JP2006185904A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム構成を大型化、複雑化することなく、運転停止時に燃料電池をパージする。
【解決手段】ＥＣＵ２２が、燃料電池スタック４への水素及び酸素の供給，排出を停止すると共に、燃料電池スタック４内に残存する水素と酸素を消費させ、酸化剤極２入口側の酸素濃度が所定の酸素濃度以下になるのに応じて、バイパス配管開閉弁１９を開状態に制御することにより、酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給する。これにより、パージ用不活性ガスを確保するためのガス容積部や、パージ用不活性ガスを燃料極２と酸化剤極３に導入した後に外部に排出するためのガス流路を設ける必要が無くなるので、システム構成を大型化、複雑化することなく、運転停止時に燃料電池スタック４をパージすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、より詳しくは、システム構成を大型化、複雑化することなく、運転停止時に燃料電池をパージするための技術に係わる。

従来より、運転停止時に、燃料電池への酸化剤ガスの供給を停止し、供給停止後に酸化剤極から排出された酸化剤ガスを酸化剤極の上流側に循環させることにより燃料電池内部における発電反応を継続させ、酸化剤ガス中の未利用の酸素を発電反応で消費することにより窒素ガスを生成し、生成された窒素ガスをパージ用不活性ガスとして利用して燃料極側及び酸化剤極側をパージする燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１を参照）。そして、このような燃料電池システムによれば、運転停止時に燃料電池をパージすることができる。
特開２００４−２２４８７号公報

しかしながら、従来までの燃料電池システムによれば、パージ用不活性ガスを必要量確保するために、酸化剤極側の配管にガス容積部を配設する必要がある。また、パージ用不活性ガスを燃料極と酸化剤極に導入した後に外部に排出するためのパージ用不活性ガス用のガス流路を配設する必要がある。このため、従来までの燃料電池システムによれば、システム構成が大型化，複雑化してしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、システム構成を大型化、複雑化することなく、運転停止時に燃料電池をパージすることが可能な燃料電池システムを提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する供給手段と、燃料電池に供給される酸化剤ガスの濃度を検出する酸化剤ガス濃度検出手段と、燃料電池が発電した電力を消費する電荷消費手段と、燃料電池停止時、供給手段を制御することにより燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止すると共に、電荷消費手段を作動させることにより燃料電池内に残存する燃料ガス及び酸化剤ガスを消費し、酸化剤ガス濃度検出手段により検出された酸化剤ガスの濃度が所定値以下になるのに応じて、酸化剤極側のガスを燃料極側に導入する制御手段とを備える。

本発明に係る燃料電池システムによれば、パージ用不活性ガスを確保するためのガス容積部や、パージ用不活性ガスを燃料極と酸化剤極に導入した後に外部に排出するためのガス流路を設ける必要が無くなるので、システム構成を大型化、複雑化することなく、運転停止時に燃料電池スタックをパージすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第１１の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

始めに、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料極２及び酸化剤極３にそれぞれ水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック４を備える。なお、この実施形態では、燃料電池は、固体高分子型燃料電池により構成され、燃料極２側及び酸化剤極３側の触媒層とガス拡散電極により挟持された固体電解質膜から成る膜電極接合体と、燃料極２及び酸化剤極３にそれぞれ水素及び空気を供給するためのガス流路を有し膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える。また、燃料極２及び酸化剤極３における電気化学反応及び燃料電池全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。

〔燃料極〕 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- …（１）
〔酸化剤極〕 1/2 Ｏ₂ ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ₂ ＋1/2 Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）
〔水素系の構成〕
上記燃料電池システム１は、高圧水素タンク５及び水素調圧弁６を備え、水素調圧弁６によって高圧水素タンク５内の高圧水素を燃料電池スタック４の運転条件に適した圧力まで圧力低下させた後、水素供給配管７を介して燃料電池スタック４の燃料極２に水素を供給する。なお、この水素供給配管７には、燃料極２に供給する水素の流量を調整するための水素供給量調整弁８と、水素供給配管７を開閉する水素供給開閉弁９が設けられている。また、燃料極２の出口側には、燃料極２から排出された水素を系外に排出する水素排出配管１０と、水素排出配管１０を開閉する水素排出開閉弁１１が設けられている。

〔空気系の構成〕
上記燃料電池システム１は、空気ブロアー１２を備え、空気ブロアー１２は空気供給配管１３を介して燃料電池スタック４の酸化剤極３に圧縮空気を供給する。なお、この空気供給配管１３には、酸化剤極３に供給する空気の流量を調整するための空気供給量調整弁１４と、空気供給配管１３を開閉する空気供給開閉弁１５が設けられている。また、酸化剤極３の出口側には、酸化剤極３から排出された空気を系外に排出する空気排出配管１６と、空気排出配管１６を開閉する空気排出開閉弁１７が設けられている。また、空気排出開閉弁１７の上流側は、バイパス配管１８を介して水素排出開閉弁１１の上流側と接続され、バイパス配管１８にはバイパス配管１８を開閉するバイパス配管開閉弁１９が設けられている。

