CN101874323A - 燃料电池系统及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统及其运行方法。本发明的燃料电池系统具备：具有燃料气体内部流路(11)以及氧化剂气体内部流路(12)的燃料电池(10)，氧化剂气体供给路径(62)、(64)，氧化剂气体供给器(31)，其上游端连通于氧化剂气体内部流路(12)而其下游端连接于氧化剂气体供给路径(64)的氧化剂气体排出路径(65)、(66)，被跨越设置于氧化剂气体供给路径(62)和氧化剂气体排出路径(65)上的水分交换器(32)，被配设于氧化剂气体排出路径(66)上的气体循环路径形成/解除器(34)，用于使气体循环路径内的气体循环的送风器(35)，以及被配设于氧化剂气体供给路径(62)上的大气连通/切断器(33)。

Description

燃料电池系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统及其运行方法，特别涉及希望防止阳极上的催化剂的耐CO中毒性降低的燃料电池系统及其运行方法。
背景技术
燃料电池系统一般具有层叠多个单电池(cell)的构造，各个单电池具备：输送离子的电解质层，被配置成夹持该电解质层的含有催化剂的阳极以及阴极，被形成为使以燃料气体一边接触于阳极一边流动的燃料气体流路，被形成为使氧化剂气体一边接触于阴极一边流动的氧化剂气体流路。被使用于像这样的燃料电池系统中的燃料气体即氢气没有配备基础供应设施，所以在家庭用的燃料电池中一般并设燃料处理器。该燃料处理器一般具备将配备有基础供应设施的城市燃气重整成富含氢的重整气体的重整器。可是，该重整气体含有较多的作为副产物的一氧化碳(以下称作为CO)，所以通常在重整器的下游设置转化器以及净化器，将该CO浓度降低至10ppm以下，从而该低CO浓度的重整气体作为燃料气体被供给至燃料电池的阳极。
另一方面，作为包含于阳极中的催化剂材料，一般使用铂，但是该铂在燃料电池的工作温度区域会由于CO而中毒，其催化活性会降低。因此，阳极催化剂通常由铂-钌合金等的具有耐CO中毒性的材料所构成。
但是，即使由这样的具有耐CO中毒性的材料构成阳极催化剂，为了确保其催化活性，也不得不将燃料气体中的CO浓度抑制在10ppm以下。因此，如以上所述，将转化器以及净化器设置于燃料处理器中，从而使包含于重整气体中的CO浓度降低至10ppm以下。由此来实现防止阳极的催化剂的催化活性的降低。
另外，在用清扫用气体(purge gas)置换燃料电池内的氧化剂气体这一点上，作为与本发明相关联的技术，已知有在启动停止时用惰性气体置换氧化剂气体的燃料电池系统(例如参照专利文献1)。在专利文献1公开的燃料电池系统中，因为是在将燃料气体和惰性气体封入到燃料电池内的状态下进行停止，所以能够较低地保持阳极以及阴极的电位，并能够抑制由于电极的氧化以及溶解而引起的劣化。
另外，在除去燃料电池内的水分这一点上，作为与本发明相关联的技术，已知有一种燃料电池系统，其在要停止运行的情况下，提供较通常运行时更加低的加湿度的氧化剂气体来进行发电，从而降低燃料电池内的残留水分(例如参照专利文献2)。在由专利文献2公开的燃料电池系统中，能够将残留于燃料电池内的水分的除去处理时间缩短，并能够在处于0℃以下的燃料电池停止运行时，防止由于残留水分的冷冻而引起的损害。另外，已知有一种燃料电池系统，在使燃料电池的运行停止的时候，将干燥了的反应气体作为清扫用气体供给至燃料电池中(例如参照专利文献3)。在由专利文献3公开的燃料电池系统中，通过将干燥了的反应气体供给至燃料电池，从而能够进行燃料电池内的水分清除。另外，已知有一种燃料电池系统，将具备吸附剂的水分吸附部设置于氧所通过的空气路径或者氢所通过的氢路径中的至少一者上(例如参照专利文献4)。在由专利文献4公开的燃料电池系统中，在燃料电池系统停止运行之后，通过切断空气路径以及氢路径的两端部，并由水分吸附部来吸附燃料电池内部的水分，从而能够除去燃料电池内部的水分。再有，已知有一种燃料电池系统，其具备：将从燃料电池中排出的阴极气体作为阴极循环气体循环到燃料电池的阴极侧的循环装置，以及除去阴极循环气体中水分的水分除去装置(例如参照专利文献5)。在由专利文献5公开的燃料电池系统中，在燃料电池停止的时候，停止供给阴极气体以及阳极气体，并在密闭了燃料电池的阴极侧之后，一边由水分除去装置除去阴极循环气体中的水分，一边使阴极循环气体循环，从而能够减少燃料电池内部的水分量。
专利文献1：日本特开2005-71778号公报
专利文献2：日本特开2006-156085号公报
专利文献3：日本特开2004-265684号公报
专利文献4：日本特开2002-208429号公报
专利文献5：日本特开2007-323863号公报
发明内容
然而，即使是上述现有的燃料电池系统，从防止在长时间运行的情况下的阳极湿润性的变化以及随之而来的耐CO中毒性的降低的观点出发，仍然还有改善的余地。
本发明是为了解决如以上所述的课题而做出的，第1目的是提供一种能够恢复阳极湿润性的劣化以及阳极催化剂的耐CO中毒性的劣化的燃料电池系统以及其运行方法。另外，本发明的第2目是提供一种在处于0℃以下的燃料电池停止的时候、能够抑制由于残留于燃料电池内的水分的冷冻而引起的高分子电解质膜的破损等的燃料电池系统以及其运行方法。
本发明人等为了解决上述技术问题而使用高分子电解质型燃料电池来悉心研究，其结果发现：如果将干燥的气体供给至由于长时间运行而使耐CO中毒性发生明显劣化的燃料电池的阳极，则耐CO中毒性会得到恢复。耐CO中毒性的劣化体现在燃料电池的输出电压发生降低，然而使燃料气体的CO浓度发生变化而测定输出电压的变化等，从而确认该燃料电池输出电压的降低是起因于阳极的劣化。
不过，通过供给干燥气体来恢复阳极催化剂的耐CO中毒性的机理还未被弄清楚。本发明人推测该机理为如下所述的那样。即，由于燃料电池的长时间运行而使阳极表面发生亲水化，由此就在阳极上保持了多量的水，该多量的水使得阳极的耐CO中毒性降低，其结果是使得输出电压的降低变大。所以，若通过将干燥气体供给至阳极从而由干燥气体除去该多量的水，则阳极的耐CO中毒性恢复。
另外，有以下附注。
第1：干燥气体必须在燃料电池不进行发电的时候供给至阳极。本发明人确认了：在燃料电池进行发电的时候，即使将干燥气体供给至阳极，阳极的耐CO中毒性也不会得到恢复。另外，如果在发电过程中将干燥气体供给至阳极，那么就有可能导致高分子电解质膜的损伤等。因此，由专利文献2所公开的技术(在将要停止运行的情况下，提供较通常运行时更加低的加湿度的氧化剂气体来发电，并减少燃料电池内的残留水分)是在发电过程中进行水分除去，所以认为由该技术不能够恢复阳极的耐CO中毒性的劣化。
第2：关于干燥气体的干燥程度，有必要注意加湿了的气体和没有加湿的气体在干燥程度上有着显著的不同。没有加湿的气体的露点为冰点以下的温度，而加湿了的气体的露点则为室温以上的温度。因此，本发明人认为：即使是低加湿且将加湿了的气体供给至阳极，也基本不能够恢复阳极的耐CO中毒性的劣化。因此，在由专利文献2所记载的技术中，为了除去水分而使用加湿(低加湿)了的气体，所以从这个观点出发，也认为不能够由该技术使阳极的耐CO中毒性恢复。
第3：清扫用气体只要供给至阳极和阴极的至少任意一者就是有效的。其原因是，例如，在将干燥气体只供给至阴极的情况下，如果除去了阴极中的残留水分的话，那么由于阳极与阴极之间的水的浓度差，水分会通过电解质层从阳极向阴极移动，从结果上来是除去了阳极和阴极这二者的水分。
本发明就是基于如此的见解作出的。即，本发明所涉及的燃料电池系统具备：燃料电池，其具有：分别包含催化剂并具有气体扩散性的阳极以及阴极，被形成为使得燃料气体接触于所述阳极而进行流动的燃料气体内部流路，以及被形成为使得氧化剂气体接触于所述阴极而进行流动的氧化剂气体内部流路；氧化剂气体供给路径，其下游端连通于所述氧化剂气体内部流路的上游端；氧化剂气体供给器，被连接于所述氧化剂气体供给路径的上游端，且用于通过该氧化剂气体供给路径将氧化剂气体提供给所述氧化剂气体内部流路；氧化剂气体排出路径，其上游端连通于所述氧化剂气体内部流路的下游端；水分交换器，被跨越设置于所述氧化剂气体供给路径和所述氧化剂气体排出路径上，用于在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的气体之间进行水分交换；气体循环路径形成/解除器，用于通过连接和断开第1部分和第1连接点从而形成以及解除封闭的气体循环路径，所述第1部分是所述氧化剂气体排出路径的相对于所述水分交换器为下游侧的部分，所述第1连接点位于所述氧化剂气体供给路径的相对于所述水分交换器为下游的位置；送风器，用于使所述气体循环路径内的气体循环；大气连通/切断器，用于将第2部分与大气连通和切断，所述第2部分是所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点与所述水分交换器之间的部分。在此，在本发明中，所谓气体循环路径内的气体，是指存在于气体循环路径内的气体并且是至少含有氧化剂气体的气体。
由此，在燃料电池系统停止的时候，在水分交换器内，从氧化剂气体供给器提供的干燥了的氧化剂气体吸收并除去被保持于气体循环路径内的气体的水分，因而通过使气体循环路径内的气体循环，从而就能够除去在运行时被保持于阴极以及阳极上的水分。因此，就能够恢复气体扩散层的气体扩散性，另外，还能够恢复由于运行而发生劣化的阳极的耐CO中毒性。再有，即使在燃料电池系统的环境温度成为低温(例如0℃以下)那样的情况下，在发电运行时干燥了的氧化剂气体吸收并除去被保持于阴极以及阳极的水分，从而也能够抑制由于残留于燃料电池内的水分的冷冻而引起的高分子电解质膜的破损等。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，在所述燃料电池系统的停止动作的过程中，所述气体循环路径形成/解除器连接所述氧化剂气体排出路径的所述第1部分和所述氧化剂气体供给路径的第1连接点，从而由所述氧化剂气体供给路径的相对于第1连接点为下游的部分、所述氧化剂气体内部流路以及所述氧化剂气体排出路径，形成所述气体循环路径；所述大气连通/切断器使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分连通于大气；所述送风器使所述气体循环路径内的气体循环，从而利用所述水分交换器，在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的所述气体之间进行水分交换。