JP2016033863A - Fuel battery system and operation method for the same - Google Patents

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梅田　孝裕
Takahiro Umeda
孝裕 梅田
美穂 玄番
Miho Gemba
美穂 玄番
丈志 寺本
Takeshi Teramoto
丈志 寺本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery system and an operation method for the same that enable impurities removing means to be used for a relatively long term and also can suppress reduction of the output of a fuel battery and deterioration of durability caused by impurities contained in gas for power generation.SOLUTION: Oxidant gas route switching means 611, 612 for switching a route passing through oxidant gas impurities removing means 41 and a bypass route 51 bypassing the oxidant gas impurities removing means 41 are provided. A controller 8 controls the oxidant gas route switching means 611, 612 so that the bypass route 51 is switched to the route passing through the oxidant gas impurities removing means 41 when an impurities supply amount determined by impurities supply amount determining means 7 exceeds a predetermined impurities supply amount.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発電用のガス中に含まれる不純物による燃料電池の出力低下や耐久性の低下を抑制した燃料電池システムおよびその運転方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that suppresses a decrease in output and durability of a fuel cell due to impurities contained in power generation gas, and an operation method thereof.

燃料電池は、少なくとも水素を含む燃料ガスと、少なくとも酸素を含む酸化剤ガスとを反応させ、電気と熱を作り出し、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電効率を得ることができる。   A fuel cell reacts with a fuel gas containing at least hydrogen and an oxidant gas containing at least oxygen to produce electricity and heat, and directly converts the chemical energy of the fuel into electric energy, thus obtaining high power generation efficiency. Can do.

燃料電池は、固体電解質膜を挟むように設けられたカソードとアノードで構成され、カソードの酸化剤ガス流路に酸化剤ガス、アノードの燃料ガス流路に燃料ガスをそれぞれ供給することにより、発電が可能となる。   A fuel cell is composed of a cathode and an anode provided so as to sandwich a solid electrolyte membrane. By supplying an oxidant gas to the cathode oxidant gas flow path and a fuel gas to the anode fuel gas flow path, the fuel cell generates power. Is possible.

アノードに供給された水素は、電子を放出し、水素イオンとなり、水素イオン伝導性を有する電解質膜中を通って、カソードへ移動する。カソードへ移動した水素イオンは、カソードで酸素と電子と反応して水を生成する。   The hydrogen supplied to the anode releases electrons, becomes hydrogen ions, moves through the electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, and moves to the cathode. The hydrogen ions that have moved to the cathode react with oxygen and electrons at the cathode to produce water.

また、このとき発生する熱エネルギーを回収するため、燃料電池の冷却水流路に冷却水を流通させて熱を回収する構成となっている。   Moreover, in order to collect | recover the thermal energy generated at this time, it has the structure which distribute | circulates cooling water to the cooling water flow path of a fuel cell, and collect | recovers heat.

ところで、カソードに供給される酸化剤ガス中、あるいは、アノードに供給される燃料ガス中に不純物が含まれる場合、不純物が、カソード、あるいは、アノードの触媒を被毒したり、電解質膜の水素イオン伝導性を阻害したりして、燃料電池の出力低下や耐久性の低下が発生するという課題があった。   By the way, when the oxidant gas supplied to the cathode or the fuel gas supplied to the anode contains impurities, the impurities poison the cathode or the anode catalyst, or hydrogen ions in the electrolyte membrane. There existed a subject that the output fall of a fuel cell and the fall of durability generate | occur | produced by inhibiting conductivity.

従来、酸化剤ガス中、あるいは、燃料ガス中に含まれる不純物による燃料電池の出力低下や耐久性の低下を抑制するため、除去したい不純物に適した不純物除去手段を備え、酸化剤ガス中、あるいは、燃料ガス中に含まれる不純物を除去して供給していた。   Conventionally, in order to suppress a decrease in output or durability of the fuel cell due to impurities contained in the oxidant gas or in the fuel gas, an impurity removal means suitable for the impurity to be removed has been provided. The impurities contained in the fuel gas were removed and supplied.

不純物除去手段には、一般に、フィルタなどが用いられることが多く、フィルタで不純物を吸着、あるいは、分離して除去している。   In general, a filter or the like is often used as the impurity removing means, and the impurities are removed by adsorption or separation with the filter.

カソードに供給する酸化剤ガスには大気を用いる場合が多いが、大気中には、窒素酸化物、硫黄化合物、粉塵などの燃料電池の出力や耐久性に影響を与える様々な不純物が含まれており、酸性ガス除去フィルタや除塵フィルタなどで取り除くことができる（例えば、特許文献１参照）。   The atmosphere is often used as the oxidant gas supplied to the cathode, but the atmosphere contains various impurities that affect the output and durability of the fuel cell, such as nitrogen oxides, sulfur compounds, and dust. It can be removed with an acid gas removal filter, a dust removal filter, or the like (see, for example, Patent Document 1).

一方、アノードに供給する燃料ガスには、例えば都市ガスなどの主成分である炭化水素系のガスを改質反応で改質して生成した水素が用いられるが、原料に窒素が含まれていると、燃料ガス中に不純物としてアンモニアが含まれる場合があり、アンモニア除去手段などにより、燃料ガス中のアンモニアを除去していた（例えば、特許文献２参照）。   On the other hand, for the fuel gas supplied to the anode, for example, hydrogen generated by reforming a hydrocarbon-based gas, which is a main component such as city gas, by a reforming reaction is used, but the raw material contains nitrogen. In some cases, ammonia is contained as an impurity in the fuel gas, and ammonia in the fuel gas is removed by an ammonia removing means or the like (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、これらの不純物除去手段は、運転中、常時、物理的あるいは化学的に不純物を吸着、吸収させて除去するため寿命が短く、交換頻度が多くなったり、容量を大きくしたりして、小型化できない、経済的でないという課題があった。   However, these impurity removal means are always small during operation because they are physically or chemically adsorbed and absorbed to remove impurities, have a short life, increase the frequency of replacement, and increase capacity. There was a problem that it was not economical and not economical.

そこで、従来の燃料電池システムは、不純物濃度検出手段と、流路切替手段を備え、不
純物の濃度が所定の値を超えたら、流路切替手段を不純物除去手段が不純物を除去するように流路を切り替えて、不純物除去手段の消耗を抑制して寿命を延ばしていた（例えば、特許文献３参照）。 Therefore, the conventional fuel cell system includes an impurity concentration detecting unit and a channel switching unit, and when the impurity concentration exceeds a predetermined value, the channel switching unit is configured to remove the impurity by the impurity removing unit. To suppress the consumption of the impurity removing means and extend the life (see, for example, Patent Document 3).

特開２００８−１５９２８１号公報JP 2008-159281 A 特開平６−８４５３７号公報JP-A-6-84537 特開２００８−２３４９７号公報JP 2008-23497 A

しかしながら、不純物濃度検出手段を用いる方法では、ガス経路の途中に不純物濃度センサを取り付ける必要があり、装置が大型化するだけでなく、除去する不純物によっては複数の不純物濃度センサを備えなければならず、経済的でないという課題があった。   However, in the method using the impurity concentration detection means, it is necessary to attach an impurity concentration sensor in the middle of the gas path, which not only increases the size of the apparatus but also requires a plurality of impurity concentration sensors depending on the impurities to be removed. There was a problem that it was not economical.

また、濃度が低くても長時間運転することにより燃料電池に影響を与える不純物は、不純物濃度センサによって検出することが困難なため、不純物を除去できない可能性があった。   In addition, even if the concentration is low, impurities that affect the fuel cell by operating for a long time are difficult to detect with an impurity concentration sensor, and thus the impurities may not be removed.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、不純物濃度センサを用いることなく、不純物除去手段を比較的長期にわたって使用でき、発電用のガス中に含まれる不純物による燃料電池の出力低下や耐久性の低下を抑制した燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and without using an impurity concentration sensor, the impurity removing means can be used for a relatively long period of time, and the output of the fuel cell is reduced or the durability is deteriorated due to impurities contained in the power generation gas. It aims at providing the fuel cell system which suppressed the fall of property.

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、燃料電池と、前記燃料電池に発電用のガスを供給するガス供給手段と、前記ガス中に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、前記不純物除去手段をバイパスさせるバイパス経路と、前記不純物除去手段を経由させる経路と前記バイパス経路とを切り替える経路切替手段と、制御器と、を備え、前記制御器は、所定動作を行う場合、または前記不純物の供給量が所定量を超えたと判定できる条件を満たした場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。   In order to solve the above conventional problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, a gas supply means for supplying a power generation gas to the fuel cell, and an impurity removal means for removing impurities contained in the gas. A bypass path for bypassing the impurity removing means, a path switching means for switching between the bypass path and the bypass path, and a controller, and the controller performs a predetermined operation. Or when the condition for determining that the supply amount of the impurity exceeds a predetermined amount is satisfied, the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to the path via the impurity removal means. The path switching means is controlled.

これにより、不純物濃度センサを用いることなく、不純物除去手段を比較的長期にわたって使用でき、発電用のガス中に含まれる不純物による燃料電池の出力低下や耐久性の低下を抑制できる。   Thus, the impurity removing means can be used for a relatively long period of time without using an impurity concentration sensor, and it is possible to suppress a decrease in output and durability of the fuel cell due to impurities contained in the power generation gas.

本発明によれば、不純物濃度センサを用いることなく、不純物除去手段を比較的長期にわたって使用でき、発電用のガス中に含まれる不純物による燃料電池の出力低下や耐久性の低下を抑制できる。   According to the present invention, the impurity removing means can be used for a relatively long period of time without using an impurity concentration sensor, and a decrease in output and durability of the fuel cell due to impurities contained in the power generation gas can be suppressed.

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態の燃料電池システムの出力低下率の連続発電時間依存性を示す特性図The characteristic figure which shows the continuous power generation time dependence of the output fall rate of the fuel cell system of the embodiment 本発明の実施の形態６における燃料電池システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a fuel cell system in Embodiment 6 of the present invention 本発明の実施の形態７における燃料電池システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a fuel cell system in Embodiment 7 of the present invention 本発明の実施の形態８における燃料電池システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a fuel cell system in Embodiment 8 of the present invention 同実施の形態の燃料電池システムの制御動作の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of control operation of the fuel cell system of the embodiment 本発明の実施の形態９における燃料電池システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 9 of the present invention 本発明の実施の形態１０における燃料電池システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 10 of the present invention

第１の発明は、燃料電池と、前記燃料電池に発電用のガスを供給するガス供給手段と、前記ガス中に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、前記不純物除去手段をバイパスさせるバイパス経路と、前記不純物除去手段を経由させる経路と前記バイパス経路とを切り替える経路切替手段と、制御器と、を備え、前記制御器が、所定動作を行う場合、または前記不純物の供給量が所定量を超えたと判定できる条件を満たした場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、燃料電池システムである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, a gas supply means for supplying a power generation gas to the fuel cell, an impurity removal means for removing impurities contained in the gas, and a bypass path for bypassing the impurity removal means And a path switching means for switching between the path through the impurity removal means and the bypass path, and a controller, and when the controller performs a predetermined operation, or the supply amount of the impurity is a predetermined amount. A fuel cell system that controls the path switching means so that the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to a path that passes through the impurity removal means when a condition that can be determined to be exceeded is satisfied; It is.

本発明者らは、酸化剤ガス、あるいは、燃料ガス中に含まれる不純物の、燃料電池の出力や耐久性へ与える影響度は、不純物の供給量（不純物濃度と供給時間の積）に相関があり、燃料電池を起動停止することで、燃料電池に蓄積した不純物の影響をある程度解消でき、起動から停止までの発電の間に蓄積する不純物の供給量が少ないときはより長時間、出力低下することなく安定して発電することができ、また耐久性に影響を与えないことを見出した。   The inventors of the present invention correlate the degree of influence of oxidant gas or impurities contained in fuel gas on the output and durability of the fuel cell with the supply amount of impurities (product of impurity concentration and supply time). Yes, the effect of impurities accumulated in the fuel cell can be eliminated to some extent by stopping and starting the fuel cell, and when the supply amount of impurities accumulated during power generation from start to stop is small, the output decreases for a longer time It has been found that power can be generated stably without affecting the durability.

本発明の構成により、通常、不純物の供給量が燃料電池に影響を与えない所定の供給量以下では、不純物除去手段で不純物を除去することなく、ガスを供給し、不純物の供給量が燃料電池に影響を与える所定の供給量を超えた場合に、不純物除去手段で不純物を除去したガスを供給して、燃料電池への影響を緩和するので、燃料電池をより長時間、出力低下することなく安定して発電することができるようになるだけでなく、不純物の供給量が燃料電池に影響のある所定の供給量を超えたときだけ、不純物除去手段で不純物を除去してガスを供給するので、不純物除去手段の消耗が抑えられ、寿命を延ばすことが可能となり、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   According to the configuration of the present invention, normally, when the supply amount of impurities is not more than a predetermined supply amount that does not affect the fuel cell, gas is supplied without removing the impurities by the impurity removing means, and the supply amount of impurities is the fuel cell. When the specified supply amount that affects the fuel is exceeded, the gas from which impurities are removed by the impurity removing means is supplied to reduce the influence on the fuel cell, so that the output of the fuel cell does not decrease for a longer time. Not only will it be possible to generate electricity stably, but only when the supply amount of impurities exceeds a predetermined supply amount that affects the fuel cell, impurities are removed by the impurity removal means and gas is supplied. Thus, the consumption of the impurity removing means can be suppressed, the life can be extended, and an economical fuel cell system with excellent performance and durability can be obtained.

また、制御器が所定動作を行う場合に、不純物除去手段で不純物を除去してガスを供給するので、不純物除去手段の消耗が抑えられ、寿命を延ばすことが可能となり、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   Moreover, when the controller performs a predetermined operation, the impurities are removed by the impurity removing means and gas is supplied, so that the consumption of the impurity removing means can be suppressed, the life can be extended, and the performance and durability are excellent. An economical fuel cell system can be obtained.

第２の発明は、特に、第１の発明に加えて、前記不純物の供給量を判定する不純物供給量判定手段を備え、前記制御器が、前記不純物供給量判定手段が判定した不純物供給量が所定の不純物供給量を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。   In particular, in addition to the first invention, the second invention includes impurity supply amount determination means for determining the supply amount of the impurity, and the controller supplies the impurity supply amount determined by the impurity supply amount determination means. The path switching means is controlled so that the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to the path via the impurity removal means when a predetermined impurity supply amount is exceeded.

本発明の構成により、通常、不純物の供給量が燃料電池に影響を与えない所定の供給量以下では、不純物除去手段で不純物を除去することなく、ガスを供給し、不純物の供給量が燃料電池に影響を与える所定の供給量を超えた場合に、不純物除去手段で不純物を除去したガスを供給して、燃料電池への影響を緩和するので、燃料電池をより長時間、出力低下することなく安定して発電することができるようになるだけでなく、不純物の供給量が燃料電池に影響のある所定の供給量を超えたときだけ、不純物除去手段で不純物を除去してガスを供給するので、不純物除去手段の消耗が抑えられ、寿命を延ばすことが可能となり、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   According to the configuration of the present invention, normally, when the supply amount of impurities is not more than a predetermined supply amount that does not affect the fuel cell, gas is supplied without removing the impurities by the impurity removing means, and the supply amount of impurities is the fuel cell. When the specified supply amount that affects the fuel is exceeded, the gas from which impurities are removed by the impurity removing means is supplied to reduce the influence on the fuel cell, so that the output of the fuel cell does not decrease for a longer time. Not only will it be possible to generate electricity stably, but only when the supply amount of impurities exceeds a predetermined supply amount that affects the fuel cell, impurities are removed by the impurity removal means and gas is supplied. Thus, the consumption of the impurity removing means can be suppressed, the life can be extended, and an economical fuel cell system with excellent performance and durability can be obtained.

第３の発明は、特に、第１の発明に加えて、起動から次の停止までの連続発電における
連続発電時間を計測する連続発電時間計測手段を備え、前記制御器が、前記連続発電時間計測手段が計測した連続発電時間が所定の連続発電時間を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。 In particular, in addition to the first invention, the third invention includes continuous power generation time measuring means for measuring continuous power generation time in continuous power generation from start to next stop, and the controller includes the continuous power generation time measurement. When the continuous power generation time measured by the means exceeds a predetermined continuous power generation time, the path switching is performed so that the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to the path via the impurity removal means. Control the means.

通常、酸化剤ガスには、大気を用いる場合が多いが、大気中の不純物の平均濃度はある範囲内で安定しており、また、燃料ガス中の不純物の平均濃度は改質反応の条件で決まるため、ある程度安定しており、単位時間当たりに燃料電池に供給されるそれぞれのガス中に含まれる不純物の平均供給量は安定していると推定される。   In general, the oxidant gas is often used in the atmosphere, but the average concentration of impurities in the atmosphere is stable within a certain range, and the average concentration of impurities in the fuel gas depends on the conditions of the reforming reaction. Therefore, it is estimated that the average supply amount of impurities contained in each gas supplied to the fuel cell per unit time is stable.

