JP2008218170A

JP2008218170A - 燃料電池システムおよびその掃気処理方法

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Publication number: JP2008218170A
Application number: JP2007053306A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Osada; 康弘長田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: JP5151185B2

Abstract

【課題】加湿モジュール内に水が残らないような掃気処理を可能とする。
【解決手段】燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池２と、該燃料電池２に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、当該燃料電池２に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路１１と、燃料電池２に供給される酸化ガスを加湿するため酸化ガス供給路１１に設けられている加湿モジュール１５と、該加湿モジュール１５を迂回する酸化ガスバイパス流路８と、を備えた燃料電池システムが、燃料電池２の運転終了の際、加湿モジュール１５側に酸化ガスを流通させてから酸化ガスバイパス流路８へと当該酸化ガスの流路を切り替える弁１８，８１を備えている。弁１８，８１による切替えのタイミングを計測するための装置として湿度センサ８２を備えていることも好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその掃気処理方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池システムにおけるいわゆる掃気処理の改良に関する。

一般に、燃料電池（例えば高分子電解質形燃料電池）は電解質をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。また、このような燃料電池に加え、当該燃料電池に反応ガス（燃料ガスや酸化ガス）を給排するための配管系、電力を充放電する電力系、システム全体を統括制御する制御系などによって燃料電池システムが構成されている。

このような燃料電池を含む燃料電池システムとしては、酸化ガス供給用の流路に加湿器などからなる加湿モジュールを備え、コンプレッサにより圧送される酸化ガスを加湿モジュールで加湿してから燃料電池に供給するものが知られている。また、加湿モジュールを迂回するバイパス流路を備えた燃料電池システムも知られている（例えば特許文献１参照）。このようなバイパス流路を備えた燃料電池システムにおいては、例えば運転終了の際にバイパス流路を使って乾燥した酸化ガスを供給し、燃料電池内に水分が残らないようにするいわゆる掃気処理が可能である。これによれば、低温時に残水が凍結して電解質膜やセパレータが破損するといった事態が生じるのを回避することができる。
特開２００５−２５１５７６号公報

しかしながら、加湿モジュール内に水が残っていると低温時に当該残水が凍結し、場合によっては加湿モジュール内の膜部材（例えば加湿器の中空子膜など）を破損するおそれがある。

そこで、本発明は、加湿モジュール内に水が残らないような掃気処理が可能な燃料電池システムおよびその掃気処理方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。燃料電池（あるいは燃料電池システム）の運転終了時に行う掃気の際、当該燃料電池内の排水性を向上させるため、上述したように加湿モジュールをバイパスさせていわば非加湿の状態で酸化ガス（例えば空気）を供給している。ところが、従来の掃気処理は燃料電池内を掃気することに配慮してはいるが、運転終了前まで酸化ガスを加湿していた加湿モジュール内の水分にまで配慮しているわけではない。つまり、掃気処理により燃料電池に水分が残らないようにしても加湿モジュール内に水分が残っていればかかる残水が低温時に凍結し、ひいては膜部材の破損といった事態を引き起こしかねない。このような観点から加湿モジュール内の残水に着目して検討を重ねた本発明者はかかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

本発明はかかる知見に基づくものであり、燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、当該燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路と、前記燃料電池に供給される酸化ガスを加湿するため前記酸化ガス供給路に設けられている加湿モジュールと、該加湿モジュールを迂回する酸化ガスバイパス流路と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の運転終了の際、前記加湿モジュール側に前記酸化ガスを流通させてから前記酸化ガスバイパス流路へと当該酸化ガスの流路を切り替える弁を備えていることを特徴としている。

