JP2005302609A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明では、アノード掃気処理に伴う膜の劣化を防止することができる燃料電池システムを提供することを主たる目的とする。
【解決手段】 燃料電池システム1は、燃料電池13と、水素ガスを流通させる燃料ガス供給路21および燃料ガス排出路24と、空気を流通させる空気供給路22と、アノード系内を空気によって掃気するための掃気用流路23と、制御部17とを備えている。そして、制御部17は、燃料電池システム1を停止させるための停止要求を受けたときに、掃気を行うか否かを判断し、掃気を行うと判断したときに、アノード系内の圧力を、掃気を行わないと判断したときよりも低い圧力に低下させ、その後、アノード系内の掃気を行うように切替弁15やパージ弁16などの制御を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、空気などでアノード系内の水などをパージする燃料電池システムに関するものである。
一般に、燃料電池は、プロトン導電性の高分子電解質膜(PEM膜)を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって発電するものである。そして、このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、水素と酸素との電気化学反応によって水が生成されているので、この水がシステム内に溜まったままの状態で燃料電池を停止させ、その後長い時間が経過すると、冬季や寒冷地ではその水が凍結してしまうおそれがあった。
このような問題に対する技術としては、従来、燃料電池システムの停止時に、コンプレッサから送り出される空気を分岐させてカソード系内とアノード系内に供給することで、カソード系内およびアノード系内に残留する水などをパージ(排出)させる技術が知られている(特許文献1参照)。なお、以下の説明では、空気などの水素ガス以外のガスでアノード系内の水などをパージする処理を、「アノード掃気処理」という。
特開2003−331893号公報(段落0022〜0024、図1)
しかしながら、従来の技術では、燃料電池システムを停止させるための停止要求があった直後にアノード掃気処理を行っているので、燃料電池システムの停止時にアノード系内の圧力が大気圧に対して比較的高い状態(比較的多くの水素ガスが残存する状態)となっている場合は、同一系内において水素ガスと掃気用の空気とが反応するおそれがあり、その場合は燃料電池の膜が劣化するおそれがあった。
そこで、本発明では、アノード掃気処理に伴う膜の劣化を防止することができる燃料電池システムを提供することを主たる目的とする。
前記課題を解決する本発明のうち請求項1に記載の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電を行う燃料電池と、前記燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路または前記酸化剤ガス流通路を掃気ガスによって掃気する掃気ガス供給手段と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池システムを停止させるための停止要求を受けたときに、前記掃気ガス供給手段による掃気を行うか否かを判断する掃気判断手段と、前記掃気判断手段によって掃気を行うと判断されたときに、掃気を行う側の前記流通路内の圧力を、掃気を行わないと判断されたときよりも低い圧力に低下させる圧力低下手段と、前記圧力低下手段によって前記流通路内の圧力が低下された後に、前記掃気ガス供給手段を作動させる作動手段と、を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、掃気判断手段は、停止要求を受けると、掃気ガス供給手段による掃気を行うか否かを判断する。そして、この掃気判断手段によって掃気を行うと判断した場合は、圧力低下手段によって、例えば燃料ガス流通路内の圧力が掃気を行わないときの圧力よりも低い圧力に低下された後、作動手段によって、掃気ガス供給手段が作動されて燃料ガス流通路内の掃気が行われる。すなわち、掃気時において圧力低下手段が例えば燃料ガス流通路内の圧力を低下させることにより、燃料ガス流通路内に残存する燃料ガスの量が少なくなるので、アノード系内における燃料ガスと掃気ガスとの反応が防止され、燃料電池の膜の劣化を防止することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池システムであって、前記圧力低下手段は、前記掃気判断手段によって掃気を行わないと判断されたときよりも発電量が多くなるように、停止要求後における前記燃料電池の稼動を続行させることで、前記流通路内の圧力を低下させることを特徴とする。