本発明の構成により、連続発電時間計測手段が、燃料電池に影響のある不純物の供給量を、不純物の推定平均濃度と、起動してからの連続発電時間から推定し、推定した不純物の供給量が所定の供給量を超える発電時間を計測し、制御器が、所定の連続発電時間を超えたら不純物除去手段で不純物を除去するように経路切替手段を切り替えるように制御するので、不純物の燃料電池への影響を緩和することができ、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   According to the configuration of the present invention, the continuous power generation time measuring means estimates the supply amount of impurities that affect the fuel cell from the estimated average concentration of impurities and the continuous power generation time after startup, and the estimated supply amount of impurities. Measuring the power generation time exceeding the predetermined supply amount, and when the controller exceeds the predetermined continuous power generation time, the controller controls to switch the path switching means so as to remove the impurities by the impurity removal means. Therefore, it is possible to obtain an economical fuel cell system having excellent performance and durability.

第４の発明は、特に、第１の発明に加えて、起動から次の停止までの連続発電における累積発電電力量を計測する累積発電電力量計測手段を備え、前記制御器が、前記累積発電電力量計測手段が計測した累積発電電力量が所定の発電電力量を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。   In particular, in addition to the first invention, the fourth invention includes a cumulative power generation amount measuring means for measuring a cumulative power generation amount in continuous power generation from the start to the next stop, and the controller includes the cumulative power generation. When the accumulated power generation amount measured by the power amount measuring means exceeds a predetermined power generation amount, the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to the path via the impurity removal means. In addition, the route switching means is controlled.

本発明者らは、燃料電池に流れる電流の電流密度が高く、電力量が高いほど燃料電池に供給される不純物による影響は大きく、電流密度が低く、電力量が低いときは燃料電池への影響が小さく、累積の発電電力量（発電電力と発電時間の積）が不純物の供給量に相関していることを見出した。   The inventors of the present invention are that the current density of the current flowing through the fuel cell is higher, and the higher the amount of power, the greater the influence of impurities supplied to the fuel cell, and the lower the current density and the lower the amount of power, the impact on the fuel cell. And the cumulative amount of generated power (product of generated power and power generation time) was found to correlate with the amount of impurities supplied.

本発明の構成により、累積発電電力量計測手段が、燃料電池の累積発電電力量から不純物の供給量を推定し、推定した不純物の供給量が所定の供給量を超える累積電力量を計測し、制御器が、所定の累積発電電力量を超えたら不純物除去手段で不純物を除去するように経路切替手段を切り替えるように制御するので、不純物の燃料電池への影響を緩和することができ、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   According to the configuration of the present invention, the cumulative power generation amount measuring unit estimates the supply amount of impurities from the cumulative power generation amount of the fuel cell, measures the cumulative power amount in which the estimated supply amount of impurities exceeds a predetermined supply amount, Since the controller controls to switch the path switching means so as to remove impurities by the impurity removal means when the predetermined accumulated power generation amount is exceeded, the influence of impurities on the fuel cell can be mitigated, performance and It is possible to obtain a fuel cell system that is excellent in durability and economical.

第５の発明は、特に、第１の発明に加えて、起動から次の停止までの連続発電における前記ガス供給手段の運転時間を計測する運転時間計測手段を備え、前記制御器が、前記運転時間計測手段が計測した運転時間が所定の運転時間を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。   In particular, in addition to the first invention, the fifth invention includes an operation time measuring means for measuring the operation time of the gas supply means in continuous power generation from start to next stop, and the controller includes the operation When the operation time measured by the time measurement means exceeds a predetermined operation time, the path switching is performed so that the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to the path via the impurity removal means. Control the means.

この構成により、不純物の含まれるガスを供給するガス供給手段の運転した時間から燃料電池に供給された不純物の供給量を推定して、所定の運転時間以上で不純物を除去するように供給経路を切り替えるので、不純物の燃料電池への影響を緩和することができ、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   With this configuration, the supply path is arranged so that the amount of impurities supplied to the fuel cell is estimated from the operating time of the gas supply means for supplying the gas containing impurities, and the impurities are removed after a predetermined operating time. Since switching is performed, the influence of impurities on the fuel cell can be mitigated, and an economical fuel cell system having excellent performance and durability can be obtained.

第６の発明は、特に、第１の発明に加えて、起動から次の停止までの連続発電における前記ガス供給手段の累積ガス供給量を計測する累積ガス供給量計測手段を備え、前記制御器が、前記累積ガス供給量計測手段が計測した累積ガス供給量が所定のガス供給量を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。   In particular, in addition to the first invention, the sixth invention further comprises cumulative gas supply amount measuring means for measuring the cumulative gas supply amount of the gas supply means in continuous power generation from start to next stop, and the controller However, when the cumulative gas supply amount measured by the cumulative gas supply amount measurement means exceeds a predetermined gas supply amount, the gas supply path to the fuel cell is routed from the bypass path through the impurity removal means. The route switching means is controlled to switch to the route to be performed.

この構成により、累積ガス供給量（ガス供給速度とガス供給時間の積）から燃料電池に蓄積する不純物の供給量を推定し、所定のガス供給量を超えた場合に限って、不純物を除去するように燃料電池へのガスの供給経路を切り替えることができるようになる。   With this configuration, the supply amount of impurities accumulated in the fuel cell is estimated from the accumulated gas supply amount (product of gas supply speed and gas supply time), and impurities are removed only when the predetermined gas supply amount is exceeded. Thus, the gas supply path to the fuel cell can be switched.

例えば、高利用率、あるいは、低出力時などガス供給量が少ない時は供給される不純物の供給量も少ないので、燃料電池は不純物を除去することなく、長時間安定して発電することができ、例えば、低利用率、あるいは、高出力時などガス供給量が多い時は供給される不純物の供給量も多いので、不純物除去手段を介して不純物の供給量を低減して燃料電池にガスを供給して、さらに長時間安定して発電することができ、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   For example, when the gas supply amount is small, such as at high utilization or low output, the amount of supplied impurities is also small, so the fuel cell can generate power stably for a long time without removing impurities. For example, when the gas supply amount is large, such as at a low utilization rate or at a high output, the amount of impurities supplied is also large. Therefore, the impurity supply amount is reduced via the impurity removing means, and the gas is supplied to the fuel cell. The fuel cell system can be supplied and can generate power stably for a long time, and has an excellent performance and durability, and an economical fuel cell system can be obtained.

第７の発明は、特に、第１の発明に加えて、停電を検知する停電検知手段を備え、前記制御器が、前記停電検知手段が停電を検知した場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。   In particular, in addition to the first invention, the seventh invention includes a power failure detection means for detecting a power failure, and the controller supplies the gas to the fuel cell when the power failure detection means detects a power failure. The path switching means is controlled so that the supply path is switched from the bypass path to the path passing through the impurity removing means.

この構成により、通常時は、不純物除去手段をバイパスするバイパス経路を通じて燃料電池に発電用のガスを供給して発電し、長時間連続して発電することが要求される停電時には、停電を検知したら、不純物除去手段を経由する経路に切り替えて不純物を除去して長時間安定して発電することを可能とするので、停電時においても性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   With this configuration, normally, when a power failure is detected during a power outage that requires power generation by supplying gas for power generation to the fuel cell through a bypass path that bypasses the impurity removal means, Since it is possible to generate power stably for a long time by removing impurities by switching to the route through the impurity removal means, an economical fuel cell system with excellent performance and durability even during a power outage can be obtained Is possible.

第８の発明は、特に、第１の発明における前記制御器が、前記燃料電池の触媒の活性回復動作を行う場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御するのである。   According to an eighth aspect of the present invention, in particular, when the controller according to the first aspect of the present invention performs an activity recovery operation of the catalyst of the fuel cell, the gas supply path to the fuel cell is changed from the bypass path to the impurity. The route switching means is controlled so as to switch to a route passing through the removing means.

本発明者らは、触媒の活性回復動作を行う場合に、不純物の少ないガスを使うと活性回復動作による活性回復効果がより高くなり、通常発電時に不純物の吸着により低下した活性をより効果的に復活させることができることを見出した。   When performing the activity recovery operation of the catalyst, the present inventors have a higher activity recovery effect due to the activity recovery operation when a gas with less impurities is used, and more effectively the activity reduced by the adsorption of impurities during normal power generation. I found out that it can be revived.

従って、本構成によって、活性回復動作を行うときには不純物除去手段を経由する経路を通った不純物のないガスが供給されるので、活性回復動作による活性回復効果がより高くなり、通常発電時に不純物の吸着により低下した活性を高い確率で復活させることができる。   Therefore, according to this configuration, when performing the activity recovery operation, gas without impurities is supplied through the path through the impurity removing means, so that the activity recovery effect by the activity recovery operation becomes higher, and the adsorption of impurities during normal power generation It is possible to restore the decreased activity with a high probability.

また、通常発電の時には不純物除去手段をバイパスするバイパス経路を通ったガスが燃料電池に供給されるので、不純物除去手段の寿命を延ばすことができる。   In addition, since the gas passing through the bypass path that bypasses the impurity removal means is supplied to the fuel cell during normal power generation, the life of the impurity removal means can be extended.

第９の発明は、特に、第８の発明における前記活性回復動作が、前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作、並びに、前記燃料電池の電極の電位を上昇及び降下させる動作のうちの少なくとも１つの動作であることを特徴とするものである。   In the ninth invention, in particular, the activity recovery operation in the eighth invention includes an operation of increasing the amount of water in the catalyst of the fuel cell and an operation of increasing and decreasing the potential of the electrode of the fuel cell. It is characterized by at least one operation.

本活性回復動作の中で、触媒内の水分量を増加させる動作により、触媒に吸着している不純物を水に溶かして除去することができる。   In this activity recovery operation, the operation of increasing the amount of water in the catalyst can remove impurities adsorbed on the catalyst by dissolving them in water.

また、燃料電池の電極の電位を上昇させることにより、触媒に付着している不純物が酸化されて、触媒との吸着力を弱めることができ、燃料電池の電極の電位を降下させることにより、触媒を還元して活性化することができる。   Further, by increasing the potential of the fuel cell electrode, impurities adhering to the catalyst are oxidized, and the adsorption power with the catalyst can be weakened. By decreasing the potential of the fuel cell electrode, the catalyst Can be reduced and activated.

第１０の発明は、特に、第９の発明における、前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作が、前記燃料電池の冷却動作、前記燃料電池に供給するガス中の単位流量当たりの水分量を増加させる動作、及び、前記燃料電池に供給するガスの圧力を増加させる動作のうちの少なくとも１つの動作であることを特徴とするものである。   In the tenth aspect of the invention, in particular, in the ninth aspect of the invention, the operation for increasing the amount of water in the catalyst of the fuel cell is the cooling operation of the fuel cell, the moisture per unit flow rate in the gas supplied to the fuel cell. It is at least one of an operation for increasing the amount and an operation for increasing the pressure of the gas supplied to the fuel cell.

第１１の発明は、特に、第９の発明における、前記燃料電池の電極電位を上昇及び降下させる動作が、外部電源からの電圧を印加し、電位を掃引する動作、前記燃料電池に接続される負荷の大きさを制御する動作、前記燃料電池と負荷との切断及び接続を行う動作、前記燃料電池に不活性ガスを流す動作、並びに、前記燃料電池のアノードに酸化剤ガスを流す動作、カソードに燃料ガスを流す動作のうちの少なくとも１つの動作であることを特徴とするものである。   In the eleventh aspect of the invention, in particular, in the ninth aspect of the invention, the operation of raising and lowering the electrode potential of the fuel cell is connected to the fuel cell, the operation of applying a voltage from an external power source and sweeping the potential. An operation for controlling the size of the load, an operation for disconnecting and connecting the fuel cell and the load, an operation for flowing an inert gas to the fuel cell, and an operation for flowing an oxidant gas to the anode of the fuel cell, a cathode It is at least one of the operations of flowing the fuel gas through the fuel cell.

第１２の発明は、特に、第１から第１１のいずれか１つの発明における前記ガス供給手段が、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段であり、前記不純物除去手段が、酸化剤ガス中に含まれる不純物を除去する酸化剤ガス不純物除去手段であることを特徴とするものである。   In a twelfth aspect of the invention, in particular, the gas supply means in any one of the first to eleventh aspects of the invention is an oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell, and the impurity removal means is an oxidizer. The oxidant gas impurity removing means removes impurities contained in the oxidant gas.

本発明の構成により、予め想定される酸化剤ガス中の不純物の平均的な濃度と供給時間から、燃料電池に影響を与える供給量を求め、所定の供給量以上で酸化剤ガス不純物除去手段で酸化剤ガス中に含まれる不純物を除去し、燃料電池の不純物による影響を緩和して、燃料電池が長時間継続して安定に発電することを可能とするので、酸化剤ガス中に不純物が存在しても、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   According to the configuration of the present invention, the supply amount that affects the fuel cell is obtained from the average concentration of the impurity in the oxidant gas and the supply time, which are assumed in advance, and the oxidant gas impurity removing means exceeds the predetermined supply amount. Impurities are present in the oxidant gas by removing impurities contained in the oxidant gas and mitigating the effects of fuel cell impurities, enabling the fuel cell to generate power continuously for a long time. Even so, it is possible to obtain an economical fuel cell system with excellent performance and durability.

第１３の発明は、特に、第１から第１１のいずれか１つの発明における前記ガス供給手段が、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段であり、前記不純物除去手段が、燃料ガス中に含まれる不純物を除去する燃料ガス不純物除去手段であることを特徴とするものである。   In a thirteenth aspect of the invention, in particular, the gas supply means in any one of the first to eleventh aspects of the invention is fuel gas supply means for supplying fuel gas to a fuel cell, and the impurity removal means is in fuel gas. It is a fuel gas impurity removal means which removes the impurity contained in this.

本発明の構成により、予め想定される燃料ガス中の不純物の平均的な濃度と供給時間から、燃料電池に影響を与える供給量を求め、所定の供給量以上で燃料ガス不純物除去手段で燃料ガス中に含まれる不純物を除去し、燃料電池への影響を緩和して、燃料電池が長時間継続して安定に発電することを可能とするので、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   According to the configuration of the present invention, the supply amount that affects the fuel cell is obtained from the average concentration of the impurities in the fuel gas and the supply time that are assumed in advance, and the fuel gas is removed by the fuel gas impurity removing means above the predetermined supply amount. The fuel cell is excellent in performance and durability because it removes impurities contained in it, mitigates the impact on the fuel cell, and enables the fuel cell to generate power continuously for a long time. A system can be obtained.

第１４の発明は、特に、第１から第１３のいずれか１つの発明における前記不純物が、硫黄化合物、アンモニアのうち少なくともいずれか一種を含むことを特徴とするものである。   The fourteenth invention is characterized in that, in particular, the impurity in any one of the first to thirteenth inventions contains at least one of a sulfur compound and ammonia.

本発明者らは、大気中にある二酸化硫黄などの硫黄化合物は、燃料電池のカソード触媒に吸着して蓄積する特性を有するが、所定の蓄積量以下では、燃料電池に対して顕著な出力低下や、耐久性に影響を与えず、燃料電池を起動停止させることで、その蓄積をある程度解消することができるが、燃料電池が長時間、連続して発電され、不純物の蓄積量（供給量）が所定値以上になると、一回の起動停止では完全に解消することができないために、徐々に出力が低下したり、耐久性が低下したりすることを見出した。   The inventors of the present invention have the characteristic that sulfur compounds such as sulfur dioxide in the atmosphere are adsorbed and accumulated on the cathode catalyst of the fuel cell. In addition, the accumulation can be eliminated to some extent by starting and stopping the fuel cell without affecting the durability, but the fuel cell is continuously generated for a long time, and the accumulated amount of impurities (supply amount) It has been found that when the value exceeds a predetermined value, it cannot be completely eliminated by a single start / stop, so that the output gradually decreases or the durability decreases.

また、燃料ガス中に副産物として生成するアンモニアは、電解質膜中に蓄積したり、アノードおよびカソード触媒に吸着して蓄積する特性を有するが、所定の蓄積量以下では、燃料電池に対して顕著な出力低下や、耐久性に影響を与えず、燃料電池を起動停止させる
ことで、その蓄積をある程度解消することができるが、燃料電池が長時間、連続して発電され、アンモニアの蓄積量（供給量）が所定値以上になると、一回の起動停止では完全に解消することができないために、徐々に出力が低下したり、耐久性が低下することを見出した。 In addition, ammonia produced as a by-product in the fuel gas has the property of accumulating in the electrolyte membrane or adsorbing and accumulating on the anode and cathode catalysts. The accumulation can be eliminated to some extent by stopping and starting the fuel cell without affecting the output and durability. However, the fuel cell is continuously generated for a long time and the accumulated amount of ammonia (supply) It has been found that when the amount is greater than or equal to a predetermined value, the output cannot be completely eliminated by a single start / stop, so that the output gradually decreases or the durability decreases.

本発明の構成により、予め想定される酸化剤ガス中の硫黄化合物、あるいは燃料ガス中のアンモニアの平均的な濃度と供給時間から、燃料電池に影響を与えるそれぞれの供給量を求め、所定の供給量以上で不純物除去手段でガス中に含まれる硫黄化合物、あるいは、アンモニアを除去し、燃料電池への影響を緩和して、燃料電池が長時間継続して安定に発電することを可能とするので、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   According to the configuration of the present invention, the respective supply amounts that affect the fuel cell are determined from the average concentration and supply time of the sulfur compound in the oxidant gas or the ammonia in the fuel gas, which are assumed in advance, and the predetermined supply Since the sulfur compound contained in the gas or ammonia is removed by the impurity removal means above the amount, the influence on the fuel cell is alleviated, and the fuel cell can continuously generate power stably for a long time. Thus, it is possible to obtain an economical fuel cell system having excellent performance and durability.

