(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池から水素が漏洩しても、水素が燃焼する可能性を低減する技術を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池と、燃料電池を収納する容器と、容器の外部から燃料電池内に、アノードガスを供給するアノードガス供給部と、容器の外部から燃料電池内に、カソードガスを供給するカソードガス供給部と、燃料電池から排出されるカソード排ガス中の酸素を消費させて、低酸素ガスを生成し、低酸素ガスを、容器と燃料電池との間の空間に放出する低酸素ガス放出部と、その空間に存在するガスを、容器外へ排出させるガス排出部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。【選択図】図１
2009054367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を収納する容器と、
前記容器の外部から前記燃料電池内に、アノードガスを供給するアノードガス供給部と、
前記容器の外部から前記燃料電池内に、カソードガスを供給するカソードガス供給部と、
前記燃料電池から排出されるカソード排ガス中の酸素を消費させて、低酸素ガスを生成し、前記低酸素ガスを、前記容器と、前記燃料電池との間の空間に放出する低酸素ガス放出部と、
前記空間に存在するガスを、前記容器外へ排出させるガス排出部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記低酸素ガス放出部は、
前記アノードガス供給部から取り出したアノードガスを酸化させることによって、前記カソード排ガス中の酸素を消費させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
前記低酸素ガス放出部は、
触媒を利用して、酸素と結びついて燃焼することが可能な可燃物を、前記カソード排ガス中の酸素を用いて燃焼させることによって、前記カソード排ガス中の酸素を消費させる、触媒燃焼器を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、
前記空間に存在するガスの圧力を、前記燃料電池内のアノードガスの圧力よりも低くなるように制御するガス圧制御部を、さらに備えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池の中には、電解質膜と、電解質膜の両面に配置された１対の電極と、を備える発電体を、セパレータを介在させて複数積層させた、スタック構造を有するものがある。このようなスタック構造を有する燃料電池では、セパレータと発電体との間から、水素を含むアノードガスや、酸素を含むカソードガスが漏洩するのを防止するために、セパレータと発電体との間に、シール材が配置されている。
【０００３】
しかしながら、燃料電池の運転および停止に伴う燃料電池の温度変化により、このシール材が変形して、セパレータと発電体の間に隙間が生じて、反応ガスが漏洩することがある。また、燃料電池の運転時の振動により、セパレータと発電体の間に隙間が生じて、反応ガスが漏洩することもある。
【０００４】
一方、アノードガスには水素が含まれるため、そのまま、大気中に放出すると、安全性の問題が生じるおそれがある。そこで、従来は、燃料電池を容器内に収納して、燃料電池から容器内に漏れ出したアノードガスを、カソードガスと混合して、カソードに導入する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。また、燃料電池から容器内に漏れ出したアノードガスを、燃料電池から排出されるカソード排ガスで希釈して、水素濃度を低減した上で、大気中に放出する技術も提案されている（例えば、特許文献３参照。）
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３４２４０
【特許文献２】特表２００４−５１９０７４