〔制御系の構成〕
上記燃料電池システム１は、燃料電池スタック４の酸化剤極３に供給される空気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（Ｃ）２０と、燃料電池スタック４の発電電力を消費する電荷消費部（Ｒ）２１と、燃料電池システム１の動作を制御するＥＣＵ２２とを備える。なお、この実施形態では、ＥＣＵ２２は、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。そして、このような構成を有する燃料電池システム１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、システム停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図２に示すフローチャートは、燃料電池システム１に対し停止指令が入力されるのに応じて開始となり、停止制御処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、ＥＣＵ２２が、空気供給量調整弁１４を制御することにより、空気流量Ｍ_Ａｉｒを所定の空気流量Ｍ_Ｃ以下にする。これにより、燃料電池スタック４内の酸素量が、燃料電池スタック４内の水素量に対し当量以下となり、残存酸素と残存水素を消費させた際に水素不足となることを防ぐことができる。なお、上記所定の空気流量Ｍ_Ｃは、水素供給量調整弁８によって制御される水素流量Ｍ_Ｈを用いて以下に示す数式１により算出される。これにより、このステップＳ１の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、ＥＣＵ２２が、水素供給開閉弁９，水素排出開閉弁１１，空気供給開閉弁１５，空気排出開閉弁１７，及びバイパス配管開閉弁１９を閉状態に制御することにより水素及び空気の供給，排出を停止すると共に、電荷消費部２１を作動させた状態で燃料電池スタック４を発電状態に制御することにより燃料電池スタック４中に残存する水素と酸素を消費する。なお、この時、酸素が消費されることによって、燃料電池スタック４の酸化剤極３側には高濃度の窒素が不活性ガスとして残存する。これにより、このステップＳ２の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、ＥＣＵ２２が、酸素濃度センサ２０の検出値を参照して酸化剤極２入口側の酸素濃度Ｃ_Ｏ２が所定の酸素濃度Ｃ_Ｃ以下になったか否かを判別することにより、燃料電池スタック４中に残存する酸素が十分に消費されたか否かを判別する。そして、判別の結果、酸化剤極２入口側の酸素濃度Ｃ_Ｏ２が所定の酸素濃度Ｃ_Ｃ以下になるのに応じて、ＥＣＵ２２は、燃料電池スタック４中に残存する酸素が十分に消費されたと判断し、停止制御処理をステップＳ４の処理に進める。なお、上記所定の酸素濃度Ｃ_Ｃは、空気中の酸素の割合が２［％］以下である時の酸素濃度を示し、燃料電池スタック４の停止時の温度Ｔ、圧力Ｐ、水蒸気分圧Ｐｗ、及び気体定数Ｒを用いて以下に示す数式２により算出される。

ステップＳ４の処理では、ＥＣＵ２２が、電荷消費部２１の作動を停止し、バイパス配管開閉弁１９を開状態に制御することにより、燃料極２側と酸化剤極３側の圧力差（燃料極２側＜酸化剤極３側）を利用して酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給する。これにより、このステップＳ４の処理は完了し、一連の停止制御処理は終了する。

なお、既述の化学方程式から明らかなように、発電反応の際、燃料電池内部では、酸素１［mol］に対して水素２［mol］が消費される。また、酸化剤極に供給される空気内には、酸素の他に不活性ガスである窒素が混在し、その混在比は、通常、酸素２１［mol］に対して窒素７９［mol］である。このため、燃料電池の温度，配管温度，燃料電池内部圧力，配管内部圧力が燃料極２側と酸化剤極３側で同じ、且つ、均一である場合には、燃料極２側の体積Ｖ１（燃料極２内におけるガス流路とマニホールド体積，燃料極２と水素供給開閉弁９との間の水素供給配管７の体積，燃料極２と水素排出開閉弁１１との間の水素排出配管１０の体積）と、酸化剤極３側の体積Ｖ２（酸化剤極３内におけるガス流路とマニホールド体積，酸化剤極３と空気供給開閉弁１５との間の空気供給配管１３の体積，酸化剤極３と空気排出開閉弁１７との間の空気排出配管１６の体積）が以下の数式２に示す条件を満たす際、燃料極２側の圧力は酸化剤極３側の圧力より低くなる。従って、この燃料電池システム１では、燃料極２側の圧力が酸化剤極３側の圧力より低くなるように、燃料極２側及び酸化剤極３側の体積はこの数式３を満たすように構成されている。ここで、Ｐはスタック内の圧力、Ｐｗaは運転温度Ｔにおける飽和蒸気圧、Ｍ_Ｈは水素供給量調整弁８によって制御される水素流量、Ｍ_Ａｉｒは空気供給量調整弁１４によって制御される空気流量である。

以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１によれば、停止指令が入力されるのに応じて、ＥＣＵ２２が、燃料電池スタック４への水素及び酸素の供給と排出を停止すると共に、燃料電池スタック４内に残存する水素と酸素を消費させ、酸化剤極２入口側の酸素濃度Ｃ_Ｏ２が所定の酸素濃度Ｃ_Ｃ以下になるのに応じて、バイパス配管開閉弁１９を開状態に制御することにより、酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給する。そして、このような構成によれば、パージ用不活性ガスを確保するためのガス容積部や、パージ用不活性ガスを燃料極２と酸化剤極３に導入した後に外部に排出するためのガス流路を設ける必要が無くなるので、システム構成を大型化、複雑化することなく、運転停止時に燃料電池スタック４をパージすることができる。

また、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１によれば、燃料極２側の体積Ｖ１と酸化剤極３側の体積Ｖ２は燃料極２側の圧力が酸化剤極３側の圧力より低くなるように構成され、ＥＣＵ２２が燃料極２側と酸化剤極３側の圧力差を利用して酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給するので、システム構成を大型化、複雑化することなく、運転停止時に燃料電池スタック４をパージすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システム３１は、図３に示すように、上記第１の実施形態となる燃料電池システム１の構成に加えて、燃料極２から排出される水素の圧力を検出する圧力センサ３２と、酸化剤極３から排出される空気の圧力を検出する圧力センサ３３と、燃料電池スタック４の出力電圧を検出する電圧センサ３４とを備える。なお、この実施形態では、電圧センサ３４は燃料電池スタック４の出力電圧を検出することとするが、電圧センサ４は燃料電池スタック４を構成する燃料電池単体の電圧を検出するようにしてもよい。そして、このような構成を有する燃料電池システム３１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図４に示すフローチャートは、燃料電池システム３１に対し停止指令が入力されるのに応じて開始となり、停止制御処理はステップＳ１１の処理に進む。なお、図４に示すステップＳ１１及びステップＳ１２の処理は図２に示すステップＳ１及びステップＳ２の処理と同じであるので、以下ではステップＳ１３の処理から説明を始める。

