JP2007323959A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、制御指令に応じて起動、運転および停止の動作を行なう燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that performs start-up, operation, and stop operations in response to a control command.
燃料電池は一般に、電解質膜の一方の面に燃料極(アノード触媒層)と、もう一方の面に空気極または酸化極(カソード触媒層)とを電解質膜を挟んで対向するように設け、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層をさらに設けた、膜−電極接合体(MEA)を、原料供給用の流路を設けたセパレータで挟んだ構造を1単位とするいわゆる単セルを有している。通常の燃料電池システムにおいては、この単セルを積層させて所望の電力が得られるようにした燃料電池スタックを使用し、各触媒層に水素、酸素等の原料(以下、原料ガスまたは反応ガスとも称する)を供給して発電する。 In general, a fuel cell is provided with a fuel electrode (anode catalyst layer) on one surface of an electrolyte membrane and an air electrode or an oxidation electrode (cathode catalyst layer) on the other surface with the electrolyte membrane sandwiched therebetween, and an electrolyte. A so-called single cell comprising one unit of a structure in which a membrane-electrode assembly (MEA) further sandwiched between separators provided with flow paths for supplying raw materials is further provided with a diffusion layer outside each catalyst layer sandwiching the membrane. Have. In an ordinary fuel cell system, a fuel cell stack in which single cells are stacked to obtain a desired power is used, and raw materials such as hydrogen and oxygen (hereinafter referred to as source gas or reaction gas) are used for each catalyst layer. To generate electricity.
燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等から、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。 At the time of power generation of the fuel cell, when hydrogen gas is used as the raw material supplied to the fuel electrode and air is used as the raw material supplied to the air electrode, hydrogen ions and electrons are generated from the hydrogen gas at the fuel electrode. The electrons reach the air electrode from the external terminal through the external circuit. In the air electrode, water is generated by oxygen in the supplied air, hydrogen ions that have passed through the electrolyte membrane, and electrons that have reached the air electrode through an external circuit. Thus, a chemical reaction occurs in the fuel electrode and the air electrode, and electric charges are generated to function as a battery. This fuel cell has been studied in various ways as a clean energy source due to the abundance of raw material gas and liquid fuel used for power generation and the fact that the substance discharged from the power generation principle is water. Has been.
一方、燃料電池の停止時には、一般に、燃料電池内への反応ガスの流通も同様に停止するが、ガス流路内に供給された未反応の反応ガスはそのままの状態でガス流路内に留まることになる。特に高濃度の酸素または空気のような酸化ガスが燃料電池内に長期間留まった場合においては、触媒の腐食または触媒担体として用いられる炭素材料の酸化などの劣化要因となることが広く知られている。また、水素ガスや酸化ガスが電解質膜を介して相互に透過し、混合してしまういわゆるクロスリークもまた、燃料電池システムにおける重大な劣化要因の一つであり、このようなクロスリークを防止するためにも、燃料電池内に残存する反応ガスの効果的な除去が要求される。 On the other hand, when the fuel cell is stopped, generally, the flow of the reaction gas into the fuel cell is similarly stopped, but the unreacted reaction gas supplied into the gas flow channel remains in the gas flow channel as it is. It will be. In particular, it is widely known that when an oxidizing gas such as high concentration oxygen or air stays in the fuel cell for a long time, it causes deterioration of the catalyst such as corrosion of the catalyst or oxidation of the carbon material used as the catalyst carrier. Yes. In addition, a so-called cross leak in which hydrogen gas and oxidizing gas permeate and mix with each other through the electrolyte membrane is also one of the serious deterioration factors in the fuel cell system, and prevents such cross leak. Therefore, effective removal of the reaction gas remaining in the fuel cell is required.
燃料電池内に残存した反応ガスによるこれらの不具合の発生を抑制するために、従来、燃料電池スタックの内部に反応ガスの供給を停止した後、窒素ガスやメタンガスのような不活性ガスを所定の時間流通させることにより反応ガスを外部に排出させる、いわゆるパージを行ない、起動待機時における燃料電池セルの不具合の発生を抑制する方法が採られていた。 In order to suppress the occurrence of these problems due to the reaction gas remaining in the fuel cell, conventionally, after supply of the reaction gas to the inside of the fuel cell stack is stopped, an inert gas such as nitrogen gas or methane gas is supplied to a predetermined amount. A method has been adopted in which the reaction gas is discharged to the outside by allowing the reaction gas to flow for a time, so-called purging is performed, and the occurrence of malfunction of the fuel cell at the time of start-up is suppressed.
しかしながら、ガス流路のような自由空間に存在する反応ガスについてはパージにより排出可能であるが、例えばすでに電極触媒に吸着されている反応ガスについては、電極触媒と反応ガスとの間の強い吸着力により、パージによる排出は困難であり、長期の運転停止による電池性能の劣化抑制に対してはそれほど高い効果は期待できなかった。 However, although the reaction gas existing in the free space such as the gas flow path can be discharged by purging, for example, the reaction gas already adsorbed on the electrode catalyst is strongly adsorbed between the electrode catalyst and the reaction gas. Due to the force, it is difficult to discharge by purging, and it was not possible to expect a very high effect for suppressing deterioration of battery performance due to long-term shutdown.
さらに、パージは通常、運転停止時に行なわれるが、運転停止時においても所定の時間ガス供給を継続させる必要があるため、電力消費にも繋がり、好ましくない。またこのとき使用される不活性ガスは一般に発電には寄与しないものであり、再起動時には通常、パージに使用した不活性ガスは排出せざるを得ないため、使用した不活性ガスが無駄となってしまう。また、メタンガスなどをパージに使用する場合には、環境に配慮して排ガスを回収・処理する必要もある。特に、燃料電池自動車のような移動体においては、この移動体に不活性ガスの供給機構、さらには回収・処理機構を載置しなければならず、現実的でない。 Further, although purging is usually performed when the operation is stopped, it is not preferable because the gas supply needs to be continued for a predetermined time even when the operation is stopped. In addition, the inert gas used at this time generally does not contribute to power generation, and the inert gas used for purging usually has to be discharged at the time of restart, so the used inert gas is wasted. End up. In addition, when methane gas or the like is used for purging, it is necessary to recover and treat exhaust gas in consideration of the environment. In particular, in a mobile body such as a fuel cell vehicle, an inert gas supply mechanism and a recovery / treatment mechanism must be mounted on the mobile body, which is not practical.
また、燃料電池内に残存した反応ガスによるこれらの不具合の発生を抑制する他の方法として、擬似抵抗などを用いてスタック電圧を低下させて、性能劣化を抑制する方法についても知られている。しかしながら、このような方法では、空気極中に残存する酸素量が把握できないために、酸化ガスに対して燃料ガスが不足した状態に陥るおそれがあり、場合によっては燃料極の電位をかえって上昇させてしまい、電極触媒の溶出を招くおそれがある。 Further, as another method for suppressing the occurrence of these problems due to the reaction gas remaining in the fuel cell, there is also known a method for suppressing the performance deterioration by reducing the stack voltage using pseudo resistance or the like. However, in such a method, since the amount of oxygen remaining in the air electrode cannot be grasped, there is a risk that the fuel gas is insufficient with respect to the oxidizing gas. In some cases, the potential of the fuel electrode is raised. This may lead to elution of the electrode catalyst.
