっても、管８１、８２は酸化剤ガス供給路１１の一部に配置されているだけであるため、従来のマイクロフィルタを使用した浄化性能検知器と比較して圧力損失を抑制することが出来る。
【００４６】
又、浄化性能検知器１２の変色を肉眼で確認する場合、人間の目の感度を考慮すると、二酸化硫黄や二酸化窒素は積算重量でおおよそ０．０１ｍｇがオルトトリジン及び塩化バリウムと接触する必要があるが、かかる重量に至らずとも、分光光度計等の計測機器を用いて、より精度よく検知を行う構成とすることも可能である。更に、上記計測機器によって浄化性能が低下していると判断された場合には、警告を発したり、運転を停止するような制御が行われても良い。
【００４７】
更に、本実施の形態において、浄化フィルタ６４は酸化剤ガス供給器６３の下流側に設けられているが、図８に示すように酸化剤ガス供給器６３の上流側に設けられた場合であっても同一の効果を奏することができる。
【００４８】
又、大気中に排出される一酸化窒素は、紫外線等の影響で酸素やオゾン等と酸化反応し、その大部分は二酸化窒素となるため、本実施の形態では、ケミカルフィルタ６６を通過した二酸化窒素をオルトトリジン１８の変色反応によって検知しているが、ケミカルフィルタ６６が高吸着率で一酸化窒素も吸着するフィルタである場合、オルトトリジン１８の上流側に三酸化クロムなどの酸化剤を配置し、大気中に存在する少量の一酸化窒素を酸化させて二酸化窒素とすることにより、ケミカルフィルタ６６を通過した一酸化窒素も含めて検知するようにしてもよい。
【００４９】
又、本実施の形態では、二酸化硫黄の検知に塩化バリウムを用いたが、これに限らず、例えば、よう素酸カリウムの還元反応（白色から橙色）を用いてもよい。又、本実施の形態では、二酸化窒素の検知にオルトトリジンを用いたが、例えば、３，３´―ジメチルナフチジンと反応し、ニトロソ化合物を生成する反応（白色から薄紫色）を用いてもよい。
【００５０】
（実施の形態２）
図４は、本発明にかかる実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。本実施の形態２の燃料電池システムは、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、酸化剤ガス供給路１１から分岐路が設けられている点が異なっている。そのため、この相違点を中心に説明する。図４において、図１と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記する。
【００５１】
図４に示すように、本実施の形態２の燃料電池システムは、除塵フィルタ６５及びケミカルフィルタ６６を有する浄化フィルタ６４と燃料電池６１の間の酸化剤ガス供給路１１から分岐した分岐路２１を備えており、分岐路２１に浄化性能検知器１２が配置されている。この分岐路２１は、燃料電池システムの外部に通気するように配管されている。尚、分岐路２１は、本発明の酸化剤ガス浄化器より下流側の酸化剤ガス供給路に設けられた分岐路の一例に相当する。
【００５２】
以上のように構成することにより、実施の形態１と同様に、浄化性能の低下を適切に判断することができ、又、実施の形態１の燃料電池システムと同様に浄化性能検知器としてマイクロフィルタを用いた従来と比較して圧力損失を抑制することが出来る。更に、本実施の形態では、浄化性能検知器１２が燃料電池６１に通流しない分岐路２１に設置されているため、浄化性能検知器１２に由来する不純物（例えば、浄化性能検知器１２から脱離した変色剤の一部）が燃料電池６１に供給されることを防止することができる。
【００５３】
尚、本実施の形態においては、分岐路２１が１本設けられているが、これに限定されるものではなく、２本以上分岐路が設けられており、少なくとも一つの分岐路が燃料電池システムの外部と通気し、この分岐路の内部に浄化性能検知器１２が設けられていれば同一の効果を奏することができる。
【００５４】
又、実施の形態１で用いた浄化性能検知器１２に限らず、浄化性能の低下を検知する他の検知器（例えば、従来のマイクロフィルタ７１及び圧力検知手段７２）を分岐路２１に配置した場合であっても、検知器に由来する不純物が燃料電池６１に供給されることを防止する効果は得ることが出来る。