第１５の発明は、特に、第１から第１４のいずれか１つの発明における、前記燃料電池に吸着した前記不純物が、発電停止時に、前記燃料電池内で凝縮してできた凝縮水により洗い流されることを特徴とするものである。   According to a fifteenth aspect of the invention, in particular, the impurities adsorbed to the fuel cell according to any one of the first to fourteenth aspects are washed away by condensed water formed by condensation in the fuel cell when power generation is stopped. It is characterized by this.

この構成により、不純物除去手段をバイパスするバイパス経路を通じて燃料電池に発電用のガスを供給して発電した場合においても、発電中に電極に蓄積した不純物を、発電停止時に、燃料電池の電池温度が低下する時に生成する凝縮水で洗い流して触媒層から排除するので、燃料電池の出力低下や、耐久性の低下のない燃料電池システムを得ることができる。   With this configuration, even when power generation gas is supplied to the fuel cell through a bypass path that bypasses the impurity removal means, the impurities accumulated in the electrode during power generation are reduced by the cell temperature of the fuel cell when power generation is stopped. Since it is washed away with the condensed water generated when it is lowered and excluded from the catalyst layer, a fuel cell system in which the output of the fuel cell is not lowered and the durability is not lowered can be obtained.

第１６の発明は、燃料電池に発電用のガスを供給するガス供給手段と、前記ガス中に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、前記不純物除去手段をバイパスさせるバイパス経路と、前記不純物除去手段を経由させる経路と前記バイパス経路とを切り替える経路切替手段と、を有する燃料電池システムの運転方法であって、通常は、前記バイパス経路を用いて前記燃料電池に前記発電用のガスを供給し、起動から次の停止までの連続発電において、連続発電時間が所定の連続発電時間を超えた場合、累積発電電力量が所定の発電電力量を超えた場合、前記ガス供給手段の運転時間が所定の運転時間を超えた場合、前記ガス供給手段の累積ガス供給量が所定のガス供給量を超えた場合、停電を検知した場合、のうち少なくともいずれか一つの場合に、前記経路切替手段を前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替える、燃料電池システムの運転方法である。   According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a gas supply means for supplying a power generation gas to the fuel cell, an impurity removal means for removing impurities contained in the gas, a bypass path for bypassing the impurity removal means, and the impurity removal An operation method of a fuel cell system comprising a path switching means for switching between a path that passes through the means and the bypass path, and usually supplies the power generation gas to the fuel cell using the bypass path. In continuous power generation from start to next stop, when the continuous power generation time exceeds a predetermined continuous power generation time, when the cumulative power generation amount exceeds a predetermined power generation amount, the operation time of the gas supply means is predetermined. When the operating time of the gas supply means is exceeded, when the cumulative gas supply amount of the gas supply means exceeds a predetermined gas supply amount, or when a power failure is detected, at least one of If, switching the path switching means to route via said impurity removing means from said bypass path, is an operating method of the fuel cell system.

この方法により、通常、不純物の供給量が燃料電池に影響を与えない所定の供給量以下では、不純物を除去することなく、ガスを供給し、不純物の供給量が燃料電池に影響を与える所定の供給量を超えた場合に、不純物を除去したガスを供給して、燃料電池への影響を緩和するので、燃料電池をより長時間、出力低下することなく安定して発電することができるようになるだけでなく、不純物の供給量が燃料電池に影響のある所定の供給量を超えたときだけ、不純物除去手段で不純物を除去してガスを供給するので、不純物除去手段の消耗が抑えられ、寿命を延ばすことが可能となり、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムの運転方法を得ることができる。   By this method, normally, if the supply amount of impurities does not affect the fuel cell, the gas is supplied without removing the impurities, and the supply amount of impurities affects the fuel cell. When the supply amount is exceeded, the gas from which impurities are removed is supplied to alleviate the effect on the fuel cell, so that the fuel cell can generate power stably for a long time without lowering its output. In addition, only when the supply amount of impurities exceeds a predetermined supply amount that affects the fuel cell, impurities are removed by the impurity removal means and gas is supplied, so that the consumption of the impurity removal means can be suppressed, It is possible to extend the life, and it is possible to obtain an economical operation method of the fuel cell system which is excellent in performance and durability.

第１７の発明は、燃料電池に発電用のガスを供給するガス供給系に、ガス供給手段と、前記ガス中に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、前記不純物除去手段をバイパスさせるバイパス経路と、前記不純物除去手段を経由させる経路と前記バイパス経路とを切り替える経路切替手段とを有する燃料電池システムの運転方法であって、通常は、前記バイパス経路を用いて前記燃料電池に前記発電用のガスを供給し、前記燃料電池の触媒の活性回復動作を行う場合に、前記経路切替手段を前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替える、燃料電池システムの運転方法である。   According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a gas supply system for supplying a gas for power generation to a fuel cell, a gas supply means, an impurity removal means for removing impurities contained in the gas, and a bypass path for bypassing the impurity removal means And a path switching means for switching between the path through the impurity removal means and the bypass path, and normally the fuel cell is used for the power generation using the bypass path. In the fuel cell system operation method, when the gas is supplied and the activity recovery operation of the catalyst of the fuel cell is performed, the path switching unit is switched from the bypass path to the path via the impurity removal unit.

本発明者らは、触媒の活性回復動作を行う場合に、不純物の少ないガスを使うと活性回復動作による活性回復効果がより高くなり、通常発電時に不純物の吸着により低下した活性をより効果的に復活させることができることを見出した。   When performing the activity recovery operation of the catalyst, the present inventors have a higher activity recovery effect due to the activity recovery operation when a gas with less impurities is used, and more effectively the activity reduced by the adsorption of impurities during normal power generation. I found out that it can be revived.

従って、本構成によって、活性回復動作を行うときには不純物除去手段を経由する経路を通った不純物のないガスが供給されるので、活性回復動作による活性回復効果がより高くなり、通常発電時に不純物の吸着により低下した活性を高い確率で復活させることができる。   Therefore, according to this configuration, when performing the activity recovery operation, gas without impurities is supplied through the path through the impurity removing means, so that the activity recovery effect by the activity recovery operation becomes higher, and the adsorption of impurities during normal power generation It is possible to restore the decreased activity with a high probability.

また、通常発電の時には不純物除去手段をバイパスするバイパス経路を通ったガスが燃料電池に供給されるので、不純物除去手段の寿命を延ばすことができる。   In addition, since the gas passing through the bypass path that bypasses the impurity removal means is supplied to the fuel cell during normal power generation, the life of the impurity removal means can be extended.

第１８の発明は、特に、第１７の発明における、前記ガス供給手段、前記不純物除去手段、前記バイパス経路、前記経路切替手段を有する前記ガス供給系が、前記燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系と、前記燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給系の少なくともどちらか一方であることを特徴とするものである。   In an eighteenth aspect of the invention, in particular, in the seventeenth aspect of the invention, the gas supply system having the gas supply means, the impurity removal means, the bypass path, and the path switching means supplies an oxidant gas to the cathode of the fuel cell. It is characterized in that it is at least one of a supply oxidant gas supply system and a fuel gas supply system for supplying fuel gas to the anode of the fuel cell.

従って、本構成によって、活性回復動作を行うときには、不純物除去手段を経由する経路を通った不純物のない酸化剤ガスが燃料電池のカソードに供給、または、不純物除去手段を経由する経路を通った不純物のない水素含有ガスが燃料電池のアノードに供給されるので、活性回復動作による活性回復効果がより高くなり、通常発電時に不純物の吸着により低下した活性を高い確率で復活させることができる。   Therefore, according to this configuration, when performing the activity recovery operation, an oxidant gas without impurities that has passed through the path that passes through the impurity removing means is supplied to the cathode of the fuel cell, or impurities that have passed through the path that passes through the impurity removing means. Since the hydrogen-containing gas without hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell, the activity recovery effect due to the activity recovery operation becomes higher, and the activity reduced by the adsorption of impurities during normal power generation can be restored with a high probability.

また、通常発電の時には不純物除去手段をバイパスするバイパス経路を通ったガスが燃料電池に供給されるので、不純物除去手段の寿命を延ばすことができる。   In addition, since the gas passing through the bypass path that bypasses the impurity removal means is supplied to the fuel cell during normal power generation, the life of the impurity removal means can be extended.

第１９の発明は、特に、第１７または第１８の発明における前記活性回復動作が、前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作、並びに、前記燃料電池の電極の電位を上昇及び降下させる動作のうちの少なくとも１つの動作であることを特徴とするものである。   In the nineteenth aspect of the invention, in particular, the activity recovery operation in the seventeenth or eighteenth aspects of the invention increases the amount of water in the catalyst of the fuel cell, and raises and lowers the potential of the electrode of the fuel cell. It is characterized in that it is at least one of the operations.

第２０の発明は、特に、第１９の発明における、前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作が、前記燃料電池の冷却動作、前記燃料電池に供給するガス中の単位流量当たりの水分量を増加させる動作、及び、前記燃料電池に供給するガスの圧力を増加させる動作のうちの少なくとも１つの動作であることを特徴とするものである。   In the twentieth aspect of the invention, in particular, in the nineteenth aspect of the invention, the operation of increasing the amount of water in the catalyst of the fuel cell is the cooling operation of the fuel cell, the moisture per unit flow rate in the gas supplied to the fuel cell. It is at least one of an operation for increasing the amount and an operation for increasing the pressure of the gas supplied to the fuel cell.

第２１の発明は、特に、第１９の発明における、前記燃料電池の電極電位を上昇及び降下させる動作が、外部電源からの電圧を印加し、電位を掃引する動作、前記燃料電池に接続される負荷の大きさを制御する動作、前記燃料電池と負荷との切断及び接続を行う動作、前記燃料電池に不活性ガスを流す動作、並びに、前記燃料電池のアノードに酸化剤ガスを流す動作、カソードに燃料ガスを流す動作のうちの少なくとも１つの動作であることを特徴とするものである。   In the twenty-first aspect, in particular, in the nineteenth aspect, the operation of raising and lowering the electrode potential of the fuel cell is connected to the fuel cell, the operation of applying a voltage from an external power source and sweeping the potential. An operation for controlling the size of the load, an operation for disconnecting and connecting the fuel cell and the load, an operation for flowing an inert gas to the fuel cell, and an operation for flowing an oxidant gas to the anode of the fuel cell, a cathode It is at least one of the operations of flowing the fuel gas through the fuel cell.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described above.

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１における燃料電池システムの概略構成図を示す。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

本発明の実施の形態１の燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１のカソードに
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段２と、燃料電池１のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段３と、酸化剤ガス中に含まれる不純物を除去する酸化剤ガス不純物除去手段４１と、酸化剤ガス不純物除去手段４１をバイパスして酸化剤ガス中に含まれる不純物を除去することなくカソードに酸化剤ガス供給手段２からの酸化剤ガスを供給するパイパス経路５１と、酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路とバイパス経路５１とを切り替える酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２と、酸化剤ガス中に含まれる不純物の供給量を判定する不純物供給量判定手段７と、制御器８を備えた構成となっている。 The fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention includes a fuel cell 1, an oxidant gas supply means 2 for supplying an oxidant gas to the cathode of the fuel cell 1, and a fuel for supplying the fuel gas to the anode of the fuel cell 1. Without removing the impurities contained in the oxidant gas by bypassing the gas supply means 3, the oxidant gas impurity removal means 41 for removing the impurities contained in the oxidant gas, and the oxidant gas impurity removal means 41 A bypass path 51 for supplying an oxidant gas from the oxidant gas supply means 2 to the cathode, an oxidant gas path switching means 611 and 612 for switching a path through the oxidant gas impurity removing means 41 and a bypass path 51; The configuration includes an impurity supply amount determination means 7 for determining the supply amount of impurities contained in the oxidant gas, and a controller 8.

燃料電池１は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質からなる電解質膜と、電解質膜を挟むように設けられたカソードおよびアノードで構成される燃料電池セルを複数積層して締結したスタックで構成される。   The fuel cell 1 is composed of a stack in which a plurality of fuel cell cells composed of an electrolyte membrane made of a solid polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity and a cathode and an anode provided so as to sandwich the electrolyte membrane are stacked and fastened. Is done.

カソードは、電解質膜の一方の面に、１５ｃｍ×１５ｃｍの大きさで形成され、白金粒子が担持されたカーボンと水素イオン伝導性を有する高分子電解質からなる触媒層と、その触媒層に積層されるように配置されたカーボンとフッ素樹脂からなる導電性のガス拡散層で構成される。   The cathode is formed on one surface of the electrolyte membrane with a size of 15 cm × 15 cm, and is laminated on the catalyst layer composed of carbon carrying platinum particles and a polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity. And a conductive gas diffusion layer made of carbon and fluororesin.

アノードは、電解質膜のもう一方の面に、カソードと対向するように同じく１５ｃｍ×１５ｃｍの大きさで形成され、白金ルテニウム合金粒子が担持されたカーボンと水素イオン伝導性を有する高分子電解質からなる触媒層と、その触媒層に積層されるように配置された、カーボンとフッ素樹脂からなる導電性のガス拡散層で構成される。   The anode is formed on the other surface of the electrolyte membrane in the same size of 15 cm × 15 cm so as to face the cathode, and is made of carbon carrying platinum ruthenium alloy particles and a polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity. It comprises a catalyst layer and a conductive gas diffusion layer made of carbon and a fluororesin and disposed so as to be laminated on the catalyst layer.

カソードおよびアノードの形成された電解質膜は樹脂製の枠体に固定され、さらに、その枠体を、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路、および、燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成されたカーボンと樹脂で構成された一対の平板状セパレータで挟持して、燃料電池セルが構成されている。   The electrolyte membrane in which the cathode and the anode are formed is fixed to a resin frame, and the frame is further provided with an oxidant gas channel for supplying an oxidant gas and a fuel gas channel for supplying a fuel gas. A fuel battery cell is configured by being sandwiched between a pair of flat plate separators formed of carbon and resin.

ここで、電解質膜、カソード、および、アノードを構成する材料は前記した材料に限定されるものではなく、運転条件などに応じて適宜選択されることが好ましい。   Here, the materials constituting the electrolyte membrane, the cathode, and the anode are not limited to the materials described above, and are preferably selected as appropriate according to operating conditions and the like.

酸化剤ガス供給手段２は、酸化剤ガスとして大気を用い、ブロワや、ポンプなどで燃料電池１のカソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給する構成となっている。さらに、供給する酸化剤ガスの露点を調整するため、カソード出口から排出されたオフ酸化剤ガスと全熱交換する加湿器を備えた。   The oxidant gas supply means 2 is configured to use air as the oxidant gas and supply an oxidant gas containing at least oxygen to the cathode of the fuel cell 1 with a blower or a pump. Furthermore, in order to adjust the dew point of the oxidant gas to be supplied, a humidifier for total heat exchange with the off-oxidant gas discharged from the cathode outlet was provided.

燃料ガス供給手段３は、原料ガスに都市ガスなどの炭化水素ガスを用い、原料ガスを水蒸気と改質反応させることにより、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する構成となっている。   The fuel gas supply means 3 is configured to supply a fuel gas containing at least hydrogen to the anode by using a hydrocarbon gas such as city gas as a raw material gas and subjecting the raw material gas to a reforming reaction with water vapor.

また、都市ガスなどのように原料ガス中に硫黄化合物などの付臭剤が含まれる場合は、脱硫器を備え、さらに、アノードを被毒する、改質反応後の燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の影響を低減するため、改質反応後に、変成部と、選択酸化部を備え、一酸化炭素の濃度をアノード触媒に影響のない濃度まで低減する構成となっている。   In addition, when the raw material gas contains an odorant such as a sulfur compound such as city gas, it is provided with a desulfurizer and further contained in the fuel gas after the reforming reaction that poisons the anode. In order to reduce the influence of carbon oxide, a reforming section and a selective oxidation section are provided after the reforming reaction to reduce the concentration of carbon monoxide to a concentration that does not affect the anode catalyst.

また、必要に応じてアノードに空気を添加（エアブリード）して、さらに一酸化炭素の影響を軽減することができる。   Further, if necessary, air can be added to the anode (air bleeding) to further reduce the influence of carbon monoxide.

ここで、酸化剤ガスとして用いられる大気中には、自動車や、工場、あるいは、家庭用燃焼器具などから排出される燃焼排ガスに由来する窒素酸化物、硫黄酸化物の他、未燃炭化水素や、揮発性有機化合物、あるいは、アンモニア、硫化水素などの悪臭由来の不純物
、またあるいは、粉塵などの粒状物質、など様々な不純物が含まれる可能性があり、これらの不純物の中には硫黄化合物など燃料電池１のカソード触媒を被毒して、出力低下や、耐久性低下などの悪影響を与えるものも含まれている。 Here, in the atmosphere used as the oxidant gas, in addition to nitrogen oxides and sulfur oxides derived from combustion exhaust gas discharged from automobiles, factories, or household combustion appliances, unburned hydrocarbons and , Volatile organic compounds, impurities such as ammonia and hydrogen sulfide, and other impurities such as particulate matter such as dust may be included, and these impurities include sulfur compounds. Also included are those that poison the cathode catalyst of the fuel cell 1 and have adverse effects such as reduced output and reduced durability.

