燃料電池発電装置
【課題】燃料電池の停止中のアノードおよびカソードの電位を常に低く維持することが可能とし、燃料電池の耐久性を向上できる燃料電池発電装置を提供すること。
【解決手段】停止時間計測手段１７によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、燃料ガス供給手段７によりアノード２１に燃料ガスを供給することにより、容易にかつ確実に、停止中の燃料電池５のアノード２１およびカソード２２の電位上昇を防止することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。
【解決手段】停止時間計測手段１７によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、燃料ガス供給手段７によりアノード２１に燃料ガスを供給することにより、容易にかつ確実に、停止中の燃料電池５のアノード２１およびカソード２２の電位上昇を防止することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起動停止による劣化の抑制または耐久性の向上を図った燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な固体高分子電解質型燃料電池の構成および動作について図４を参照しながら説明する。図４において１は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からなる固体高分子電解質であり、電解質１の両面には電極であるアノード２１およびカソード２２が形成されている。アノード２１およびカソード２２は、多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒およ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および電子伝導性を有するガス拡散層を備えている。また、アノード２１およびカソード２２の周囲にはガスの混合やリークを防止する一対のガスケット３１および３２がそれぞれ配置され、アノード２１に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、カソード２２に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対の導電性のセパレータ板４１および４２で狭持されている。
【０００３】
以上の構成からなる単セルを複数積層したものをスタックとし、単セルまたはスタックを総称して燃料電池５とする。
【０００４】
アノード２１およびカソード２２にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して電子負荷を接続すると、アノード２１に供給された燃料ガス中に含まれる水素はアノード２１と電解質１の界面で電子を放って水素イオンとなる（化１）。
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （化１）
水素イオンは電解質１を通ってカソード２２へと移動し、カソード２２と電解質１の界面で電子を受け取り、カソード２２に供給された酸化剤ガス中に含まれる酸素と反応し、水を生成する（化２）。
１／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋２ｅ− → Ｈ２Ｏ （化２）
全反応を（化３）に示す。
Ｈ２ ＋ １／２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （化３）
このとき電子負荷を流れる電子の流れを直流の電気エネルギーとして利用することができる。また、一連の反応は発熱反応であるため、反応熱を熱エネルギーとして利用することができる。
【０００５】
次に、燃料ガス供給手段７を備えた一般的な燃料電池発電装置の構成および動作について図４を参照しながら説明する。図４においてメタンなどの炭化水素を含む原料ガスは脱硫部６に供給され、付臭剤などに含まれる硫黄化合物が吸着除去される。そして、燃料ガス供給手段７で改質され水素を含む燃料ガスとなり、燃料電池５のアノード２１に供給される。燃料ガス供給手段７は、メタンなどを改質する改質部７１と、発生する一酸化炭素（ＣＯ）を変成するＣＯ変成部７２と、さらにＣＯを除去するＣＯ除去部７３を備えている。
【０００６】
原料ガスにメタンを用いた場合、改質部７１では、水蒸気を伴って（化４）で示した反応が起こり、水素とともに約１０％のＣＯが発生する。
ＣＨ４ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ２ （化４）
その後、発生したＣＯは（化５）で示すようにＣＯ変成部７２で二酸化炭素に酸化され、約５０００ｐｐｍまで減少する。後流のＣＯ除去部７３ではＣＯだけでなく、燃料ガス
の水素まで酸化してしまうので、ＣＯ変成部７２でできるだけＣＯ濃度を低下させる必要がある。
ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ Ｈ２ （化５）
さらに残ったＣＯは（化６）で示すようにＣＯ除去器７３で酸化され、その濃度は約１０ｐｐｍ以下まで低下する。
ＣＯ ＋ １／２Ｏ２ → ＣＯ２ （化６）
全反応式を（化７）に示す。
ＣＨ４ ＋ ２Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ４Ｈ２ （化７）
燃料電池５の動作温度域においてアノード２１に含まれる白金はＣＯにより被毒しその触媒活性が劣化するため、通常アノード２１には、白金−ルテニウムなどの耐ＣＯ性を有する触媒が用いられる。しかし、耐ＣＯ性の触媒においても燃料ガス中に含まれるＣＯ濃度は少なくとも１０ｐｐｍ以下に抑えなければならない。
【０００７】
燃料電池発電装置は、主に前記した燃料電池５と燃料ガス供給手段７で構成されるが、家庭用としてメタンを主成分とする都市ガスなどの原料ガスを用いた場合、光熱費メリットを大きくするために、電気消費量の少ない時間帯は停止し、電気消費量の多い時間帯に運転する運転方法が有効である。一般に、昼間は運転して深夜は運転を停止するＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ−ｕｐ ＆ Ｓｔｏｐ）運転は光熱費メリットを大きくすることができ、燃料電池発電装置は、起動と停止を含む運転パターンに柔軟に対応できることが望ましい。
【０００８】