そこで、例えば、特許文献1,2に記載されたような燃料電池システムが提案されている。
Thus, for example, fuel cell systems as described in
特許文献1には、起動、停止時に触媒担持炭素の被毒を緩和させる、水素循環機構を備えた燃料電池システムについて記載されている。しかしながら、複雑なガス循環機構が必要であると同時に、この循環機構の作動により、電力の一部が消費されることになり、好ましくない。
特許文献2には、燃料電池の反応により燃料ガス中に増加する窒素や水分を含む不純物による発電性能の低下を抑制するために、アノード排ガスを貯留する貯留部を備える燃料電池システムについて記載されている。しかしながら、電極触媒に吸着しやすい水素ガスや酸素ガスの効果的な除去については考慮されていない。
さらに、特許文献3には、停止時にガス経路を遮断し、発電を行なうことで反応流路内のガスを消費する燃料電池システムについて記載されている。この燃料電池システムにおいては、燃料ガス経路の空間の体積よりも酸化剤ガス(酸素ガス、空気)経路の空間の体積の2倍を超えない体積とすることにより、ガス経路中に酸素を残存させることなく運転を停止させることが出来る旨が記載されている。
Furthermore,
しかしながら、特許文献3に記載された燃料電池システムにおいては、このようにガス経路を遮断したときに燃料ガス経路と酸化剤ガス経路との空間の体積比を所定の値となるように設定し、作成するためには、ガス供給および排出に用いる配管の長さや内径などを変更する必要があるため、部品点数が増大し、また組み立ても煩雑となるおそれがあるため、好ましくない。
However, in the fuel cell system described in
本発明は、運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することの可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing deterioration of an electrode catalyst and an electrolyte membrane when operation is stopped.
本発明の他の目的は、燃料電池システムの円滑な起動、停止を行なうことが可能であり、また運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することの可能な燃料電池システムを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of smoothly starting and stopping the fuel cell system and capable of suppressing deterioration of the electrode catalyst and the electrolyte membrane when the operation is stopped. There is.
さらに、本発明の他の目的は、複雑な製造工程や運転制御を必要とせず、運転停止時における触媒や電解質膜の劣化を良好に抑制することの可能な燃料電池システムを提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of satisfactorily suppressing deterioration of the catalyst and the electrolyte membrane when the operation is stopped without requiring a complicated manufacturing process and operation control. .
本発明の構成は以下のとおりである。 The configuration of the present invention is as follows.
(1)燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む酸化ガス流路と、前記燃料ガス反応流路または前記酸化ガス反応流路のいずれか一方に連通し、所定の容量を有する少なくとも一つのガスバッファタンクと、を有し、少なくとも下記(1)式を満たす、燃料電池システム。 (1) A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidization electrode, in which fuel cell cells using a fuel gas and an oxidant gas as a reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and can be opened and closed; A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valves, and an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve that are openable and closable. And at least one gas buffer tank that communicates with either the fuel gas reaction channel or the oxidant gas reaction channel and has a predetermined capacity. ) Fuel cell system that satisfies the equation.
(2)上記(1)に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、をさらに有し、前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の前記反応ガスの流通を遮断し、少なくとも酸化ガス反応流路内に残存する酸化ガス中に含有する酸素を所定の濃度以下まで減少させた後に運転停止させる、燃料電池システム。 (2) In the fuel cell system according to the above (1), a command unit for commanding start and stop operations of the fuel cell stack, and a valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve And, in response to a stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack, the valve control unit controls the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidizing gas supply side valve, and the After closing the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack, and at least reducing the oxygen contained in the oxidant gas remaining in the oxidant gas reaction flow path to a predetermined concentration or less A fuel cell system that stops operation.
(3)上記(2)に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを減少させるガス除去手段をさらに備える、燃料電池システム。 (3) The fuel cell system according to (2), further comprising a gas removing unit that reduces the reaction gas in the fuel cell stack.
(4)上記(2)または(3)に記載の燃料電池システムにおいて、前記ガス除去手段は、前記燃料電池セルごとに接続された複数の放電手段であり、前記放電手段に対応する前記燃料電池セルのそれぞれに残存する反応ガスを独立して除去する、燃料電池システム。 (4) In the fuel cell system according to the above (2) or (3), the gas removal means is a plurality of discharge means connected to each fuel cell, and the fuel cell corresponding to the discharge means A fuel cell system that independently removes the reaction gas remaining in each of the cells.
(5)上記(1)から(4)のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記ガスバッファタンクは、前記燃料ガス反応流路に連通し、所定量の燃料ガスを貯留可能な燃料ガスバッファタンクを含む、燃料電池システム。 (5) In the fuel cell system according to any one of (1) to (4), the gas buffer tank communicates with the fuel gas reaction flow path and can store a predetermined amount of fuel gas. A fuel cell system including a gas buffer tank.
(6)上記(5)に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスバッファタンクと連通可能な改質ガス供給源をさらに有し、前記燃料ガス反応流路内に残存する前記燃料ガスを所定の圧力以下まで消費させた後に前記改質ガス供給源を前記燃料ガスバッファタンクと連通させて、前記燃料ガス反応流路内に改質ガスを供給する、燃料電池システム。 (6) The fuel cell system according to (5), further including a reformed gas supply source capable of communicating with the fuel gas buffer tank, wherein the fuel gas remaining in the fuel gas reaction channel A fuel cell system, wherein the reformed gas supply source is communicated with the fuel gas buffer tank and the reformed gas is supplied into the fuel gas reaction channel after consumption to a pressure or lower.
(7)上記(1)に記載の燃料電池システムにおいて、改質ガス供給源と、前記改質ガス供給源と、開閉可能な改質ガス導入バルブを備え、前記燃料ガス反応流路に連通する改質ガス導入配管と、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、所定のバルブを開閉させてガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、をさらに有し、前記指令部の停止指令により所定の停止動作を行った後、前記バルブ制御部による前記改質ガス導入バルブの開閉により前記燃料ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように改質ガス供給源から前記燃料電池スタックへの改質ガスの導入を制御するとともに、前記バルブ制御部による前記酸化ガス排出側バルブの開閉により前記酸化ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように制御し、前記指令部の起動指令まで運転待機する、燃料電池システム。 (7) The fuel cell system according to the above (1), comprising a reformed gas supply source, the reformed gas supply source, and a reformable gas introduction valve that can be opened and closed, and communicates with the fuel gas reaction flow path. A reforming gas introduction pipe; a command unit for commanding start and stop operations of the fuel cell stack; and a valve control unit capable of controlling the flow of gas by opening and closing a predetermined valve, the command unit After a predetermined stop operation is performed in response to a stop command, a reformed gas supply source is set so that the pressure in the fuel gas reaction flow path falls within a predetermined pressure range by opening and closing the reformed gas introduction valve by the valve control unit. From which the reformed gas is introduced into the fuel cell stack, and the valve control unit opens and closes the oxidizing gas discharge side valve so that the pressure in the oxidizing gas reaction channel falls within a predetermined pressure range. Gyoshi, operated wait for an activation command of the command unit, the fuel cell system.
(8)上記(1)に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタック内の電位を低下させる放電手段と、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、をさらに有し、前記燃料電池スタックの停止中または待機中における前記指令部の起動指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開けて前記燃料ガス反応流路内の燃料ガスの流通を再開し、前記燃料電池セルと前記放電手段とを接続し、前記バルブ制御部により前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開けて前記酸化ガス反応流路内の酸化ガスの流通を再開させる、燃料電池システム。 (8) In the fuel cell system according to the above (1), a discharge unit that lowers the potential in the fuel cell stack, a command unit that commands start and stop operations of the fuel cell stack, and a predetermined valve is opened and closed A valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas, and the fuel gas supply side by the valve control unit according to a start command of the command unit during stoppage or standby of the fuel cell stack The valve and the fuel gas discharge side valve are opened to resume the flow of the fuel gas in the fuel gas reaction flow path, the fuel battery cell and the discharge means are connected, and the valve controller controls the oxidizing gas supply side. A fuel cell system in which a valve and the oxidizing gas discharge side valve are opened to resume the flow of the oxidizing gas in the oxidizing gas reaction channel.
