JP2007323954A - Fuel cell system, and control method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control deterioration of electrode catalyst and electrolyte membrane at the time of operation stop of a fuel cell stack. <P>SOLUTION: A control method of a fuel cell system includes steps of: shutting off circulation of reaction gas in the fuel cell stack 20 by closing valves vf<SB>1</SB>, vf<SB>2</SB>, va<SB>1</SB>and va<SB>2</SB>under the control of a valve control unit 32, in compliance with stop command of a command section 52 during operation of the fuel cell stack 20; connecting a power accumulator 54 to the fuel cell stack 42; consuming oxidizing gas which remains between an oxidizing gas reaction passages 40a and 40b, and fuel gas which remains between a fuel gas reaction passages 34a and 34b and in a fuel gas buffer tank 50 to predetermined gas concentrations or below respectively; storing electric power of a predetermined level in a power accumulator 54; connecting the power accumulator 54 with a discharge member 56; and discharging and consuming the power stored in the power accumulating member 54. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関し、特に、制御指令に応じて起動、運転および停止の動作を行なう燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell system control method, and more particularly to a fuel cell system that performs start-up, operation, and stop operations in accordance with a control command, and a control method for the fuel cell system.

燃料電池は一般に、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に酸化極（カソード触媒層）とを電解質膜を挟んで対向するように設け、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層をさらに設けた、膜−電極接合体（ＭＥＡ）を、原料供給用の流路を設けたセパレータで挟んだ構造を１単位とするいわゆる単セルを有している。通常の燃料電池システムにおいては、この単セルを積層させて所望の電力が得られるようにした燃料電池スタックを使用し、各触媒層に水素、酸素等の原料（以下、原料ガスまたは反応ガスとも称する）を供給して発電する。   In general, a fuel cell is provided with a fuel electrode (anode catalyst layer) on one surface of an electrolyte membrane and an oxidation electrode (cathode catalyst layer) on the other surface with the electrolyte membrane sandwiched therebetween, and sandwiching the electrolyte membrane A so-called single cell having a structure in which a membrane-electrode assembly (MEA) provided with a diffusion layer on the outside of each catalyst layer and sandwiched between separators provided with flow paths for supplying raw materials is used as one unit. Yes. In an ordinary fuel cell system, a fuel cell stack in which single cells are stacked to obtain a desired power is used, and raw materials such as hydrogen and oxygen (hereinafter referred to as source gas or reaction gas) are used for each catalyst layer. To generate electricity.

燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、酸化極に供給する原料を空気とした場合（このとき、酸化極を空気極とも称する）、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等から、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。   At the time of power generation of the fuel cell, when the raw material supplied to the fuel electrode is hydrogen gas and the raw material supplied to the oxidation electrode is air (the oxidation electrode is also referred to as an air electrode at this time), Electrons are generated. The electrons reach the air electrode from the external terminal through the external circuit. In the air electrode, water is generated by oxygen in the supplied air, hydrogen ions that have passed through the electrolyte membrane, and electrons that have reached the air electrode through an external circuit. Thus, a chemical reaction occurs in the fuel electrode and the air electrode, and electric charges are generated to function as a battery. This fuel cell has been studied in various ways as a clean energy source due to the abundance of raw material gas and liquid fuel used for power generation and the fact that the substance discharged from the power generation principle is water. Has been.

一方、燃料電池の停止時には、一般に、燃料電池内への反応ガスの流通も同様に停止するが、ガス流路内に供給された未反応の反応ガスはそのままの状態でガス流路内に留まることになる。特に高濃度の酸素または空気のような酸化ガスが燃料電池内に長期間留まった場合においては、触媒の腐食または触媒担体として用いられる炭素材料の酸化などの劣化要因となることが広く知られている。一方、水素ガスや酸化ガスが電解質膜を介して相互に透過し、混合してしまういわゆるクロスリークについてもまた、燃料電池システムにおける重大な劣化要因の一つであり、このようなクロスリークを防止するためにも、燃料電池内に残存する反応ガスの効果的な除去が要求される。   On the other hand, when the fuel cell is stopped, generally, the flow of the reaction gas into the fuel cell is similarly stopped, but the unreacted reaction gas supplied into the gas flow channel remains in the gas flow channel as it is. It will be. In particular, it is widely known that when an oxidizing gas such as high concentration oxygen or air stays in the fuel cell for a long time, it causes deterioration of the catalyst such as corrosion of the catalyst or oxidation of the carbon material used as the catalyst carrier. Yes. On the other hand, the so-called cross leak, in which hydrogen gas and oxidant gas permeate and mix with each other through the electrolyte membrane, is also one of the serious deterioration factors in the fuel cell system and prevents such cross leak. Therefore, effective removal of the reaction gas remaining in the fuel cell is required.

燃料電池内に残存した反応ガスによるこれらの不具合の発生を抑制するために、従来、燃料電池スタックの内部に反応ガスの供給を停止した後、窒素ガスやメタンガスのような不活性ガスを所定の時間流通させることにより反応ガスを外部に排出させる、いわゆるパージを行ない、起動待機時における燃料電池セルの不具合の発生を抑制する方法が採られていた。   In order to suppress the occurrence of these problems due to the reaction gas remaining in the fuel cell, conventionally, after supply of the reaction gas to the inside of the fuel cell stack is stopped, an inert gas such as nitrogen gas or methane gas is supplied to a predetermined amount. A method has been adopted in which the reaction gas is discharged to the outside by allowing the reaction gas to flow for a time, so-called purging is performed, and the occurrence of malfunction of the fuel cell at the time of start-up is suppressed.

しかしながら、ガス流路のような自由空間に存在する反応ガスについてはパージにより排出可能であるが、例えばすでに電極触媒に吸着されている反応ガスについては、電極触媒と反応ガスとの間の強い吸着力により、パージによる排出は困難であり、長期の運転停止による電池性能の劣化抑制に対してはそれほど高い効果は期待できなかった。   However, although the reaction gas existing in the free space such as the gas flow path can be discharged by purging, for example, the reaction gas already adsorbed on the electrode catalyst is strongly adsorbed between the electrode catalyst and the reaction gas. Due to the force, it is difficult to discharge by purging, and it was not possible to expect a very high effect for suppressing deterioration of battery performance due to long-term shutdown.

さらに、パージは通常、運転停止時に行なわれるが、運転停止時においても所定の時間ガス供給を継続させる必要があるため、電力消費にも繋がり、好ましくない。またこのとき使用される不活性ガスは一般に発電には寄与しないものであり、再起動時には通常、パージに使用した不活性ガスは排出せざるを得ないため、使用した不活性ガスが無駄となってしまう。また、メタンガスなどをパージに使用する場合には、環境に配慮して排ガスを回収・処理する必要もある。特に、燃料電池自動車のような移動体においては、この移動体に不活性ガスの供給機構、さらには回収・処理機構を載置しなければならず、現実的でない。   Further, although purging is usually performed when the operation is stopped, it is not preferable because the gas supply needs to be continued for a predetermined time even when the operation is stopped. In addition, the inert gas used at this time generally does not contribute to power generation, and the inert gas used for purging usually has to be discharged at the time of restart, so the used inert gas is wasted. End up. In addition, when methane gas or the like is used for purging, it is necessary to recover and treat exhaust gas in consideration of the environment. In particular, in a mobile body such as a fuel cell vehicle, an inert gas supply mechanism and a recovery / treatment mechanism must be mounted on the mobile body, which is not practical.

また、燃料電池内に残存した反応ガスによるこれらの不具合の発生を抑制する他の方法として、擬似抵抗などを用いてスタック電圧を低下させて、性能劣化を抑制する方法についても知られている。しかしながら、このような方法では、空気極中に残存する酸素量が把握できないために、酸化ガスに対して燃料ガスが不足した状態に陥るおそれがあり、場合によっては燃料極の電位をかえって上昇させてしまい、電極触媒の溶出を招くおそれがある。   Further, as another method for suppressing the occurrence of these problems due to the reaction gas remaining in the fuel cell, there is also known a method for suppressing the performance deterioration by reducing the stack voltage using pseudo resistance or the like. However, in such a method, since the amount of oxygen remaining in the air electrode cannot be grasped, there is a risk that the fuel gas is insufficient with respect to the oxidizing gas. In some cases, the potential of the fuel electrode is raised. This may lead to elution of the electrode catalyst.

そこで、例えば、特許文献１〜５に記載されたような燃料電池システムが提案されている。   Therefore, for example, fuel cell systems as described in Patent Documents 1 to 5 have been proposed.

特許文献１には、起動、停止時に触媒担持炭素の被毒を緩和させる、水素循環機構を備えた燃料電池システムについて記載されている。しかしながら、複雑なガス循環機構が必要であると同時に、この循環機構の作動により、起動した電力の一部が消費されることになり、好ましくない。   Patent Document 1 describes a fuel cell system equipped with a hydrogen circulation mechanism that alleviates poisoning of catalyst-carrying carbon when starting and stopping. However, a complicated gas circulation mechanism is required, and at the same time, a part of the activated power is consumed by the operation of the circulation mechanism, which is not preferable.

特許文献２には、燃料電池の反応により燃料ガス中に増加する窒素や水分を含む不純物による発電性能の低下を抑制するために、アノード排ガスを貯留する貯留部を備える燃料電池システムについて記載されている。しかしながら、電極触媒に吸着しやすい水素ガスや酸素ガスの効果的な除去については考慮されていない。   Patent Document 2 describes a fuel cell system including a storage unit that stores anode exhaust gas in order to suppress a decrease in power generation performance due to impurities including nitrogen and moisture that increase in the fuel gas due to the reaction of the fuel cell. Yes. However, effective removal of hydrogen gas and oxygen gas that are easily adsorbed on the electrode catalyst is not considered.

特許文献３には、停止時にガス経路を遮断し、発電を行なうことで反応流路内のガスを消費する燃料電池システムについて記載されている。この燃料電池システムにおいては、燃料ガス経路の空間の体積よりも酸化剤ガス（酸素ガス、空気）経路の空間の体積の２倍を超えない体積とすることにより、ガス経路中に酸素を残存させることなく運転を停止させることが出来る旨が記載されている。しかしながら、特許文献３に記載された燃料電池システムにおいては、このようにガス経路を遮断したときに燃料ガス経路と酸化剤ガス経路との空間の体積比を所定の値となるように設定し、作製するためには、ガス供給および排出に用いる配管の長さや内径などを変更する必要があるため、部品点数が増大し、また組み立ても煩雑となるおそれがあるため、好ましくない。   Patent Document 3 describes a fuel cell system that consumes gas in a reaction channel by shutting off a gas path and generating power when stopped. In this fuel cell system, oxygen is left in the gas path by making the volume not to exceed twice the volume of the space of the oxidant gas (oxygen gas, air) path than the volume of the space of the fuel gas path. It is described that the operation can be stopped without any trouble. However, in the fuel cell system described in Patent Document 3, the volume ratio of the space between the fuel gas path and the oxidant gas path is set to a predetermined value when the gas path is shut off in this way, In order to produce, since it is necessary to change the length, internal diameter, etc. of piping used for gas supply and discharge | emission, since a number of parts increases and an assembly may become complicated, it is not preferable.

特許文献４には、燃料電池システムにおいて、停止時における開放端電圧の上昇を抑制するために、各単セルにキャパシタを接続する技術について記載されている。   Patent Document 4 describes a technique for connecting a capacitor to each single cell in order to suppress an increase in open-circuit voltage when the fuel cell system is stopped.

しかしながら、特許文献４に記載された技術では、酸化剤極（空気極）における触媒劣化の抑制には寄与しているとも考えられるが、燃料極における触媒等の劣化の抑制については十分でないと考えられる。   However, although the technique described in Patent Document 4 is considered to contribute to the suppression of catalyst deterioration at the oxidant electrode (air electrode), it is not sufficient to suppress the deterioration of the catalyst or the like at the fuel electrode. It is done.

さらに、特許文献５には、停止中の開放端電圧の低下を抑制するために、単セルに外部電極を接続した燃料電池および燃料電池システムについて記載されている。   Furthermore, Patent Document 5 describes a fuel cell and a fuel cell system in which an external electrode is connected to a single cell in order to suppress a decrease in open-circuit voltage during stoppage.

特開２００５−１５８５５３号公報JP 2005-158553 A 特開２００５−２４３４７７号公報JP 2005-243477 A 特開２００５−２２２７０７号公報JP 2005-222707 A 特開２００５−３２２５７０号公報JP 2005-322570 A 特開２００５−１４９９３３号公報JP 2005-149933 A

しかしながら、特許文献５に記載された燃料電池においては、仮にカソード側に存在する酸素がアノード側に侵入した場合にはアノード電極が異常な電位を示し、触媒が溶出劣化してしまうおそれがある。   However, in the fuel cell described in Patent Document 5, if oxygen present on the cathode side enters the anode side, the anode electrode shows an abnormal potential and the catalyst may be dissolved out.