【特許文献３】特開２００２−０５６８６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃料電池から容器内に漏れ出したアノードガスを、カソード排ガスで希釈する場合、カソード排ガス中には、まだ、比較的多くの酸素が含まれているため、容器内には、酸素と水素が共存することになる。水素は、酸素と結びつくことによって、燃焼するため、容器内で、酸素と水素を含む混合ガスが形成されると、燃焼が生じやすくなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池から水素が漏洩しても、水素が燃焼する可能性を低減する技術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】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］  燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池を収納する容器と、
前記容器の外部から前記燃料電池内に、アノードガスを供給するアノードガス供給部と、
前記容器の外部から前記燃料電池内に、カソードガスを供給するカソードガス供給部と、
前記燃料電池から排出されるカソード排ガス中の酸素を消費させて、低酸素ガスを生成し、前記低酸素ガスを、前記容器と、前記燃料電池との間の空間に放出する低酸素ガス放出部と、
前記空間に存在するガスを、前記容器外へ排出させるガス排出部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【００１０】
この構成では、カソード排ガス中の酸素が消費され、酸素含有量が低減された低酸素ガスが容器内の空間に放出される。そのため、たとえ、燃料電池からアノードガス（水素を含む）が漏洩しても、低酸素ガスによって水素が希釈される。すなわち、容器内の空間に存在するガスに含まれる水素および酸素の濃度が低減される。そのため、燃料電池から水素が漏洩しても、水素が燃焼する可能性を低減することができる。
【００１１】
［適用例２］  適用例１記載の燃料電池システムであって、
前記低酸素ガス放出部は、
前記アノードガス供給部から取り出したアノードガスを酸化させることによって、前記カソード排ガス中の酸素を消費させることを特徴とする燃料電池システム。
【００１２】
このようにすると、カソード排ガス中の酸素を消費させるために、酸化されるガス（例えば、天然ガス等）を供給するためのガスタンクや、配管等を設ける必要がなくなるため、燃料電池システムの大きさを小さくすることができ、また、コストを低減することができる。
【００１３】
なお、本明細書中において、酸化とは、ある物質が酸素と結びつく反応をいう。アノードガスを酸化させる場合は、アノードガス中の水素が酸素と結びついて、水が生成される。なお、酸化の中でも、被酸化物が熱と光を発しながら激しく酸化される現象を、燃焼という。
【００１４】
［適用例３］  適用例１または２記載の燃料電池システムであって、
前記低酸素ガス放出部は、
触媒を利用して、酸素と結びついて燃焼することが可能な可燃物を、前記カソード排ガス中の酸素を用いて燃焼させることによって、前記カソード排ガス中の酸素を消費させる、触媒燃焼器を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【００１５】
燃焼は酸化の中でも、反応速度が速いため、燃焼反応によりカソード排ガス中の酸素を消費させるようにすると、緩やかな酸化反応により酸素を消費させる場合に比べて、短時間で多くの酸素を消費させることができる。
【００１６】
また、触媒燃焼器は、ガスタービン燃焼器等の火炎燃焼器と比べて構成が簡単であり小型化することができる。そして、触媒燃焼器を用いて酸素を消費させる場合は、火炎燃焼器を用いる場合と比べて、燃焼速度が大きく、燃焼効率も高いため、短時間で多くの酸素を消費させることができる。
【００１７】
なお、本明細書中において、可燃物とは、酸素と結びついて独自に燃焼を継続しうる物質であり、例えば、水素、炭素、炭化水素等を用いることができる。なお、アノードガス中の水素を利用することもできる。
【００１８】
［適用例４］  適用例１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システムであって、
前記空間に存在するガスの圧力を、前記燃料電池内のアノードガスの圧力よりも低くなるように制御するガス圧制御部を、さらに備えることを特徴とする燃料電池システム。
【００１９】