一般的に燃料電池５のアノード２１、カソード２２の耐久性を確保するためには、停止中にアノード２１、カソード２２の電位を低く保ち酸化や溶解析出を抑制することが望ましい。しかしながら、長期間の停止においては、燃料電池５の温度変化や内部での結露によって燃料電池内部が負圧となり、外部から空気が拡散することがあった。また、この現象は、経時的な気密性の低下などによって、より顕著になる傾向にある。この空気中の酸素によって、アノード２１、カソード２２の電位が上昇し、酸化劣化や溶解を起こすことが知られている。このような課題に対して、例えば、燃料を昇圧して貯蔵し、貯蔵した燃料と燃料電池中のガスとの間の起電力を電気化学セルを用いて検出し、燃料電池５側の水素濃度が低下したと判断した場合に、貯蔵している燃料を燃料電池５に補充し、常に燃料電池５のアノード２１とカソード２２の電位を低く保つ方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−７３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のように昇圧された燃料を貯蔵する方法では、長期間昇圧燃料を貯蔵する容器が必要となり、システム全体が複雑となる課題があった。
【００１１】
また、電気化学セルの片側に常に昇圧した燃料を供給しているため、燃料中の水素が電解質を介して燃料電池側に透過するため、燃料電池側ガスの燃料残量を正確に検知することは困難という課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池の停止中のアノードおよびカソードの電位を常に低く維持することが可能とし、燃料電池の耐久性を向上できる燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は、電解質と、電解質を挟むアノードおよびカソードと、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、カソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対のセパレータ板とからなる少なくとも一つのセルを備えた燃料電池と、カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池発電装置の停止から再起動までの時間を計測する停止時間計測手段を有し、停止時間計測手段によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、燃料ガス供給手段によりアノードに燃料ガスを供給することを特徴とする。これによって、容易にかつ確実に、停止中の燃料電池のアノードおよびカソードの電位上昇を防止することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池発電装置によれば、燃料電池の停止中のアノードおよびカソードの電位を常に低く維持することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。また、燃料電池の起動時に、アノードの電位を測定することにより、アノードおよびカソードの電位上昇を検知し、電位が上昇しない範囲での許容停止時間を設定すること可能となる。これによって、アノードの電位上昇による劣化を抑制することが可能となり、容易にかつ確実に燃料電池の耐久性を向上できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置を示す構成図
【図２】同装置の第１の運転方法を示すフローチャート
【図３】同装置の第２の運転方法を示すフローチャート
【図４】従来の燃料電池発電装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、電解質と、電解質を挟むアノードおよびカソードと、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、カソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対のセパレータ板とからなる少なくとも一つのセルを備えた燃料電池と、カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池発電装置の停止から再起動までの時間を計測する停止時間計測手段を有し、停止時間計測手段によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、燃料ガス供給手段によりアノードに燃料ガスを供給することにより、容易にかつ確実に、停止中の燃料電池のアノードおよびカソードの電位上昇を防止することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明において、セルの単一あるいは複数セル合計の電圧を検出する電圧検出手段を有し、燃料電池の起動時にアノードに燃料ガスが供給される前に、カソードに酸化剤ガスを供給し、発生する起動時電圧を電圧検出手段により検出し、起動時電圧が予め設定された許容電圧より小さい場合に、許容停止時間を停止時間から予め設定された差分時間を引いた値に再設定することにより、燃料電池発電装置の気密性が変化して許容停止時間内においてもアノードおよびカソードの電位が高くなる状況においても、許容停止時間を短縮していくことによって、確実にアノードおよびカソードの電位上昇を防止し、燃料電池の耐久性を向上できる。
【００１８】
第３の発明は、特に、第２の発明において、燃料ガス供給手段として化石燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置を用いることによって、複雑な追加装置を
用いることなく、容易にかつ確実に、アノードへの燃料ガスの追加供給を可能とできる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第２の発明において、
起動時電圧はカソードに酸化剤ガスが供給されてから発生する電圧の最大値を計測することによって、より正確にアノードの電位を検知することが可能となり、燃料電池の劣化を防止することが可能となる。
【００２０】
第５の発明は、特に、第４の発明において、起動時電圧はカソードに酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に計測されることによって、アノード側の残留水素や酸化剤ガス中の酸素が電解質を透過することによる電位の変化に影響されることなく、正確にアノード電位を検出することができる。
【００２１】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の燃料電池発電装置の構成図を示すものである。
【００２３】
図１において、１は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からなる膜状の固体高分子電解質であり、電解質１の両面には一対の電極、アノード２１およびカソード２２が形成されている。電解質１は、水分を取り込むことにより、電解質１内のスルフォン酸基の水素イオンが解離して電荷担体となり、スルフォン酸基がいくつか凝集して形成される逆ミセル構造の中を通過することで水素イオン伝導性を示す。含水率が下がると電解質１の導電率が低下するため、ガスを加湿して供給し、膜の乾燥を防ぐ方法をとった。
