(57)【要約】【課題】この発明は、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池１０のカソード側の構成に、カソード循環機構６０を設ける。燃料電池１０の電圧を電圧計５０で計測し、燃料電池１０のカソード電位が所定電位以上の場合には、カソードオフガスをカソード上流に循環する。【選択図】図１
2009252552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記カソードの電位であるカソード電位を検知する電位検知手段と、
前記電位検知手段が検知したカソード電位が所定電位以上である場合に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記燃料電池の所定の低負荷域における発電中、または／および、前記燃料電池の発電待機中に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記分圧低減手段が、前記カソードの上流を流れるガスに、該上流を流れるガスに比して酸素濃度が低い希釈ガスを添加することにより、該カソードに流入するガスの酸素分圧を低減することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記カソードから排出されたカソードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記アノードから排出されたアノードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記カソードの上流に、水素と酸素との反応を促進する反応促進手段が配置され、
前記アノードオフガスが添加されたガスが、前記反応促進手段を経由して前記カソードへと流入することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
ガスの入口と出口を備え、内部を通過するガス中の酸素の量を選択的に低減することができる酸素低減機構をさらに備え、
前記分圧低減手段が、前記酸素低減機構を介して前記カソードにガスを流入させることにより、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減す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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００７−１１５５３３号公報に開示されているように、システムの停止時にカソード内のガスを静止させる燃料電池システムが知られている。特許文献１では、システムを停止する際にガスを静止させることによりカソード電位を低下させ、燃料電池の電圧が実質的に零になったときに停止操作を終了している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１５５３３号公報
【特許文献２】特開２００５−１００８４６号公報
【特許文献３】特開２００５−２５１４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カソード電位が高すぎると、燃料電池の劣化を招くおそれがあり好ましくない。燃料電池の低負荷域での発電中や、燃料電池が開回路（Open Circuit）を形成して発電に備えている状態（発電待機中）では、通常発電中に比して、燃料電池のカソード電位が高くなる。燃料電池の劣化を防ぐ観点からは、カソード電位が高い場合には必要に応じてカソード電位を低下させたい。
【０００５】
特許文献１には、カソード内のガスを静止させることによりカソード電位を低下させる手法が記載されている。しかしながら、カソード内のガスの流れを止めてしまうと、その後の負荷変動や発電再開要求に対して迅速な対応をとることが困難になる。すなわち、システムの応答性が低下してしまう。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができ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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記カソードの電位であるカソード電位を検知する電位検知手段と、
前記電位検知手段が検知したカソード電位が所定電位以上である場合に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記燃料電池の所定の低負荷域における発電中、または／および、前記燃料電池の発電待機中に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記分圧低減手段が、前記カソードの上流を流れるガスに、該上流を流れるガスに比して酸素濃度が低い希釈ガスを添加することにより、該カソードに流入するガスの酸素分圧を低減することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記カソードから排出されたカソードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記アノードから排出されたアノードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記カソードの上流に、水素と酸素との反応を促進する反応促進手段が配置され、