ここで、発電量を多くする方法としては、例えば、停止要求から実際の燃料電池の停止までの時間を長くすることで発電量を多くする方法や、停止要求後に燃料電池から取り出す電流を増やすことで発電量を多くする方法などが挙げられる。
請求項2に記載の発明によれば、掃気判断手段によって掃気を行うと判断した場合は、圧力低下手段によって、掃気を行わないと判断されたときよりも発電量が多くなるように、停止要求後における燃料電池の稼動が続行される。すなわち、掃気時には燃料電池によって例えば燃料ガス流通路内の燃料ガスが多く消費されることとなるので、燃料ガスの無駄を防止することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、掃気を行う側の前記流通路に、その内部の圧力を検出する圧力検出手段を設け、前記圧力低下手段は、前記圧力検出手段からの信号に基づいて前記流通路内の圧力を調整することを特徴とする。
請求項3に記載の発明によれば、圧力検出手段によって例えば燃料ガス流通路内の圧力を監視することにより、燃料ガス流通路内の燃料ガスの残量を正確に管理できるので、掃気によって外部に排出させる燃料ガスの量をより少なくすることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、前記掃気ガスは、前記酸化剤ガスであり、前記掃気ガス供給手段は、前記酸化剤ガスで前記燃料ガス流通路を掃気することを特徴とする。
請求項4に記載の発明によれば、掃気ガス供給手段を燃料電池に酸化剤ガスを供給するための装置として利用することが可能なので、掃気用の装置と酸化剤ガスの供給用の装置とを別々に設ける必要が無くなり、その分システムを小型化することができる。
請求項1に記載の発明によれば、掃気時において圧力低下手段が例えば燃料ガス流通路内の圧力を低下させることにより、燃料ガス流通路内に残存する燃料ガスの量が少なくなるので、アノード系内における燃料ガスと掃気ガスとの反応が防止され、燃料電池の膜の劣化を防止することができる。
請求項2に記載の発明によれば、掃気時には燃料電池によって例えば燃料ガス流通路内の燃料ガスが多く消費されることとなるので、燃料ガスの無駄を防止することができる。
請求項3に記載の発明によれば、圧力検出手段によって例えば燃料ガス流通路内の圧力を監視することにより、燃料ガス流通路内の燃料ガスの残量を正確に管理できるので、掃気によって外部に排出させる燃料ガスの量をより少なくすることができる。
請求項4に記載の発明によれば、掃気ガス供給手段を燃料電池に酸化剤ガスを供給するための装置として利用することが可能なので、掃気用の装置と酸化剤ガスの供給用の装置とを別々に設ける必要が無くなり、その分システムを小型化することができる。
〔第1の実施形態〕
次に、本発明の第1の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図であり、図2は、図1の制御部の動作を示すフローチャートである。
図1に示すように、燃料電池システム1は、高圧水素タンク11、コンプレッサ12、燃料電池13、遮断弁14、切替弁15、パージ弁16および制御部17を主に備えている。
高圧水素タンク11内には、数十MPaの高圧の水素ガス(燃料ガス)が貯蔵されており、この水素ガスは遮断弁14が開放されることで燃料電池13へ供給されるようになっている。なお、この高圧水素タンク11と燃料電池13との間には、水素ガスの通り道となる管状の燃料ガス供給路(燃料ガス流通路)21が設けられており、この燃料ガス供給路21には、高圧水素タンク11側から燃料電池13側に向けて順に、遮断弁14、圧力センサ(圧力検出手段)21Aが設けられている。なお、圧力センサ21Aは、常時燃料ガス供給路21内の圧力を検出しており、その圧力値を示す信号を制御部17に出力している。
コンプレッサ12は、空気(酸化剤ガス)を圧縮して燃料電池13に供給するものである。そして、コンプレッサ12と燃料電池13との間には、空気の通り道となる管状の空気供給路(酸化剤ガス流通路)22が設けられている。
燃料電池13は、高圧水素タンク11から供給される水素ガスと、コンプレッサ12から供給される空気とを電気化学反応させることにより発電するものである。また、燃料電池13には、この燃料電池13で発電した電力を消費するモータなどの負荷31が接続されており、この負荷31を制御部17でON・OFFすることにより、燃料電池13が稼動・停止される、すなわち燃料電池13からの電流の取り出しがON・OFF(実行・停止)されるようになっている。
