JP2004014121A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃費性能を低下させることなく、簡便なシステム構成により電解質及び燃料極通路から窒素等のパージが行える燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料極２５または電解質に窒素が付着して発電性能が低下した場合、低窒素ガス供給手段４０から燃料極２５を含む水素循環通路３９に、空気より窒素含有率が低い低窒素ガスを供給する。低窒素ガス供給手段４０は、コンプレッサ３から送られる空気中の窒素を窒素分離装置７で分離除去した酸素を主体とする低窒素ガスを低窒素ガスタンク１０に貯蔵する。低窒素ガス供給条件が成立した場合、低窒素ガスタンク１０から方向制御弁９，低窒素ガス供給弁１１を介して水素循環路３９へ低窒素ガスを供給する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に窒素濃度の低いガスを用いてパージすることにより発電効率を回復させる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池に酸化剤として空気を供給するシステムにおいて、酸化剤極（空気極）に供給された空気中の窒素が電解質膜を透過して燃料極に至り、燃料極の触媒活性を低下させて発電効率が低下することが知られている。
【０００３】
また、燃料の水素ガスは、化学工場から副産物として得られる副生水素を利用することが多い。しかし副生水素ガスの純度は、工場や副生水素が得られる工程によって異なり、水素以外に微量の酸素、一酸化炭素、窒素、塩素、アンモニア等の不純物を含んでいる。このうち酸素は燃料極で水素と反応して水になるので問題はない。
【０００４】
水素ガスに含まれる酸素以外の不純物は、燃料極からの排出ガスを再循環させている間に、循環の繰り返しに伴って不純物濃度が上昇し、これが原因で燃料電池の電極触媒活性を低下させたり、腐食を与えたりして電池性能が低下する恐れがある。
【０００５】
これを回避するために、燃料ガス供給配管の内部をパージする必要がある。このパージ方法には、燃料ガスをパージガスとして用いる方法や、予めボンベ等に貯蔵した不活性ガスをパージガスとする方法が考えられる。
【０００６】
また、空気と可燃性ガス（燃料ガス）を燃焼させて、空気中の酸素を消費させることによって生成される、窒素及び二酸化炭素が主成分となった燃焼ガスでパージする方法（特開２０００−２７７１３７号公報）も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の燃料ガスでパージする方法では、燃料電池システムの燃費性能を低下させるという問題点があった。
【０００８】
また、不活性ガスによってパージを行う方法では、パージ用の不活性ガスタンク等の残量を頻繁に把握したり、残量に応じて不活性ガスタンク等を交換したりする必要があり、システム管理が煩雑になるという問題点があった。
【０００９】
さらに、特開２０００−２７７１３７号公報記載の技術のように、可燃性ガスを燃焼させた燃焼ガスを用いてパージする方法では、パージガス中に多量の窒素を含むこととなり、本来の目的である電解質や燃料極に付着した窒素の除去を達成することはできないという問題点があった。
【００１０】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、燃費性能を低下させることなく、簡便なシステム構成により電解質及び燃料極通路から窒素等のパージが行える燃料電池システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、電解質を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電池本体と、前記燃料極に供給された水素を循環する水素循環路と、空気に比べて窒素含有量の少ない低窒素ガスを前記水素循環路に供給する低窒素ガス供給手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記低窒素ガス供給手段から低窒素ガスを供給した後の前記水素循環路中の窒素濃度は、低窒素ガスを供給する前の前記水素循環路中の窒素濃度よりも低いことを要旨とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記低窒素ガス供給手段は、空気から窒素ガスを分離除去して