JP2006019192A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では、燃料電池の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合であっても、次の起動時においてアノード極内に溜まった不純ガスを良好にパージすることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 燃料電池システム１は、水素ガスと空気中の酸素との反応により発電する燃料電池１３と、アノード極内を空気により掃気するためのコンプレッサ１２、掃気用流路２３、切替弁１５およびパージ弁１６と、燃料電池１３の起動時にアノード極内の残ガスを排出するためのパージ弁１６とを備えている。そして、燃料電池システム１には、燃料電池１３の起動時に、燃料電池１３の前回の停止時において掃気が行われているか否かを判断し、掃気が行われていると判断すると、掃気が行われていないと判断したときよりも多めに残ガスの排出を行わせる制御部１７が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アノード極内を水素（燃料ガス）以外のガスで掃気する手段を備えた燃料電池システムおよび燃料電池システムの起動方法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た燃料電池システムでは、燃料電池を停止させてから長い時間が経過すると、高分子電解質膜が薄い膜であることから、カソード極内の窒素や酸素が高分子電解質膜をと透過してアノード極内に入ってきたり、アノード極内の水素が高分子電解質膜を透過してカソード極内に入ってきたりする（クロスリークする）。このクロスリークにより、窒素や酸素といった燃料とはならないガス（以下「不純ガス」という）がアノード極内に存在することがあった。そして、このようにアノード極内に不純ガスが存在した状態で次の起動を開始すると、燃料電池の発電性能が落ちてしまうといった問題があった。

このような問題に対する技術としては、従来、燃料電池の起動時に、水素ガスを燃料電池のアノード極に供給してアノード極内の圧力を高めた後、アノード極内のガスを外部に排出するためのパージ弁を開くことによって、アノード極内に存在している不純ガスを外部に排出（パージ）する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によれば、燃料電池から電流を取り出す前に、アノード極内から不純ガスがパージされるので、良好な発電を行うことが可能となっている。

また、前記したような燃料電池を備えた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極内とアノード極内に供給することで、カソード極内およびアノード極内に残留する水等を外部に排出させる技術が知られている（特許文献２参照）。なお、以下の説明では、空気等の水素（燃料ガス）以外のガスでアノード極内の水等をパージする処理を、主として「アノード掃気処理」という。

特開平１１−９７０４７号公報 特開２００３−３３１８９３号公報

しかしながら、前記した二つの技術（停止時の掃気／起動時のパージ）を組み合わせた場合を考慮すると、停止時においてアノード掃気処理を行った場合は、アノード極内を空気等の不純ガスで置換することとなる。このため、起動時においてアノード掃気処理を行わないときと同様にパージ弁の開放を制御すると、不純ガスを十分取り除くことができないといった問題があった。

そこで、本発明では、燃料電池の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合であっても、次の起動時においてアノード極内に溜まった不純ガスを良好にパージすることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

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、アノード極に供給される燃料ガスおよびカソード極に供給される酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路および前記アノード極を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガス流通路内と前記アノード極内の残ガスを排出する排出手段とを備えた燃料電池システムである。そして、この燃料電池システムは、前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において前記掃気手段による掃気が行われているか否かを判断し、掃気が行われていると判断すると、掃気が行われていないと判断したときよりも多めに前記排出手段による残ガスの排出を行わせる排気量変更手段を備えたことを特徴とする。

ここで、「掃気ガス」とは、主として燃料ガス以外のガスをいい、例えば空気や窒素等のガスをいう。

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の起動時において、排気量変更手段は、まず、前回の停止時において燃料ガス流通路の掃気が行われているか否かを判断する。そして、排気量変更手段は、掃気が行われていると判断すると、掃気が行われていないと判断したときよりも多くの残ガスを排出手段によって排出させる。すなわち、掃気が行われることにより燃料ガス流通路内に掃気ガスを含む不純ガスが多く残存するときは、排気量変更手段によって燃料ガス流通路内の残ガスが多めに排出されることとなる。

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、前記排気量変更手段は、前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において掃気が行われていないと判断すると、前記燃料電池の停止からの経過時間に基づいて前記排出手段で排出させる残ガスの総排気量を決定することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、アノード掃気処理を行わなかった場合は、燃料電池の停止中におけるクロスリークを考慮して燃料電池の停止から起動までの経過時間に基づいて排出する残ガスの総排気量を決定するので、燃料ガス流通路に残存する燃料ガスを無駄に捨てずに済み、その分燃費を向上させることができる。