本発明は、運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することの可能な燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing deterioration of an electrode catalyst and an electrolyte membrane when the operation is stopped, and a control method of the fuel cell system.

本発明の他の目的は、燃料電池システムの円滑な起動、停止を行なうことが可能であり、また運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することの可能な燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法を提供することにある。   Another object of the present invention is a fuel cell system capable of smoothly starting and stopping the fuel cell system, and capable of suppressing deterioration of the electrode catalyst and the electrolyte membrane when the operation is stopped. It is to provide a control method of a battery system.

本発明の構成は以下のとおりである。   The configuration of the present invention is as follows.

（１）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、所定の電圧を有し、前記燃料電池セルに接続可能な外部電源と、を有する燃料電池システムであって、前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを除去するガス除去手段により少なくとも前記燃料電池セル内に残存する酸化ガスを所定の濃度以下まで減少させた後に前記外部電源を前記燃料電池セルに接続し、酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加する、燃料電池システム。   (1) A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidization electrode, in which fuel cell cells using a fuel gas and an oxidant gas as a reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode Including an oxidant gas flow path, a command unit that commands start and stop operations of the fuel cell stack, a control unit that controls the operation according to an operation command from the command unit, and a predetermined voltage An external power source connectable to the fuel cell, wherein the control unit includes a valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve, Fuel cell stack In response to a stop command of the command unit during the operation of the fuel cell, the valve control unit closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidizing gas supply side valve, and the oxidizing gas discharge side valve, and The flow of the reaction gas in the stack is interrupted, and at least the oxidizing gas remaining in the fuel cell is reduced to a predetermined concentration or less by the gas removing means for removing the reaction gas in the fuel cell stack, A fuel cell system in which a power source is connected to the fuel cell, and a predetermined voltage is applied with the oxidation electrode side being positive and the fuel electrode side being negative.

（２）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、前記燃料電池セルに接続可能な蓄電手段と、を有する燃料電池システムであって、前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、前記燃料電池スタック内に残存した前記反応ガスの消費により生じた電力の少なくとも一部を、前記蓄電手段に蓄電した後に前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続し、前記燃料電池セルに酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加する、燃料電池システム。   (2) a fuel cell stack comprising a fuel electrode and an oxidization electrode, in which fuel cell cells using fuel gas and oxidant gas as reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and that can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode An oxidant gas flow path including a channel, a command unit that commands start and stop operations of the fuel cell stack, a control unit that controls operations in accordance with operation commands from the command unit, and a fuel cell connected to the fuel cell An electric storage means capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve, and the fuel cell stack during operation of the fuel cell stack. In response to a stop command from the command unit, the valve control unit closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to react in the fuel cell stack. Shutting off the gas flow, connecting at least part of the electric power generated by consumption of the reaction gas remaining in the fuel cell stack to the power storage means, and then connecting the power storage means to the fuel cell, A fuel cell system in which a predetermined voltage is applied to a fuel battery cell, with the oxidation electrode side positive and the fuel electrode side negative.

（３）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、前記燃料ガス反応流路に連通する燃料ガスバッファタンクと、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、前記燃料電池セルと接続可能な蓄電手段と、前記燃料電池セルと接続可能な放電手段と、を有する燃料電池システムであって、前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続して、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させるとともに、前記蓄電手段に所定量の電力を蓄電し、前記蓄電手段と前記放電手段とを接続して、前記蓄電手段に蓄電された電力を放電して消費させる、燃料電池システム。   (3) a fuel cell stack comprising a fuel electrode and an oxidation electrode, and a fuel cell stack in which fuel cells using the fuel gas and the oxidation gas as a reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and that can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode Including an oxidant gas flow path, a fuel gas buffer tank communicating with the fuel gas reaction flow path, a command unit for commanding start and stop operations of the fuel cell stack, and an operation command from the command unit A fuel cell system comprising: a control unit that controls operation; a power storage unit that is connectable to the fuel cell; and a discharge unit that is connectable to the fuel cell, wherein the control unit includes a predetermined valve. The A valve control unit that can be closed to control the flow of the reaction gas, and in response to a stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack, the valve control unit controls the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge Closing the side valve, the oxidizing gas supply side valve, and the oxidizing gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack, connect the power storage means to the fuel cell, and The oxidizing gas remaining in the flow path and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction flow path and the fuel gas buffer tank are each consumed to a predetermined concentration or less, and a predetermined amount of power is stored in the power storage means. A fuel cell system in which the power storage means and the discharge means are connected to discharge and consume the power stored in the power storage means.

（４）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、前記燃料ガス反応流路に連通するとともに、ガス供給源と連通可能な燃料ガスバッファタンクと、前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、前記燃料電池スタックと接続可能な蓄電手段と、前記燃料電池スタックと接続可能な放電手段と、を有する燃料電池システムであって、前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、前記蓄電手段および前記放電手段を用いて、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させ、前記燃料ガスバッファタンクを前記ガス供給源および前記燃料ガス反応流路と連通させ、前記燃料ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量とする、燃料電池システム。   (4) A fuel cell stack comprising a fuel electrode and an oxidation electrode, and a fuel cell stack in which fuel cells using the fuel gas and the oxidation gas as a reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and that can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode A fuel gas buffer tank capable of communicating with the oxidizing gas flow path, the fuel gas reaction flow path and the gas supply source, and a command unit for commanding start and stop operations of the fuel cell stack; A fuel cell system comprising: a control unit that controls operation according to an operation command from the command unit; a power storage unit that can be connected to the fuel cell stack; and a discharge unit that can be connected to the fuel cell stack. The control unit includes a valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve, and the valve control according to a stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack The fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to close the flow of the reaction gas in the fuel cell stack, Using the discharge means, the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction channel and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction channel and the fuel gas buffer tank are each consumed to a predetermined concentration or less, A fuel gas buffer tank is communicated with the gas supply source and the fuel gas reaction channel, and from the gas supply source in the fuel gas reaction channel. Scan amount to a predetermined amount, the fuel cell system.

（５）上記（４）に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスバッファタンクは、さらに前記酸化ガス反応流路と連通可能に構成されており、前記ガス供給源と前記燃料ガスバッファタンクとの連通を解除した後に前記燃料ガスバッファタンクと前記酸化ガス反応流路とを連通させ、前記酸化ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量として封入し、運転停止させる、燃料電池システム。   (5) In the fuel cell system according to the above (4), the fuel gas buffer tank is further configured to be able to communicate with the oxidizing gas reaction flow path, and between the gas supply source and the fuel gas buffer tank. A fuel that causes the fuel gas buffer tank and the oxidizing gas reaction channel to communicate with each other after releasing the communication, encloses a gas amount from the gas supply source in the oxidizing gas reaction channel as a predetermined amount, and stops operation; Battery system.

（６）上記（５）に記載の燃料電池システムにおいて、前記ガス供給源より供給されるガスは、少なくともＣＯ２を含有する、燃料電池システム。 (6) The fuel cell system according to (5), wherein the gas supplied from the gas supply source contains at least CO 2 .

（７）上記（３）から（６）のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの運転停止中における前記指令部の起動指令により、前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の燃料ガスの流通を開始し、前記蓄電手段および前記放電手段を前記燃料電池スタックに接続し、前記バルブ制御部により前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の酸化ガスの流通を開始し、前記燃料電池スタックを本負荷と接続して前記燃料電池スタックの運転を開始した後に、前記蓄電手段および前記放電手段のそれぞれと前記燃料電池スタックとの接続を解除する、燃料電池システム。   (7) In the fuel cell system according to any one of (3) to (6), the fuel gas supply is performed by the valve control unit in response to a start command of the command unit during operation stop of the fuel cell stack. A side valve and the fuel gas discharge side valve are opened to start the flow of the fuel gas in the fuel cell stack, the power storage means and the discharge means are connected to the fuel cell stack, and the oxidation control gas is supplied by the valve control unit. After the supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve are opened to start the circulation of the oxidizing gas in the fuel cell stack, the fuel cell stack is connected to the main load, and the operation of the fuel cell stack is started. A fuel cell system for releasing connection between each of the storage means and the discharge means and the fuel cell stack.

（８）上記（２）から（７）のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記蓄電手段は、所定の電気容量を有するキャパシタである、燃料電池システム。   (8) The fuel cell system according to any one of (2) to (7), wherein the power storage means is a capacitor having a predetermined electric capacity.

（９）上記（３）から（８）のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記放電手段は、所定の電気抵抗を有する補助負荷である、燃料電池システム。   (9) The fuel cell system according to any one of (3) to (8), wherein the discharge means is an auxiliary load having a predetermined electric resistance.

（１０）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、所定の電圧を有し、前記燃料電池セルに接続可能な外部電源と、を備え、前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを除去するガス除去手段により少なくとも前記燃料電池セル内に残存する酸化ガスを所定の濃度以下まで減少させる工程と、前記外部電源を前記燃料電池セルに接続し、酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加する工程と、を含む、燃料電池システムの制御方法。   (10) A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, in which fuel cell cells using the fuel gas and the oxidation gas as a reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and that can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode A fuel cell system including an oxidant gas flow path including a channel and an external power source having a predetermined voltage and connectable to the fuel cell, and supplying the power obtained by the fuel cell stack to the main load The step of disconnecting the fuel cell stack from the main load and instructing the operation of the fuel cell stack to stop, the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, and the oxidizing gas supply. A step of closing the valve and the oxidizing gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack, and a gas removal means for removing the reaction gas in the fuel cell stack at least in the fuel cell. Reducing the remaining oxidizing gas to a predetermined concentration or less; and connecting the external power source to the fuel cell, and applying a predetermined voltage with the oxidation electrode side being positive and the fuel electrode side being negative. A control method for a fuel cell system.

（１１）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、前記燃料電池セルに接続可能な蓄電手段と、を備え、前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、前記燃料電池スタック内に残存した前記反応ガスの消費により電力を生じさせる工程と、前記反応ガスの消費により生じた電力の少なくとも一部を、前記蓄電手段に蓄電する工程と、前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続し、前記燃料電池セルに酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加する工程と、を含む、燃料電池システムの制御方法。   (11) A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidization electrode, in which fuel cell cells using the fuel gas and the oxidization gas as a reaction gas are stacked, a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode A fuel cell system including an oxidant gas flow path including a channel and a power storage means connectable to the fuel cell, wherein the power obtained by the fuel cell stack is supplied to a main load. Disconnecting the main load and instructing to stop the operation of the fuel cell stack; the fuel gas supply side valve; the fuel gas discharge side valve; the oxidizing gas supply side valve; Closing the activated gas discharge side valve to shut off the flow of the reactive gas in the fuel cell stack, generating electric power by consuming the reactive gas remaining in the fuel cell stack, and consuming the reactive gas A step of storing at least a part of the electric power generated by the electric storage means in the electric storage means, and connecting the electric storage means to the fuel cell, wherein the fuel cell has a positive oxidation electrode side and a negative fuel electrode side. A method for controlling the fuel cell system.

（１２）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、を備え、前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス反応流路に連通する燃料ガスバッファタンクと、前記燃料電池セルと接続可能な蓄電手段と、前記燃料電池セルと接続可能な放電手段と、を有し、前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続して、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させるとともに、前記蓄電手段に所定量の電力を蓄電する工程と、前記蓄電手段と前記放電手段とを接続して、前記蓄電手段に蓄電された電力を放電して消費させる工程と、を含む、燃料電池システムの制御方法。   (12) A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidization electrode, in which fuel cell cells using the fuel gas and the oxidization gas as a reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and that can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode A fuel gas buffer tank that communicates with the fuel gas reaction flow path, and a fuel gas buffer tank that communicates with the fuel gas reaction flow path. A storage unit that can be connected to the battery cell; and a discharge unit that can be connected to the fuel cell, and disconnects the fuel cell stack from the main load and stops the operation of the fuel cell stack. And a step of closing the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack; The storage means is connected to the fuel cell, and the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction flow path and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction flow path and the fuel gas buffer tank are respectively predetermined. And a step of storing a predetermined amount of power in the power storage means, connecting the power storage means and the discharge means, and discharging and consuming the power stored in the power storage means. A method for controlling a fuel cell system.