、酸素を主体とする低窒素ガスを生成することを要旨とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記水素循環路に供給する低窒素ガスは、水素循環路中の一酸化炭素を酸化する量であることを要旨とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電効率が低下した時に前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給することを要旨とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項５記載の燃料電池システムにおいて、前記低下した発電効率が低い程、前記低窒素ガスの供給量を多くすることを要旨とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体に供給した空気量または水素量の積算値、または発電量の積算値が所定値を上回ったら、前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給することを要旨とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項７記載の燃料電池システムにおいて、前記積算値が大きい程、前記低窒素ガスの供給量を多くすることを要旨とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電電圧が低下したら前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給することを要旨とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項９記載の燃料電池システムにおいて、前記低下した発電電圧が低い程、前記低窒素ガスの供給量を多くすることを要旨とする。
【００２１】
請求項１１記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給する際、該水素循環路への水素供給量を低下させることを要旨とする。
【００２２】
請求項１２記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記低窒素ガスによるパージが終了後、前記水素循環路へ水素を供給して前記低窒素ガスを排出することを要旨とする。
【００２３】
請求項１３記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記低窒素ガスを排出後、燃料電池本体から電力取出しを行うことを要旨とする。
【００２４】
請求項１４記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記低窒素ガスの供給量を、あらかじめ定めた一定値とすることを要旨とする。
【００２５】
請求項１５記載の発明は、上記目的を達成するために、電解質を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電池本体と、燃料電池本体を冷却する冷却液の通路である冷却液通路と、燃料電池本体の発電終了後に、前記冷却液通路を窒素ガスで満たす窒素ガス供給手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、燃費性能を低下させることなく、簡便なシステム構成により電解質及び水素循環路から窒素等のパージが行えるという効果がある。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、窒素濃度の低いガスで水素循環路をパージするので、燃料極触媒に付着した窒素を効果的に除去し、発電効率を回復することができるという効果がある。
【００２８】
請求項３記載の発明によれば、空気から窒素ガスを分離除去して低窒素ガスを生成するので、外部から低窒素ガスを補給する必要が無く、システム管理が容易となるという効果がある。
【００２９】
請求項４記載の発明によれば、燃料極触媒に付着した一酸化炭素を酸素で除去することができるという効果がある。
【００３０】
請求項５記載の発明によれば、発電効率を回復することができるという効果がある。
【００３１】
請求項６記載の発明によれば、パージの間隔を間引くことができ、かつ水素循環路内の窒素を確実に除去することができるという効果がある。
【００３２】