遮断弁14は、高圧水素タンク11から燃料電池13への水素ガスの供給・停止を切り替える弁であり、制御部17から起動電流(ON信号)が供給されることで図示せぬソレノイドコイルが励磁し、その磁力によって常時ばねで閉方向に付勢されている図示せぬ可動子が強い力で吸引されることによって開放されるようになっている。
切替弁15は、制御部17によって適宜開閉される弁であり、燃料ガス供給路21における遮断弁14の下流側部分と空気供給路22とに跨るように接続される掃気用流路23に設けられている。そして、この切替弁15が閉塞した状態では、コンプレッサ12からの空気は空気供給路22を介して燃料電池13のカソード側のみに供給され、切替弁15が開放した状態では、コンプレッサ12からの空気は、燃料電池13のカソード側に供給される他、掃気用流路23および燃料ガス供給路21を介して燃料電池13のアノード側にも供給されるようになっている。
パージ弁16は、制御部17によって適宜開閉される弁であり、燃料電池13のアノード側の出口に接続される燃料ガス排出路(燃料ガス流通路)24に設けられている。そして、このパージ弁16と前記した切替弁15をともに開放させることによって、アノード側の掃気が行われるようになっている。なお、本実施形態では、前記したコンプレッサ12、空気供給路22、掃気用流路23、切替弁15およびパージ弁16が、特許請求の範囲にいう「掃気ガス供給手段」に相当することとなる。
制御部17は、例えば運転者がイグニッションスイッチをOFFにすることなどによって出力されるシステムの停止要求を受けたときに、燃料ガス供給路21、燃料電池13に形成される図示せぬ通路および燃料ガス排出路24(以下、これらを単に「アノード系」ともいう)内の掃気を行うか否かを判断する機能を有している。なお、掃気を行うか否かの判断は、具体的には、例えば温度センサで検出する外気温が所定値以下であるか否か(流路内に残存する水が凍る可能性があるか否か)を判断することにより行うことができる。
また、制御部17は、掃気を行うと判断したときに、掃気を行わないと判断したときよりも発電量が多くなるように、停止要求後における燃料電池13の稼動を続行させることで、圧力センサ21Aで検出するアノード系内の圧力を、掃気を行わないと判断したときよりも低い圧力となるまで低下させる機能を有している。ここで、発電量が多くなるように燃料電池13を稼動させる方法としては、燃料電池13の稼動時間を長くする方法や、燃料電池13から取り出す電流を増加させる方法などがあるが、本実施形態では、稼働時間を長くする方法を採用することとする。
さらに、制御部17は、前記のように掃気を行わない場合よりも長めに燃料電池13を稼動させた後に、切替弁15およびパージ弁16を開放させる機能を有している。すなわち、前記したような機能を有する制御部17は、特許請求の範囲にいう「掃気判断手段、圧力低下手段、作動手段」に相当することになる。なお、制御部17は、前記した機能の他、遮断弁14を開閉させる機能、負荷31をON・OFFさせる機能、コンプレッサ12の回転速度を変更させる機能などのような従来と同様の機能も備えている。
以下に、制御部17の動作について図2に示すフローや図1を参照して説明する。
制御部17は、図2に示すように、停止要求がされているか否かを常時判断し(ステップS1)、停止要求がされていないと判断した場合は(No)、再度ステップS1の判断を繰り返す。また、ステップS1において、制御部17は、停止要求がされていると判断すると(Yes)、遮断弁14を閉塞させて(ステップS2)、高圧水素タンク11から燃料電池13への水素ガスの供給を停止させる。
続いて、制御部17は、アノード系内の掃気を行うか否かを判断し(ステップS3)、掃気を行わないと判断すると(No)、アノード系内の圧力PHが所定値P1以下であるか否かを判断する(ステップS4)。ステップS4において、圧力PHが所定値P1以下でないと判断されると(No)、制御部17は再度ステップS4の処理を繰り返す。
ステップS4において、圧力PHが所定値P1以下であると判断されると(Yes)、制御部17は負荷31をOFFにすることで(ステップS5)、燃料電池13による発電を停止させる。ステップS5の後、制御部17は、所定時間T1が経過したか否かを判断することで(ステップS6)、いまだ稼動を続けているコンプレッサ12によるカソード側の掃気が完了したか否かを判断する。
ステップS6において、所定時間T1が経過していないと判断されると(No)、制御部17は再度ステップS6の処理を繰り返す。また、ステップS6において、所定時間T1が経過したと判断されると(Yes)、制御部17は、パージ弁16を開放させることで(ステップS7)、アノード系内の水素ガスの残圧(所定値P1)を利用してアノード系内の不純ガス(窒素ガス等)を外部へ排出させる。