(9)上記(1)に記載の燃料電池システムにおいて、開閉可能な改質ガス導入バルブを備え、前記燃料ガス反応流路に連通する改質ガス導入配管と、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、所定のバルブを開閉させて所定のガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを放電除去する放電手段と、をさらに有し、前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の前記反応ガスの流通を遮断し、前記ガス除去手段により前記酸化ガス反応流路内に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路内に残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで減少させ、前記バルブ制御部による前記改質ガス導入バルブの開閉により前記燃料ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように前記燃料電池スタックへの前記改質ガス導入配管を介する改質ガスの導入を制御するとともに、前記バルブ制御部による前記酸化ガス排出側バルブの開閉により前記酸化ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように制御して運転待機し、前記指令部の起動指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開けて前記燃料電池スタック内の燃料ガスの流通を再開し、前記燃料電池セルと前記放電手段とを接続し、前記バルブ制御部により前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開けて前記燃料電池スタック内の酸化ガスの流通を再開させる、燃料電池システム。 (9) In the fuel cell system according to (1), a reformed gas introduction pipe that includes an openable / closable reformed gas introduction valve and communicates with the fuel gas reaction flow path, and starting and stopping of the fuel cell stack A command unit for commanding operation; a valve control unit capable of controlling the flow of a predetermined gas by opening and closing a predetermined valve; and a discharge means for discharging and removing the reaction gas in the fuel cell stack. The valve controller controls the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve according to a stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack. Closing the flow of the reaction gas in the fuel cell stack, the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction channel by the gas removing means, and the fuel The fuel gas remaining in the gas reaction channel is reduced to a predetermined concentration or less, and the pressure in the fuel gas reaction channel is set within a predetermined pressure range by opening and closing the reformed gas introduction valve by the valve control unit. Control of introduction of reformed gas into the fuel cell stack via the reformed gas introduction pipe, and opening and closing of the oxidizing gas discharge side valve by the valve control section The fuel cell stack is controlled by controlling the pressure so that it falls within a predetermined pressure range and opens the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve by the valve control unit according to the start command of the command unit. The fuel gas cell is connected to the discharge means, and the valve controller controls the oxidizing gas supply side valve and the acid. Opening the gas discharge side valve to restart the flow of the oxidizing gas in the fuel cell stack, the fuel cell system.
本発明によれば、燃料電池スタックの運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress deterioration of the electrode catalyst and the electrolyte membrane when the fuel cell stack is stopped.
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの、構成の概略を示す模式図である。図1において、燃料電池システム100は、燃料電池スタック20と、燃料ガス流路と、酸化ガス流路とを備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
燃料電池スタック20は、電解質膜18bを、燃料極(アノード)18aおよび酸化極または空気極(カソード)18cで挟んだ構造からなるMEA18を含む燃料電池単セル(燃料電池セル、単セルとも称する)42を、図示しないセパレータを挟んで複数枚積層させた構造を有し、図示しない本負荷に所望の電力を供給可能に構成されている。なお、図1に示す本実施の形態においては、燃料電池スタック20として燃料電池単セル42を3枚(図1中ではCell1〜Cell3と示す)積層させた構成を示したが、積層枚数については任意である。
The
燃料ガス流路は、燃料ガス供給配管26と燃料ガス排出配管28とを含み、図示しないセパレータと、MEA18の燃料極18a側とで区画される燃料ガス経路22に連通している。燃料ガス供給配管26には、開閉可能な燃料ガス供給側バルブvf1を備え、燃料ガス排出配管28には、開閉可能な燃料ガス排出側バルブvf2を備えており、燃料電池スタック20の内部を含む、燃料ガス供給側バルブvf1と燃料ガス排出側バルブvf2との間の燃料ガス反応流路34a,34b間における燃料ガスの流通をバルブ制御部32により制御可能に構成されている。なお、特に断りのない限り、『燃料ガス反応流路34a,34b』と示した場合には、燃料ガス反応流路34a,34bのほか、燃料電池スタック20内の燃料ガス経路22も含んでよい。
The fuel gas flow path includes a fuel
燃料ガス供給側バルブvf1と燃料ガス排出側バルブvf2との間の燃料ガス反応流路34a,34bの間には、所定の容量Vfを有する燃料ガスバッファタンク50aが接続管44aを介して連通している。この燃料ガスバッファタンク50aにはまた、改質器48に連通する改質ガス導入配管46が、改質ガス導入バルブvf3を含み備えられており、図示しない改質ガス供給源から燃料ガスバッファタンク50aへの改質ガスの供給を可能としている。燃料ガスバッファタンク50aは、好ましくは燃料ガス反応流路34a,34bの上流部側に連通していることが好ましいが、燃料ガス反応流路34a,34bの下流部側に連通していてもよく、その設置箇所は任意である。実施の形態においては、接続管44aを燃料ガス反応流路34aにつないでも良く、他の実施の形態においては、燃料ガス反応流路34aの一部の形状を変更し、燃料ガスバッファタンク50aとしてもよい。
Fuel gas supply side valve vf 1 and the fuel gas discharge side fuel
一方、酸化ガス流路は、酸化ガス供給配管36と酸化ガス排出配管38とを含み、図示しないセパレータと、MEA18の空気極18c側とで区画される酸化ガス経路24に連通している。酸化ガス供給配管36には、開閉可能な酸化ガス供給側バルブva1を備え、酸化ガス排出配管38には、開閉可能な酸化ガス排出側バルブva2を備えており、燃料電池スタック20の内部を含む、酸化ガス供給側バルブva1と酸化ガス排出側バルブva2との間の酸化ガス反応流路40a,40b間における酸化ガスの流通をバルブ制御部32により制御可能に構成されている。なお、特に断りのない限り、『酸化ガス反応流路40a,40b』と示した場合には、酸化ガス反応流路40a,40bのほか、燃料電池スタック20内の酸化ガス経路24も含んでよい。
On the other hand, the oxidant gas flow path includes an oxidant
酸化ガス供給側バルブva1と酸化ガス排出側バルブva2との間の酸化ガス反応流路40a,40bには、所定の容量Vaを有する酸化ガスバッファタンク50bが接続管44bを介して連通している。酸化ガスバッファタンク50bは、好ましくは酸化ガス反応流路40a,40bの上流部側に連通していることが好ましいが、酸化ガス反応流路40a,40bの下流部側に連通していてもよく、その設置箇所は任意である。実施の形態においては、接続管44bを酸化ガス反応流路40aにつないでも良く、他の実施の形態においては、酸化ガス反応流路40aの一部の形状を変更し、酸化ガスバッファタンク50bとしてもよい。