請求項７記載の発明によれば、新たに検出手段を追加することなく、簡易な装置構成で窒素パージを行う時期を判定することができるという効果がある。
【００３３】
請求項８記載の発明によれば、パージの間隔を間引くことができ、かつ水素循環路内の窒素を確実に除去することができるという効果がある。
【００３４】
請求項９記載の発明によれば、パージ開始条件として発電電圧を用いるため、システムの運転状態に関わらず、常に一定の条件でパージを開始することができるという効果がある。
【００３５】
請求項１０記載の発明によれば、パージの間隔を間引くことができ、かつ水素循環路内の窒素を確実に除去することができるという効果がある。
【００３６】
請求項１１記載の発明によれば、短時間に水素循環路内の窒素を含んだ水素を排出することができるという効果がある。
【００３７】
請求項１２記載の発明によれば、水素循環路内の低窒素ガスの残留量を最小限に抑制することができるという効果がある。
【００３８】
請求項１３記載の発明によれば、燃料極での水を生成する反応を最低限に抑制することができるという効果がある。
【００３９】
請求項１４記載の発明によれば、低窒素ガスの供給制御を簡単化することができるという効果がある。
【００４０】
請求項１５記載の発明によれば、燃料電池システムの停止時に冷却液に活性ガスが混入することを防止することができるという効果がある。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態を示す構成図である。図１において、燃料電池システムは、空気を濾過するエアフィルタ１と、空気流量計２と、濾過された空気を圧縮するコンプレッサ３と、コンプレッサ３を駆動するコンプレッサモータ４と、燃料電池本体である燃料電池スタック５と、空気から窒素ガスと空気より窒素含有率の低い低窒素ガスとを分離する窒素分離装置７と、低窒素ガスタンク１０と、低窒素ガス供給弁１１と、窒素ガスタンク１５と、冷却液としての純水を貯蔵する純水タンク１６と、純水ポンプ１７と、純水タンクブリーザ２０と、燃料電池スタック５を冷却するための冷却液通路である純水系２１と、燃料としての水素ガスを貯蔵する水素タンク２２と、水素流量制御弁２３と、水素流量計２４と、燃料極（水素極、アノード）２５と、酸化剤極（空気極、カソード）３３と、水素通路遮断弁２６と、パージ弁２７と、パージ通路２８と、低窒素ガスタンク内圧計２９と、窒素ガスタンク内圧計３０と、低窒素ガスタンクリリーフ弁３１と、窒素ガスタンクリリーフ弁３２と、を備えている。
【００４２】
また、低窒素ガス通路の方向制御弁６、８、９と、窒素ガス通路の方向制御弁１２〜１４と、純水通路の方向制御弁１８、１９とを備えている。
【００４３】
図１において、燃料極２５へ水素を導入する水素導入路３５と、燃料極２５と、燃料極２５から水素を導出する水素導出路３６と、水素通路遮断弁２６と、水素帰還路３７とは、水素循環路３９を構成している。
【００４４】
水素タンク２２に貯蔵された高圧水素ガスは、水素流量調整弁２３を介して減圧及び流量調整が行われ、流量計２４で流量が計測される。流量が計測された水素ガスは、水素導入路３５を介して、燃料電池スタック５の燃料極２５へ供給される。燃料極２５で反応した残りの水素ガスは、燃料極２５から排出され、水素導出路３６、水素通路遮断弁２６，水素帰還路３７，水素導入路３５を介して再び燃料極へ供給される。このとき、水素帰還路３７と水素導入路３５との接続点３８では、図中右方の水素流量計２４を介した新規水素ガスと再循環される水素ガスとが混合される。接続点３８には、新規水素ガスと再循環水素ガスとを混合するエゼクタを設置してもよい。
【００４５】
さらに、水素導出路３６は、パージ弁２７を介してパージ通路２８に接続され、パージ通路２８は、水分離手段３４を介してシステム外部の大気と接続されている。
【００４６】
また、エアフィルタ１と、空気流量計２と、コンプレッサ３と、コンプレッサモータ４と、とは、燃料電池スタック５の酸化剤極３３に酸化剤としての空気を供給するとともに、低窒素ガス供給手段４０に原料となる空気を供給する。
【００４７】
また、窒素分離装置７と、低窒素ガスタンク１０と、低窒素ガスタンク内圧計２９と、低窒素ガスタンクリリーフ弁３１と、方向制御弁６，８，９と、低窒素ガス供給弁１１とは、水素循環路３９に低窒素ガスを供給する低窒素ガス供給手段４０を構成している。
【００４８】
窒素分離装置７としては、分子サイズの差異を利用した分子篩（モレキュラー・シーブス）や、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法による分離装置が利用できる。