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，具备：控制器；和气体排出路径，其使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分连通于大气；所述气体循环路径形成/解除器被配设于所述氧化剂气体排出路径的所述第1部分且是第1三通阀，该第1三通阀将所述第1部分的所述水分交换器侧的部分，选择性地连接于所述氧化剂气体供给路径的第1连接点和所述第1部分的下游端侧的部分；所述大气连通/切断器被配设于所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分且是第2三通阀，该第2三通阀将所述第2部分的所述水分交换器侧的部分，选择性地连接于所述第2部分的所述第1连接点侧的部分和所述气体排出路径；所述控制器控制所述氧化剂气体供给器、第1三通阀以及第2三通阀。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，在所述燃料电池系统的停止动作过程中，所述控制器进行下述控制：对于所述第1三通阀，使所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点；之后，对于所述第2三通阀，使所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径，并且使所述氧化剂气体供给器供给所述氧化剂气体。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，进一步具备用于检测所述燃料电池的温度的温度检测器；在由所述温度检测器检测出的所述燃料电池的温度达到预先设定的阈值以下的情况下，所述控制器使利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给、以及利用所述送风器进行的所述气体循环路径内的所述气体的循环停止。
由此，可以切实地进行燃料电池的水分除去操作，并既具有省能源性的效果又能够避免电解质层的过度干燥。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，进一步具备检测所述气体循环路径内的所述气体的压力的压力检测器；在由所述压力检测器检测出的所述气体循环路径内的压力成为负压的情况下，所述控制器对所述第2三通阀进行控制以使所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述第2部分的所述第1连接点侧的部分，从而进行补压。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，具备存储所述补压的次数的存储部；当所述补压的次数达到规定的次数以上时，所述控制器使利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给、以及利用所述送风器进行的所述气体循环路径内的所述气体的循环停止。
由此，可以切实地进行燃料电池的水分除去操作，并既具有省能源性的效果又能够避免电解质层的过度干燥。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，进一步具备：清扫用气体供给路径，其下游端被连接于所述气体循环路径；和清扫用气体供给器，其被连接于所述清扫用气体供给路径的上游端；所述控制器控制所述清扫用气体供给器。
由此，在燃料电池停止的时候，通过从清扫用气体供给器将清扫用气体供给至清扫用气体循环路径，从而干燥了的清扫用气体吸收并除去在运行时被保持于阴极以及阳极的水分，所以能够恢复气体扩散层的气体扩散性，另外，还能够恢复由于运行而发生劣化的阳极的耐CO中毒性。再有，即使在燃料电池系统的环境温度成为低温(例如0℃以下)那样的情况下，通过干燥了的氧化剂气体吸收并除去发电时被保持于阴极以及阳极的水分，从而也能够抑制由于残留于燃料电池内的水分的冷冻而引起的高分子电解质膜的破损等。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，在所述燃料电池系统的停止动作过程中，所述控制器进行下述控制：对于所述第2三通阀，使所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径，并且使所述氧化剂气体供给至所述氧化剂气体供给器，
之后，使所述清扫用气体供给器供给所述清扫用气体，从而对所述氧化剂气体内部流路以及所述氧化剂气体排出路径中的所述气体进行清扫；之后，对于所述第1三通阀，使所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点；之后，使所述清扫用气体供给器停止供给所述清扫用气体；之后，使所述送风器进行工作从而使所述清扫用气体通过所述气体循环路径进行循环。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，进一步具备用于检测所述燃料电池的温度的温度检测器；在由所述温度检测器检测出的所述燃料电池温度为预先设定的阈值以下的情况下，所述控制器使利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给以及利用所述送风器进行的所述清扫用气体的循环停止。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，进一步具备检测所述清扫用气体循环路径内的所述气体的压力的压力检测器；在由所述压力检测器检测出的所述气体循环路径内的压力成为负压的情况下，所述控制器使所述清扫用气体供给器供给所述清扫用气体来进行补压。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，具备存储所述补压的次数的存储部；
在所述补压的次数达到规定次数以上的情况下，所述控制器停止利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给以及利用所述送风器进行的所述清扫用气体的循环。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统也可以是，具备：提供原料气体的原料供给器，对所述原料气体进行重整并生成燃料气体的燃料处理器，以及连接所述原料供给器和所述燃料处理器的原料气体供给路径；所述清扫用气体供给器是所述原料供给器。
另外，在本发明所涉及的燃料电池系统中，所述清扫用气体可以是氢气。
再有，在本发明所涉及的燃料电池系统中，所述水分交换器可以是全热交换器。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统的运行方法的特征在于：所述燃料电池系统具备：燃料电池，其具有：分别包含催化剂并具有气体扩散性的阳极以及阴极，被形成为使得燃料气体接触于所述阳极而进行流动的燃料气体内部流路，以及被形成为使得氧化剂气体接触于所述阴极而进行流动的氧化剂气体内部流路；氧化剂气体供给路径，其下游端连通于所述氧化剂气体内部流路的上游端；氧化剂气体供给器，被连接于所述氧化剂气体供给路径的上游端，且用于通过该氧化剂气体供给路径将氧化剂气体提供给所述氧化剂气体内部流路；氧化剂气体排出路径，其上游端连通于所述氧化剂气体内部流路的下游端；水分交换器，被跨越设置于所述氧化剂气体供给路径和所述氧化剂气体排出路径上，用于在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的气体之间进行水分交换；气体循环路径形成/解除器，用于通过连接和断开第1部分和第1连接点从而形成以及解除封闭的气体循环路径，所述第1部分是所述氧化剂气体排出路径的相对于所述水分交换器为下游侧的部分，所述第1连接点位于所述氧化剂气体供给路径的相对于所述水分交换器为下游的位置；送风器，用于使气体通过所述气体循环路径进行循环；大气连通/切断器，用于将第2部分与大气连通和切断，所述第2部分是所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点与所述水分交换器之间的部分；气体排出路径，使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分与大气相连通；在所述燃料电池系统的停止动作的过程中，包括：所述气体循环路径形成/解除器将所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点的步骤，所述大气连通/切断器将所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径的步骤，所述氧化剂气体供给器提供所述氧化剂气体的步骤。
由此，在燃料电池系统停止的时候，在水分交换器内，从氧化剂气体供给器提供的干燥了的氧化剂气体吸收并除去被保持于气体循环路径内的气体中的水分，因而通过使气体循环路径内的气体循环，从而能够除去在运行时被保持于阴极以及阳极的水分。因此，就能够恢复气体扩散层的气体扩散性，另外，也就能够恢复由于运行而发生劣化的阳极的耐CO中毒性。再有，即使在燃料电池系统的环境温度成为低温(例如0℃以下)那样的情况下，通过干燥了的氧化剂气体吸收并除去在发电时被保持于阴极以及阳极的水分，从而就能够抑制由于残留于燃料电池内的水分的冷冻而引起的高分子电解质膜的破损等。
再有，本发明所涉及的燃料电池系统的运行方法，其特征在于：所述燃料电池系统具备：燃料电池，其具有：分别包含催化剂并具有气体扩散性的阳极以及阴极，被形成为使得燃料气体接触于所述阳极而进行流动的燃料气体内部流路，以及被形成为使得氧化剂气体接触于所述阴极而进行流动的氧化剂气体内部流路；氧化剂气体供给路径，其下游端连通于所述氧化剂气体内部流路的上游端；氧化剂气体供给器，被连接于所述氧化剂气体供给路径的上游端，且用于通过该氧化剂气体供给路径将氧化剂气体提供给所述氧化剂气体内部流路；氧化剂气体排出路径，其上游端连通于所述氧化剂气体内部流路的下游端；水分交换器，被跨越设置于所述氧化剂气体供给路径和所述氧化剂气体排出路径上，用于在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的气体之间进行水分交换；气体循环路径形成/解除器，用于通过连接和断开第1部分和第1连接点从而形成以及解除封闭的气体循环路径，所述第1部分是所述氧化剂气体排出路径的相对于所述水分交换器为下游侧的部分，所述第1连接点位于所述氧化剂气体供给路径的相对于所述水分交换器为下游的位置；气体排出路径，使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分与大气相连通；清扫用气体供给路径，其下游端连接于所述气体循环路径；清扫用气体供给器，连接于所述清扫用气体供给路径的上游端；送风器，用于使所述清扫用气体通过所述清扫用气体循环路径进行循环；大气连通/切断器，用于将第2部分与大气连通和切断，所述第2部分是所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点与所述水分交换器之间的部分；在所述燃料电池系统的停止动作的过程中，包括：所述大气连通/切断器将所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径的步骤，所述氧化剂气体供给器提供所述氧化剂气体的步骤，所述清扫用气体供给器提供所述清扫用气体从而清扫所述氧化剂气体内部流路以及所述氧化剂气体排出路径中的气体的步骤，所述气体循环路径形成/解除器将所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点的步骤，所述清扫用气体供给器停止提供所述清扫用气体的步骤，以及所述送风器进行工作从而使所述清扫用气体通过所述气体循环路径进行循环的步骤。