Communicating oxidizing
接続管44aを含む燃料ガスバッファタンク50aの容量Vfおよび接続管44bを含む酸化ガスバッファタンク50bの容量Vaは、システム構成および運転条件に応じて、好ましくは次に示す式(1)が成立するように設計される。
The capacity V f of the fuel
燃料ガスの流通可能な流路のうち、燃料ガス反応流路34a,34bまたは接続管44a、好ましくは燃料ガスマニホールドと連通する接続管44aに取り付けられた圧力センサ58aおよび温度センサ60aにより、(1)式に示した燃料ガスの圧力Pfおよび温度Tfが測定される。また、φHは燃料ガス中の水素の容積比であり、使用する燃料ガスにより、予め設定される定数である。一方、酸化ガスの流通可能な流路のうち、酸化ガス反応流路40a,40bまたは接続管44b、好ましくは酸化ガスマニホールドと連通する接続管44bに取り付けられた圧力センサ58bおよび温度センサ60bにより、(1)式に示した酸化ガスの圧力Paおよび温度Taが測定される。また、φOは酸化ガス中の酸素の容積比であり、使用する酸化ガスにより、予め設定される定数である。
Among the flow paths through which the fuel gas can flow, the
また、燃料電池セル42のそれぞれ(Cell1〜Cell3)には、対応する放電素子56(r1〜r3)が備えられている。また、スイッチS1〜S3の切り替えにより、放電素子56は対応する燃料電池セル42に対してそれぞれ独立して接続可能に備えられている。なお、図1に示す本実施の形態においては、放電素子56として所定の電気抵抗を有する補助負荷を用いた。他の実施の形態として、放電素子56に替えて、所定の静電容量を有する蓄電部材(キャパシタ)を用いてもよい。
Each of the fuel cells 42 (Cell1 to Cell3) is provided with a corresponding discharge element 56 (r1 to r3). Further, the
燃料ガス反応流路34a,34bまたは接続管44aのうち少なくとも1箇所に、流通する燃料ガスの状態を測定する圧力センサ58aおよび温度センサ60aを備えるとともに、酸化ガス反応流路40a,40bまたは接続管44bのうち少なくとも1箇所に、流通する酸化ガスの状態を測定する圧力センサ58bおよび温度センサ60bを備え、さらに燃料電池単セル42それぞれにおけるセル電圧Vcellを測定する電圧センサ(図1中では、V1〜V3と示す)を備えて、制御部30による燃料電池スタック20の運転制御に必要な情報を入手し、常にまたは所定のタイミングで情報を伝達している。
At least one of the fuel gas
指令部52は、燃料電池スタック20の運転停止または再起動などの運転制御に関する指示を受けると、制御部30に所定の制御指令を行なう。制御部30では、回路の切り替えや反応ガスの流通など、燃料電池スタック20に関するあらゆる制御を可能に構成されており、特にバルブ制御部32では、燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2、改質ガス導入バルブvf3、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2などのバルブの開閉制御を行なう。
When
このような構成の燃料電池システム100において、燃料電池スタック20が運転し、本負荷10に電力が供給されている状態においては、燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2はすべて開放され、燃料電池スタック20内の反応ガス流路すなわち燃料ガス反応流路34a,34b、酸化ガス反応流路40a,40bのそれぞれに所定の運転条件で反応ガスが流通している。一方、改質ガス導入バルブvf3、は閉じた状態であり、燃料ガスバッファタンク50aには、容量Vfだけ燃料ガスが貯留された状態となっている。同様に、酸化ガス反応流路40a,40b間に接続管44bを介して連通する酸化ガスバッファタンク50bには、容量Vaだけ酸化ガスが貯留された状態となっている。
In the
一方、放電素子56については、燃料電池スタック20の通常運転時には燃料電池セル42のいずれにも電気的に接続されていない状態である。
On the other hand, the
このような燃料電池スタック20の通常運転状態において、運転停止の指示、つまり、燃料電池スタック20での発電を停止し、燃料電池スタック20から本負荷への電力供給を停止させる指示が与えられると、指令部52は、制御部30に燃料電池スタック20の停止動作を開始するように指令する。
In such a normal operation state of the
制御部30およびバルブ制御部32は、指令部52からの停止指令により、停止制御を行なう。まず、燃料電池スタック20から本負荷への電力供給を停止する。そして、燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2をすべて閉じる。それぞれのバルブを閉じるタイミングは、ほぼ同時であることが好ましいが、反応ガス中の水素または酸素の分圧比や、反応ガスそれぞれの流速などの諸条件によって、例えば数秒程度のずれは許容される。このバルブ制御により、燃料電池スタック20内の反応ガスの流通が遮断され、燃料電池スタック20の、バルブvf1〜vf3、va1〜va2により閉じられた反応ガス流路中に燃料ガスおよび酸化ガスがそれぞれ残存する。すなわち、このとき残存する燃料ガスの量は、燃料ガス供給側バルブvf1と燃料ガス排出側バルブvf2との間で遮断された閉空間および接続管44aと燃料ガスバッファタンク50aとを含み、改質ガス導入バルブvf3で遮断された閉空間の容積分に相当する。同様に、残存する酸化ガスの量は、酸化ガス供給側バルブva1と酸化ガス排出側バルブva2との間で遮断された閉空間および接続管44bと酸化ガスバッファタンク50bとの容積分に相当する。
このように、燃料電池が運転を停止している状態で燃料電池スタック20内に未反応の反応ガスが残存したまま放置されると、これらの残存ガスによりこの燃料電池セル42の燃料極18aと酸化極18cとの間に電位差が生じ、酸化極18a側が高電位に曝される。さらに、酸化極18c側に残存する酸素が例えば電解質膜18bを介して燃料極18a側に透過すると、燃料極18a側に水素と酸素の混在する状態が生じてしまい、燃料電池セル42の面内に、あたかも複数のセルを並列に接続したかのような状態が生じてしまう。このように、燃料極18a側に酸素が存在する場合には、その部位における電位が、酸素が存在しない、通常の燃料極と比較して高くなり、正常時の電圧がほぼ0ボルトであるのに対し、例えば0.4ボルト以上という電極電位が発生する。そのため、燃料極18aにおいて高電位状態となっている部位の対極に相当する酸化極18cにおける電極電位もこれに伴って上昇し、場合によっては1.4ボルト以上にも達する異常な電位が発生する。これがいわゆる空気極異常電位または酸化極異常電位とも呼ばれる現象である。
As described above, when the unreacted reaction gas is left in the
このように、酸化極18c側に酸化ガス(酸素)が存在し、またこの酸素が燃料極18a側に混入することにより、燃料極18aおよび酸化極18cの双方に異常な電位が発生すると、燃料電池、特に燃料ガスとして改質ガスを用いる改質ガス用燃料電池の場合には、以下に示すような異常な電極反応が起こり、燃料極18aおよび酸化極18cの電極触媒および炭素材料を含む触媒担持体を劣化させる。
As described above, when an oxidizing gas (oxygen) exists on the oxidation electrode 18c side and this oxygen is mixed into the
改質ガス用燃料電池の場合には一般に、燃料極におけるCO被毒抑制のためにRu合金を使用しているが、式(2)のような反応により合金触媒中のRuが溶出してしまうと、耐CO被毒性が低下するおそれがある。一方、酸化極においては、例えば式(3)の上式に示すように、酸化極触媒が酸化されるおそれがあるばかりでなく、酸化極には燃料電池の運転に伴う生成水または水蒸気が存在するため、式(3)の下式に示すように触媒を担持する炭素材料が酸化され、酸化極の触媒性能が劣化するおそれがある。したがって、燃料電池を停止して放置している間に燃料電池スタック内に残存する反応ガスの効果的な除去、特に残存酸素の処理が求められる。 In the case of a fuel cell for reformed gas, a Ru alloy is generally used to suppress CO poisoning at the fuel electrode, but Ru in the alloy catalyst is eluted by a reaction such as the equation (2). And there exists a possibility that CO poisoning resistance may fall. On the other hand, in the oxidation electrode, for example, as shown in the above equation (3), not only the oxidation electrode catalyst may be oxidized, but also generation water or water vapor accompanying the operation of the fuel cell exists in the oxidation electrode. Therefore, as shown in the following formula (3), the carbon material supporting the catalyst is oxidized, and the catalytic performance of the oxidation electrode may be deteriorated. Therefore, effective removal of the reaction gas remaining in the fuel cell stack while the fuel cell is stopped and being left, particularly the treatment of residual oxygen is required.