【００４９】
低窒素ガス供給手段４０は、方向制御弁６を介して窒素分離装置７へ空気を取り込む。窒素分離装置７は、空気から窒素ガスと、空気より窒素含有率が低い低窒素ガスとを分離する。分離された窒素は、方向制御弁１２，１４を介して窒素タンク１５へ貯蔵される。窒素分離装置７で分離された低窒素ガスは、方向制御弁８，９を介して低窒素ガスタンク１０へ貯蔵される。
【００５０】
この低窒素ガスは、空気中の窒素を分離した残りのガスであり、酸素を主体としたガスであるが、窒素が残留していてもよい。低窒素ガスは、空気より窒素含有率が少なければ、本発明の効果を奏するものである。
【００５１】
低窒素ガスタンク１０及び窒素ガスタンク１５には、それぞれリリーフ弁３１及び３２が設けられ、これらリリーフ弁３１，３２は、所定圧力以上で内部のガスを放出し、タンク内を所定圧力以下に保持するようになっている。
【００５２】
低窒素ガスタンク１０に貯蔵された低窒素ガスは、方向制御弁９，１１を介して燃料電池スタック５の水素導入路３５へ供給できるようになっている。
【００５３】
一方、純水を冷却液として燃料電池スタック５を冷却する冷却システムは、純水タンク１６と、純水ポンプ１７と、方向制御弁１８，１９と、燃料電池スタック５の純水系２１とで構成されている。通常の運転状態では、方向制御弁１８，１９が開き、これに連通する方向制御弁１２，１３，１４は閉じている。そして純水タンク１６内の純水は、純水ポンプ１７，方向制御弁１８，１９、純水系２１、純水タンク１６の順路を循環するようになっている。
【００５４】
図１の第１実施形態では、水素供給源として水素タンク２２に貯蔵した水素を用いる方法を示したが、第２実施形態として、図２のように、炭化水素系燃料タンク１２８と、燃料流量制御弁１２９と、炭化水素系燃料を水素リッチな改質ガスへ改質する改質器１３０と、改質ガス流量計１３１とを備え、水素供給源として改質ガス供給系を有したシステムも考えられる。
【００５５】
従来例では、水素または改質ガスを空気中で燃焼させた燃焼ガスを、燃料極２５に水素を供給する水素導入路３５に導入することによって、水素通路のパージを行なっていた。しかしながら燃焼ガスでパージを行うと、空気に多量に含まれる窒素ガスを燃料極及び水素通路に導入することとなり、燃料極触媒や電解質膜にさらに窒素が付着し、燃料電池スタック５における発電効率及び発電電圧の低下を招くこととなる。
【００５６】
本発明においては、空気から窒素ガスを分離除去して窒素濃度の低い低窒素ガスを生成する窒素分離装置７を有し、この低窒素ガスを水素循環路３９に導入するため、窒素ガス濃度の低い低窒素ガスにてパージを行い、燃料極触媒や電解質膜に付着した窒素を除去することができる。また、同様に燃料電池スタック５のの電圧低下の一因となる水素通路内の一酸化炭素の除去を行うこともできる。さらに、窒素分離装置７において分離された窒素を貯蔵しておき、システム停止時に純水通路に貯蔵窒素を導入することによって、純水内への活性ガスの混入を防止することもできる。
【００５７】
以下、図１に示した第１の実施形態を主に説明する。図３は、第１実施形態における制御を説明するフローチャートである。まずステップＳ１０で通常運転中における水素、空気の供給制御が行われる。この通常運転中には、低窒素ガス供給手段４０の方向制御弁６、８、９は閉、窒素供給系の方向制御弁１２〜１４は閉であり、窒素分離装置７は運転されず、低窒素ガス及び窒素ガスの生成及び供給は行われない。また、パージ弁２７は閉、純水制御系の方向制御弁１８及び１９は開である。
【００５８】
次いでステップＳ１２において、低窒素ガスタンク内圧計２９により低窒素ガスタンク１０の内圧を検出し、該検出結果が所定値を下回った場合、ステップＳ１４へ移り、所定値以上の場合ステップＳ２０へ移る。ステップＳ１４では、低窒素ガスタンク１０及び窒素ガスタンク１５に低窒素ガス及び窒素ガスを貯えることを目的として、方向制御弁６、８、９、１２、１４を開とし、コンプレッサ３から供給される空気を窒素分離装置７に導入する。導入された空気は、窒素分離装置７により低窒素ガスと窒素ガスに分離され、おのおの低窒素ガスタンク１０及び、窒素ガスタンク１５に貯える。
【００５９】