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、前記掃気ガスは、前記酸化剤ガスであり、前記掃気手段は、前記酸化剤ガスで前記燃料ガス流通路およびアノード極内を掃気することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、掃気ガスを酸化剤ガスとすることによって、例えば燃料電池に酸化剤ガスを供給する装置を掃気手段としても使用することが可能となるので、システム全体をコンパクト化することができる。

請求項４に記載の発明は、アノード極に供給される燃料ガスおよびカソード極に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路および前記アノード極を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガス流通路および前記アノード極内の残ガスを排出する排出手段と、前記燃料電池の起動を制御する制御部とを備えた燃料電池システムの起動方法である。そして、この起動方法は、前記制御部が、前記燃料電池の起動に際して、前記燃料電池の前回の停止時において前記掃気手段による掃気が行われているか否かを判断する掃気判断工程と、前記掃気判断工程において掃気が行われていると判断されると、掃気が行われていないと判断されたときよりも多めに前記排出手段による残ガスの排出を行わせる排気量変更工程と、を備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、燃料電池を起動させるための指令が出力されると、まず、掃気判断工程において、前回の停止時において燃料ガス流通路の掃気が行われているか否かが判断される。そして、掃気判断工程において掃気が行われていると判断されると、排気量変更工程において、掃気が行われていないと判断されたときよりも多くの残ガスが排出手段によって排出されることとなる。すなわち、掃気が行われることにより燃料ガス流通路内に掃気ガスを含む不純ガスが多く残存するときは、排気量変更工程において燃料ガス流通路内の残ガスが多めに排出されることとなる。

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合であっても、次の起動時においてアノード極内に溜まった不純ガスを良好にパージすることができる。そのため、燃料電池の起動直後から、良好な発電特性を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、アノード掃気処理を行わなかった場合は、燃料電池の停止中におけるクロスリークを考慮して燃料電池の停止から起動までの経過時間に基づいて排出する残ガスの総排気量を決定するので、燃料ガス流通路に残存する燃料ガスを無駄に捨てずに済み、その分燃費を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、掃気ガスを酸化剤ガスとすることによって、例えば燃料電池に酸化剤ガスを供給する装置を掃気手段としても使用することが可能となるので、システム全体をコンパクト化することができる。

請求項４に記載の発明によれば、燃料電池の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合であっても、次の起動時においてアノード極内に溜まった不純ガスを良好にパージすることができるので、燃料電池の起動直後から、良好な発電特性を得ることができる。

≪システム構成≫
次に、本発明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は本実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。

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（排気量変更手段）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中の酸素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等の負荷３１が接続されている。

遮断弁１４は、制御部１７によって適宜開閉されることによって、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のカソード極側のみに供給され、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のカソード極側に供給される他、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のアノード極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のアノード極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、アノード極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「掃気手段」に相当することとなる。また、前記した高圧水素タンク１１、遮断弁１４およびパージ弁１６が、特許請求の範囲にいう「排出手段」に相当する。

制御部１７は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ・ＲＡＭ）、入出力インタフェイス、各種電子回路等を含んで構成され、コンプレッサ１２の駆動・停止またはその回転速度を変更させる機能、遮断弁１４、切替弁１５およびパージ弁１６の開閉またはその開度を調整する機能、負荷３１への電流の供給を停止・継続する機能といった機能を備えている。また、この制御部１７は、前記した機能の他にも、本発明に特有の機能を含めて様々な機能を備えている。以下に、制御部１７の主な機能の詳細について説明する。

〈掃気開始判断機能〉
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にすること等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、これらを含めて単に「アノード極」という）内の掃気を行うか否かを判断する機能を備えている。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、ネットワークを通じて外部から気象予報データを取得して、このデータに基づいて掃気を行うか否かの判断を行うことができる。

〈記憶機能〉
制御部１７は、前記したようにシステムの停止時においてアノード極の掃気を行ったときは、掃気の有無を示す情報（掃気情報）に値として「１」を設定して図示せぬ記憶部（メモリ）に記憶させるとともに、掃気を行わなかったときは、掃気情報の値として「０」を設定して記憶部に記憶させる機能を備えている。なお、掃気情報は、システムの停止の度に書き換えられることになる。

〈ソーク時間算出機能〉
制御部１７は、燃料電池１３の停止処理が完了したときに、その内部に備えた図示せぬ時計を用いて燃料電池１３の停止から起動までの経過時間（ソーク時間）を算出する機能を備えている。例えば、制御部１７が、停止処理完了時の時刻を時計により決定して記憶部に記憶しておけば、起動時（イグニッションスイッチＯＮ時）の時刻と記憶しておいた停止処理完了時の時刻との差からソーク時間を算出することができる。