由此，在燃料电池系统停止时，通过从清扫用气体供给器将清扫用气体供给至氧化剂气体内部流路，从而使干燥了的清扫用气体吸收并除去在运行时被保持于阴极以及阳极的水分，所以就能恢复气体扩散层的气体扩散性，另外，也就能够恢复由于运行而发生劣化的阳极的耐CO中毒性。再有，即使在燃料电池系统的环境温度成为低温(例如0℃以下)那样的情况下，通过使干燥了的清扫用气体吸收并除去在发电运行时被保持于阴极以及阳极的水分，从而就能够抑制由于残留于燃料电池内的水分的冷冻而引起的高分子电解质膜的破损等。
本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点可以在参照附图的情况下，根据以下优选的实施方式的详细说明而得以明了。
根据本发明的燃料电池系统以及其使用方法，能够充分恢复阳极的耐CO中毒性。另外，还能够恢复燃料电池的电极的气体扩散性。由此，就能够维持燃料电池的发电效率并且提高燃料电池系统的可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图。
图2是示意性地表示由图1所表示的燃料电池系统中的燃料电池的电池堆的概略构成的截面图。
图3是概略性地表示由图1所表示的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
图4是示意性地表示由图1所表示的燃料电池系统的停止动作过程中的清扫用气体以及氧化剂气体的流动的图。
图5是示意性地表示由图1所表示的燃料电池系统的停止动作过程中的清扫用气体以及氧化剂气体的流动的图。
图6是表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图。
图7是概略性地表示实施方式2所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
图8是表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图。
图9是概略性地表示实施方式3所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
图10是表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图。
图11是概略性地表示实施方式4所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
图12是表示本发明的实施方式5所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图。
图13是表示本发明的实施方式6所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图。
图14是概略性地表示实施方式6所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
图15是表示本发明的实施方式7所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图。
图16是概略性地表示本发明的实施方式7所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
符号说明
1高分子电解质膜
2a阳极
2b阴极
3MEA(Membrane-Electrode-Assembly：膜-电极组件)
4密封垫圈
5a阳极隔板
5b阴极隔板
6燃料气体流路
7氧化剂气体流路
8第1热介质流路
9单电池
10燃料电池
11燃料气体内部流路
12氧化剂气体内部流路
13第1热介质内部流路
21原料气体供给器(清扫用气体供给器)
21a储氢罐
22燃料处理器
23燃烧器
24冷凝器
25储水罐
26止回阀
27第2泵
31氧化剂气体供给器
32全热交换器(水分交换器)
32a一次流路
32b二次流路
33第1切换阀(大气连通/切断器：第2三通阀)
33a第1端口
33b第2端口
33c第3端口
34第2切换阀(气体循环路径形成/解除器：第1三通阀)
34a第1端口
34b第2端口
34c第3端口
35第1泵(送风器)
36清扫用气体开关阀
41热交换器
41a一次流路
41b二次流路
42热水储罐
51原料气体供给路径
52清扫用气体供给路径
53燃料气体供给路径
54燃料气体排出路径
55尾气供给路径
61第1氧化剂气体供给路径
62第2氧化剂气体供给路径(第2部分)
62a第2氧化剂气体供给路径上游部
62b第2氧化剂气体供给路径下游部
63气体排出路径
64第3氧化剂气体供给路径
64a第3氧化剂气体供给路径上游部
64b第3氧化剂气体供给路径下游部
65氧化剂气体排出路径上游部
66氧化剂气体排出路径中游部
67氧化剂气体排出路径下游部
68连接路径
69第1连接点
70第2连接点
71a第1热介质去路
71b第1热介质归路
72a第2热介质去路
72b第2热介质归路
73冷凝水供给路径
74重整用水供给路径
81控制器
82电压检测器
83电配线
84温度检测器
85压力检测器
90电池堆
100燃料电池系统
具体实施方式
以下是参照附图说明本发明的优选实施方式。还有，在所有的图中，将相同的符号标注于相同或者相当的部分上，省略重复说明。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图，其示意性地表示了在燃料电池发电时的反应气体的流动。
[燃料电池系统的构成]
如图1所示，本实施方式1所涉及的燃料电池系统100具备燃料电池10、燃料气体供给系统、氧化剂气体供给系统、冷却系统以及控制器81。燃料气体供给系统被构成为将燃料气体供给至燃料电池10，并具有原料气体供给器(清扫用气体供给器)21、燃料处理器(燃料气体供给器)22、冷凝器24。另外，氧化剂气体供给系统被构成为将氧化剂气体供给至燃料电池10，并具有氧化剂气体供给器31和全热交换器(水分交换器)32。
首先，就燃料电池10的构成作如下说明。
在这里，燃料电池10是由高分子电解质型燃料电池构成的，燃料电池10是由具有板状整体形状的单电池9在其厚度方向上层叠而成的电池堆构成的。在此，参照图2就单电池9作如下说明。
图2是示意性地表示由图1所表示的燃料电池系统100中的燃料电池10的电池堆的概略构成的截面图。
如图2所示，单电池9具有MEA3(Membrane-Electrode-Assembly：电解质层-电极层叠体)、密封垫圈4、阳极隔板5a和阴极隔板5b。MEA3具有选择性地输送氢离子的高分子电解质膜(电解质层)1、阳极2a以及阴极2b；阳极2a以及阴极2b(将这些电极称之为气体扩散电极)在高分子电解质膜1的两面上被设置成位于其周缘部的内侧。阳极2a以及阴极2b分别具有：将担载了铂类金属催化剂的碳粉末作为主要成分的催化剂层(未图示)，和被配设于催化剂层之上并兼备有透气性和导电性的气体扩散层(未图示)。
另外，在阳极2a以及阴极2b的周围夹持着高分子电解质膜1而配设有一对环状橡胶制的密封垫圈4。于是，以夹持MEA3和密封垫圈4的方式配设导电性的阳极隔板5a和阴极隔板5b。在阳极隔板5a的与MEA3相接触的主面(以下称之为内表面)上配设有使燃料气体在其中流通的沟槽状的燃料气体流路6，另一方面，在阴极隔板5b的与MEA3相接触的主面(以下称之为内表面)上配设有使氧化剂气体在其中流通的沟槽状的氧化剂气体流路7。另外，在阳极隔板5a以及阴极隔板5b(以下将这些隔板称为隔板5a、5b)的外面上，分别配设有用于将电池堆内调节到恰当的温度的使第1热介质在其中流通的第1热介质流路8。
还有，在高分子电解质膜1、密封垫圈4以及隔板5a、5b的周围，分别配设有由厚度方向的贯通孔构成的燃料气体供给用集流管(manifold)孔、燃料气体排出用集流管孔、氧化剂气体供给用集流管孔、氧化剂气体排出用集流管孔、第1热介质供给用集流管孔以及第1热介质排出用集流管孔(都未图示)。
并且，通过在其厚度方向上层叠如以上所述形成的单电池9从而形成了单电池层叠体，将集电板、绝缘板以及端板(都未图示)配置于单电池层叠体的两端，并用联结器具(未图示)进行联结，从而形成电池堆90。此时，在层叠单电池9的时候，被配设于高分子电解质膜1、密封垫圈4以及隔板5a、5b上的燃料气体供给用集流管孔等的集流管孔，在厚度方向上进行连接，从而分别形成燃料气体供给用集流管等的集流管。还有，由燃料气体供给用集流管、燃料气体排出用集流管、以及以连接这些集流管的方式配设于各个阳极隔板5a上的燃料气体流路6，构成燃料气体内部流路11；由氧化剂气体供给用集流管、氧化剂气体排出用集流管、以及以连接这些集流管的方式配设于各个阴极隔板5b上的氧化剂气体流路7，构成氧化剂气体内部流路12；另外，由第1热介质供给用集流管、第1热介质排出用集流管、以及以连接这些集流管的方式进行配设的第1热介质流路8，构成第1热介质内部流路13(参照图1)。
接着，参照图1就燃料气体供给系统的构成作如下说明。
燃料气体供给系统具备原料气体供给路径51。在原料气体供给路径51的上游端配设有原料气体供给器(清扫用气体供给器)21。在此，作为原料气体，使用将甲烷作为主要成分的城市燃气，原料气体供给器21的入口连接于城市燃气的配管(未图示)。原料气体供给器21具有未图示的脱硫器和柱塞泵(plunger pump)。脱硫器将作为加臭剂而包含于原料气体中的硫化合物吸附除去(脱硫)，柱塞泵一边调整脱了硫的原料气体的流量一边使其流向原料气体供给路径51。