酸化剤ガス不純物除去手段４１は、酸化剤ガス中に含まれ、燃料電池１に悪影響を与える上述した各種不純物を除去することができる構成であり、酸性ガスフィルタ、アルカリ性ガスフィルタ、除塵フィルタを備えている。   The oxidant gas impurity removal means 41 is configured to be able to remove the various impurities described above that are included in the oxidant gas and adversely affect the fuel cell 1, and includes an acid gas filter, an alkaline gas filter, and a dust removal filter. ing.

本実施の形態１の不純物供給量判定手段７として、起動から次の停止までの連続発電における連続発電時間を計測する連続発電時間計測手段を用いることができる。   As the impurity supply amount determination unit 7 of the first embodiment, a continuous power generation time measuring unit that measures a continuous power generation time in continuous power generation from start to next stop can be used.

連続発電時間計測手段を用いた場合は、制御器８は、連続発電時間計測手段が計測した連続発電時間が所定の連続発電時間を超えた場合に、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２をバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路に切り替わるように制御することができる。   When the continuous power generation time measuring means is used, the controller 8 bypasses the oxidant gas path switching means 611 and 612 when the continuous power generation time measured by the continuous power generation time measuring means exceeds a predetermined continuous power generation time. Control can be made so that the path 51 is switched to a path via the oxidant gas impurity removing means 41.

本実施の形態の構成により、連続発電時間計測手段が、燃料電池１に影響のある不純物の供給量を、起動してからの連続発電時間より推定し、推定した不純物の供給量が所定の供給量を超える発電時間を計測し、制御器８が、所定の連続発電時間を超えたら酸化剤ガス不純物除去手段４１で不純物を除去するように酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を切り替えるように制御することができる。   With the configuration of the present embodiment, the continuous power generation time measuring means estimates the supply amount of impurities that affect the fuel cell 1 from the continuous power generation time after startup, and the estimated supply amount of impurities is a predetermined supply. The power generation time exceeding the amount is measured, and the controller 8 controls to switch the oxidant gas path switching means 611 and 612 so that the oxidant gas impurity removal means 41 removes impurities when the predetermined continuous power generation time is exceeded. can do.

上記構成の燃料電池システムを用いて、酸化剤ガス中に、燃料電池１のカソード触媒に蓄積して出力や耐久性に影響を与える可能性のある不純物が存在した場合の、発電試験を実施した。   Using the fuel cell system configured as described above, a power generation test was conducted in the case where impurities contained in the oxidant gas that could accumulate on the cathode catalyst of the fuel cell 1 and affect the output and durability were present. .

酸化剤ガス中に添加する不純物には二酸化硫黄を用い、その添加濃度は酸化剤ガスに対して、一般大気レベルの約５ｐｐｂとした。   Sulfur dioxide was used as an impurity to be added to the oxidant gas, and the addition concentration thereof was about 5 ppb, which is a general atmospheric level with respect to the oxidant gas.

アノードに水素利用率が７０％となるように燃料ガスを供給し、カソードに酸素利用率が５０％となるように不純物として二酸化硫黄を含有する空気を供給し、燃料電池１に流れる電流を徐々に増加し、燃料電池システムの出力が７５０Ｗとなるように発電を開始した。   Fuel gas is supplied to the anode so that the hydrogen utilization rate is 70%, air containing sulfur dioxide as an impurity is supplied to the cathode so that the oxygen utilization rate is 50%, and the current flowing through the fuel cell 1 is gradually increased. The power generation was started so that the output of the fuel cell system would be 750 W.

このときの燃料電池１に流れる電流密度は約０．２Ａ／ｃｍ2、アノードの露点は約６５℃、カソードの露点は約６５℃、燃料電池１の平均温度が約６５℃で安定していた。そして、起動してからの連続発電時間が２０時間を経過したところで、発電を停止した。このとき燃料電池１の単セル電圧は一度、約１Ｖまで上昇した後、徐々に低下して、約０Ｖとなった。 The current density flowing through the fuel cell 1 at this time was about 0.2 A / cm 2 , the anode dew point was about 65 ° C., the cathode dew point was about 65 ° C., and the average temperature of the fuel cell 1 was stable at about 65 ° C. . And power generation was stopped when the continuous power generation time after starting passed 20 hours. At this time, the single cell voltage of the fuel cell 1 once increased to about 1V and then gradually decreased to about 0V.

また、このとき燃料電池１の平均温度は約６５℃から、停止時に４０℃以下まで低下した。また、本試験では、不純物の限界供給量を調べるため、酸化剤ガスをバイパス経路５１のみに流通するように酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２の動作を一時的に停止した。   At this time, the average temperature of the fuel cell 1 decreased from about 65 ° C. to 40 ° C. or less when stopped. In this test, the operation of the oxidant gas path switching means 611 and 612 was temporarily stopped so that the oxidant gas was circulated only to the bypass path 51 in order to investigate the limit supply amount of impurities.

そして、発電を停止してから４時間後に再度発電を開始し、この一連の起動から停止のサイクルを５回繰り返した。このとき、停止する直前の電圧値の傾き（電圧低下率）はほぼ０μＶ／ｈであり、顕著な出力低下は見られず、繰り返し耐久性に問題のないことを確認した。   Then, power generation was started again 4 hours after the power generation was stopped, and this series of starting and stopping cycles was repeated five times. At this time, the slope of the voltage value immediately before the stop (voltage drop rate) was approximately 0 μV / h, no significant output drop was observed, and it was confirmed that there was no problem in repeated durability.

次に、起動してからの連続発電時間が４０、６０、１００、１４０時間となるように発電時間を延長して、同様に発電し、それぞれの連続発電時間経過後に発電を停止し、その４時間後に再度発電を開始した。   Next, the power generation time is extended so that the continuous power generation time after starting is 40, 60, 100, and 140 hours, the power generation is performed in the same manner, and the power generation is stopped after each continuous power generation time elapses. After a while, power generation was started again.

この一連の起動から停止のサイクルをそれぞれ５回繰り返し、それぞれ起動してからの連続発電時間が２０時間経過した時点の電圧低下率を求めた。試験結果を図２に示す。   This series of start-up and stop cycles was repeated 5 times, and the voltage drop rate at the time when 20 hours of continuous power generation after each start-up was obtained was determined. The test results are shown in FIG.

図２より、連続発電時間が６０時間までは電圧低下率は約０μＶ／ｈであったが、それよりも連続発電時間が長い場合、電圧低下率が大きくなる傾向があり、すなわち、連続発電時間が長いと電圧が少しずつ低下して、耐久性が短くなることが示唆された。   From FIG. 2, the voltage drop rate was about 0 μV / h until the continuous power generation time was 60 hours. However, when the continuous power generation time is longer than that, the voltage drop rate tends to increase, that is, the continuous power generation time. It was suggested that when the length is longer, the voltage gradually decreases and the durability becomes shorter.

以上の結果から、連続発電時間が６０時間以下であれば、不純物を除去しなくとも、一回の起動停止で、不純物の蓄積が解消され、出力低下や耐久性の低下はないと推定されるが、連続発電時間が６０時間よりも大きい場合、不純物を除去しなければ、一回の起動停止で、不純物の蓄積量の全ては解消されず、連続発電時間が長いほど、不純物の蓄積量が徐々に増加して、出力や耐久性に影響を与えるおそれがあることが判った。   From the above results, if the continuous power generation time is 60 hours or less, it is estimated that the accumulation of impurities is eliminated and the output is not lowered and the durability is not lowered by a single start / stop without removing the impurities. However, if the continuous power generation time is longer than 60 hours, if the impurities are not removed, all of the accumulated amount of impurities is not eliminated by a single start and stop. The longer the continuous power generation time, the more the accumulated amount of impurities. It has been found that it may increase gradually and affect output and durability.

次に、一時的に停止していた酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２の動作を通常状態に戻し、連続発電時間計測手段の計測する連続発電時間が、大気中の二酸化硫黄の上限供給量に相当する６０時間を超えたら、制御器８が酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２で供給経路を切り替えて、酸化剤ガス不純物除去手段４１が、二酸化硫黄を除去するようにして、同様に、連続発電時間を１００、１４０時間とした場合の試験を行ったところ、いずれも起動からの連続発電時間が６０時間を超えたところで、酸化剤ガスの供給経路がバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路に切り替わり、出力低下が回復する傾向が見られた。   Next, the operation of the oxidant gas path switching means 611, 612, which has been temporarily stopped, is returned to the normal state, and the continuous power generation time measured by the continuous power generation time measurement means becomes the upper limit supply amount of sulfur dioxide in the atmosphere. When the corresponding 60 hours have been exceeded, the controller 8 switches the supply path with the oxidant gas path switching means 611, 612, and the oxidant gas impurity removal means 41 removes sulfur dioxide. When tests were conducted when the power generation time was 100 and 140 hours, the oxidant gas impurity removal means was connected from the bypass path 51 to the oxidant gas supply path when the continuous power generation time after starting exceeded 60 hours. There was a tendency to switch to a route via 41 and recover from the decrease in output.

このときの、起動してから２０時間後の出力低下率は、図２に示したように、いずれも約０μＶ／ｈとなることを確認した。   At this time, it was confirmed that the output decrease rate after 20 hours from the start was about 0 μV / h as shown in FIG.

次に、二酸化硫黄などの硫黄化合物以外の、大気中に含まれる可能性のある窒素酸化物、アンモニア、揮発性有機化合物などの不純物について、同様の試験を行ったところ、大気中の濃度レベルで、一時的な出力低下を与えるものの、二酸化硫黄のように燃料電池１に蓄積するような挙動は見られず、これらの不純物による出力低下は可逆的に速やかに回復し、耐久性に顕著な影響を与えず、出力低下率はいずれも０μＶ／ｈであることが判った。   Next, a similar test was conducted for impurities such as nitrogen oxides, ammonia, and volatile organic compounds that may be contained in the atmosphere other than sulfur compounds such as sulfur dioxide. Although the output is temporarily reduced, the behavior of accumulating in the fuel cell 1 like sulfur dioxide is not seen, and the output reduction due to these impurities is reversibly and quickly recovered, and the durability is significantly affected. It was found that the output reduction rate was 0 μV / h.

つまり、一般的な大気において、耐久性に影響を与える主な不純物は二酸化硫黄であることを確認した。   In other words, it was confirmed that sulfur dioxide is the main impurity that affects durability in general air.

ところで、一般大気中の二酸化硫黄の平均濃度は数ｐｐｂ〜５ｐｐｂ程度で安定しており、単位時間当たりに燃料電池１に供給される実際の酸化剤ガス中に含まれる二酸化硫黄の平均供給量は安定していると推定される。   By the way, the average concentration of sulfur dioxide in the general atmosphere is stable at several ppb to 5 ppb, and the average supply amount of sulfur dioxide contained in the actual oxidant gas supplied to the fuel cell 1 per unit time is Estimated to be stable.

本実施の形態１の連続発電時間計測手段は、燃料電池１に影響のある不純物の供給量を、起動してからの連続発電時間から推定し、推定した不純物の供給量が所定の供給量（例えば、二酸化硫黄の場合、５ｐｐｂで６０ｈ）を超える連続発電時間（例えば、二酸化硫黄の場合、６０時間）を計測する構成となっており、制御器８が、所定の連続発電時間（例えば、二酸化硫黄の場合、６０時間）を超えたら酸化剤ガス不純物除去手段４１で不純物を除去するように酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を切り替えるように制御するので、二酸化硫黄の燃料電池１への影響を緩和することができ、長時間、出力低下するこ
となく、安定して発電できることが判った。 The continuous power generation time measuring means of the first embodiment estimates the supply amount of impurities that affect the fuel cell 1 from the continuous power generation time after startup, and the estimated supply amount of impurities is a predetermined supply amount ( For example, in the case of sulfur dioxide, it is configured to measure a continuous power generation time (for example, 60 hours in the case of sulfur dioxide) that exceeds 60 h at 5 ppb, and the controller 8 has a predetermined continuous power generation time (for example, carbon dioxide). In the case of sulfur, since it is controlled to switch the oxidant gas path switching means 611 and 612 so that impurities are removed by the oxidant gas impurity removal means 41 when it exceeds 60 hours), the influence of sulfur dioxide on the fuel cell 1 It was found that power generation can be stably performed without reducing the output for a long time.

なお、不純物の限界の供給量、すなわち、連続発電時間計測時間で計測する所定の発電時間は電流密度や、ガス露点などの運転条件、触媒量や、ガス拡散層のガス透気度などの材料条件、不純物の種類や濃度に依存するので、事前に実験的に燃料電池システムを設置する環境を模擬して、想定される不純物の限界の供給量を求めておくことが好ましい。   The supply limit of impurities, that is, the predetermined power generation time measured by the continuous power generation time measurement time is the material such as current density, operating conditions such as gas dew point, catalyst amount, gas permeability of gas diffusion layer, etc. Since it depends on the conditions and the type and concentration of impurities, it is preferable to experimentally simulate the environment in which the fuel cell system is installed in advance and obtain the estimated supply limit of impurities.

また、本実施の形態１の燃料電池１に吸着した不純物は、発電停止時に、燃料電池１内で凝縮してできた凝縮水により洗い流される。   Further, the impurities adsorbed on the fuel cell 1 of the first embodiment are washed away by the condensed water formed by condensation in the fuel cell 1 when power generation is stopped.

この構成により、酸化剤ガス不純物除去手段４１をバイパスするバイパス経路５１を用いて発電した場合においても、発電中に電極に蓄積した不純物を、発電停止時に、燃料電池１の電池温度が低下する時に生成する凝縮水で洗い流して触媒層から排除するので、燃料電池１の出力低下や、耐久性の低下のない燃料電池システムを得ることができる。   With this configuration, even when power is generated using the bypass path 51 that bypasses the oxidant gas impurity removing means 41, the impurities accumulated in the electrodes during power generation are reduced when the battery temperature of the fuel cell 1 decreases when power generation is stopped. Since it is washed away with the generated condensed water and excluded from the catalyst layer, a fuel cell system in which the output of the fuel cell 1 is not lowered and the durability is not lowered can be obtained.

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムの構成において、不純物供給量判定手段７として、起動から次の停止までの連続発電における累積発電電力量を計測する累積発電電力量計測手段を用いたものであり、制御器８が、累積発電電力量計測手段が計測した累積発電電力量が所定の発電電力量を超えた場合に、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２をバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路に切り替わるように制御する点が実施の形態１と異なる。それ以外の構成は、実施の形態１と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 2)
In the configuration of the fuel cell system of Embodiment 1, the fuel cell system of Embodiment 2 of the present invention measures the accumulated power generation amount in continuous power generation from start to next stop as the impurity supply amount determination means 7. When the accumulated power generation amount measured by the accumulated power generation amount measuring unit exceeds a predetermined amount of generated power, the oxidant gas path switching unit 611 is used. , 612 is controlled to be switched from the bypass path 51 to the path via the oxidant gas impurity removing means 41. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

上記構成の燃料電池システムを用いて、実施の形態１と同様にして、酸化剤ガス中に、燃料電池１のカソード触媒に蓄積して出力や耐久性に影響を与える可能性のある不純物の存在下で、発電電力を変えて、発電試験を実施した。   Using the fuel cell system configured as described above, in the same manner as in the first embodiment, the presence of impurities in the oxidant gas that may accumulate on the cathode catalyst of the fuel cell 1 and affect the output and durability. Below, the generated power was changed and the power generation test was carried out.

酸化剤ガス中に添加する不純物には二酸化硫黄を用い、その添加濃度は酸化剤ガスに対して、それぞれ一般大気レベルの約５ｐｐｂとなるように調整した。   Sulfur dioxide was used as an impurity to be added to the oxidant gas, and the addition concentration was adjusted to be about 5 ppb of the general atmospheric level with respect to the oxidant gas.

アノードに水素利用率が７０％、ガス露点が６５℃となるように燃料ガスを供給し、カソードに酸素利用率が５０％、ガス露点が６５℃となるように、不純物として二酸化硫黄を含有する空気を供給し、燃料電池１に流れる電流を徐々に増加させ、５００Ｗ、および、２５０Ｗにおける電流密度がそれぞれ約０．１３Ａ／ｃｍ2、および、約０．０７Ａ／ｃｍ2としたときの、それぞれの出力挙動について調べた。 Fuel gas is supplied to the anode so that the hydrogen utilization rate is 70% and the gas dew point is 65 ° C., and the cathode contains sulfur dioxide as an impurity so that the oxygen utilization rate is 50% and the gas dew point is 65 ° C. When air is supplied and the current flowing through the fuel cell 1 is gradually increased, the current densities at 500 W and 250 W are about 0.13 A / cm 2 and about 0.07 A / cm 2 , respectively. The output behavior of was investigated.

起動してからの連続発電時間を変えて、発電して停止するサイクルをそれぞれ５回繰り返し行い、実施の形態１と同様に、電圧低下率と連続発電時間の関係を調べたところ、７５０Ｗにおける上限の連続発電時間が６０時間であったのに対し、５００Ｗ、および、２５０Ｗにおける連続発電時間の上限はそれぞれ、約９０時間と、約１８０時間となることが判った。   The cycle of generating and stopping after changing the continuous power generation time after starting was repeated 5 times, and the relationship between the voltage drop rate and the continuous power generation time was examined in the same manner as in the first embodiment. The continuous power generation time was 60 hours, whereas the upper limit of the continuous power generation time at 500 W and 250 W was about 90 hours and about 180 hours, respectively.