（１３）燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、を備え、前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、前記燃料ガス反応流路に連通するとともに、ガス供給源と連通可能な燃料ガスバッファタンクと、前記燃料電池スタックと接続可能な蓄電手段と、前記燃料電池スタックと接続可能な放電手段と、を有し、前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、前記蓄電手段および前記放電手段を用いて、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させる工程と、前記燃料ガスバッファタンクを前記ガス供給源および前記燃料ガス反応流路と連通させ、前記燃料ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量とする工程と、を有する、燃料電池システムの制御方法。   (13) A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, in which fuel cell cells using the fuel gas and the oxidation gas as a reaction gas are stacked; a fuel gas supply side valve that communicates with the fuel electrode and that can be opened and closed; An oxidizing gas reaction flow between the fuel gas flow path including the fuel gas reaction flow path between the fuel gas discharge side valve and the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve that is openable and closable, communicating with the oxidation electrode A fuel cell system for supplying power obtained by the fuel cell stack to the main load, and communicating with the fuel gas reaction channel and capable of communicating with a gas supply source. A fuel gas buffer tank, power storage means connectable to the fuel cell stack, and discharge means connectable to the fuel cell stack, and connecting the fuel cell stack to the main load. The fuel cell stack is instructed to stop operation, and the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve are closed and the fuel cell is closed. A step of shutting off the flow of the reaction gas in the stack, and using the power storage means and the discharge means, the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction flow path, and the fuel gas reaction flow path and the fuel gas buffer tank A step of consuming the remaining fuel gas to a predetermined concentration or less, and the fuel gas buffer tank in communication with the gas supply source and the fuel gas reaction flow path, and the gas supply in the fuel gas reaction flow path And a step of setting a gas amount from the source to a predetermined amount.

（１４）上記（１３）に記載の燃料電池システムの制御方法において、前記燃料ガスバッファタンクは、さらに前記酸化ガス反応流路と連通可能に構成されており、前記ガス供給源と前記燃料ガスバッファタンクとの連通を解除する工程と、前記燃料ガスバッファタンクと前記酸化ガス反応流路とを連通させる工程と、前記酸化ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量として封入する工程と、をさらに有する、燃料電池システムの制御方法。   (14) In the control method of the fuel cell system according to (13), the fuel gas buffer tank is further configured to be able to communicate with the oxidizing gas reaction flow path, and the gas supply source and the fuel gas buffer A step of releasing communication with the tank, a step of connecting the fuel gas buffer tank and the oxidizing gas reaction channel, and a gas amount from the gas supply source in the oxidizing gas reaction channel are sealed as a predetermined amount And a fuel cell system control method.

（１５）上記（１４）に記載の燃料電池システムの制御方法において、前記ガス供給源より供給されるガスは、少なくともＣＯ２を含有する、燃料電池システムの制御方法。 (15) The control method for a fuel cell system according to (14), wherein the gas supplied from the gas supply source contains at least CO 2 .

（１６）上記（１２）から（１５）のいずれか１つに記載の燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池スタックから前記本負荷への電力供給の開始を指令する工程と、前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の燃料ガスの流通を開始する工程と、前記蓄電手段および前記放電手段を前記燃料電池スタックに接続する工程と、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の酸化ガスの流通を開始する工程と、前記燃料電池スタックを前記本負荷と接続して前記燃料電池スタックから電力を供給する工程と、前記燃料電池スタックに対する前記蓄電手段および前記放電手段の接続を解除する工程と、をさらに有する、燃料電池システムの制御方法。   (16) In the control method of the fuel cell system according to any one of (12) to (15), a step of instructing start of power supply from the fuel cell stack to the main load, and the fuel gas Opening the supply side valve and the fuel gas discharge side valve to start the flow of the fuel gas in the fuel cell stack, connecting the power storage means and the discharge means to the fuel cell stack, and the oxidizing gas Opening the supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve to start the flow of the oxidizing gas in the fuel cell stack; connecting the fuel cell stack to the main load and supplying electric power from the fuel cell stack; And a step of disconnecting the power storage means and the discharge means from the fuel cell stack. Control method of.

（１７）上記（１１）から（１６）のいずれか１つに記載の燃料電池システムの制御方法において、前記蓄電手段は、所定の電気容量を有するキャパシタである、燃料電池システムの制御方法。   (17) The fuel cell system control method according to any one of (11) to (16), wherein the power storage unit is a capacitor having a predetermined electric capacity.

（１８）上記（１２）から（１７）のいずれか１つに記載の燃料電池システムの制御方法において、前記放電手段は、所定の電気抵抗を有する補助負荷である、燃料電池システムの制御方法。   (18) The fuel cell system control method according to any one of (12) to (17), wherein the discharge means is an auxiliary load having a predetermined electrical resistance.

本発明によれば、燃料電池スタックの運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to suppress deterioration of the electrode catalyst and the electrolyte membrane when the fuel cell stack is stopped.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの、構成の概略を示す模式図である。なお、図１において、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック２０と、燃料ガス流路と、酸化ガス流路とを備えている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 20, a fuel gas channel, and an oxidizing gas channel.

燃料電池スタック２０は、電解質膜１２を、燃料極（アノード）１４および酸化極または空気極（カソード）１６で挟んだ構造からなるＭＥＡ１８を含む燃料電池単セル（燃料電池セル、単セルとも称する）４２を、図示しないセパレータを挟んで複数枚積層させた構造を有し、本負荷１０に所望の電力を供給可能に構成されている。なお、説明を容易にするために、図１に示す本実施の形態においては、燃料電池スタック２０として燃料電池単セル４２の構成のみを示し、積層構造については省略した。   The fuel cell stack 20 includes a fuel cell single cell (also referred to as a fuel cell or a single cell) including an MEA 18 having a structure in which an electrolyte membrane 12 is sandwiched between a fuel electrode (anode) 14 and an oxidation electrode or an air electrode (cathode) 16. A structure in which a plurality of sheets 42 are stacked with a separator (not shown) interposed therebetween is configured so that desired power can be supplied to the load 10. For ease of explanation, in the present embodiment shown in FIG. 1, only the configuration of the single fuel cell 42 is shown as the fuel cell stack 20, and the stacked structure is omitted.

燃料ガス流路は、燃料ガス供給配管２６と燃料ガス排出配管２８とを含み、図示しないセパレータと、ＭＥＡ１８の燃料極１４側とで区画される燃料ガス経路２２に連通している。燃料ガス供給配管２６には、開閉可能な燃料ガス供給側バルブｖｆ１を備え、燃料ガス排出配管２８には、開閉可能な燃料ガス排出側バルブｖｆ２を備えており、燃料電池スタック２０の内部を含む、燃料ガス供給側バルブｖｆ１と燃料ガス排出側バルブｖｆ２との間の燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂ間における燃料ガスの流通をバルブ制御部３２により制御可能に構成されている。なお、特に断りのない限り、『燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂ』と示した場合には、燃料電池スタック２０内の燃料ガス経路２２も含んでよい。 The fuel gas flow path includes a fuel gas supply pipe 26 and a fuel gas discharge pipe 28 and communicates with a fuel gas path 22 defined by a separator (not shown) and the fuel electrode 14 side of the MEA 18. The fuel gas supply pipe 26 is provided with a fuel gas supply side valve vf 1 that can be opened and closed, and the fuel gas discharge pipe 28 is provided with a fuel gas discharge side valve vf 2 that can be opened and closed. including, fuel gas supply side valve vf 1 and the fuel gas discharge side fuel gas reaction channel 34a between the valve vf 2, and the flow of fuel gas between 34b is capable of controlling the valve control unit 32. Unless otherwise specified, the “fuel gas reaction flow paths 34a and 34b” may include the fuel gas path 22 in the fuel cell stack 20 as well.

一方、酸化ガス流路は、酸化ガス供給配管３６と酸化ガス排出配管３８とを含み、図示しないセパレータと、ＭＥＡ１８の酸化極１６側とで区画される酸化ガス経路２４に連通している。酸化ガス供給配管３６には、開閉可能な酸化ガス供給側バルブｖａ１を備え、酸化ガス排出配管３８には、開閉可能な酸化ガス排出側バルブｖａ２を備えており、燃料電池スタック２０の内部を含む、酸化ガス供給側バルブｖａ１と酸化ガス排出側バルブｖａ２との間の酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂ間における酸化ガスの流通をバルブ制御部３２により制御可能に構成されている。なお、特に断りのない限り、『酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂ』と示した場合には、燃料電池スタック２０内の酸化ガス経路２４も含んでよい。 On the other hand, the oxidant gas flow path includes an oxidant gas supply pipe 36 and an oxidant gas discharge pipe 38 and communicates with an oxidant gas path 24 partitioned by a separator (not shown) and the oxidation electrode 16 side of the MEA 18. The oxidizing gas supply pipe 36 includes an openable / closable oxidizing gas supply side valve va 1 , and the oxidizing gas discharge pipe 38 includes an openable and closeable oxidizing gas discharge side valve va 2. including, are capable of controlling the oxidizing gas reaction flow path 40a, the flow of oxidizing gas between 40b by the valve control unit 32 between the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2. Unless otherwise specified, when “oxidizing gas reaction flow paths 40a, 40b” are indicated, the oxidizing gas path 24 in the fuel cell stack 20 may be included.

燃料ガス供給側バルブｖｆ１と燃料ガス排出側バルブｖｆ２との間の燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂには、所定の容積Ｖｆを有する燃料ガスバッファタンク５０が接続管４４を介して連通している。この燃料ガスバッファタンク５０にはまた、図示しない改質ガス供給源に連通可能な改質ガス導入配管４６が、改質ガス導入バルブｖｆ３を含み、備えられている。燃料ガスバッファタンク５０はさらに、改質ガス供給バルブｖｆ４を有する改質ガス供給配管４８を介して酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂに連通可能に構成されている。 A fuel gas buffer tank 50 having a predetermined volume V f communicates with the fuel gas reaction flow paths 34 a and 34 b between the fuel gas supply side valve vf 1 and the fuel gas discharge side valve vf 2 through a connection pipe 44. is doing. The fuel gas buffer tank 50 is also provided with a reformed gas introduction pipe 46 that can communicate with a reformed gas supply source (not shown) including a reformed gas introduction valve vf 3 . Fuel gas buffer tank 50 is further reformed gas supply valve vf 4 oxidizing gas reaction channel 40a via a reformed gas supply pipe 48 having, and is configured to be communicate to 40b.

接続管４４を含む燃料ガスバッファタンク５０の容積Ｖｆは、システム構成および運転条件に応じて、好ましくは次に示す式（１）が成立するように設計される。 The volume V f of the fuel gas buffer tank 50 including the connection pipe 44 is preferably designed so that the following expression (1) is established according to the system configuration and operating conditions.

Figure 2007323954
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また、蓄電部材または蓄電素子５４と、放電部材または放電素子５６とが燃料電池セル４２のそれぞれに対して並列に備えられている。また、スイッチＳ１およびＳ２の切り替えにより、燃料電池セル４２に対してそれぞれ独立して接続可能に備えられているとともに、スイッチＳ２の切り替えにより蓄電部材５４と放電部材５６とを接続させることも可能な構成となっている。なお、図１に示す本実施の形態においては、蓄電部材５４として所定の静電容量を有するキャパシタを用い、放電部材５６として所定の電気抵抗を有する補助負荷を用いた。他の実施の形態として、蓄電部材５４に替えて、所定の電圧を有する電源を備えてもよい。   In addition, a power storage member or power storage element 54 and a discharge member or discharge element 56 are provided in parallel to each of the fuel cells 42. Further, the switches S1 and S2 are provided so that they can be connected independently to the fuel cell 42, and the electricity storage member 54 and the discharge member 56 can be connected by switching the switch S2. It has a configuration. In the present embodiment shown in FIG. 1, a capacitor having a predetermined capacitance is used as the power storage member 54, and an auxiliary load having a predetermined electric resistance is used as the discharge member 56. As another embodiment, a power source having a predetermined voltage may be provided instead of the power storage member 54.

燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂまたは接続管４４のうち少なくとも１箇所に、流通する燃料ガスの状態を測定する圧力センサ５８および温度センサ６０を備えるとともに、燃料電池単セル４２それぞれにおけるセル電圧Ｖｃｅｌｌを測定する図示しない電圧センサをさらに備え、制御部３０による燃料電池スタック２０の運転制御に必要な情報を入手し、常にまたは所定のタイミングで情報を伝達している。 At least one of the fuel gas reaction flow paths 34a and 34b or the connecting pipe 44 is provided with a pressure sensor 58 and a temperature sensor 60 for measuring the state of the flowing fuel gas, and a cell voltage V cell in each fuel cell single cell 42. A voltage sensor (not shown) that measures the above is further provided, information necessary for controlling the operation of the fuel cell stack 20 by the control unit 30 is obtained, and the information is transmitted constantly or at a predetermined timing.