【００２４】
また、発電時、水素イオンがカソード２２へ移動する際、アノード２１側の水を伴って移動するため、電解質１の含水率はカソード２２側で高く、アノード２１側で低くなる分布を有する。これを是正するために電解質１の膜厚を薄くし、水が逆拡散するようにした。これにより、導電率は高くなるが、燃料ガスである水素や、酸化剤ガスである酸素の透過も増大し、ガスが電解質１を通して直接反応してしまい、電流効率が低下することが判っている。
【００２５】
アノード２１およびカソード２２は、多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒およ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および電子伝導性を有するガス拡散層からなる。アノード２１には、耐ＣＯ性を有する白金−ルテニウムなどの合金触媒を用いた。また、ガス拡散層には撥水処理を施したカーボンペーパーあるいはカーボンクロスを用いた。
【００２６】
そして、アノード２１およびカソード２２の周囲にガスの混合やリークを防止する一対のガスケット３１および３２をそれぞれ配置し、さらに、アノード２１およびカソード２２にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対の導電性のセパレータ板４１および４２を用いて狭持した。以上のように構成される単セルが発生する電圧は約０．７５Ｖであり、必要とする電圧分の複数の単セルを直列に積層してスタックを形成することができる。
【００２７】
また、セパレータ板４１および４２の両端には集電板と、絶縁板および端板を配置し、締結ロッドで固定した。そして、集電板に電子負荷８および電圧検出部９を接続し、一定電流を流したときの燃料電池５の電圧を検出した。
【００２８】
図１において、６は脱硫部であり、原料ガスに付臭剤として含まれる硫黄化合物を吸着除去（脱硫）することができる。本実施の形態では、原料ガスとしてメタン、エタン、プロパンおよびブタンを主成分とする都市ガス１３Ａを用いた。脱硫された原料ガスは、水とともに燃料ガス供給手段７へ供給され、改質反応により水素を含む燃料ガスが生成される。燃料ガス供給手段７は、メタンなどを改質する改質部７１と、発生するＣＯを変成するＣＯ変成部７２およびＣＯを除去するＣＯ除去部７３からなる。
【００２９】
生成された燃料ガスは、流量制御部１０１により所定の流量で燃料電池５のアノード２１に供給される。また、酸化剤ガスは、大気からファンなどの酸化剤ガス供給手段１５により取り込まれ、流量制御部１０２により所定の流量で燃料電池５のカソード２２に供給される。また、燃料ガスおよび酸化剤ガスが膜を乾燥させないようそれぞれ加湿して供給した。
【００３０】
また、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａおよび１１２ｂは燃料電池５の停止時に、それぞれアノード２１およびカソード２２を封止する遮断弁である。
【００３１】
本実施の形態において、燃料電池５の停止時には遮断弁１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａおよび１１２ｂを全て閉止し、燃料電池５のアノード２１およびカソード２２を封止する。この状態で、アノード２１に残留する水素が電解質１を介してカソード２２に拡散し、残留している酸素と反応して酸素を消費する。これによって、アノード２１の水素の残留量が十分多ければ、アノード２１およびカソード２２の電位を水素の電位まで下げることが出来る。このような状態で燃料電池５を長期間停止した場合、外部の温度変化や内部の結露などで燃料電池５の内部が負圧になることや、経時的に燃料電池５の気密性が低下するなどの理由により、外気より徐々に空気が進入してくる。このため、アノード２１およびカソード２２の電位は酸素濃度の上昇に伴って上昇し、いずれはアノード２１中の触媒が溶解する電位に到達する。ここで、触媒の溶解する電位とは、たとえばアノード２１触媒にルテニウムを含むものでは、０．６８５Ｖであることが知られている。
【００３２】
また、燃料電池発電装置はコントローラ１６を有し、コントローラ１６内部では燃料電池の停止時間を測定する停止時間計測手段１７を有している。コントローラ１６は停止時間計測手段１７で計測された停止時間が、予め設定された許容停止時間を超えた場合に、燃料ガス供給手段７に対して起動の指令を出し、アノード２１に燃料ガス供給手段７により生成された水素を供給する。これによって、一定時間毎にアノード２１に水素が追加供給されるため、常にアノード２１およびカソード２２の電位を低く維持することができる。
【００３３】
上記構成の燃料電池発電装置を用い、停止時にアノード２１に定期的に水素を追加供給し、常にアノード２１の電位を低く維持する運転方法について検討した。
【００３４】
まず、アノード２１に燃料ガス、カソード２２に酸化剤ガスを所定量供給し、セル温度約７０℃、燃料ガス利用率約７５％、酸化剤ガス利用率約４０％とし、電子負荷８により電極面積に対して約０．２Ａ／ｃｍ２の一定電流を流した。このとき燃料電池５に接続した電圧検出部９で検出した電池電圧は約０．７５Ｖであった。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは露点がそれぞれ６５℃、７０℃となるように加湿して供給した。
【００３５】
図２は、本実施の形態１における燃料電池発電装置の第１の運転方法を示すフローチャートである。燃料電池５の停止時において、まず、ＳＴＥＰ１において発電装置が停止中かどうかを判断し、停止継続でなければ発電装置をＳＴＥＰ７として起動する。停止継続であれば、ＳＴＥＰ２において停止時間を計測する。次に、ＳＴＥＰ３において、停止時間と予め設定された許容停止時間を比較する。ここで、許容停止時間とは、燃料電池発電
装置を正常な状態で長期停止した際に、アノード２１への経時的な外部空気の流入が十分少なく、アノード２１の電位が上昇しない時間に設定されており、例えば数十時間の数値が設定されている。ＳＴＥＰ３において、停止時間が許容停止時間より短い場合は、ＳＴＥＰ１に戻り停止を継続する。また、停止時間が許容停止時間より長い場合は、ＳＴＥＰ４において、燃料ガス供給手段７に対して起動を指示する。次に、ＳＴＥＰ５において燃料ガス供給手段７よりアノード２１に燃料ガスを供給する。さらに、ＳＴＥＰ６において、停止時間を０にリセットして、ＳＴＥＰ１に戻り、停止を継続する。
【００３６】
本実施の形態では、燃料電池５の停止中に燃料電池５内部に経時的に空気が進入し、アノード２１の電位が上昇する時間に達する前に、燃料ガス供給手段７を起動し、アノード２１に水素を追加供給できるものである。これによって、燃料電池５が長期停止した場合においても、アノード２１の電位を低く維持することが可能となり、容易にかつ確実に燃料電池５の耐久性を向上することができるものである。