また、前記したステップS3において、制御部17は、アノード系内の掃気を行うと判断すると(Yes)、アノード系内の圧力PHが前記所定値P1よりも低い圧力となる所定値P2以下であるか否かを判断する(ステップS8)。ステップS8において、圧力PHが所定値P2以下でないと判断されると(No)、制御部17は再度ステップS8の処理を繰り返す。
ステップ8において、圧力PHが所定値P2以下であると判断されると(Yes)、制御部17は負荷31をOFFにすることで(ステップS9)、燃料電池13による発電を停止させる。ステップS9の後、制御部17は、切替弁15およびパージ弁16をともに開放させることで(ステップS10)、コンプレッサ12からの空気をアノード系およびカソード系の両方に供給させる。これにより、これらの系内がともに掃気されることとなる。
ステップS10の後、制御部17は、所定時間T2が経過したか否かを判断することで(ステップS11)、アノード系およびカソード系の掃気が完了したか否かを判断する。ステップS11において、所定時間T2が経過していないと判断されると(No)、制御部17は再度ステップS11の処理を繰り返す。また、ステップS11において、所定時間T2が経過したと判断されると(Yes)、制御部17は、切替弁15を閉じることで(ステップS12)、コンプレッサ12からアノード系への空気の供給を停止させる。
そして、ステップS12の後や、前記したステップS7の後、制御部17は、アノード系の圧力PHが前記した所定値P1,P2より低く大気圧より高い値となる所定値P3以下であるか否かを判断する(ステップS13)。ステップS13において、圧力PHが所定値P3以下でないと判断されると(No)、制御部17は再度ステップS13の処理を繰り返す。また、ステップS13において、圧力PHが所定値P3以下であると判断されると(Yes)、制御部17はパージ弁16を閉じた後(ステップS14)、コンプレッサ12による空気の供給を停止させて(ステップS15)、このフローによる動作を終了させる。
次に、第1の実施形態における燃料電池システム1の停止方法について、図3および図4を参照して説明する。参照する図面において、図3はアノード系内を掃気しない場合の停止方法を示すタイムチャートであり、図4はアノード系内を掃気する場合の停止方法を示すタイムチャートである。
最初に、通常時における燃料電池システム1の停止方法、すなわち前記したアノード系内を掃気しない場合の停止方法(図2のステップS1〜S7,S13〜S15の処理)について説明する。
図3に示すように、運転者がイグニッションスイッチをOFFにすることなどにより停止要求が出力されると、制御部17は、遮断弁14をOFFにするとともに、燃料電池13の負荷31の稼動、すなわち燃料電池13による発電を、アノード系内の圧力PHが所定値P1になるまで続行させる。
アノード系内の圧力PHが所定値P1に達すると、負荷31がOFFにされて燃料電池13の稼動が停止し、この燃料電池13の停止から所定時間T1の間、コンプレッサ12によってカソード系が掃気されることとなる。そして、所定時間T1が経過すると、パージ弁16が開放されて、アノード系内に残存する不純ガス等のパージが開始され、アノード系内の圧力PHが所定値P3になると、パージ弁16が閉じられるとともに、コンプレッサ12の駆動が止められて燃料電池システム1が停止することとなる。
続いて、アノード系を掃気する場合における燃料電池システム1の停止方法(図2のステップS1〜S3,S8〜S15の処理)について説明する。
図4に示すように、運転者がイグニッションスイッチをOFFにすることなどにより停止要求が出力されると、制御部17は、遮断弁14をOFFにするとともに、燃料電池13の負荷31の稼動を、アノード系内の圧力PHが、掃気しない場合の所定値P1よりも低い値である所定値P2になるまで続行させる。
アノード系内の圧力PHが所定値P2に達すると、負荷31がOFFにされて燃料電池13の稼動が停止するとともに、切替弁15およびパージ弁16が開放されて、アノード系内およびカソード系内がコンプレッサ12によって掃気されることとなる。そして、所定時間T2が経過すると、切替弁15が閉じられて、コンプレッサ12によるアノード系内の掃気が終了し、このコンプレッサ12によって一時的に高められたアノード系内の圧力PHが徐々に下がっていくこととなる。その後は、アノード系内の圧力PHが所定値P3になると、パージ弁16が閉じられるとともに、コンプレッサ12の駆動が止められて燃料電池システム1が停止することとなる。
以上によれば、第1の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
アノード系内を掃気する前に、アノード系内の圧力PHが制御部17によって掃気しない場合よりも低い圧力である所定値P2まで下げられるので、アノード系内に残存する水素ガスの量が少なくなり、アノード系内における水素ガスと空気との反応が防止され、燃料電池13の膜の劣化を防止することができる。また、アノード系内の圧力を低下させる方法として、アノード系内の水素ガスを燃料電池13で消費させる方法を採用したので、水素ガスの無駄も防止することができる。