そこで、本発明の実施の形態においては、バルブ制御部32により燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2を閉じた後に、燃料電池スタック20内に残存する未反応の反応ガスを除去するために、スイッチS1〜S3をそれぞれ切り替えて対応する放電素子56(r1〜r3)をそれぞれ燃料電池セル42に接続し、燃料ガス経路22および酸化ガス経路24内に残存する反応ガス中の水素と酸素とを放電により反応させて消費する。放電素子56としては、所定の電気抵抗を有する補助負荷を好適に使用することができる。このとき、(1)式に示したように燃料ガスバッファタンク50aの容量Vfおよび酸化ガスバッファタンク50bの容量Vaを設定することにより、酸化ガス反応流路内に残留していた酸素は、少なくとも電極触媒および触媒担持体に対する影響を及ぼさない程度にほぼ完全に除去される。つまり、(1)式を満たすように設定されていれば、燃料ガスバッファタンク50aおよび酸化ガスバッファタンク50bはその両方を備える必要はなく、少なくとも一方を有していればよい。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the
本発明の実施の形態における燃料電池システム100において、(1)式を満たす運転条件が確保されている場合には、燃料極18a側に残存する水素(以下、残存水素ともいう)のモル量は、酸化極18c側に残存する酸素(以下、残存酸素ともいう)のモル量の2倍以上となっている。具体的に設計する際には、システムの運用上に適用される環境温度範囲、運転圧力範囲を考慮して、一般に残存水素に対する残存酸素のモル比が3〜5程度となるように、燃料ガスバッファタンク50aの容量Vfおよび酸化ガスバッファタンク50bの容量Vaを設定することが好ましい。
In the
上述したように、燃料電池セル42のそれぞれに対応する放電素子56を接続して反応ガスを消費させることにより、各燃料電池セル42に対応する電圧センサの値Vcellが所定の値以下となったら、対応するスイッチS1〜S3のいずれかを切り替え、燃料電池セル42と対応する放電素子56との接続を解除して、その燃料電池セル42における酸化ガス経路24内の残存酸素の除去処理を終了する。さらに、圧力センサ58bの値Paが所定の値、例えば80kPa以下となったら、燃料電池スタック20における燃料電池セル42ごとに設けられているすべてのスイッチ(S1〜S3)を切り替え、放電素子56と燃料電池セル42との接続をすべて解除して、酸化ガス反応流路40a,40b間の残存酸素の除去処理を終了する。なお、値Paとしては、圧力センサ58bによる実測値を適用してもよく、また温度センサ60bの示す酸化ガスの温度Taに応じて適宜補正した補正値を適用してよい。
As described above, by connecting the
燃料ガスバッファタンク50a内の容量Vfは、式(1)の関係が成立し、かつ上述の残存酸素の除去処理を終了した時点における燃料ガス反応流路34a、34b間の水素濃度が、例えば5容量%以上となるように予め設定し、設計することが好適である。
The capacity V f in the fuel
このような燃料電池システム100を構成することにより、燃料電池スタック20を長期間停止させた状態においても、燃料極および酸化極に酸素がほとんど存在せず、また水素についてもわずかにしか存在しないため、運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。
By configuring the
運転を停止した燃料電池スタック20は、新たに起動指示が与えられるまで、運転待機状態となり、放置される。時間経過とともに、燃料ガス経路22内に残存する水素が電解質膜18bを透過して酸化極18cおよび酸化ガス経路24内に移動する場合がある。また、この現象に従い、燃料極18aおよび燃料ガス経路22内の圧力が低下する一方、酸化極18cおよび酸化ガス経路24内の圧力が上昇する。さらに長い期間放置されると、水素の透過により燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力が所定の値よりも低くなり、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力との差が大きくなってしまうと、電解質膜18bの撓みや劣化が進行してしまうおそれがある。このため、改質ガス導入バルブvf3の開閉を制御して、燃料ガス反応流路34a,34b内が所定の圧力範囲を維持するように改質器48から改質ガス導入配管46を介して改質ガスを燃料電池スタック20内に供給する。なお、燃料ガス反応流路34a,34b内への改質ガスの供給には、燃料ガスバッファタンク50aを経由する必要はなく、改質ガス導入配管46から直接導入してもよいが、圧力センサ58aや温度センサ60aを共有することが可能であり、また配管の長さも削減することが可能となるため、図1に示す構成とすることが好ましい。
The
本実施の形態においては、燃料ガスとして例えば天然ガスや都市ガスなどを改質器48により改質した改質ガスを使用することが好ましいが、改質ガスに替えて純水素を燃料ガスとして使用する場合においては、より水素濃度の低くなった、燃料ガス排出配管28から排出された燃料ガス(オフガス)を使用して燃料ガス反応流路34a,34b内に供給することも好適である。また、本実施の形態の変形例として、改質ガスに替えて、電極18a,18cおよび電解質膜18bに影響を及ぼさない、窒素ガスや炭酸ガスなどの不活性ガスを導入して、燃料電池スタック20内に供給することも可能であるが、この場合には不活性ガス用の容器を別に備える必要がある。
In the present embodiment, it is preferable to use a reformed gas obtained by reforming, for example, natural gas or city gas with the
一方、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力が所定の値よりも高くなってしまうと、同様に燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力との差が大きくなり、電解質膜の撓みや劣化が進行してしまうおそれがある。このため、酸化ガス排出側バルブva2を制御して、酸化ガス反応流路40a,40b内が所定の圧力範囲を維持するように酸化ガス排出配管38から排気する。
On the other hand, if the pressure in the oxidizing
このように、燃料ガス反応流路34a,34bおよび酸化ガス反応流路40a,40bの圧力を、圧力センサ58a,58bを利用してそれぞれ所定の範囲に維持することにより、燃料電池スタック20の長期間にわたる運転停止状態においても、電解質膜および電極触媒の劣化または酸化を抑制することが可能となる。
As described above, by maintaining the pressures of the fuel gas
さらに、運転停止させた燃料電池スタック20を再起動させるときは、まず燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2を開けて燃料電池スタック20内に燃料ガスを供給する。次に、スイッチS1〜S3を閉じて、放電素子56と対応する燃料電池セル42とを接続させる。これにより、燃料極18a側に残存する水素ガスの一部が酸化極18c側へ移動する。このとき酸化極18c側へ移動する水素の少なくとも一部は、一般にイオン化している。一方、酸化極18c側には酸素がほとんど残存していない状態であり、酸化極18c側へ移動した水素が、例えば酸化極18c触媒表面の金属酸化物などの還元除去に寄与することにより、酸化極触媒の劣化を抑制することが可能となる。
Further, when restarting the
その後、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2を開けて燃料電池スタック20内に酸化ガスを供給し、燃料電池スタック20と図示しない本負荷とを接続し、本負荷への電力供給が確認された時点でスイッチS1〜S3をそれぞれ切り替え、放電素子56と対応する燃料電池セル42との接続を遮断する。このようにして、燃料電池スタック20の円滑な再起動を行なうことが可能となる。
Thereafter, the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 are opened to supply the oxidizing gas into the
次に、本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法について、図面に基づいて説明する。 Next, a control method of the fuel cell system in the embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
図2は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法のうち、燃料電池スタックが発電し、電力供給を行なっている通常運転時における停止方法を例示したフローチャートである。なお、本実施の形態における燃料電池システムの構成については、図1を参照のこと。 FIG. 2 is a flowchart illustrating a stopping method during normal operation in which the fuel cell stack generates power and supplies power, among the control methods of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. For the configuration of the fuel cell system in the present embodiment, see FIG.
ステップS200は、燃料電池スタック20が通常運転を行なっている状態である。燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2はすべて開いた状態であり、反応ガスがそれぞれ流通し、燃料電池スタック20で得られた電力が本負荷に送られ、所定の運転動作を行なっている。一方、改質ガス導入バルブvf3は閉じた状態である。
Step S200 is a state in which the
ステップS202において、燃料電池システム100が運転停止の指示を受けると、ステップS204で燃料電池スタック20の接続を本負荷からはずし、燃料電池スタック20から本負荷への電力供給を停止する。
In step S202, when the
ステップS204の後、速やかにステップS206に移り、燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2を閉じて反応ガスの流通を遮断し、ステップS208にすすむ。 After step S204, immediately proceeds to step S206, the fuel gas supply side valve vf 1, the fuel gas discharge side valve vf 2, circulation of closing the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 reactive gas Is cut off and the process proceeds to step S208.