【００３７】
図３は、本実施の形態１における燃料電池発電装置の第２の運転方法を示すフローチャートである。燃料電池５の起動時において、アノード２１に燃料ガスを供給する前にＳＴＥＰ２においてカソード２２に酸化剤ガスを供給する。次に、ＳＴＥＰ３において、その時の起動時電圧を計測する。次にＳＴＥＰ４において、予め設定されている許容電圧と起動時電圧を比較する。ここで、許容電圧はアノード２１の触媒が、酸化・溶解する電位を１Ｖから引いた値より大きい値が設定されている。具体的にはアノード２１にルテニウムを含む場合は、ルテニウムの酸化電位が０．６８Ｖであるため、１−０．６８＝０．３２となるため、例えば許容電圧としては０．４Ｖが設定される。すなわち起動時電圧が許容電圧（０．４Ｖ）よりも大きい場合は、アノード２１の電位は０．６Ｖ以下であり、アノード２１の劣化には影響しないと判断される。この場合は、ＳＴＥＰ６にジャンプしてアノード２１へ燃料ガスの供給を行い、ＳＴＥＰ７において、発電を開始する。
【００３８】
また、ＳＴＥＰ４において、起動時電圧が許容電圧（０．４Ｖ）より小さい場合は、アノード２１の電位は０．６Ｖを超えていると判断でき、アノード２１が劣化している電位に近づいていると判断できる。この場合は、ＳＴＥＰ５において、現時点での停止時間を計測し、ＳＴＥＰ６において、許容停止時間を停止時間から予め設定した差分時間だけ減じた値に再設定する。ここで、差分時間とは、例えば許容停止時間の１％〜１０％程度の時間で設定されることが望ましい。許容停止時間再設定の後は、ＳＴＥＰ７以降で通常の発電操作に入るものである。
【００３９】
このように、本実施の形態では許容停止時間の間に、アノード２１の電位が上昇し、アノード２１の酸化電位に接近したことを検知し、許容停止時間を短縮していく運転方法である。これによって、次回停止時には、アノード２１の電位が上昇する前に、燃料ガス供給手段７を起動し、アノード２１への燃料ガスの追加供給を可能とするものである。これにより、容易にかつ確実に燃料電池５のアノード２１の劣化を抑制することが可能となり、燃料電池５の耐久性を向上できるものである。
【００４０】
また、ここでは、アノード２１にルテニウムを含む場合の例を示したが、ルテニウムを含まない場合やその他の元素を含む場合においては、それぞれ最も低電位において劣化する元素に着目し、許容停止時間を設定することによって、同様にアノード２１の劣化を抑制することが可能となる。
【００４１】
また、燃料ガス供給手段７としては、化石燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置を用いている。ここで、化石燃料とはメタン、プロパン、ブタン、石油、ガソリン、灯油などを主成分とするガスあるいは液体燃料を指す。このような、燃料ガス供給手段７を用いることによって、通常の燃料電池発電装置に装置を追加することなく、
容易に燃料電池の耐久性を向上することが出来る。
【００４２】
さらに、本実施の形態においては、起動時電圧はカソード２２に酸化剤ガスが供給されてから発生する電圧の最大値を計測している。カソード２２に酸化剤ガスを供給すると、アノード２１との電位差によって電圧が発生するが、そのままの状態では、水素、酸素が電解質１を介して透過するため、アノード２１とカソード２２の電位は等しくなり、時間とともに電圧は低下していく。すなわち、より正確にアノード２１の電位を計測するためには、発生する電圧の最大値を計測することが望ましい。これによって、より正確にアノード２１の電位を検知することが可能となり、燃料電池５の劣化を防止することが可能となる。
【００４３】
さらに、多くの燃料電池５を用いて、アノード電位測定を行った結果、起動時電圧の最大値は、カソード２２に酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に発生することは解った。このため、本実施の形態では、起動時電圧はカソード２２に酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に計測することが望ましい。これにより、容易にかつ正確にアノード２１の電位を検出することが可能となり、燃料電池５の劣化を防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池の停止中の劣化の抑制または耐久性の向上という効果を有し、高分子型固体電解質膜を用いた発電装置、デバイスに有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電解質
２１ アノード
２２ カソード
４１、４２ セパレータ板
５ 燃料電池
６ 脱硫部
７ 燃料ガス供給手段
８ 電子負荷
９ 電圧検出部
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ 遮断弁
１５ 酸化剤ガス供給手段
１７ 停止時間計測手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起動停止による劣化の抑制または耐久性の向上を図った燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な固体高分子電解質型燃料電池の構成および動作について図４を参照しながら説明する。図４において１は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からなる固体高分子電解質であり、電解質１の両面には電極であるアノード２１およびカソード２２が形成されている。アノード２１およびカソード２２は、多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒およ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および電子伝導性を有するガス拡散層を備えている。また、アノード２１およびカソード２２の周囲にはガスの混合やリークを防止する一対のガスケット３１および３２がそれぞれ配置され、アノード２１に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、カソード２２に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対の導電性のセパレータ板４１および４２で狭持されている。
【０００３】
以上の構成からなる単セルを複数積層したものをスタックとし、単セルまたはスタックを総称して燃料電池５とする。
【０００４】
アノード２１およびカソード２２にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して電子負荷を接続すると、アノード２１に供給された燃料ガス中に含まれる水素はアノード２１と電解質１の界面で電子を放って水素イオンとなる（化１）。
