JP2003142134A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】迅速な起動を行うと共に、電解質膜の劣化を低
減させる。 【解決手段】空気が流れる空気供給管（20）を燃料電池
（10）の酸素極側ガス通路（11）に接続する。原料ガス
から水素主体の燃料ガスを生成する改質装置（30）が設
けられた水素供給管（21）を燃料電池（10）の水素極側
ガス通路（12）に接続する。混合手段（80）を空気供給
管（20）と水素供給管（21）における改質装置（10）の
下流側とに接続する。混合手段（80）は、起動運転時に
電極触媒上で燃料ガス中の水素を酸化反応させるため
に、空気供給管（20）の空気と水素供給管（21）の燃料
ガスとを混合して燃料電池（10）に流入させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、特に、起動制御対策に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開２０００−２５１９１４
号公報に開示されているように、原料ガスを改質装置で
改質して燃料ガスを生成し、該燃料ガスを燃料電池に供
給して電気エネルギを得る燃料電池システムが知られて
いる。改質装置では、メタンやメタノール等の原料ガス
から水素が生成されると共に一酸化炭素を削減すること
により、水素を主成分とする燃料ガスが得られる。燃料
電池は、酸素極側と水素極側とが電解質膜で区画されて
形成されるもので、その酸素極側に酸素含有ガスが、ま
た水素極側に燃料ガスがそれぞれ供給されるようになっ
ている。そして、燃料ガスが改質装置から燃料電池の水
素極側へ送られると、燃料ガスの主成分である水素が、
電極触媒（主に白金）上で酸素と反応して電気エネルギ
を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記燃料電池システム
においては、改質装置で一酸化炭素濃度を低減している
ものの、燃料ガスには一酸化炭素が含まれているため
に、運転温度（例えば、８０℃）以下で燃料電池内に燃
料ガスを流すと、水素極の電極触媒が一酸化炭素被毒に
より活性を失ってしまう。上記開示された燃料電池シス
テムでは、起動時に改質装置でバーナ等により加熱を行
う方法が記載されているが、この方法でも運転温度まで
昇温するのに相当の時間を要する。したがって、燃料電
池内が上記運転温度まで昇温するまで燃料電池に燃料ガ
スを流すことができず、起動するのに相当の時間を要す
るという問題があった。

【０００４】そこで、起動運転時に燃料電池を昇温させ
るようにしてもよいが、単に昇温させるのみでは電解質
膜が乾燥してしまう。したがって、起動運転時の乾燥に
よる電解質膜の収縮、発電運転中の湿潤による電解質膜
の膨張が繰り返されることにより、電解質膜と電極との
接合体の劣化を速めてしまうという問題が生じる。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、燃料電池システムに所定の改良を施すことで、
迅速な起動を行うと共に、電解質膜と電極との接合体の
劣化を低減させることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、起動運転時に
酸素含有ガスと燃料ガスとを混合して燃料電池（10）に
流入させるようにしたものである。

【０００７】具体的に、第１の解決手段は、酸素含有ガ
スを供給する酸素通路（20）と、原料ガスから水素主体
の燃料ガスを生成する改質装置（30）が設けられた水素
通路（21）と、電解質膜と電極との接合体によって酸素
極側（11）と水素極側（12）とに区画される一方、酸素
極側（11）が上記酸素通路（20）の下流端に接続され、
水素極側（12）が上記水素通路（21）の下流端に接続さ
れた燃料電池（10）と、起動運転時に燃料電池（10）の
電極触媒上で燃料ガス中の水素を酸化反応させるため
に、酸素通路（20）の酸素含有ガスと水素通路（21）の
燃料ガスとを混合して燃料電池（10）に流入可能に構成
された混合手段（80）とを備えている。

【０００８】また、第２の解決手段は、上記第１の解決
手段において、混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料
ガスとの混合ガスを燃料電池（10）の水素極側（12）に
のみ流入させるように構成されている。

【０００９】また、第３の解決手段は、上記第１の解決
手段において、混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料
ガスとの混合ガスを燃料電池（10）の酸素極側（11）に
のみ流入させるように構成されている。

【００１０】また、第４の解決手段は、上記第１の解決
手段において、混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料
ガスとの混合ガスを燃料電池（10）の酸素極側（11）及
び水素極側（12）に流入させるように構成されている。

【００１１】また、第５の解決手段は、上記第１から第
４の何れか１つの解決手段において、混合手段（80）
は、酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させる混
合器（81）と、上記酸素通路（20）における混合器（8
1）の接続部の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた
酸素開閉機構（88,89）と、上記水素通路（21）におけ
る混合器（81）の接続部の上流側及び下流側にそれぞれ
設けられた水素開閉機構（90,91）と、酸素バイパス開
閉機構（84）が設けられ、上記酸素開閉機構（88,89）
及び混合器（81）の接続部をバイパスするように該酸素
通路（20）に接続された酸素バイパス通路（82）と、水
素バイパス開閉機構（85）が設けられ、上記水素開閉機
構（90,91）及び混合器（81）の接続部をバイパスする
ように該水素通路（21）に接続された水素バイパス通路
（83）とを備えて構成されている。

【００１２】また、第６の解決手段は、上記第１から第
４の何れか１つの解決手段において、混合手段（80）
は、酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させる接
続通路（93）と、上記該接続通路（93）に設けられた接
続開閉機構（94）と、上記酸素通路（20）における接続
通路（93）の接続部の上流側及び下流側にそれぞれ設け
られた酸素開閉機構（88,89）と、上記水素通路（21）
における接続通路（93）の接続部の上流側及び下流側に
それぞれ設けられた水素開閉機構（90,91）とを備えて
構成されている。

【００１３】また、第７の解決手段は、上記第１から第
６の何れか１つの解決手段において、発電運転中に酸素
含有ガスと燃料ガスとの混合ガスを燃料電池（10）の水
素極側（12）に流入可能に構成された再生制御手段（10
2）を備えている。

【００１４】また、第８の解決手段は、酸素含有ガスを
供給する酸素通路（20）と、上記酸素通路（20）に設け
られ、酸素含有ガスを加熱する加熱手段（57）と、上記
酸素通路（20）に設けられ、酸素含有ガスを加湿する加
湿手段（49）と、原料ガスから水素主体の燃料ガスを製
造する改質装置（30）が設けられた水素通路（21）と、
電解質膜と電極との接合体によって酸素極側（11）と水
素極側（12）とに区画される一方、酸素極側（11）が上
記酸素通路（20）における加熱手段（57）及び加湿手段
（49）の下流側に接続され、水素極側（12）が上記水素
通路（21）における改質装置（30）の下流側に接続され
た燃料電池（10）とを備えている。

【００１５】また、第９の解決手段は、上記第８の解決
手段において、酸素通路（20）における加熱手段（57）
及び加湿手段（49）の下流側と水素通路（21）における
改質装置（30）の下流側とに接続され、酸素通路（20）
の酸素含有ガスと水素通路（21）の燃料ガスとを混合可
能に構成された混合手段（80）を備えている。

【００１６】また、第１０の解決手段は、上記第９の解
決手段において、混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃
料ガスとの混合ガスを燃料電池（10）の水素極側（12）
にのみ流入させるように構成されている。

【００１７】また、第１１の解決手段は、上記第９の解
決手段において、混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃
料ガスとの混合ガスを燃料電池（10）の酸素極側（11）
にのみ流入させるように構成されている。

【００１８】また、第１２の解決手段は、上記第９の解
決手段において、混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃
料ガスとの混合ガスを燃料電池（10）の酸素極側（11）
及び水素極側（12）に流入させるように構成されてい
る。

【００１９】また、第１３の解決手段は、上記第９から
第１２の何れか１つの解決手段において、混合手段（8
0）は、酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させ
る混合器（81）と、上記酸素通路（20）における混合器
（81）の接続部の上流側及び下流側にそれぞれ設けられ
た酸素開閉機構（88,89）と、上記水素通路（21）にお
ける混合器（81）の接続部の上流側及び下流側にそれぞ
れ設けられた水素開閉機構（90,91）と、酸素バイパス
開閉機構（84）が設けられ、上記酸素開閉機構（88,8
9）及び混合器（81）の接続部をバイパスするように該
酸素通路（20）に接続された酸素バイパス通路（82）
と、水素バイパス開閉機構（85）が設けられ、上記水素
開閉機構（90,91）及び混合器（81）の接続部をバイパ
スするように該水素通路（21）に接続された水素バイパ
ス通路（83）とを備えて構成されている。

【００２０】また、第１４の解決手段は、上記第９から
第１２の何れか１つの解決手段において、混合手段（8
0）は、酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させ
る接続通路（93）と、上記接続通路（93）に設けられた
接続開閉機構（94）と、上記酸素通路（20）における接
続通路（93）の接続部の上流側及び下流側にそれぞれ設
けられた酸素開閉機構（88,89）と、上記水素通路（2
1）における接続通路（93）の接続部の上流側及び下流
側にそれぞれ設けられた水素開閉機構（90,91）とを備
えて構成されている。

【００２１】また、第１５の解決手段は、上記第９から
第１４の何れか１つの解決手段において、発電運転中に
酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガスを燃料電池（10）
の水素極側（12）に流入可能に構成された再生制御手段
（102）を備えている。

【００２２】また、第１６の解決手段は、上記第５又は
第１３の解決手段において、運転を停止するときに、酸
素通路（20）における混合器（81）の接続部の上流側に
設けられた酸素開閉機構（88）と、水素通路（21）にお
ける混合器（81）の接続部の下流側に設けられた水素開
閉機構（91）とを開放すると共に、酸素通路（20）にお
ける混合器（81）の接続部の下流側に設けられた酸素開
閉機構（89）と、水素通路（21）における混合器（81）
の接続部の上流側に設けられた水素開閉機構（90）と、
酸素バイパス開閉機構（84）と、水素バイパス開閉機構
（85）とを閉鎖する停止制御手段（103）を備えてい
る。