この燃料電池システムにおいては、運転終了の際、いきなり酸化ガスバイパス流路側へと流路を切り替えるのではなく、少なくとも加湿モジュール側に当該酸化ガスを流通させるようにしている。つまり、非加湿の酸化ガスにより加湿モジュール（あるいは当該加湿モジュールを含む酸化ガス流路）において掃気処理が行われ、その後、当該加湿モジュールをバイパスした非加湿の酸化ガスにより燃料電池において従来の場合と同様に掃気処理が行われることとなり、燃料電池内ばかりでなく加湿モジュールにおいても水分が残らないような処理が実行される。このため、加湿モジュール内に残った水分が低温時に凍結して膜部材を破損するといった事態が生じるのを回避することが可能である。

また、この燃料電池システムによれば、加湿モジュールのみならず、当該加湿モジュールを通る酸化ガス供給路上に配置された弁（例えば遮断弁）に対しても非加湿の酸化ガスで掃気処理を行い、当該弁に付着している水分が残らないように処理することができる。これによれば当該付着した水が凍結することを回避することができるから、燃料電池システムの再起動時に弁が即座に動作しうる状態を確保することが可能であり、優れた始動性を実現できるという利点もある。

加えて、上述したように加湿モジュールを通る酸化ガス供給路を非加湿の酸化ガスで十分に掃気することができるから、当該酸化ガス供給路が凍結等により閉塞することを回避しうる点でも好適である。

このような燃料電池システムは、前記弁による切替えのタイミングを計測するための装置として湿度センサを備えていることが好ましい。湿度センサによれば、加湿モジュールにおける湿度が所定値以下となったところで流路を切り替えることができる。

あるいは、燃料電池システムが、前記弁による切替えのタイミングを計測するための装置として前記酸化ガスの流量計を備えていることも好ましい。これによれば、一定量の酸化ガスを流通させた時点で流路を切り替えることができる。

また、本発明は、燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、当該燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路と、前記燃料電池に供給される酸化ガスを加湿するため前記酸化ガス供給路に設けられている加湿モジュールと、該加湿モジュールを迂回する酸化ガスバイパス流路と、を備えた燃料電池システムにて掃気処理を行うための掃気処理方法において、前記燃料電池の運転終了の際、前記加湿モジュール側に前記酸化ガスを流通させてから前記酸化ガスバイパス流路へと当該酸化ガスの流路を切り替えるというものである。

このような掃気処理方法においては、前記加湿モジュール側の酸化ガス供給路と前記酸化ガスバイパス流路の両方に前記酸化ガスを流通させた後、前記加湿モジュール側の酸化ガス供給路を閉じて前記酸化ガスバイパス流路にのみ前記酸化ガスを流通させることとしてもよい。こうした場合には、加湿モジュールと燃料電池の両方において並行して掃気処理を行い、その後、燃料電池において従来の場合と同様に掃気処理を行うことができる。

本発明によれば、運転終了後、加湿モジュール内に水が残らないような掃気処理を行うことにより、残水が凍結して加湿モジュール内の膜部材を破損するといった事態を回避することができる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４に本発明の実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池システム１は、燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池２と、該燃料電池２に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための水素供給流路（燃料ガス供給路）２２と、当該燃料電池２に酸化ガスを供給するための空気供給流路（酸化ガス供給路）１１と、燃料電池２に供給される酸化ガスを加湿するため空気供給流路１１に設けられている加湿器１５と、該加湿器１５を迂回する酸化ガスバイパス流路８と、を備えている（図１、図２参照）。さらに本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池２の運転終了の際、加湿器１５側に酸化ガスを流通させてから酸化ガスバイパス流路８へと当該酸化ガスの流路を切り替える遮断弁１８，１９を備えている。

以下においては、燃料電池２などによって構成される燃料電池システム１の全体構成についてまず説明し、その後、この燃料電池システム１における掃気処理のための構成や処理内容について説明することとする。

図１に燃料電池システム１の概略構成を示す。この燃料電池システム１は例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして適用可能なものであるが特にこれに限られることなく、この他、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システムとしても適用することが可能である。