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （化１）
水素イオンは電解質１を通ってカソード２２へと移動し、カソード２２と電解質１の界面で電子を受け取り、カソード２２に供給された酸化剤ガス中に含まれる酸素と反応し、水を生成する（化２）。
１／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋２ｅ− → Ｈ２Ｏ （化２）
全反応を（化３）に示す。
Ｈ２ ＋ １／２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （化３）
このとき電子負荷を流れる電子の流れを直流の電気エネルギーとして利用することができる。また、一連の反応は発熱反応であるため、反応熱を熱エネルギーとして利用することができる。
【０００５】
次に、燃料ガス供給手段７を備えた一般的な燃料電池発電装置の構成および動作について図４を参照しながら説明する。図４においてメタンなどの炭化水素を含む原料ガスは脱硫部６に供給され、付臭剤などに含まれる硫黄化合物が吸着除去される。そして、燃料ガス供給手段７で改質され水素を含む燃料ガスとなり、燃料電池５のアノード２１に供給される。燃料ガス供給手段７は、メタンなどを改質する改質部７１と、発生する一酸化炭素（ＣＯ）を変成するＣＯ変成部７２と、さらにＣＯを除去するＣＯ除去部７３を備えている。
【０００６】
原料ガスにメタンを用いた場合、改質部７１では、水蒸気を伴って（化４）で示した反応が起こり、水素とともに約１０％のＣＯが発生する。
ＣＨ４ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ ＋ ３Ｈ２ （化４）
その後、発生したＣＯは（化５）で示すようにＣＯ変成部７２で二酸化炭素に酸化され、約５０００ｐｐｍまで減少する。後流のＣＯ除去部７３ではＣＯだけでなく、燃料ガス
の水素まで酸化してしまうので、ＣＯ変成部７２でできるだけＣＯ濃度を低下させる必要がある。
ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ Ｈ２ （化５）
さらに残ったＣＯは（化６）で示すようにＣＯ除去器７３で酸化され、その濃度は約１０ｐｐｍ以下まで低下する。
ＣＯ ＋ １／２Ｏ２ → ＣＯ２ （化６）
全反応式を（化７）に示す。
ＣＨ４ ＋ ２Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ４Ｈ２ （化７）
燃料電池５の動作温度域においてアノード２１に含まれる白金はＣＯにより被毒しその触媒活性が劣化するため、通常アノード２１には、白金−ルテニウムなどの耐ＣＯ性を有する触媒が用いられる。しかし、耐ＣＯ性の触媒においても燃料ガス中に含まれるＣＯ濃度は少なくとも１０ｐｐｍ以下に抑えなければならない。
【０００７】
燃料電池発電装置は、主に前記した燃料電池５と燃料ガス供給手段７で構成されるが、家庭用としてメタンを主成分とする都市ガスなどの原料ガスを用いた場合、光熱費メリットを大きくするために、電気消費量の少ない時間帯は停止し、電気消費量の多い時間帯に運転する運転方法が有効である。一般に、昼間は運転して深夜は運転を停止するＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ−ｕｐ ＆ Ｓｔｏｐ）運転は光熱費メリットを大きくすることができ、燃料電池発電装置は、起動と停止を含む運転パターンに柔軟に対応できることが望ましい。
【０００８】
一般的に燃料電池５のアノード２１、カソード２２の耐久性を確保するためには、停止中にアノード２１、カソード２２の電位を低く保ち酸化や溶解析出を抑制することが望ましい。しかしながら、長期間の停止においては、燃料電池５の温度変化や内部での結露によって燃料電池内部が負圧となり、外部から空気が拡散することがあった。また、この現象は、経時的な気密性の低下などによって、より顕著になる傾向にある。この空気中の酸素によって、アノード２１、カソード２２の電位が上昇し、酸化劣化や溶解を起こすことが知られている。このような課題に対して、例えば、燃料を昇圧して貯蔵し、貯蔵した燃料と燃料電池中のガスとの間の起電力を電気化学セルを用いて検出し、燃料電池５側の水素濃度が低下したと判断した場合に、貯蔵している燃料を燃料電池５に補充し、常に燃料電池５のアノード２１とカソード２２の電位を低く保つ方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−７３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のように昇圧された燃料を貯蔵する方法では、長期間昇圧燃料を貯蔵する容器が必要となり、システム全体が複雑となる課題があった。
【００１１】
また、電気化学セルの片側に常に昇圧した燃料を供給しているため、燃料中の水素が電解質を介して燃料電池側に透過するため、燃料電池側ガスの燃料残量を正確に検知することは困難という課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池の停止中のアノードおよびカソードの電位を常に低く維持することが可能とし、燃料電池の耐久性を向上できる燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は、電解質と、電解質を挟むアノードおよびカソードと、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、カソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対のセパレータ板とからなる少なくとも一つのセルを備えた燃料電池と、カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池発電装置の停止から再起動までの時間を計測する停止時間計測手段を有し、停止時間計測手段によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、燃料ガス供給手段によりアノードに燃料ガスを供給することを特徴とする。これによって、容易にかつ確実に、停止中の燃料電池のアノードおよびカソードの電位上昇を防止することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池発電装置によれば、燃料電池の停止中のアノードおよびカソードの電位を常に低く維持することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。また、燃料電池の起動時に、アノードの電位を測定することにより、アノードおよびカソードの電位上昇を検知し、電位が上昇しない範囲での許容停止時間を設定すること可能となる。これによって、アノードの電位上昇による劣化を抑制することが可能となり、容易にかつ確実に燃料電池の耐久性を向上できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置を示す構成図