ステップＳ１３の処理では、ＥＣＵ２２が、圧力センサ３２，３３の検出値を参照して燃料極２出口側の圧力と酸化剤極３出口側の圧力の差（差圧）が所定圧力Ｐｄ以下であるか否かを判別する。なお、一般に、燃料電池内部の固体電解質膜が破損しないためには、燃料極２と酸化剤極３間の差圧は３０［ｋＰａ］以下であることが望ましい。従って、この実施形態では、上記所定圧力Ｐｄは３０［ｋＰａ］に設定する。そして、判別の結果、差圧が所定圧力Ｐｄ以下である場合、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１７の処理に進める。一方、差圧が所定圧力Ｐｄ以下でない場合には、ＥＣＵ２２はこの差圧を解消するために停止制御処理をステップＳ１４の処理に進める。

ステップＳ１４の処理では、ＥＣＵ２２が、圧力センサ３２，３３の検出値を参照して燃料極２出口側の圧力と酸化剤極３出口側の圧力のどちらが高いかを判別する。そして、判別の結果、酸化剤極３出口側の圧力の方が高い場合、ＥＣＵ２２は、燃料極２出口側の圧力を高めるために、ステップＳ１５の処理として水素供給調整弁８及び水素供給開閉弁９を制御することにより燃料極２に所定量の水素を供給した後、停止制御処理をステップＳ１２の処理に戻す。一方、燃料極２出口側の圧力の方が高い場合、ＥＣＵ２２は、酸化剤極３出口側の圧力を高めるために、ステップＳ１６の処理として空気供給開閉弁１５を開状態にした状態で空気ブロアー１２を作動させることにより酸化剤極３に所定量の空気を供給した後、停止制御処理をステップＳ１２の処理に戻す。

ステップＳ１７の処理では、ＥＣＵ２２が、酸素濃度センサ２０の検出値を参照して酸化剤極２入口側の酸素濃度Ｃ_Ｏ２が所定の酸素濃度Ｃ_Ｃ以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、酸化剤極２入口側の酸素濃度Ｃ_Ｏ２が所定の酸素濃度Ｃ_Ｃ以下でない場合、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１２の処理に戻す。一方、酸化剤極２入口側の酸素濃度Ｃ_Ｏ２が所定の酸素濃度Ｃ_Ｃ以下である場合には、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１８の処理に進める。

ステップＳ１８の処理では、ＥＣＵ２２が、圧力センサ３３の検出値を参照して酸化剤極３出口側の圧力が所定圧力Ｐｃ以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、酸化剤極３出口側の圧力が所定圧力Ｐｃ以下でない場合、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１２の処理に戻す。一方、酸化剤極３出口側の圧力が所定圧力Ｐｃ以下である場合には、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１９の処理に進める。なお、上記所定圧力Ｐ_Ｃは、燃料電池スタック４の停止時の圧力Ｐと水蒸気分圧Ｐｗ（相対湿度）を用いて以下に示す数式４により算出することができる。

ステップＳ１９の処理では、ＥＣＵ２２が、電圧センサ３４の検出値を参照して燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下であるか否かを判別する。なお、この実施形態では、所定電圧Ｖｃは０．１［Ｖ］とする。そして、判別の結果、燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下でない場合、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１２の処理に戻す。一方、燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下である場合には、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ２０の処理に進める。

ステップＳ２０の処理では、ＥＣＵ２２が、電荷消費部２１の作動を停止し、バイパス配管開閉弁１９を開状態に制御することにより、燃料極２側と酸化剤極３側の圧力差を利用して酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給する。これにより、このステップＳ２０の処理は完了し、一連の停止制御処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システム３１によれば、ＥＣＵ２２が、電圧センサ３４の検出値を参照して燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下になるのに応じて酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給するので、燃料電池スタック４内部に残存する水素と空気が混合することによって、燃料電池が劣化することを防止できる。

また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システム３１によれば、ＥＣＵ２２が、圧力センサ３３の検出値を参照して酸化剤極３出口側の圧力が所定圧力Ｐｃ以下になるのに応じて、酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給するので、燃料電池スタック４内部に残存する水素と空気が混合することによって、燃料電池が劣化することを防止できる。

また、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システム３１によれば、ＥＣＵ２２が、圧力センサ３２，３３の検出値を参照して燃料極２出口側の圧力と酸化剤極３出口側の圧力の差が所定圧力Ｐｄ以下でない場合、燃料極２出口側の圧力と酸化剤極３出口側の圧力の差が所定圧力Ｐｄ以下になるように制御するので、差圧によって燃料電池スタック４内部の固体電解質膜が破損することを防止できる。

次に、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システム４１は、図４に示すように、上記第２の実施形態となる燃料電池システム３１の構成に加えて、循環ポンプ４２によって燃料極２から排出された水素を燃料極２の入口側に循環させる循環配管４３と、循環ポンプ４４によって酸化剤極３から排出された空気を酸化剤極３の入口側に循環させる循環配管４５とを備える。なお、この燃料電池システム４１は、第２の実施形態となる燃料電池システム３１に水素と空気の循環手段を加えたものであるが、第１の実施形態となる燃料電池システム１にこの循環手段を加えて燃料電池システムを構成してもよい。また、循環手段は燃料極２側と酸化剤極３側の一方にのみ設けるようにしてもよい。そして、このような構成を有する燃料電池システム４１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図６に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図６に示すフローチャートは、燃料電池システム４１に対し停止指令が入力されるのに応じて開始となり、停止制御処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、図６に示すステップＳ２１及ステップＳ２３乃至ステップＳ２９の処理は、図４に示すステップＳ１１及ステップＳ１３乃至ステップＳ１９の処理と同じであるので、以下ではステップＳ２２，Ｓ３０の処理についてのみ説明する。