ここで、それぞれの発電時間内に燃料電池１に供給された二酸化硫黄の供給量は、いずれも約０．８ｃｃであり、同じ供給量であることが判った。   Here, the supply amount of sulfur dioxide supplied to the fuel cell 1 within each power generation time was about 0.8 cc, and it was found that the supply amount was the same.

すなわち、これは燃料電池１の出力や耐久性は不純物の積算暴露量で説明することができ、不純物の供給量は、発電電力量（発電電力と発電時間の積）の累積に相関していることになり、本実施の形態２の構成によれば、累積発電電力量計測手段が、燃料電池１の累積発電電力量から不純物の供給量を推定し、推定した不純物の供給量が所定の供給量を超
える累積電力量を計測し、制御器８が、所定の累積発電電力量を超えたら酸化剤ガス不純物除去手段４１で不純物を除去するように酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を切り替えるように制御するので、発電電力が高い場合においても、不純物の燃料電池１への影響を緩和することができ、長時間、出力低下することなく、安定して発電することが可能となる。 That is, the output and durability of the fuel cell 1 can be explained by the accumulated exposure amount of impurities, and the supply amount of impurities correlates with the cumulative amount of generated power (product of generated power and generated time). Thus, according to the configuration of the second embodiment, the accumulated power generation amount measuring unit estimates the supply amount of impurities from the accumulated power generation amount of the fuel cell 1, and the estimated supply amount of impurities is a predetermined supply. The accumulated electric energy exceeding the amount is measured, and the controller 8 switches the oxidant gas path switching means 611 and 612 so that the oxidant gas impurity removing means 41 removes impurities when the predetermined accumulated generated electric energy is exceeded. Therefore, even when the generated power is high, the influence of impurities on the fuel cell 1 can be mitigated, and stable power generation can be achieved without a decrease in output for a long time.

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムの構成において、不純物供給量判定手段７として、起動から次の停止までの連続発電における酸化剤ガス供給手段２の運転時間を計測する運転時間計測手段を用いたものであり、制御器８が、運転時間計測手段が計測した運転時間が所定の運転時間を超えた場合に、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２をバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路に切り替わるように制御する点が実施の形態１と異なる。それ以外の構成は、実施の形態１と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 3)
The fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention is the same as that of the fuel cell system according to Embodiment 1, except that the oxidant gas supply means 2 in the continuous power generation from the start to the next stop is used as the impurity supply amount determination means 7. The operation time measuring means for measuring the operation time is used, and when the controller 8 has exceeded the predetermined operation time, the oxidant gas path switching means 611, 612 is measured. Is different from the first embodiment in that control is switched from the bypass path 51 to the path via the oxidant gas impurity removing means 41. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

この構成により、不純物の含まれる酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段２の運転した時間から燃料電池１に供給された不純物の供給量を推定して、所定の運転時間以上で不純物を除去するように供給経路を切り替えるので、不純物の燃料電池１への影響を緩和することができ、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   With this configuration, the amount of impurities supplied to the fuel cell 1 is estimated from the operating time of the oxidant gas supply means 2 for supplying the oxidant gas containing impurities, and the impurities are removed after a predetermined operating time. Thus, since the supply path is switched, the influence of impurities on the fuel cell 1 can be mitigated, and an economical fuel cell system having excellent performance and durability can be obtained.

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムの構成において、不純物供給量判定手段７として、起動から次の停止までの連続発電における酸化剤ガス供給手段２の累積酸化剤ガス供給量を計測する累積酸化剤ガス供給量計測手段を用いたものであり、制御器８が、累積酸化剤ガス供給量計測手段が計測した累積酸化剤ガス供給量が所定の酸化剤ガス供給量を超えた場合に、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２をバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路に切り替わるように制御する点が実施の形態１と異なる。それ以外の構成は、実施の形態１と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 4)
The fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention is the same as that of the fuel cell system according to Embodiment 1, except that the oxidant gas supply means 2 in the continuous power generation from the start to the next stop is used as the impurity supply amount determination means 7. The cumulative oxidant gas supply amount measuring means for measuring the cumulative oxidant gas supply amount is used, and the controller 8 determines that the cumulative oxidant gas supply amount measured by the cumulative oxidant gas supply amount measurement means is a predetermined oxidation. The point that the oxidant gas path switching means 611 and 612 is controlled to be switched from the bypass path 51 to the path via the oxidant gas impurity removing means 41 when the amount of the oxidant gas supply is exceeded is different from the first embodiment. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

この構成により、累積酸化剤ガス供給量（酸化剤ガス供給速度と酸化剤ガス供給時間の積）から燃料電池１に蓄積する不純物の供給量を推定し、所定の酸化剤ガス供給量を超えた場合に限って、不純物を除去するように切り替えることができるようになる。   With this configuration, the supply amount of impurities accumulated in the fuel cell 1 is estimated from the accumulated oxidant gas supply amount (product of the oxidant gas supply rate and the oxidant gas supply time), and exceeds a predetermined oxidant gas supply amount. Only in some cases can it be switched to remove impurities.

例えば、高利用率、あるいは、低出力時など酸化剤ガス供給量が少ない時は供給される不純物の供給量も少ないので、燃料電池１は不純物を除去することなく、長時間安定して発電することができ、例えば、低利用率、あるいは、高出力時など酸化剤ガス供給量が多い時は供給される不純物の供給量も多いので、酸化剤ガス不純物除去手段４１を用いて不純物の供給量を低減して燃料電池１に酸化剤ガスを供給して、さらに長時間安定して発電することができ、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   For example, when the supply amount of oxidant gas is small, such as when the utilization rate is low or when the output is low, the supply amount of impurities is also small. Therefore, the fuel cell 1 stably generates power for a long time without removing impurities. For example, when the supply amount of oxidant gas is large, such as when the utilization rate is low or when the output is high, the supply amount of impurities is also large. Thus, it is possible to supply an oxidant gas to the fuel cell 1 and generate power stably for a long time, and it is possible to obtain an economical fuel cell system with excellent performance and durability.

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムの構成において、不純物供給量判定手段７の代わりに停電を検知する停電検知手段を備え、制御器８が、停電検知手段が停電を検知した場合に、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２をバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路に切り替わるように制御する点が実施の形態１と異なる。それ以外の構成は、実施の形態１と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 5)
The fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention includes a power failure detection means for detecting a power failure in place of the impurity supply amount determination means 7 in the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. The difference from the first embodiment is that when the detection means detects a power failure, the oxidant gas path switching means 611 and 612 are controlled to be switched from the bypass path 51 to the path via the oxidant gas impurity removal means 41. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

この構成により、通常時は、酸化剤ガス不純物除去手段４１をバイパスするバイパス経路５１を用いて発電し、長時間連続して発電することが要求される停電時には、停電検知手段が、停電を検知したら、酸化剤ガス不純物除去手段４１を用いて不純物を除去して長時間安定して発電することを可能とするので、停電時においても性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。   With this configuration, during a power failure that normally requires power generation using the bypass path 51 that bypasses the oxidant gas impurity removal unit 41 and continuously generates power for a long time, the power failure detection unit detects the power failure. Then, the oxidant gas impurity removing means 41 can be used to remove impurities to stably generate power for a long time, so that an economical fuel cell system is obtained that is excellent in performance and durability even during a power failure. It becomes possible.

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムの構成において、図３に示すように、酸化剤ガス供給手段２から燃料電池１までの酸化剤ガス経路に、酸化剤ガス不純物除去手段４１と、酸化剤ガス不純物除去手段４１をバイパスするバイパス経路５１と、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を設けず、燃料ガス供給手段３から燃料電池１までの燃料ガス経路に、燃料ガス中に含まれる不純物を除去する燃料ガス不純物除去手段４２と、燃料ガス不純物除去手段４２をバイパスして燃料ガス不純物除去手段４２で不純物を除去することなくアノードに燃料ガス供給手段３からの燃料ガスを供給するバイパス経路５２と、燃料ガス不純物除去手段４２を経由する経路とバイパス経路５２とを切り替える燃料ガス経路切替手段６２１，６２２を備え、不純物供給量判定手段７が、燃料ガス中に含まれる不純物の供給量を判定し、制御器８が、不純物供給量判定手段７が、決定した不純物の供給量が、予め実験的に求めた所定の供給量を超えた場合に、燃料ガス経路切替手段６２１，６２２をバイパス経路５２から燃料ガス不純物除去手段４２を経由する経路に切り替わるように制御する点が実施の形態１と異なる。それ以外の構成は、実施の形態１と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 6)
The fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention is configured in the oxidant gas path from the oxidant gas supply means 2 to the fuel cell 1 as shown in FIG. The fuel gas from the fuel gas supply means 3 to the fuel cell 1 is not provided without the oxidant gas impurity removal means 41, the bypass path 51 that bypasses the oxidant gas impurity removal means 41, and the oxidant gas path switching means 611 and 612. A fuel gas impurity removing means 42 for removing impurities contained in the fuel gas in the path, and a fuel gas supply means for bypassing the fuel gas impurity removing means 42 to the anode without removing the impurities by the fuel gas impurity removing means 42 The fuel gas that switches between the bypass path 52 that supplies the fuel gas from the fuel cell 3, the path that passes through the fuel gas impurity removing means 42, and the bypass path 52. Path switching means 621 and 622, the impurity supply amount determination means 7 determines the supply amount of impurities contained in the fuel gas, and the controller 8 determines the supply amount of impurities determined by the impurity supply amount determination means 7 However, when a predetermined supply amount obtained experimentally in advance is exceeded, the fuel gas path switching means 621 and 622 are controlled to be switched from the bypass path 52 to the path via the fuel gas impurity removing means 42. This is different from Form 1. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

ここで、燃料ガス中には、窒素が含まれる原料ガスを改質させることで不純物としてアンモニアが含まれる。アンモニア濃度は、原料ガスに含まれる窒素濃度と相関している。アンモニアは、燃料電池１に供給されると、電解質中のスルホン酸基と結合して、水素イオン電導性を低下させたり、アノード触媒、および、電解質膜を移動したアンモニウムイオンがカソード触媒を被毒したりする特性を有している。   Here, in the fuel gas, ammonia is contained as an impurity by reforming the raw material gas containing nitrogen. The ammonia concentration correlates with the nitrogen concentration contained in the source gas. When ammonia is supplied to the fuel cell 1, it combines with sulfonic acid groups in the electrolyte to lower the hydrogen ion conductivity, or the anode catalyst and ammonium ions that have moved through the electrolyte membrane poison the cathode catalyst. It has the characteristic to do.

燃料ガス不純物除去手段４２は、燃料ガス中に含まれるアンモニアを除去する構成であり、例えば、高分子電解質膜の片側に水などのアンモニア吸収液を流通させ、もう一方の側にアンモニアを含んだ燃料ガスを流通させる構造のものを複数積層した構成のものを用いることができる。   The fuel gas impurity removing means 42 is configured to remove ammonia contained in the fuel gas. For example, an ammonia absorbing solution such as water is circulated on one side of the polymer electrolyte membrane and ammonia is contained on the other side. The thing of the structure which laminated | stacked the thing of the structure which distribute | circulates fuel gas can be used.

本発明者らは、アンモニアが、所定の蓄積量以下では、燃料電池１に対して顕著な出力低下や、耐久性に影響を与えず、燃料電池１を起動停止させることで、その蓄積をある程度解消することができるが、燃料電池１が長時間、連続して発電され、アンモニアの蓄積量（供給量）が所定値以上になると、一回の起動停止では完全に解消することができないために、徐々に出力が低下したり、耐久性が低下したりすることを見出した。   When the ammonia is less than a predetermined accumulation amount, the inventors do not significantly reduce the output of the fuel cell 1 and do not affect the durability. However, if the fuel cell 1 generates power continuously for a long time and the ammonia accumulation amount (supply amount) exceeds a predetermined value, it cannot be completely eliminated by a single start / stop. It was found that the output gradually decreases and the durability decreases.

本実施の形態６の構成により、予め想定される燃料ガス中のアンモニアの平均的な濃度と供給時間から、燃料電池１に影響を与える供給量を実施の形態１と同様にして実験的に求め、所定の供給量以上で燃料ガス不純物除去手段４２で燃料ガス中に含まれるアンモニアを除去し、燃料電池１への影響を緩和することができる。   With the configuration of the sixth embodiment, the supply amount that affects the fuel cell 1 is experimentally determined in the same manner as in the first embodiment from the average concentration of ammonia in the fuel gas assumed in advance and the supply time. The ammonia contained in the fuel gas is removed by the fuel gas impurity removing means 42 at a predetermined supply amount or more, and the influence on the fuel cell 1 can be mitigated.

なお、酸化剤ガス供給手段２側で実施したように、本実施の形態６の不純物供給量判定手段７の代わりに、起動から次の停止までの連続発電における連続発電時間を計測する連続発電時間計測手段、あるいは、累積発電電力量を計測する累積発電電力量計測手段、あるいは、燃料ガス供給手段３の運転時間を計測する運転時間計測手段、燃料ガス供給手段３の累積燃料ガス供給量を計測する累積燃料ガス供給量計測手段、あるいは、停電を検知
する停電検知手段のいずれかの手段を選択して用いることができ、いずれも同様の効果が得られ、所定のアンモニアの供給量に相当する閾値以上で燃料ガス不純物除去手段４２が燃料ガス中に含まれるアンモニアを除去し、燃料電池１への影響を緩和して、燃料電池１が長時間継続して安定に発電することを可能とするので、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。 In addition, as implemented on the oxidant gas supply means 2 side, instead of the impurity supply amount determination means 7 of the sixth embodiment, continuous power generation time for measuring continuous power generation time in continuous power generation from start to next stop Measuring means, or cumulative power generation amount measuring means for measuring the cumulative power generation amount, or operating time measuring means for measuring the operating time of the fuel gas supply means 3; Either of the accumulated fuel gas supply amount measuring means or the power failure detection means for detecting a power failure can be selected and used, and both can obtain the same effect and correspond to a predetermined ammonia supply amount. The fuel gas impurity removing means 42 removes ammonia contained in the fuel gas above the threshold value, mitigates the influence on the fuel cell 1, and the fuel cell 1 continuously generates power stably for a long time. Since it allows excellent performance and durability, it is possible to obtain an economical fuel cell system.

（実施の形態７）
本発明の実施の形態７の燃料電池システムは、実施の形態１の燃料電池システムの構成において、図４に示すように、燃料ガス供給手段３から燃料電池１までの燃料ガス経路に、燃料ガス中に含まれる不純物を除去する燃料ガス不純物除去手段４２と、燃料ガス不純物除去手段４２をバイパスして燃料ガス不純物除去手段４２で不純物を除去することなくアノードに燃料ガス供給手段３からの燃料ガスを供給するバイパス経路５２と、燃料ガス不純物除去手段４２を経由する経路とバイパス経路５２とを切り替える燃料ガス経路切替手段６２１，６２２を備え、不純物供給量判定手段７が、酸化剤ガス、あるいは、燃料ガス中に含まれる不純物のうち、最も燃料電池１に影響の与える不純物の供給量を判定し、制御器８が、不純物供給量判定手段７が、決定した不純物の供給量が、予め実験的に求めた所定の供給量を超えた場合に、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２をバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路に切り替わるように制御、または、燃料ガス経路切替手段６２１，６２２をバイパス経路５２から燃料ガス不純物除去手段４２を経由する経路に切り替わるように制御する点を追加した構成である。それ以外の構成は、実施の形態１と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 7)
The fuel cell system according to the seventh embodiment of the present invention is the same as the fuel cell system according to the first embodiment, as shown in FIG. The fuel gas impurity removing means 42 for removing impurities contained therein, and the fuel gas from the fuel gas supply means 3 to the anode without bypassing the fuel gas impurity removing means 42 and removing the impurities by the fuel gas impurity removing means 42 Fuel gas path switching means 621 and 622 for switching between the bypass path 52 and the path passing through the fuel gas impurity removing means 42, and the impurity supply amount determination means 7 is an oxidant gas or Of the impurities contained in the fuel gas, the supply amount of impurities that most affect the fuel cell 1 is determined, and the controller 8 determines the impurity supply amount. When the supply amount of impurities determined by the stage 7 exceeds a predetermined supply amount obtained experimentally in advance, the oxidant gas path switching means 611 and 612 are connected from the bypass path 51 to the oxidant gas impurity removal means 41. The configuration is such that control is performed so as to switch to a route that passes through, or control is performed so that the fuel gas route switching means 621, 622 is switched from the bypass route 52 to a route that passes through the fuel gas impurity removing means 42. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.