次いでステップＳ１６にて、低窒素ガスタンク内圧計２９により低窒素ガスタンク１０の内圧が所定の圧力に達したことを検出した場合、ステップＳ１８によって、低窒素ガス供給手段４０の方向制御弁６、８、９及び窒素ガス供給手段の方向制御弁１２、１４を閉とし、通常運転状態に復帰する。この時、低窒素貯蔵タンク１０の内圧または窒素貯蔵タンク１５の内圧のいずれかが所定値を上回り、他方が所定値を下回っている場合でも、低窒素ガスタンク１０，窒素ガスタンク１５に設けられたリリーフ弁３１、３２にてタンク内圧が上昇するのを抑制することもできるため、各タンク内圧を所定値にすることができる。
【００６０】
その後、ステップＳ２０においてシステム運転中に、所定の低窒素ガス供給条件がそろった場合、ステップＳ２２以降の制御により低窒素ガス供給手段４０から水素循環路３９への低窒素ガスの供給（パージ）を開始する。なお、供給動作は燃料電池スタック５に対する要求発電量が小さく必要水素流量が小さい場合に行うものとしても良い。
【００６１】
ステップＳ２２にて水素通路遮断弁２６を閉、パージ弁２７を開とし、ステップＳ２４において、パージ中の水素の消費をさけるため水素流量制御弁２３を閉状態を含んだ所定の開度まで絞る。
【００６２】
その後、ステップＳ２６にて方向制御弁９及び１１を開とし、低窒素ガスタンク１０から水素循環路３９内に低窒素ガスを導入し、パージ弁２７及びパージ通路２８から窒素を含んだ水素循環路３９内の水素を排出する。
【００６３】
低窒素ガスにて水素循環路３９をパージする条件としていくつかの条件が考えられる。その第１の条件として、燃料電池スタック５に供給した水素流量に対して発電された発電量を発電効率と考え、図４に模式的に示すような該発電量と水素流量の関係から発電効率を表すようなマップを用意しておき、該発電効率がマップ上の閾値を下回った場合とすることもできる。
【００６４】
この場合、図５に模式的に示すように、発電効率の閾値を小さく設定するほど、水素循環路へ供給する低窒素ガス量を多くし、窒素を含んだ水素の排出量を多くすればよい。
【００６５】
また第２の条件として、図６に模式的に示すように、燃料電池スタック５に供給された積算空気量、積算水素量の少なくとも一つが予め実験などで定めた閾値を上回った場合とすることもできる。
【００６６】
さらに、第３の条件として、図７に模式的に示すように燃料電池スタック５において発電された積算発電量が予め実験などで定めた閾値を上回った場合とすることもできる。
【００６７】
第２、第３の条件の場合、図８に模式的に示すように、閾値とする積算空気量及び積算水素量及び積算発電量の値を大きく設定するほど、水素通路へ供給する低窒素ガス量を多くし、窒素を含んだ水素の排出量を多くすればよい。
【００６８】
さらに、第４の条件として、図９に模式的に示すように燃料電池スタック５において発電される瞬時電圧が予め定めた閾値を下回った場合、とすることもできる。
【００６９】
ステップＳ２８にて、必要な低窒素ガス量を水素通路に供給した後、ステップＳ３０にて低窒素ガス供給手段４０の方向制御弁９及び１１を閉とする。その後、ステップＳ３２にて水素流量制御弁２３を所定の開度に開き、水素循環路３９内の低窒素ガスを排出する。このとき、水素流量制御弁２３の開度は全開に近いほど短時間で低窒素ガスを排出できることとなる。
【００７０】
その後、ステップＳ３４において予め実験で定めた低窒素ガスが排出されるまでの時間経過後、水素通路遮断弁２６を開、パージ弁２７を閉とする。また、水素循環路３９内に水素濃度検出センサを設け、所定の水素濃度を上回った場合、この動作を行うものとしてもよい。ステップＳ３４が完了した後、燃料電池スタック５での電力取出しを再開し、通常運転に復帰する。
【００７１】
この時、低窒素ガスタンク１０内の圧力が低い場合、再度低窒素ガスタンク１０へ低窒素ガスを充填することとなる。
【００７２】
また、この時水素循環路３９内に少量の低窒素ガスが残留することも考えられるが、水素内に微量含まれる一酸化炭素の酸化に使われることになる。
【００７３】
尚、図３のステップＳ１２において、窒素分離装置７の動作させるか否かの判定条件は、低窒素ガスタンク１０の内圧が所定値より低下したか否かとしたが、これに代えて、「低窒素ガスタンク１０の内圧または窒素ガスタンク１５の内圧が所定値より低下したか否か」、と変更することもできる。この場合、ステップＳ１６の判定条件は、「低窒素ガスタンク１０の内圧及び窒素ガスタンク１５の内圧が所定値以上か否か」となる。
【００７４】
また、同様のシステム構成において、図１０に水素循環路内の一酸化炭素を除去するフローチャートを示す。本実施形態における低窒素ガスは、空気から分離した酸素を主体とする低窒素ガスであるので、燃料電池運転時の水素循環中に濃縮された一酸化炭素等の不純物が電極触媒を被毒した場合に、一酸化炭素を酸素で酸化させて無害の二酸化炭素として、触媒から除去することができる。