ステップＳ２２の処理では、ＥＣＵ２２が、水素供給開閉弁９，水素排気開閉弁１１，空気供給開閉弁１５，空気排気開閉弁１７，及びバイパス配管開閉弁１９を閉状態に制御することにより水素及び空気の供給，排出を停止すると共に、循環ポンプ４２，４４を作動させることにより燃料極２及び酸化剤極３の出口側から排出された水素及び空気をそれぞれ燃料極２及び酸化剤極３の入口に循環させる。そして、ＥＣＵ２２は、電荷消費部２１を作動状態に制御することにより燃料電池スタック４を発電状態に制御し、燃料電池スタック４中に残存している水素と酸素を消費する。これにより、このステップＳ２２の処理は完了し、停止時処理はステップＳ２３の処理に進む。

ステップＳ３０の処理では、ＥＣＵ２２が、電荷消費部２１及び循環ポンプ４２，４４の作動を停止し、バイパス配管開閉弁１９を開状態に制御することにより、燃料極２側と酸化剤極３側の圧力差を利用して酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給する。これにより、このステップＳ３０の処理は完了し、一連の停止時処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システム４１は、循環ポンプ４２によって燃料極２から排出された水素を燃料極２の入口側に循環させる循環配管４３と、循環ポンプ４４によって酸化剤極３から排出された空気を酸化剤極３の入口側に循環させる循環配管４５とを備え、停止指令が入力されるのに応じて、ＥＣＵ２２が、循環ポンプ４２，４４を作動させることにより燃料極２及び酸化剤極３の出口側から排出された水素及び空気をそれぞれ燃料極２及び酸化剤極３の入口に循環させるので、水素と酸素の消費時間を短縮し、停止処理に要する時間を短縮することができる。なお、この時、ＥＣＵ２２は、循環ポンプ４２，４４の作動に必要な電力を電荷消費部２１から供給することが望ましい。これにより、循環ポンプ４２，４４を作動させることにより効率低下を抑制することができる。

次に、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第４の実施形態となる燃料電池システム５１は、図７に示すように、第３の実施形態となる燃料電池システム４１の構成において、水素循環配管４３の入口側と空気循環配管４５の入口側がバイパス配管１８を介して接続されていると共に、水素循環配管４３の出口側と空気循環配管４５の出口側がバイパス配管５２を介して接続されている。また、水素循環配管４３とバイパス配管５２，１８との接続点にはそれぞれ燃料極入口バイパス配管四方弁５３及び燃料極出口バイパス配管四方弁５４、空気循環配管４５とバイパス配管５２，１８との接続点にはそれぞれ酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５及び酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６が設けられている。そして、このような構成を有する燃料電池システム５１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図８に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図８に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ４１の処理に進める。

ステップＳ４１の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，及び酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、空気循環配管４５，バイパス配管５２，水素供給配管７，燃料極２，水素排出配管１０，及びバイパス配管１８からガス流路を形成する。そしてＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を一定時間作動させ、形成したガス流路に空気循環配管４５にある不活性ガスを供給することにより、燃料極２内の全域に渡って不活性ガスを導入する。これにより、ステップＳ４１の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ４２の処理に進む。

ステップＳ４２の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，及び酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、ステップＳ４１の処理により形成されたガス流路に水素循環配管４３，空気供給配管１３，酸化剤極３，及び空気排出配管１６を接続する。そしてＥＣＵ２２は、水素循環ポンプ４２と空気循環ポンプ４４の少なくとも一方を一定時間作動させることにより、燃料極２と水素循環配管４３の全域に渡って不活性ガスを導入する。これにより、ステップＳ４２の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ４３の処理に進む。

ステップＳ４３の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，及び酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、水素供給配管７，燃料極２，水素排出配管１０，及び水素循環配管４３からなるガス流路と空気供給配管１３，酸化剤極３，空気排出配管１６，及び空気循環配管４５からなるガス流路を形成することにより、燃料極２と酸化剤極３を外気から遮断する。これにより、ステップＳ４３の処理は完了し、一連の停止制御処理は終了する。

次に、本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第５の実施形態となる燃料電池システム６１は、図９に示すように、第４の実施形態となる燃料電池システム５１の構成に加えて、空気ブロアー１２の上流側に設けられた酸化剤極加湿器６２と酸化剤極加湿器６２の上流側に設けられた三方弁６３を備え、空気循環配管４５の出口側は三方弁６３に接続されている。そして、このような構成を有する燃料電池システム６１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図９に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図１０に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ５１の処理に進める。

ステップＳ５１の処理では、ＥＣＵ２２が、酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６，及び三方弁６３の開閉状態を制御することにより、空気供給配管１３，酸化剤極３，空気排出配管１６，及び空気循環配管４５からなるガス流路を形成する。そして、ＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を一定時間作動させ、酸化剤極３から排出されたガス中の水分を乾燥状態にある酸化剤極加湿器６２において吸収することにより、酸化剤極３及び空気循環配管４５内の排水を行う。これにより、ステップＳ５１の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ５２の処理に進む。

ステップＳ５２の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６，及び三方弁６３の開閉状態を制御することにより、空気循環配管４５，バイパス配管５２，水素供給配管７，燃料極２，水素排出配管１０，及びバイパス配管１８からなるガス流路を形成する。そしてＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を一定時間作動させることにより、燃料極２内の全域に渡って不活性ガスを導入するのと同時に、燃料極２から排出されたガス中の水分を乾燥状態にある酸化剤極加湿器６２において吸収して燃料極２内の排水を行う。これにより、ステップＳ５２の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ５３の処理に進む。