前記アノードオフガスが添加されたガスが、前記反応促進手段を経由して前記カソードへと流入することを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第１乃至６の発明のいずれか１つにおいて、
ガスの入口と出口を備え、内部を通過するガス中の酸素の量を選択的に低減することができる酸素低減機構をさらに備え、
前記分圧低減手段が、前記酸素低減機構を介して前記カソードにガスを流入させることにより、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
カソード電位は、カソード内のガスの酸素分圧を低減することにより、低下させることができる。
【００１５】
第１の発明によれば、カソード電位が高くなりすぎた場合に、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させることにより、カソード内のガスの流れを保ちつつカソード電位を低下させることができる。これにより、カソード電位を低下している最中に出力増加要求や発電再開要求があった場合、速やかにこれらの要求に応えることができる。その結果、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１６】
第２の発明によれば、カソード電位が高くなるおそれが高い状況である低負荷域発電中や発電待機中に、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させることにより、カソード内のガスの流れを保ちつつカソード電位を低下させることができる。これにより、カソード電位を低下している間に出力増加要求や発電再開要求があった場合に、速やかにこれらの要求に応えることができる。その結果、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１７】
第３の発明によれば、カソードに流入するガスの酸素濃度を低減することにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を選択的に低減することができる。
【００１８】
第４の発明によれば、発電によって酸素が消費されて酸素濃度が低下したカソードオフガスを、酸素濃度希釈用の希釈ガスとして用いることができる。
【００１９】
第５の発明によれば、アノードオフガスを、酸素濃度希釈用の希釈ガスとして用いることができる。しかも、カソードの触媒において、アノードオフガス中の水素が、カソードに流れ込んだガス中の酸素と反応することにより、発電反応に寄与する酸素の量を低減してカソード電位を低下させることができる。
【００２０】
第６の発明によれば、第４の発明において、カソード上流で水素と酸素とを予め反応させることにより、カソード流入前の段階で、カソードに流れ込むガス中の酸素量を低減しておくことができる。
【００２１】
第７の発明によれば、酸素低減機構を経由させて酸素濃度が低下したガスをカソードに流入させることにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を選択的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明にかかる実施の形態１の燃料電池システムの構成図である。燃料電池システムは、燃料電池１０を備えている。燃料電池１０が発電した電力は、例えば、モータ等の負荷に供給したり、図示しないバッテリに蓄えたりすることができる。例えば、燃料電池システムを補助的に使用する燃料電池車両の場合、燃料電池１０の電力をバッテリに供給しつつ、バッテリから車両駆動用モータに電力を供給することができる。
【００２３】
通常、燃料電池１０は、複数の単位燃料電池（以下、簡略に「単位セル」と称す）を積層してなる燃料電池スタックとして使用される。単位セルは、図示は省略するが、膜電極接合体を一対の集電板で挟んだ構成になっている。膜電極接合体は、固体高分子電解質膜の両面に触媒が一体化されたものである。集電板は、隣接する２枚の膜電極接合体の間を仕切るセパレータとしても機能している。各単位セルは、アノードに燃料ガスとしての水素の供給を受けカソードに空気の供給を受けて、水素と酸素の電気化学的反応によって発電する。
【００２４】
燃料電池１０には、水素供給源（図１のH２）から水素を供給するための水素供給管２０が接続されている。水素供給源は、例えば、高圧の水素を貯留した水素タンクとすることができる。水素供給管２０の途中には、水素の供給量を適宜に調節可能なインジェクタ２２が配置されている。燃料電池１０に供給された水素は、燃料電池１０内に形成された供給マニホールド（図示略）によって各単位セルのアノードに分配される。
【００２５】
燃料電池１０は、アノードオフガスを抜き出すための排気管２４を備えている。この排気管２４は、燃料電池１０内に形成された排気マニホールド（図示略）を介して、各単位セルのアノードに接続されている。排気管２４には、気液分離器２６と排気排水弁２８とが順次配置されている。