【００５５】
（実施の形態３）
図５は、本発明にかかる実施の形態３における燃料電池システムの構成図である。本実施の形態３の燃料電池システムは、実施の形態２と基本的な構成は同じであるが、分岐配管及び浄化フィルタの構成が異なっている。そのため、この相違点を中心に説明する。図５において、図１と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記する。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態３の燃料電池システムは、実施の形態２のような浄化フィルタ６４の代わりに、吐出口が２つに分割された分岐フィルタ３１が設けられている。この分岐フィルタ３１の一方の吐出口３２ａと酸化剤ガス供給路１１が接続されている。又、他方の吐出口３２ｂから燃料電池システムの外部に通気するための外部排気路３４が、実施の形態２の分岐路２１に代わり設けられている。尚、本実施の形態の吐出口３２ｂ及び外部排気路３４が、本発明の酸化剤ガス浄化器に設けられた分岐路の一例に相当する。
【００５７】
燃料電池システムの外部に通気する外部排気路３４と接続している吐出口３２ｂには、実施の形態１で説明したオルトトリジン１８及び塩化バリウム１９を有する浄化性能検知器１２が設置されている。
【００５８】
以上のように構成することにより、実施の形態１と同様に分岐フィルタ３１の浄化性能の低下を適切に判断することができ、又、マイクロフィルタを用いた従来の燃料電池システムと比較して圧力損失を抑制することが出来る。更に、本実施の形態では、浄化性能検知器１２が燃料電池６１に通流しない吐出口３２ｂに設置されているため、浄化性能検知器１２に由来する不純物（例えば、浄化性能検知器１２から脱離した変色剤の一部）が燃料電池６１に供給されることを防止することができる。
【００５９】
尚、本実施の形態においては、分岐フィルタ３１の吐出口は２つに分割されているが、これに限定されるものではなく、吐出口を３つ以上に分割し、少なくとも一つの吐出口が燃料電池システムの外部に通気され、外部に通気する吐出口の一部に浄化性能検知器１２が設けられていれば同一の効果を奏することができる。
【００６０】
又、本実施の形態において、分岐フィルタ３１は酸化剤ガス供給器６３の下流側の酸化剤ガス供給路１１に設けているが、酸化剤ガス供給器６３の上流側の酸化剤ガス供給路（図示せず）に設けても同一の効果を奏することができる。
【００６１】
又、浄化性能検知器１２は、吐出口３２ｂではなく、外部排気路３４に設けられていても良い。
【００６２】
又、実施の形態１で用いた浄化性能検知器１２に限らず、浄化性能の低下を検知する他の検知器（例えば、従来のマイクロフィルタ７１及び圧力検知手段７２）を吐出口３２ｂに配置した場合であっても、検知器に由来する不純物が燃料電池６１に供給されることを防止する効果は得ることが出来る。
【００６３】
（実施の形態４）
図６は、本発明にかかる実施の形態４における燃料電池システムの構成図である。本実施の形態４の燃料電池システムは、実施の形態３と基本的な構成は同じであるが、分岐フィルタの数が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。図６において、図５と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記する。
【００６４】
図６に示すように、本実施の形態４の燃料電池システムは、実施の形態３の分岐フィルタ３１と同様の分岐フィルタ４１、４２、４３が上流側から順に３つ連結して配置されている。ここで、各分岐フィルタ４１、４２、４３はその吐出口が二つに分割され、一方の吐出口４４ａ、４５ａ、４６ａは、酸化剤ガス供給路１１と接続して燃料電池６１と通流し、また、他方の吐出口４４ｂ、４５ｂ、４６ｂには燃料電池システムの外部に通気する外部排気路４７、４８、４９が接続されている。
【００６５】
又、実施の形態３と同様に、燃料電池システムの外部と通気する各吐出口４４ｂ、４５ｂ、４６ｂには、浄化性能検知器１２が設置されている。