在原料气体供给路径51的下游端连接有燃料处理器22。还有，虽然在此是以一个设备构成原料气体供给器和清扫用气体供给器，但是并不限定于此，也可以是以各自独立的方式构成。
燃料处理器22具备按处理气体的流动方向依次配设的重整器、转化器以及净化器(都未图示)。重整器具备重整催化剂，原料气体供给路径51被连接于该重整器的入口。在重整器中配设有燃烧器23。燃烧器23使从燃料电池10提供的尾气(如后所述)被从燃烧空气供给器(未图示)提供的燃烧用空气燃烧。然后，在重整器中，利用由燃烧器23所生成的燃烧气体的传热，使从原料气体供给路径51提供的原料气体与从后述的储水罐25提供的水发生重整反应，从而生成富含氢的重整气体。在转化器以及净化器中，通过使由重整器生成的重整气体进行转化反应以及选择反应，从而生成一氧化碳浓度降低至10ppm以下的燃料气体(含有水蒸气)。
在燃料处理器22的净化器的出口连接着燃料气体供给路径53的上游端，其下游端连接于燃料电池10的燃料气体内部流路11(准确地说是燃料气体供给用集流管)的入口。由此，由燃料处理器22生成的燃料气体被供给至燃料电池10内的阳极2a，并与通过别的途径供给至阴极2b的氧化剂气体发生反应，从而生成水，并产生电和热。
另外，在燃料电池10的燃料气体内部流路11(准确地说是燃料气体排出用集流管)的出口，连接着燃料气体排出路径54的上游端，而其下游端被连接于燃烧器23，且在其中途配设有冷凝器24。由此，未发生反应的燃料气体以及水分(水蒸气和水)通过燃料气体排出路径54流出至冷凝器24。
冷凝器24被构成为：通过使水蒸气冷凝并使其液化成水，从而使未反应的燃料气体和水分分离。然后，由冷凝器24分离的未发生反应的燃料气体被作为尾气供给至燃烧器23，并如以上所述，在燃烧器23中燃烧。
另外，被分离出的水分在冷凝器24内被过滤掉杂质，并通过冷凝水供给路径73而被供给至储水罐25。重整用水供给路径74的上游端连接在储水罐25上，其下游端被连接于燃料处理器22的重整器。由此，从储水罐25向燃料处理器22的重整器供给水，该水被用于重整反应。还有，虽然在此是从储水罐25提供用于重整反应的水，但是并不限定于此，也可以另外配设将水供给至重整器的机构。
接着，参照图1就氧化剂气体供给系统的构成作如下说明。
氧化剂气体供给系统具备氧化剂气体供给器31。作为氧化剂气体，在此使用空气，氧化剂气体供给器31例如是由鼓风机构成的。在氧化剂气体供给器31上连接着第1氧化剂气体供给路径61的上游端，其下游端与全热交换器32的一次流路32a的入口相连接。另外，在全热交换器32的一次流路32a的出口连接着第2氧化剂气体供给路径上游部62a的上游端，其下游端被连接于由三通阀构成的第1切换阀(大气连通/切断器：第2三通阀)33的第1端口33a。在第1切换阀33的第2端口33b上连接有气体排出路径63，在第3端口33c上连接着第2氧化剂气体供给路径下游部62b的上游端，其下游端连接于第3氧化剂气体供给路径64的上游端。另外，第3氧化剂气体供给路径64的下游端与燃料电池10的氧化剂气体内部流路12(准确地说是氧化剂气体供给用集流管)的入口相连接。由此，在第1切换阀33以及后述的第2切换阀34处于规定的切换状态的情况下，氧化剂气体通过氧化剂气体供给器31而被供给至燃料电池10的阴极2b，并与如以上所述被供给至阳极2a的燃料气体发生反应，从而生成水，并产生电和热。还有，由第2氧化剂气体供给路径上游部62a以及第2氧化剂气体流路下游部62b构成了第2氧化剂气体供给路径(氧化剂气体供给路径的第2部分)62，由第1至第3氧化剂气体供给路径61、62、64构成了氧化剂气体供给路径。
在燃料电池10的氧化剂气体内部流路12(准确地说是氧化剂气体排出用集流管)的出口，连接着氧化剂气体排出路径上游部65的上游端，其下游端与全热交换器32的二次流路32b的入口相连接。另外，在全热交换器32的二次流路32b的出口连接着氧化剂气体排出路径中游部(氧化剂气体排出路径的第1部分)66的上游端，其下游端被连接于由三通阀构成的第2切换阀(气体循环路径形成/解除器：第1三通阀)34的第1端口34a。并且，在第2切换阀34的第2端口34b上连接有氧化剂气体排出路径下游部67。由此，从氧化剂气体供给器31供给至燃料电池10的氧化剂气体(以下称为供给氧化剂气体)在全热交换器32中与从燃料电池10排出的氧化剂气体(以下称为排出氧化剂气体)进行热交换；另外，包含于排出氧化剂气体中的水分向供给氧化剂气体移动，从而供给氧化剂气体被加湿。然后，排出氧化剂气体从氧化剂气体排出路径下游部67排出至燃料电池系统100外。还有，在氧化剂气体排出路径中游部66的中途配设有第1泵(送风器)35。该第1泵35可以使用公知的泵。另外，在此，第1泵35被配设于氧化剂气体排出路径中游部66的中途，但是并不限定于此，只要是在构成后述的清扫用气体循环路径的各个流路的中途，那么可以配设于任何位置。还有，在本实施方式1中，作为送风器，示例了泵，但是并不限定于此，例如可以使用鼓风机或者风扇等。
另一方面，在第2切换阀34的第3端口34c上连接着连接路径68的上游端，其下游端与第3氧化剂气体供给路径64的上游端相连接。还有，将该第3氧化剂气体供给路径64与连接路径68的连接点称作为第1连接点69，在第1连接点69上连接有第2氧化剂气体供给路径下游部62b的下游端。
另外，在第3氧化剂气体供给路径64的第1连接点69与下游端之间，连接着其上游端被连接于原料气体供给路径51的清扫用气体供给路径52的下游端，在清扫用气体供给路径52的中途配设有清扫用气体开关阀36。还有，将该第3氧化剂气体供给路径64与清扫用气体供给路径52的连接点称作为第2连接点70，将从第3氧化剂气体供给路径64的第1连接点69到第2连接点70这一段称作为第3氧化剂气体供给路径上游部64a，将从第2连接点70到下游端这一段称作为第3氧化剂气体供给路径下游部64b。
于是，由连接路径68、第3氧化剂气体供给路径64、氧化剂气体内部流路12、氧化剂气体排出路径上游部65、二次流路32b以及氧化剂气体排出路径中游部66，构成了清扫用气体循环路径(气体循环路径)。该清扫用气体循环路径中的气体流动将在后面叙述。
接着，参照图1就冷却系统的构成作如下说明。
冷却系统具有第1热介质去路71a。第1热介质去路71a的上游端与燃料电池10的第1热介质内部流路13的出口相连接，其下游端则与热交换器41的一次流路41a的入口相连接。热交换器41的一次流路41a的出口通过第1热介质归路71b而被连接于第1热介质内部流路13的入口。还有，在第1热介质去路71a上配设有泵(未图示)，第1热介质通过第1热介质内部流路13、第1热介质去路71a、一次流路41a以及第1热介质归路71b而进行循环。
另外，在热交换器41的二次流路41b的入口连接有第2热介质去路72a的下游端，而在二次流路41b的出口连接有第2热介质归路72b的上游端。并且，第2热介质去路72a的上游端和第2热介质归路72b的下游端分别连接于热水储罐42。还有，在第2热介质去路72a上配设有泵(未图示)，第2热介质通过热水储罐42、第2热介质去路72a、二次流路41b以及第2热介质归路72b进行循环。
由此，第1热介质回收从燃料电池10排放出来的热，并在热交换器41中与第2热介质作热交换，从而冷却燃料电池10，并将其维持于适当温度，同时回收的排放热被储蓄于热水储罐中，以被利用于规定的用途。还有，在这里，使用水作为第1热介质以及第2热介质。还有，虽然在这里使用水作为第1热介质，但是例如也可以使用含有乙二醇等的防冻液。
接着，就控制器81作如下说明。
控制器81由微型电子计算机等的计算机构成，并具有由CPU等构成的运算处理部、由存储器构成的存储部以及计时部(都未图示)。运算处理部读出存储部中所存储的规定的控制程序，并对其进行执行，由此进行与燃料电池系统100相关的各种控制。另外，运算处理部对被存储在存储部中的数据进行处理。
在此，在本说明书中，所谓控制器，不仅仅是指单独的控制器，而且还是指多个控制器共同工作来进行对燃料电池系统的控制的控制器组。因此，控制器81不是必须由单独的控制器来构成，也可以被构成为分散配置多个控制器并通过使这些控制器共同工作来进行对燃料电池系统的控制。
[燃料电池系统的动作(运行方法)]
首先，参照图1，就用本实施方式1所涉及的燃料电池系统100中的燃料电池10进行发电时的一般动作(运行方法)，作如下说明。还有，以下的动作是通过控制器81控制燃料电池系统100来执行的。
在进行发电的时候，关闭清扫用气体开关阀36，以使得原料气体(清扫用气体)不在第3氧化剂气体供给路径64中进行流通。另外，第1切换阀33进行如下动作：使第1端口33a与第3端口33c相连通，并且切断第2端口33b，从而使供给氧化剂气体在第2以及第3氧化剂气体供给路径62、64中流通。再有，第2切换阀34进行如下动作：使第1端口34a与第2端口34b相连通，并且切断第3端口34c，从而将排出氧化剂气体从氧化剂气体排出路径下游部67向燃料电池系统100外排出。
由此，如图1所示，原料气体被从原料气体供给器21供给至燃料处理器22，从而生成燃料气体。生成的燃料气体在燃料气体供给路径53中流通，被并被供给至燃料电池10的阳极2a。另外，氧化剂气体在第1氧化剂气体供给路径61、一次流路32a、第2以及第3氧化剂气体供给路径62、64中按顺序流通，并被从氧化剂气体供给器31供给至燃料电池10的阴极2b。此时，如以上所述，供给氧化剂气体在全热交换器32中与排出氧化剂气体作热交换以及水分交换。
被供给至燃料电池10的燃料气体和氧化剂气体在燃料电池内部发生反应而生成水。另外，未反应的燃料气体通过燃料气体排出路径54而被供给至冷凝器24，并与水分离，从而作为尾气被供给至燃烧器23。另一方面，未反应的氧化剂气体在氧化剂气体排出路径上游部65、二次流路32b、氧化剂气体排出路径中游部66、氧化剂气体排出路径下游部67中按顺序进行流通，从而被排出至燃料电池系统100外。
另外，在燃料电池10中，第1热介质被从第1热介质归路71b供给至第1热介质内部流路13，从而将燃料电池10的内部保持在规定的温度。具体是，第1热介质按第1热介质归路71b、第1热介质内部流路13、第1热介质去路71a以及一次流路41a的顺序进行循环，在一次流路41a中进行流通的第1热介质与在二次流路中进行流通的第2热介质作热交换，由此燃料电池10的内部被保持在规定的温度。与第1热介质作热交换的第2热介质被未图示的加热器加热，并通过第2热介质归路72b被供给至热水储罐42，从而作为热水被供给至使用者。
接着，参照图3至图5，就燃料电池系统100的停止动作作如下说明。