この構成によれば、通常、不純物の供給量が燃料電池１に影響を与えない所定の供給量以下では、不純物を除去することなく、ガスを供給し、不純物の供給量が燃料電池１に影響を与える所定の供給量を超えた場合に、不純物を除去したガスを供給して、燃料電池１への影響を緩和するので、燃料電池１をより長時間、出力低下することなく安定して発電することができるようになるだけでなく、不純物の供給量が燃料電池１に影響のある所定の供給量を超えたときだけ、酸化剤ガス不純物除去手段４１、燃料ガス不純物除去手段４２で不純物を除去してガスを供給するので、酸化剤ガス不純物除去手段４１、燃料ガス不純物除去手段４２の消耗が抑えられ、寿命を延ばすことが可能となり、性能や耐久性に優れ、経済的な燃料電池システムの運転方法を得ることができる。   According to this configuration, normally, when the supply amount of impurities does not affect the fuel cell 1, the gas is supplied without removing the impurities, and the supply amount of impurities affects the fuel cell 1. When the supply amount exceeds the predetermined supply amount, the gas from which impurities are removed is supplied to alleviate the influence on the fuel cell 1, so that the fuel cell 1 can generate power stably for a long time without lowering the output. In addition, the oxidant gas impurity removing means 41 and the fuel gas impurity removing means 42 can remove impurities only when the supply amount of impurities exceeds a predetermined supply amount that affects the fuel cell 1. Since the gas is supplied after being removed, the consumption of the oxidant gas impurity removing means 41 and the fuel gas impurity removing means 42 can be suppressed, the life can be extended, and the fuel cell system has excellent performance and durability and is economical. It can be obtained operating method.

（実施の形態８）
図５は、本発明の実施の形態８における燃料電池システムを示す概略構成図である。 (Embodiment 8)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 8 of the present invention.

本発明の実施の形態８の燃料電池システムの燃料電池１は、電解質膜の両面にアノード及びカソードを対向して形成した膜電極接合体（ＭＥＡ）を備える。   The fuel cell 1 of the fuel cell system according to Embodiment 8 of the present invention includes a membrane electrode assembly (MEA) in which an anode and a cathode are formed to face each other on both surfaces of an electrolyte membrane.

ここで、電解質は、例えば水素イオン伝導性を有するパーフルオロカーボンスルフォン酸ポリマーからなる固体高分子電解質で構成される。   Here, the electrolyte is composed of a solid polymer electrolyte made of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer having hydrogen ion conductivity, for example.

また、アノードとカソードは、耐酸化性の高い多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒及び水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなる触媒層と、触媒層の上に積層した通気性及び電子伝導性を有するガス拡散層で構成される。   In addition, the anode and the cathode were laminated on the catalyst layer, which includes a catalyst layer made of a mixture of a highly oxidation-resistant porous carbon supporting a noble metal such as platinum and a polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity. It is composed of a gas diffusion layer having air permeability and electronic conductivity.

このとき、アノードの触媒として、一般に、燃料ガス中に含まれる不純物、特に一酸化炭素による被毒を抑制する白金−ルテニウムの合金触媒が用いられる。また、ガス拡散層として、撥水処理を施したカーボンペーパーやカーボンクロス、あるいはカーボン不織布などが用いられる。   At this time, a platinum-ruthenium alloy catalyst that suppresses poisoning by impurities contained in the fuel gas, particularly carbon monoxide, is generally used as the anode catalyst. As the gas diffusion layer, water-repellent carbon paper, carbon cloth, carbon nonwoven fabric, or the like is used.

そして、ＭＥＡを挟むようにして、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータが互いに対向するように配置され、アノード側セパレータのＭＥＡ側の面には燃料ガスを供給、排出する燃料ガス流路が、カソード側セパレータのＭＥＡ側の面には酸化剤ガスを供給、排出する酸化剤ガス流路が形成されている。   The anode-side separator and the cathode-side separator are arranged so as to face each other with the MEA interposed therebetween, and a fuel gas flow path for supplying and discharging fuel gas to the MEA-side surface of the anode-side separator is provided on the cathode-side separator. An oxidant gas flow path for supplying and discharging oxidant gas is formed on the MEA side surface.

ここで、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータは、主にカーボンなどの導電性を有する材料で形成される。   Here, the anode-side separator and the cathode-side separator are mainly formed of a conductive material such as carbon.

そして、アノード側セパレータ及びカソード側セパレータとＭＥＡは、それぞれの流体が異なる流体の流路及び外部にリークしないように、それぞれアノード側ガスケット及びカソード側ガスケットによりシールされている。   The anode-side separator, the cathode-side separator, and the MEA are sealed by an anode-side gasket and a cathode-side gasket, respectively, so that the respective fluids do not leak to different fluid flow paths and the outside.

そして、上記構成のＭＥＡと各セパレータ及びからなるセルを複数積層し、燃料電池スタック（燃料電池１）が構成されている。   The fuel cell stack (fuel cell 1) is configured by stacking a plurality of cells including the MEA having the above configuration and each separator.

ここで、電解質膜、カソード、およびアノードを構成する材料は上記した材料に限定されるものではなく、運転条件などに応じて適宜選択されることが好ましい。   Here, the materials constituting the electrolyte membrane, the cathode, and the anode are not limited to the materials described above, and are preferably selected as appropriate according to operating conditions and the like.

また、燃料電池１には、アノード側に水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段３と、カソード側に大気中の酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段２が接続されている。   The fuel cell 1 is connected to a fuel gas supply means 3 for supplying a fuel gas containing hydrogen on the anode side and an oxidant gas supply means 2 for supplying an oxidant gas containing oxygen in the atmosphere to the cathode side. ing.

酸化剤ガス供給手段２は、酸化剤ガスとして大気を用い、ブロワや、ポンプなどで燃料電池１のカソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給する構成となっている。さらに、供給する酸化剤ガスの露点を調整するため、カソード出口から排出されたオフ酸化剤ガスと全熱交換する加湿器を備えた。   The oxidant gas supply means 2 is configured to use air as the oxidant gas and supply an oxidant gas containing at least oxygen to the cathode of the fuel cell 1 with a blower or a pump. Furthermore, in order to adjust the dew point of the oxidant gas to be supplied, a humidifier for total heat exchange with the off-oxidant gas discharged from the cathode outlet was provided.

燃料ガス供給手段３は、原料ガスに都市ガスなどの炭化水素ガスを用い、原料ガスを水蒸気と改質反応させることにより、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する構成となっている。   The fuel gas supply means 3 is configured to supply a fuel gas containing at least hydrogen to the anode by using a hydrocarbon gas such as city gas as a raw material gas and subjecting the raw material gas to a reforming reaction with water vapor.

また、都市ガスなどのように原料ガス中に硫黄化合物などの付臭剤が含まれる場合は、脱硫器を備え、さらに、アノードを被毒する、改質反応後の燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の影響を低減するため、改質反応後に、変成部と、選択酸化部を備え、一酸化炭素の濃度をアノード触媒に影響のない濃度まで低減する構成となっている。   In addition, when the raw material gas contains an odorant such as a sulfur compound such as city gas, it is provided with a desulfurizer and further contained in the fuel gas after the reforming reaction that poisons the anode. In order to reduce the influence of carbon oxide, a reforming section and a selective oxidation section are provided after the reforming reaction to reduce the concentration of carbon monoxide to a concentration that does not affect the anode catalyst.

また、必要に応じてアノードに空気を添加（エアブリード）して、さらに一酸化炭素の影響を軽減することができる。   Further, if necessary, air can be added to the anode (air bleeding) to further reduce the influence of carbon monoxide.

ここで、酸化剤ガスとして用いられる大気中には、自動車や、工場、あるいは、家庭用燃焼器具などから排出される燃焼排ガスに由来する窒素酸化物、硫黄酸化物の他、未燃炭化水素や、揮発性有機化合物、あるいは、アンモニア、硫化水素などの悪臭由来の不純物、またあるいは、粉塵などの粒状物質、など様々な不純物が含まれる可能性があり、これらの不純物の中には硫黄化合物など燃料電池１のカソード触媒を被毒して、出力低下や、耐久性低下などの悪影響を与えるものも含まれている。   Here, in the atmosphere used as the oxidant gas, in addition to nitrogen oxides and sulfur oxides derived from combustion exhaust gas discharged from automobiles, factories, or household combustion appliances, unburned hydrocarbons and , Volatile organic compounds, impurities such as ammonia and hydrogen sulfide, and other impurities such as particulate matter such as dust may be included, and these impurities include sulfur compounds. Also included are those that poison the cathode catalyst of the fuel cell 1 and have adverse effects such as reduced output and reduced durability.

さらに、酸化剤ガス不純物除去手段４１は、大気中の塵埃を除去する除塵フィルタと、二酸化硫黄や、硫化水素などの硫黄系不純物や、窒素酸化物など大気中の酸性ガスを除去する酸性ガス除去フィルタと、アンモニアなど大気中のアルカリ性ガスを除去するアルカリ性ガス除去フィルタで構成される。なお、酸化剤ガス不純物除去手段４１では、設置さ
れる環境や、燃料電池１の耐コンタミ性などに応じてそれぞれのフィルタを選択することができる。 Further, the oxidant gas impurity removing means 41 includes a dust removing filter that removes dust in the atmosphere, and acid gas removal that removes sulfur-based impurities such as sulfur dioxide and hydrogen sulfide, and acid gases in the atmosphere such as nitrogen oxides. The filter and an alkaline gas removal filter that removes alkaline gas such as ammonia in the atmosphere. In the oxidant gas impurity removing means 41, each filter can be selected in accordance with the installation environment, the contamination resistance of the fuel cell 1, and the like.

また、燃料電池１には、燃料電池１の電池電圧を検出するための電圧検出器（図示せず）が設けられている。   Further, the fuel cell 1 is provided with a voltage detector (not shown) for detecting the cell voltage of the fuel cell 1.

そして、酸化剤ガス供給手段２と燃料電池１とを接続する配管（酸化剤ガス供給路）には、酸化剤ガス供給弁が設けられている。また、燃料電池１には、カソードで使用されなかった酸化剤ガス等のガスが排出される配管（酸化剤ガス排出路）が接続されており、該酸化剤ガス排出路には、酸化剤ガス排出弁（図示せず）が設けられている。   An oxidant gas supply valve is provided in a pipe (oxidant gas supply path) connecting the oxidant gas supply means 2 and the fuel cell 1. The fuel cell 1 is connected to a pipe (oxidant gas discharge path) through which a gas such as an oxidant gas that has not been used at the cathode is discharged. The oxidant gas discharge path is connected to the oxidant gas. A discharge valve (not shown) is provided.

この構成により、燃料電池１の発電停止中に酸化剤ガス供給弁と酸化剤ガス排出弁を閉じることにより、カソードに外部より侵入する酸素が遮断され、カソード内の酸素濃度が速やかに低下し、カソードの電極電位が速やかに低下して、低電位が保持される。よって、カソードの触媒を効率よく還元して、活性化することができる。   With this configuration, by closing the oxidant gas supply valve and the oxidant gas discharge valve while the power generation of the fuel cell 1 is stopped, oxygen entering the cathode from the outside is shut off, and the oxygen concentration in the cathode is quickly reduced, The electrode potential of the cathode is quickly lowered to maintain a low potential. Therefore, the cathode catalyst can be efficiently reduced and activated.

また、制御器８は、燃料電池１の起動、発電、停止の動作を制御するとともに、内部負荷及び電力出力器の動作を制御することができる。さらに、制御器８は、酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路と酸化剤ガス不純物除去手段４１をバイパスするバイパス経路５１とを切り替える酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を操作して、通常運転の時には酸化剤ガス供給経路をバイパス経路５１に切り替え、起動、停止、および活性回復動作時には酸化剤ガス供給経路を酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由する経路へと切り替えることが出来る。   Further, the controller 8 can control the operation of the fuel cell 1 to start, generate power, and stop, and can control the operation of the internal load and the power output device. Further, the controller 8 operates the oxidant gas path switching means 611, 612 for switching between the path passing through the oxidant gas impurity removal means 41 and the bypass path 51 bypassing the oxidant gas impurity removal means 41, The oxidant gas supply path can be switched to the bypass path 51 during operation, and the oxidant gas supply path can be switched to the path via the oxidant gas impurity removing means 41 during start-up, stop, and activity recovery operations.

また、制御器８は、燃料電池システムを構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよく、例えば、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。   Further, the controller 8 may be in any form as long as it is a device that controls each device constituting the fuel cell system, for example, an arithmetic processing unit exemplified by a microprocessor, a CPU, etc. A storage unit including a memory or the like that stores a program for executing a control operation is provided.

なお、制御器８は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、燃料電池システムの制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器８は、マイクロコントローラ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。   Note that the controller 8 is not only configured as a single controller, but also configured as a controller group in which a plurality of controllers cooperate to execute control of the fuel cell system. I do not care. Moreover, the controller 8 may be comprised with the microcontroller, and may be comprised by MPU, PLC (programmable logic controller), a logic circuit, etc.

ところで、燃料電池１の発電に用いる酸化剤ガスには、通常、設置される環境にある大気が用いられるが、大気中には様々な不純物が含まれている場合が多く、例えば、火山や燃焼排ガスなどに含まれている二酸化硫黄などの硫黄化合物、工場や自動車の燃焼排ガスなどに多く含まれている窒素酸化物、あるいは悪臭成分であるアンモニアなどがある。   By the way, the oxidant gas used for power generation of the fuel cell 1 usually uses the atmosphere in the environment in which it is installed, but the atmosphere often contains various impurities, such as volcanoes and combustion. There are sulfur compounds such as sulfur dioxide contained in exhaust gas, nitrogen oxides abundantly contained in combustion exhaust gas of factories and automobiles, and ammonia which is a malodorous component.

これらの不純物は燃料電池１に悪影響を及ぼし、酸化剤ガスに混入してカソードの触媒に吸着して発電に必要な化学反応を阻害して、燃料電池１の出力を低下させることがある。特に、硫黄化合物は比較的吸着力が強く、多量の硫黄化合物がカソードに蓄積すると、除去することが困難となり、燃料電池１の発電効率や耐久性を劣化させる原因となる。   These impurities may adversely affect the fuel cell 1 and may be mixed with the oxidant gas and adsorbed on the cathode catalyst to inhibit a chemical reaction necessary for power generation, thereby reducing the output of the fuel cell 1. In particular, the sulfur compound has a relatively strong adsorptive power, and if a large amount of the sulfur compound accumulates on the cathode, it becomes difficult to remove, which causes the power generation efficiency and durability of the fuel cell 1 to deteriorate.

本発明者らは、発電性能へ与える影響の比較的大きいこの硫黄化合物に着目し、鋭意検討した結果、触媒活性化動作を行う際に、不純物の少ないガスを用いることにより、触媒活性化の効果がより高くなることを見出した。   The present inventors paid attention to this sulfur compound having a relatively large influence on power generation performance, and as a result of intensive studies, the effect of catalyst activation can be achieved by using a gas with less impurities when performing catalyst activation operation. Found that would be higher.

すなわち、耐久試験により電圧が低下した燃料電池１に対して、触媒活性動作を行う際に、不純物を含まないガスを利用すると、電圧の上昇率が高くなることがわかった。
この現象は、カソードの不純物に対してのみだけでなく、アノードの不純物例えばアンモニアに対しても有効であった。 That is, it was found that when the catalyst activation operation is performed on the fuel cell 1 whose voltage has been lowered by the durability test, the rate of increase in voltage is increased when a gas not containing impurities is used.
This phenomenon is effective not only for cathode impurities but also for anode impurities such as ammonia.

以下、硫黄化合物の中でも大気中に含まれる二酸化硫黄を例として、不純物による触媒活性の低下を抑制することのできる燃料電池システムの動作シーケンスの一例について図６のフローチャートを用いながら説明する。   Hereinafter, an example of an operation sequence of the fuel cell system capable of suppressing a decrease in catalyst activity due to impurities will be described using sulfur dioxide contained in the atmosphere among sulfur compounds as an example, with reference to the flowchart of FIG.

燃料電池１が定常発電状態にあるとき、ガス経路は酸化剤ガス不純物除去手段４１を通らないバイパス経路５１を用いて発電する。ガス中の不純物濃度にもよるが触媒が徐々に被毒され、電圧が下がってくる。電圧が一定値を下回った場合、制御器８により酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を制御することにより酸化剤ガスガス供給経路をバイパス経路５１から酸化剤ガス不純物除去手段４１を通る経路へ切り替えてから、種々の活性回復動作を行う。   When the fuel cell 1 is in a steady power generation state, the gas path generates power using the bypass path 51 that does not pass through the oxidant gas impurity removal means 41. Depending on the concentration of impurities in the gas, the catalyst is gradually poisoned and the voltage drops. When the voltage falls below a certain value, the controller 8 controls the oxidant gas path switching means 611, 612 to switch the oxidant gas gas supply path from the bypass path 51 to the path through the oxidant gas impurity removal means 41. Then, various active recovery operations are performed.

ここでは、規定電圧で閾値を設けたが、運転時間などで規定してもよい。この活性回復動作は単独で行ってもいいし、起動動作や停止動作と合わせて活性回復動作を行ってもよい。   Here, the threshold is set at the specified voltage, but it may be specified by the operation time or the like. This activation recovery operation may be performed independently, or the activation recovery operation may be performed in combination with the start operation and the stop operation.

そして、活性回復動作が終わり、定常運転を開始したら、再び酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を制御器８により制御することによりガス供給経路を酸化剤ガス不純物除去手段４１を通る経路からバイパス経路５１へと切り替える。最終的にシステム停止時に活性回復操作を行って停止する。ここで、活性回復動作の終了は、電圧で判断したり、時間を決めて行うことも可能である。   When the activity recovery operation is completed and the steady operation is started, the oxidant gas path switching means 611 and 612 are controlled again by the controller 8 to change the gas supply path from the path passing through the oxidant gas impurity removing means 41 to the bypass path. Switch to 51. Eventually, the system is stopped by performing an activity recovery operation when the system is stopped. Here, the end of the activity recovery operation can be determined by a voltage, or can be performed after a predetermined time.