このようにすると、容器内の空間から燃料電池のアノードへのガスの流入が抑制される。したがって、容器内の空間に存在する酸素が、アノードへ流入することによって、アノードにおいて水素と酸素が直接反応することを、抑制することができる。
【００２０】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、燃料電池１０を内部に収納する容器２０と、アノードガス(燃料ガス)としての水素を給排する水素給排系と、カソードガス(酸化剤ガス)としての空気を供給する空気供給系と、カソード排ガス中の酸素を消費して、容器内の空間に放出する低酸素ガス放出系と、容器内の空間に存在するガスを排出するガス排出系と、制御部８０と、を主に備える。
【００２２】
図１に示すように、水素給排系は、水素タンク３０と、第１の水素供給用配管３１と、アノード排ガス排出用配管４０と、を備える。水素タンク３０に貯蔵された高圧水素は、水素タンク３０の出口に設けられたシャットバルブ３４、第１の水素供給用配管３１に設けられたレギュレータ３５によって圧力、および、供給量が調整されて、第１の水素供給用配管３１を介して、燃料電池１０のアノード(図示せず)に供給される。そして、アノードからの排気ガス（以下、アノード排ガスと呼ぶ）は、アノード排ガス排出用配管４０を介して、容器２０外に排出される。アノード排ガスには、アノードにおける電極反応に使用されなかった水素以外に、例えば、カソード側から電解質膜を介して透過してきた窒素（空気中の）や、逆拡散によりカソード側から移動してきた生成水の水蒸気等が含まれる。なお、アノード排ガス排出用配管４０には、圧力センサ４１が設けられている。
【００２３】
水素タンク３０に貯蔵された高圧水素の代わりに、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノードに供給するものとしてもよい。
【００２４】
本実施例における水素タンク３０、第１の水素供給用配管３１、シャットバルブ３４、レギュレータ３５が、請求項におけるアノードガス供給部に、相当する。
【００２５】
図１に示すように、空気供給系は、コンプレッサ５０と、空気供給用配管５１と、を備える。コンプレッサ５０によって圧縮された圧縮空気が、空気供給用配管５１を介して、酸素を含有したカソードガスとして、燃料電池１０のカソード(図示せず)に供給される。なお、空気の代わりに、純酸素を用いたり、酸素を含むガスを用いるようにしてもよい。
【００２６】
本実施例におけるコンプレッサ５０、空気供給用配管５１が、請求項におけるカソードガス供給部に相当する。
【００２７】
図１に示すように、低酸素ガス放出系は、カソード排ガス供給用配管６０と、触媒燃焼器６１と、第２の水素供給用配管３３と、低酸素ガス放出用配管６２と、を備える。触媒燃焼器６１は、触媒を利用してカソード排ガス中の酸素を消費させる酸素消費装置である（後に詳述する。）。
【００２８】
カソードからの排気ガス（以下、カソード排ガスと呼ぶ）は、カソード排ガス供給用配管６０を介して、触媒燃焼器６１に供給される。カソード排ガスには、カソードにおける電極反応に用いられなかった空気以外に、例えば、電極反応で生成された生成水の水蒸気等が含まれる。第２の水素供給用配管３３は、第１の水素供給用配管３１から分配器３２を介して分岐して設けられており、水素タンク３０から供給される水素の一部が、触媒燃焼器６１に供給される。触媒燃焼器６１に供給されたカソード排ガス中の酸素は、水素と結びついて水素を燃焼させることによって、消費される。触媒燃焼器６１で酸素が消費され、酸素含有量が低下したカソード排ガス（以下、低酸素ガスという。）は、低酸素ガス放出用配管６２を介して、容器２０と燃料電池１０との間の空間に放出される。
【００２９】
なお、分配器３２は電磁弁を備え、カソード排ガス供給用配管６０には、Ｏ2センサ６３が設けられている。後述する制御部８０によって分配器３２が制御され、電磁弁を開閉することによって触媒燃焼器６１に供給する水素の量が調節されている。
【００３０】
本実施例におけるカソード排ガス供給用配管６０、触媒燃焼器６１、低酸素ガス放出用配管６２、第２の水素供給用配管３３が、請求項における低酸素ガス放出部に相当する。
【００３１】