【００２６】
実施の形態１の燃料電池システムは、アノードにおいてガスを循環させるタイプのシステムである。実施の形態１では、水素ポンプ３０の吸入口が気液分離器２６と接続し、水素ポンプ３０の吐出口が水素供給管２０と接続し、アノードオフガスをアノードの上流へと循環させる。
【００２７】
また、燃料電池１０には、カソードに空気を供給するための空気供給管４０が接続されている。空気供給管４０にはエアポンプ４２が配置されている。エアポンプ４２の作動によって空気供給管４０に空気が取り込まれ燃料電池１０に供給される。燃料電池１０に供給された空気は、燃料電池１０内に形成された供給マニホールドによって各単位セルのカソードに分配される。
【００２８】
各単位セルのカソードを通過した空気は、燃料電池２内に形成された排気マニホールドに集められて排気管４４に排出される。カソードを通過する過程で空気中の酸素が発電に消費される。排気管４４には、カソード通過済みのガスであるカソードオフガスが排出される。排気管４４には、下流側に向かって、調圧弁４６と気液分離器４８が順次設けられている。
【００２９】
実施の形態１の燃料電池システムは、カソード循環機構６０を備えている。カソード循環機構６０は、管路６２と、管路６２に備えられたカソード循環弁６４とを有する。管路６２は、排気管４４の気液分離器４８下流側の部位と、空気供給管４０のエアポンプ４２吸入口側の部位とを接続する。カソード循環弁６４の開閉により、カソードオフガスを適宜にカソードの上流側へと循環させることができる。
【００３０】
実施の形態１の燃料電池システムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５２と、燃料電池１０の発電状態を検知するための電圧計５０および電流計５４とを備えている。各計器の出力は、ＥＣＵ５２に入力される。また、ＥＣＵ５２は、カソード循環弁６４と接続し、カソード循環弁６４を制御する。
【００３１】
［実施の形態１の動作］
以下、実施の形態１の燃料電池システムの動作を説明する。燃料電池１０の低負荷域での発電中や、燃料電池１０が開回路（Open Circuit）を形成している発電待機中には、通常発電中に比して、燃料電池１０のカソードの電位（以下、「カソード電位」と称す）が高くなる。カソード電位が高くなりすぎると、燃料電池１０の内部構造の劣化を招くおそれがある。このため、必要に応じて、カソード電位を低下させることが好ましい。
【００３２】
カソード電位は、カソード内のガスの酸素分圧を低減することにより、低下させることができる。そこで、実施の形態１では、燃料電池１０の劣化が懸念される程度までカソード電位が高くなっている場合には、通常運転時に比して、カソードに流入する空気の酸素分圧を低くする。これにより、カソード電位を低下させることができる。
【００３３】
ところで、低負荷域での発電中や発電待機中に、急遽、負荷変動や発電再開要求が発生することが考えられる。これに速やかに対処するためには、システムの応答性が良好であることが重要である。仮に、カソード内部で、ガスの流れが失われていたり、ガスの流動具合が通常運転状態から乖離しすぎていたりすると、通常発電時に必要な程度のガス流れを生じさせるために時間がかかってしまう。その結果、発電状態への復帰が遅れてしまう。システムの応答性を高く保つ観点からは、カソードの内部でのガスの流れが十分に維持されていることが望ましい。
【００３４】
実施の形態１によれば、燃料電池１０のカソードに対する空気の供給を継続しつつ、酸素分圧を低減することができる。従って、カソード内のガスの流れは維持された状態で、カソード電位を低下させることができる。これにより、システムの応答性を良好に維持しつつ、燃料電池１０のカソードの劣化を抑制することができる。
【００３５】
特に、実施の形態１によれば、空気に対して、低酸素濃度の希釈用のガス（以下、「希釈ガス」とも称す）を添加し、その結果得られた低酸素分圧のガスを、燃料電池１０のカソードに供給することができる。具体的には、実施の形態１では、カソード電位が高い場合に、カソード循環弁６４を開くことにより、エアポンプ４２が、空気とともにカソードオフガスを取り込んで燃料電池１０側に吐出する。空気とカソードオフガスとが混合した結果得られた低酸素分圧のガスを、燃料電池１０のカソードに対して供給できる。
【００３６】
更に、実施の形態１では、希釈ガスとして、カソードオフガスを用いている。カソードオフガスは、発電により酸素が消費された、低酸素濃度のガスである。実施の形態１では、このカソードオフガスを有効利用することができる。
【００３７】
［実施の形態１の具体的処理］
以下、図２を用いて、実施の形態１の燃料電池システムの具体的処理を説明する。図２は、実施の形態１においてＥＣＵ５２が実行するルーチンのフローチャートである。なお、実施の形態１では、始めにカソード循環弁６４が閉じられているものとする。
【００３８】
なお、実施の形態１では、電圧計５０が示す電圧値を用いて、カソード電位が燃料電池１０の劣化を招くほどに高いかどうかを判定する。アノードが水素で満たされている場合、燃料電池の電圧値をカソード電位の指標として利用することができる。但し、電圧計５０の電圧値を基礎にして計算を行うなどして、更に精度良くカソード電位を把握してもよい。