ステップＳ５３の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６，及び三方弁６３の開閉状態を制御することにより、ステップＳ５２の処理により形成されたガス流路に水素循環配管４３，空気供給配管１３，酸化剤極３，及び空気排出配管１６を接続する。そしてＥＣＵ２２は、水素循環ポンプ４２と空気循環ポンプ４４の少なくとも一方を一定時間作動させることにより、燃料極２及び水素循環配管４３の全域に渡って不活性ガスを導入するのと同時に、水素循環配管４３から排出されたガス中の水分を酸化剤極加湿器６２において吸収して水素循環配管４３内の排水を行う。これにより、ステップＳ５３の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ５４の処理に進む。なお、ステップＳ５４の処理は図８に示すステップＳ４３の処理と同じであるので以下ではその説明を省略する。

次に、本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第６の実施形態となる燃料電池システム７１は、図１１に示すように、第４の実施形態となる燃料電池システム５１の構成に加えて、空気循環ポンプ４４の上流側に空気循環配管水分除去手段７２を備える。なお、本発明に係る水分除去手段は水分吸着後に乾燥させることで再び水分吸着機能が発現する特性を有する多孔質体材料を容器の壁面に塗布又は容器内に充填させたものであることが望ましい。また、多孔質体材料としては、乾燥処理により吸水機能が発現可能であるシリカゲル、ゼオライト、モレキュラーシーブ等を用いることが望ましい。そして、このような構成を有する燃料電池システム７１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図１２に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図１２に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ６１の処理に進める。

ステップＳ６１の処理では、ＥＣＵ２２が、酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５と酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、空気供給配管１３，酸化剤極３，空気排出配管１６，及び空気循環配管４５からなるガス流路を形成する。そして、ＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を一定時間作動させ、酸化剤極３から排出されたガス中の水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収することにより、酸化剤極３及び空気循環配管４５内の排水を行う。これにより、ステップＳ６１の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ６２の処理に進む。

ステップＳ６２の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，及び酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、空気循環配管４５，バイパス配管５２，水素供給配管７，燃料極２，水素排出配管１０，及びバイパス配管１８からなるガス流路を形成する。そしてＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を一定時間作動させることにより、燃料極２内の全域に渡って不活性ガスを導入するのと同時に、燃料極２から排出されたガス中の水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収して燃料極２内の排水を行う。これにより、ステップＳ６２の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ６３の処理に進む。

ステップＳ６３の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，及び酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、ステップＳ６２の処理により形成されたガス流路に水素循環配管４３，空気供給配管１３，酸化剤極３，及び空気排出配管１６を接続する。そしてＥＣＵ２２は、水素循環ポンプ４２と空気循環ポンプ４４の少なくとも一方を一定時間作動させることにより、燃料極２及び水素循環配管４３の全域に渡って不活性ガスを導入するのと同時に、水素循環配管４３より排出されたガス中の水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収して水素循環配管４３内の排水を行う。これにより、ステップＳ６３の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ６４の処理に進む。なお、ステップＳ６４の処理は図８に示すステップＳ４３の処理と同じであるので以下ではその説明を省略する。

次に、本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第７の実施形態となる燃料電池システムは、第６の実施形態となる燃料電池システム７１の構成において、空気循環ポンプ４４が順方向（酸化剤極３の出口側→空気循環配管４５→酸化剤極３の入口側）と逆方向（酸化剤極３の入口側→空気循環配管４５→酸化剤極３の出口側）との間で空気の循環方向を切り替え可能なように構成されている。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図１３に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図１３に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ７１の処理に進める。

ステップＳ７１の処理では、ＥＣＵ２２が、酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５と酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、空気供給配管１３，酸化剤極３，空気排出配管１６，及び空気循環配管４５からなるガス流路を形成する。そして、ＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を順方向の循環方向で一定時間作動させ、酸化剤極３の出口側から排出されたガス中の水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収することにより、酸化剤極３及び空気循環配管４５内の排水を行う。これにより、ステップＳ７１の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ７２の処理に進む。

ステップＳ７２の処理では、ＥＣＵ２２が、空気循環ポンプ４４を逆方向の循環方向で一定時間作動させることにより、酸化剤極３の入口側から排出された水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収し、酸化剤極３及び空気循環配管４５内の排水を行う。これにより、ステップＳ７２の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ７３の処理に進む。

ステップＳ７３の処理では、ＥＣＵ２２が、バイパス配管開閉弁１９，燃料極入口バイパス配管四方弁５３，燃料極出口バイパス配管四方弁５４，酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５，及び酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、空気循環配管４５，バイパス配管５２，水素供給配管７，燃料極２，水素排出配管１０，及びバイパス配管１８からガス流路を形成する。そしてＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を順方向の循環方向で一定時間作動させることにより、燃料極２内の全域に渡って不活性ガスを導入するのと同時に、燃料極２の出口側から排出された水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収して燃料極２内の排水を行う。これにより、ステップＳ７３の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ７４の処理に進む。

ステップＳ７４の処理では、ＥＣＵ２２が、空気循環ポンプ４４を逆方向の循環方向に一定時間作動させることにより、燃料極２内の全域に渡って不活性ガスを導入するのと同時に、燃料極２の入口側から排出された水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収して燃料極２内の排水を行う。これにより、ステップＳ７４の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ７５の処理に進む。なお、ステップＳ７５，７６の処理は図１２に示すステップＳ６３，６４の処理と同じであるので以下ではその説明を省略する。

次に、本発明の第８の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第８の実施形態となる燃料電池システム８１は、図１４に示すように、第６の実施形態となる燃料電池システム７１の構成に加えて、水素循環ポンプ４２の上流側に水素循環配管水分除去手段８２を備える。また、水素循環ポンプ４２は順方向（燃料極２の出口側→水素循環配管４３→燃料極２の入口側）と逆方向（燃料極２の入口側→水素循環配管４３→燃料極２の出口側）との間で水素の循環方向を切り替え可能なように構成されていると共に、空気循環ポンプ４４は順方向（酸化剤極３の出口側→空気循環配管４５→酸化剤極３の入口側）と逆方向（酸化剤極３の入口側→空気循環配管４５→酸化剤極３の出口側）との間で空気の循環方向を切り替え可能なように構成されている。そして、このような構成を有する燃料電池システム８１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図１５に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図１５に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ８１の処理に進める。