【００２３】また、第１７の解決手段は、上記第５又は
第１３の解決手段において、運転を停止するときに、水
素通路（21）における混合器（81）の接続部の下流側に
設けられた水素開閉機構（91）と、酸素開閉機構（88,8
9）とを開放すると共に、水素通路（21）における混合
器（81）の接続部の上流側に設けられた水素開閉機構
（90）と、酸素バイパス開閉機構（84）と、水素バイパ
ス開閉機構（85）とを閉鎖する停止制御手段（103）を
備えている。

【００２４】また、第１８の解決手段は、上記第６又は
第１４の解決手段において、運転を停止するときに、酸
素通路（20）における接続通路（93）の接続部の上流側
に設けられた酸素開閉機構（88）と、水素通路（21）に
おける接続通路（93）の接続部の下流側に設けられた水
素開閉機構（91）と、接続開閉機構（94）とを開放する
と共に、酸素通路（20）における接続通路（93）の接続
部の下流側に設けられた酸素開閉機構（89）と、水素通
路（21）における接続通路（93）の接続部の上流側に設
けられた水素開閉機構（90）とを閉鎖する停止制御手段
（103）を備えている。

【００２５】また、第１９の解決手段は、上記第６又は
第１４の解決手段において、運転を停止するときに、水
素通路（21）における接続通路（93）の接続部の下流側
に設けられた水素開閉機構（91）と、酸素開閉機構（8
8,89）と、接続開閉機構（94）とを開放すると共に、水
素通路（21）における接続通路（93）の接続部の上流側
に設けられた水素開閉機構（90）を閉鎖する停止制御手
段（103）を備えている。

【００２６】すなわち、上記第１の解決手段では、酸素
含有ガスが酸素通路（20）を流れる一方、改質装置（3
0）によって原料ガスから製造された水素主体の燃料ガ
スが水素通路（21）を流れる。起動運転時には、混合手
段（80）が酸素通路（20）の酸素含有ガスと水素通路
（21）の燃料ガスとを混合する。そして、混合された混
合ガスが燃料電池（10）内に流入する。燃料電池（10）
内では、電極触媒上で混合ガス中の酸素と水素とが反応
して発熱すると共に水蒸気を発生させる。したがって、
燃料電池（10）内は、この反応熱によって直接加熱され
て昇温すると共にこの水蒸気によって直接加湿される。

【００２７】また、上記第２の解決手段では、上記第１
の解決手段において、起動運転時には、酸素含有ガスと
燃料ガスとの混合ガスが燃料電池（10）の水素極側（1
2）にのみ流入する。そして、水素極側（12）の電極触
媒上で混合ガス中の水素と酸素とが反応して、発熱する
と共に水蒸気を発生させる。したがって、燃料電池（1
0）内が直接加熱されて昇温すると共に加湿される。

【００２８】また、上記第３の解決手段では、上記第１
の解決手段において、起動運転時には、酸素含有ガスと
燃料ガスとの混合ガスが燃料電池（10）の酸素極側（1
1）にのみ流入する。そして、酸素極側（11）の電極触
媒上で混合ガス中の水素と酸素とが反応して、発熱する
と共に水蒸気を発生させる。したがって、燃料電池（1
0）内が直接加熱されて昇温すると共に加湿される。

【００２９】また、上記第４の解決手段では、上記第１
の解決手段において、起動運転時には、酸素含有ガスと
燃料ガスとの混合ガスが燃料電池（10）の酸素極側（1
1）及び水素極側（12）に流入する。そして、両極側の
電極触媒上で混合ガス中の水素と酸素とが反応して、発
熱すると共に水蒸気を発生させる。したがって、燃料電
池（10）内が直接加熱されて昇温すると共に加湿され
る。

【００３０】また、上記第５の解決手段では、上記第１
から第４の何れか１つの解決手段において、起動運転時
には、酸素含有ガスと燃料ガスとが酸素通路（20）及び
水素通路（21）に接続された混合器（81）で混合され
る。そして、混合されたガスが燃料電池（10）に流入す
る。燃料電池（10）内では、電極触媒上で混合ガス中の
水素と酸素とが反応して、発熱すると共に水蒸気を発生
させる。したがって、燃料電池（10）内が直接加熱され
て昇温すると共に加湿される。

【００３１】また、上記第６の解決手段では、上記第１
から第４の何れか１つの解決手段において、起動運転時
には、接続開閉機構（94）が開放し、酸素含有ガスと燃
料ガスとが接続通路（93）で混合される。そして、混合
されたガスが燃料電池（10）内に流入する。燃料電池
（10）内では、電極触媒上で混合ガス中の水素と酸素と
が反応して、発熱すると共に水蒸気を発生させる。した
がって、燃料電池（10）内が直接加熱されて昇温すると
共に加湿される。

【００３２】また、上記第７の解決手段では、上記第１
から第６の何れか１つの解決手段において、発電運転中
において、電極触媒に吸着していた一酸化炭素を脱着す
るために、又は電解質膜を加湿するために、あるいは燃
料電池（10）を昇温させるために、再生制御手段（10
2）が酸素含有ガスと燃料ガスとを混合し、該混合され
たガスを燃料電池（10）の水素極側（12）に流入させ
る。

【００３３】また、上記第８の解決手段では、起動運転
時に、酸素含有ガスが、酸素通路（20）を流れて加熱手
段（57）によって加熱されると共に加湿手段（49）によ
って加湿される。そして、加熱されると共に加湿された
酸素含有ガスが燃料電池（10）内に流入し、燃料電池
（10）内が、昇温すると共に加湿される。したがって、
燃料電池（10）内が直接加熱されて昇温すると共に加湿
される。

【００３４】また、上記第９の解決手段では、上記第８
の解決手段において、混合手段（80）が酸素通路（20）
の酸素含有ガスと水素通路（21）の燃料ガスとを混合す
る。

【００３５】また、上記第１０の解決手段では、上記第
９の解決手段において、酸素含有ガスと燃料ガスとの混
合ガスが燃料電池（10）の水素極側（12）にのみ流入す
る。

【００３６】また、上記第１１の解決手段では、上記第
９の解決手段において、酸素含有ガスと燃料ガスとの混
合ガスが燃料電池（10）の酸素極側（11）にのみ流入す
る。

【００３７】また、上記第１２の解決手段では、上記第
９の解決手段において、酸素含有ガスと燃料ガスとの混
合ガスが燃料電池（10）の酸素極側（11）及び水素極側
（12）に流入する。

【００３８】また、上記第１３の解決手段では、上記第
９から第１２の何れか１つの解決手段において、酸素含
有ガスと燃料ガスとが酸素通路（20）及び水素通路（2
1）に接続された混合器（81）で混合される。そして、
混合されたガスが燃料電池（10）に流入する。

【００３９】また、上記第１４の解決手段では、上記第
９から第１２の何れか１つの解決手段において、接続開
閉機構（94）が開放し、酸素含有ガスと燃料ガスとが接
続通路（93）で混合される。そして、混合されたガスが
燃料電池（10）に流入する。

【００４０】また、上記第１５の解決手段では、上記第
９から第１４の何れか１つの解決手段において、発電運
転中において、電極触媒に吸着していた一酸化炭素を脱
着するために、あるいは燃料電池（10）内を加湿及び昇
温させるために、再生制御手段（102）が、酸素含有ガ
スと燃料ガスとを混合し、該混合された混合ガスを燃料
電池（10）の水素極側（12）に流入させる。

【００４１】また、上記第１６の解決手段では、上記第
５又は第１３の解決手段において、運転を停止するとき
に、酸素含有ガスが混合器（81）に流入した後、水素通
路（21）を流れ、燃料電池（10）の水素極側（12）に流
入する。そして、燃料電池（10）の水素極側（12）にお
いて、残存水素が酸素含有ガスと共に排出されるため
に、起電力が急速に低下する。

【００４２】また、上記第１７の解決手段では、上記第
５又は第１３の解決手段において、運転を停止するとき
に、酸素含有ガスが混合器（81）に流入した後、酸素通
路（20）及び水素通路（21）を流れ、燃料電池（10）の
酸素極側（11）及び水素極側（12）に流入する。そし
て、燃料電池（10）の水素極側（12）において、残存水
素が酸素含有ガスと共に排出されるために、起電力が急
速に低下する。

【００４３】また、上記第１８の解決手段では、上記第
６又は第１４の解決手段において、運転を停止するとき
に、酸素含有ガスが接続通路（93）を流れた後、水素通
路（21）を流れ、燃料電池（10）の水素極側（12）に流
入する。そして、燃料電池（10）の水素極側（12）にお
いて、残存水素が酸素含有ガスと共に排出されるため
に、起電力が急速に低下する。

【００４４】また、上記第１９の解決手段では、上記第
６又は第１４の解決手段において、運転を停止するとき
に、酸素含有ガスが接続通路（93）を流れた後、酸素通
路（20）及び水素通路（21）を流れ、燃料電池（10）の
酸素極側（11）及び水素極側（12）に流入する。そし
て、燃料電池（10）の水素極側（12）において、残存水
素が酸素含有ガスと共に排出されるために、起電力が急
速に低下する。

【００４５】

【発明の効果】従って、上記第１から第７及び第１６か
ら第１９の解決手段によれば、起動運転時に酸素通路
（20）の酸素含有ガスと水素通路（21）の燃料ガスとを
混合して燃料電池（10）に流入させるようにしたため
に、燃料電池（10）内における水素の酸化反応により発
熱し、水蒸気が発生する。この結果、燃料電池（10）の
加熱手段及び加湿手段を別に設けることなく、燃料電池
（10）内を昇温させながら加湿することができる。した
がって、起動運転時に迅速に燃料電池（10）内を運転温
度まで昇温させることができると共に、電解質膜が乾燥
するのを防止することができ、電解質膜が劣化するのを
抑制することができる。また、燃料ガスに含まれる一酸
化炭素が混合ガス中の酸素と反応し、あるいは生成され
た水蒸気と反応するために、燃料電池（10）内が運転温
度に達する前に燃料ガスを流しても電極触媒が一酸化炭
素により被毒されることがない。したがって、運転温度
に達する前でも燃料ガスを燃料電池（10）内に流すこと
ができると共に、起動運転時において、高濃度の一酸化
炭素が燃料電池（10）に流入するのを防止するバイパス
通路を設ける必要がなくなり、構成を簡素化することが
できる。