ステップS208では、スイッチS1〜S3(これらをまとめて、スイッチSとも示す)を閉じることにより、単セル42ごとに備えられた放電素子56を、対応する単セル42とそれぞれ接続させる。ステップS208は、ステップS206とほぼ同時であってもよい。なお、ここでいう単セル42は、他の実施の形態においては複数の単セル42により構成される単位セルであってもよく、以下の説明において、適宜「単セル」を「単位セル」として読み替えることも可能である。
In step S208, the switches S1 to S3 (these are collectively referred to as the switch S) are closed to connect the
次に、ステップS210にすすみ、それぞれの単セル42内に残存する反応ガスが対応する放電素子56により消費される。なお、放電素子56は、放電のためのみに設けられたものであっても良く、また本負荷に付随して補助的に用いられる補助負荷のようなものであってもよい。また、単セル42と、対応する放電素子56とは1対1で対応していなくてもよいが、1つの放電素子56に対応する単セル42は複数でないことが好ましい。放電素子56による放電により、反応ガスが消費され、これに伴い、セル電圧Vcellおよび燃料電池スタック20内の圧力が低下する。ステップS212において、それぞれの単セル42に対してセル電圧Vcellが測定されるが、このときのセル電圧Vcellが要求電圧値V1、例えば0.8ボルト〜0.3ボルトのある所定の電圧、まで下がったら、ステップS214にすすむ。なお、電圧値V1は、酸化極18cおよび酸化ガス経路24中の酸素ガス濃度が所定の濃度以下、例えば80kPa以下となったと推定される、燃料電池システム100の構成および運転条件などに応じて予め設定される値である。
Next, proceeding to step S210, the reaction gas remaining in each
ステップS214では、単セル42と、放電素子56との接続を解除し、単セル42内の反応ガスの放電による消費を停止する。このステップはそれぞれの単セル42において個別に行なわれるものであり、すべての単セル42においてステップS214が行なわれるまで続けられる。
In step S214, the connection between the
ところで、ステップS210における放電の後、圧力センサ58bにより、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力を監視している。ステップS216において、圧力センサ58bで測定された酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力Paが、所定の圧力P1以下に低下した場合には、セル電圧Vcellの値に関わらず、すべての単セル42と、放電素子56との接続を解除する。なお、圧力P1は、酸化ガス反応流路40a,40b内に残存する酸化ガス中に酸素をほとんど含有していないとみなすことが出来る、燃料電池システム100の構成および運転条件などに応じて予め設定される値であり、例えば80kPa程度の好適な値が適用される。また、Paの値としては、圧力センサ58bによる実測値を適用してもよく、また温度センサ60bの示す酸化ガスの温度Taに応じて適宜補正した補正値を適用してもよい。
By the way, after the discharge in step S210, the pressure in the oxidizing
一方、ステップS210における放電の後、圧力センサ58aにより、燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力を監視している。ステップS218において、圧力センサ58aで測定された燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力Pfが、所定の圧力P2以下に低下した場合には、ステップS220にすすむ。なお、圧力P2は、燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力の低下に伴う電解質膜18bの剥離その他の燃料電池システム100内の部材劣化を防止または抑制するよう、燃料電池システム100の構成および運転条件、さらには酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力Paなどに応じて設定される値であり、例えば80kPa〜110kPa程度の好適な値が適用される。また、Pfの値としては、圧力センサ58aによる実測値を適用してもよく、また温度センサ60aの示す酸化ガスの温度Tfに応じて適宜補正した補正値を適用してもよい。
On the other hand, after the discharge in step S210, the pressure in the fuel gas
ステップS220において、改質ガス導入バルブvf3を開いて、燃料ガス反応流路34a,34b内にメタンガスや天然ガス、都市ガスなどの改質原料ガスを、改質器48内で改質した改質ガスを供給し、燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力Pfを上昇させる。
In step S220, modified by opening the reformed gas supply valve vf 3, the fuel gas
ステップS222において、圧力センサ58aで測定された燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力値Pfが、改質ガスの供給により所定の圧力P2を超えた場合には、ステップS224にすすみ、改質ガス導入バルブvf3を閉じて、燃料ガス反応流路34a,34b内への改質ガスの供給を停止する。ステップS218からステップS224までの工程は、ステップS214が完了するまで繰り返される。
In step S222, when the
ステップS226にすすみ、燃料電池スタック20の運転が停止して、待機状態に入る。このとき、セル電圧Vcellは要求電圧値V1まで下がり、また圧力センサ58bで測定された酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力値Paは所定の圧力P1以下であり、すべての単セル42と、これに対応する放電素子56との接続が解除され、かつ圧力センサ58aで測定された燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力値Pfが所定の圧力P2を超えたことにより、電極触媒や電解質膜の劣化が抑制された状態となっている。通常の待機状態においては、図3にすすむが、特に速やかな再起動を必要とする場合には、直接図4にすすんでもよい。
Proceeding to step S226, the operation of the
図3は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法のうち、燃料電池スタックの運転停止時における待機方法を例示したフローチャートである。なお、本実施の形態における燃料電池システムの構成については、図1を参照のこと。 FIG. 3 is a flowchart illustrating a standby method when the operation of the fuel cell stack is stopped, among the control methods of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. For the configuration of the fuel cell system in the present embodiment, see FIG.
本発明の実施の形態において、燃料電池スタック20の再起動までの運転待機時には、燃料極18a側および酸化極18c側のそれぞれに残存する残存ガス、または残存ガス中の成分の、移動に伴う圧力変化を補正する制御を行なう。これは主として、燃料極18a側に残存する水素が電解質膜18bを透過して酸化極18c側に移動することによるものであるが、必ずしもこれに限らない。
In the embodiment of the present invention, during operation standby until the
まず、燃料極18a側の制御について説明する。燃料電池スタック20の停止時には、燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力Pfが所定の圧力値P2を超えており、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力Paと適度なバランスを保った状態となっている。
First, control on the
ステップS228において、燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力Pfが所定の圧力値P2以下に低下してしまうと、ステップS230にすすみ、改質ガス導入バルブvf3を開いて改質器48を通じて改質ガスを導入し、燃料ガス反応流路34a,34b内に改質ガスを供給する。このとき供給されるガスは、水素ガスを含み、少なくとも脱硫処理および脱CO処理していればよい。
In step S228, the fuel
改質ガスの供給により、燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力Pfが再び所定の圧力値P2を超えたところで、改質ガス導入バルブvf3を閉じて、改質ガスの導入を停止する(ステップS234)。ステップS228からステップS234までの動作は、後に説明する再起動の指示がなされるまで繰り返される。
By the supply of the reformed gas, a fuel
次に、酸化極18c側の制御について説明する。燃料電池スタック20の停止時には、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力Paが所定の圧力値P3を下回っており、燃料ガス反応流路34a,34b内の圧力Pfと適度なバランスを保った状態となっている。
Next, control on the oxidation electrode 18c side will be described. During shutdown of the
ステップS236において、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力Paが上昇して所定の圧力値P3以上になると、ステップS238にすすみ、酸化ガス排出側バルブva2を開く。このとき、酸化ガス反応流路40a,40bは、システム外部の大気中に連通することとなるため、このままの状態で放置すると、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力Paは次第に低下していき、大気圧に近づく。P3の値として、大気圧以上、例えば103kPa以上、または103kPa〜110kPa程度の値が好適に使用することができる。
In step S236, the oxidizing gas
ステップS240において、酸化ガス反応流路40a,40b内の圧力Paが所定の値P4以下となったところで、酸化ガス排出側バルブva2を閉じ、環境中との連通を解除する(ステップS242)。このとき、酸化ガス排出側バルブva2の開閉制御の基準となる所定の値P4として、例えば103kPa以下、または100kPa〜103kPa程度の値が好適に使用することができるが、このP4の設定値はP3と同じであってもよく、また異なっていてもよく、少なくともP3以下であればよい。また、このP4は、大気圧に等しくてもよく、大気圧より低い値であってもよい。ステップS236からステップS242までの動作は、再起動の指示がなされるまで繰り返される。
In step S240, the oxidizing gas
このように、本発明の実施の形態においては、燃料電池スタック20の再起動までの運転待機時には、燃料極18a側と18c極側とで独立して圧力制御を行なう。起動指示により、待機動作を終了する(ステップS244)。
Thus, in the embodiment of the present invention, pressure control is independently performed on the
図4は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法のうち、燃料電池スタックの運転待機時における起動方法を例示したフローチャートである。なお、本実施の形態における燃料電池システムの構成については、図1を参照のこと。 FIG. 4 is a flowchart illustrating a start-up method at the time of operation standby of the fuel cell stack among the control methods of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. For the configuration of the fuel cell system in the present embodiment, see FIG.
このとき、燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2、改質ガス導入バルブvf3、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2はすべて閉じた状態であり、燃料ガス反応流路34a,34bおよび酸化ガス反応流路40a,40bには、少量の残留ガスと、改質ガス導入配管46を介して外部から導入された改質原料ガスまたは改質ガスが所定の圧力範囲で封入されている。また、燃料電池スタック20から本負荷への電力供給はされていない。一方、スイッチSはいずれも接続されていない。
At this time, the fuel gas supply side valve vf 1 , the fuel gas discharge side valve vf 2 , the reformed gas introduction valve vf 3 , the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 are all closed. In the fuel
運転停止状態(ステップS226)または起動待機状態(ステップS244)において、起動指示が与えられると(ステップS246)、起動動作を開始し、ステップS248にすすむ。 In the operation stop state (step S226) or the start standby state (step S244), when a start instruction is given (step S246), the start operation is started and the process proceeds to step S248.