〈掃気確認機能〉
制御部１７は、例えば運転者がイグニッションスイッチをＯＮにすること等によって出力されるシステムの起動要求を受けたときに、前記記憶部に記憶した掃気情報に基づいて、燃料電池１３の前回の停止時において掃気が行われているか否かを判断する機能を備えている。

〈排気量決定機能〉
制御部１７は、燃料電池１３の起動時に、燃料電池１３の前回の停止時において掃気が行われていると判断すると、燃料ガス排出路２４から排出するアノード極内の残ガスの総排気量が、掃気が行われていないと判断したときよりも多くなるように、その総排気量を決定する機能を備えている。さらに、この制御部１７は、燃料電池１３の起動時に、燃料電池１３の前回の停止時において掃気が行われていないと判断すると、前記したソーク時間算出機能によって算出されたソーク時間に基づいて、総排気量を決定する機能を備えている。

〈弁等の制御機能〉
制御部１７は、前記した排気量決定機能によってアノード極内の残ガスの総排気量を決定すると、この総排気量に基づいてパージ弁１６の開度、開弁時間、または開閉回数等を適宜調整することで、その総排気量に相当する量だけアノード極内の残ガスをパージさせる機能を備えている。

≪停止時のシステムの動作≫
以下に、燃料電池１３の停止時における制御部１７の動作について図２に示すフローチャートや図１を参照して説明する。参照する図面において、図２は燃料電池の停止時における制御部の動作を示すフローチャートである。

制御部１７は、システムの停止要求を受けると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、遮断弁１４を閉塞させ（ステップＳ２）、例えば温度センサで得られる外気温を判断して燃料電池１３のアノード極内の掃気を行うか否かを判断する（ステップＳ３）。

制御部１７は、ステップＳ３において掃気を行わないと判断すると（Ｎｏ）、アノード極内の圧力ＰＨが所定値Ｐ１になるまで燃料電池１３による発電を続行させる（ステップＳ４）。これにより、アノード極内に残された水素が発電により消費されるので、アノード極内の圧力が低下する。アノード極内の圧力ＰＨが所定値Ｐ１になったら負荷３１への電流の供給を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。これにより、燃料電池１における水素と酸素の消費が停止されるので、アノード極内の圧力の低下は停止する。ステップＳ５の後において、制御部１７は、所定時間Ｔ１が経過したと判断すると（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、コンプレッサ１２によるカソード側の掃気が完了したと判断して、パージ弁１６を開放（ＯＮ）させる（ステップＳ７）。アノード極内の水素ガスの残圧（所定値Ｐ１）が大気圧以上であることから、このステップＳ７により、アノード極内の水素がクロスリークによる不純ガス等とともに系外に排出される。このステップＳ７の後、掃気の有無を示す掃気情報に「０」を設定し、制御部１７の記憶部に記憶する（ステップＳ８）。つまり、アノード極を空気で掃気しなかったことを記憶部に記憶する。
なお、ステップＳ７で開始されるパージは、後記するように、アノード極内の圧力ＰＨが所定値ＰＨ３になるまで行われる（ステップＳ１５、Ｓ１６）。

ところで、前記したステップＳ３において、制御部１７は、アノード極内の掃気を行うと判断すると（Ｙｅｓ）、アノード極内の圧力ＰＨが前記所定値Ｐ１よりも低い圧力となる所定値Ｐ２になるまで燃料電池１３による発電を続行させ（ステップＳ９）、所定値Ｐ２になったら負荷３１をＯＦＦにすることで（ステップＳ１０）、燃料電池１３による発電を停止させる。これにより、燃料電池１における水素と酸素の消費が停止されるので、アノード極内の圧力の低下は停止する。ちなみに、アノード極内の掃気を行わない場合の所定値Ｐ１（ステップＳ４参照）よりもアノード極内の掃気を行う場合の所定値Ｐ２（ステップＳ９参照）の方が小さな値になっているのは、アノード極内の掃気を行うことにより系外に排出される水素の量を少なくするためである。なお、負荷３１がバッテリの場合は、発電した電力はバッテリにより蓄電されることになる。

ステップＳ１０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（ＯＮ）させることで（ステップＳ１１）、コンプレッサ１２からの空気をアノード極側およびカソード極側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。もちろん、コンプレッサ１２から供給される空気の全量がアノード極内の掃気に使われるように、カソード極の手前に遮断弁を設けるようにしてもよい。