【図２】同装置の第１の運転方法を示すフローチャート
【図３】同装置の第２の運転方法を示すフローチャート
【図４】従来の燃料電池発電装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、電解質と、電解質を挟むアノードおよびカソードと、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、カソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対のセパレータ板とからなる少なくとも一つのセルを備えた燃料電池と、カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池発電装置の停止から再起動までの時間を計測する停止時間計測手段を有し、停止時間計測手段によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、燃料ガス供給手段によりアノードに燃料ガスを供給することにより、容易にかつ確実に、停止中の燃料電池のアノードおよびカソードの電位上昇を防止することが可能となり、燃料電池の耐久性を向上できる。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明において、セルの単一あるいは複数セル合計の電圧を検出する電圧検出手段を有し、燃料電池の起動時にアノードに燃料ガスが供給される前に、カソードに酸化剤ガスを供給し、発生する起動時電圧を電圧検出手段により検出し、起動時電圧が予め設定された許容電圧より小さい場合に、許容停止時間を停止時間から予め設定された差分時間を引いた値に再設定することにより、燃料電池発電装置の気密性が変化して許容停止時間内においてもアノードおよびカソードの電位が高くなる状況においても、許容停止時間を短縮していくことによって、確実にアノードおよびカソードの電位上昇を防止し、燃料電池の耐久性を向上できる。
【００１８】
第３の発明は、特に、第２の発明において、燃料ガス供給手段として化石燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置を用いることによって、複雑な追加装置を
用いることなく、容易にかつ確実に、アノードへの燃料ガスの追加供給を可能とできる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第２の発明において、
起動時電圧はカソードに酸化剤ガスが供給されてから発生する電圧の最大値を計測することによって、より正確にアノードの電位を検知することが可能となり、燃料電池の劣化を防止することが可能となる。
【００２０】
第５の発明は、特に、第４の発明において、起動時電圧はカソードに酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に計測されることによって、アノード側の残留水素や酸化剤ガス中の酸素が電解質を透過することによる電位の変化に影響されることなく、正確にアノード電位を検出することができる。
【００２１】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の燃料電池発電装置の構成図を示すものである。
【００２３】
図１において、１は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からなる膜状の固体高分子電解質であり、電解質１の両面には一対の電極、アノード２１およびカソード２２が形成されている。電解質１は、水分を取り込むことにより、電解質１内のスルフォン酸基の水素イオンが解離して電荷担体となり、スルフォン酸基がいくつか凝集して形成される逆ミセル構造の中を通過することで水素イオン伝導性を示す。含水率が下がると電解質１の導電率が低下するため、ガスを加湿して供給し、膜の乾燥を防ぐ方法をとった。
【００２４】
また、発電時、水素イオンがカソード２２へ移動する際、アノード２１側の水を伴って移動するため、電解質１の含水率はカソード２２側で高く、アノード２１側で低くなる分布を有する。これを是正するために電解質１の膜厚を薄くし、水が逆拡散するようにした。これにより、導電率は高くなるが、燃料ガスである水素や、酸化剤ガスである酸素の透過も増大し、ガスが電解質１を通して直接反応してしまい、電流効率が低下することが判っている。
【００２５】
アノード２１およびカソード２２は、多孔質カーボンに白金などの貴金属を担持した触媒およ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および電子伝導性を有するガス拡散層からなる。アノード２１には、耐ＣＯ性を有する白金−ルテニウムなどの合金触媒を用いた。また、ガス拡散層には撥水処理を施したカーボンペーパーあるいはカーボンクロスを用いた。
【００２６】
そして、アノード２１およびカソード２２の周囲にガスの混合やリークを防止する一対のガスケット３１および３２をそれぞれ配置し、さらに、アノード２１およびカソード２２にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対の導電性のセパレータ板４１および４２を用いて狭持した。以上のように構成される単セルが発生する電圧は約０．７５Ｖであり、必要とする電圧分の複数の単セルを直列に積層してスタックを形成することができる。
【００２７】
また、セパレータ板４１および４２の両端には集電板と、絶縁板および端板を配置し、締結ロッドで固定した。そして、集電板に電子負荷８および電圧検出部９を接続し、一定電流を流したときの燃料電池５の電圧を検出した。
【００２８】
図１において、６は脱硫部であり、原料ガスに付臭剤として含まれる硫黄化合物を吸着除去（脱硫）することができる。本実施の形態では、原料ガスとしてメタン、エタン、プロパンおよびブタンを主成分とする都市ガス１３Ａを用いた。脱硫された原料ガスは、水とともに燃料ガス供給手段７へ供給され、改質反応により水素を含む燃料ガスが生成される。燃料ガス供給手段７は、メタンなどを改質する改質部７１と、発生するＣＯを変成するＣＯ変成部７２およびＣＯを除去するＣＯ除去部７３からなる。
【００２９】
生成された燃料ガスは、流量制御部１０１により所定の流量で燃料電池５のアノード２１に供給される。また、酸化剤ガスは、大気からファンなどの酸化剤ガス供給手段１５により取り込まれ、流量制御部１０２により所定の流量で燃料電池５のカソード２２に供給される。また、燃料ガスおよび酸化剤ガスが膜を乾燥させないようそれぞれ加湿して供給した。
【００３０】
また、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａおよび１１２ｂは燃料電池５の停止時に、それぞれアノード２１およびカソード２２を封止する遮断弁である。