【００４６】また、上記第４及び第１２の解決手段によ
れば、燃料電池（10）の両極に混合ガスを流入させるよ
うにしたために、この間は起電力が発生しない。したが
って、例えば、バイポーラ板がカーボン板で作成されて
いるような場合にカーボン腐食を抑制することができ
る。

【００４７】また、上記第５及び第１３の解決手段によ
れば、混合手段（80）を混合器（81）と開閉機構（88,8
9,90,91）とにより構成するようにしたために、酸素含
有ガスと燃料ガスとを確実に混合することができる。ま
た、バイパス通路（82,83）を設けるようにしたため
に、発電運転時において酸素含有ガスと燃料ガスとが混
合されるのを確実に防止することができる。

【００４８】また、上記第６及び第１４の解決手段によ
れば、混合手段（80）を接続通路（93）と開閉機構（8
8,89,90,91）とにより構成するようにしたために、酸素
含有ガスと燃料ガスとを確実に混合することができる。
また、接続通路（93）に接続開閉機構（94）を設けるよ
うにしたために、発電運転時において酸素含有ガスと燃
料ガスとが混合されるのを確実に防止することができ
る。

【００４９】また、上記第７及び第１５の解決手段によ
れば、発電運転中にも酸素含有ガスを水素極側（12）に
流入させることができるようにしたために、発電運転中
に水素極側（12）の電極触媒に一酸化炭素が吸着して
も、吸着した一酸化炭素を脱着することができる。この
結果、発電性能が低下するのを防止することができる。

【００５０】また、上記第８の解決手段によれば、起動
運転時に酸素含有ガスを加熱する加熱手段（57）と酸素
含有ガスを加湿する加湿手段（49）とを設けるようにし
たために、確実に燃料電池（10）内を昇温させながら加
湿することができる。したがって、起動運転時に迅速に
燃料電池（10）内を運転温度まで昇温させることができ
ると共に、電解質膜の乾燥を防止することができ、電解
質膜が劣化するのを抑制することができる。

【００５１】また、上記第９の解決手段によれば、酸素
通路（20）の酸素含有ガスと水素通路（21）の燃料ガス
との混合手段（80）を設けるようにしたために、燃料電
池（10）内に混合ガスを流入させることができる。した
がって、例えば、起動運転時に混合ガスを流入させると
きには、上記第８の解決手段による燃料電池システムに
比べ、燃料電池（10）内を更に迅速に昇温させることが
できる。

【００５２】また、上記第１６及び第１８の解決手段に
よれば、運転停止時に酸素含有ガスが燃料電池（10）の
水素極側（12）に流入するようにしたために、反応ガス
のパージを迅速且つ確実に行うことができると共に起電
力の低下を迅速に行うことができる。また、急速に起電
力を低下させることにより、無駄な発電を防止すること
ができ、燃料電池（10）の劣化を防止することができ
る。更に、運転停止時に酸素含有ガスを水素極側（12）
に流入させるようにしたために、安全確保を図ることが
できると共にカーボン腐食による燃料電池（10）の劣化
を防止することができる。また、発電運転中に電極触媒
に吸着した一酸化炭素を運転停止時に脱着することがで
きるために、一酸化炭素による性能低下を抑制すること
ができ、安定した発電性能を維持することができる。ま
た、運転停止時に燃料電池（10）内が負圧にならないた
め、排出ガスが逆流するのを防止することができる。

【００５３】また、上記第１７及び第１９の解決手段に
よれば、運転停止時に酸素含有ガスが燃料電池（10）の
両極側（11,12）に流入するようにしたために、反応ガ
スのパージを迅速に行うことができると共に起電力の低
下を迅速に且つ確実に行うことができる。また、急速に
起電力を低下させることにより、無駄な発電を防止する
ことができ、燃料電池（10）の劣化を防止することがで
きる。更に、運転停止時に酸素含有ガスを両極側（11,1
2）流入させるようにしたために、安全確保を図ること
ができると共にカーボン腐食による燃料電池（10）の劣
化を防止することができる。また、発電運転中に電極触
媒に吸着した一酸化炭素を運転停止時に脱着することが
できるために、一酸化炭素による性能低下を抑制するこ
とができ、安定した発電性能を維持することができる。
また、運転停止時に燃料電池（10）内が負圧にならない
ため、排出ガスが逆流するのを防止することができる。

【００５４】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００５５】図１に示すように、本実施形態１に係る燃
料電池システムは、燃料電池（10）と改質装置（30）と
混合手段（80）とコントローラ（100）とを備えてい
る。また、この燃料電池システムは、水循環路（65）を
備えており、いわゆるコジェネレーションシステムを構
成している。

【００５６】上記燃料電池（10）は、固体高分子電解質
型に構成されている。この燃料電池（10）では、フッ素
系の高分子フィルムからなる電解質膜の両面に触媒粒子
を分散させて電極を形成することで、単電池が構成され
ている。この電極触媒は、主に白金が使用されている。
電解質膜表面の電極は、一方が水素極（アノード）とな
り、他方が酸素極（カソード）となる。上記燃料電池
（10）は、バイポーラ板を介して単電池が積層されたス
タック（集合電池）を構成している。尚、燃料電池（1
0）の構造についは、図示を省略する。

【００５７】上記燃料電池（10）では、バイポーラ板と
電解質膜の酸素極とにより、酸素極側ガス通路（11）が
形成され、バイポーラ板と電解質膜の水素極とにより、
水素極側ガス通路（12）が形成されている。酸素極側ガ
ス通路（11）には、その入口側に空気供給管（20）が接
続され、その出口側に酸素極排気管（24）が接続されて
いる。空気供給管（20）は、酸素含有ガスである空気が
流れる酸素通路を構成している。一方、水素極側ガス通
路（12）には、その入口側に水素供給管（21）が接続さ
れ、その出口側に水素極排気管（25）が接続されてい
る。水素供給管（21）は、水素通路を構成している。

【００５８】燃料電池（10）には、冷却水回路（60）が
接続されている。この冷却水回路（60）は、冷却水が充
填された閉回路であって、冷却水ポンプ（61）と第１熱
交換器（71）とが接続されている。冷却水回路（60）で
冷却水を循環させることによって、燃料電池（10）が所
定の運転温度に保たれる。

【００５９】上記空気供給管（20）は、その始端が屋外
に開口し、その下流端である終端が燃料電池（10）の酸
素極側ガス通路（11）に接続されている。空気供給管
（20）には、その始端から終端に向かって順に、ブロワ
（23）とガス加熱器（52）と第１加湿器（40）と混合手
段（80）とが設けられている。

【００６０】また、空気供給管（20）には、分岐管（2
2）が設けられている。分岐管（22）は、その始端がブ
ロワ（23）とガス加熱器（52）の間に接続されている。

【００６１】上記第１加湿器（40）は、水蒸気透過膜
（41）を備えている。水蒸気透過膜（41）は、水蒸気が
透過可能な膜であって、例えばポリビニルアルコール膜
等の親水性の膜により構成されている。

【００６２】上記第１加湿器（40）には、第１被加湿側
通路（42）と第１排ガス通路（43）とが区画形成されて
いる。第１被加湿側通路（42）と第１排ガス通路（43）
とは、上記水蒸気透過膜（41）によって仕切られてい
る。第１被加湿側通路（42）には、空気供給管（20）が
接続されており、酸化剤ガスとしての空気が導入され
る。

【００６３】上記改質装置（30）は、水素供給管（21）
に設けられ、原料ガスとして供給された天然ガスから水
素主体の燃料ガスを生成するように構成されている。こ
の改質装置（30）には、ガスの流れに沿って順に、脱硫
器（31）と、ガス加熱器（52）と、第２加湿器（45）
と、本体部（32）とが設けられている。また、改質装置
（30）における脱硫器（31）とガス加熱器（52）の間に
は、空気供給管（20）の分岐管（22）が接続されてい
る。

【００６４】上記脱硫器（31）は、原料ガスとして供給
された天然ガスから、硫黄分を吸着除去するように構成
されている。

【００６５】上記第２加湿器（45）は、水蒸気透過膜
（46）を備えている。この水蒸気透過膜（46）は、水蒸
気が透過可能な膜であって、例えばポリビニルアルコー
ル膜等の親水性の膜により構成されている。

【００６６】上記第２加湿器（45）は、第２被加湿側通
路（47）と第２排ガス通路（48）とが区画形成されてい
る。第２被加湿側通路（47）と第２排ガス通路（48）と
は、上記水蒸気透過膜（46）によって仕切られている。
第２被加湿側通路（47）は、改質装置（30）におけるガ
ス加熱器（52）と本体部（32）との間に設けられ、原料
ガスが導入される。第２排ガス通路（48）には、水素極
排気管（25）が接続されており、燃料電池（10）の水素
極側ガス通路（12）から電池排ガスとして排出された水
素極排ガスが導入される。第２加湿器（45）は、原料ガ
スを加湿するためのものである。

【００６７】上記本体部（32）には、ガスの流れに沿っ
て順に、改質器（33）と、変成器（34）と、ＣＯ除去器
（35）とが設けられている。

【００６８】上記改質器（33）は、部分酸化反応に対し
て活性を呈する触媒と、水蒸気改質反応に対して活性を
呈する触媒とを備えている。改質器（33）では、部分酸
化反応及び水蒸気改質反応によって、メタン（ＣＨ₄）
を主成分とする天然ガス（即ち、原料ガス）から水素を
生成する。