ガス排出系は、ベルマウス７０と、ガス排出用配管７１と、を備える。容器２０と燃料電池１０との間の空間に存在するガスは、ベルマウス７０、ガス排出用配管７１を通って、容器２０外に排出される。ガス排出用配管７１にはレギュレータ７２が設けられており、後述する制御部８０によってレギュレータ７２が制御され、ガスを排出するタイミングや、排出量が調節されている。
【００３２】
制御部８０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されている。詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ８１と、ＣＰＵ８１で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ８２と、同じくＣＰＵ８１で各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ８３と、各種の信号を入出力する入出力ポート８４等を備える。この制御部８０は、燃料電池システム１００に設けた各種センサ（例えば、圧力センサ４１やＯ2センサ６３）の計測信号等を取得する。また、燃料電池システム１００が備える分配器３２、レギュレータ７２等に駆動信号を出力する。
【００３３】
本実施例におけるベルマウス７０、ガス排出用配管７１が、請求項におけるガス排出部に、制御部８０、レギュレータ７２が、請求項におけるガス圧制御部に、それぞれ相当する。
【００３４】
また、燃料電池１０は、その内部に、冷却水が循環する冷却水流路を備えている（図示せず）。燃料電池１０内部に形成される冷却水流路と、図示しないラジエータとの間で冷却水を循環させることによって、燃料電池１０の内部温度は、所定の温度範囲に保たれる。
【００３５】
Ａ２．燃料電池の構成：
図２は、燃料電池１０の構成を示す説明図である。燃料電池１０は、水素と空気とを用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池である。燃料電池１０は、発電ユニット１４が、セパレータ１５を介在させて複数積層され、その両側から、集電板１３、１６、絶縁板１２、１７、エンドプレート１１、１８によって挟持されて成るスタック構造を有する。発電ユニット１４の積層数は、燃料電池１０に要求される出力に応じて任意に設定可能である。燃料電池１０は、図示を省略したが、テンションプレート等により、積層方向に所定の押圧力がかかった状態で締結されて保持されている。
【００３６】
発電ユニット１４は、固体高分子電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ配置され、触媒層に当接してガス拡散層がそれぞれ配置された膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に配置され、反応ガス流路を形成する多孔体と、から成る。セパレータは、反応ガスを発電ユニット１４に供給し、発電ユニット１４から排出される排ガスを排出する給排路を備える。
【００３７】
エンドプレート１１には、水素供給口１１２、アノード排ガス排出口１１４、および、カソード排ガス排出口１１６が形成されている。エンドプレート１８には、空気供給口（図示しない）が形成されている。水素供給口１１２には、第１の水素供給用配管３１が接続され、アノード排ガス排出口１１４には、アノード排ガス排出用配管４０が接続され、カソード排ガス排出口１１６には、カソード排ガス供給用配管６０が接続される。空気供給口には、空気供給用配管５１が接続される。
【００３８】
集電板１３、１６には、それぞれ出力端子１６ｏ、１８ｏが設けられており、燃料電池１０で発電した電力を出力可能となっている。なお、図２において、集電板１３、１６の間に配置される複数の発電ユニット１４、セパレータ１５のうち、一部について符号を記載し、他は符号の記載を省略している。
【００３９】
図３は、燃料電池１０の容器２０内への取り付け方法を説明するための説明図である。図３に示すように、容器２０内に設けられる支持部２１が、エンドプレート１１に、ボルト２６によって接合されている。同様に、その他の図示されていない支持部２１も、対応するエンドプレート１１、１８に、それぞれ接合されると、図１に示すように、燃料電池１０は、容器２０との間に所定の距離を空けて、容器２０内に固定される。支持部２１と、エンドプレート１１、１８との間には、緩衝材２７が設けられている。緩衝材２７は、容器２０、エンドプレート１１、１８よりも弾性が高いものが用いられる。これにより、燃料電池１０が運転時の温度変化等により変形した場合に、容器２０のそれに伴う変形を緩和することができる。