ステップＳ８１の処理では、ＥＣＵ２２が、酸化剤極入口バイパス配管四方弁５５と酸化剤極出口バイパス配管四方弁５６の開閉状態を制御することにより、空気供給配管１３，酸化剤極３，空気排出配管１６，及び空気循環配管４５からなるガス流路を形成する。そして、ＥＣＵ２２は、空気循環ポンプ４４を順方向の循環方向で一定時間作動させることにより、酸化剤極３の出口側から排出されたガス中の水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収し、酸化剤極３及び空気循環配管４５内の排水を行う。これにより、ステップＳ８１の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ８２の処理に進む。

ステップＳ８２の処理では、ＥＣＵ２２が、燃料極入口バイパス配管四方弁５３と燃料極出口バイパス配管四方弁５４の開閉状態を制御することにより、水素供給配管７，燃料極２，水素排出配管１０，及び水素循環配管４３からなるガス流路を形成する。そして、ＥＣＵ２２は、水素循環ポンプ４２を順方向の循環方向で一定時間作動させることにより、燃料極２の出口側から排出されたガス中の水分を水素循環配管水分除去手段８２において吸収し、燃料極２及び水素循環配管４３内の排水を行う。これにより、ステップＳ８２の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ８３の処理に進む。

ステップＳ８３の処理では、ＥＣＵ２２が、空気循環ポンプ４４を逆方向の循環方向で一定時間作動させることにより、酸化剤極３の入口側から排出された水分を空気循環配管水分除去手段７２において吸収し、酸化剤極３及び空気循環配管４５内の排水を行う。これにより、ステップＳ８３の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ８４の処理に進む。

ステップＳ８４の処理では、ＥＣＵ２２が、水素循環ポンプ４２を逆方向の循環方向で一定時間作動させることにより、燃料極２の入口側から排出された水分を水素循環配管水分除去手段８２において吸収し、燃料極２及び水素循環配管４３内の排水を行う。これにより、ステップＳ８４の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ８５の処理に進む。

なお、上記停止制御処理では、説明を容易にするためにステップＳ８１〜ステップＳ８４の処理が順に行われることとしたが、実際にはステップＳ８１，８３の処理とステップＳ８２，８４の処理とが並列的に実行される。また、以後のステップＳ８５〜８７の処理は図１２に示すステップＳ６２〜６４の処理と同じであるのでその説明を省略する。

次に、本発明の第９の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第９の実施形態となる燃料電池システム９１は、図１６に示すように、第３の実施形態となる燃料電池システム４１の構成に加えて、燃料電池スタック４を構成する各燃料電池（セル）の電解質膜抵抗を検出する電解質膜抵抗検出手段（Ｒｍ）９２を備える。電解質膜抵抗検出手段９２は、検知対象のセルの燃料極２と酸化剤極３との間に交流電圧を印加した際にセルに流れる交流電流を検出し、交流電圧と交流電流から電解質膜の抵抗を検出する。なお、電解質膜抵抗検出手段９２は、検知対象のセルに電解質膜抵抗測定用の第３電極を形成し、燃料極２と第３電極又は酸化剤極３と第３電極との間の抵抗を電解質膜の抵抗として検出してもよい。そして、このような構成を有する燃料電池システム９１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図１７に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図１７に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ９１の処理に進める。

ステップＳ９１の処理では、ＥＣＵ２２が、電解質膜抵抗検出手段９２により検出された電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１＜Ｒ＜所定値Ｒ２の範囲内であるか否かを判別する。なお所定値Ｒ１，Ｒ２（＞Ｒ１）は、例えば、燃料電池システムの実機により電解質膜抵抗値と燃料電池スタック１の劣化との関係を調査した結果に基づいて設定される値とする。そして判別の結果、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１＜Ｒ＜所定値Ｒ２の範囲内にない場合、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ９３に進める。一方、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１＜Ｒ＜所定値Ｒ２の範囲内にある場合には、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ９２の処理に進める。

ステップＳ９２の処理では、ＥＣＵ２２が、電荷消費部２１，水素循環ポンプ４２，及び空気循環ポンプ４４の作動を停止した後、バイパス配管開閉弁１９を開状態に制御することにより、燃料極２側と酸化剤極３側の圧力差を利用して酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給する。これにより、ステップＳ９２の処理は完了し、一連の停止制御処理は終了する。

ステップＳ９３の処理では、ＥＣＵ２２が、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１以下である場合、ＥＣＵ２２は、セル内の含水量が多い状態にあると判断し、ステップＳ９５の処理としてセル内の含水量を下げるために水素循環ポンプ４２と空気循環ポンプ４４の回転数を上げることにより循環するガス流量を増加させた後、停止制御処理をステップＳ９１の処理に戻す。一方、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１以下でない場合、すなわち電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ２以上である場合には、ＥＣＵ２２は、セル内の含水量が少なく乾燥気味であると判断し、ステップＳ９４の処理として乾燥を抑制するために水素循環ポンプ４２と空気循環ポンプ４４の回転数を下げることにより循環ガスの流量を減少させた後、停止制御処理をステップＳ９１の処理に戻す。