指令部５２は、燃料電池スタック２０の運転停止または再起動などの運転制御に関する指示を受けると、制御部３０に所定の制御指令を行なう。制御部３０では、回路の切り替えや反応ガスの流通など、燃料電池スタック２０に関するあらゆる制御を可能に構成されており、特にバルブ制御部３２では、燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２、改質ガス導入バルブｖｆ３および改質ガス供給バルブｖｆ４などのバルブの開閉制御を行なう。 When command unit 52 receives an instruction related to operation control such as operation stop or restart of fuel cell stack 20, command unit 52 issues a predetermined control command to control unit 30. The control unit 30 is configured to be able to perform all kinds of control related to the fuel cell stack 20 such as circuit switching and reaction gas flow. In particular, the valve control unit 32 includes a fuel gas supply side valve vf 1 , a fuel gas discharge side valve. Control of opening and closing of valves such as vf 2 , oxidizing gas supply side valve va 1 and oxidizing gas discharge side valve va 2 , reformed gas introduction valve vf 3 and reformed gas supply valve vf 4 is performed.

このような構成の燃料電池システム１００において、燃料電池スタック２０が運転し、本負荷１０に電力が供給されている状態においては、燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２はすべて開放され、燃料電池スタック２０内の反応ガス流路すなわち燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂ、酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂのそれぞれに所定の運転条件で反応ガスが流通している。一方、改質ガス導入バルブｖｆ３、改質ガス供給バルブｖｆ４は閉じた状態であり、燃料ガスバッファタンク５０には、容量Ｖｆだけ燃料ガスが貯留された状態となっている。 In the fuel cell system 100 having such a configuration, when the fuel cell stack 20 is operating and power is supplied to the main load 10, the fuel gas supply side valve vf 1 , the fuel gas discharge side valve vf 2 , the oxidation All of the gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 are opened, and the reaction gas flow paths in the fuel cell stack 20, that is, the fuel gas reaction flow paths 34 a and 34 b, and the oxidation gas reaction flow paths 40 a and 40 b, respectively. The reaction gas is circulating under predetermined operating conditions. On the other hand, the reformed gas introduction valve vf 3 and the reformed gas supply valve vf 4 are in a closed state, and the fuel gas is stored in the fuel gas buffer tank 50 by the capacity V f .

一方、蓄電部材５４および放電部材５６については、燃料電池スタック２０の通常運転時には燃料電池セル２２のいずれにも電気的に接続されていない状態である。   On the other hand, the power storage member 54 and the discharge member 56 are not electrically connected to any of the fuel cells 22 during normal operation of the fuel cell stack 20.

このような燃料電池スタック２０の通常運転状態において、運転停止の指示、つまり、燃料電池スタック２０での発電を停止し、燃料電池スタック２０から本負荷１０への電力供給を停止させる指示が与えられると、指令部５２は、制御部３０に燃料電池スタック２０の停止動作を開始するように指令する。   In such a normal operation state of the fuel cell stack 20, an instruction to stop operation, that is, an instruction to stop power generation in the fuel cell stack 20 and stop power supply from the fuel cell stack 20 to the main load 10 is given. Then, the command unit 52 commands the control unit 30 to start the stop operation of the fuel cell stack 20.

制御部３０およびバルブ制御部３２は、指令部５２からの停止指令により、停止制御を行なう。まず、燃料電池スタック２０から本負荷１０への電力供給を停止する。そして、燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２をすべて閉じる。それぞれのバルブを閉じるタイミングは、ほぼ同時であることが好ましいが、反応ガス中の水素または酸素の分圧比や、反応ガスそれぞれの流速などの諸条件によって、数秒程度のずれは許容される。このバルブ制御により、燃料電池スタック２０内の反応ガスの流通が遮断され、燃料電池スタック２０の、バルブにより閉じられた反応ガス流路中に燃料ガスおよび酸化ガスがそれぞれ残存する。すなわち、このとき残存する燃料ガスの量は、燃料ガス供給側バルブｖｆ１と燃料ガス排出側バルブｖｆ２との間で遮断された閉空間および接続管４４と燃料ガスバッファタンク５０とを含み、改質ガス導入バルブｖｆ３で遮断された閉空間の容積分に相当する。同様に、残存する酸化ガスの量は、酸化ガス供給側バルブｖａ１と酸化ガス排出側バルブｖａ２との間で遮断された閉空間の容積分に相当する。 Control unit 30 and valve control unit 32 perform stop control in response to a stop command from command unit 52. First, power supply from the fuel cell stack 20 to the main load 10 is stopped. Then, the fuel gas supply side valve vf 1 , the fuel gas discharge side valve vf 2 , the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 are all closed. Although it is preferable that the timings of closing the valves are substantially the same, a shift of about several seconds is allowed depending on various conditions such as the partial pressure ratio of hydrogen or oxygen in the reaction gas and the flow rate of each reaction gas. By this valve control, the flow of the reaction gas in the fuel cell stack 20 is interrupted, and the fuel gas and the oxidizing gas remain in the reaction gas flow path of the fuel cell stack 20 closed by the valve. That is, the amount of fuel gas remaining at this time includes the closed space and the connection pipe 44 and the fuel gas buffer tank 50 that are blocked between the fuel gas supply side valve vf 1 and the fuel gas discharge side valve vf 2 . This corresponds to the volume of the closed space blocked by the reformed gas introduction valve vf 3 . Similarly, the amount of remaining oxidizing gas corresponds to the volume of the closed space blocked between the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 .

このように、燃料電池が運転を停止している状態で燃料電池スタック２０内に未反応の反応ガスが残存したまま放置されると、これらの残存ガスによりこの燃料電池セル４２の燃料極１４と酸化極１６との間に電位差が生じ、酸化極１６側が高電位に曝される。さらに、酸化極１６側に残存する酸素が例えば電解質膜１２を介して燃料極１４側に透過すると、燃料極１４側に水素と酸素の混在する状態が生じてしまい、燃料電池セル４２の面内に、あたかも複数のセルを並列に接続したかのような状態が生じてしまう。このように、燃料極１４側に酸素が存在する場合には、その部位における電位が、酸素が存在しない、通常の燃料極１４と比較して高くなり、正常時の電圧が０ボルトであるのに対し、例えば０．４ボルト以上という電極電位が発生する。そのため、燃料極１４において高電位状態となっている部位の対極に相当する酸化極１６における電極電位もこれに伴って上昇し、場合によっては１．４ボルト以上にも達する異常な電位が発生する。これがいわゆる空気極異常電位または酸化極異常電位とも呼ばれる現象である。   As described above, when the unreacted reaction gas remains in the fuel cell stack 20 in a state where the fuel cell is not in operation, the remaining gas causes the fuel electrode 14 of the fuel cell 42 to contact the fuel electrode 14. A potential difference occurs between the oxidation electrode 16 and the oxidation electrode 16 side is exposed to a high potential. Further, when oxygen remaining on the oxidation electrode 16 side permeates, for example, through the electrolyte membrane 12 to the fuel electrode 14 side, a state in which hydrogen and oxygen are mixed on the fuel electrode 14 side occurs, and the in-plane of the fuel cell 42 is formed. In addition, a state appears as if a plurality of cells are connected in parallel. Thus, when oxygen is present on the fuel electrode 14 side, the potential at that portion is higher than that of the normal fuel electrode 14 where oxygen is not present, and the normal voltage is 0 volts. On the other hand, for example, an electrode potential of 0.4 volts or more is generated. For this reason, the electrode potential at the oxidation electrode 16 corresponding to the counter electrode of the portion in the fuel electrode 14 that is in a high potential state also increases accordingly, and an abnormal potential reaching 1.4 volts or more is generated in some cases. . This is a phenomenon called an air electrode abnormal potential or an oxidation electrode abnormal potential.

このように、酸化極１６側に酸化ガス（酸素）が存在し、またこの酸素が燃料極１４側に混入することにより、燃料極１４および酸化極１６の双方に異常な電位が発生すると、燃料電池、特に燃料ガスとして改質ガスを用いる改質ガス用燃料電池の場合には、以下に示すような異常な電極反応が起こり、燃料極１４および酸化極１６の電極触媒および炭素材料を含む触媒担持体を劣化させる。   As described above, when an oxidizing gas (oxygen) is present on the oxidation electrode 16 side and this oxygen is mixed into the fuel electrode 14 side, an abnormal potential is generated in both the fuel electrode 14 and the oxidation electrode 16. In the case of a battery, in particular, a reformed gas fuel cell using a reformed gas as a fuel gas, the following abnormal electrode reaction occurs, and a catalyst containing the electrode catalyst of the fuel electrode 14 and the oxidation electrode 16 and a carbon material. Deteriorate the carrier.

Figure 2007323954
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改質ガス用燃料電池の場合には一般に、燃料極におけるＣＯ被毒抑制のためにＲｕ合金を使用しているが、式（２）のような反応により合金触媒中のＲｕが溶出してしまうと、耐ＣＯ被毒性が低下するおそれがある。一方、酸化極においては、例えば式（３）の上式に示すように、酸化極触媒が酸化されるおそれがあるばかりでなく、酸化極には燃料電池の運転に伴う生成水または水蒸気が存在するため、式（３）の下式に示すように触媒を担持する炭素材料が酸化され、酸化極の触媒性能が劣化するおそれがある。したがって、燃料電池を停止して放置している間に燃料電池スタック内に残存する反応ガスの効果的な除去、特に残存酸素の処理が求められる。   In the case of a fuel cell for reformed gas, a Ru alloy is generally used to suppress CO poisoning at the fuel electrode, but Ru in the alloy catalyst is eluted by a reaction such as the equation (2). And there exists a possibility that CO poisoning resistance may fall. On the other hand, in the oxidation electrode, for example, as shown in the above equation (3), not only the oxidation electrode catalyst may be oxidized, but also generation water or water vapor accompanying the operation of the fuel cell exists in the oxidation electrode. Therefore, as shown in the following formula (3), the carbon material supporting the catalyst is oxidized, and the catalytic performance of the oxidation electrode may be deteriorated. Therefore, effective removal of the reaction gas remaining in the fuel cell stack while the fuel cell is stopped and being left, particularly the treatment of residual oxygen is required.

そこで、本発明の実施の形態においては、バルブ制御部３２により燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２を閉じた後に、燃料電池スタック２０内に残存する未反応の反応ガスを除去するために、スイッチＳ２を切り替え、端子Ｔ２に接触させて燃料電池セル４２のそれぞれに蓄電部材５４を接続し、残存する反応ガス中の水素と酸素との反応により得られた電力を蓄電部材５４に蓄える。蓄電部材５４としては、所定の電気容量を有するキャパシタを好適に使用することができる。使用した蓄電部材５４の有する能力（キャパシタの場合、電気容量に相当）に対して処理すべき反応ガスの残存量が多く、残存する反応ガスの処理を一度に行なうことができない場合には、蓄電部材５４に蓄えた電力を一旦放電部材５６により処理した後に再び各単セル４２に接続し、反応ガスを処理する動作を繰り返し行なう。このとき、式（１）に示したように燃料ガスバッファタンクの容量Ｖｆを設定することにより、酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂ内に残留していた酸素は、少なくとも電極触媒および触媒担持体に対する影響を及ぼさない程度にほぼ完全に除去される。 Therefore, in the embodiment of the present invention, the valve control unit 32 closes the fuel gas supply side valve vf 1 , the fuel gas discharge side valve vf 2 , the oxidant gas supply side valve va 1, and the oxidant gas discharge side valve va 2 . Later, in order to remove the unreacted reaction gas remaining in the fuel cell stack 20, the switch S2 is switched to contact the terminal T2 to connect the power storage member 54 to each of the fuel cells 42, and the remaining reaction gas. Electric power obtained by the reaction between hydrogen and oxygen therein is stored in the electricity storage member 54. As the power storage member 54, a capacitor having a predetermined electric capacity can be suitably used. If the remaining amount of the reaction gas to be processed is large with respect to the capacity of the power storage member 54 used (corresponding to the electric capacity in the case of a capacitor) and the remaining reaction gas cannot be processed at one time, After the electric power stored in the member 54 is once processed by the discharge member 56, it is connected again to each single cell 42 and the operation of processing the reaction gas is repeated. At this time, by setting the capacity V f of the fuel gas buffer tank as shown in the equation (1), oxygen remaining in the oxidizing gas reaction flow paths 40a and 40b is at least an electrode catalyst and a catalyst carrier. It is almost completely removed to the extent that it has no effect on.