【００４０】
Ａ３．容器の構成：
図４は、容器２０の外観構成を示す斜視図である。図４では、内部に燃料電池１０が収納され、各配管が接続されている状態を示している。
【００４１】
図４に示すように、容器２０は、上容器２０ｕ、下容器２０ｂとから成る。上容器２０ｕ、下容器２０ｂの開口部には、それぞれ、フランジ部２２ｕ、２２ｂが設けられており、両フランジ部２２ｕ、２２ｂの間に、シール材２５を挟んで、ボルト２３によって締め付けることにより、容器２０を密閉することができる。
【００４２】
上容器２０ｕには、アノード排ガス排出用配管４０が貫通する配管用貫通孔２０２、ガス排出用配管７１が接続される配管接続部（図示しない）が形成されている。下容器２０ｂには、第１の水素供給用配管３１が貫通する配管用貫通孔２０４、空気供給用配管５１が貫通する配管用貫通孔(図示しない)が、形成されている。それらの貫通孔には、各配管を通した場合に、容器２０内のガスが容器２０外へ漏洩するのを防止するために、シール材２４が、それぞれ、設けられている。このように、フランジ部２２ｕ、２２ｂの間、および各貫通孔にシール材を設けることによって、気密性を確保することができる。
【００４３】
また、容器２０は、上容器２０ｕと、下容器２０ｂに分割されているため、容器２０内に収納されている燃料電池１０、触媒燃焼器６１、各配管等のメンテナンスをする際に、容器２０を開けた状態で、それらを取り出したりすることなく、メンテナンスをすることができる。
【００４４】
Ａ４．触媒燃焼器の構成：
図５は、触媒燃焼器６１の概略構成を示す説明図である。触媒燃焼器６１は、触媒燃焼容器６１０と、第１の触媒部６１２と、第２の触媒部６１４と、を備える。図５に示すように、第１の触媒部６１２、第２の触媒部６１４は、触媒燃焼容器６１０の中央付近に、所定の間隔を空けて配置されている。触媒燃焼容器６１０と第１の触媒部６１２との間の第１の空間６１１には、カソード排ガス供給用配管６０を介してカソード排ガスが、第２の水素供給用配管３３を介して水素が供給される。第１の空間６１１において、カソード排ガスと水素が混合されて、第１の触媒部６１２に入る。本実施例において、第１の空間６１１では、カソード排ガスと水素それぞれの流れによって、両者が混合されるが、第１の空間６１１に、両者を混合するための混合機（ミキサー）を設置するようにしてもよい。
【００４５】
第１の触媒部６１２は、セラミックスの担体に、ジルコニアを主成分としたセラミックスベースのウォッシュコートを施し、パラジウムを担持して構成される。第２の触媒部６１４は、第１の触媒部６１２の担体に代えて、ステンレスの担体を用いる。各触媒は、既存の触媒技術を用いて製造することが可能であり、上記した材料に限定されない。
【００４６】
カソード排ガスと水素とが、第１の触媒部６１２に入ると、触媒により、カソード排ガス中の酸素と、水素と、が化合する燃焼反応が促進される。すなわち、カソード排ガス中の酸素が消費される。燃焼後のガスは、第２の触媒部６１４に入り、第１の触媒部６１２で燃焼されず、残っている酸素と水素とが化合して、水素が燃焼される。燃焼後のガス（低酸素ガス）は、触媒燃焼容器６１０と第２の触媒部６１４との間の第２の空間６１５に入り、低酸素ガス放出用配管６２を介して、容器２０と燃料電池１０との間の空間に放出される。
【００４７】
なお、カソード排ガス中の酸素を、より確実に消費させるために、さらに、第３の触媒部、第４の触媒部等を備えるようにしてもよい。
【００４８】
Ｂ．燃料電池システムの動作：
燃料電池１０を運転する場合の燃料電池システム１００の動作について、図１に基づいて説明する。燃料電池１０の運転中、制御部８０は、出力要求に応じて、シャットバルブ３４、レギュレータ３５に駆動信号を送って、それらを調節して、出力要求に応じた量および圧力の水素を、水素タンク３０から第１の水素供給用配管３１を介して、燃料電池１０に供給させる。水素は、燃料電池１０内を流通して、各発電ユニットのアノードに分配され、電極反応に用いられる。発電ユニットにおける電極反応に用いられなかった水素を含むアノード排ガスは、燃料電池１０内を流通し、アノード排ガス排出用配管４０を介して、容器２０外へ排出される。
【００４９】