【００３９】
図２に示すルーチンでは、先ず、燃料電池１０の電圧値が取得される（ステップＳ１００）。具体的には、ＥＣＵ５２が、電圧計５０の出力値を取得する。実施の形態１では、ステップＳ１００の処理が継続的に実行されており、燃料電池１０の電圧が常時監視されているものとする。
【００４０】
次に、ステップＳ１００で取得された電圧値が、所定の電圧以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。このステップにより、現在の燃料電池１０のカソード電位が、燃料電池１０の劣化を招くほどに高くなっているか否かが判別される。判定に用いるための所定の電圧は、予め実験或いはシミュレーションなどにより、決定しておけばよい。
【００４１】
ステップＳ１０２の条件が成立している場合には、カソード循環弁６４を開く処理が実行される（ステップＳ１０４）。このステップでは、ＥＣＵ５２が制御信号を発し、カソード循環弁６４が開放され、その結果、カソードオフガスがエアポンプ４２の吸入口側へと添加される。その結果、空気とカソードオフガスとの混合ガスが燃料電池１０のカソードに供給されるようになり、空気に比して酸素分圧が低減されたガスが、カソードへと流入するようになる。その後、今回のルーチンが終了し、ステップＳ１００へと処理がリターンする。
【００４２】
ステップＳ１０２の条件が不成立の場合には、カソード循環弁６４を閉じる処理が実行される（ステップＳ１０６）。このステップでは、現在カソード循環弁６４が開かれている場合には、カソード循環弁６４が閉じられ、現在カソード循環弁６４が閉じられている場合には、そのまま閉状態が維持される。これにより、酸素分圧の低減措置が解除され、カソードに対して通常通り空気のみが供給されるようになる。ステップＳ１０６実行後は、今回のルーチンが終了し、ステップＳ１００へと処理がリターンする。
【００４３】
以上の処理によれば、燃料電池１０のカソードが高電位である状況を確実に検出し、カソード循環弁６４の開閉を的確に行うことができる。燃料電池１０の劣化を抑制し、かつ、システムの応答性も確保しながら、燃料電池システムを運転することができる。また、実施の形態１によれば、カソード循環弁６４の開閉に伴って酸素分圧低減の実行と停止を即座に切り換えることができるため、システムの応答性を高く維持することが可能である。
【００４４】
尚、上述した実施の形態１では、燃料電池１０が前記第１の発明における「燃料電池」に、電圧計５０が前記第１の発明における「電位検知手段」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１では、空気供給管４０およびエアポンプ４２により前記第１の発明における「カソードガス供給機構」が実現され、図２のルーチンのステップＳ１０２およびＳ１０４の各処理に従ってカソード循環機構６０が制御されることにより、前記第１の発明における「分圧低減手段」が実現されている。
【００４５】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、アノードを経由してガス（水素）を循環させるタイプの燃料電池システムを対象にした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。実施の形態１とは異なり、アノードを経由してガスを循環させない、いわゆる循環レス型の燃料電池システムが知られている。このような循環レス型の燃料電池システムに対して、カソード循環機構６０（つまり、管路６２およびカソード循環弁６４）を設けて、実施の形態１と同様の処理を実行することができる。
【００４６】
（第２変形例）
実施の形態１では、カソードオフガスを、酸素分圧を低減するための希釈ガスとして利用した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。燃料電池１０の通常運転時にカソードに供給されるガス（実施の形態１では空気）に比して、酸素濃度が十分に低いあるいはほぼ零のガスを、希釈ガスとして利用することができる。このようなガスを、例えばタンクに個別に貯留するなどして用いても良い。
【００４７】
（第３変形例）
実施の形態１では、カソード電位を電圧計５０が示す電圧値に基づいて検知して、検知した電圧値の大きさに応じてカソード循環弁６４を開閉した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。電圧値の実測に代えて（又はそれと共に）、下記の手法に従って、カソード循環弁６４を制御してもよい。
【００４８】
(i)負荷状態の検知よる判定
燃料電池１０が低負荷で発電している場合、燃料電池１０のカソード電位が高くなるのが普通である。そこで、第３変形例では、燃料電池１０の負荷状態に基づいて、燃料電池１０の劣化を招くほどにカソード電位が高くなっているか否かを、間接的に判別する。
【００４９】
先ず、燃料電池１０を低負荷状態で発電させつつカソード電位を計測することにより、燃料電池１０の劣化を招くほどに高くなるような低負荷域を予め把握しておく。燃料電池システムの現在の負荷が、特定した低負荷域にあるか否かを、継続的に監視すればよい。