本実施形態における燃料電池システム１は、反応ガス（酸化ガスおよび燃料ガス）の供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷媒を供給して当該燃料電池２を冷却する冷媒配管系５と、システムの電力を充放電する電力系６と、システム全体を統括制御する制御部７と、を備えている。

燃料電池２は例えば高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、さらにこれら各反応ガスが化学反応を生じることによって電力が生じる。また、この燃料電池２には発電中の電流を検出する電流センサ２ａが取り付けられている（図１参照）。

酸化ガス配管系３は、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる空気供給流路１１と、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる排気流路１２と、を有している。空気供給流路１１には、フィルタ１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられている。コンプレッサ１４は、図示されていないモータの駆動により大気中の酸化ガスを取り込む。また、排気流路１２を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁１６を通って加湿器１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。また、この酸化ガス配管系３には加湿器１５を迂回する酸化ガスバイパス流路８が設けられ、さらに各種弁（燃料電池バイパス弁１７、入口遮断弁１８、出口遮断弁１９、加湿モジュールバイパス弁８１）が設けられている（図１、図２参照）。

燃料ガス配管系４は、水素供給源としての燃料タンク２１と、燃料タンク２１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる水素供給流路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を水素供給流路２２の合流点Ａ１に戻すための循環流路２３と、循環流路２３内の水素オフガスを水素供給流路２２に圧送する水素ポンプ２４と、循環流路２３に分岐接続された排気排水流路２５と、を有している。

燃料タンク２１は例えば高圧タンクや水素吸蔵合金などで構成されて本実施形態における燃料電池車両に複数搭載されているものであり、例えば３５ＭＰａまたは７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能に構成されている。後述する遮断弁２６を開くと、燃料タンク２１から水素供給流路２２へと水素ガスが流出する。水素ガスは、後述するレギュレータ２７やインジェクタ２８により最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧され、燃料電池２に供給される。なお、本実施形態ではこのような燃料タンク２１を水素供給源としているが、この他、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、によって水素供給源を構成することも可能である。

水素供給流路２２には、燃料タンク２１からの水素ガスの供給を遮断または許容する遮断弁２６と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ２７と、インジェクタ２８と、が設けられている。また、インジェクタ２８の下流側であって水素供給流路２２と循環流路２３との合流部Ａ１の上流側には、水素供給流路２２内の水素ガスの圧力を検出する圧力センサ２９が設けられている。さらに、インジェクタ２８の上流側には、水素供給流路２２内の水素ガスの圧力および温度を検出する圧力センサおよび温度センサ（図示省略）が設けられている。圧力センサ２９等で検出された水素ガスのガス状態（圧力、温度）に関する情報は、後述するインジェクタ２８のフィードバック制御やパージ制御に用いられる。

レギュレータ２７は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ２７として採用している。機械式の減圧弁の構成としては、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする公知の構成を採用することができる。

インジェクタ２８は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ２８は、水素ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体と、を備えている。例えば本実施形態においては、インジェクタ２８の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階、多段階、または無段階に切り替えることができるようになっている。さらに、制御部７から出力される制御信号によって、インジェクタ２８のガス噴射時間およびガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量および圧力が高精度に制御される。このように、インジェクタ２８は、弁（弁体および弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。

なお、インジェクタ２８の弁体の開閉によりガス流量が調整されるとともに、インジェクタ２８の下流に供給されるガス圧力がインジェクタ２８上流のガス圧力より減圧されるため、インジェクタ２８を調圧弁（減圧弁、レギュレータ）と解釈することもできる。また、本実施形態では、ガス要求に応じて所定の圧力範囲の中で要求圧力に一致するようにインジェクタ２８の上流ガス圧の調圧量（減圧量）を変化させることが可能な可変調圧弁と解釈することもできる。