次に、本発明の第１０の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１０の実施形態となる燃料電池システム１０１は、図１８に示すように、第９の実施形態となる燃料電池システム９１の構成において、水素循環ポンプ４２の上流側の水素循環配管４３がバイパス配管１０２とバイパス配管１０３とに分流されていると共に、空気循環ポンプ４４の上流側の空気循環配管４５がバイパス配管１０７とバイパス配管１０８とに分流されている。また、バイパス配管１０２側には循環ガス中の水分を除去するための水素循環配管水分除去手段１０４が設けられていると共に、三方弁１０５，１０６によってパイパス配管１０２とバイパス配管１０３との間で循環ガスの流路を切り替え可能なように構成されている。また同様に、バイパス配管１０８側には循環ガス中の水分を除去するための空気循環配管水分除去手段１０９が設けられていると共に、三方弁１１０，１１１によってバイパス配管１０７とバイパス配管１０８との間で循環ガスの流路を切り替え可能なように構成されている。そして、このような構成を有する燃料電池システム１０１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図１９に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図１９に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１０１の処理に進める。なお、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理は図１７に示すステップＳ９１〜ステップＳ９５の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の処理についてのみ説明する。

ステップＳ１０６の処理では、ＥＣＵ２２が、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１以下でない場合、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１０１の処理に戻す。一方、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１以下である場合には、ＥＣＵ２２は、セル内の含水量が多い状態にあると判断し、ステップＳ１０７の処理として、三方弁１０５，１０６，１１０，１１１を制御することにより循環ガスの流路を水素循環配管水分除去手段１０４及び空気循環配管水分除去手段１０９側に切り替え、セル内の含水量を下げた後、停止制御処理をステップＳ１０１の処理に戻す。

最後に、本発明の第１１の実施形態となる燃料電池システムの構成について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１１の実施形態となる燃料電池システム１２１は、図２０に示すように、上記第１０の実施形態となる燃料電池システム１０１の構成において、循環ガスを系外に排出するための水素排出配管１２２と水素排出配管１２２を開閉する開閉弁１２３がバイパス配管１０２側に設けられている。また、バイパス配管１８０側には、循環ガスを系外に排出するための空気排出配管１２４と空気排出配管１２４を開閉する開閉弁１２５が設けられている。また、水素循環配管４３には水素排出配管１０と水素循環配管４３の接続／非接続を切り替える開閉弁１２６と水素供給配管７と水素循環配管４３の接続／非接続を切り替える開閉弁１２７、空気循環配管４５には空気排出配管１６と空気循環配管４５の接続／非接続を切り替える開閉弁１２８と空気供給配管１３と空気循環配管４５の接続／非接続を切り替える開閉弁１２９が設けられている。そして、このような構成を有する燃料電池システム１２１では、ＥＣＵ２２が以下に示す停止制御処理を実行することにより、運転停止時に燃料電池スタック４をパージする。以下、図２１に示すフローチャートを参照して、この停止制御処理を実行する際のＥＣＵ２２の動作について詳しく説明する。

〔停止制御処理〕
図２１に示すフローチャートは、上記ステップＳ１９の処理において燃料電池スタック４の電圧が所定電圧Ｖｃ以下と判別されるのに応じて開始となり、ＥＣＵ２２は停止制御処理をステップＳ１１１の処理に進める。なお、電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１＜Ｒ＜所定値Ｒ２の範囲内にない場合における処理は上記ステップＳ１０３〜１０７の処理と同じであるので以下ではその説明を省略し、以下では電解質膜抵抗値Ｒが所定値Ｒ１＜Ｒ＜所定値Ｒ２の範囲内にある場合における処理（ステップＳ１１２，１１３）についてのみ説明する。

ステップＳ１１２の処理では、ＥＣＵ２２が、三方弁１０５，１０６，１１０，１１１を制御することにより水素循環配管水分除去手段１０４及び空気循環配管水分除去手段１０９側に循環ガスが流れないように制御すると共に、開閉弁１２３，１２５を開状態に制御することにより水素循環配管水分除去手段１０４及び空気循環配管水分除去手段１０９を水素循環配管４３及び空気循環配管４５から遮断すると共に外気と連通させる。このような処理によれば、運転停止時、水素循環配管水分除去手段１０４及び空気循環配管水分除去手段１０９を外気の乾燥空気と接触，乾燥させ、次の停止制御時にも利用可能とすることができる。これにより、ステップＳ１１２の処理は完了し、停止制御処理はステップＳ１１３の処理に進む。

ステップＳ１１３の処理では、ＥＣＵ２２が、電荷消費部２１，水素循環ポンプ４２，及び空気循環ポンプ４４の作動を停止した後、バイパス配管開閉弁１９を開状態に制御することにより、燃料極２側と酸化剤極３側の圧力差を利用して酸化剤極３側に残存している不活性ガスをバイパス配管１８を介して燃料極２側に供給する。これにより、ステップＳ１１３の処理は完了し、一連の停止制御処理は終了する。

なお、本実施形態では、運転停止時に水素循環配管水分除去手段１０４及び空気循環配管水分除去手段１０９を乾燥空気と接触，乾燥させるようにしたが、発電時，アイドリング時，無負荷時等のタイミングにおいて水素循環配管水分除去手段１０４及び空気循環配管水分除去手段１０９を乾燥空気と接触，乾燥させるようにしてもよい。具体的には、燃料電池システムが停止状態から発電状態に移行する際に、開閉弁１２８を閉状態に、空気供給開閉弁１５、開閉弁１２５，１２９を開状態とし、三方弁１１０，１１１を制御することにより空気を燃料電池スタック４への流れと分岐して空気循環配管水分除去手段１０８を通して排出させる。この操作により、乾燥した空気を水分除去手段に供給することに加え、発電に伴う発熱により吸湿剤の乾燥は促進され、効率的に乾燥させることができる。また、システムへの最小電力を供給するようなアイドリング時や無負荷時においても上記と同様の操作により、水分除去手段の乾燥を行うことができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第５の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第６の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第７の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第８の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第８の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第９の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第９の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第１０の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１０の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第１１の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１１の実施形態となる停止制御処理の流れを示すフローチャート図である。