【００３１】
本実施の形態において、燃料電池５の停止時には遮断弁１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａおよび１１２ｂを全て閉止し、燃料電池５のアノード２１およびカソード２２を封止する。この状態で、アノード２１に残留する水素が電解質１を介してカソード２２に拡散し、残留している酸素と反応して酸素を消費する。これによって、アノード２１の水素の残留量が十分多ければ、アノード２１およびカソード２２の電位を水素の電位まで下げることが出来る。このような状態で燃料電池５を長期間停止した場合、外部の温度変化や内部の結露などで燃料電池５の内部が負圧になることや、経時的に燃料電池５の気密性が低下するなどの理由により、外気より徐々に空気が進入してくる。このため、アノード２１およびカソード２２の電位は酸素濃度の上昇に伴って上昇し、いずれはアノード２１中の触媒が溶解する電位に到達する。ここで、触媒の溶解する電位とは、たとえばアノード２１触媒にルテニウムを含むものでは、０．６８５Ｖであることが知られている。
【００３２】
また、燃料電池発電装置はコントローラ１６を有し、コントローラ１６内部では燃料電池の停止時間を測定する停止時間計測手段１７を有している。コントローラ１６は停止時間計測手段１７で計測された停止時間が、予め設定された許容停止時間を超えた場合に、燃料ガス供給手段７に対して起動の指令を出し、アノード２１に燃料ガス供給手段７により生成された水素を供給する。これによって、一定時間毎にアノード２１に水素が追加供給されるため、常にアノード２１およびカソード２２の電位を低く維持することができる。
【００３３】
上記構成の燃料電池発電装置を用い、停止時にアノード２１に定期的に水素を追加供給し、常にアノード２１の電位を低く維持する運転方法について検討した。
【００３４】
まず、アノード２１に燃料ガス、カソード２２に酸化剤ガスを所定量供給し、セル温度約７０℃、燃料ガス利用率約７５％、酸化剤ガス利用率約４０％とし、電子負荷８により電極面積に対して約０．２Ａ／ｃｍ２の一定電流を流した。このとき燃料電池５に接続した電圧検出部９で検出した電池電圧は約０．７５Ｖであった。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは露点がそれぞれ６５℃、７０℃となるように加湿して供給した。
【００３５】
図２は、本実施の形態１における燃料電池発電装置の第１の運転方法を示すフローチャートである。燃料電池５の停止時において、まず、ＳＴＥＰ１において発電装置が停止中かどうかを判断し、停止継続でなければ発電装置をＳＴＥＰ７として起動する。停止継続であれば、ＳＴＥＰ２において停止時間を計測する。次に、ＳＴＥＰ３において、停止時間と予め設定された許容停止時間を比較する。ここで、許容停止時間とは、燃料電池発電
装置を正常な状態で長期停止した際に、アノード２１への経時的な外部空気の流入が十分少なく、アノード２１の電位が上昇しない時間に設定されており、例えば数十時間の数値が設定されている。ＳＴＥＰ３において、停止時間が許容停止時間より短い場合は、ＳＴＥＰ１に戻り停止を継続する。また、停止時間が許容停止時間より長い場合は、ＳＴＥＰ４において、燃料ガス供給手段７に対して起動を指示する。次に、ＳＴＥＰ５において燃料ガス供給手段７よりアノード２１に燃料ガスを供給する。さらに、ＳＴＥＰ６において、停止時間を０にリセットして、ＳＴＥＰ１に戻り、停止を継続する。
【００３６】
本実施の形態では、燃料電池５の停止中に燃料電池５内部に経時的に空気が進入し、アノード２１の電位が上昇する時間に達する前に、燃料ガス供給手段７を起動し、アノード２１に水素を追加供給できるものである。これによって、燃料電池５が長期停止した場合においても、アノード２１の電位を低く維持することが可能となり、容易にかつ確実に燃料電池５の耐久性を向上することができるものである。
【００３７】
図３は、本実施の形態１における燃料電池発電装置の第２の運転方法を示すフローチャートである。燃料電池５の起動時において、アノード２１に燃料ガスを供給する前にＳＴＥＰ２においてカソード２２に酸化剤ガスを供給する。次に、ＳＴＥＰ３において、その時の起動時電圧を計測する。次にＳＴＥＰ４において、予め設定されている許容電圧と起動時電圧を比較する。ここで、許容電圧はアノード２１の触媒が、酸化・溶解する電位を１Ｖから引いた値より大きい値が設定されている。具体的にはアノード２１にルテニウムを含む場合は、ルテニウムの酸化電位が０．６８Ｖであるため、１−０．６８＝０．３２となるため、例えば許容電圧としては０．４Ｖが設定される。すなわち起動時電圧が許容電圧（０．４Ｖ）よりも大きい場合は、アノード２１の電位は０．６Ｖ以下であり、アノード２１の劣化には影響しないと判断される。この場合は、ＳＴＥＰ６にジャンプしてアノード２１へ燃料ガスの供給を行い、ＳＴＥＰ７において、発電を開始する。
【００３８】
また、ＳＴＥＰ４において、起動時電圧が許容電圧（０．４Ｖ）より小さい場合は、アノード２１の電位は０．６Ｖを超えていると判断でき、アノード２１が劣化している電位に近づいていると判断できる。この場合は、ＳＴＥＰ５において、現時点での停止時間を計測し、ＳＴＥＰ６において、許容停止時間を停止時間から予め設定した差分時間だけ減じた値に再設定する。ここで、差分時間とは、例えば許容停止時間の１％〜１０％程度の時間で設定されることが望ましい。許容停止時間再設定の後は、ＳＴＥＰ７以降で通常の発電操作に入るものである。
【００３９】
このように、本実施の形態では許容停止時間の間に、アノード２１の電位が上昇し、アノード２１の酸化電位に接近したことを検知し、許容停止時間を短縮していく運転方法である。これによって、次回停止時には、アノード２１の電位が上昇する前に、燃料ガス供給手段７を起動し、アノード２１への燃料ガスの追加供給を可能とするものである。これにより、容易にかつ確実に燃料電池５のアノード２１の劣化を抑制することが可能となり、燃料電池５の耐久性を向上できるものである。
【００４０】
また、ここでは、アノード２１にルテニウムを含む場合の例を示したが、ルテニウムを含まない場合やその他の元素を含む場合においては、それぞれ最も低電位において劣化する元素に着目し、許容停止時間を設定することによって、同様にアノード２１の劣化を抑制することが可能となる。
【００４１】
また、燃料ガス供給手段７としては、化石燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置を用いている。ここで、化石燃料とはメタン、プロパン、ブタン、石油、ガソリン、灯油などを主成分とするガスあるいは液体燃料を指す。このような、燃料ガス供給手段７を用いることによって、通常の燃料電池発電装置に装置を追加することなく、
容易に燃料電池の耐久性を向上することが出来る。
【００４２】