本実施形態においては、このようなインジェクタ２８を、水素供給流路２２と循環流路２３との合流部Ａ１より上流側に配置している（図１参照）。また、図１に破線で示すように、燃料供給源として複数の燃料タンク２１が用いられている場合には、これら燃料タンク２１から供給される水素ガスが合流する部分（水素ガス合流部Ａ２）よりも下流側に当該インジェクタ２８を配置するようにする。

循環流路２３には、気液分離器３０および排気排水弁３１を介して、排気排水流路２５が接続されている。気液分離器３０は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３１は、制御部７の指令を受けて作動することにより、気液分離器３０で回収した水分と、循環流路２３内の不純物を含む水素オフガス（燃料オフガス）と、を外部に排出（パージ）するものである。この排気排水弁３１を開放すると、循環流路２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。排気排水弁３１の上流位置（循環流路２３上）および下流位置（排気排水流路２５上）には、各々、水素オフガスの圧力を検出する上流側圧力センサ３２および下流側圧力センサ３３が設けられている。

また、特に詳しく図示していないが、排気排水弁３１および排気排水流路２５を介して排出される水素オフガスは、希釈器（図示省略）によって希釈されて排気流路１２内の酸化オフガスと合流するようになっている。水素ポンプ２４は、モータ（図示省略）の駆動により、循環系内の水素ガスを燃料電池２に循環供給する。水素ガスの循環系は、水素供給流路２２の合流点Ａ１の下流側流路と、燃料電池２のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路２３と、によって構成されることとなる。

冷媒配管系５は、燃料電池２内の冷却流路に連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池２から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、燃料電池２から排出される冷媒の温度を検出する温度センサ４４と、を有している。冷却ポンプ４２は、モータ（図示省略）の駆動により、冷媒流路４１内の冷媒を燃料電池２に循環供給する。温度センサ４４で検出された冷媒の温度（＝燃料電池２から排出される水素オフガスの温度）は、後述するパージ制御に用いられる。

電力系６は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、図示されていない各種の補機インバータ等を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２またはトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。このような高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の機能により、バッテリ６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。

バッテリ６２は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム１が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。

補機インバータは、各モータの駆動を制御する電動機制御部であり、直流電流を三相交流に変換して各モータに供給する。補機インバータは、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御部７からの制御指令に従って燃料電池２またはバッテリ６２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータで発生する回転トルクを制御する。

制御部７は、車両に設けられた加速用の操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ６４等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置には、トラクションモータ６４のほかに、燃料電池２を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ１４、水素ポンプ２４、冷却ポンプ４２の各モータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御部、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む電力消費装置が含まれうる。

このような制御部７は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェースおよびディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで所望の演算を実行することによりフィードバック制御やパージ制御など種々の処理や制御を行う。

続いて、以上のような燃料電池システム１における掃気処理のための構成や処理内容について説明する（図２〜図４参照）。

酸化ガスバイパス流路８は加湿器１５を迂回する酸化ガスの供給路で、非加湿の酸化ガスを燃料電池２に供給することを可能としている。例えば本実施形態の酸化ガスバイパス流路８は分岐点Ａ３で空気供給流路１１から分岐し、合流点Ａ４で当該空気供給流路１１に合流するように形成されている（図２参照）。この酸化ガスバイパス流路８には、当該酸化ガスバイパス流路８を開閉する加湿モジュールバイパス弁８１が設けられている。

また、上述したように酸化ガス配管系３に各種弁（燃料電池バイパス弁１７、入口遮断弁１８、出口遮断弁１９）が設けられている（図２参照）。燃料電池バイパス弁１７は空気供給流路１１と排気流路１２とを接続する流路の途中に設けられている弁である。入口遮断弁１８は空気供給流路１１を遮断することができる遮断弁であり、例えば加湿器１５と合流点Ａ４の間に設けられている。また、出口遮断弁１９は排気流路１２を遮断することができる遮断弁であり、例えば背圧調整弁１６と加湿器１５の間に設けられている。これら各種弁のうちの入口遮断弁１８および加湿モジュールバイパス弁８１の開度を調整することにより、空気供給流路１１および酸化ガスバイパス流路８を流れる酸化ガスの流量（流量比）を調整し、さらにはいずれかの流路８，１１を選択して切り替えることができる。