また、制御部８０は、出力要求（具体的には、燃料電池１０に供給される水素の量）に応じて、コンプレッサ５０に駆動信号を送って、コンプレッサ５０を調節して、燃料電池１０に供給される水素と反応するのに充分な量の酸素を含むように、カソードガスとしての空気を、空気供給用配管５１を介して燃料電池１０に供給させる。空気は、燃料電池１０内を流通して、各発電ユニットのカソードに分配され、電極反応に用いられる。発電ユニットにおける電極反応に用いられなかった酸素を含むカソード排ガスは、燃料電池１０内を流通し、カソード排ガス供給用配管６０を介して触媒燃焼器６１に供給される。
【００５０】
また、触媒燃焼器６１には第２の水素供給用配管３３を介して水素が供給される。燃料電池１０から排出されたカソード排ガスが、触媒燃焼器６１に供給されると共に、触媒燃焼器６１に水素が供給されると、触媒の高い燃焼活性により、水素が、カソード排ガス中の酸素と結びついて燃焼する。したがって、カソード排ガス中の酸素が消費されて酸素濃度が低減され、低酸素ガスが低酸素ガス放出用配管６２を介して容器２０内の空間に放出される。
【００５１】
ここで、制御部８０は、Ｏ2センサ６３からの計測信号に基づいて、カソード排ガス中の酸素を消費するのに必要な水素の量を求める。そして、分配器３２に駆動信号を送って電磁弁を開閉することによって、必要な量の水素を、第１の水素供給用配管３１から第２の水素供給用配管３３へ送る。これにより、カソード排ガス中に含まれる酸素のほとんどが、触媒燃焼器６１で消費される。
【００５２】
容器２０内の空間に存在するガスは、ベルマウス７０、ガス排出用配管７１を介して、容器２０外へ排出される。制御部８０は、圧力センサ４１からの計測信号に基づいて、レギュレータ７２に駆動信号を送って、容器２０内の空間のガスの圧力が、燃料電池１０内のアノードガスの圧力（圧力センサ４１によって計測された圧力）よりも低く、かつ、大気圧よりも高くなるように、調節している。具体的には、低酸素ガスが容器２０内の空間に放出されると、容器２０内の空間のガス圧は、上昇する。制御部８０は、圧力センサ４１によって計測された圧力に基づいて、その圧力よりも低い所定の値を超えないように、レギュレータ７２を制御して、容器２０内の空間に存在するガスを、容器２０外へ排出させて、容器２０内の空間のガス圧を低下させる。なお、燃料電池１０の運転中、常に、容器２０内の空間に存在するガスを、排出し続けて、容器２０内の空間のガス圧を、燃料電池１０内のアノードガス圧よりも低い一定の値に保つようにしてもよい。
【００５３】
Ｃ．実施例の効果：
本実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池１０が容器２０内に収納されており、アノード排ガス中の酸素が触媒燃焼器６１において消費されて、低酸素ガスとして、容器２０と燃料電池１０との間の空間に放出される。そのため、たとえ、容器２０内の空間に燃料電池１０から水素が漏洩したとしても、低酸素ガスによって、水素が希釈される。水素は、酸素と反応して燃焼するおそれがあるが、本実施例の燃料電池システムによれば、容器内の空間に存在する酸素濃度を低減することができるため、容器内の空間において、水素が燃焼するおそれを低減することができる。また、低酸素ガスで水素が希釈されたガスが、大気中に排出されるため、燃料電池１０から漏洩した水素を燃料電池システム１００外へ排出する際の安全性を向上することができる。
【００５４】
また、仮に、容器２０内の空間に存在するガスの圧力が、燃料電池１０内のアノードガスの圧力よりも高くなるように設定されていると、燃料電池１０のシール材に亀裂が生じたり、隙間が生じたりした場合に、容器２０と燃料電池１０の間の空間に存在するガスが、燃料電池１０内に入るおそれがある。その空間に存在する酸素が、燃料電池１０のアノードに入ると、アノード中の水素と反応して、燃焼する可能性がある。そこで、燃料電池システム１００では、容器２０内の圧力を、燃料電池１０内の圧力よりも低くなるように制御している。したがって、その空間に存在する酸素が、燃料電池１０のアノードに入ることが少なくなり、燃料電池１０内で、酸素と水素が直接反応して燃焼する可能性を低減することができる。
【００５５】