【００６６】
以上のような構成により、実施の形態３と同様に各分岐フィルタ４１、４２、４３の浄化性能の低下を適切に判断することができ、又、マイクロフィルタを用いた従来の燃料電池システムと比較して圧力損失を抑制することが出来る。更に、本実施の形態では、浄化性能検知器１２が燃料電池６１に通流しない吐出口４４ｂ、４５ｂ、４６ｂに設置されているため、浄化性能検知器１２に由来する不純物（例えば、浄化性能検知器１２から脱離した変色剤の一部）が燃料電池６１に供給されることを防止することができる。
【００６７】
尚、本実施の形態においては、各分岐フィルタ４１、４２、４３の吐出口は２つに分割されているが、これに限定されるものではなく、それぞれの吐出口を３つ以上に分割し、少なくとも一つの吐出口が燃料電池システムの外部に通流し、かかる吐出口の一部に浄化性能検知器１２が設けられていれば同一の効果を奏することができる。
【００６８】
又、本実施の形態において、分岐フィルタ４１、４２、４３は酸化剤ガス供給器６３の下流側の酸化剤ガス供給路１１に設けられているが、酸化剤ガス供給器６３の上流側の酸化剤ガス供給路（図示せず）に設けても同一の効果を奏することができる。更に、複数の分岐フィルタのうちの一部のみを、酸化剤ガス供給器６３の上流側に設けても良い。
【００６９】
又、実施の形態１で用いた浄化性能検知器１２に限らず、浄化性能の低下を検知する他の検知器（例えば、従来のマイクロフィルタ７１及び圧力検知手段７２）を吐出口４４ｂ、４５ｂ、４６ｂに配置した場合であっても、検知器に由来する不純物が燃料電池６１に供給されることを防止する効果は得ることが出来る。
【００７０】
続いて、上記構成を有する本実施の形態４の燃料電池システムのメンテナンス方法について、図面を参照しながら説明する。
【００７１】
図７（ａ）、（ｂ）は本実施の形態の燃料電池システムのメンテナンス方法を説明する図である。図７（ａ）、（ｂ）において、図６と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記する。
【００７２】
図７（ａ）はメンテナンス前の各分岐フィルタの状態を示す図である。図７（ａ）の状態では、燃料電池システムは発電を行っている状態であり、酸化剤ガス供給路１１中に空気が流通し、浄化性能検知器１２により各分岐フィルタの浄化性能の検知が行われている。図７（ａ）の状態において、上流側から２つ目までの分岐フィルタ４１、４２の吐出口４４ｂ、４５ｂに配置されている浄化性能検知器１２のオルトトリジン及び塩化バリウムの少なくともいずれか一方が変色しているため、浄化性能が低下していることが確認できる。一方、最下流側に配置されている分岐フィルタ４３の浄化性能検知器１２としてのオルトトリジン及び塩化バリウムは、元の色調を維持しており分岐フィルタ４３の浄化性能は維持できていることが確認できる。
【００７３】
図７（ａ）の状態が確認されると、燃料電池システムが停止され、各分岐フィルタ４１、４２、４３が一旦取り外される。そして、図７（ｂ）に示すように、浄化性能を維持している分岐フィルタ４３が最上流側に再配置され、分岐フィルタ４３の下流側には新たな分岐フィルタ５１、５２が取り付けられ、燃料電池システムのメンテナンスが完了する。
【００７４】
以上のように、浄化性能検知器１２の変色を確認することにより、各分岐フィルタの寿命を判断することができるため、浄化性能が尽きた分岐フィルタのみを取り替えることが出来る。又、浄化性能が残存している分岐フィルタ（図７（ａ）では分岐フィルタ４３）を上流側に再配置し、下流側に交換用分岐フィルタを設置することにより、上流側の分岐フィルタから順次劣化していくので、同時に全ての分岐フィルタが劣化して燃料電池６１に不純物が流入し、燃料電池６１が劣化してしまうことを抑制できる。
【００７５】
このように、本実施の形態のメンテナンス方法では、分岐フィルタの交換を燃料電池の安定性確保のために効率的に行うことができ、燃料電池が長期にわたり安定な発電状態を維持することが可能となる。
【００７６】