【００６９】上記変成器（34）は、シフト反応（一酸化
炭素変成反応）に活性を呈する触媒を備えている。変成
器（34）では、シフト反応によって、ガス中の一酸化炭
素が削減されると同時に水素が増加する。

【００７０】上記ＣＯ除去器（35）は、ＣＯ選択酸化反
応に活性を呈する触媒を備えている。ＣＯ除去器（35）
では、ＣＯ選択酸化反応によって、ガス中のＣＯが更に
削減される。そして、ＣＯ除去器（35）から出た水素主
体のガスが、燃料ガスとして水素供給管（21）を流れ
て、燃料電池（10）の水素極側ガス通路（12）へ供給さ
れるようになっている。

【００７１】上記第１加湿器（40）の第１排ガス通路
（43）には、酸素極排気管（24）が接続されている。酸
素極排気管（24）は、燃料電池（10）の酸素極側ガス通
路（11）から電池排ガスとして排出された酸素極排ガス
が導入される。酸素極排気管（24）は、第１加湿器（4
0）の下流側において熱回収部（27）が設けられてい
る。熱回収部（27）は、改質装置（30）の改質器（3
3）、変成器（34）、及びＣＯ除去器（35）の近傍に形
成されたガスの通路であって、これら改質器（33）等の
排熱を回収するように構成されている。

【００７２】上記改質装置（30）には、燃焼器（51）が
設けられている。燃焼器（51）には、酸素極排気管（2
4）の終端と、水素極排気管（25）の終端とが接続され
ている。燃焼器（51）は、酸素極排ガス中に残存する酸
素を利用して、水素極排ガス中に残存する水素を燃焼さ
せるように構成されている。また、燃焼器（51）には、
燃焼ガス管（26）の始端が接続されている。燃焼ガス管
（26）は、その終端が屋外に開口する共に、その途中に
ガス加熱器（52）が設けられている。水素極排ガスの燃
焼によって生成した高温の燃焼ガスは、この燃焼ガス管
（26）を流れて屋外へ排出される。

【００７３】上記ガス加熱器（52）には、空気流路（5
3）と、原料ガス流路（54）と、燃焼ガス流路（55）と
が区画形成されている。ガス加熱器（52）は、その空気
流路（53）が空気供給管（20）に接続され、その原料ガ
ス流路（54）が改質装置（30）における脱硫器（31）と
第２加湿器（45）の間に接続され、その燃焼ガス流路
（55）が燃焼ガス管（26）に接続されている。このガス
加熱器（52）は、燃焼ガス流路（55）の燃焼ガスと空気
流路（53）の空気とを熱交換させて酸化剤ガスとしての
空気を加熱すると同時に、燃焼ガス流路（55）の燃焼ガ
スと原料ガス流路（54）の原料ガスとを熱交換させて原
料ガスを加熱するように構成されている。

【００７４】上記混合手段（80）は、空気供給管（20）
と水素供給管（21）とに接続されている。混合手段（8
0）は、混合器（81）と酸素バイパス通路（82）と水素
バイパス通路（83）とを備えている。混合器（81）は、
一端が空気供給管（20）における第１加湿器（40）と燃
料電池（10）との間に接続され、他端が水素供給管（2
1）におけるＣＯ除去器（35）と燃料電池（10）との間
に接続されている。混合器（81）は、流入した空気と燃
料ガスとを混合するように構成されている。

【００７５】上記酸素バイパス通路（82）は、一端が空
気供給管（20）における第１加湿器（40）と混合器（8
1）との間に接続され、他端が空気供給管（20）におけ
る混合器（81）と燃料電池（10）との間に接続されてい
る。酸素バイパス通路（82）には、酸素バイパス開閉機
構である酸素バイパス開閉弁（84）が設けられている。
酸素バイパス開閉弁（84）は、開度調整可能な電動弁に
より構成されている。

【００７６】上記水素バイパス通路（83）は、一端が水
素供給管（21）におけるＣＯ除去器（35）と混合器（8
1）との間に接続され、他端が水素供給管（21）におけ
る混合器（81）と燃料電池（10）との間に接続されてい
る。水素バイパス通路（83）には、水素バイパス開閉機
構である水素バイパス開閉弁（85）が設けられている。

【００７７】上記混合手段（80）は、酸素開閉機構であ
る第１酸素開閉弁（88）及び第２酸素開閉弁（89）と、
水素開閉機構である第１水素開閉弁（90）及び第２水素
開閉弁（91）とを備えている。

【００７８】上記第１酸素開閉弁（88）は、空気供給管
（20）における酸素バイパス通路（82）の接続部の下流
側で且つ混合器（81）の接続部の上流側に設けられてい
る。第１酸素開閉弁（88）は、開度調整可能な電動弁に
より構成されている。第２酸素開閉弁（89）は、空気供
給管（20）における混合器（81）の接続部の下流側で且
つ酸素バイパス通路（82）の接続部の上流側に設けられ
ている。つまり、酸素バイパス通路（82）は、酸素開閉
弁（88,89）及び混合器（81）の接続部をバイパスする
ように空気供給管（20）に接続されている。

【００７９】上記第１水素開閉弁（90）は、水素供給管
（21）における水素バイパス通路（83）の接続部の下流
側で且つ混合器（81）の接続部の上流側に設けられてい
る。第２水素開閉弁（91）は、水素供給管（21）におけ
る混合器（81）の接続部の下流側で且つ水素バイパス通
路（83）の接続部の上流側に設けられている。つまり、
水素バイパス通路（83）は、水素開閉弁（90,91）及び
混合器（81）の接続部をバイパスするように水素供給管
（21）に接続されている。

【００８０】上記水循環路（65）は、熱媒水が充填され
た閉回路である。この水循環路（65）には、熱媒水の循
環方向において、循環ポンプ（66）と、第１熱交換器
（71）と、第２熱交換器（74）と、貯湯タンク（67）と
が順に設けられている。水循環路（65）を循環する熱媒
水は、第１熱交換器（71）及び第２熱交換器（74）で加
熱され、温水となって貯湯タンク（67）に蓄えられる。
そして、貯湯タンク（67）の温水は、必要に応じて給湯
に供される。

【００８１】上記第１熱交換器（71）には、冷却水流路
（72）と水流路（73）とが区画形成されている。第１熱
交換器（71）は、その冷却水流路（72）が冷却水回路
（60）に接続され、その水流路（73）が水循環路（65）
に接続されている。この第１熱交換器（71）は、冷却水
流路（72）の冷却水と水流路（73）の熱媒水とを熱交換
させるように構成されている。

【００８２】上記第２熱交換器（74）には、燃焼ガス流
路（75）と水流路（76）とが区画形成されている。第２
熱交換器（74）は、その燃焼ガス流路（75）が燃焼ガス
管（26）に接続され、その水流路（76）が水循環路（6
5）に接続されている。この第２熱交換器（74）は、燃
焼ガス流路（75）の燃焼ガスと水流路（76）の熱媒水と
を熱交換させるように構成されている。

【００８３】上記コントローラ（100）は、起動制御手
段である起動制御部（101）と、再生制御手段である再
生制御部（102）と、停止制御手段である停止制御部（1
03）とを備えている。

【００８４】上記起動制御部（101）は、起動するとき
に両酸素開閉弁（88,89）及び両水素開閉弁（90,91）を
開放すると共に、酸素バイパス開閉弁（84）及び水素バ
イパス開閉弁（85）を閉鎖して運転する起動運転を行う
ように構成されている。起動制御部は、燃料電池（10）
内の温度が運転温度、例えば、８０℃になるまで起動運
転を行い、燃料電池（10）内の温度が運転温度に達する
と、発電運転に切り換えるように構成されている。

【００８５】起動運転では、空気と燃料ガスとの混合ガ
スが燃料電池（10）の両極側ガス通路（11,12）に流入
し、燃料電池（10）内において電極触媒上で酸素と水素
とが反応して発熱すると共に水蒸気が発生する。そし
て、燃料電池（10）内が加湿されながら運転温度まで昇
温する。つまり、運転温度以下で発電を行うと燃料ガス
中の一酸化炭素により電極触媒が被毒して活性を失うた
めに、発電を行う前に起動運転を行って燃料電池（10）
内を運転温度まで昇温させるようにしている。また、単
に燃料電池（10）内を昇温させるのみでは、電解質膜が
乾燥して収縮してしまうので、起動運転中においても乾
燥を防止することにより、発電中の湿潤による膨張と乾
燥による収縮との繰り返しによる劣化を防止するように
している。また、電解質膜は、乾燥するとpH値上昇によ
り破壊することがあるために、起動運転中に燃料電池内
が加湿されることによって電解質膜の破壊を防止するこ
とができる。また、混合ガスを流入させる起動運転を行
うことにより、水素極の電極触媒に吸着した一酸化炭素
を電極触媒から脱着することもできる。

【００８６】上記再生制御部（102）は、発電運転中に
おいて水素極の電極触媒を再生するときには、第１酸素
開閉弁（88）、酸素バイパス開閉弁（84）及び両水素開
閉弁（90,91）を開放すると共に、第２酸素開閉弁（8
9）及び水素バイパス開閉弁（85）を閉鎖して運転する
再生運転を行うように構成されている。再生運転では、
混合ガスが燃料電池（10）の水素極側ガス通路（12）に
流入するために、発電運転中に水素極の電極触媒に吸着
した一酸化炭素が電極触媒から脱着する。また、上記再
生制御部（102）は、燃料電池（10）内を加湿するため
に又は昇温させるために再生運転を行うように構成され
ている。つまり、混合ガスが流入すると発熱反応が起こ
るために、再生制御部（102）は、燃料電池（10）内が
昇温すると共に水が生成されて加湿されるために、混合
ガスを流入させるようになっている。