圧力センサ21Aによってアノード系内の圧力を監視することにより、アノード系内の水素ガスの残量を正確に管理できるので、掃気によって外部に排出させる水素ガスの量をより少なくすることができる。
燃料電池13に空気を供給するためのコンプレッサ12を掃気ガス供給手段として利用するので、掃気用の装置として他の装置を設ける必要が無くなり、その分システムを小型化することができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、燃料電池13の稼動を続行させることによってアノード系内の圧力PHを所定値P1または所定値P2まで下げるようにしているが、本発明はこれに限定されず、例えば燃料電池13の稼動の続行とともに、パージ弁16の開度を調整したり、パージ弁16の開閉を素早く連続して行う(以下、この動作を「チョッピング」ともいう)ことで、アノード系内の圧力PHを迅速に下げるようにしてもよい。具体的には、図5に示すように、本実施形態のフロー(図2参照)におけるステップS3とステップS4との間や、ステップS3とステップS8との間に、パージ弁16の開度が所定値P1または所定値P2に対応した開度となるようにパージ弁16を所定量だけ開放させる処理(ステップS21,S22)を加えてもよい。なお、燃料電池13の稼動を続行させずに、パージ弁16の開度調整またはチョッピングのみを行うことで、アノード系内の圧力を低下させるようにしてもよい。
本実施形態では、停止要求の後遮断弁14を完全に閉塞させたが、本発明はこれに限定されず、例えば遮断弁14の開度を調整したり、遮断弁14をチョッピングさせたりすることによっても、アノード系内の圧力PHを所定値P1または所定値P2に下げることができる。具体的には、図6に示すように、本実施形態のフロー(図2参照)からステップS2を取り除く代わりに、ステップS3とステップS4との間や、ステップS3とステップS8との間に、遮断弁14の開度が所定値P1または所定値P2に対応した開度となるように遮断弁14を所定量だけ閉塞させる処理(ステップS31,S32)を加えてもよい。ただし、この場合は、例えば図6のステップS5,S9において負荷31をOFFにする他、遮断弁14を完全に閉塞させる必要がある。
本実施形態では、燃料電池13で消費する水素ガスの残量を、アノード系内の圧力PHを監視することで行っているが(図2のステップS4,S8参照)、本発明はこれに限定されず、例えばタイマーによって燃料電池13で消費した水素ガスの量を判断してもよい。具体的には、本実施形態におけるフロー(図2参照)のステップS4の処理を、所定時間が経過したか否かを判断する処理に代え、かつ、ステップS8の処理を、ステップS4における所定時間よりも長い所定時間が経過したか否かを判断する処理に代えればよい。
〔第2の実施形態〕
以下に、本発明に係る燃料電池システムの第2の実施形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態に係る燃料電池システム1の構造を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図7は第2の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図であり、図8は図7の制御部の動作を示すフローチャートである。
図7に示すように、燃料電池システム2には、第1の実施形態でのコンプレッサ12の代わりに、酸素ガスが充填された酸素タンク41が設けられている。また、この酸素タンク41と燃料電池13とを繋ぐ酸素供給路(酸化剤ガス流通路)51には、酸素タンク41側から燃料電池13側に向けて順に、遮断弁42、圧力センサ51Aが設けられている。さらに、燃料電池13のカソード側の出口には、酸素排出路(酸化剤ガス流通路)52が接続され、この酸素排出路52には、パージ弁43が設けられている。
また、この燃料電池システム2は、窒素ガス(掃気ガス)が充填された窒素タンク44を備えており、この窒素タンク44には、燃料ガス供給路21における遮断弁14の下流側部分に接続されるアノード側供給路53と、酸素供給路51における遮断弁42の下流側部分に接続されるカソード側供給路54とが接続されている。そして、アノード側供給路53には、窒素タンク44から燃料ガス供給路21への窒素ガスの供給・停止を切り替えるための遮断弁45が設けられ、カソード側供給路54には、窒素タンク44から酸素供給路51への窒素ガスの供給・停止を切り替えるための遮断弁46が設けられている。