图3是概略性地表示由图1所表示的燃料电池系统100中的控制器81的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。图4以及图5是示意性地表示由图1所表示的燃料电池系统的停止动作过程中的清扫用气体以及氧化剂气体的流动的图。
首先，控制器81的运算处理部使发电停止并使停止动作开始(步骤S1)。在本发明中，将停止动作定义为：从控制器81输出停止信号起至燃料电池系统100停止其动作为止的动作。在由停止按钮输入停止指令的时候，以及在来自于负载的发电要求消失的时候，控制器81输出停止信号。另外，通过使未图示的、用于将燃料电池10的发电电力输出到外部的换流器(inverter)的输出为零，同时由换流器使燃料电池10从负载上电切断，来进行发电的停止。
接着，运算处理部对燃料处理器22输出停止指令(步骤S2)。由此，燃料处理器22停止向燃料电池10的阳极2a提供燃料气体。接着，运算处理部向清扫用气体开关阀36输出开放指令(步骤S3)。由此，清扫用气体开关阀36被开放，并且原料气体供给路径51通过清扫用气体供给路径52与第3氧化剂气体供给路径64相连通。接着，运算处理部控制第1切换阀33以停止氧化剂气体从第2氧化剂气体供给路径上游部62a向第2氧化剂气体供给路径下游部62b的流通，并使氧化剂气体从第2氧化剂气体供给路径上游部62a向气体排出路径63流通(步骤S4)。具体是，第1切换阀33使第1端口33a与第2端口33b相连通，并且切断第3端口33c。
由此，从清扫用气体供给路径52提供原料气体(清扫用气体)，而存在于清扫用气体循环路径中的氧化剂气体被清扫用气体清扫，并从氧化剂气体排出路径下游部67排出至燃料电池系统100外。另外，从氧化剂气体供给器31提供的氧化剂气体在第1氧化剂气体供给路径61、一次流路32a、第2氧化剂气体流路上游部62a以及气体排出路径63中按顺序流通，从而被排出至燃料电池系统100外(参照图4)。此时，在全热交换器32中，水分从存在于清扫用气体循环路径中的包含水分的氧化剂气体或者清扫用气体(气体循环路径内的气体)，向由氧化剂气体供给器31提供的干燥了的氧化剂气体移动(发生水分交换)。还有，步骤S3与步骤S4的顺序也可以相反。
接着，控制器81的运算处理部从计时部取得时间信息T1(步骤S5)，并判断从开放清扫用气体开关阀36的阀起的时间是否达到了被存储在存储部中的规定时间J1以上(步骤S6)。如果小于规定时间J1，那么返回到步骤S5，并且重复步骤S5、S6直至达到规定时间J1以上为止。另一方面，如果达到了规定时间J1以上，那么进入步骤S7。还有，处置时间J1是直至存在于清扫用气体循环路径内的氧化剂气体被清扫用气体充分置换为止的时间，是根据实验预先求得的时间。
在步骤S7中，运算处理部控制第2切换阀34，以使氧化剂气体停止从氧化剂气体排出路径下游部67排出，并使存在于氧化剂气体排出路径中游部66等的气体流路内的少量氧化剂气体以及清扫用气体，从氧化剂气体排出路径中游部66向旁通流路68流通。具体是，第2切换阀34使第1端口34a与第3端口34c相连通并且与第2端口34b切断。接着，运算处理部向清扫用气体开关阀36输出关闭指令(步骤S8)，并向原料气体供给器21输出停止指令(步骤S9)。由此，原料气体供给器21停止向第3氧化剂气体供给路径64提供清扫用气体。于是，形成了由连接路径68、第3氧化剂气体供给路径上游部64a、第3氧化剂气体供给路径下游部64b、氧化剂气体内部流路12、氧化剂气体排出路径上游部65、二次流路32b以及氧化剂气体排出路径中游部66构成的清扫用气体循环路径(参照图5)。还有，步骤S7～S9的顺序可以任意设定。
接着，控制器81的运算处理部向第1泵35发出工作指令(步骤S10)，第1泵35开始运行。由此，清扫用气体在清扫用气体循环路径内作循环。此时，在全热交换器32的二次流路32b中流通的包含水分的清扫用气体，与在一次流路32a中流通的从氧化剂气体供给器31提供的干燥了的氧化剂气体，进行水分交换并被除湿。被除湿了的清扫用气体被供给至燃料电池10的氧化剂气体内部流路12内，清扫用气体在流通于氧化剂气体内部流路12内的期间内，除去了(移走了)被保持于燃料电池10的阴极2b中的水分。然后，在流通于全热交换器32的二次流路32b的期间内被除湿。如以上所述，就除去了被保持在燃料电池10的阴极2b中的水分。另外，关于被保持在阳极2a中的水分，由于阴极2b与阳极2a的水的浓度差，水分通过高分子电解质膜1从阳极2a向阴极2b移动，从而被保持在阳极2a上的水分也被除去。
接着，运算处理部从计时部取得时间信息T2(步骤S11)，并判断从使第1泵35工作起的时间是否达到被存储在存储部中的规定时间J2以上(步骤S12)。如果小于规定时间J2，那么返回到步骤S11，并且重复步骤S11、S12直至达到规定时间J2以上为止。另一方面，如果达到了规定时间J2以上，那么进入到步骤S13。还有，规定时间J2是如下时间，即，在该时间内充分除去存在于清扫用气体循环路径以及燃料电池10内的水分，以恢复阳极2a的耐CO中毒性，还有恢复气体扩散性层的气体扩散性，并且高分子电解质膜1不被过度干燥，并且规定时间J2是根据实验预先求得的时间。
在步骤S13中，运算处理部输出第1泵35的运行停止指令。由此，第1泵35停止运行，伴随于此，清扫用气体循环路径内的清扫用气体的循环停止。接着，运行处理部向氧化剂气体供给器31输出运行停止指令(步骤S14)，从而结束本程序。由此，氧化剂气体供给器31的运行停止，燃料电池系统100停止。还有，步骤S13、S14的顺序也可以相反。
如以上所述，在本实施方式1所涉及的燃料电池系统100中，通过在燃料电池系统100运行停止时除去燃料电池10内的水分，从而能够防止高分子电解质膜1被过度干燥，同时能够充分恢复阳极2a的耐CO中毒性，另外，还能够恢复阳极2a以及阴极2b上的气体扩散层的气体扩散性。再有，在本实施方式1所涉及的燃料电池系统100中，通过在燃料电池系统100运行停止时除去燃料电池10内的水分，从而即使在燃料电池系统100的环境温度(周围温度)为低温(例如0℃以下)那样的情况下，由于干燥了的氧化剂气体吸收并除去在发电时被保持于阴极2b以及阳极2a的水分，也能够抑制由于残留于燃料电池10内的水分的冷冻而引起的高分子电解质膜1的破损等。
(实施方式2)
图6是表示本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图，并示意性地表示了在燃料电池发电运行时的反应气体的流动。图7是概略性地表示实施方式2所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
如图6所示，本实施方式2所涉及的燃料电池系统100其基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池系统100相同，但是在配设有电压检测器82这一点上有所不同。具体为，电压检测器82被连接于燃料电池10的一对电输出端子(未图示)之间。而且，电压检测器82将所检测到的电压值传达给控制器81。还有，作为电压检测器82，可以使用公知的电压检测器。
另外，如图7所示，在本实施方式2所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序中，图3所表示的实施方式1所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序中的步骤S5以及步骤S6，被步骤S45以及步骤S46置换。具体是，在步骤S45中，控制器81的运算处理部从电压检测器82取得燃料电池10的电压值V。接着，运算处理部对于在步骤S45中所取得的电压值V是否为被存储在存储部中的规定的电压值以下进行判断(步骤S46)。电压值V如果大于规定的电压值，那么返回到步骤S45，并重复步骤S45、S46直至达到规定的电压值以下为止。另一方面，如果达到规定的电压值以下，那么进入到步骤S7。
还有，所谓规定的电压值，是指当存在于清扫用气体循环路径中的氧化剂气体被清扫用气体充分置换的时候的燃料电池10的电压值，是根据实验预先求得的值。这是利用了当存在于燃料电池10的氧化剂气体内部流路12或者清扫用气体循环路径内的氧化剂气体被原料气体等的惰性气体置换时阴极2b的电位发生下降的方法。
如此的实施方式2也能够获得与实施方式1相同的效果。
(实施方式3)
图8是表示本发明的实施方式3所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图，并示意性地表示了燃料电池发电时的反应气体的流动。图9是概略性地表示本实施方式3所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
如图8所示，本实施方式3所涉及的燃料电池系统100其基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池系统100相同，但是在配设有温度检测器84这一点上有所不同。具体为，温度检测器84是以能够检测燃料电池10的温度的方式被配设于第1热介质去路71a的中途，并且被构成为检测从燃料电池10排出的第1热介质的温度作为燃料电池10的温度。而且，温度检测器84将所检测到的温度传达给控制器81。还有，作为温度检测器84，可以使用公知的温度检测器。在这里是使用热敏电阻，例如可以使用热电偶。
另外，如图9所示，在本实施方式3所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序中，图3所表示的实施方式1所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序中的步骤S11以及步骤S12被步骤S41以及步骤S42所置换。具体是，在步骤S41中，控制器81的运算处理部从温度检测器84取得燃料电池10的温度K。接着，运算处理部判断在步骤S41中所取得的温度K是否为被存储在存储部中的规定的温度以下(步骤S42)。温度K如果大于规定的温度，那么返回到步骤S41，并重复步骤S41、S42直至达到规定的温度以下为止。另一方面，如果达到规定的温度以下，那么进入到步骤S13。
还有，所谓规定的温度，是指存在于清扫用气体循环路径以及燃料电池10内的水分被充分除去的时候的燃料电池10的温度，此时恢复阳极2a的耐CO中毒性，还有恢复气体扩散性层的气体扩散性，并且高分子电解质膜1不被过度干燥，并且该温度是根据实验预先求得的温度。这就是利用了：在燃料电池10发电过程中温度被保持为恒定(例如80℃)，但在停止发电之后，随着时间的经过，燃料电池10内的温度会发生下降。