蓄電部材５４として、所定の電気容量を有するキャパシタを使用すると、燃料電池スタック２０または単セル４２内に残存する酸素を除去処理する際の放電電荷量の積算器としての役割をも果たし、残存する反応ガスを効果的に処理するだけでなく、反応ガスの処理量または残存量についても推定することが可能となる。すなわち、電気容量Ｃのキャパシタにおいて放電される放電電荷量ΔＱは、このキャパシタにおける電圧の変化量をΔＶとしたとき、ΔＱ＝Ｃ×ΔＶの関係が成立するため、ΔＶを測定することにより、放電電荷量ΔＱが求められ、さらには処理済の残存酸素量を、ΔＱ／Ｆ（Ｆはファラデー定数、約９．６５×１０４クーロン／ｍｏｌ）として推定することが可能となる。 When a capacitor having a predetermined electric capacity is used as the power storage member 54, it also serves as an integrator for the amount of discharge charge when the oxygen remaining in the fuel cell stack 20 or the single cell 42 is removed. In addition to effectively treating the reaction gas, it is possible to estimate the processing amount or remaining amount of the reaction gas. That is, the discharge charge amount ΔQ discharged in the capacitor of the electric capacity C has a relationship of ΔQ = C × ΔV, where ΔV is the amount of change in the voltage in the capacitor. The amount of charge ΔQ is obtained, and the amount of residual oxygen after treatment can be estimated as ΔQ / F (F is a Faraday constant, about 9.65 × 10 4 coulomb / mol).

上述したように、燃料電池セル４２のそれぞれに蓄電部材５４を接続して反応ガスを消費させ、蓄電部材５４に蓄えられた電荷を放電部材５６により放電させることを繰り返すことによって電圧センサの値が所定の値以下となったら、スイッチＳ２の切り替えをやめ、蓄電部材５４と燃料電池セル４２とを接続させた状態のままとして、酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂ間の残存酸素の除去処理を終了する。   As described above, by connecting the power storage member 54 to each of the fuel cells 42 to consume the reaction gas, and discharging the charge stored in the power storage member 54 by the discharge member 56, the value of the voltage sensor is changed. When the predetermined value or less is reached, the switching of the switch S2 is stopped, and the process of removing the residual oxygen between the oxidizing gas reaction flow paths 40a and 40b is finished while the power storage member 54 and the fuel cell 42 are kept connected. To do.

残存する酸化ガス中に含まれる酸素の除去処理を終了した時点での燃料ガスバッファタンク５０内および燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂ間に残存する燃料ガスは、例えば燃料ガスとして炭化水素を含むガスを改質した改質ガスを用いた場合、主としてＣＯ２、Ｎ２およびわずかに残存する水素を含有する。 The fuel gas remaining in the fuel gas buffer tank 50 and between the fuel gas reaction flow paths 34a and 34b at the time when the removal of oxygen contained in the remaining oxidizing gas is completed is, for example, a gas containing hydrocarbons as the fuel gas. When a reformed gas obtained by reforming is used, it mainly contains CO 2 , N 2 and a slight amount of remaining hydrogen.

燃料ガスバッファタンク５０内の容積Ｖｆは、式（１）の関係が成立し、かつ残存酸素の除去処理を終了した時点における燃料ガスバッファタンク５０内の水素濃度が、例えば２０ｍｏｌ％以下となるように予め設定し、設計することが好適である。 The volume V f in the fuel gas buffer tank 50 is such that the hydrogen concentration in the fuel gas buffer tank 50 is, for example, 20 mol% or less when the relationship of formula (1) is satisfied and the residual oxygen removal process is completed. It is preferable to set and design in advance.

改質ガス供給配管４８は、酸化ガス中の残存酸素の除去処理を終了した時点での燃料ガスバッファタンク５０内に残存するガスを酸化極１６側に送るために設けられたものであり、改質ガス供給バルブｖｆ４の開閉により、残存酸素の除去処理を終了した後の燃料ガスバッファタンク５０内に残存するガスを所定量だけ酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂ間に、つまり空気極１６側に供給する。前述したように、燃料ガスバッファタンク５０内に残存するこのガスにＣＯ２が含まれている場合には、残存酸素の除去処理を終了した後のガスを酸化極１６側に供給することにより、ＣＯ２濃度が増加する。式（２）を参照すると、ＣＯ２濃度の増加は、電極触媒の担持体として用いられる炭素材料の酸化抑制に繋がる。炭素材料の酸化を効果的に抑制するためには、ＣＯ２濃度が例えば１ｍｏｌ％以上となるように残存酸素の除去処理を終了した後の改質ガスを供給することが好ましい。なお、純水素ガスの使用により、残存酸素の除去処理を終了後の燃料ガスバッファタンク５０内にＣＯ２がほとんど存在しない場合には、この処理は省略可能である。つまり、本実施の形態の変形例において、改質ガス供給配管４８は不要となる。また、他の実施の形態として、改質ガス供給配管４８から、改質ガスなどのＣＯ２を含むガスに替えて、改質原料ガス（例えばメタンガス、都市ガス１３Ａ）などの、ＣＯ２をほとんど含まないガスを供給することも可能である。ＣＯ２をほとんど含まないガスの供給は、専ら燃料極１４側と酸化極１６側との圧力差の解消に寄与するが、少なくとも燃料電池システムに悪影響を及ぼさないよう必要に応じて脱硫処理など、所定の前処理を施しておくことが好ましい。 The reformed gas supply pipe 48 is provided in order to send the gas remaining in the fuel gas buffer tank 50 to the oxidation electrode 16 side when the removal process of the residual oxygen in the oxidizing gas is completed. By opening and closing the gas supply valve vf 4, a predetermined amount of gas remaining in the fuel gas buffer tank 50 after the residual oxygen removal process is completed, between the oxidizing gas reaction flow paths 40 a and 40 b, that is, on the air electrode 16 side. To supply. As described above, when this gas remaining in the fuel gas buffer tank 50 contains CO 2 , by supplying the gas after the residual oxygen removal process to the oxidation electrode 16 side, CO 2 concentration increases. Referring to Equation (2), the increase in the CO 2 concentration leads to suppression of oxidation of the carbon material used as the electrode catalyst support. In order to effectively suppress the oxidation of the carbon material, it is preferable to supply the reformed gas after the residual oxygen removal treatment is finished so that the CO 2 concentration becomes, for example, 1 mol% or more. Note that this process can be omitted if the use of pure hydrogen gas causes almost no CO 2 in the fuel gas buffer tank 50 after the remaining oxygen removal process is completed. That is, in the modification of the present embodiment, the reformed gas supply pipe 48 is not necessary. In another embodiment, almost all of CO 2 such as reforming raw material gas (for example, methane gas, city gas 13A) is changed from the reformed gas supply pipe 48 to a gas containing CO 2 such as reformed gas. It is also possible to supply a gas that does not contain. The supply of the gas containing almost no CO 2 contributes to the elimination of the pressure difference between the fuel electrode 14 side and the oxidation electrode 16 side exclusively, but at least desulfurization treatment is performed so as not to adversely affect the fuel cell system. It is preferable to perform a predetermined pretreatment.

ところで、残存酸素の除去処理を終了した後の、酸化極１６側に対するガス供給に伴い、酸化極１６側に微量ではあるにせよ水素を持ち込むことになる。このため、ＣＯ２濃度だけでなく水素濃度についても制御することが好ましく、水素濃度が例えば１ｍｏｌ％以下となるように改質ガス供給バルブｖｆ４の開閉制御を行なうことが好ましい。なお、酸化極１６側へ供給するＣＯ２および水素の濃度は、例えば圧力センサ５８により測定される圧力値の変動幅を管理することにより制御可能であるが、これに限らず、他の制御手段によるものであってもよい。 By the way, with the supply of gas to the oxidation electrode 16 side after the residual oxygen removal process is completed, hydrogen is brought into the oxidation electrode 16 side even if a small amount. For this reason, it is preferable to control not only the CO 2 concentration but also the hydrogen concentration, and it is preferable to control the opening and closing of the reformed gas supply valve vf 4 so that the hydrogen concentration becomes, for example, 1 mol% or less. Note that the concentrations of CO 2 and hydrogen supplied to the oxidation electrode 16 side can be controlled by, for example, managing the fluctuation range of the pressure value measured by the pressure sensor 58, but the present invention is not limited to this, and other control means It may be due to.

一方、蓄電部材５４と燃料電池セル４２とは依然接続させた状態のままとなっているため、各燃料電池セル４２に印加されている、例えば０．２ボルトを下回らない程度の所定の電圧により、燃料極１４側から酸化極１６側へ透過する水素量を抑制するとともに、燃料ガスバッファタンク５０から酸化極１６側へ過分に持ち込んでしまった水素を、いわゆる水素ポンピング機構を利用して燃料極１４側に送り返す作用もあわせて有している。なおこの作用は、燃料電池セル４２に所定の電圧を印加することにより得られるものであるので、蓄電部材５４に替えて、燃料電池セル４２または燃料電池スタック２０に対して、酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加可能な電源を接続させることによっても同様の効果を得ることが可能である。   On the other hand, since the power storage member 54 and the fuel battery cell 42 are still connected, a predetermined voltage applied to each fuel battery cell 42, for example, not lower than 0.2 volts. The amount of hydrogen that permeates from the fuel electrode 14 side to the oxidation electrode 16 side is suppressed, and hydrogen that has been excessively introduced from the fuel gas buffer tank 50 to the oxidation electrode 16 side is utilized by using a so-called hydrogen pumping mechanism. It also has the action of sending it back to the 14 side. Since this action is obtained by applying a predetermined voltage to the fuel cell 42, the oxidation electrode side of the fuel cell 42 or the fuel cell stack 20 is made positive with respect to the fuel cell 42 or the fuel cell stack 20 instead of the power storage member 54. The same effect can be obtained by connecting a power source capable of applying a predetermined voltage with the fuel electrode side being negative.

このような燃料電池システム１００を構成することにより、燃料電池スタック２０を長期間停止させた状態においても、燃料極１４および酸化極１６に酸素が存在せず、また水素についてもわずかにしか存在しないため、運転停止時における電極触媒や電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。   By configuring the fuel cell system 100 as described above, even when the fuel cell stack 20 is stopped for a long period of time, oxygen does not exist in the fuel electrode 14 and the oxidation electrode 16, and there is little hydrogen. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the electrode catalyst and the electrolyte membrane when the operation is stopped.

さらに、運転停止させた燃料電池スタック２０を再起動させるときは、まず燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２を開けて燃料電池スタック２０内に燃料ガスを供給する。次に、蓄電部材５４と燃料電池セル４２とを接続したままの状態でスイッチＳ１を閉じ、放電部材５６と燃料電池セル４２とを接続させる。その後、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２を開けて燃料電池スタック２０内に酸化ガスを供給し、燃料電池スタック２０と本負荷１０とを接続し、本負荷１０への電力供給が確認された時点でスイッチＳ１およびＳ２を切り替え、蓄電部材５４および放電部材５６の、燃料電池セルとの接続を遮断する。このようにして、燃料電池スタック２０の円滑な再起動を行なうことが可能となる。 Further, when restarting the fuel cell stack 20 whose operation has been stopped, first, the fuel gas supply side valve vf 1 and the fuel gas discharge side valve vf 2 are opened to supply the fuel gas into the fuel cell stack 20. Next, the switch S <b> 1 is closed with the power storage member 54 and the fuel cell 42 connected, and the discharge member 56 and the fuel cell 42 are connected. Thereafter, the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 are opened to supply the oxidizing gas into the fuel cell stack 20, the fuel cell stack 20 and the main load 10 are connected, and the main load 10 is connected. When power supply is confirmed, the switches S1 and S2 are switched, and the connection of the power storage member 54 and the discharge member 56 to the fuel cell is cut off. In this way, the fuel cell stack 20 can be smoothly restarted.

次に、本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法について、図面に基づいて説明する。   Next, a control method of the fuel cell system in the embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

図２は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法のうち、燃料電池スタックが発電し、電力供給を行なっている通常運転時における停止方法を例示したフローチャートである。なお、本実施の形態における燃料電池システムの構成については、図１を参照のこと。   FIG. 2 is a flowchart illustrating a stopping method during normal operation in which the fuel cell stack generates power and supplies power, among the control methods of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. For the configuration of the fuel cell system in the present embodiment, see FIG.

ステップＳ１００は、燃料電池スタック２０が通常運転を行なっている状態である。燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２はすべて開いた状態であり、反応ガスがそれぞれ流通し、燃料電池スタック２０で得られた電力が本負荷１０に送られ、所定の運転動作を行なっている。一方、改質ガス導入バルブｖｆ３、改質ガス供給バルブｖｆ４は閉じた状態である。 Step S100 is a state in which the fuel cell stack 20 is performing normal operation. The fuel gas supply side valve vf 1 , the fuel gas discharge side valve vf 2 , the oxidant gas supply side valve va 1, and the oxidant gas discharge side valve va 2 are all open, and the reaction gas circulates and the fuel cell stack 20 The electric power obtained in (1) is sent to the main load 10 to perform a predetermined operation. On the other hand, the reformed gas introduction valve vf 3 and the reformed gas supply valve vf 4 are closed.

ステップＳ１０２において、燃料電池システム１００が運転停止の指示を受けると、ステップＳ１０４で燃料電池スタック２０の接続を本負荷１０からはずし、燃料電池スタック２０から本負荷１０への電力供給を停止する。   In step S102, when the fuel cell system 100 receives an instruction to stop operation, the fuel cell stack 20 is disconnected from the main load 10 in step S104, and the power supply from the fuel cell stack 20 to the main load 10 is stopped.