また、制御部18は、第1の実施形態と略同様の機能を有する他、遮断弁42,45,46やパージ弁43を適宜開閉させる機能をも有している。なお、以下の説明においては、便宜上、遮断弁14を水素遮断弁14とも称し、遮断弁42を酸素遮断弁42とも称し、遮断弁45をアノード側窒素遮断弁45とも称し、遮断弁46をカソード側窒素遮断弁46とも称することとする。また、パージ弁16を水素パージ弁16とも称し、パージ弁43を酸素パージ弁43とも称することとする。
以下に、制御部18の動作について図8に示すフローを参照して説明する。なお、図8のフローは、第1の実施形態で説明した図2のフローを一部変更したものなので、同一のステップについては同一符号を付し、その説明を省略する。
図8に示すように、このフローは、図2のフローと略同様のステップS1,S3〜S6,S8,S9,S11,S13を有する他、新たなステップS41〜S46を有している。なお、本実施形態におけるステップS4,S8,S13では、二つの圧力センサ21A,51Aで検出した検出値の両方が所定値P1,P2,P3以下になったか否か、すなわちアノード系内およびカソード系内の圧力がともに所定値P1,P2,P3以下になったか否かを判断している。
続いて、新たなステップS41〜S46について説明する。
ステップS41は、水素遮断弁14および酸素遮断弁42を閉塞させることで、燃料電池13への水素ガスおよび酸素ガスの供給を停止させる処理であり、図2のフローにおけるステップS2の代わりに設けられている。
ステップS42は、カソード側窒素遮断弁46と酸素パージ弁43をともに開放させることで、カソード系内の掃気を行わせる処理であり、ステップS5とステップS6の間に設けられている。
ステップS43は、水素パージ弁16を開放させ、かつ、カソード側窒素遮断弁46を閉塞させることで、アノード系内の不純ガスを外部へ排出させるとともに、カソード系内への窒素ガスの供給を停止させる処理であり、図2のフローにおけるステップS7の代わりに設けられている。
ステップS44は、遮断弁45,46とパージ弁16,43を開放させることで、アノード系内およびカソード系内の掃気を行わせる処理であり、図2のフローにおけるステップS10の代わりに設けられている。
ステップS45は、遮断弁45,46を閉塞させることで、アノード系内およびカソード系内への窒素ガスの供給を停止させる処理であり、図2のフローにおけるステップS12の代わりに設けられている。
ステップS46は、パージ弁16,43を閉塞させることで、システムの停止を完了させる処理であり、図2のフローにおけるステップS14,S15の代わりに設けられている。
次に、第2の実施形態に係る燃料電池システム2の停止方法について図8や図7を参照して説明する。最初に、アノード系内を掃気しない場合の停止方法について説明する。
図8に示すように、運転者がイグニッションスイッチをOFFにすることなどにより停止要求が出力されると、ステップS41において遮断弁14,42が閉塞され、燃料電池13への水素ガスおよび酸素の供給が停止することとなる。続いて、ステップS3で、アノード系内を掃気する必要がないと判断されると(No)、ステップS4においてアノード系内の圧力PHおよびカソード系内の圧力PAがともに所定値P1以下になったか否かが判断される。
ステップS4で圧力PH,PAが所定値P1以下になったと判断されると(Yes)、ステップS5において負荷31がOFFにされ、ステップS42においてカソード側窒素遮断弁46と酸素パージ弁43がともに開放されることでカソード系内の掃気が開始されることとなる。そして、ステップS6において所定時間T1が経過した(カソード系内の掃気が完了した)と判断されると(Yes)、ステップS43において水素パージ弁16が開放され、かつ、カソード側窒素遮断弁46が閉塞されることで、アノード系内の不純ガスが外部に排出されるとともに、カソード系内への窒素ガスの供給が停止することとなる。その後、ステップS13においてアノード系内およびカソード系内の両方の圧力PH,PAが所定値P3以下になったと判断されると(Yes)、ステップS46においてパージ弁16,43が閉塞されて、システムの停止が完了することとなる。
続いて、アノード系内を掃気する場合の停止方法について説明する。
ステップS3においてアノード系内を掃気する必要があると判断されると(Yes)、ステップ8においてアノード系内およびカソード系内の圧力PH,PAがともに所定値P2(所定値P1よりも小さな値)以下になったか否かが判断される。ステップ8において圧力PHが所定値P2以下になったと判断されると(Yes)、ステップS9において負荷31がOFFにされ、ステップS44において遮断弁45,46およびパージ弁16,43が開放されることで、アノード系内およびカソード系内の掃気が開始されることとなる。