【００８７】上記停止制御部（103）は、運転を停止す
るときに、両酸素開閉弁（88,89）及び第２水素開閉弁
（91）を開放すると共に、第１水素開閉弁（90）、バイ
パス開閉弁（84）及び水素バイパス開閉弁（85）を閉鎖
して運転を行う停止運転を所定時間だけ行った後に運転
を停止するように構成されている。停止運転では、空気
が両極側ガス通路（11,12）に流入するために、水素極
側ガス通路（12）に残存する水素が排出されて、迅速に
起電力が低下する。また、停止運転では、空気が燃料電
池（10）の水素極側ガス通路（12）に流入するために、
発電運転中に水素極の電極触媒に吸着した一酸化炭素が
脱着し、電極触媒が再生される。

【００８８】−運転動作− 上記燃料電池システムの起動運転、発電運転、再生運転
及び停止運転における運転動作について説明する。

【００８９】先ず、起動運転の運転動作について説明す
る。起動運転では、両酸素開閉弁（88,89）及び両水素
開閉弁（90,91）が開放されると共に、酸素バイパス開
閉弁（84）及び水素バイパス開閉弁（85）が閉鎖され
る。空気供給管（20）には酸化剤ガスとしての空気が流
入し、水素供給管（21）には原料ガスが流入する。原料
ガスとして、メタンを主成分とする天然ガスが使用され
ている。

【００９０】空気供給管（20）に流入した空気は、一部
が分岐管（22）に分流する一方、残りの空気がガス加熱
器（52）の空気流路（53）、第１加湿器（40）の第１被
加湿側通路（42）を通過した後、混合器（81）に流入す
る。起動運転時には、空気供給管（20）の空気は、ガス
加熱器（52）であまり加熱されず、また、第１加湿器
（40）であまり加湿されない。

【００９１】一方、水素供給管（21）に流入した原料ガ
スは、脱硫器（31）へ導入され、原料ガスに含まれる硫
黄分が除去される。そして、分岐管（22）から流入した
空気と合流した後、ガス加熱器（52）の原料ガス流路
（54）、第２加湿器（45）の第２被加湿側通路（47）、
改質器（33）、変成器（34）及びＣＯ除去器（35）を通
過する。

【００９２】改質器（33）では、メタンの部分酸化反応
と水蒸気改質反応とが行われ、水素と一酸化炭素とが生
成する。改質器（33）から流出した反応後のガスは、変
成器（34）へ送られる。このガスには、水蒸気改質反応
に用いられなかった水蒸気が残存している。変成器（3
4）では、シフト反応が行われ、一酸化炭素が減少する
と同時に水素が増加する。変成器（34）から出たガス
は、ＣＯ除去器（35）へ導入される。変成器（34）から
ＣＯ除去器（35）へ送られるガスは、水素が主成分とな
っているものの、未だに一酸化炭素を含んでいる。ＣＯ
除去器（35）では、ＣＯ選択酸化反応が行われ、一酸化
炭素が削減されて燃料ガスとなる。この燃料ガスは、混
合器（81）へ送られる。

【００９３】混合器（81）では、空気供給管（20）の空
気と水素供給管（21）の燃料ガスとが混合されて混合ガ
スとなる。この混合ガスは、空気供給管（20）又は水素
供給管（21）を流れて燃料電池（10）に流入する。そし
て、酸素極側ガス通路（11）又は水素極側ガス通路（1
2）において、電極触媒上で混合ガス中の酸素と水素と
が反応して発熱すると共に水蒸気が生成される。この結
果、燃料電池（10）内が直接加熱されて迅速に昇温する
と共に加湿される。そして、燃料電池（10）内の温度が
運転温度に達すると、起動運転を終了し、発電運転に切
り換わる。

【００９４】発電運転では、両酸素開閉弁（88,89）及
び両水素開閉弁（90,91）が閉鎖されると共に、酸素バ
イパス開閉弁（84）及び水素バイパス開閉弁（85）が開
放される。酸素バイパス開閉弁（84）は、所定開度に開
放されて空気流量が調整されている。

【００９５】発電運転において、空気供給管（20）に流
入した空気は、その一部が分岐管（22）を通じて改質装
置（30）へ送られ、残りの空気が酸化剤ガスとしてガス
加熱器（52）の空気流路（53）へ導入される。この空気
は、空気流路（53）を流れる間に燃焼ガス流路（55）の
燃焼ガスから吸熱する。

【００９６】ガス加熱器（52）において加熱された空気
は、第１加湿器（40）の第１被加湿側通路（42）へ流入
する。一方、第１加湿器（40）の第１排ガス通路（43）
には、酸素極排ガスが導入されている。そして、第１被
加湿側通路（42）の空気には、水蒸気透過膜（41）を透
過した酸素極排ガス中の水蒸気が供給される。

【００９７】そして、加熱されて加湿された空気は、酸
素バイパス通路（82）を経由して燃料電池（10）の酸素
極側ガス通路（11）に流入する。酸素極側ガス通路（1
1）へ導入される空気を第１加湿器（40）で加湿してお
くことで、燃料電池（10）における電解質膜の乾燥を防
止している。

【００９８】一方、水素供給管（21）に流入した原料ガ
スは、脱硫器（31）で原料ガスに含まれる硫黄分が除去
され、分岐管（22）からの空気が混入された後に、ガス
加熱器（52）の原料ガス流路（54）へ導入される。この
原料ガスは、原料ガス流路（54）を流れる間に燃焼ガス
流路（55）の燃焼ガスから吸熱する。

【００９９】ガス加熱器（52）において加熱された原料
ガスは、第２加湿器（45）の第２被加湿側通路（47）へ
流入する。一方、第２加湿器（45）の第２排ガス通路
（48）には、水素極排ガスが導入されている。そして、
第２被加湿側通路（47）の原料ガスには、水蒸気透過膜
（46）を透過した水素極排ガス中の水蒸気が供給され
る。

【０１００】第２加湿器（45）で加湿された原料ガス
は、改質器（33）へ導入され、メタンの部分酸化反応と
水蒸気改質反応とにより、水素と一酸化炭素が生成され
る。改質器（33）から流出した反応後のガスは、変成器
（34）へ送られ、シフト反応により、一酸化炭素が減少
すると同時に水素が増加する。変成器（34）から出たガ
スは、ＣＯ除去器（35）へ導入され、ＣＯ選択酸化反応
によってガス中の一酸化炭素を更に削減する。そして、
ＣＯ除去器（35）で一酸化炭素を削減されたガスは、燃
料ガスとして水素バイパス通路（83）を経由して燃料電
池（10）の水素極側ガス通路（12）へ供給される。

【０１０１】発電運転において、燃料電池（10）には、
水素極側ガス通路（12）へ燃料ガスが供給され、酸素極
側ガス通路（11）へ空気が供給される。燃料電池（10）
は、燃料ガス中の水素を燃料とし、空気中の酸素を酸化
剤として発電を行う。

【０１０２】燃料電池（10）の酸素極側ガス通路（11）
からは、電池排ガスとして酸素極排ガスが排出される。
この酸素極排ガスには、電池反応に使われなかった余剰
酸素が含まれている。また、酸素極排ガス中には、電池
反応によって生じた水蒸気が含まれている。この酸素極
排ガスは、酸素極排気管（24）を通じて第１加湿器（4
0）の第１排ガス通路（43）へ導入される。上述のよう
に、酸素極排ガス中の水蒸気は、水蒸気透過膜（41）を
透過して第１被加湿側通路（42）の空気へ供給される。
第１加湿器（40）において水蒸気を奪われた酸素極排ガ
スは、熱回収部（27）を流れる。酸素極排ガスは、熱回
収部（27）において改質器（33）、変成器（34）、及び
ＣＯ除去器（35）の排熱を回収して燃焼器（51）へ送り
込まれる。

【０１０３】一方、燃料電池（10）の水素極側ガス通路
（12）からは、電池排ガスとして水素極排ガスが排出さ
れる。この水素極排ガスには、電池反応に使われなかっ
た水素が残存している。また、水素極排ガス中には、電
池反応によって生じた水蒸気が含まれている。この水素
極排ガスは、水素極排気管（25）を通じて第２加湿器
（45）の第２排ガス通路（48）へ導入される。上述のよ
うに、水素極排ガス中の水蒸気は、水蒸気透過膜（46）
を透過して第２被加湿側通路（47）の原料ガスへ供給さ
れる。第２加湿器（45）において水蒸気を奪われた水素
極排ガスは、燃焼器（51）へ送り込まれる。

【０１０４】燃焼器（51）は、酸素極排ガス中の酸素を
利用して、水素極排ガス中の水素を燃焼させる。この水
素極排ガスの燃焼によって、高温の燃焼ガスが生成す
る。この燃焼ガスは、燃焼ガス管（26）を流れて第２熱
交換器（74）の燃焼ガス流路（75）へ導入され、水流路
（76）の熱媒水に対して放熱する。

【０１０５】この放熱した燃焼ガスは、ガス加熱器（5
2）の燃焼ガス流路（55）へ導入され、空気流路（53）
の空気及び原料ガス流路（54）の原料ガスに対して更に
放熱する。その後、燃焼ガスは、燃焼ガス流路（55）か
ら出て屋外へ排気される。

【０１０６】冷却水ポンプ（61）を運転すると、冷却水
回路（60）において冷却水が循環する。冷却水ポンプ
（61）から吐出された冷却水は、燃料電池（10）へ送ら
れて吸熱する。この冷却水の吸熱により、燃料電池（1
0）が所定の運転温度（例えば、８０℃程度）に保たれ
る。燃料電池（10）で吸熱した冷却水は、第１熱交換器
（71）の冷却水流路（72）へ導入され、水流路（73）の
熱媒水に対して放熱する。この放熱した冷却水は、冷却
水ポンプ（61）に吸入される。そして、冷却水ポンプ
（61）が放熱後の冷却水を再び燃料電池（10）へ向けて
送り出し、この循環が繰り返される。