由如此的实施方式3也能够获得与实施方式1相同的效果。
(实施方式4)
图10是表示本发明的实施方式4所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图，并示意性地表示了在燃料电池发电运行时的反应气体的流动。图11是概略性地表示实施方式4所涉及的燃料电池系统中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
如图10所示，本实施方式4所涉及的燃料电池系统100其基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池系统100相同，但是在配设有压力检测器85这一点上有所不同。具体为，压力检测器85被配设于氧化剂气体排出路径中游部66的中途，被构成为对在氧化剂气体排出路径中游部66中进行流通的清扫用气体的压力进行检测。而且，压力检测器85将所检测到的压力传达给控制器81。还有，作为压力检测器85，可以使用公知的压力检测器。另外，在这里是将压力检测器85配设于氧化剂气体排出路径中游部66中，但是并不限定于此，只要是构成清扫用气体循环路径的气体流路，那么可以配设于任何气体流路中。
另外，如图11所示，本实施方式4所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序与由图3所表示的实施方式1所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序中的步骤S1至步骤S10相同，但是步骤S11以后的动作有所不同。以下就步骤S10以后的动作作具体说明。
控制器81的运算处理部向第1泵35输出动作指令(步骤S10)，第1泵35开始运行。由此，清扫用气体(含有少量的氧化剂气体)在清扫用气体循环路径内作循环。于是，运算处理部从压力检测器85取得清扫用气体循环路径(在这里是氧化剂气体排出路径中游部66)内的压力(步骤S21)，并判断是否小于被存储在存储部中的规定的压力(步骤S22)。所取得的压力如果在规定的压力以上，那么返回到步骤S21，重复步骤S21、S22直至达到小于规定的压力为止。另一方面，如果达到小于规定的压力，那么进入到步骤S23。在此，所谓规定的压力，是指清扫用气体循环路径内成为负压的压力，作为清扫用气体循环路径内成为负压的原因，可以列举：由于水分的减少、清扫用气体循环路径或者燃料电池10内的温度降低而引起的清扫用气体(含有氧化剂气体以及水蒸气)的体积减小。
在步骤S23中，运算处理部向原料气体供给器21输出动作指令，接着，向清扫用气体开关阀36输出阀开放指令(步骤S24)。由此，原料气体(清扫用气体)被从原料气体供给器21供给至清扫用气体循环路径，从而增加了清扫用气体循环路径内的压力。还有，将步骤S23、S24的动作称作为补压操作，运算处理部将进行补压操作的动作存储在存储部。另外，也可以使该步骤S23、S24的顺序相反。
然后，运算出理部再一次从压力检测器85取得清扫用气体循环路径(在这里是氧化剂气体排出路径中游部66)内的压力(步骤S25)，并判断是否处于被存储在存储部中的规定的压力以上(步骤S26)。所取得的压力如果小于规定的压力，那么返回到步骤S25，重复步骤S25、S26直至成为规定的压力以上为止。另一方面，如果达到了规定的压力以上，那么进入到步骤S27。
在步骤S27中，运算处理部向原料气体供给器21输出停止指令，接着，向清扫用气体开关阀36输出阀关闭指令(步骤S28)。由此，停止从原料气体供给器21供给清扫用气体，并使得清扫用气体循环路径内的压力不增加至必要的压力以上。还有，也可以将步骤S27、S28的顺序颠倒过来。
接着，控制器81的运算处理部从存储部获取自运行停止动作程序的开始起进行补压操作的次数N(步骤S29)，从而判断是否为被存储在存储部中的规定次数(步骤S30)。所取得的次数N如果小于规定次数，那么返回到步骤S21，重复步骤S21～S30直至达到规定次数为止。另一方面，如果达到了规定次数，那么进入到步骤S31。
在步骤S31中，运算处理部输出第1泵35的运行停止指令。由此，第1泵35停止运行，伴随着这个运行停止，清扫用气体循环路径内的清扫用气体的循环停止。接着，运算处理部向氧化剂气体供给器31输出运行停止指令(步骤S32)，继而结束本程序。由此，氧化剂气体供给器31的运行停止，继而燃料电池系统100停止。还有，也可以将步骤S31、S32的顺序颠倒过来。
如以上所述，在实施方式4所涉及的燃料电池系统100中，获得与实施方式1相同的效果，同时，通过进行补压操作，从而在更加安全地进行燃料电池系统100的运行的同时，由补压操作的次数计量进行水分除去动作的时间，并确切地进行水分除去动作，因而就能够获得省能源性的效果以及能够防止高分子电解质膜1的过度干燥。
(实施方式5)
图12是表示本发明的实施方式5所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图，并示意性地表示了在燃料电池发电运行时的反应气体的流动。
如图12所示，本实施方式5所涉及的燃料电池系统100其基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池系统100相同，但是燃料气体供给系统有所不同，由一个设备(储氢罐21a)构成清扫用气体供给器和燃料气体供给器。
实施方式5所涉及的燃料电池系统100的燃料气体供给系统具有储氢罐21a、冷凝器24、止回阀26以及第2泵27，并且被构成为从储氢罐21a将燃料气体(氢气)供给至燃料电池10的燃料气体内部流路11。
具体是，燃料气体供给路径53连接着储氢罐21a的出口与燃料气体内部流路11(准确地说是燃料气体供给用集流管)的入口。在燃料气体供给路径53的中途配设有止回阀26，被构成为防止燃料气体向储氢罐21a的流入。另外，清扫用气体供给路径52的上游端被连接于燃料气体供给路径53的止回阀26的下游侧部分。
并且，燃料气体排出路径54的下游端与燃料气体供给路径53的止回阀26的下游侧的部分相连接，另外，在燃料气体排出路径54的中途配设有第2泵27。由此，用冷凝器24分离了水分的而得到的尾气，由第2泵27通过燃料气体供给路径53而被供给至了燃料电池10。另外，在燃料电池10中被消耗的燃料气体从储氢罐21a补给。
还有，如以上所述那样进行构成的实施方式5所涉及的燃料电池系统的各个动作，除了燃料气体从储氢罐21a供给至燃料电池10并使用氢气作为清扫用气体这一点之外，其余与实施方式1所涉及的燃料电池系统100相同，所以在此省略对其作详细说明。
由如此的实施方式5也能够获得与实施方式1相同的效果。
(实施方式6)
图13是表示本发明的实施方式6所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图，并示意性地表示了在燃料电池系统停止动作中的氧化剂气体的流动。
如图13所示，本实施方式6所涉及的燃料电池系统100其基本构成与实施方式1所涉及的燃料电池系统100相同，但是在构成为不将清扫用气体供给至氧化剂气体内部流路12这一点上有所不同。具体是，不配设清扫用气体开关阀36以及清扫用气体供给路径52，由此，作为清扫用气体的原料气体不从原料气体供给器21供给至氧化剂气体内部流路12。
接着，参照图14说明本实施方式6所涉及的燃料电池系统100的停止动作。
图14是概略性地表示本实施方式6所涉及的燃料电池系统100中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
首先，控制器81的运算处理部停止运行发电并开始停止动作(步骤S101)。接着，控制器81的运算处理部向原料气体供给器21输出停止指令(步骤S102)，另外，向燃料处理器22输出停止指令(步骤S103)。由此，停止从原料气体供给器21向燃料处理器22供给原料气体。还有，可以将步骤S102与步骤S103的顺序颠倒过来。
接着，控制器81的运算处理部控制第1切换阀33，从而使氧化剂气体停止从第2氧化剂气体供给路径上游部62a向第2氧化剂气体供给路径下游部62b的流通，从而使氧化剂气体从第2氧化剂气体供给路径上游部62a向气体排出路径63流通(步骤S104)。具体是，第1切换阀33使第1端口33a与第2端口33b相连通，并且切断第3端口33c。接着，运算处理部控制第2切换阀34，从而使氧化剂气体停止从氧化剂气体排出路径中游部66向氧化剂气体排出路径下游部67流通，从而使氧化剂气体从氧化剂气体排出路径中游部66向连接路径68流通(步骤S105)。具体是，第2切换阀34使第1端口34a与第3端口34c相连通，并且切断第2端口34b。接着，运算处理部向第1泵35输出动作指令(步骤S106)，第1泵35开始运行。还有，步骤S104～S106的序号可以作任意设定。
由此，形成了由连接路径68、第3氧化剂气体供给路径上游部64a、第3氧化剂气体供给路径下游部64b、氧化剂气体内部流路12、氧化剂气体排出路径上游部65、二次流路32b以及氧化剂气体排出路径中游部66构成的气体循环路径。于是，存在于气体循环路径内的氧化剂气体在气体循环路径中流通，另外，从氧化剂气体供给器31提供的氧化剂气体按顺序在第1氧化剂气体供给路径61、一次流路32a、第2氧化剂气体流路上游部62a以及气体排出路径63中流通，并被排出至燃料电池系统100外。
此时，存在于燃料气体内部流路11中的燃料气体中的氢以及存在于氧化剂气体内部流路12中的氧化剂气体(空气)中的氧，透过高分子电解质膜1而互相泄露。泄露了的反应气体由于被配设于阳极2a以及阴极2b的催化剂而发生反应，从而生成水。因此，氧化剂气体中的氧被消耗，惰性气体氮达到了占有氧化剂气体中的大部分，以至于阴极2b的电位发生下降。
另外，在全热交换器32中，水分从存在于气体循环路径中的包含水分的氧化剂气体(气体循环路径内的气体)，向氧化剂气体供给器31提供的干燥了的氧化剂气体中移动(发生水分的交换)，并被除湿。
除湿了的氧化剂气体被供给至燃料电池10的氧化剂气体内部流路12内，该除湿了的氧化剂气体在流通于氧化剂气体内部流路12内的期间内，除去了(移走了)被保持于燃料电池10的阴极2b上的水分。于是，被保持于阴极2b的保持着水分的氧化剂气体，在流通于全热交换器32的二次流路32b期间被除湿。这样，除去了被保持于燃料电池10的阴极2b的水分。另外，关于被保持在阳极2a上的水分，由于阴极2b与阳极2a的水的浓度差，水分通过高分子电解质膜1从阳极2a向阴极2b移动，从而被保持在阳极2a上的水分也被除去。