ステップＳ１１の後において、制御部１７は、所定時間Ｔ２が経過したと判断すると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、アノード極側およびカソード側の掃気が完了したと判断して、切替弁１５を閉じる（ステップＳ１３）。これにより、コンプレッサ１２からアノード極側への空気の供給が止められることとなる。ステップＳ１３の後、掃気の有無を示す掃気情報に「１」を設定し、制御部１７の記憶部に記憶する（ステップＳ１４）。つまり、アノード極内を空気で掃気したことを記憶部に記憶する。

そして、ステップＳ１４の後や、前記したステップＳ８の後、制御部１７は、アノード極内の圧力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Ｓ１５）。ステップＳ１５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Ｓ１６）、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Ｓ１７）、このフローチャートによる動作を終了させる。ちなみに、図１のシステム構成の燃料電池システム１では、このフローチャートの動作を実行しても、アノード極内の圧力ＰＨが大気圧以下になることはないといえる。

≪起動時のシステムの動作≫
続いて、燃料電池１３の起動時における制御部１７の動作について図３に示すフローチャート、図４に示すマップや図１を参照して説明する。参照する図面において、図３は燃料電池の起動時における制御部の動作を示すフローチャートであり、図４は総排気量を決定するために利用するマップである。

制御部１７は、図３に示すように、例えば運転者がイグニッションスイッチ（図示せず）をＯＮにすることによって各種機能を準備する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部１７のＲＯＭに書き込まれているプログラムやマップ等をＣＰＵに読み込み、前記した各機能を準備する。これにより、制御部１７が機能し、遮断弁１４を開放させて高圧水素タンク１１から燃料電池１３のアノード極へ水素ガスを供給させるとともに（ステップＳ２２）、コンプレッサ１２を駆動させることによって燃料電池１３のカソード極へ空気を供給させる（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３の後、制御部１７は、燃料電池１３の前回の停止時においてアノード極内の掃気を行ったか否かを判断する（ステップＳ２４）。つまり、前記したステップＳ８またはステップＳ１４で記憶した掃気情報の値が「０」か「１」のどちらであるかを判断する。そして、ステップＳ２４において、制御部１７は、掃気情報の値が「０」であり、掃気を行っていないと判断すると（Ｎｏ）、図４のマップ（破線で示す方）を参照してソーク時間に応じた総排気量を決定する（ステップＳ２５）。また、制御部１７は、このステップＳ２４において、掃気情報の値が「１」であり、掃気を行ったと判断すると（Ｙｅｓ）、図４のマップを参照して、掃気を行っていないと判断したときの総排気量（図４の破線）よりも多い（多めの）総排気量（図４の実線）を決定する（ステップＳ２６）。なお、掃気を行ったと判断したときの総排気量は、図４に実線で示すように、ソーク時間に関係なく、常に一定となっている。これは、空気による掃気により、アノード極内が空気に置換されているからである。ちなみに、停止時に掃気を行わなかった場合について、ソーク時間が長いほど総排気量が多くなっているのは、ソーク時間が長いほどクロスリーク量が多くなり、燃料電池１３の内部、つまりアノード極内の水素濃度が低下しているからである。
なお、ステップＳ２２の前に、ステップＳ２４〜Ｓ２７を行ってもよい。

ステップＳ２５またはステップＳ２６の後、制御部１７は、パージ弁１６を開き（ステップＳ２７）、このパージ弁１６から前記総排気量に相当する量の残ガスが排出されたか否かを前記総排気量に基づいて判断する（ステップＳ２８）。なお、このステップＳ２８においては、制御部１７は、例えばパージ弁１６を開いてから所定時間が経過したか否かや、燃料ガス排出路２４内に設けた流量センサで検出される値に基づいて算出される総排気量が所定値となったか否か等を判断している。

そして、ステップＳ２８において、制御部１７は、まだ総排気量に相当する量の残ガスが排出されていないと判断すると（Ｎｏ）、再度ステップＳ２８の処理を繰り返す。また、ステップＳ２８において、制御部１７は、総排気量に相当する量の残ガスが排出されたと判断すると（Ｙｅｓ）、パージ弁１６を閉じ（ステップＳ２９）、その後、負荷３１をＯＮにすることで燃料電池１３による発電を開始させて（ステップＳ３０）、このフローチャートによる動作を終了させる。

以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
燃料電池１３の停止時においてアノード掃気処理が行われた場合は、燃料電池１３の内部（アノード極内）の水分が排出されるので、寒冷地での停止時における水分の凍結による燃料電池１３の損傷を防ぐことができる。また、アノード極内から水素（燃料ガス）を排出して空気（不活性ガス）に置換することで、燃料電池１３の性能を良好な状態に永く維持することができる。