一般的に活性回復動作は、大きく分けて３つの種類に分けられる。一種類目は、電極の電位を上昇させることにより触媒に付着した不純物を酸化させることにより不純物の触媒への吸着力を弱くするというものである。例えば、硫黄化合物が不純物として含まれていた場合、二酸化硫黄になることで触媒への吸着力は弱くなる。   In general, the activity recovery operation is roughly divided into three types. The first type is to weaken the adsorption power of impurities to the catalyst by oxidizing the impurities adhering to the catalyst by raising the potential of the electrode. For example, when a sulfur compound is contained as an impurity, the adsorption power to the catalyst is weakened by becoming sulfur dioxide.

２種類目は、電極の電位を下降させることにより触媒自体が還元されて活性を取り戻すというものである。３種類目は、触媒内の水分量を増加させることにより、触媒に吸着している不純物を水に溶かして排出させるというものである。   The second type is that the catalyst itself is reduced to recover its activity by lowering the potential of the electrode. In the third type, by increasing the amount of water in the catalyst, impurities adsorbed on the catalyst are dissolved in water and discharged.

これら３種類の活性回復動作は、少なくとも１種類の動作でも効果はあるが、３種類の動作を行うとより効果は大きくなる。さらに、３種類の動作は、続けて行っても、時間を置いて行っても効果はあるが、続けて行うとより効果は大きくなる。   These three types of activity recovery operations are effective even with at least one type of operation, but the effect becomes greater when the three types of operations are performed. Further, although the three types of operations are effective even if they are performed continuously or after a period of time, the effect becomes greater if they are performed continuously.

まず、１種類目と２種類目の電極の電位を上昇させたり下降させたりする活性回復動作について説明する。   First, an activation recovery operation for raising or lowering the potentials of the first and second types of electrodes will be described.

一つ目は、燃料電池１に外部電源を接続させ、電圧を印加することにより電位を上昇させたり下降させたりする動作である。この操作を行う時には、参照電極となるアノードには水素ガスを、作用電極となるカソードには電池反応に不活性なガス（例えば窒素）を流すことが好ましい。   The first is an operation of increasing or decreasing the potential by connecting an external power source to the fuel cell 1 and applying a voltage. When performing this operation, it is preferable to flow hydrogen gas to the anode serving as the reference electrode and to flow a gas (for example, nitrogen) inert to the cell reaction to the cathode serving as the working electrode.

２つ目は、燃料電池１に接続させる負荷を大きくしたり小さくしたりすることにより、電位を変化させる方法である。例えば外部負荷を小さくすれば電圧は高くなり、カソードの電位は高く、高い負荷をかければ、電位は低くなる。さらには負荷との切断を行えば、最も高電位になる。   The second is a method of changing the potential by increasing or decreasing the load connected to the fuel cell 1. For example, if the external load is reduced, the voltage is increased, the cathode potential is increased, and if a higher load is applied, the potential is decreased. Further, if the load is disconnected, the highest potential is obtained.

３つ目は、燃料電池１に不活性なガスを流したり、アノードに酸化剤ガスを流したり、カソードに燃料ガスを流すことである。これらのガスは、ガス経路を通して電極に流してもよいし、例えばカソードに供給するガスのみを止めて高分子電解質膜を通してアノード側から燃料ガスを拡散させてもよいし、さらに発電状態と同じ向きの負荷をかけることによりカソードで水素ガスを発生させてもよい。   Third, an inert gas is allowed to flow through the fuel cell 1, an oxidant gas is allowed to flow through the anode, and a fuel gas is allowed to flow through the cathode. These gases may flow through the gas path to the electrode, or for example, only the gas supplied to the cathode may be stopped and the fuel gas may be diffused from the anode side through the polymer electrolyte membrane. Hydrogen gas may be generated at the cathode by applying a load of

また、アノードに供給するガスを止めて高分子電解質膜を通してカソード側から酸化剤ガスを拡散させてもよい。これらのいずれかの方法により、電極の電位を上昇させたり下降させたりすることが可能となり、触媒へ吸着している不純物の酸化や、触媒の還元が起こり、活性が回復する。   Alternatively, the gas supplied to the anode may be stopped and the oxidant gas may be diffused from the cathode side through the polymer electrolyte membrane. By any of these methods, it becomes possible to raise or lower the potential of the electrode, and oxidation of impurities adsorbed on the catalyst or reduction of the catalyst occurs, and the activity is restored.

次に、３種類目の触媒内の水分量を増加させる活性回復動作について説明する。一つ目は、燃料電池１を冷却して温度を下げることである。これは、冷却水の流速を上げてもよいし、冷却水の温度を下げてもよいし、ヒーターで温度を制御している燃料電池１であれば温度制御を切ってもよい。   Next, the activity recovery operation for increasing the amount of water in the third type of catalyst will be described. The first is to cool the fuel cell 1 and lower the temperature. In this case, the flow rate of the cooling water may be increased, the temperature of the cooling water may be decreased, or the temperature control may be turned off if the fuel cell 1 is controlling the temperature with a heater.

２つ目は、燃料電池１に供給するガス中の単位流量辺りの水分量を増加させることである。これには供給ガスの露点を上げるとよい。３つ目は、燃料電池１に供給するガスの圧力を増加させることである。これには、ガスの供給量を上げてもよいし、燃料電池１のガス排出口のサイズを小さくして圧力を上げてもよい。圧力が上がることにより燃料電池１内の露点が下がり、凝縮水が増える。これらのいずれかの方法により、凝縮水を増やすことができ、触媒内の水分量が増えて、不純物を水に溶かして洗い流すことが出来る。   The second is to increase the amount of water per unit flow rate in the gas supplied to the fuel cell 1. This can be achieved by increasing the dew point of the supply gas. The third is to increase the pressure of the gas supplied to the fuel cell 1. For this purpose, the gas supply amount may be increased, or the pressure may be increased by reducing the size of the gas discharge port of the fuel cell 1. As the pressure increases, the dew point in the fuel cell 1 decreases and condensed water increases. By any of these methods, the amount of condensed water can be increased, the amount of water in the catalyst can be increased, and impurities can be dissolved in water and washed away.

上記構成の燃料電池システムを用いて、酸化剤ガス中に、燃料電池１のカソード触媒に蓄積して出力や耐久性に影響を与える可能性のある不純物が存在した場合の、発電試験を実施した。なお、本発電試験によって、本発明がこれに限定されるものではない。   Using the fuel cell system configured as described above, a power generation test was conducted in the case where impurities contained in the oxidant gas that could accumulate on the cathode catalyst of the fuel cell 1 and affect the output and durability were present. . Note that the present invention is not limited to the power generation test.

酸化剤ガスはバイパス経路５１を通るように酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を切り替えるよう制御器８で制御する構成にした。   The controller 8 is configured to control the oxidant gas path switching means 611 and 612 so that the oxidant gas passes through the bypass path 51.

酸化剤ガス中に添加する不純物には二酸化硫黄を用い、その添加濃度は酸化剤ガスに対して大気レベルの約５ｐｐｂとした。   Sulfur dioxide was used as an impurity to be added to the oxidant gas, and the addition concentration thereof was about 5 ppb at the atmospheric level with respect to the oxidant gas.

アノードに水素利用率が７０％となるように、カソードは利用率０％になるようにし、不純物として二酸化硫黄を含有する空気を供給し、燃料電池１に流れる電流を徐々に増加し、燃料電池システムの出力が７５０Ｗとなるように発電を開始した。この時の燃料電池１に流れる電流密度は約０．２Ａ／ｃｍ2、アノードの露点は約６５℃、カソードの露点は約６５℃、燃料電池１の平均温度は約６５℃とした。 The cathode has a utilization rate of 0% so that the hydrogen utilization rate becomes 70%, the air containing sulfur dioxide as an impurity is supplied, the current flowing through the fuel cell 1 is gradually increased, and the fuel cell Power generation was started so that the output of the system would be 750W. The current density flowing through the fuel cell 1 at this time was about 0.2 A / cm 2 , the anode dew point was about 65 ° C., the cathode dew point was about 65 ° C., and the average temperature of the fuel cell 1 was about 65 ° C.

次に、起動してから連続発電を開始し、電圧が２０μＶ低下したところで、制御器８により酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を制御して酸化剤ガスが酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由して燃料電池１に供給されるように切り替えてから、停止した。   Next, continuous power generation is started after startup, and when the voltage drops by 20 μV, the controller 8 controls the oxidant gas path switching means 611 and 612 so that the oxidant gas passes through the oxidant gas impurity removal means 41. Then, after switching to be supplied to the fuel cell 1, it was stopped.

この時燃料電池１の単セル電圧は一度、約１Ｖまで上昇した後、徐々に低下して、約０Ｖとなった。また、この時燃料電池１の平均温度は約６５℃から停止時に４０℃以下まで低下した。その４時間後に再度運転を開始し、制御器８により酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を制御して、酸化剤ガスがバイパス経路５１を経由して燃料電池１に供給されるように切り替えた。この一連の起動から停止のサイクルを５回繰り返した。   At this time, the single cell voltage of the fuel cell 1 once increased to about 1V and then gradually decreased to about 0V. At this time, the average temperature of the fuel cell 1 dropped from about 65 ° C. to 40 ° C. or less when stopped. Four hours later, the operation was started again, and the controller 8 controlled the oxidant gas path switching means 611 and 612 so that the oxidant gas was supplied to the fuel cell 1 via the bypass path 51. . This series of starting and stopping cycles was repeated five times.

それぞれ、発電開始から２０時間を経過した時の電圧の変化を調べたところ、５回のサ
イクル毎での電圧低下量はいずれも０μＶ／ｈｒであり、起動停止時の不純物除去により出力低下が回復したことを確認した。 In each case, when the change in voltage after 20 hours from the start of power generation was examined, the amount of voltage drop every 5 cycles was 0 μV / hr, and the output drop was recovered by removing impurities at the start and stop. I confirmed that.

本実施の形態８の燃料電池システムを用いた運転方法によると、起動停止時に、約１Ｖ程度の高い電圧までカソードの電位が上がるので、触媒に吸着している不純物が酸化され、停止した後０Ｖまで電圧が低下するので触媒が還元されて活性が回復し、さらに停止時に６５℃から４０℃まで燃料電池１の温度が低下するので凝縮水により不純物が溶けて洗い流されるという活性回復動作を行うことができる。   According to the operation method using the fuel cell system of the eighth embodiment, the potential of the cathode rises to a high voltage of about 1V when starting and stopping, so that the impurities adsorbed on the catalyst are oxidized and 0V after stopping. Since the voltage is reduced until the catalyst is reduced, the activity is restored, and further, the temperature of the fuel cell 1 is lowered from 65 ° C. to 40 ° C. at the time of stoppage. Can do.

酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２により起動停止時に酸化剤ガス不純物除去手段４１を経由した酸化剤ガスを燃料電池１に供給することにより、電圧の低下率が小さくなり活性回復動作の効果を向上させることができ、さらに酸化剤ガス不純物除去手段４１を透過するガス量を少なくできるので酸化剤ガス不純物除去手段４１の寿命を長くすることができた。したがって、燃料電池１の出力低下や耐久性の低下のない燃料電池システムでありながら、酸化剤ガス不純物除去手段４１の長寿命化も測ることが出来る経済的な燃料電池システムを得ることが可能となった。   By supplying the oxidant gas via the oxidant gas impurity removal means 41 to the fuel cell 1 at the time of starting and stopping by the oxidant gas path switching means 611 and 612, the voltage decrease rate is reduced and the effect of the activity recovery operation is improved. Further, since the amount of gas that permeates the oxidant gas impurity removing unit 41 can be reduced, the life of the oxidant gas impurity removing unit 41 can be extended. Therefore, it is possible to obtain an economical fuel cell system that can measure the long life of the oxidant gas impurity removing means 41 while the fuel cell system does not have a decrease in output or durability of the fuel cell 1. became.

（実施の形態９）
図７は、本発明の実施の形態９における燃料電池システムを示す概略構成図である。本発明の実施の形態９の燃料電池システムは、実施の形態８の燃料電池システムの構成において、酸化剤ガス供給手段２から燃料電池１までの酸化剤ガス経路に、酸化剤ガス不純物除去手段４１と、酸化剤ガス不純物除去手段４１をバイパスするバイパス経路５１と、酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２を設けず、燃料ガス供給手段３から燃料電池１までの燃料ガス経路に、燃料ガス中に含まれる不純物を除去する燃料ガス不純物除去手段４２と、燃料ガス不純物除去手段４２をバイパスして燃料ガス不純物除去手段４２で不純物を除去することなくアノードに燃料ガス供給手段３からの燃料ガスを供給するバイパス経路５２と、燃料ガス不純物除去手段４２を経由する経路とバイパス経路５２とを切り替える燃料ガス経路切替手段６２１，６２２を備え、起動停止、および活性回復動作の時には燃料ガス不純物除去手段４２を通る経路を通る燃料ガスが燃料電池１に供給されるように運転される。その他の構成は実施の形態８と同じであり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 9)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 9 of the present invention. The fuel cell system according to the ninth embodiment of the present invention is the same as the fuel cell system according to the eighth embodiment, except that the oxidant gas impurity removing means 41 is provided in the oxidant gas path from the oxidant gas supply means 2 to the fuel cell 1. The bypass path 51 for bypassing the oxidant gas impurity removing means 41 and the oxidant gas path switching means 611 and 612 are not provided, and the fuel gas path from the fuel gas supply means 3 to the fuel cell 1 is not in the fuel gas. The fuel gas impurity removing means 42 for removing impurities contained therein, and the fuel gas from the fuel gas supply means 3 is supplied to the anode without bypassing the fuel gas impurity removing means 42 and removing the impurities by the fuel gas impurity removing means 42 Fuel gas path switching means 62 for switching between the bypass path 52 to be switched, the path through the fuel gas impurity removing means 42 and the bypass path 52. Comprises 622, start-stop, and when the active recovery operation is operated as a fuel gas through a path through the fuel gas impurity removing means 42 is supplied to the fuel cell 1. Other configurations are the same as those of the eighth embodiment, and detailed description thereof is omitted.

ここで、燃料ガス中には、窒素が含まれる原料ガスを改質させることで不純物としてアンモニアが含まれる。アンモニア濃度は、原料ガスに含まれる窒素濃度と相関する。アンモニアは、燃料電池１に供給されると電解質中のスルホン酸基と結合して、水素イオン伝導性を低下させたり、アノード触媒および電解質膜を移動したアンモニウムイオンがカソード触媒を被毒したりする。   Here, in the fuel gas, ammonia is contained as an impurity by reforming the raw material gas containing nitrogen. The ammonia concentration correlates with the nitrogen concentration contained in the source gas. When ammonia is supplied to the fuel cell 1, it binds to the sulfonic acid group in the electrolyte to reduce hydrogen ion conductivity, or ammonium ions that have moved through the anode catalyst and the electrolyte membrane poison the cathode catalyst. .

燃料ガス不純物除去手段４２は、燃料ガス中に含まれるアンモニアを除去する構成であり、例えば、高分子電解質膜の片側に水などのアンモニア吸収液を流通させ、もう一方の側にアンモニアを含んだ燃料ガスを流通させる構造のものを複数積層した構成のものを用いることが出来る。   The fuel gas impurity removing means 42 is configured to remove ammonia contained in the fuel gas. For example, an ammonia absorbing solution such as water is circulated on one side of the polymer electrolyte membrane and ammonia is contained on the other side. A structure in which a plurality of fuel gas flow structures are stacked can be used.

本発明者らは、アンモニアが、所定の蓄積量以下では、燃料電池１に対して顕著な出力低下や、耐久性に影響を与えず、燃料電池１を起動停止させることで、その蓄積をある程度解消することが出来るが、燃料電池１が長時間連続して発電され、アンモニアの蓄積量が所定値以上になると、一回の起動停止では完全に解消することが出来ないために、徐々に出力が低下したり、耐久性が低下したりすることを見出した。   When the ammonia is less than a predetermined accumulation amount, the inventors do not significantly reduce the output of the fuel cell 1 and do not affect the durability. Although it can be eliminated, if the fuel cell 1 generates power continuously for a long time and the accumulated amount of ammonia exceeds a predetermined value, it cannot be completely eliminated by a single start / stop, so output gradually. Has been found to decrease or durability to decrease.

本実施の形態９の構成により、起動停止時の活性回復動作の時には、燃料ガス不純物除去手段４２を通る経路を経由した不純物を含まない燃料ガスが燃料電池１に供給されるた
め、出力の回復率が高くなるため、燃料電池１への影響を緩和して、燃料電池１が長時間継続して安定に発電することを可能とする。さらに、燃料ガス不純物除去手段４２を透過する燃料ガスのガス量を少なくできるので燃料ガス不純物除去手段４２の寿命を長くすることができる。従って、燃料電池１の出力低下や耐久性の低下のない燃料電池システムでありながら、燃料ガス不純物除去手段４２の長寿命化も図ることができる、経済的な燃料電池システムを得ることが可能となる。 With the configuration of the ninth embodiment, during the activation recovery operation at the time of starting and stopping, the fuel gas not containing impurities is supplied to the fuel cell 1 via the path passing through the fuel gas impurity removing means 42, so that the output is recovered. Since the rate becomes high, the influence on the fuel cell 1 is reduced, and the fuel cell 1 can continuously generate power stably for a long time. Further, since the amount of fuel gas permeating through the fuel gas impurity removing means 42 can be reduced, the life of the fuel gas impurity removing means 42 can be extended. Therefore, it is possible to obtain an economical fuel cell system in which the fuel gas impurity removing means 42 can be extended in life while the fuel cell system does not have a decrease in output or durability. Become.