また、容器２０内の圧力が、大気圧よりも高くなるように制御されているため、燃料電池１０が容器２０内に収納されず、大気にさらされる場合に比べて、燃料電池１０のシール材に亀裂が生じたり、隙間が生じたりした場合に、燃料電池１０から漏洩する水素の量を低減することができる。
【００５６】
また、燃料電池１０は、容器２０内の空間に存在するガスに覆われる。そのガスには、低酸素ガスが含まれている。低酸素ガスは、触媒燃焼器６１を通る際に、水素の燃焼熱によって温められているため、容器２０外の大気に比べて温度が高い。したがって、燃料電池１０内外の温度差が緩和され、温度差によるシール材の変形、亀裂等を低減させることができ、燃料電池１０から漏洩する水素の量を低減することができる。
【００５７】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５８】
（１）上記した実施例において、カソード排ガス中の酸素を消費させるために、触媒燃焼器を用いたが、ガスタービン燃焼器等の点火源を供える火炎燃焼器を用いてもよい。このようにしても、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
（２）上記した実施例において、触媒燃焼器に、アノードガスとしての水素を導入しているが、アノード排ガスを導入しても良い。このようにしても、アノード排ガス中の水素を、カソードガス中の酸素で燃焼させることによって、酸素を消費させることができる。また、水素以外の可燃性を有するガス（天然ガス等）を導入してもよい。このようにしても、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（３）上記した実施例において、触媒燃焼器を用いて、カソード排ガス中の酸素で水素を燃焼させることによって、カソード排ガス中の酸素を消費させているが、燃焼反応よりも緩やかな酸化反応によって酸素を消費させるようにしてもよい。この場合には、例えば、触媒を利用して酸化反応を促進させる触媒反応器を用いればよい。
【００６１】
（４）上記した実施例において、上下に２分割される容器２０を用いたが、容器の構成は、この構成に限定されず、気密性を確保できる構成であればよい。また、燃料電池１０を、容器２０内に固定する方法も、上記したボトルで固定する方法に限定されず、周知の種々の方法で固定してもよい。このようにしても、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
（５）上記した実施例において、容器２０内の圧力を、レギュレータ７２によって調整しているが、その他の方法で調整してもよい。例えば、レギュレータ７２の代わりにインジェクタを用いてもよい。このようにしても、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池１０の構成を示す説明図である。
【図３】燃料電池１０の容器２０内への取り付け方法を説明するための説明図である。
【図４】容器２０の外観構成を示す斜視図である。
【図５】触媒燃焼器６１の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…燃料電池
１１、１８…エンドプレート
１２、１７…絶縁板
１３、１６…集電板
１４…発電ユニット
１５…セパレータ
１６ｏ…出力端子
２０…容器
２０ｂ…下容器
２０ｕ…上容器
２１…支持部
２２ｕ、２２ｂ…フランジ部
２３、２６…ボルト
２４、２５…シール材
２７…緩衝材
３０…水素タンク
３１…第１の水素供給用配管
３２…分配器
３３…第２の水素供給用配管
３４…シャットバルブ
３５、７２…レギュレータ
４０…アノード排ガス排出用配管
４１…圧力センサ
５０…コンプレッサ
５１…空気供給用配管
６０…カソード排ガス供給用配管
６１…触媒燃焼器
６２…低酸素ガス放出用配管
７０…ベルマウス
７１…ガス排出用配管
８０…制御部
８１…ＣＰＵ
８４…入出力ポート
１００…燃料電池システム
１１２…水素供給口
１１４…アノード排ガス排出口
１１６…カソード排ガス排出口
２０２、２０４…配管用貫通孔
６１０…触媒燃焼容器
６１１…第１の空間
６１２…第１の触媒部
６１５…第２の空間
６１４…第２の触媒部 
【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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