符号の説明

１，３１，４１：燃料電池システム
２：燃料極
３：酸化剤極
４：燃料電池スタック
５：高圧水素タンク
６：水素調圧弁
７：水素供給配管
８：水素供給量調整弁
９：水素供給開閉弁
１０：水素排出配管
１１：水素排出開閉弁
１２：空気ブロアー
１３：空気供給配管
１４：空気供給量調整弁
１５：空気供給開閉弁
１６：空気排出配管
１７：空気排出開閉弁
１８：バイパス配管
１９：バイパス配管開閉弁
２０：酸素濃度センサ
２１：電荷消費部
２２：ＥＣＵ
３２：水素圧力センサ
３３：空気圧力センサ
３４：電圧センサ
４２：水素循環ポンプ
４３：水素循環配管
４４：空気循環ポンプ
４５：空気循環配管

Claims (15)

1. 燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
   前記燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する供給手段と、
   前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの濃度を検出する酸化剤ガス濃度検出手段と、
   前記燃料電池が発電した電力を消費する電荷消費手段と、
   前記燃料電池停止時、前記供給手段を制御することにより燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止すると共に、前記電荷消費手段を作動させることにより燃料電池内に残存する燃料ガス及び酸化剤ガスを消費し、前記酸化剤ガス濃度検出手段により検出された酸化剤ガスの濃度が所定値以下になるのに応じて、前記酸化剤極側のガスを燃料極側に導入する制御手段と
   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、
   前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された出力電圧が所定値以下になるのに応じて、前記酸化剤極側のガスを燃料極側に導入することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記酸化剤極から排出される酸化剤ガスの圧力を検出する酸化剤ガス圧力検出手段を備え、前記制御手段は、前記酸化剤ガス圧力検出手段により検出された酸化剤ガスの圧力が所定値以下になるのに応じて、前記酸化剤極側のガスを燃料極側に導入することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料極側及び前記酸化剤極側の体積は燃料電池内に残存する燃料ガス及び酸化剤ガスが消費されることによって燃料極側の圧力が酸化剤極側の圧力より低くなるように構成され、前記制御手段は燃料極側の圧力と酸化剤極側の圧力の差を利用して酸化剤極側のガスを燃料極側に導入することを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料極から排出された燃料ガスと前記酸化剤極から排出された酸化剤ガスの圧力差を検出する極間圧力検出手段を備え、前記制御手段は、極間圧力検出手段により検出された圧力差が所定値以上になるのに応じて、前記供給手段を制御することによって燃料電池にガスを供給することにより圧力差を下げることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料極及び酸化剤極の少なくとも一方に設けられ、燃料電池から排出されたガスを燃料電池入口側に循環させる循環手段を備え、前記制御手段は、燃料電池停止時、前記循環手段を制御することにより、燃料電池から排出されたガスを燃料電池入口側に循環させることを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項６に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料極から排出された燃料ガスを燃料極の入口側に循環させる第１の循環手段と、前記酸化剤極から排出された酸化剤ガスを酸化剤極の入口側に循環させる第２の循環手段と、燃料極の入口側と酸化剤極の入口側との間の接続／非接続を切り替える第１のバイパス手段と、燃料極の出口側と酸化剤極の出口側との間の接続／非接続を切り替える第２のバイパス手段とを備え、前記制御手段は、燃料電池停止時、第１及び第２の循環手段と第１及び第２のバイパス手段とを制御することにより、酸化剤極から排出された酸化剤ガスを燃料極と第１の循環手段に導入することを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項７に記載の燃料電池システムであって、
   ガス中に含まれる水分を除去する水分除去手段を備え、前記制御手段は、燃料電池停止時、水分除去手段を制御することにより、燃料電池から排出されたガス中に含まれる水分を除去することを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項８に記載の燃料電池システムであって、
   前記第１及び第２の循環手段の少なくとも一方はガスの循環方向を切り替え可能なように構成され、前記制御手段は、燃料電池から排出されたガス中に含まれる水分を除去する際、第１及び第２の循環手段の少なくとも一方のガスの循環方向を切り替えることを特徴とする燃料電池システム。
10. 請求項６乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    前記燃料電池を構成する電解質膜の抵抗値を検出する電解質膜抵抗値検出手段を備え、前記制御手段は、燃料電池停止時、電解質膜抵抗値検出手段により検出された抵抗値が第１の所定値以下である場合、前記循環手段の循環ガス流量を増加させ、電解質膜抵抗値検出手段により検出された抵抗値が第１の所定値より大きい第２の所定値以上である場合、前記循環手段の循環ガス流量を減少させることを特徴とする燃料電池システム。
11. 請求項１０に記載の燃料電池システムであって、
    ガス中に含まれる水分を除去する水分除去手段を備え、前記制御手段は、電解質膜抵抗値検出手段により検出された抵抗値が第１の所定値以下である場合、水分除去手段を制御することにより、燃料電池から排出されたガス中に含まれる水分を除去することを特徴とする燃料電池システム。
12. 請求項８乃至請求項１１のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    前記水分除去手段は乾燥させることにより再生可能な構成となっていることを特徴とする燃料電池システム。
13. 請求項１２に記載の燃料電池システムであって、
    前記水分除去手段は外気と連通する配管と当該配管を開閉する開閉弁を備え、前記制御手段は開閉弁を開状態に制御することにより水分除去手段を乾燥させることを特徴とする燃料電池システム。
14. 請求項１３に記載の燃料電池システムであって、
    前記制御手段は、燃料電池の発電時、アイドリング時、及び無負荷時のうちの少なくとも一つのタイミングで前記水分除去手段を乾燥させることを特徴とする燃料電池システム。
15. 請求項１２乃至請求項１４のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
    前記水分除去手段は、シリカゲル、ゼオライト、モレキュラーシーブのうちのいずれかにより構成されていることを特徴とする燃料電池システム。

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