アノード掃気処理を行わなかった場合は、燃料電池１３の停止中におけるクロスリークを考慮してソーク時間に基づいて排出する残ガスの総排気量を決定するので、特にソーク時間が短い場合等、アノード極内に残存する水素ガスを無駄に捨てずに済み、その分燃費を向上させることができる。

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の起動時において水素ガスの供給の後、空気の供給を行うこととしたが、本発明はこれに限定されず、これとは逆または同時であってもよい。
本実施形態では、図４に示すマップの縦軸を総排気量とすることで、制御部１７がソーク時間等に基づいてアノード極内の残ガスの総排気量を決定するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えばマップの縦軸をパージ弁１６の開弁時間とすることで、制御部１７が開弁時間を決定するようにしてもよい。また、マップは、関数でもテーブルでもよい。

本実施形態では、記憶部に掃気情報を記憶しておくこととしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばアノード極内に存在するガスの濃度を検出する濃度センサ或いはアノード極から排出されるガスの濃度を検出する濃度センサを設けておくことで、制御部１７が濃度センサで検出した信号を参照し、停止時に掃気が行われたか否かを判断するようにしてもよい。なお、濃度センサは、水素濃度を検出するものでも、酸素濃度を検出するものでも、窒素濃度を検出するものでもよい。また、掃気を行った場合と行わなかった場合とで、燃料電池１３の内部（アノード極内）の水分量が異なることから、アノード極内の掃気を行ったか行わなかったかは、アノード極内に存在するガスや排出されるガスにおける水蒸気の濃度を検出して判断してもよい。

本実施形態では、掃気ガスとしてコンプレッサ１２から送り出す空気を利用したが、本発明はこれに限定されず、例えば窒素ガスを掃気ガスとして利用してもよい。ただし、この場合は、コンプレッサ１２の他に、窒素タンク等の窒素ガスを供給するための装置を別個に用意する必要があるため、本実施形態のような構造にする方がコンパクト化の点で望ましい。

また、停止時にアノード極内を掃気するか否かは、人間の判断により行うこととしてもよい。ちなみに、操作スイッチ等の入力手段を制御部１７に備えることとして、この入力手段を介して、人間の判断を制御部１７に入力することができる。

また、停止時にアノード極内を空気ではなく、水素（燃料ガス）で掃気（パージ）した場合は、掃気を行わなかった場合と同様の起動時の動作を行うこととしてもよい。

本実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。 燃料電池の停止時における制御部の動作を示すフローチャートである。 燃料電池の起動時における制御部の動作を示すフローチャートである。 総排気量を決定するために利用するマップである。

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

Claims (4)

1. アノード極に供給される燃料ガスおよびカソード極に供給される酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、
   前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、
   前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、
   前記燃料ガス流通路および前記アノード極を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、
   前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガス流通路内と前記アノード極内の残ガスを排出する排出手段とを備えた燃料電池システムであって、
   前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において前記掃気手段による掃気が行われているか否かを判断し、掃気が行われていると判断すると、掃気が行われていないと判断したときよりも多めに前記排出手段による残ガスの排出を行わせる排気量変更手段を備えた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、
   前記排気量変更手段は、
   前記燃料電池の起動時に、前記燃料電池の前回の停止時において掃気が行われていないと判断すると、前記燃料電池の停止から起動までの経過時間に基づいて前記排出手段で排出させる残ガスの総排気量を決定す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、
   前記掃気ガスは、前記酸化剤ガスであり、
   前記掃気手段は、前記酸化剤ガスで前記燃料ガス流通路および前記アノード極内を掃気することを特徴とする燃料電池システム。
4. アノード極に供給される燃料ガスおよびカソード極に供給される酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池と、
   前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、
   前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、
   前記燃料ガス流通路および前記アノード極を掃気ガスにより掃気する掃気手段と、
   前記燃料電池の起動時に、前記燃料ガス流通路および前記アノード極内の残ガスを排出する排出手段と、
   前記燃料電池の起動を制御する制御部と
   を備えた燃料電池システムの起動方法であって、
   前記制御部が、前記燃料電池の起動に際して、前記燃料電池の前回の停止時において前記掃気手段による掃気が行われているか否かを判断する掃気判断工程と、
   前記掃気判断工程において掃気が行われていると判断されると、掃気が行われていないと判断されたときよりも多めに前記排出手段による残ガスの排出を行わせる排気量変更工程と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムの起動方法。

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