ステップS248において、燃料ガス供給側バルブvf1、燃料ガス排出側バルブvf2を開けて燃料ガスを流通させると、燃料ガス供給配管26を介して燃料ガス反応流路34a,34bに燃料ガスが供給され、燃料ガス経路22を含む燃料ガス反応流路34a,34bに封入されていた少量の残留ガスと、改質ガスとが燃料ガス排出配管28より排出される。
In step S248, when the fuel gas supply side valve vf 1 and the fuel gas discharge side valve vf 2 are opened to circulate the fuel gas, the fuel gas is supplied to the fuel gas
次に、ステップS250において、スイッチSを閉じて、単セル42のそれぞれを対応する放電素子56と接続し、ステップS252にすすむ。
Next, in step S250, the switch S is closed to connect each
ステップS252において、単セル42それぞれのセル電圧Vcellを測定し、所定の値V2以下であることを確認してからステップS254にすすむ。仮にセル電圧VcellがV2を超えている場合には、酸化極18c側に幾分かの酸素が残存していることを示しているため、次のステップにすすむ前に放電素子56による放電により酸化極18c側の酸素を消費させてセル電圧Vcellを低下させる。なお、設定されるV2の値としては、例えば0.3ボルト〜0.7ボルト程度が好適であるが、実施の形態においてはV1と同じであってもよい。なお、本実施の形態において、セル電圧Vcellが0.3ボルト以下となる放電素子56による過剰な放電は、酸化極18c内への水素供給に繋がり、燃料電池セル42内の例えば電解質膜18bなどに深刻なダメージを与えるおそれもあるため、好ましくない。
In step S252, the cell voltage V cell of the
ステップS254において、酸化ガス供給側バルブva1および酸化ガス排出側バルブva2を開けて酸化ガスを流通させると、酸化ガス供給配管36を介して酸化ガス反応流路40a,40bに燃料ガスが供給され、酸化ガス反応流路40a,40bに封入されていた残留ガスおよび改質ガスが酸化ガス排出配管38より排出される。このとき、放電素子56は、単セル42それぞれと接続されたままの状態である。なお、ステップS248とステップS254の間には、例えば5秒以上、好ましくは10秒〜30秒程度の間隔を空けておくことが好ましいが、他の実施の形態においては、例えば5秒以内であってもよい。
In step S254, when the oxidizing gas is circulated by opening the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2, the oxidizing
次に、ステップS256において、燃料電池スタック20と本負荷とを接続し、通電を確認したところで、ステップS258にすすむ。
Next, in step S256, when the
ステップS258において、スイッチSを切り替えて、燃料電池セル42のそれぞれと、これに対応する放電素子56との接続を解除することにより、ステップS260において、再起動の動作が終了し、通常運転を行なう。
In step S258, the switch S is switched to release the connection between each of the
なお、ステップS246においては、一般に燃料極18a側の電位がほぼ0ボルトであるのに対し、酸化極18c側の電位は例えば0.9〜1ボルト程度高い状態となっている。このため、ステップS248における、燃料極18a側への燃料ガス供給の前にステップS250の動作を行なうと、燃料極18a側の電位が上昇していき、燃料極18a側と酸化極18c側との電位差がほとんど生じない状態になる。この状態において反応ガスの供給を行うと、始動時の安定性に不具合を生じるおそれがあるため、本実施の形態において、ステップS248とステップS250の順を入れ替えることは好ましくない。
In step S246, the potential on the
また、本実施の形態の別の態様として、図4に示すステップS248とステップ254とをほぼ同時に行なうことも可能である。具体的には、ステップS246(再起動指示)のあとにまずステップS250(スイッチSを閉じる)を行い、次いでステップS248(バルブvf1とvf2を開ける)とステップS254(バルブva1とva2を開ける)とを同時に行なう。他の動作については同様である。特に、燃料電池スタック20の出力が低いときまたは使用する酸化ガス中の酸素分圧や燃料ガス中の水素分圧が低い場合において、好適に使用することができる。
Further, as another aspect of the present embodiment, step S248 and step 254 shown in FIG. 4 can be performed almost simultaneously. Specifically, step S246 performs a first step after the (restart instruction) S250 (closing switch S), then step S248 (valve vf 1 and vf 2 open) and step S254 (valve va 1 and va 2 At the same time. The other operations are the same. In particular, it can be suitably used when the output of the
また、放電素子56として好適に使用できるものとしては、使用する燃料電池セル42または燃料電池スタック20による出力に応じて適宜選定することが可能である。好適には、燃料電池セル42のそれぞれに対し、300ミリオーム〜1オーム程度の抵抗を有する放電素子56が好適に用いられる。また、図1に示すように、例えばセル1についてはr1、セル2についてはr2、セル3についてはr3、などのように、異なる抵抗値を有する複数の放電素子56を組み合わせて用いてもよい。
In addition, the
本発明の実施の形態として図1に例示した燃料電池システム100の構成は、あくまでも例示であって、例えばスイッチS1〜S3を含む電源回路の構成などについてはこれに限らず、いかなる構成であってもよい。また、燃料ガスバッファタンク50aと燃料電池スタック20の燃料ガス経路22とを繋ぐ接続管44aに、燃料ガスバッファタンク50aと燃料ガス経路22との間のガスの流通を制御するバルブを設けても良く、必要に応じて、所定の開閉動作を行ってもよい。同様に、酸化ガスバッファタンク50bと燃料電池スタック20の酸化ガス経路24とを繋ぐ接続管44bに、燃料ガスバッファタンク50bと燃料ガス経路24との間のガスの流通を制御するバルブを設けても良く、必要に応じて、所定の開閉動作を行ってもよい。
The configuration of the
また、燃料ガスバッファタンク50aは、燃料ガス供給配管26、燃料ガス排出配管28を含む燃料ガス流路上に設けられてもよく、酸化ガスバッファタンク50bは、酸化ガス供給配管36、酸化ガス排出配管38を含む酸化ガス流路上に設けられてもよい。ただし、例えば100枚程度以上の燃料電池セル42を積層させる際には、燃料ガスバッファタンク50aおよび酸化ガスバッファタンク50bは、図1に示したように、通常運転時のガス流路である、燃料ガス供給配管26、燃料ガス排出配管28および酸化ガス供給配管36、酸化ガス排出配管38とは別の部位に、接続管44a,44bを使用して、配置させることが好ましく、また別の実施の形態においては、例えば燃料電池スタック20の上流側と下流側に複数の燃料ガスバッファタンク50aを設けても良い。
The fuel
なお、上記構成により、例えば燃料ガスバッファタンク50aおよび酸化ガスバッファタンク50bに対する反応ガスの流入が円滑に行なわれずに、所定の容量を有するバッファタンクとして十分に機能しないおそれのある場合には、例えば燃料ガスバッファタンク50aおよび酸化ガスバッファタンク50bまたはその近傍にガス抜き口を設け、また例えばそれぞれの反応ガスが循環可能となるような流路を別に設けて、燃料電池システム100の運転停止前に燃料ガスバッファタンク50aおよび酸化ガスバッファタンク50b内の反応ガスの貯留を確実に行なうことが好ましい。
In the above configuration, for example, when the reaction gas does not smoothly flow into the fuel
このように、燃料ガスバッファタンク50aおよび酸化ガスバッファタンク50bの配置は、適宜変更可能であるが、これに応じて、圧力センサ58a,58bおよび温度センサ60a,60bの数やその配置についても適宜変更してよい。
As described above, the arrangement of the fuel
なお、本発明の実施の形態において説明した、圧力センサ58a,58bによる数値Pf,Pa,P1〜P4は、実測値であってもよく、また温度センサ58a,58bにより得られた温度に基づく補正値であってもよいが、運転停止または起動待機状態から運転時までの温度変化に伴う圧力変化は著しいと考えられるため、好適には所定の温度を基準とする補正値が用いられる。
Note that the numerical values P f , P a , and P 1 to P 4 obtained by the
本発明は、あらゆる燃料電池システムにおいて好適に利用することができるが、特に、燃料ガスとして改質ガスを使用し、またはメタンガスや都市ガス・天然ガスなどの改質原料ガスを改質して使用する燃料電池システムにおいて好適に利用することが可能である。 The present invention can be suitably used in any fuel cell system, but in particular, a reformed gas is used as a fuel gas, or a reformed raw material gas such as methane gas, city gas or natural gas is reformed and used. The fuel cell system can be suitably used.