ステップＳ１０４の後、速やかにステップＳ１０６に移り、燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２を閉じて反応ガスの流通を遮断する。一方、反応ガスの流通を遮断させると同時に、単セル４２ごとに備えられた蓄電部材５４を、対応する単セル４２とそれぞれ接続させる。なお、ここでいう単セル４２は、複数の単セル４２により構成される単位セルであってもよい。 After step S104, immediately proceeds to step S106, the fuel gas supply side valve vf 1, the fuel gas discharge side valve vf 2, circulation of closing the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 reactive gas Shut off. On the other hand, at the same time as the flow of the reaction gas is interrupted, the power storage member 54 provided for each unit cell 42 is connected to the corresponding unit cell 42. The single cell 42 here may be a unit cell composed of a plurality of single cells 42.

蓄電部材５４が燃料電池セル４２と接続されることにより、それぞれの単セル４２内に残存する反応ガス、特に酸化ガス中に含まれる酸素が消費され、蓄電部材５４に充電される。つまり、反応ガスの消費に伴い、蓄電部材５４の電圧（以下、キャパシタ電圧ともいう）が上昇し、これに応じてセル電圧が低下する。ステップＳ１０８にすすみ、セル電圧Ｖｃｅｌｌと、キャパシタ電圧ＶＣを比較する。セル電圧Ｖｃｅｌｌと、キャパシタ電圧ＶＣとが釣り合い、またそのときの電圧が所定の値Ｖ１（燃料電池セルや運転条件等の諸条件にもよるが、概ね０．２ボルト以上、好ましくは０．３ボルト程度である）を超えている場合には、ステップＳ１１０にすすみ、スイッチＳ２を端子Ｔ１に繋ぎ替えて蓄電部材５４と放電部材５６とを接続させる。 When the power storage member 54 is connected to the fuel cell 42, the reaction gas remaining in each single cell 42, particularly oxygen contained in the oxidizing gas is consumed, and the power storage member 54 is charged. That is, as the reaction gas is consumed, the voltage of the power storage member 54 (hereinafter also referred to as the capacitor voltage) increases, and the cell voltage decreases accordingly. Proceeds to step S108, compares the cell voltage V cell, the capacitor voltage V C. The cell voltage V cell and the capacitor voltage V C are balanced, and the voltage at that time is a predetermined value V 1 (depending on various conditions such as the fuel cell and operating conditions, but approximately 0.2 volts or more, preferably If it exceeds about 0.3 volts, the process proceeds to step S110, and the switch S2 is connected to the terminal T1 to connect the power storage member 54 and the discharge member 56.

次に、ステップＳ１１２にすすみ、蓄電部材５４に充電されていた電力が、放電部材５６により放電され、消費される。なお、放電部材５６は、放電のためのみに設けられたものであっても良く、また本負荷１０に付随して補助的に用いられる補助負荷のようなものであってもよい。また、蓄電部材５４と、対応する放電部材５６とは１対１で対応していなくてもよく、例えば１つ以上の蓄電部材５４に対し、ヒータやファンなどを放電部材５６として接続し用いることにより、蓄電部材５４に蓄えられた電力を有効に利用することも可能である。放電部材５６による放電により、キャパシタ電圧ＶＣが所定の電圧ＶＣ１、例えば０．２ボルトまで下がったら、ステップＳ１１４にすすむ。 Next, proceeding to step S112, the electric power charged in the power storage member 54 is discharged by the discharge member 56 and consumed. The discharge member 56 may be provided only for discharge, or may be an auxiliary load that is used in an auxiliary manner accompanying the main load 10. Further, the power storage member 54 and the corresponding discharge member 56 do not have to correspond one-to-one. For example, a heater or a fan is connected to the one or more power storage members 54 as the discharge member 56 and used. Thus, the electric power stored in the power storage member 54 can be used effectively. When the capacitor voltage V C drops to a predetermined voltage V C1 , for example, 0.2 volts, due to the discharge by the discharge member 56, the process proceeds to step S114.

ステップＳ１１４では、スイッチＳ２を端子Ｔ２側に再び切り替えて、蓄電部材５４と、燃料電池セル４２とを接続させ、ステップＳ１０８にすすむが、必要に応じて、ステップＳ１０８からステップＳ１１４までが複数回繰り返される。蓄電部材５４に対して繰り返される充放電の回数と、そのときの電圧変動の幅から、燃料ガス反応流路および酸化ガス反応流路にそれぞれ残留する水素および酸素の除去反応に伴う放電電荷量を積算することが可能となる。このため、酸化極１６側から消費される酸素量と燃料極１４側から消費される水素量とをそれぞれ見積もることが可能となり、延いては燃料電池セル４２内に残存する未反応の残存酸素濃度および残存水素濃度を算出することが可能となる。   In step S114, the switch S2 is switched again to the terminal T2 side, the power storage member 54 and the fuel cell 42 are connected, and the process proceeds to step S108. However, steps S108 to S114 are repeated a plurality of times as necessary. It is. From the number of charge / discharge cycles with respect to the power storage member 54 and the width of the voltage fluctuation at that time, the amount of discharge charge associated with the removal reaction of hydrogen and oxygen remaining in the fuel gas reaction channel and the oxidizing gas reaction channel, respectively, Accumulation is possible. For this reason, it is possible to estimate the amount of oxygen consumed from the oxidation electrode 16 side and the amount of hydrogen consumed from the fuel electrode 14 side, respectively, and thus the unreacted residual oxygen concentration remaining in the fuel cell 42. In addition, the residual hydrogen concentration can be calculated.

ステップＳ１０８において、セル電圧Ｖｃｅｌｌと、キャパシタ電圧ＶＣとが釣り合い、またそのときのセル電圧Ｖｃｅｌｌが所定の電圧Ｖ２、例えば０．３ボルトまで下がったら、ステップＳ１１６にすすみ、改質ガス導入バルブｖｆ３を開ける。 In step S108, when the cell voltage V cell and the capacitor voltage V C are balanced and the cell voltage V cell at that time falls to a predetermined voltage V 2 , for example, 0.3 volts, the process proceeds to step S116, and the reformed gas The introduction valve vf 3 is opened.

燃料電池スタック２０から蓄電部材５４への放電による反応ガスの消費に伴い、燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂ間の圧力が低下した状態となっており、ＭＥＡ１８において電解質膜１２を挟み、燃料極１４側と酸化極１６側との間に圧力差が生じている。この状態を解消するために、ステップＳ１１６では改質ガス導入バルブｖｆ３を開け、改質ガス導入配管４６から、脱硫した改質原料ガスまたは改質原料ガスを用いて改質した改質ガスを導入する。 As the reaction gas is consumed by the discharge from the fuel cell stack 20 to the power storage member 54, the pressure between the fuel gas reaction flow paths 34a and 34b is reduced. The MEA 18 sandwiches the electrolyte membrane 12 and the fuel electrode 14 There is a pressure difference between this side and the oxidation electrode 16 side. In order to eliminate this state, in step S116, the reformed gas introduction valve vf 3 is opened, and the desulfurized reformed source gas or the reformed reformed gas using the reformed source gas is supplied from the reformed gas introduction pipe 46. Introduce.

改質ガス導入配管４６から燃料ガスバッファタンク５０内に導入された改質原料ガスまたは改質ガスは、さらに接続管４４を介して燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂ間に供給される。ステップＳ１１８にすすみ、圧力センサ５８により測定された値Ｐｆが所定の値Ｐｆ１（通常は大気圧と同程度である）となったところで改質ガス導入バルブｖｆ３を閉じる（ステップＳ１２０）。 The reforming raw material gas or reformed gas introduced into the fuel gas buffer tank 50 from the reformed gas introduction pipe 46 is further supplied between the fuel gas reaction flow paths 34a and 34b via the connection pipe 44. Step S118 to proceed, (usually about the same as the atmospheric pressure) measured value P f is a predetermined value P f1 by the pressure sensor 58 and since the place in the reformed gas introduction valve vf 3 to close (Step S120).

次に、ステップＳ１２２において、改質ガス供給バルブｖｆ４を開け、改質ガス供給配管４８を介して酸化ガス経路２４を含む酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂ内に、燃料ガスバッファタンク５０内に導入された改質ガス（または改質原料ガス）を供給する。このとき供給されるガス量は、例えば圧力センサ５８による検出値の変動から算出することが可能である。例えば、改質ガスに含まれ、空気極１６側へ供給されるＣＯ２濃度が例えば１ｍｏｌ％前後となるように、予め所定の目標変動値Ｐｆ２を求めておく。次いで、改質ガス供給バルブｖｆ４を開ける直前での圧力センサ５８によるガス圧値Ｐｆを測定する。そして、改質ガス供給バルブｖｆ４を開けたことによるＰｆからの変動値ΔＰｆがＰｆ２となったところで改質ガス供給バルブｖｆ４を閉じる（ステップＳ１２４）。 Next, in step S122, opening the reformed gas supply valve vf 4, the oxidizing gas reaction channel 40a containing the oxidizing gas passage 24 through the reformed gas supply pipe 48, in 40b, to the fuel gas buffer tank 50 The introduced reformed gas (or reformed raw material gas) is supplied. The amount of gas supplied at this time can be calculated from, for example, fluctuations in the detection value by the pressure sensor 58. For example, the predetermined target fluctuation value P f2 is obtained in advance so that the CO 2 concentration contained in the reformed gas and supplied to the air electrode 16 side is, for example, about 1 mol%. Next, the gas pressure value P f by the pressure sensor 58 immediately before opening the reformed gas supply valve vf 4 is measured. Then, the reformed gas supply valve vf 4 is closed when the fluctuation value ΔP f from P f resulting from opening the reformed gas supply valve vf 4 becomes P f2 (step S124).

ステップＳ１２６にすすみ、燃料電池スタック２０の運転を停止し、待機状態に入る。燃料電池スタック２０の放置中には、蓄電手段５４が燃料電池単セル４２または燃料電池スタック２０に対して外部印加電源として振る舞う。この構成を有するために、酸化極１６側への電解質膜１２を透過することにより混入する水素ガスまたは水素イオン、および改質ガス供給配管４８から持ち込まれた水素ガスをイオン化し、燃料極１４側へ送り返す、Ｈ２ポンピング機構を利用することが可能となる。なお、Ｈ２ポンピング機構を利用するために、蓄電手段５４の電圧、いわゆるキャパシタ電圧または印加電圧を、概ね０．１ボルト以上、好ましくは０．２〜０．３ボルトとする。これにより、燃料電池スタック２０の運転待機時においても、電極触媒や電解質膜などの劣化を抑制することが可能となる。なお、このとき設定されるキャパシタ電圧または印加電圧は、Ｖ１またはＶ２の設定値により適宜調整されてよい。 Proceeding to step S126, the operation of the fuel cell stack 20 is stopped and a standby state is entered. While the fuel cell stack 20 is left, the power storage means 54 behaves as an externally applied power source for the single fuel cell 42 or the fuel cell stack 20. In order to have this configuration, hydrogen gas or hydrogen ions mixed by passing through the electrolyte membrane 12 to the oxidation electrode 16 side, and hydrogen gas brought in from the reformed gas supply pipe 48 are ionized, and the fuel electrode 14 side back to, it is possible to use of H 2 pumping mechanism. In order to use of H 2 pumping mechanism, the voltage of the storage means 54, a so-called capacitor voltage or the applied voltage, approximately 0.1 volts or more, and preferably 0.2 to 0.3 volts. Thereby, even when the fuel cell stack 20 is on standby, it is possible to suppress deterioration of the electrode catalyst and the electrolyte membrane. Note that the capacitor voltage or applied voltage set at this time may be appropriately adjusted according to the set value of V 1 or V 2 .

図２に例示した一連の運転停止動作は、例えば３０分以内に終了することが好ましく、より好ましくは１０分程度である。また、起動開始からの時間が短い場合には、速やかに運転停止状態（待機状態）に入ることも可能である。   The series of operation stop operations illustrated in FIG. 2 is preferably completed within, for example, 30 minutes, and more preferably about 10 minutes. Further, when the time from the start of activation is short, it is possible to quickly enter an operation stop state (standby state).

図３は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法のうち、燃料電池スタックが運転停止し、起動待機を行なっている放置時における起動方法を例示したフローチャートである。なお、本実施の形態における燃料電池システムの構成については、図１を参照のこと。   FIG. 3 is a flowchart illustrating a starting method when the fuel cell stack is left stand-by while the operation of the fuel cell stack is stopped and waiting for starting, among the control methods of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention. For the configuration of the fuel cell system in the present embodiment, see FIG.