尚、実施の形態１で用いた浄化性能検知器１２に限らず、浄化性能の低下を検知する他の検知器（例えば、従来のマイクロフィルタ７１及び圧力検知手段７２）を吐出口４４ｂ、４５ｂ、４６ｂに配置した場合であっても、上記と同様のメンテナンス方法を実施出来、同様の効果を発揮することが出来る。
【００７７】
又、本実施の形態のメンテナンス方法に限らず、分岐フィルタ４１の浄化性能が低下した時点で、分岐フィルタ４１、４２、４３を一旦取り外し、上流側から分岐フィルタ４２、４３の順に再配置し、最下流側に、新たな分岐フィルタ５１を配置してもよい。
【００７８】
また、本実施の形態においては、分岐フィルタを３個設置しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも２個以上の分岐フィルタが設置されていれば同一の効果を奏することが可能である。
【００７９】
なお、以上の実施の形態１〜４の燃料電池システムにおいて、浄化性能検知器は、いずれもオルトトリジン及び塩化バリウムを備えていたが、いずれか一方であっても構わない。例えば、上記実施の形態のケミカルフィルタが、二酸化硫黄のみ除去可能なフィルタであれば、浄化性能検知器は、二酸化硫黄と変色反応する変色剤（例えば、塩化バリウム）を備えていれば十分であるし、ケミカルフィルタが、二酸化窒素のみを除去可能なフィルタであれば、二酸化窒素を除去可能な変色剤（例えば、オルトトリジン）を備えていれば十分である。つまり、本発明の酸化剤ガス浄化器で除去される所定の不純物（上記実施の形態においては二酸化窒素及び二酸化硫黄）と変色反応により浄化性能を検知可能な変色剤を備えていれば構わない。
【００８０】
また、酸化剤ガス浄化器で除去される不純物が、複数ある場合（例えば、上記実施の形態のケミカルフィルタのように二酸化窒素と二酸化硫黄を除去可能である場合）、浄化性能検知器は、複数の不純物の少なくともいずれか一つの不純物と変色反応可能な変色剤を備えていれば、上記実施の形態の浄化性能検知器と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の燃料電池システムは、直接的に浄化性能の低下を検知することで燃料電池システムの設置環境に依らず浄化性能の低下を検知することが可能になり、家庭用の燃料電池システム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明にかかる実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】（ａ）図１のＡＡ´間断面図、  （ｂ）（ａ）のＢＢ´間断面図
【図３】（ａ）本実施の形態の浄化性能検知器の変形例を示す断面図、（ｂ）（ａ）のＣＣ´間断面図
【図４】本発明にかかる実施の形態２における燃料電池システムの構成図
【図５】本発明にかかる実施の形態３における燃料電池システムの構成図
【図６】本発明にかかる実施の形態４における燃料電池システムの構成図
【図７（ａ）】本発明にかかる実施の形態４における燃料電池システムのメンテナンス前の状態を示す構成図
【図７（ｂ）】本発明にかかる実施の形態４における燃料電池システムのメンテナンス後の状態を示す構成図
【図８】従来の燃料電池システムの構成図
【符号の説明】
【００８３】
１１  酸化剤ガス供給路
１２  浄化性能検知器
１３  冷却水タンク
１４  冷却水循環手段
１５  冷却水浄化手段
２１  分岐路
３１、４１、４２、４３、５１、５２  分岐フィルタ
３２ａ、３２ｂ、４４ａ、４５ａ、４６ａ、４４ｂ、４５ｂ、４６ｂ  吐出口
６１  燃料電池
６２  燃料処理装置
６３  酸化剤ガス供給器
６４  浄化フィルタ
６５  除塵フィルタ
６６  ケミカルフィルタ
７１  マイクロフィルタ
７２  圧力検知手段
【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（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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