そして、ステップS11において所定時間T2が経過した(アノード系内およびカソード系内の掃気が完了した)と判断されると(Yes)、ステップS45において遮断弁45,46が閉塞されて、アノード系内およびカソード系内への窒素ガスの供給が停止されることとなる。その後は、前記したステップS13およびステップS46を経て、システムの停止が完了することとなる。
以上によれば、第2の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
アノード系内およびカソード系内を掃気する前に、アノード系内およびカソード系内の圧力が燃料電池13の稼動によって下げられるので、燃料である水素ガスおよび酸素ガスの無駄を防止することができる。
なお、本発明は、第2の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、掃気ガスとして窒素ガスを利用したが、本発明はこれに限定されず、不活性ガスであればどのようなガスであってもよい。
第1の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図である。 図1の制御部の動作を示すフローチャートである。 アノード系内を掃気しない場合の停止方法を示すタイムチャートである。 アノード系内を掃気する場合の停止方法を示すタイムチャートである。 第1の実施形態の変形例を示すフローチャートである。 第1の実施形態の変形例を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図である。 図7の制御部の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
1 燃料電池システム
11 高圧水素タンク
12 コンプレッサ
13 燃料電池
14 遮断弁
15 切替弁
16 パージ弁
17 制御部
21 燃料ガス供給路
21A 圧力センサ
22 空気供給路
23 掃気用流路
24 燃料ガス排出路
31 負荷
41 酸素タンク
42 遮断弁
43 パージ弁
44 窒素タンク
45 遮断弁
46 遮断弁
51 酸素供給路
51A 圧力センサ
52 酸素排出路
53 アノード側供給路
54 カソード側供給路
P1 所定値
P2 所定値
P3 所定値
PH 圧力
T1 所定時間
T2 所定時間

Claims (4)

  1. 燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電を行う燃料電池と、
    前記燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路と、
    前記酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流通路と、
    前記燃料ガス流通路または前記酸化剤ガス流通路を掃気ガスによって掃気する掃気ガス供給手段と、を備える燃料電池システムであって、
    前記燃料電池システムを停止させるための停止要求を受けたときに、前記掃気ガス供給手段による掃気を行うか否かを判断する掃気判断手段と、
    前記掃気判断手段によって掃気を行うと判断されたときに、掃気を行う側の前記流通路内の圧力を、掃気を行わないと判断されたときよりも低い圧力に低下させる圧力低下手段と、
    前記圧力低下手段によって前記流通路内の圧力が低下された後に、前記掃気ガス供給手段を作動させる作動手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
  2. 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
    前記圧力低下手段は、前記掃気判断手段によって掃気を行わないと判断されたときよりも発電量が多くなるように、停止要求後における前記燃料電池の稼動を続行させることで、前記流通路内の圧力を低下させることを特徴とする燃料電池システム。
  3. 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
    掃気を行う側の前記流通路に、その内部の圧力を検出する圧力検出手段を設け、
    前記圧力低下手段は、前記圧力検出手段からの信号に基づいて前記流通路内の圧力を調整することを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の燃料電池システムであって、
    前記掃気ガスは、前記酸化剤ガスであり、
    前記掃気ガス供給手段は、前記酸化剤ガスで前記燃料ガス流通路を掃気することを特徴とする燃料電池システム。
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