ステップＳ１２６では、燃料電池スタック２０が運転を停止し、放置状態におかれている。このとき、燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２はすべて閉じた状態であり、燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂおよび酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂには、改質ガス導入配管４６を介して外部から導入された所定量の改質ガスまたは改質原料ガスが封入されている。また、燃料電池スタック２０から本負荷１０への電力供給はされていない。一方、スイッチＳ１は接続されておらず、スイッチＳ２は端子Ｔ２と接続されている。 In step S126, the fuel cell stack 20 stops operating and is left to stand. At this time, the fuel gas supply side valve vf 1 , the fuel gas discharge side valve vf 2 , the oxidant gas supply side valve va 1 and the oxidant gas discharge side valve va 2 are all closed, and the fuel gas reaction flow paths 34 a and 34 b are closed. A predetermined amount of reformed gas or reformed raw material gas introduced from the outside through the reformed gas introduction pipe 46 is sealed in the oxidizing gas reaction channels 40a and 40b. In addition, power is not supplied from the fuel cell stack 20 to the main load 10. On the other hand, the switch S1 is not connected, and the switch S2 is connected to the terminal T2.

ステップＳ１２８において、燃料電池システム１００が再起動の指示を受けると、ステップＳ１３０でまず燃料ガス供給側バルブｖｆ１、燃料ガス排出側バルブｖｆ２を開けて燃料ガスを流通させて、燃料ガス経路２２を含む燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂに封入されていた改質原料ガスまたは改質ガスを排出し、燃料ガス反応流路３４ａ，３４ｂに高濃度の水素を含む燃料ガスが供給される。 In step S128, when the fuel cell system 100 receives a restart instruction, in step S130, the fuel gas supply side valve vf 1 and the fuel gas discharge side valve vf 2 are first opened to circulate the fuel gas, and the fuel gas path 22 The reforming raw material gas or the reformed gas enclosed in the fuel gas reaction flow paths 34a and 34b containing the gas is discharged, and the fuel gas containing high-concentration hydrogen is supplied to the fuel gas reaction flow paths 34a and 34b.

次に、ステップＳ１３２において、スイッチＳ１を閉じて、単セル４２のそれぞれを対応する蓄電部材５４および放電部材５６と接続し、ステップＳ１３４にすすむ。   Next, in step S132, the switch S1 is closed to connect each of the single cells 42 to the corresponding power storage member 54 and discharge member 56, and the process proceeds to step S134.

ステップＳ１３４において、酸化ガス供給側バルブｖａ１および酸化ガス排出側バルブｖａ２を開けて酸化ガスを流通させ、酸化ガス反応流路４０ａ，４０ｂに封入されていた改質原料ガスまたは改質原料ガスを排出する。ステップＳ１３２とステップＳ１３４の間には、例えば５秒以上、また、他の実施の形態においては３０秒以下となるような間隔を空けておくことが好ましい。 In step S134, opening the oxidizing gas supply side valve va 1 and the oxidizing gas discharge side valve va 2 is passed through the oxidizing gas, the oxidizing gas reaction channel 40a, reformed raw material gas or reformed raw material gas which has been sealed in 40b Is discharged. It is preferable to leave an interval between step S132 and step S134 such as 5 seconds or longer, and in other embodiments 30 seconds or shorter.

次に、ステップＳ１３６において、燃料電池スタック２０と本負荷１０とを接続し、ステップＳ１３８にすすむ。   Next, in step S136, the fuel cell stack 20 and the main load 10 are connected, and the process proceeds to step S138.

ステップＳ１３８において、スイッチＳ１およびＳ２を切り替えて、燃料電池セル４２のそれぞれと、これに対応する蓄電部材５４および放電部材５６との接続を解除することにより、ステップＳ１４０において、再起動の動作が終了し、通常運転を行なう。   In step S138, the switches S1 and S2 are switched to release the connection between each of the fuel cells 42 and the power storage member 54 and the discharge member 56 corresponding thereto, thereby completing the restart operation in step S140. And perform normal operation.

本実施の形態の別の態様として、図３に示すステップＳ１３０とステップ１３４とをほぼ同時に行なうことも可能である。具体的には、ステップＳ１２８（再起動指示）のあとにまずステップＳ１３２（スイッチＳ１を閉じる）を行い、次いでステップＳ１３０（バルブｖｆ１とｖｆ２を開ける）とステップＳ１３４（バルブｖａ１とｖａ２を開ける）とを同時に行なう。他の動作については同様である。 As another aspect of the present embodiment, step S130 and step 134 shown in FIG. 3 can be performed almost simultaneously. Specifically, step S128 performs a first step after the (restart instruction) S132 (close switch S1), then step S130 (valve vf 1 and vf 2 open) and step S134 (valve va 1 and va 2 At the same time. The other operations are the same.

本発明の実施の形態において、蓄電部材５４として好適に使用できるものとして、例えばアルミ電解コンデンサ、電気二重層キャパシタなどを挙げることが可能であるが、これに限らず、いかなる蓄電部材５４を使用してもよい。また蓄電部材５４の電気容量（静電容量）は、例えば５００μＦ〜１Ｆ程度のものが好適に使用できるが、複数の単セル４２からなる単位セルに対応させて使用する場合には、この単位セルに応じて電気容量を適宜増減させてよい。   In the embodiment of the present invention, examples of the power storage member 54 that can be suitably used include an aluminum electrolytic capacitor and an electric double layer capacitor. However, the present invention is not limited to this, and any power storage member 54 can be used. May be. In addition, the electric capacity (capacitance) of the power storage member 54 can be suitably used, for example, about 500 μF to 1 F. However, when used corresponding to a unit cell composed of a plurality of single cells 42, this unit cell is used. The electric capacity may be appropriately increased or decreased according to the above.

また、蓄電部材５４に蓄えられた電荷を放電により消費する放電部材５６として好適に使用できるものとしては、使用する蓄電部材５４や、燃料電池セル４２または燃料電池スタック２０による出力に応じて適宜選定することが可能である。実施の形態においては、１つの蓄電部材５４に対し、例えば０．２オーム〜１．０オーム程度（単セルそれぞれに用いる場合）の放電部材５６が好適に用いられる。   In addition, as a member that can be suitably used as the discharge member 56 that consumes the electric charge stored in the power storage member 54 by discharging, it is appropriately selected according to the power storage member 54 to be used and the output from the fuel cell 42 or the fuel cell stack 20. Is possible. In the embodiment, for example, a discharge member 56 of about 0.2 ohm to 1.0 ohm (when used for each single cell) is suitably used for one power storage member 54.

本発明の実施の形態として図１に例示した燃料電池システム１００の構成は、あくまでも例示であって、例えばスイッチＳ１およびＳ２を含む電源回路の構成などについてはこれに限らず、いかなる構成であってもよい。また、燃料ガスバッファタンク５０と燃料電池スタック２０の燃料ガス経路２２とを繋ぐ接続管４４に、燃料ガスバッファタンク５０と燃料ガス経路２２との間のガスの流通を制御するバルブを設けても良く、必要に応じて、所定の開閉動作を行ってもよい。さらに、燃料電池セル４２または単位セルに接続可能な蓄電部材５４および放電部材５６のいずれか一方または両方に替えて、燃料電池スタック２０に接続可能な蓄電手段および放電手段を用いてもよい。   The configuration of the fuel cell system 100 illustrated in FIG. 1 as an embodiment of the present invention is merely an example. For example, the configuration of the power supply circuit including the switches S1 and S2 is not limited to this, and any configuration is possible. Also good. In addition, a valve for controlling the flow of gas between the fuel gas buffer tank 50 and the fuel gas path 22 may be provided in the connection pipe 44 that connects the fuel gas buffer tank 50 and the fuel gas path 22 of the fuel cell stack 20. A predetermined opening / closing operation may be performed as necessary. Further, in place of either or both of the power storage member 54 and the discharge member 56 that can be connected to the fuel cell 42 or the unit cell, a power storage unit and a discharge unit that can be connected to the fuel cell stack 20 may be used.

本発明は、あらゆる燃料電池システムにおいて好適に利用することができるが、特に、燃料ガスとして改質ガスを使用し、またはメタンガスや都市ガス・天然ガスなどの改質原料ガスを改質して使用する燃料電池システムにおいて好適に利用することが可能である。   The present invention can be suitably used in any fuel cell system, but in particular, a reformed gas is used as a fuel gas, or a reformed raw material gas such as methane gas, city gas or natural gas is reformed and used. The fuel cell system can be suitably used.

本発明の実施の形態における燃料電池システムの構成の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of a structure of the fuel cell system in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法のうち、通常運転時における停止方法の概略を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the outline of the stop method at the time of normal driving | operation among the control methods of the fuel cell system in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における燃料電池システムの制御方法のうち、運転待機時における起動方法の概略を例示するフローチャートである。It is a flowchart which illustrates the outline of the starting method at the time of driving | operation standby among the control methods of the fuel cell system in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 本負荷、１２ 電解質膜、１４ 燃料極、１６ 酸化極（空気極）、１８ ＭＥＡ、２０ 燃料電池スタック、２２ 燃料ガス経路、２４ 酸化ガス経路、２６ 燃料ガス供給配管、２８ 燃料ガス排出配管、３０ 制御部、３２ バルブ制御部、３４ａ，３４ｂ 燃料ガス反応流路、３６ 酸化ガス供給配管、３８ 酸化ガス排出配管、４０ａ，４０ｂ 酸化ガス反応流路、４２ 燃料電池セル（単セル）、４４ 接続管、４６ 改質ガス導入配管、４８ 改質ガス供給配管、５０ 燃料ガスバッファタンク、５２ 指令部、５４ 蓄電部材、５６ 放電部材、５８ 圧力センサ、６０ 温度センサ、１００ 燃料電池システム。   10 load, 12 electrolyte membrane, 14 fuel electrode, 16 oxidation electrode (air electrode), 18 MEA, 20 fuel cell stack, 22 fuel gas route, 24 oxidation gas route, 26 fuel gas supply piping, 28 fuel gas discharge piping, 30 control part, 32 valve control part, 34a, 34b fuel gas reaction flow path, 36 oxidant gas supply pipe, 38 oxidant gas discharge pipe, 40a, 40b oxidant gas reaction flow path, 42 fuel cell (single cell), 44 connection Pipe, 46 reformed gas introduction pipe, 48 reformed gas supply pipe, 50 fuel gas buffer tank, 52 command section, 54 power storage member, 56 discharge member, 58 pressure sensor, 60 temperature sensor, 100 fuel cell system.

Claims (18)

燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、
所定の電圧を有し、前記燃料電池セルに接続可能な外部電源と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、
前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、
前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを除去するガス除去手段により少なくとも前記燃料電池セル内に残存する酸化ガスを所定の濃度以下まで減少させた後に前記外部電源を前記燃料電池セルに接続し、酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A control unit for controlling the operation in accordance with an operation command from the command unit;
An external power source having a predetermined voltage and connectable to the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
The control unit includes a valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve,
By the stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack,
The valve controller closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack,
After reducing at least the oxidizing gas remaining in the fuel cell to a predetermined concentration or less by a gas removing means for removing the reaction gas in the fuel cell stack, the external power source is connected to the fuel cell and oxidized. A fuel cell system, wherein a predetermined voltage is applied with the pole side being positive and the fuel electrode side being negative. 燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、
前記燃料電池セルに接続可能な蓄電手段と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、
前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、
前記燃料電池スタック内に残存した前記反応ガスの消費により生じた電力の少なくとも一部を、前記蓄電手段に蓄電した後に前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続し、前記燃料電池セルに酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A control unit for controlling the operation in accordance with an operation command from the command unit;
Power storage means connectable to the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
The control unit includes a valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve,
By the stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack,
The valve controller closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack,
The power storage means is connected to the fuel battery cell after at least a part of the electric power generated by the consumption of the reaction gas remaining in the fuel cell stack is stored in the power storage means, and the fuel battery cell is connected to the oxidation electrode side. A fuel cell system is applied, wherein a predetermined voltage is applied such that the positive electrode is negative and the negative electrode side is negative. 燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
前記燃料ガス反応流路に連通する燃料ガスバッファタンクと、
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、
前記燃料電池セルと接続可能な蓄電手段と、
前記燃料電池セルと接続可能な放電手段と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、
前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、
前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続して、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させるとともに、前記蓄電手段に所定量の電力を蓄電し、
前記蓄電手段と前記放電手段とを接続して、前記蓄電手段に蓄電された電力を放電して消費させることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
A fuel gas buffer tank communicating with the fuel gas reaction flow path;
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A control unit for controlling the operation in accordance with an operation command from the command unit;
Power storage means connectable to the fuel cell;
Discharging means connectable to the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
The control unit includes a valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve,
By the stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack,
The valve controller closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack,
The storage means is connected to the fuel cell, and the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction flow path and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction flow path and the fuel gas buffer tank are each given a predetermined concentration. And consuming up to a predetermined amount of power in the power storage means,
A fuel cell system, wherein the power storage means and the discharge means are connected to discharge and consume the power stored in the power storage means. 燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
前記燃料ガス反応流路に連通するとともに、ガス供給源と連通可能な燃料ガスバッファタンクと、
前記燃料電池スタックの起動および停止動作を指令する指令部と、
前記司令部からの動作指令に応じて動作を制御する制御部と、
前記燃料電池スタックと接続可能な蓄電手段と、
前記燃料電池スタックと接続可能な放電手段と、
を有する燃料電池システムであって、
前記制御部は、所定のバルブを開閉させて前記反応ガスの流通を制御可能なバルブ制御部を含み、
前記燃料電池スタックの運転中における前記指令部の停止指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断し、
前記蓄電手段および前記放電手段を用いて、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させ、
前記燃料ガスバッファタンクを前記ガス供給源および前記燃料ガス反応流路と連通させ、前記燃料ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量とすることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
A fuel gas buffer tank communicating with the fuel gas reaction flow path and capable of communicating with a gas supply source;
A command section for commanding start and stop operations of the fuel cell stack;
A control unit for controlling the operation in accordance with an operation command from the command unit;
Power storage means connectable to the fuel cell stack;
Discharging means connectable to the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising:
The control unit includes a valve control unit capable of controlling the flow of the reaction gas by opening and closing a predetermined valve,
By the stop command of the command unit during operation of the fuel cell stack,
The valve controller closes the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack,
Using the power storage means and the discharge means, the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction flow path and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction flow path and the fuel gas buffer tank are each reduced to a predetermined concentration or less. Consume
The fuel gas buffer tank is in communication with the gas supply source and the fuel gas reaction flow path, and the amount of gas from the gas supply source in the fuel gas reaction flow path is set to a predetermined amount. . 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスバッファタンクは、さらに前記酸化ガス反応流路と連通可能に構成されており、
前記ガス供給源と前記燃料ガスバッファタンクとの連通を解除した後に前記燃料ガスバッファタンクと前記酸化ガス反応流路とを連通させ、
前記酸化ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量として封入し、運転停止させることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 4, wherein
The fuel gas buffer tank is further configured to communicate with the oxidizing gas reaction flow path,
After the communication between the gas supply source and the fuel gas buffer tank is released, the fuel gas buffer tank and the oxidizing gas reaction flow path are communicated,
A fuel cell system, wherein a gas amount from the gas supply source in the oxidizing gas reaction channel is sealed as a predetermined amount, and the operation is stopped. 請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給源より供給されるガスは、少なくともＣＯ２を含有することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
The gas supplied from the gas supply source contains at least CO 2 . 請求項３から６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックの運転停止中における前記指令部の起動指令により、
前記バルブ制御部により前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の燃料ガスの流通を開始し、
前記蓄電手段および前記放電手段を前記燃料電池スタックに接続し、
前記バルブ制御部により前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の酸化ガスの流通を開始し、
前記燃料電池スタックを本負荷と接続して前記燃料電池スタックの運転を開始した後に、前記蓄電手段および前記放電手段のそれぞれと前記燃料電池スタックとの接続を解除することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 3 to 6,
By the start command of the command unit during operation stop of the fuel cell stack,
The valve control unit opens the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve to start the distribution of the fuel gas in the fuel cell stack,
Connecting the power storage means and the discharge means to the fuel cell stack;
The valve control unit opens the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve to start the flow of the oxidizing gas in the fuel cell stack,
After the fuel cell stack is connected to the main load and the operation of the fuel cell stack is started, the fuel cell stack is disconnected from each of the power storage means and the discharge means. . 請求項２から７のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記蓄電手段は、所定の電気容量を有するキャパシタであることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 2 to 7,
The fuel cell system, wherein the power storage means is a capacitor having a predetermined electric capacity. 請求項３から８のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記放電手段は、所定の電気抵抗を有する補助負荷であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 3 to 8,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the discharging means is an auxiliary load having a predetermined electric resistance. 燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
所定の電圧を有し、前記燃料電池セルに接続可能な外部電源と、
を備え、
前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、
前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、
前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを除去するガス除去手段により少なくとも前記燃料電池セル内に残存する酸化ガスを所定の濃度以下まで減少させる工程と、
前記外部電源を前記燃料電池セルに接続し、酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
An external power source having a predetermined voltage and connectable to the fuel cell;
With
In the fuel cell system for supplying the power obtained by the fuel cell stack to the main load,
Disconnecting the fuel cell stack from the main load and instructing the fuel cell stack to stop operation;
Closing the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack;
Reducing at least the oxidizing gas remaining in the fuel cell to a predetermined concentration or less by a gas removing means for removing the reaction gas in the fuel cell stack;
Connecting the external power source to the fuel cell and applying a predetermined voltage with the oxidation electrode side being positive and the fuel electrode side being negative;
A control method for a fuel cell system, comprising: 燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
前記燃料電池セルに接続可能な蓄電手段と、
を備え、
前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、
前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、
前記燃料電池スタック内に残存した前記反応ガスの消費により電力を生じさせる工程と、
前記反応ガスの消費により生じた電力の少なくとも一部を、前記蓄電手段に蓄電する工程と、
前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続し、前記燃料電池セルに酸化極側を正、燃料極側を負とする所定の電圧を印加する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
Power storage means connectable to the fuel cell;
With
In the fuel cell system for supplying the power obtained by the fuel cell stack to the main load,
Disconnecting the fuel cell stack from the main load and instructing the fuel cell stack to stop operation;
Closing the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack;
Generating power by consuming the reactive gas remaining in the fuel cell stack;
Storing at least part of the electric power generated by consumption of the reaction gas in the power storage means;
Connecting the power storage means to the fuel battery cell, and applying a predetermined voltage to the fuel battery cell, the oxidation electrode side being positive and the fuel electrode side being negative;
A control method for a fuel cell system, comprising: 燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
を備え、
前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス反応流路に連通する燃料ガスバッファタンクと、
前記燃料電池セルと接続可能な蓄電手段と、
前記燃料電池セルと接続可能な放電手段と、
を有し、
前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、
前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、
前記蓄電手段を前記燃料電池セルに接続して、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させるとともに、前記蓄電手段に所定量の電力を蓄電する工程と、
前記蓄電手段と前記放電手段とを接続して、前記蓄電手段に蓄電された電力を放電して消費させる工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
With
In the fuel cell system for supplying the power obtained by the fuel cell stack to the main load,
A fuel gas buffer tank communicating with the fuel gas reaction flow path;
Power storage means connectable to the fuel cell;
Discharging means connectable to the fuel cell;
Have
Disconnecting the fuel cell stack from the main load and instructing the fuel cell stack to stop operation;
Closing the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack;
The storage means is connected to the fuel cell, and the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction flow path and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction flow path and the fuel gas buffer tank are each given a predetermined concentration. Consuming to the following, and storing a predetermined amount of power in the power storage means;
Connecting the power storage means and the discharge means, and discharging and consuming the power stored in the power storage means;
A control method for a fuel cell system, comprising: 燃料極と酸化極とを備え、燃料ガスと酸化ガスとを反応ガスとする燃料電池セルを積層した燃料電池スタックと、
前記燃料極に連通し、開閉可能な燃料ガス供給側バルブおよび燃料ガス排出側バルブの間の燃料ガス反応流路を含む、燃料ガス流路と、
前記酸化極に連通し、開閉可能な酸化ガス供給側バルブおよび酸化ガス排出側バルブの間の酸化ガス反応流路を含む、酸化ガス流路と、
を備え、
前記燃料電池スタックで得られた電力を本負荷に供給する燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガス反応流路に連通するとともに、ガス供給源と連通可能な燃料ガスバッファタンクと、
前記燃料電池スタックと接続可能な蓄電手段と、
前記燃料電池スタックと接続可能な放電手段と、
を有し、
前記燃料電池スタックと前記本負荷との接続を解除し、前記燃料電池スタックの運転の停止を指令する工程と、
前記燃料ガス供給側バルブ、前記燃料ガス排出側バルブ、前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを閉じて前記燃料電池スタック内の反応ガスの流通を遮断する工程と、
前記蓄電手段および前記放電手段を用いて、前記酸化ガス反応流路に残存する酸化ガスと、前記燃料ガス反応流路および前記燃料ガスバッファタンクに残存する燃料ガスと、をそれぞれ所定の濃度以下まで消費させる工程と、
前記燃料ガスバッファタンクを前記ガス供給源および前記燃料ガス反応流路と連通させ、前記燃料ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量とする工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidation electrode, and a stack of fuel cells using a fuel gas and an oxidation gas as a reaction gas;
A fuel gas flow path including a fuel gas reaction flow path between the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve, which communicates with the fuel electrode and is openable and closable;
An oxidant gas flow path including an oxidant gas reaction flow path between the oxidant gas supply side valve and the oxidant gas discharge side valve, which communicates with the oxidization electrode and can be opened and closed;
With
In the fuel cell system for supplying the power obtained by the fuel cell stack to the main load,
A fuel gas buffer tank communicating with the fuel gas reaction flow path and capable of communicating with a gas supply source;
Power storage means connectable to the fuel cell stack;
Discharging means connectable to the fuel cell stack;
Have
Disconnecting the fuel cell stack from the main load and instructing the fuel cell stack to stop operation;
Closing the fuel gas supply side valve, the fuel gas discharge side valve, the oxidant gas supply side valve, and the oxidant gas discharge side valve to shut off the flow of the reaction gas in the fuel cell stack;
Using the power storage means and the discharge means, the oxidizing gas remaining in the oxidizing gas reaction flow path and the fuel gas remaining in the fuel gas reaction flow path and the fuel gas buffer tank are each reduced to a predetermined concentration or less. A process of consuming,
Communicating the fuel gas buffer tank with the gas supply source and the fuel gas reaction flow path, and setting a gas amount from the gas supply source in the fuel gas reaction flow path to a predetermined amount;
A control method for a fuel cell system, comprising: 請求項１３に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料ガスバッファタンクは、さらに前記酸化ガス反応流路と連通可能に構成されており、
前記ガス供給源と前記燃料ガスバッファタンクとの連通を解除する工程と、
前記燃料ガスバッファタンクと前記酸化ガス反応流路とを連通させる工程と、
前記酸化ガス反応流路内の前記ガス供給源からのガス量を所定量として封入する工程と、
をさらに有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 The method of controlling a fuel cell system according to claim 13,
The fuel gas buffer tank is further configured to communicate with the oxidizing gas reaction flow path,
Releasing the communication between the gas supply source and the fuel gas buffer tank;
Communicating the fuel gas buffer tank and the oxidizing gas reaction flow path;
Sealing a gas amount from the gas supply source in the oxidizing gas reaction flow path as a predetermined amount;
A control method for a fuel cell system, further comprising: 請求項１４に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記ガス供給源より供給されるガスは、少なくともＣＯ２を含有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 The control method of a fuel cell system according to claim 14,
The method for controlling a fuel cell system, wherein the gas supplied from the gas supply source contains at least CO 2 . 請求項１２から１５のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池スタックから前記本負荷への電力供給の開始を指令する工程と、
前記燃料ガス供給側バルブおよび前記燃料ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の燃料ガスの流通を開始する工程と、
前記蓄電手段および前記放電手段を前記燃料電池スタックに接続する工程と、
前記酸化ガス供給側バルブおよび前記酸化ガス排出側バルブを開いて前記燃料電池スタック内の酸化ガスの流通を開始する工程と、
前記燃料電池スタックを前記本負荷と接続して前記燃料電池スタックから電力を供給する工程と、
前記燃料電池スタックに対する前記蓄電手段および前記放電手段の接続を解除する工程と、をさらに有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 12 to 15,
Instructing the start of power supply from the fuel cell stack to the main load;
Opening the fuel gas supply side valve and the fuel gas discharge side valve to start distribution of fuel gas in the fuel cell stack; and
Connecting the power storage means and the discharge means to the fuel cell stack;
Opening the oxidizing gas supply side valve and the oxidizing gas discharge side valve to start circulation of the oxidizing gas in the fuel cell stack;
Connecting the fuel cell stack to the main load and supplying power from the fuel cell stack;
And a step of disconnecting the power storage means and the discharge means from the fuel cell stack. 請求項１１から１６のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記蓄電手段は、所定の電気容量を有するキャパシタであることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 11 to 16,
The method for controlling a fuel cell system, wherein the power storage means is a capacitor having a predetermined electric capacity. 請求項１２から１７のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記放電手段は、所定の電気抵抗を有する補助負荷であることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 In the control method of the fuel cell system according to any one of claims 12 to 17,
The method of controlling a fuel cell system, wherein the discharging means is an auxiliary load having a predetermined electric resistance.
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