【０１０７】循環ポンプ（66）を運転すると、水循環路
（65）において熱媒水が循環する。貯湯タンク（67）の
底部から流出した熱媒水は、循環ポンプ（66）によって
第１熱交換器（71）の水流路（73）へ送り込まれ、冷却
水流路（72）の冷却水から吸熱する。

【０１０８】その後、熱媒水は、第２熱交換器（74）の
水流路（76）へ導入され、燃焼ガス流路（75）の燃焼ガ
スから吸熱する。そして、第２熱交換器（74）から出た
熱媒水は、貯湯タンク（67）へ送り返され、温水として
貯留される。貯湯タンク（67）に温水として蓄えられた
熱媒水は、給湯に利用される。

【０１０９】上記発電運転中において、水素極の電極触
媒を再生するときには、再生運転が行われる。再生運転
では、第１酸素開閉弁（88）、酸素バイパス開閉弁（8
4）及び両水素開閉弁（90,91）が開放されると共に、第
２酸素開閉弁（89）及び水素バイパス開閉弁（85）が閉
鎖される。空気供給管（20）の空気の一部が酸素バイパ
ス通路（82）を流れて燃料電池（10）の酸素側ガス通路
（11）に流入する一方、残りの空気は混合器（81）に流
入し、水素供給管（21）から流入した燃料ガスと混合さ
れて混合ガスとなる。この混合ガスは、燃料電池（10）
の水素極側ガス通路（12）に流入し、電極触媒に吸着し
ていた一酸化炭素を脱着する。このようにして水素極の
電極触媒が再生される。

【０１１０】次に、運転を停止する際の停止運転におけ
る運転動作について説明する。停止運転では、両酸素開
閉弁（88,89）及び第２水素開閉弁（91）を開放すると
共に、第１水素開閉弁（90）、バイパス開閉弁（84）及
び水素バイパス開閉弁（85）を閉鎖して、所定時間だけ
運転が行われる。

【０１１１】空気供給管（20）の空気の一部が混合器
（81）に流入し、残りの空気が燃料電池の酸素極側ガス
通路（11）に流入する。混合器（81）に流入した空気
は、水素極側ガス通路（12）に流入する。水素極側ガス
通路（12）において、空気が残存水素を排出するため
に、急速に起電力が低下する。また、水素極側ガス通路
（12）では、空気が発電運転中に電極触媒に吸着した一
酸化炭素を脱着する。そして、所定時間後に運転が停止
する。

【０１１２】−実施形態１の効果− 本実施形態１によれば、起動運転時に酸素通路（20）の
酸素含有ガスと水素通路（21）の水素含有ガスとを混合
して燃料電池（10）に流入させるようにしたために、燃
料電池（10）内における水素の酸化反応により発熱し、
水蒸気が発生する。この結果、燃料電池（10）の加熱手
段及び加湿手段を別に設けることなく、燃料電池（10）
内を昇温させながら加湿することができる。したがっ
て、起動運転時に迅速に燃料電池（10）内を運転温度ま
で昇温させることができると共に、電解質膜が乾燥する
のを防止することができ、電解質膜が劣化するのを抑制
することができる。また、燃料ガスに含まれる一酸化炭
素が混合ガス中の酸素と反応し、あるいは生成された水
蒸気と反応するために、燃料電池（10）内が運転温度に
達する前に燃料ガスを流しても電極触媒が一酸化炭素に
より被毒されることがない。したがって、運転温度に達
する前でも燃料ガスを燃料電池（10）内に流すことがで
きると共に、起動運転時において、高濃度の一酸化炭素
が燃料電池（10）に流入するのを防止するバイパス通路
を設ける必要がなくなり、構成を簡素化することができ
る。

【０１１３】また、起動運転時において、燃料電池（1
0）の両極側（11,12）に混合ガスを流入させるようにし
たために、この間は起電力が発生しない。したがって、
例えば、バイポーラ板がカーボン板で作成されているよ
うな場合にカーボン腐食を抑制することができる。

【０１１４】また、混合手段（80）を混合器（81）と開
閉弁（88,89,90,91）とにより構成するようにしたため
に、酸素含有ガスと燃料ガスとを確実に混合することが
できる。また、バイパス通路（82,83）を設けるように
したために、発電運転時において酸素含有ガスと燃料ガ
スとが混合されるのを確実に防止することができる。

【０１１５】また、発電運転中にも酸素含有ガスを水素
極側（12）に流入させることができるようにしたため
に、発電運転中に水素極側（12）の電極触媒に一酸化炭
素が吸着しても、吸着した一酸化炭素を脱着することが
できる。この結果、発電性能が低下するのを防止するこ
とができる。

【０１１６】また、運転停止時に酸素含有ガスが燃料電
池（10）の両極側（11,12）に流入するようにしたため
に、反応ガスのパージを迅速且つ確実に行うことができ
ると共に起電力の低下を迅速に且つ確実に行うことがで
きる。また、急速に起電力を低下させることにより、無
駄な発電を防止することができ、燃料電池（10）の劣化
を防止することができる。更に、運転停止時に酸素含有
ガスを両極側（11,12）に流入させるようにしたため
に、安全確保を図ることができると共にカーボン腐食に
よる燃料電池（10）の劣化を防止することができる。ま
た、発電運転中に電極触媒に吸着した一酸化炭素を運転
停止時に脱着することができるために、一酸化炭素によ
る性能低下を抑制することができ、安定した発電性能を
維持することができる。また、運転停止時に燃料電池
（10）内が負圧にならないため、排出ガスが逆流するの
を防止することができる。

【０１１７】

【発明の実施の形態２】実施形態２に係る燃料電池シス
テムは、図２に示すように、実施形態１と異なり、混合
手段（80）が混合器（81）に代えて接続通路（93）を備
えている。

【０１１８】接続通路（93）は、一端が空気供給管（2
0）における両酸素開閉弁（88,89）の間に接続され、他
端が水素供給管における両水素開閉弁（90,91）の間に
接続されている。接続通路（93）は、接続開閉機構であ
る接続開閉弁（94）が設けられている。接続開閉弁は、
開度調整可能な電動弁により構成されている。

【０１１９】尚、両バイパス通路（82,83）は、省略さ
れている。

【０１２０】コントローラ（100）の起動制御部（101）
は、運転起動するときに両酸素開閉弁（88,89）、両水
素開閉弁（90,91）及び接続開閉弁（94）を開放して運
転する起動運転を行うように構成されている。起動運転
では、接続開閉弁（94）の開度が所定開度に調整され
る。起動制御部は、燃料電池（10）内の温度が運転温
度、例えば、８０℃になるまで起動運転を行い、燃料電
池（10）内の温度が運転温度に達すると、発電運転に切
り換えるように構成されている。発電運転では、接続開
閉弁（94）が閉鎖される。

【０１２１】再生制御部（102）は、発電運転中におい
て水素極の電極触媒を再生するときに、第１酸素開閉弁
（88）、第２酸素開閉弁（89）及び両水素開閉弁（90,9
1）を開放すると共に接続開閉弁（94）の開度を調整し
て運転する再生運転を行うように構成されている。

【０１２２】停止制御部（103）は、運転を停止すると
きに、両酸素開閉弁（88,89）、第２水素開閉弁（91）
及び接続開閉弁（94）を開放すると共に、第１水素開閉
弁（90）を閉鎖して運転する停止運転を所定時間だけ行
った後に運転を停止するように構成されている。

【０１２３】−運転動作− 起動運転では、両酸素開閉弁（88,89）、両水素開閉弁
（90,91）及び接続開閉弁（94）を開放して運転を行
う。空気供給管（20）を流れる空気と水素供給管（21）
を流れる燃料ガスとが、混合手段（80）で混合されて混
合ガスとなる。この混合ガスは、空気供給管（20）又は
水素供給管（21）を流れて燃料電池（10）に流入する。
そして、酸素極側ガス通路（11）又は水素極側ガス通路
（12）において、電極触媒上で混合ガス中の酸素と水素
とが反応して発熱すると共に水蒸気が生成される。この
結果、燃料電池（10）内が直接加熱されて迅速に昇温す
ると共に加湿される。

【０１２４】そして、燃料電池内の温度が運転温度に達
すると、起動運転を終了し、発電運転に切り換わる。発
電運転では、接続開閉弁（94）を閉鎖する。発電運転で
は、実施形態１と同様な運転動作が行われる。

【０１２５】上記発電運転時において水素極の電極触媒
を再生する再生運転時には、接続開閉弁（94）の開度を
調整し、水素極側ガス通路（12）に流入する空気量を調
整する。このようにすることで、空気供給管（20）の空
気と水素供給管（21）の燃料ガスとが混合手段（80）で
混合され、水素極側ガス通路（12）に流入して、電極触
媒に吸着していた一酸化炭素を脱着する。

【０１２６】停止運転時には、両酸素開閉弁（88,8
9）、第２水素開閉弁（91）及び接続開閉弁（94）を開
放すると共に、第１水素開閉弁（90）を閉鎖して所定時
間だけ運転を行う。燃料電池（10）の両極側ガス通路
（11,12）に混合ガスが流入し、水素極側ガス通路（1
2）では、混合ガス中の空気が発電運転中に電極触媒に
吸着した一酸化炭素を脱着する。また、水素極側ガス通
路（12）において、流入した空気によって残存水素が排
出されるために、急速に起電力が低下する。

【０１２７】−実施形態２の効果− 本実施形態２によれば、混合手段（80）を接続通路（9
3）と開閉弁（88,89,90,91）とにより構成するようにし
たために、酸素含有ガスと燃料ガスとを確実に混合する
ことができる。また、接続通路（93）に接続開閉弁（9
4）を設けるようにしたために、発電運転時において酸
素含有ガスと燃料ガスとが混合されるのを確実に防止す
ることができる。