【００５０】
具体的には、第３変形例では、実施の形態１のシステム構成において、電流計５４が計測した電流値が、所定値以下であるか否かを判定する。電流値が所定値以下の場合には、燃料電池１０が劣化の恐れがある低負荷域で運転されていると判定して、実施の形態１と同様にステップＳ１０４の動作を実行すればよい。これにより、カソード電位が高くなるおそれが高い状況である低負荷域発電中に、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させることができる。
【００５１】
(ii)発電待機中か否かに基づく判定
通常、燃料電池１０内部においてアノードに水素が存在しカソードに空気が存在し、かつ、燃料電池１０が開回路（Open Circuit）を形成して発電に備えている状態（以下、「発電待機中」とも称す）では、カソード電位が１Ｖ付近になる。このような状態では、燃料電池１０の劣化が懸念される。
【００５２】
そこで、第３変形例では、燃料電池１０が発電待機中であれば、燃料電池１０の劣化を招くほどにカソード電位が高くなっていると判定する。具体的には、第３変形例では、燃料電池１０に対する負荷が零である場合には、実施の形態１と同様にステップＳ１０４の動作を実行する。これにより、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させて、カソード電位を低下させることができる。
【００５３】
なお、燃料電池を補助動力源として使用しバッテリーを主動力源として使用する複合的なシステムでは、バッテリーから電力が取り出されて燃料電池の発電が停止された状態が、この「発電待機中」に含まれる。
【００５４】
尚、上述した第３変形例では、予め特定した、燃料電池１０の劣化を招くほどにカソード電位が高くなるような低負荷域が、前記第２の発明における「所定の低負荷域」に相当している。また、上述した第３変形例では、燃料電池１０が開回路（Open Circuit:ＯＣ）を形成している状態が、前記第２の発明における「発電待機中」に相当している。
【００５５】
実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
図３は、実施の形態２の燃料電池システムの構成図である。実施の形態２は、カソード循環機構６０に代えて、管路１６０および戻し弁１６２を備えている点で、実施の形態１と相違する。また、実施の形態２は、エアポンプ４２と燃料電池１０との間に燃焼反応室１４２が備えられている点で、実施の形態１と相違する。その他、実施の形態２において実施の形態１と共通する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図３に示すように、実施の形態２では、管路１６０が、排気管２４の排気排水弁２８下流の部位と、エアポンプ４２の吸入口側とを接続している。管路１６０を介して、燃料電池１０のアノードから排出されるアノードオフガスを、燃料電池１０のカソードの上流へと供給することができる。戻し弁１６２を適宜に開閉することにより、アノードオフガスの供給を所望のタイミングで行うことができる。
【００５７】
なお、戻し弁１６２は、カソード循環弁６４と同様に、ＥＣＵ５２からの制御信号により制御される。尚、通常運転中に排気排水弁２８を閉じている場合には、戻し弁１６２の開閉時に、排気排水弁２８も開くようにする。燃焼反応室１４２は、内部に水素と酸素が流入した場合、この水素および酸素の反応を促進することができる。
【００５８】
［実施の形態２の動作］
アノードオフガスの中身は、いわゆるクロスリークによりアノードに透過してきた窒素等の発電非関与ガスや、発電に消費されずアノードを通過した水素などである。実施の形態２では、実施の形態１でカソードオフガスが担っていた希釈ガスとしての役割を、アノードオフガスに代替させる。これにより、実施の形態１と同様に、燃料電池１０のカソードに酸素分圧が低いガスを供給してカソード電位を低下させることができる。よって、実施の形態１と同様に、システムの応答性を確保しながら燃料電池１０の劣化を抑制することができる。
【００５９】
また、実施の形態２では、燃焼反応室１４２あるいは燃料電池１０のカソードの触媒層によって、アノードオフガスに含まれる水素と、空気中の酸素とが反応する。これにより、発電反応に寄与する酸素の量を低減し、カソード電位を効果的に低下させることが可能である。特に、実施の形態２では、燃焼反応室１４２を設けておくことによって、アノードオフガス中の水素と空気中の酸素とを、燃料電池１０に流れ込む前の段階で反応させることができる。
【００６０】
［実施の形態２の具体的処理］
以下、図４を用いて、実施の形態２の燃料電池システムの具体的処理を説明する。図４は、実施の形態２においてＥＣＵ５２が実行するルーチンのフローチャートである。図４のフローチャートのうちステップＳ１００およびＳ１０２の処理は図２のフローチャートと同じであるため、説明を省略する。
【００６１】
図４のフローチャートでステップＳ１０２の条件が成立した場合には、戻し弁１６２が開かれる（ステップＳ２０４）。これにより、アノードオフガスが空気に添加され、エアポンプ４２はそれらの混合ガスを下流に吐出するようになる。燃焼反応室１４２により水素と酸素が反応し、最終的に、低酸素分圧のガスが燃料電池１０に流入する。その後、今回のルーチンが終了する。