【００７５】
図１０のステップＳ１０からステップＳ１８までの低窒素ガスを貯蔵するフローについては、図１と同様なので省略する。
【００７６】
ステップＳ２０において所定の低窒素ガス供給条件が成立した場合、ステップＳ４２にて方向制御弁９及び低窒素ガス供給弁１１を開とし、ステップＳ４４にて所定量（図３のＳ２８に比べて微量）の低窒素ガスを水素循環路３９内に供給し一酸化炭素の除去を開始する。
【００７７】
供給する低窒素ガス量は、図１１に模式的に示すように、燃料電池スタック５に供給された水素量及び空気量及び燃料電池スタック５での発電量の積算量を検出し、該検出量が大きいほど供給する低窒素ガス量を多くする。
【００７８】
また、図１２に模式的に示すように燃料電池スタック５での発電電圧を検出する手段を有し、該発電電圧が低いほど供給する低窒素ガス量を多くすることも出来る。さらに、予め実験などで必要な低窒素ガス量を求めておき、一定量の低窒素ガスを供給することも考えられる。
【００７９】
所定量の低窒素ガスが水素循環路に供給された後、ステップＳ４６にて方向制御弁９及び低窒素ガス供給弁１１を閉とする。
【００８０】
この時、水素循環路３９内に低窒素ガスが残留することとなり水素循環路３９中の水素濃度が低下することになるが、パージ（窒素除去）動作時に水素を同時にパージ通路２８を通ってシステム外へ排出されることとなる。また、所定の供給回数を予め定めておき、該供給回数となったときにパージ動作させても良いし、水素循環路３９に水素濃度検出手段を設けて水素濃度を検出し、該検出結果が所定値を下回った場合にパージ動作させても良い。
【００８１】
また、窒素分離装置７によって分離された窒素ガスは、窒素ガスタンク１５に貯えられ、発電終了後に実行される図１３に示すフローチャートに従って純水通路に供給される。
【００８２】
燃料電池スタック５が発電終了し、その後燃料電池スタック温度または純水温度が所定値以下に低下した後に純水ポンプ１７を停止させる。その後、ステップＳ５０にて方向制御弁１４，１９を開とし、方向制御弁１２，１３，１８を閉とする。これによって、純水系２１に窒素ガスタンク１５から窒素ガスが供給され、純水系２１内部の純水は、純水タンク１６に排出される。ステップＳ５２にて純水系２１に窒素ガスが満たされた後、ステップＳ５４にて、方向制御弁１４，１８を開、方向制御弁１２，１３，１９を閉とすることによって、ステップＳ５２にて窒素ガスを供給することが出来なかった純水通路の部分に窒素ガスを供給することが可能となる。
【００８３】
ステップＳ５６にて窒素ガスで満たされた後、ステップＳ５８にて方向制御弁１３，１４を開、方向制御弁１２，１８，１９を閉とし、純水タンク１６の上部の空間部分にも窒素ガスを供給する。ステップＳ６０にて純水タンクの空間部分が窒素で満たされた後、ステップＳ６２にて方向制御弁１２，１３，１４，１８，１９を閉としてフローを終了する。
【００８４】
純水系２１内及び純水タンク１６内に窒素ガスを供給する時間は、予め実験などで決めた所定値としても良いし、窒素濃度検出手段を設け、その検出値で判断しても良い。
【００８５】
また、この時、不要な空気及び窒素ガスは純水タンクブリーザ２０から大気へ放出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態における全体の構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態における全体の構成を示す構成図である。
【図３】実施形態における低窒素ガスによるパージ処理内容を説明するフローチャートである。
【図４】水素流量と発電効率の良否が判断される発電量の閾値との関係を示す図である。
【図５】低窒素ガス供給開始を判断する発電効率の閾値と低窒素ガス供給量との関係を示す図である。
【図６】積算水素量及び積算空気量とパージタイミングとの関係を示す図である。
【図７】積算発電量とパージタイミングとの関係を示す図である。
【図８】積算水素量・積算空気量または積算発電量を低窒素ガス供給開始条件とする場合の積算量の閾値と低窒素ガス供給量との関係を示す図である。
【図９】発電電圧とパージタイミングの関係である。
【図１０】一酸化炭素除去手段のフローチャートである。
【図１１】一酸化炭素除去手段における積算水素量・積算空気量・積算発電量と低窒素ガス供給量の関係である。