【０１２８】その他の構成、作用及び効果は実施形態１
と同様である。

【０１２９】

【発明の実施の形態３】実施形態３に係る燃料電池シス
テムは、図３に示すように、実施形態１と異なり、起動
運転時において空気供給管（20）の空気を加熱する加熱
手段（57）と該空気を加湿する加湿手段（49）を備えて
いる。

【０１３０】上記加熱手段（57）は、空気供給管（20）
におけるガス加熱器（52）と第１加湿器（40）との間に
近接して配置され、空気供給管（20）を加熱するように
構成されている。加熱手段（57）は、起動運転時に燃料
電池（10）に供給される空気を加熱するためのものであ
る。

【０１３１】上記加湿手段（49）は、空気供給管（20）
における第１加湿器（40）と混合手段（80）との間に設
けられている。加湿手段（49）は、例えば、貯湯タンク
（67）内の水蒸気を利用して、空気供給管（20）内の空
気を加湿するように構成されている。

【０１３２】コントローラ（100）の起動制御部（101）
は、起動運転時に加熱手段（57）及び加湿手段（49）を
駆動するように構成されている。つまり、起動運転時に
は、燃料電池（10）が、加熱手段（57）及び加湿手段
（49）により加熱されて加湿された空気によって加熱さ
れて加湿されるようになっている。

【０１３３】起動制御部（101）は、実施形態１と異な
り、起動運転時に両酸素開閉弁（88,89）、両水素開閉
弁（90,91）及び水素バイパス開閉弁（85）を閉鎖する
と共に、酸素バイパス開閉弁（84）を開放するように構
成されている。つまり、起動運転時には、燃料電池（1
0）に加熱されて加湿された空気のみが燃料電池（10）
に流入し、燃料ガスが流入しないようになっている。

【０１３４】また、起動制御部（101）は、起動運転か
ら発電運転に切り換えるときに加熱手段（57）及び加湿
手段（49）の駆動を停止させるように構成されている。

【０１３５】また、起動制御部（101）は、発電運転に
切り換える際に両酸素開閉弁（88,89）及び両水素開閉
弁（90,91）を閉鎖すると共に、酸素バイパス開閉弁（8
4）及び水素バイパス開閉弁（85）を開放するように構
成されている。つまり、発電運転時には、各開閉弁は、
実施形態１における発電運転時の開閉状態と同じ状態と
なる。

【０１３６】再生制御部（102）及び停止制御部（103）
は、実施形態１における再生制御部（102）及び停止制
御部（103）と同様に構成されている。

【０１３７】尚、本実施形態３における混合手段（80）
は、起動運転時に混合ガスを生成するためのものではな
く、再生運転時又は停止運転時に混合ガスを生成するた
めのものである。したがって、起動運転時には混合ガス
は生成されない。

【０１３８】−運転動作− 起動運転では、加熱手段（57）及び加湿手段（49）が駆
動する一方、両酸素開閉弁（88,89）、両水素開閉弁（9
0,91）及び水素バイパス開閉弁（85）が閉鎖すると共
に、酸素バイパス開閉弁（84）が開放する。空気供給管
（20）の空気は、ガス加熱器（52）を通過して加熱手段
（57）の近傍を通過する。このとき、空気供給管（20）
の空気が、加熱手段（57）によって加熱される。この加
熱された空気は、第１加湿器（40）を通過し、加湿手段
（49）に流入して加湿される。加湿手段（49）で加湿さ
れた空気は、酸素バイパス通路（82）を流れて燃料電池
（10）の酸素極側ガス通路（11）に流入する。加熱され
て加湿された空気が、燃料電池（10）内を加湿しながら
昇温させる。尚、起動運転時には、水素供給管（21）の
燃料ガスは、燃料電池（10）に流入しない。

【０１３９】そして、燃料電池（10）内の温度が運転温
度に達すると、起動運転を終了し、発電運転に切り換わ
る。このとき、加熱手段（57）及び加湿手段（49）の駆
動が停止される。つまり、発電運転時において、空気供
給管（20）の空気は、ガス加熱器（52）で加熱され、第
１加湿器（40）で加湿された後、燃料電池（10）に流入
する。

【０１４０】発電運転時、再生運転時及び停止運転時の
運転動作は、実施形態１における発電運転時の運転動作
と同様であるので、説明を省略する。

【０１４１】−実施形態３の効果− 本実施形態３によれば、起動運転時に酸素含有ガスを加
熱する加熱手段（57）と酸素含有ガスを加湿する加湿手
段（49）とを設けるようにしたために、確実に燃料電池
（10）内を昇温させながら加湿することができる。した
がって、起動運転時に迅速に燃料電池（10）内を運転温
度まで昇温させることができると共に、電解質膜の乾燥
を防止することができ、電解質膜が劣化するのを抑制す
ることができる。

【０１４２】また、空気供給管（20）の酸素含有ガスと
水素供給管（21）の燃料ガスとの混合手段（80）を設け
るようにしたために、例えば、混合ガスを燃料電池（1
0）に流入させることによって、水素極の電極触媒を再
生することができる。

【０１４３】その他の構成、作用及び効果は実施形態１
と同様である。

【０１４４】

【発明の実施の形態４】実施形態４の燃料電池システム
は、図４に示すように、実施形態３と異なり、混合手段
（80）が、混合器（81）に代えて接続通路（93）を備え
ている。

【０１４５】接続通路（93）は、一端が空気供給管（2
0）における両酸素開閉弁（88,89）の間に接続され、他
端が水素供給管における両水素開閉弁（90,91）の間に
接続されている。接続通路（93）は、接続開閉機構であ
る接続開閉弁（94）が設けられている。接続開閉弁（9
4）は、開度調整可能な電動弁により構成されている。

【０１４６】起動制御部（101）は、起動運転時に、両
酸素開閉弁（88,89）を開放すると共に、両水素開閉弁
（90,91）及び接続開閉弁（94）を閉鎖するように構成
されている。

【０１４７】再生制御部（102）は、発電運転中におい
て水素極の電極触媒を再生するときに、第１酸素開閉弁
（88）、第２酸素開閉弁（89）及び両水素開閉弁（90,9
1）を開放すると共に、接続開閉弁（94）の開度を調整
して運転する再生運転を行うように構成されている。

【０１４８】停止制御部（103）は、運転を停止すると
きに、両酸素開閉弁（88,89）、第２水素開閉弁（91）
及び接続開閉弁（94）を開放すると共に、第１水素開閉
弁（90）を閉鎖して運転する停止運転を所定時間だけ行
った後に運転を停止するように構成されている。

【０１４９】したがって、起動運転時には、空気供給管
（20）の空気は、加熱手段（57）で加熱されると共に加
湿手段（49）で加湿される。また、発電運転時には、空
気供給管（20）の空気は、ガス加熱器（52）で加熱され
ると共に第１加湿器（40）で加湿される。

【０１５０】その他の構成、作用及び効果は実施形態２
及び３と同様である。

【０１５１】

【発明のその他の実施の形態】上記実施形態１及び２に
ついて、起動制御部（101）は、起動運転時に、第２酸
素開閉弁（89）及び第２水素開閉弁（91）を開放する構
成に代え、第２酸素開閉弁（89）のみを開放し、第２水
素開閉弁（91）を閉鎖する構成にしてもよい。つまり、
起動運転時に混合ガスを酸素極側ガス通路（11）にのみ
流入させる構成にしてもよい。また、起動制御部（10
1）は、起動運転時に、第２酸素開閉弁（89）及び第２
水素開閉弁（91）を開放する構成に代え、第２水素開閉
弁（91）のみを開放し、第２酸素開閉弁（89）を閉鎖す
る構成にしてもよい。つまり、起動運転時に混合ガスを
水素極側ガス通路（12）にのみ流入させる構成にしても
よい。このような構成にしても、同様な効果を得ること
ができる。

【０１５２】また、上記各実施形態について、再生制御
部（102）及び停止制御部（103）を省略する構成にして
もよい。また、何れか一方のみを省略する構成にしても
よい。

【０１５３】また、上記各実施形態について、停止制御
部（103）は、停止運転時において、混合手段（80）に
流入した空気を燃料電池（10）の両極側ガス通路（11,1
2）に流入する構成に代え、水素極側ガス通路（12）に
のみ流入させる構成にしてもよい。

【０１５４】また、上記実施形態３及び４について、混
合手段（80）を省略する構成にしてもよい。

【０１５５】また、上記実施形態３について、起動制御
部（101）は、起動運転時に実施形態１と同様な状態に
混合手段（80）の各開閉弁を制御する構成であってもよ
い。つまり、起動制御部（101）は、起動運転時におい
て、加熱手段（57）及び加湿手段（49）を駆動する一
方、両酸素開閉弁（88,89）及び両水素開閉弁（90,91）
を開放すると共に、酸素バイパス開閉弁（84）及び水素
バイパス開閉弁（85）を閉鎖するように構成してもよ
い。このような構成にすることで、起電力を発生するこ
となく燃料電池（10）内の温度を更に迅速に上昇させる
ことができる。また、起動運転時において、混合ガスが
酸素極側ガス通路（11）又は水素極側ガス通路（12）に
流入する構成にしてもよい。

【０１５６】また、上記実施形態４について、起動制御
部（101）は、起動運転時に実施形態２と同様な状態に
混合手段（80）の各開閉弁を制御する構成であってもよ
い。つまり、起動制御部（101）は、起動運転時におい
て、加熱手段（57）及び加湿手段（49）を駆動する一
方、両酸素開閉弁（88,89）、両水素開閉弁（90,91）及
び接続開閉弁（94）を開放するように構成してもよい。
このような構成にすることで、起電力を発生することな
く燃料電池（10）内の温度を更に迅速に上昇させること
ができる。また、起動運転時において、混合ガスが酸素
極側ガス通路（11）又は水素極側ガス通路（12）に流入
する構成にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの全体構成
を示す配管系統図である。