接着，控制器81的运算处理部从计时部取得时间信息T3(步骤S107)，判断从使第1泵35进行工作开始的时间是否达到了被存储在存储部中的规定时间J3以上(步骤S108)。如果小于规定时间J3，那么返回到步骤S107，并且重复步骤S107、S108直至达到规定时间J3以上为止。另一方面，如果达到了规定时间J3以上，那么进入到步骤S109。还有，规定时间J3是存在于气体循环路径以及燃料电池10内的水分被充分除去的时间，此时恢复阳极2a的耐CO中毒性，还有恢复气体扩散性层的气体扩散性，并且高分子电解质膜1不被过度干燥，并且该时间是根据实验预先求得的时间。
在步骤S109中，控制器81的运算处理部输出第1泵35的运行停止指令。由此，第1泵35停止运行，伴随于此，气体循环路径内的氧化剂气体的循环停止。接着，运算处理部向氧化剂气体供给器31输出运行停止指令(步骤S110)，继而结束本程序。由此，氧化剂气体供给器31的运行停止，燃料电池系统100停止。还有，也可以将步骤S109、S110的顺序颠倒过来。
由如此的实施方式6也同样能够获得与实施方式1相同的效果。还有，在本实施方式6中，在步骤S107中从计时部获取时间信息T3，并判断存在于气体循环路径以及燃料电池10内的水分是否被充分除去，以恢复阳极2a的耐CO中毒性，还有恢复气体扩散性层的气体扩散性，并且高分子电解质膜1不被过度干燥，但是并不限定于此。例如，也可以如实施方式3所涉及的燃料电池系统100那样，配设温度检测器84，并根据以该温度检测器84所取得的温度，来进行上述的判断。
(实施方式7)
图15是表示本发明的实施方式7所涉及的燃料电池系统的概略构成的示意图，并示意性地表示了在燃料电池系统的停止运行动作过程中的氧化剂气体的流动。图16是概略性地表示实施方式7所涉及的燃料电池系统100中的控制器的存储部中所存储的运行停止动作程序的内容的流程图。
如图15所示，本发明的实施方式7所涉及的燃料电池系统100其基本构成与实施方式6所涉及的燃料电池系统100相同，但是在配设有压力检测器85这一点上有所不同。具体为，压力检测器85被配设于氧化剂气体排出路径中游部66的中途，被构成为检测在氧化剂气体排出路径中游部66中进行流通的氧化剂气体的压力。而且，压力检测器85将所检测到的压力传达给控制器81。还有，作为压力检测器85，可以使用公知的压力检测器。另外，在这里是将压力检测器85配设于氧化剂气体排出路径中游部66，但是并不限定于此，只要是构成气体循环路径的气体流路，那么可以配设于任何气体流路。
另外，如图16所示，本实施方式7所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序与由图14所表示的实施方式6所涉及的燃料电池系统100的运行停止动作程序中的步骤S101至步骤S106相同，但是步骤S207以后的动作有所不同。以下就步骤S106以后的动作进行说明。
控制器81的运算处理部向第1泵35输出工作指令(步骤S106)，于是第1泵35开始运行。由此，含有水分的氧化剂气体在气体循环路径内作循环。
接着，控制器81的运算处理部从压力检测器85取得气体循环路径(在这里是氧化剂气体排出路径中游部66)内的压力(步骤S207)，并判断是否小于被存储在存储部中的规定的压力(步骤S208)。所取得的压力如果是在规定的压力以上，那么返回到步骤S207，重复步骤S207、S208直至达到小于规定的压力为止。另一方面，如果达到小于规定的压力，那么进入到步骤S209。在此，所谓规定的压力，是指气体循环路径内成为负压的压力，作为气体循环路径内成为负压的原因，可以列举：由于水分的减少或者由于气体循环路径或燃料电池10内的温度降低而引起的氧化剂气体以及水蒸气的体积减小等。
在步骤S209中，控制器81的运算处理部使第1切换阀33的第1端口33a与第3端口33c相连通，并且切断第2端口33b。另外，运算处理部向原料气体供给器21输出工作指令。由此，氧化剂气体作为补压气体在第1氧化剂气体供给路径61以及第2氧化剂气体供给路径62中流通，从氧化剂气体供给器31供给至气体循环路径，增加气体循环路径内的压力。另外，原料气体(补压气体)从原料气体供给器21供给至燃料气体内部流路11，从而增加了燃料气体内部流路11内的压力。还有，将步骤S209的动作称作为补压操作，运算处理部将进行补压操作的动作存储在存储部中。
接着，控制器81的运算出理部再一次从压力检测器85取得气体循环路径(在这里是氧化剂气体排出路径中游部66)内的压力(步骤S210)，并判断是否处于被存储在存储部中的规定的压力以上(步骤S211)。所取得的压力如果小于规定的压力，那么返回到步骤S210，重复步骤S210、S211直至成为规定的压力以上为止。另外，如果达到了规定的压力以上，那么进入到步骤S211。
在步骤S211中，控制器81的运算处理部使第1切换阀33的第1端口33a与第2端口33b相连通，并且切断第3端口33c。另外，运算处理部向原料气体供给器21输出停止指令。由此，从氧化剂气体供给器31到气体循环路径的氧化剂气体的供给被停止，从原料气体供给器21到燃料气体内部流路11的原料气体的供给也被停止，并且不让气体循环路径以及燃料气体内部流路11内的压力增加至必要的压力以上
接着，控制器81的运算处理部从存储部获取自运行停止动作程序的开始起进行补压操作的次数N(步骤S213)，并判断是否为被存储在存储部中的规定次数(步骤S214)。由步骤S213所取得的次数N如果小于规定次数，那么返回到步骤S207，重复步骤S207～S214直至达到规定次数为止。另外，如果达到了规定次数，那么进入到步骤S215。
在步骤S215中，运算处理部输出第1泵35的运行停止指令。由此，第1泵35停止运行，伴随着这个运行停止，气体循环路径内的氧化剂气体的循环也就停止了。接着，运算处理部向氧化剂气体供给器31输出运行停止指令(步骤S216)，继而结束本程序。由此，氧化剂气体供给器31的运行停止，燃料电池系统100停止。还有，也可以将步骤S215、S216的顺序颠倒过来。
如以上所述，在实施方式7所涉及的燃料电池系统100中，在获得与实施方式6相同的效果的同时，通过进行补压操作，从而更加安全地进行燃料电池系统100的运行，同时由补压操作的次数计量水分除去动作的时间，并确切地进行水分除去动作，因而就能够提高省能源性的效果以及能够防止高分子电解质膜1的过度干燥。
还有，在上述实施方式1～4所涉及的燃料电池系统100中，制成了将原料气体作为清扫用气体来进行供给的构成，但是并不限定于此，也可以是将由燃料处理器22所生成的氢气(燃料气体)作为清扫用气体来进行供给的构成。另外，作为原料气体并不限定于城市燃气，例如可以使用甲烷或者LPG等。另外，作为清扫用气体，并不限定于上述原料气体以及氢气，例如也可以使用氮或者氦等的惰性气体。在此情况下，形成另外配设储藏惰性气体的储罐的构成。
另外，在上述实施方式1中，如图5所示，使利用第1泵35进行的流通于清扫用气体循环路径内的清扫用气体的流动方向，为从氧化剂气体内部流路12的入口到出口进行流通，但是并不限定于此，也可以使清扫用气体的流动为相反方向，即从氧化剂气体内部流路12的出口到入口进行流通。
另外，在上述实施方式1～5中，是第1以及第2切换阀33、34由控制器81进行控制的构成，但是并不限定于此，也可以构成为第1以及第2切换阀33、34本身就具有控制功能。
另外，从减少存在于清扫用气体循环路径内的氧化剂气体的量的观点出发，第2切换阀34优选被配设于氧化剂气体排出路径中游部66的下游侧。换言之，优选构成为缩短连接路径68的流路长度。
再有，虽然形成了从燃料气体内部流路11排出的排出燃料气体通过燃料气体排出路径54而被供给至冷凝器24并与水分进行分离的构成，但是并不限定于此。例如，也可以构成为，在流通于燃料气体供给路径53的供给氧化剂气体与流通于燃料气体排出路径54的排出燃料气体之间，由全热交换器进行与排出氧化剂气体的热交换以及水分交换。
本领域技术人员根据上述说明可以明了本发明的多处改良或者其他的实施方式。因此，上述说明应当仅仅被作为示例来解释，是以向本领域技术人员教导进行本发明的最佳方式为目的而提供的。只要不脱离本发明的精神，那么可以实质性地变更其构造以及/或者功能的细节。
产业上的可利用性
由本发明所涉及的燃料电池系统以及其运行方法，可以维持长时期稳定的发电效率，例如作为家庭用的热电联供系统或者作为汽车用的电源是有用的。

Claims (17)

1.一种燃料电池系统，其特征在于：
具备：
燃料电池，其具有：分别包含催化剂并具有气体扩散性的阳极以及阴极，被形成为使得燃料气体接触于所述阳极而进行流动的燃料气体内部流路，以及被形成为使得氧化剂气体接触于所述阴极而进行流动的氧化剂气体内部流路；
氧化剂气体供给路径，其下游端连通于所述氧化剂气体内部流路的上游端；
氧化剂气体供给器，被连接于所述氧化剂气体供给路径的上游端，且用于通过该氧化剂气体供给路径将氧化剂气体提供给所述氧化剂气体内部流路；
氧化剂气体排出路径，其上游端连通于所述氧化剂气体内部流路的下游端；
水分交换器，被跨越设置于所述氧化剂气体供给路径和所述氧化剂气体排出路径上，用于在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的气体之间进行水分交换；
气体循环路径形成/解除器，用于通过连接和断开第1部分和第1连接点从而形成以及解除封闭的气体循环路径，所述第1部分是所述氧化剂气体排出路径的相对于所述水分交换器为下游侧的部分，所述第1连接点位于所述氧化剂气体供给路径的相对于所述水分交换器为下游的位置；
送风器，用于使所述气体循环路径内的气体循环；
大气连通/切断器，用于将第2部分与大气连通和切断，所述第2部分是所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点与所述水分交换器之间的部分。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
在所述燃料电池系统的停止动作的过程中，
所述气体循环路径形成/解除器连接所述氧化剂气体排出路径的所述第1部分和所述氧化剂气体供给路径的第1连接点，从而由所述氧化剂气体供给路径的相对于第1连接点为下游的部分、所述氧化剂气体内部流路以及所述氧化剂气体排出路径，形成所述气体循环路径；
所述大气连通/切断器使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分连通于大气；
所述送风器使所述气体循环路径内的气体循环，从而利用所述水分交换器，在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的所述气体之间进行水分交换。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