18 MEA、18a 燃料極、18b 電解質膜、18c 酸化極、20 燃料電池スタック、22 燃料ガス経路、24 酸化ガス経路、26 燃料ガス供給配管、28 燃料ガス排出配管、30 制御部、32 バルブ制御部、34a,34b 燃料ガス反応流路、36 酸化ガス供給配管、38 酸化ガス排出配管、40a,40b 酸化ガス反応流路、42 燃料電池セル(単セル)、44a,44b 接続管、46 改質ガス導入配管、48 改質器、50a 燃料ガスバッファタンク、50b 酸化ガスバッファタンク、52 指令部、56 放電素子、58a,58b 圧力センサ、60a,60b 温度センサ、100 燃料電池システム。
18 MEA, 18a Fuel electrode, 18b Electrolyte membrane, 18c Oxidation electrode, 20 Fuel cell stack, 22 Fuel gas path, 24 Oxidation gas path, 26 Fuel gas supply pipe, 28 Fuel gas discharge pipe, 30 Control part, 32
Claims (9)
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む酸化ガス流路と、
前記燃料ガス反応流路または前記酸化ガス反応流路のいずれか一方に連通し、所定の容量を有する少なくとも一つのガスバッファタンクと、
を有し、
少なくとも下記(1)式を満たすことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and can be opened and closed;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve that communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
At least one gas buffer tank communicating with either the fuel gas reaction channel or the oxidizing gas reaction channel and having a predetermined capacity;
Have
A fuel cell system satisfying at least the following expression (1).
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、
をさらに有し、
前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の前記反応ガスの流通を遮断し、
少なくとも酸化ガス反応流路内に残存する酸化ガス中に含有する酸素を所定の濃度以下まで減少させた後に運転停止させることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A valve controller capable of opening and closing a predetermined valve to control the flow of the reaction gas;
Further comprising
By the stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack,
The valve control unit closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack,
A fuel cell system characterized in that at least oxygen contained in an oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction channel is reduced to a predetermined concentration or less and then the operation is stopped.
前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを減少させるガス除去手段をさらに備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
A fuel cell system, further comprising a gas removal means for reducing the reaction gas in the fuel cell stack.
前記ガス除去手段は、前記燃料電池セルごとに接続された複数の放電手段であり、
前記放電手段に対応する前記燃料電池セルのそれぞれに残存する反応ガスを独立して除去することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2 or 3,
The gas removal means is a plurality of discharge means connected to each of the fuel cells,
A fuel cell system, wherein the reaction gas remaining in each of the fuel cells corresponding to the discharge means is independently removed.
前記ガスバッファタンクは、前記燃料ガス反応流路に連通し、所定量の燃料ガスを貯留可能な燃料ガスバッファタンクを含むことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
The fuel cell system, wherein the gas buffer tank includes a fuel gas buffer tank communicating with the fuel gas reaction channel and capable of storing a predetermined amount of fuel gas.
前記燃料ガスバッファタンクと連通可能な改質ガス供給源をさらに有し、
前記燃料ガス反応流路内に残存する前記燃料ガスを所定の圧力以下まで消費させた後に前記改質ガス供給源を前記燃料ガスバッファタンクと連通させて、前記燃料ガス反応流路内に改質ガスを供給することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
A reformed gas supply source capable of communicating with the fuel gas buffer tank;
After the fuel gas remaining in the fuel gas reaction channel is consumed to a predetermined pressure or lower, the reformed gas supply source is communicated with the fuel gas buffer tank to reform the fuel gas reaction channel. A fuel cell system for supplying gas.
改質ガス供給源と、
前記改質ガス供給源と、開閉可能な改質ガス導入バルブを備え、前記燃料ガス反応流路に連通する改質ガス導入配管と、
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
所定のバルブを開閉させてガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、
をさらに有し、
前記指令部の停止指令により所定の停止動作を行った後、
前記バルブ制御部による前記改質ガス導入バルブの開閉により前記燃料ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように改質ガス供給源から前記燃料電池スタックへの改質ガスの導入を制御するとともに、
前記バルブ制御部による前記酸化ガス排出側バルブの開閉により前記酸化ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように制御し、
前記指令部の起動指令まで運転待機することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
A reformed gas supply source;
The reformed gas supply source; a reformed gas introduction valve that can be opened and closed;
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A valve controller capable of controlling the flow of gas by opening and closing a predetermined valve;
Further comprising
After performing a predetermined stop operation by the stop command of the command unit,
The reformed gas is introduced from the reformed gas supply source to the fuel cell stack so that the pressure in the fuel gas reaction flow path becomes a predetermined pressure range by opening and closing the reformed gas introduction valve by the valve control unit. As well as control
Controlling the pressure in the oxidizing gas reaction flow path to be within a predetermined pressure range by opening and closing the oxidizing gas discharge side valve by the valve control unit;
A fuel cell system that stands by for operation until a start command of the command section.
前記燃料電池スタック内の電位を低下させる放電手段と、
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、
をさらに有し、
前記燃料電池スタックの停止中または待機中における前記指令部の起動指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開けて前記燃料ガス反応流路内の燃料ガスの流通を再開し、
前記燃料電池セルと前記放電手段とを接続し、
前記バルブ制御部により前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開けて前記酸化ガス反応流路内の酸化ガスの流通を再開させることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
Discharging means for lowering the potential in the fuel cell stack;
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A valve controller capable of opening and closing a predetermined valve to control the flow of the reaction gas;
Further comprising
By the start command of the command unit while the fuel cell stack is stopped or waiting,
The valve control unit opens the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve to resume the flow of the fuel gas in the fuel gas reaction flow path,
Connecting the fuel cell and the discharge means;
The fuel cell system, wherein the valve control unit opens the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve to resume the flow of the oxidizing gas in the oxidizing gas reaction channel.
開閉可能な改質ガス導入バルブを備え、前記燃料ガス反応流路に連通する改質ガス導入配管と、
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
所定のバルブを開閉させて所定のガスの流通を制御可能なバルブ制御部と、
前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを放電除去する放電手段と、
をさらに有し、
前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の前記反応ガスの流通を遮断し、
前記ガス除去手段により前記酸化ガス反応流路内に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路内に残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで減少させ、
前記バルブ制御部による前記改質ガス導入バルブの開閉により前記燃料ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように前記燃料電池スタックへの前記改質ガス導入配管を介する改質ガスの導入を制御するとともに、前記バルブ制御部による前記酸化ガス排出側バルブの開閉により前記酸化ガス反応流路内の圧力を所定の圧力範囲となるように制御して運転待機し、
前記指令部の起動指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開けて前記燃料電池スタック内の燃料ガスの流通を再開し、
前記燃料電池セルと前記放電手段とを接続し、
前記バルブ制御部により前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開けて前記燃料電池スタック内の酸化ガスの流通を再開させることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
A reformed gas introduction pipe comprising an openable and closable reformed gas introduction valve and communicating with the fuel gas reaction channel;
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A valve controller capable of opening and closing a predetermined valve to control the flow of a predetermined gas;
Discharging means for discharging and removing the reaction gas in the fuel cell stack;
Further comprising
By the stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack,
The valve control unit closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack,
Reducing the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction flow path and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction flow path to a predetermined concentration or less by the gas removing means,
Opening and closing of the reformed gas introduction valve by the valve control unit causes the reformed gas to pass through the reformed gas introduction pipe to the fuel cell stack so that the pressure in the fuel gas reaction flow path becomes a predetermined pressure range. In addition to controlling the introduction, the valve controller controls the pressure in the oxidizing gas reaction flow path to be within a predetermined pressure range by opening and closing the oxidizing gas discharge side valve, and waits for operation.
By the start command of the command unit,
The valve control unit opens the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve to resume the flow of the fuel gas in the fuel cell stack,
Connecting the fuel cell and the discharge means;
The fuel cell system, wherein the valve control unit opens the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve to resume the flow of the oxidizing gas in the fuel cell stack.
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