【図２】実施形態２に係る燃料電池システムの全体構成
を示す配管系統図である。

【図３】実施形態３に係る燃料電池システムの全体構成
を示す配管系統図である。

【図４】実施形態４に係る燃料電池システムの全体構成
を示す配管系統図である。

【符号の説明】

（10） 燃料電池 （11） 酸素極側ガス通路 （12） 水素極側ガス通路 （20） 空気供給管 （21） 水素供給管 （30） 改質装置 （49） 加湿手段 （57） 加熱手段 （80） 混合手段 （81） 混合器 （82） 酸素バイパス通路 （83） 水素バイパス通路 （84） 酸素バイパス開閉弁 （85） 水素バイパス開閉弁 （88） 第１酸素開閉弁 （89） 第２酸素開閉弁 （90） 第１水素開閉弁 （91） 第２水素開閉弁 （93） 接続通路 （94） 接続開閉弁 （102） 再生制御部 （103） 停止制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 BA20 BC12 BC20 DD06 MM02

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素含有ガスを供給する酸素通路（20）
   と、 原料ガスから水素主体の燃料ガスを生成する改質装置
   （30）が設けられた水素通路（21）と、 電解質膜と電極との接合体によって酸素極側（11）と水
   素極側（12）とに区画される一方、酸素極側（11）が上
   記酸素通路（20）の下流端に接続され、水素極側（12）
   が上記水素通路（21）の下流端に接続された燃料電池
   （10）と、 起動運転時に燃料電池（10）の電極触媒上で燃料ガス中
   の水素を酸化反応させるために、酸素通路（20）の酸素
   含有ガスと水素通路（21）の燃料ガスとを混して燃料電
   池（10）に流入可能に構成された混合手段（80）とを備
   えていることを特徴とする燃料電池システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガ
   スを燃料電池（10）の水素極側（12）にのみ流入させる
   ように構成されていることを特徴とする燃料電池システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項１において、 混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガ
   スを燃料電池（10）の酸素極側（11）にのみ流入させる
   ように構成されていることを特徴とする燃料電池システ
   ム。
4. 【請求項４】 請求項１において、 混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガ
   スを燃料電池（10）の酸素極側（11）及び水素極側（1
   2）に流入させるように構成されていることを特徴とす
   る燃料電池システム。
5. 【請求項５】 請求項１から４の何れか１項において、 混合手段（80）は、 酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させる混合器
   （81）と、 上記酸素通路（20）における混合器（81）の接続部の上
   流側及び下流側にそれぞれ設けられた酸素開閉機構（8
   8,89）と、 上記水素通路（21）における混合器（81）の接続部の上
   流側及び下流側にそれぞれ設けられた水素開閉機構（9
   0,91）と、 酸素バイパス開閉機構（84）が設けられ、上記酸素開閉
   機構（88,89）及び混合器（81）の接続部をバイパスす
   るように該酸素通路（20）に接続された酸素バイパス通
   路（82）と、 水素バイパス開閉機構（85）が設けられ、上記水素開閉
   機構（90,91）及び混合器（81）の接続部をバイパスす
   るように該水素通路（21）に接続された水素バイパス通
   路（83）とを備えて構成されていることを特徴とする燃
   料電池システム。
6. 【請求項６】 請求項１から４の何れか１項において、 混合手段（80）は、 酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させる接続通
   路（93）と、 上記該接続通路（93）に設けられた接続開閉機構（94）
   と、 上記酸素通路（20）における接続通路（93）の接続部の
   上流側及び下流側にそれぞれ設けられた酸素開閉機構
   （88,89）と、 上記水素通路（21）における接続通路（93）の接続部の
   上流側及び下流側にそれぞれ設けられた水素開閉機構
   （90,91）とを備えて構成されていることを特徴とする
   燃料電池システム。
7. 【請求項７】 請求項１から６の何れか１項において、 発電運転中に酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガスを燃
   料電池（10）の水素極側（12）に流入可能に構成された
   再生制御手段（102）を備えていることを特徴とする燃
   料電池システム。
8. 【請求項８】 酸素含有ガスを供給する酸素通路（20）
   と、 上記酸素通路（20）に設けられ、酸素含有ガスを加熱す
   る加熱手段（57）と、 上記酸素通路（20）に設けられ、酸素含有ガスを加湿す
   る加湿手段（49）と、 原料ガスから水素主体の燃料ガスを製造する改質装置
   （30）が設けられた水素通路（21）と、 電解質膜と電極との接合体によって酸素極側（11）と水
   素極側（12）とに区画される一方、酸素極側（11）が上
   記酸素通路（20）における加熱手段（57）及び加湿手段
   （49）の下流側に接続され、水素極側（12）が上記水素
   通路（21）における改質装置（30）の下流側に接続され
   た燃料電池（10）とを備えていることを特徴とする燃料
   電池システム。
9. 【請求項９】 請求項８において、 酸素通路（20）における加熱手段（57）及び加湿手段
   （49）の下流側と水素通路（21）における改質装置（3
   0）の下流側とに接続され、酸素通路（20）の酸素含有
   ガスと水素通路（21）の燃料ガスとを混合可能に構成さ
   れた混合手段（80）を備えていることを特徴とする燃料
   電池システム。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガ
    スを燃料電池（10）の水素極側（12）にのみ流入させる
    ように構成されていることを特徴とする燃料電池システ
    ム。
11. 【請求項１１】 請求項９において、 混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガ
    スを燃料電池（10）の酸素極側（11）にのみ流入させる
    ように構成されていることを特徴とする燃料電池システ
    ム。
12. 【請求項１２】 請求項９において、 混合手段（80）は、酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガ
    スを燃料電池（10）の酸素極側（11）及び水素極側（1
    2）に流入させるように構成されていることを特徴とす
    る燃料電池システム。
13. 【請求項１３】 請求項９から１２の何れか１項におい
    て、 混合手段（80）は、 酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させる混合器
    （81）と、 上記酸素通路（20）における混合器（81）の接続部の上
    流側及び下流側にそれぞれ設けられた酸素開閉機構（8
    8,89）と、 上記水素通路（21）における混合器（81）の接続部の上
    流側及び下流側にそれぞれ設けられた水素開閉機構（9
    0,91）と、 酸素バイパス開閉機構（84）が設けられ、上記酸素開閉
    機構（88,89）及び混合器（81）の接続部をバイパスす
    るように該酸素通路（20）に接続された酸素バイパス通
    路（82）と、 水素バイパス開閉機構（85）が設けられ、上記水素開閉
    機構（90,91）及び混合器（81）の接続部をバイパスす
    るように該水素通路（21）に接続された水素バイパス通
    路（83）とを備えて構成されていることを特徴とする燃
    料電池システム。
14. 【請求項１４】 請求項９から１２の何れか１項におい
    て、 混合手段（80）は、 酸素通路（20）と水素通路（21）とを連通させる接続通
    路（93）と、 上記接続通路（93）に設けられた接続開閉機構（94）
    と、 上記酸素通路（20）における接続通路（93）の接続部の
    上流側及び下流側にそれぞれ設けられた酸素開閉機構
    （88,89）と、 上記水素通路（21）における接続通路（93）の接続部の
    上流側及び下流側にそれぞれ設けられた水素開閉機構
    （90,91）とを備えて構成されていることを特徴とする
    燃料電池システム。
15. 【請求項１５】 請求項９から１４の何れか１項におい
    て、 発電運転中に酸素含有ガスと燃料ガスとの混合ガスを燃
    料電池（10）の水素極側（12）に流入可能に構成された
    再生制御手段（102）を備えていることを特徴とする燃
    料電池システム。
16. 【請求項１６】 請求項５又は１３において、 運転を停止するときに、酸素通路（20）における混合器
    （81）の接続部の上流側に設けられた酸素開閉機構（8
    8）と、水素通路（21）における混合器（81）の接続部
    の下流側に設けられた水素開閉機構（91）とを開放する
    と共に、酸素通路（20）における混合器（81）の接続部
    の下流側に設けられた酸素開閉機構（89）と、水素通路
    （21）における混合器（81）の接続部の上流側に設けら
    れた水素開閉機構（90）と、酸素バイパス開閉機構（8
    4）と、水素バイパス開閉機構（85）とを閉鎖する停止
    制御手段（103）を備えていることを特徴とする燃料電
    池システム。
17. 【請求項１７】 請求項５又は１３において、 運転を停止するときに、水素通路（21）における混合器
    （81）の接続部の下流側に設けられた水素開閉機構（9
    1）と、酸素開閉機構（88,89）とを開放すると共に、水
    素通路（21）における混合器（81）の接続部の上流側に
    設けられた水素開閉機構（90）と、酸素バイパス開閉機
    構（84）と、水素バイパス開閉機構（85）とを閉鎖する
    停止制御手段（103）を備えていることを特徴とする燃
    料電池システム。
18. 【請求項１８】 請求項６又は１４において、 運転を停止するときに、酸素通路（20）における接続通
    路（93）の接続部の上流側に設けられた酸素開閉機構
    （88）と、水素通路（21）における接続通路（93）の接
    続部の下流側に設けられた水素開閉機構（91）と、接続
    開閉機構（94）とを開放すると共に、酸素通路（20）に
    おける接続通路（93）の接続部の下流側に設けられた酸
    素開閉機構（89）と、水素通路（21）における接続通路
    （93）の接続部の上流側に設けられた水素開閉機構（9
    0）とを閉鎖する停止制御手段（103）を備えていること
    を特徴とする燃料電池システム。
19. 【請求項１９】 請求項６又は１４において、 運転を停止するときに、水素通路（21）における接続通
    路（93）の接続部の下流側に設けられた水素開閉機構
    （91）と、酸素開閉機構（88,89）と、接続開閉機構（9
    4）とを開放すると共に、水素通路（21）における接続
    通路（93）の接続部の上流側に設けられた水素開閉機構
    （90）を閉鎖する停止制御手段（103）を備えているこ
    とを特徴とする燃料電池システム。