【図１２】一酸化炭素除去手段における発電電圧と低窒素ガス供給量の関係である。
【図１３】純水通路の窒素パージフローチャートである。
【符号の説明】
１　エアフィルタ
２　空気流量計
３　コンプレッサ
４　コンプレッサモータ
５　燃料電池スタック
６，８，９，１２，１３，１４，１８，１９　方向制御弁
７　窒素分離装置
１０　低窒素ガスタンク
１１　低窒素ガス供給弁
１５　窒素ガスタンク
１６　純水タンク
１７　純水ポンプ
２０　純水タンクブリーザ
２１　純水系
２２　水素タンク
２３　水素流量制御弁
２４　水素流量計
２５　燃料極
２６　水素通路遮断弁
２７　パージ弁
２８　パージ通路
２９　低窒素ガスタンク内圧計
３０　窒素ガスタンク内圧計
３１，３２　リリーフ弁
３３　酸化剤極
３４　水分離手段
３９　水素循環路
４０　低窒素ガス供給手段

Claims (15)

1. 電解質を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電池本体と、
   前記燃料極に供給された水素を循環する水素循環路と、
   空気に比べて窒素含有量の少ない低窒素ガスを前記水素循環路に供給する低窒素ガス供給手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記低窒素ガス供給手段から低窒素ガスを供給した後の前記水素循環路中の窒素濃度は、低窒素ガスを供給する前の前記水素循環路中の窒素濃度よりも低いことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記低窒素ガス供給手段は、空気から窒素ガスを分離除去することにより、酸素を主体とする低窒素ガスを生成することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
4. 前記水素循環路に供給する低窒素ガスは、水素循環路中の一酸化炭素を酸化する量であることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
5. 燃料電池の発電効率が低下した時に、前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
6. 前記低下した発電効率が低い程、前記低窒素ガスの供給量を多くすることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池本体に供給した空気量または水素量の積算値、または発電量の積算値が所定値を上回った時に、前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
8. 前記積算値が大きい程、前記低窒素ガスの供給量を多くすることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
9. 燃料電池の発電電圧が低下した時に、前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
10. 前記低下した発電電圧が低い程、前記低窒素ガスの供給量を多くすることを特徴とする請求項９記載の燃料電池システム。
11. 前記低窒素ガスを前記水素循環路に供給する際、該水素循環路への水素供給量を低下させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
12. 前記低窒素ガスによるパージが終了後、前記水素循環路へ水素を供給して前記低窒素ガスを排出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
13. 前記低窒素ガスを排出後、燃料電池本体から電力取出しを行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
14. 前記低窒素ガスの供給量を、あらかじめ定めた一定値とすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
15. 電解質を挟んで燃料極と酸化剤極とが対設された燃料電池本体と、
    燃料電池本体を冷却する冷却液の通路である冷却液通路と、
    燃料電池本体の発電終了後に、前記冷却液通路を窒素ガスで満たす窒素ガス供給手段と、
    を備えたことを特徴とする燃料電池システム。

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