さらに、本実施の形態においては、起動時電圧はカソード２２に酸化剤ガスが供給されてから発生する電圧の最大値を計測している。カソード２２に酸化剤ガスを供給すると、アノード２１との電位差によって電圧が発生するが、そのままの状態では、水素、酸素が電解質１を介して透過するため、アノード２１とカソード２２の電位は等しくなり、時間とともに電圧は低下していく。すなわち、より正確にアノード２１の電位を計測するためには、発生する電圧の最大値を計測することが望ましい。これによって、より正確にアノード２１の電位を検知することが可能となり、燃料電池５の劣化を防止することが可能となる。
【００４３】
さらに、多くの燃料電池５を用いて、アノード電位測定を行った結果、起動時電圧の最大値は、カソード２２に酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に発生することは解った。このため、本実施の形態では、起動時電圧はカソード２２に酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に計測することが望ましい。これにより、容易にかつ正確にアノード２１の電位を検出することが可能となり、燃料電池５の劣化を防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池の停止中の劣化の抑制または耐久性の向上という効果を有し、高分子型固体電解質膜を用いた発電装置、デバイスに有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電解質
２１ アノード
２２ カソード
４１、４２ セパレータ板
５ 燃料電池
６ 脱硫部
７ 燃料ガス供給手段
８ 電子負荷
９ 電圧検出部
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ 遮断弁
１５ 酸化剤ガス供給手段
１７ 停止時間計測手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と、前記電解質を挟むアノードおよびカソードと、前記アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、前記カソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対のセパレータ板とからなる少なくとも一つのセルを備えた燃料電池と、
前記カソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記アノードに少なくとも水素を含む前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の停止から再起動までの時間を計測する停止時間計測手段を有し、
前記停止時間計測手段によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、前記燃料ガス供給手段により前記アノードに前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記セルの単一あるいは複数セル合計の電圧を検出する電圧検出部を有し、
前記燃料電池の起動時に前記アノードに前記燃料ガスが供給される前に、前記カソードに前記酸化剤ガスを供給し、発生する起動時電圧を前記電圧検出部により検出し、前記起動時電圧が予め設定された許容電圧より小さい場合に、前記許容停止時間を前記停止時間から予め設定された差分時間を引いた値に再設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記燃料ガス供給手段は化石燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記起動時電圧は前記カソードに前記酸化剤ガスが供給されてから発生する電圧の最大値であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記起動時電圧は前記カソードに前記酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に計測されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１】
電解質と、前記電解質を挟むアノードおよびカソードと、前記アノードに少なくとも水素を含む燃料ガスを供給および排出し、前記カソードに少なくとも酸素を含む酸化剤ガスを供給および排出するガス流路を有する一対のセパレータ板とからなる少なくとも一つのセルを備えた燃料電池と、
前記カソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記アノードに少なくとも水素を含む前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の停止から再起動までの時間を計測する停止時間計測手段を有し、
前記停止時間計測手段によって計測される停止時間が予め設定した許容停止時間よりも長くなった場合に、前記燃料ガス供給手段により前記アノードに前記燃料ガスを供給することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記セルの単一あるいは複数セル合計の電圧を検出する電圧検出部を有し、
前記燃料電池の起動時に前記アノードに前記燃料ガスが供給される前に、前記カソードに前記酸化剤ガスを供給し、発生する起動時電圧を前記電圧検出部により検出し、前記起動時電圧が予め設定された許容電圧より小さい場合に、前記許容停止時間を前記停止時間から予め設定された差分時間を引いた値に再設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記燃料ガス供給手段は化石燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料処理装置であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記起動時電圧は前記カソードに前記酸化剤ガスが供給されてから発生する電圧の最大値であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記起動時電圧は前記カソードに前記酸化剤ガスが供給されてから少なくとも１分以内に計測されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５９６５９（Ｐ２０１２−５９６５９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４１６５（Ｐ２０１０−２０４１６５）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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