（実施の形態１０）
図８は、本発明の実施の形態１０における燃料電池システムを示す概略構成図である。本実施の形態１０の燃料電池システムは、実施の形態８の発明において、燃料ガス供給手段３から燃料電池１までの燃料ガス経路に、燃料ガス中に含まれる不純物を除去する燃料ガス不純物除去手段４２と、燃料ガス不純物除去手段４２をバイパスして燃料ガス不純物除去手段４２で不純物を除去することなくアノードに燃料ガス供給手段３からの燃料ガスを供給するバイパス経路５２と、燃料ガス不純物除去手段４２を経由する経路とバイパス経路５２とを切り替える燃料ガス経路切替手段６２１，６２２を備え、起動停止、および活性回復動作の時には酸化剤ガス経路切替手段６１１，６１２と燃料ガス経路切替手段６２１，６２２を制御して、酸化剤ガス不純物除去手段４１、燃料ガス不純物除去手段４２を経由したガスを燃料電池１に供給するように運転される。その他の構成は実施の形態８と同様の構成であり、詳細な説明は省略する。 (Embodiment 10)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 10 of the present invention. The fuel cell system of the tenth embodiment is the same as that of the eighth embodiment, except that the fuel gas impurity removing means removes impurities contained in the fuel gas in the fuel gas path from the fuel gas supply means 3 to the fuel cell 1. 42, a bypass path 52 for supplying the fuel gas from the fuel gas supply means 3 to the anode without bypassing the fuel gas impurity removal means 42 and removing the impurities by the fuel gas impurity removal means 42, and a fuel gas impurity removal means Fuel gas path switching means 621, 622 for switching between the path passing through 42 and the bypass path 52, and during the start-stop and active recovery operations, the oxidant gas path switching means 611, 612 and the fuel gas path switching means 621, 622 are provided. And the gas that has passed through the oxidant gas impurity removing means 41 and the fuel gas impurity removing means 42 is supplied to the fuel cell 1. It is operated to supply. Other configurations are the same as those of the eighth embodiment, and detailed description thereof is omitted.

この構成によれば、酸化剤ガスへ不純物が混入している場合にも燃料ガスへ不純物が混入している場合にも、活性回復動作による出力回復効果が向上するため、燃料電池１が長時間継続して安定に発電することを可能とするので性能や耐久性に優れ、また、活性回復動作の時のみの酸化剤ガス不純物除去手段４１または燃料ガス不純物除去手段４２の利用であるために、酸化剤ガス不純物除去手段４１と燃料ガス不純物除去手段４２の消耗が抑えられ、酸化剤ガス不純物除去手段４１と燃料ガス不純物除去手段４２の寿命を延ばすことが可能となり、経済的な燃料電池システムの運転方法を得ることが出来る。   According to this configuration, since the output recovery effect by the activity recovery operation is improved both when the impurity is mixed in the oxidant gas and when the impurity is mixed in the fuel gas, the fuel cell 1 can be used for a long time. Since it is possible to generate power continuously and stably, it is excellent in performance and durability, and because it is the use of the oxidant gas impurity removal means 41 or the fuel gas impurity removal means 42 only during the activity recovery operation, The consumption of the oxidant gas impurity removing unit 41 and the fuel gas impurity removing unit 42 is suppressed, and the lifetimes of the oxidant gas impurity removing unit 41 and the fuel gas impurity removing unit 42 can be extended. The driving method can be obtained.

以上のように、本発明の燃料電池システムおよびその運転方法は、ガス中の不純物に対する耐性を向上することができ、定置用燃料電池システムなどの用途に適用できる。   As described above, the fuel cell system and the operation method thereof according to the present invention can improve resistance to impurities in the gas, and can be applied to uses such as stationary fuel cell systems.

１ 燃料電池
２ 酸化剤ガス供給手段
３ 燃料ガス供給手段
７ 不純物供給量判定手段
８ 制御器
４１ 酸化剤ガス不純物除去手段
４２ 燃料ガス不純物除去手段
５１，５２ バイパス経路
６１１，６１２ 酸化剤ガス経路切替手段
６２１，６２２ 燃料ガス経路切替手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Oxidant gas supply means 3 Fuel gas supply means 7 Impurity supply amount determination means 8 Controller 41 Oxidant gas impurity removal means 42 Fuel gas impurity removal means 51, 52 Bypass path 611, 612 Oxidant gas path switching means 621,622 Fuel gas path switching means

Claims (21)

燃料電池と、
前記燃料電池に発電用のガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス中に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、
前記不純物除去手段をバイパスさせるバイパス経路と、
前記不純物除去手段を経由させる経路と前記バイパス経路とを切り替える経路切替手段と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、所定動作を行う場合、または前記不純物の供給量が所定量を超えたと判定できる条件を満たした場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、燃料電池システム。 A fuel cell;
Gas supply means for supplying gas for power generation to the fuel cell;
Impurity removing means for removing impurities contained in the gas;
A bypass path for bypassing the impurity removing means;
Path switching means for switching between the path through the impurity removal means and the bypass path;
A controller, and
When the controller performs a predetermined operation or when a condition for determining that the supply amount of the impurity exceeds a predetermined amount is satisfied, the controller supplies the gas supply path to the fuel cell from the bypass path to the impurity. A fuel cell system that controls the path switching means to switch to a path that passes through a removing means. 前記不純物の供給量を判定する不純物供給量判定手段を備え、
前記制御器は、前記不純物供給量判定手段が判定した不純物供給量が所定の不純物供給量を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 Impurity supply amount determination means for determining the supply amount of the impurities,
When the impurity supply amount determined by the impurity supply amount determination unit exceeds a predetermined impurity supply amount, the controller changes the gas supply path to the fuel cell from the bypass path to the impurity removal unit. Controlling the route switching means so as to switch to a route that passes through;
The fuel cell system according to claim 1. 起動から次の停止までの連続発電における連続発電時間を計測する連続発電時間計測手段を備え、
前記制御器は、前記連続発電時間計測手段が計測した連続発電時間が所定の連続発電時間を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 Comprising continuous power generation time measuring means for measuring continuous power generation time in continuous power generation from start to next stop,
When the continuous power generation time measured by the continuous power generation time measuring means exceeds a predetermined continuous power generation time, the controller changes the gas supply path to the fuel cell from the bypass path to the impurity removal means. Controlling the route switching means so as to switch to a route that passes through;
The fuel cell system according to claim 1. 起動から次の停止までの連続発電における累積発電電力量を計測する累積発電電力量計測手段を備え、
前記制御器は、前記累積発電電力量計測手段が計測した累積発電電力量が所定の発電電力量を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 It has a cumulative power generation amount measuring means for measuring the cumulative power generation amount in continuous power generation from the start to the next stop,
The controller removes the impurities from the bypass path by supplying the gas supply path to the fuel cell when the cumulative power generation amount measured by the cumulative power generation amount measuring unit exceeds a predetermined power generation amount. Controlling the route switching means to switch to a route passing through the means;
The fuel cell system according to claim 1. 起動から次の停止までの連続発電における前記ガス供給手段の運転時間を計測する運転時間計測手段を備え、
前記制御器は、前記運転時間計測手段が計測した運転時間が所定の運転時間を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 Comprising an operation time measuring means for measuring the operation time of the gas supply means in continuous power generation from start to next stop,
The controller, when the operation time measured by the operation time measuring means exceeds a predetermined operation time, the gas supply path to the fuel cell is routed from the bypass path via the impurity removal means Controlling the route switching means to switch to
The fuel cell system according to claim 1. 起動から次の停止までの連続発電における前記ガス供給手段の累積ガス供給量を計測する累積ガス供給量計測手段を備え、
前記制御器は、前記累積ガス供給量計測手段が計測した累積ガス供給量が所定のガス供給量を超えた場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 A cumulative gas supply amount measuring means for measuring a cumulative gas supply amount of the gas supply means in continuous power generation from start to next stop;
When the cumulative gas supply amount measured by the cumulative gas supply amount measuring unit exceeds a predetermined gas supply amount, the controller removes the impurities from the bypass route by supplying the gas supply route to the fuel cell. Controlling the route switching means to switch to a route passing through the means;
The fuel cell system according to claim 1. 停電を検知する停電検知手段を備え、
前記制御器は、前記停電検知手段が停電を検知した場合に、前記燃料電池への前記ガス
の供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 Power failure detection means to detect power failure,
When the power failure detection means detects a power failure, the controller switches the path switching means so that the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to a path via the impurity removal means. Control,
The fuel cell system according to claim 1. 前記制御器は、前記燃料電池の触媒の活性回復動作を行う場合に、前記燃料電池への前記ガスの供給経路を、前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替わるように前記経路切替手段を制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 The controller switches the path so that the gas supply path to the fuel cell is switched from the bypass path to the path via the impurity removing means when performing the activity recovery operation of the catalyst of the fuel cell. Control means,
The fuel cell system according to claim 1. 前記活性回復動作は、前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作、並びに、前記燃料電池の電極の電位を上昇及び降下させる動作のうちの少なくとも１つの動作である、請求項８に記載の燃料電池システム。   9. The activity recovery operation according to claim 8, wherein the activity recovery operation is at least one of an operation of increasing the amount of water in the catalyst of the fuel cell and an operation of increasing and decreasing the potential of the electrode of the fuel cell. Fuel cell system. 前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作は、前記燃料電池の冷却動作、前記燃料電池に供給するガス中の単位流量当たりの水分量を増加させる動作、及び、前記燃料電池に供給するガスの圧力を増加させる動作のうちの少なくとも１つの動作である、
請求項９に記載の燃料電池システム。 The operation of increasing the amount of water in the catalyst of the fuel cell includes the cooling operation of the fuel cell, the operation of increasing the amount of water per unit flow rate in the gas supplied to the fuel cell, and the operation of supplying the fuel cell At least one operation of increasing the pressure of the gas,
The fuel cell system according to claim 9. 前記燃料電池の電極電位を上昇及び降下させる動作は、外部電源からの電圧を印加し、電位を掃引する動作、前記燃料電池に接続される負荷の大きさを制御する動作、前記燃料電池と負荷との切断及び接続を行う動作、前記燃料電池に不活性ガスを流す動作、並びに、前記燃料電池のアノードに酸化剤ガスを流す動作、カソードに燃料ガスを流す動作のうちの少なくとも１つの動作である、
請求項９に記載の燃料電池システム。 The operation of raising and lowering the electrode potential of the fuel cell includes the operation of applying a voltage from an external power source and sweeping the potential, the operation of controlling the size of the load connected to the fuel cell, the fuel cell and the load At least one of an operation of cutting and connecting to the fuel cell, an operation of flowing an inert gas to the fuel cell, an operation of flowing an oxidant gas to the anode of the fuel cell, and an operation of flowing the fuel gas to the cathode is there,
The fuel cell system according to claim 9. 前記ガス供給手段は、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段であり、
前記不純物除去手段は、酸化剤ガス中に含まれる不純物を除去する酸化剤ガス不純物除去手段である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The gas supply means is an oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell,
The impurity removing means is an oxidant gas impurity removing means for removing impurities contained in the oxidant gas.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11. 前記ガス供給手段は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段であり、
前記不純物除去手段は、燃料ガス中に含まれる不純物を除去する燃料ガス不純物除去手段である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The gas supply means is a fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell;
The impurity removing means is a fuel gas impurity removing means for removing impurities contained in the fuel gas.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11. 前記不純物は、硫黄化合物、アンモニアのうち少なくともいずれか一種を含む、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The impurities include at least one of a sulfur compound and ammonia.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 13. 前記燃料電池に吸着した前記不純物は、発電停止時に、前記燃料電池内で凝縮してできた凝縮水により洗い流される、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The impurities adsorbed on the fuel cell are washed away by condensed water formed by condensation in the fuel cell when power generation is stopped.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 14. 燃料電池に発電用のガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス中に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、
前記不純物除去手段をバイパスさせるバイパス経路と、
前記不純物除去手段を経由させる経路と前記バイパス経路とを切り替える経路切替手段と、
を有する燃料電池システムの運転方法であって、
通常は、前記バイパス経路を用いて前記燃料電池に前記発電用のガスを供給し、
起動から次の停止までの連続発電において、
連続発電時間が所定の連続発電時間を超えた場合、
累積発電電力量が所定の発電電力量を超えた場合、
前記ガス供給手段の運転時間が所定の運転時間を超えた場合、
前記ガス供給手段の累積ガス供給量が所定のガス供給量を超えた場合、
停電を検知した場合、
のうち少なくともいずれか一つの場合に、前記経路切替手段を前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替える、
燃料電池システムの運転方法。 Gas supply means for supplying power generation gas to the fuel cell;
Impurity removing means for removing impurities contained in the gas;
A bypass path for bypassing the impurity removing means;
Path switching means for switching between the path through the impurity removal means and the bypass path;
A method for operating a fuel cell system comprising:
Usually, the gas for power generation is supplied to the fuel cell using the bypass path,
In continuous power generation from start to next stop,
If the continuous power generation time exceeds the predetermined continuous power generation time,
If the cumulative amount of generated power exceeds the specified amount of generated power,
When the operation time of the gas supply means exceeds a predetermined operation time,
When the cumulative gas supply amount of the gas supply means exceeds a predetermined gas supply amount,
When a power failure is detected,
In at least one of the cases, the path switching means is switched from the bypass path to the path via the impurity removal means,
Operation method of fuel cell system. 燃料電池に発電用のガスを供給するガス供給系に、ガス供給手段と、前記ガス中に含まれる不純物を除去する不純物除去手段と、前記不純物除去手段をバイパスさせるバイパス経路と、前記不純物除去手段を経由させる経路と前記バイパス経路とを切り替える経路切替手段とを有する燃料電池システムの運転方法であって、
通常は、前記バイパス経路を用いて前記燃料電池に前記発電用のガスを供給し、
前記燃料電池の触媒の活性回復動作を行う場合に、前記経路切替手段を前記バイパス経路から前記不純物除去手段を経由する経路に切り替える、
燃料電池システムの運転方法。 A gas supply system for supplying gas for power generation to the fuel cell; a gas supply means; an impurity removal means for removing impurities contained in the gas; a bypass path for bypassing the impurity removal means; and the impurity removal means An operation method of a fuel cell system having a route switching means for switching between a route passing through and the bypass route,
Usually, the gas for power generation is supplied to the fuel cell using the bypass path,
When performing the activity recovery operation of the catalyst of the fuel cell, the path switching means is switched from the bypass path to a path via the impurity removal means,
Operation method of fuel cell system. 前記ガス供給手段、前記不純物除去手段、前記バイパス経路、前記経路切替手段を有する前記ガス供給系は、前記燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系と、前記燃料電池のアノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給系の少なくともどちらか一方である、
請求項１７に記載の燃料電池システムの運転方法。 The gas supply system having the gas supply means, the impurity removal means, the bypass path, and the path switching means includes an oxidant gas supply system that supplies an oxidant gas to the cathode of the fuel cell, and an anode of the fuel cell. At least one of a fuel gas supply system for supplying fuel gas to
The operation method of the fuel cell system according to claim 17. 前記活性回復動作は、前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作、並びに、前記燃料電池の電極の電位を上昇及び降下させる動作のうちの少なくとも１つの動作である、請求項１７または１８に記載の燃料電池システムの運転方法。   The activity recovery operation is at least one of an operation of increasing the amount of water in the catalyst of the fuel cell and an operation of increasing and decreasing the potential of the electrode of the fuel cell. A method for operating the fuel cell system according to claim 1. 前記燃料電池の触媒内の水分量を増加させる動作は、前記燃料電池の冷却動作、前記燃料電池に供給するガス中の単位流量当たりの水分量を増加させる動作、及び、前記燃料電池に供給するガスの圧力を増加させる動作のうちの少なくとも１つの動作である、
請求項１９に記載の燃料電池システムの運転方法。 The operation of increasing the amount of water in the catalyst of the fuel cell includes the cooling operation of the fuel cell, the operation of increasing the amount of water per unit flow rate in the gas supplied to the fuel cell, and the operation of supplying the fuel cell At least one operation of increasing the pressure of the gas,
The operation method of the fuel cell system according to claim 19. 前記燃料電池の電極電位を上昇及び降下させる動作は、外部電源からの電圧を印加し、電位を掃引する動作、前記燃料電池に接続される負荷の大きさを制御する動作、前記燃料電池と負荷との切断及び接続を行う動作、前記燃料電池に不活性ガスを流す動作、並びに、前記燃料電池のアノードに酸化剤ガスを流す動作、カソードに燃料ガスを流す動作のうちの少なくとも１つの動作である、
請求項１９に記載の燃料電池システムの運転方法。 The operation of raising and lowering the electrode potential of the fuel cell includes the operation of applying a voltage from an external power source and sweeping the potential, the operation of controlling the size of the load connected to the fuel cell, the fuel cell and the load At least one of an operation of cutting and connecting to the fuel cell, an operation of flowing an inert gas to the fuel cell, an operation of flowing an oxidant gas to the anode of the fuel cell, and an operation of flowing the fuel gas to the cathode is there,
The operation method of the fuel cell system according to claim 19.
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