【００６２】
ステップＳ１０２の条件が不成立の場合には、戻し弁１６２が閉状態に設定される（ステップＳ２０６）。これにより、酸素分圧の低減措置が解除され、カソードに対して通常通り空気のみが供給されるようになる。その後、今回のルーチンが終了する。
【００６３】
以上の処理によれば、実施の形態１と同様に、燃料電池１０の劣化を抑制し、かつシステムの応答性を良好に維持しながら、燃料電池システムを運転することができる。
【００６４】
尚、上述した実施の形態２では、図４のルーチンのステップＳ１０２およびＳ２０４の各処理に従って戻し弁１６２が制御されることにより、前記第１の発明における「分圧低減手段」が実現されている。
【００６５】
［実施の形態２の変形例］
（第１変形例）
実施の形態２の燃料電池システムは、燃焼反応室１４２を備えている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、燃焼反応室１４２を備えなくとも良い。この場合には、燃料電池１０のカソードの触媒層で、アノードオフガスに含まれる水素と、空気中の酸素との反応を生じさせることができる。
【００６６】
（第２変形例）
実施の形態１の変形例で説明したのと同様に、実施の形態２を循環レス型の燃料電池システムに適用することができる。循環レス型の燃料電池システムは、更に、デッドエンド型システムと、少量排気型システムとに分類することができる。デッドエンド型システムは、燃料電池のアノードの下流を閉塞した状態で、発電を行うシステムである。少量排気型システムは、燃料電池のアノードの下流から極微少量のガスを排出しながら、発電を行うシステムである。これらのシステムにおいても、実施の形態２と同様に、戻し弁１６２を介してアノード下流とカソード上流とを管路で接続し、戻し弁１６２を適宜開閉すればよい。
【００６７】
（第３変形例）
実施の形態２でも、実施の形態１の変形例で述べたのと同様に、(i)負荷状態の検知よる判定や、(ii)発電待機中か否かに基づく判定を行うことができる。
【００６８】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、必要に応じてカソードオフガスやアノードオフガスといった希釈ガスを添加することにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を低減している。これに対し、実施の形態３では、酸素を選択的に取り除く機構をシステムに加えて、必要に応じてこの機構を介してカソードに空気を流入させることにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する。
【００６９】
酸素を選択的に取り除く機構には、例えば、酸素を選択的に捕捉するフィルタや、酸素分子を吸着する吸着剤など、種々の機構を用いることができる。カソードが高電位と認められる状況下では、このようなフィルタ等を介して空気を流し、通常発電中は、このようなフィルタ等を介さずに（バイパスして）空気を流せばよい。
【００７０】
また、実施の形態２のシステム構成において、燃焼反応室１４２に対して水素を供給可能としておき、必要に応じて水素を添加するようにしてもよい。この場合には、燃焼反応室１４２が、水素を添加されている期間に限って、酸素を選択的に取り除く機構として機能している。
【００７１】
実施の形態３によっても、実施の形態１および２と同様に、カソードに流入するガスの酸素分圧を選択的に低減して、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００７２】
尚、上記説明した実施の形態３では、フィルタ、吸着剤、燃焼反応室１４２が、前記第７の発明における「酸素低減機構」として挙げられている。
【００７３】
尚、上述した実施の形態１乃至３は、それぞれを個別に利用するのみならず、２つ以上を組み合わせて利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池システムの構成図である。
【図２】実施の形態１で実行される具体的処理を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態２の燃料電池システムの構成図である。
【図４】実施の形態２で実行される具体的処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１０  燃料電池
２０  水素供給管
２２  インジェクタ
２４  排気管
２６  気液分離器
２８  排気排水弁
３０  水素ポンプ
４０  空気供給管
４２  エアポンプ
４４  排気管
４６  調圧弁
４８  気液分離器
５０  電圧計
５４  電流計
６０  カソード循環機構
６２  管路
６４  カソード循環弁
１４２  燃焼反応室
１６０  管路
１６２  戻し弁
【図１】
2009252552.tif 000003
【図２】
2009252552.tif 000004
【図３】
2009252552.tif 000005
【図４】
2009252552.tif 000006