具备：
控制器，和
气体排出路径，其使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分连通于大气；
所述气体循环路径形成/解除器被配设于所述氧化剂气体排出路径的所述第1部分且是第1三通阀，该第1三通阀将所述第1部分的所述水分交换器侧的部分，选择性地连接于所述氧化剂气体供给路径的第1连接点和所述第1部分的下游端侧的部分；
所述大气连通/切断器被配设于所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分且是第2三通阀，该第2三通阀将所述第2部分的所述水分交换器侧的部分，选择性地连接于所述第2部分的所述第1连接点侧的部分和所述气体排出路径；
所述控制器控制所述氧化剂气体供给器、第1三通阀以及第2三通阀。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于：
在所述燃料电池系统的停止动作过程中，所述控制器进行下述控制：
对于所述第1三通阀，使所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点，
之后，对于所述第2三通阀，使所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径，并且使所述氧化剂气体供给器供给所述氧化剂气体。
5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于：
进一步具备用于检测所述燃料电池的温度的温度检测器；
在由所述温度检测器检测出的所述燃料电池的温度达到预先设定的阈值以下的情况下，所述控制器使利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给、以及利用所述送风器进行的所述气体循环路径内的所述气体的循环停止。
6.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于：
进一步具备检测所述气体循环路径内的所述气体的压力的压力检测器；
在由所述压力检测器检测出的所述气体循环路径内的压力成为负压的情况下，所述控制器对所述第2三通阀进行控制以使所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述第2部分的所述第1连接点侧的部分，从而进行补压。
7.如权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于：
具备存储所述补压的次数的存储部；
当所述补压的次数达到规定次数以上时，所述控制器使利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给、以及利用所述送风器进行的所述气体循环路径内的所述气体的循环停止。
8.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于：
进一步具备：
清扫用气体供给路径，其下游端被连接于所述气体循环路径，和
清扫用气体供给器，其被连接于所述清扫用气体供给路径的上游端；
所述控制器控制所述清扫用气体供给器。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于：
在所述燃料电池系统的停止动作过程中，所述控制器进行下述控制：
对于所述第2三通阀，使所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径，并且使所述氧化剂气体供给至所述氧化剂气体供给器，
之后，使所述清扫用气体供给器供给所述清扫用气体，从而对所述氧化剂气体内部流路以及所述氧化剂气体排出路径中的所述气体进行清扫，
之后，对于所述第1三通阀，使所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点，
之后，停止将所述清扫用气体供给至所述清扫用气体供给器，
之后，使所述送风器进行工作从而使所述清扫用气体通过所述气体循环路径进行循环。
10.如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于：
进一步具备用于检测所述燃料电池的温度的温度检测器；
在由所述温度检测器检测出的所述燃料电池温度为预先设定的阈值以下的情况下，所述控制器使利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给以及利用所述送风器进行的所述清扫用气体的循环停止。
11.如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于：
进一步具备检测所述清扫用气体循环路径内的所述气体的压力的压力检测器；
在由所述压力检测器检测出的所述气体循环路径内的压力成为负压的情况下，所述控制器使所述清扫用气体供给器供给所述清扫用气体来进行补压。
12.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于：
具备存储所述补压的次数的存储部；
在所述补压的次数达到规定次数以上的情况下，所述控制器停止利用所述氧化剂气体供给器进行的所述氧化剂气体的供给以及利用所述送风器进行的所述清扫用气体的循环。
13.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于：
具备：
提供原料气体的原料供给器，
对所述原料气体进行重整并生成燃料气体的燃料处理器，
连接所述原料供给器和所述燃料处理器的原料气体供给路径；
所述清扫用气体供给器是所述原料供给器。
14.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述清扫用气体为氢气。
15.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述水分交换器是全热交换器。
16.一种燃料电池系统的运行方法，其特征在于：
所述燃料电池系统具备：
燃料电池，其具有：分别包含催化剂并具有气体扩散性的阳极以及阴极，被形成为使得燃料气体接触于所述阳极而进行流动的燃料气体内部流路，以及被形成为使得氧化剂气体接触于所述阴极而进行流动的氧化剂气体内部流路；
氧化剂气体供给路径，其下游端连通于所述氧化剂气体内部流路的上游端；
氧化剂气体供给器，被连接于所述氧化剂气体供给路径的上游端，且用于通过该氧化剂气体供给路径将氧化剂气体提供给所述氧化剂气体内部流路；
氧化剂气体排出路径，其上游端连通于所述氧化剂气体内部流路的下游端；
水分交换器，被跨越设置于所述氧化剂气体供给路径和所述氧化剂气体排出路径上，用于在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的气体之间进行水分交换；
气体循环路径形成/解除器，用于通过连接和断开第1部分和第1连接点从而形成以及解除封闭的气体循环路径，所述第1部分是所述氧化剂气体排出路径的相对于所述水分交换器为下游侧的部分，所述第1连接点位于所述氧化剂气体供给路径的相对于所述水分交换器为下游的位置；
送风器，用于使所述气体循环路径内的气体循环；
大气连通/切断器，用于将第2部分与大气连通和切断，所述第2部分是所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点与所述水分交换器之间的部分；
气体排出路径，使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分与大气相连通；
在所述燃料电池系统的停止动作的过程中，包括：
所述气体循环路径形成/解除器将所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点的步骤，
所述大气连通/切断器将所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径的步骤，
所述氧化剂气体供给器提供所述氧化剂气体的步骤。
17.一种燃料电池系统的运行方法，其特征在于：
所述燃料电池系统具备：
燃料电池，其具有：分别包含催化剂并具有气体扩散性的阳极以及阴极，被形成为使得燃料气体接触于所述阳极而进行流动的燃料气体内部流路，以及被形成为使得氧化剂气体接触于所述阴极而进行流动的氧化剂气体内部流路；
氧化剂气体供给路径，其下游端连通于所述氧化剂气体内部流路的上游端；
氧化剂气体供给器，被连接于所述氧化剂气体供给路径的上游端，且用于通过该氧化剂气体供给路径将氧化剂气体提供给所述氧化剂气体内部流路；
氧化剂气体排出路径，其上游端连通于所述氧化剂气体内部流路的下游端；
水分交换器，被跨越设置于所述氧化剂气体供给路径和所述氧化剂气体排出路径上，用于在流通于所述氧化剂气体供给路径中的氧化剂气体与流通于所述氧化剂气体排出路径中的气体之间，进行水分交换；
气体循环路径形成/解除器，用于通过连接和断开第1部分和第1连接点从而形成以及解除封闭的气体循环路径，所述第1部分是所述氧化剂气体排出路径的相对于所述水分交换器为下游侧的部分，所述第1连接点位于所述氧化剂气体供给路径的相对于所述水分交换器为下游的位置；
气体排出路径，使所述氧化剂气体供给路径的所述第2部分与大气相连通；
清扫用气体供给路径，其下游端连接于所述气体循环路径；
清扫用气体供给器，连接于所述清扫用气体供给路径的上游端；
送风器，用于使所述清扫用气体通过所述清扫用气体循环路径进行循环；
大气连通/切断器，用于将第2部分与大气连通和切断，所述第2部分是所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点与所述水分交换器之间的部分；
在所述燃料电池系统的停止动作的过程中，包括：
所述大气连通/切断器将所述第2部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述气体排出路径的步骤，
所述氧化剂气体供给器提供所述氧化剂气体的步骤，
所述清扫用气体供给器提供所述清扫用气体从而清扫所述氧化剂气体内部流路以及所述氧化剂气体排出路径中的气体的步骤，
所述气体循环路径形成/解除器将所述第1部分的所述水分交换器侧的部分连接于所述氧化剂气体供给路径的所述第1连接点的步骤，
所述清扫用气体供给器停止提供所述清扫用气体的步骤，
所述送风器进行工作从而使所述清扫用气体通过所述气体循环路径进行循环的步骤。
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