また、本実施形態の燃料電池システム１は、上述した入口遮断弁１８および加湿モジュールバイパス弁８１による流路切替えのタイミングを計測するための装置として湿度センサ８２を備えている。湿度センサ８２は例えば入口遮断弁１８と合流点Ａ４との間に設けられており、加湿器１５における湿度（あるいは当該加湿器１５から合流点Ａ４に至るまでの流路における湿度）を検出することが可能となっている。なお、ここで示した湿度センサ８２の配置は例示したものに過ぎず、例えば加湿器１５と入口遮断弁１８の間といった他の箇所に配置することもできる。

続いて、上述した構成の燃料電池システム１における掃気処理方法についてフローチャートを参照して説明する（図３参照）。

まず、例えば燃料電池車両に備え付けられているイグニッション装置（Ｉ／Ｇ）をオフにする等して運転を終了させると、流路を切り替えないままの状態（入口遮断弁１８が開、加湿モジュールバイパス弁８１が閉）で酸化ガスを供給して加湿器１５および空気供給流路１１に流す（ステップＳ１）。これにより加湿器１５は掃気されて水分が残らないように排水処理される。また、併せて入口遮断弁１８や空気供給流路１１も掃気されて同様に排水処理される。この掃気処理の間、湿度センサ８２により加湿器１５における湿度を検出し、所定値以下になったかどうかを判断する（ステップＳ２）。所定値以下になったならば（ステップＳ２にてＹＥＳ）、加湿器１５の掃気処理が十分に行われたとして入口遮断弁１８を閉じ、加湿モジュールバイパス弁８１を開くことによって酸化ガスの流路を酸化ガスバイパス流路８側に切り替える（ステップＳ３）。以降は、従来における処理と同様、非加湿の酸化ガスを酸化ガスバイパス流路８を通じて燃料電池２に供給する掃気処理が行われる。当該掃気処理が十分に行われたら一連の処理を終了する。

ここまで説明したように、本実施形態の燃料電池システム１においては、燃料電池２内のみならず加湿器１５内の水分にも配慮した掃気処理を実行するため、運転終了の際にいきなり酸化ガスバイパス流路８側へと流路を切り替えるのではなく、少なくとも加湿器１５側に酸化ガスを十分に流すこととしている。これによれば、加湿器１５内に水分が残らないようにすることができるから、残った水分が低温時に凍結して膜部材を破損するといった事態が生じるのを回避することが可能である。このように加湿器１５内の水分にも配慮した処理を実行することとすれば、当該加湿器１５の機能が劣化するのを抑制し、寿命の長期化を図ることができる。

また、この燃料電池システム１によれば、加湿器１５のみならず、当該加湿器１５を通る空気供給流路１１および当該空気供給流路１１上に配置された弁（本実施形態の場合であれば入口遮断弁１８）に対しても非加湿の酸化ガスで掃気処理を行うことができるから、当該空気供給流路１１内の水分や当該入口遮断弁１８に付着している水分が残らないように処理することもできる。これによれば、低温時に残水が凍結するという事態を回避することが可能となるから、燃料電池システム１の再起動時に入口遮断弁１８が即座に動作しうる状態を確保し、さらには空気供給流路１１が凍結等により閉塞することを回避することができ、優れた始動性を実現することができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、運転終了直後は酸化ガスの全量を加湿器１５を通る空気供給流路１１に流し続けるという処理例を説明したがこれに限られることはなく、これ以外として、当該空気供給流路１１と酸化バイパス流路８の両方に酸化ガスを流すという処理としても構わない。このような掃気処理とした場合、空気供給流路１１と酸化ガスバイパス流路８の両方に酸化ガスを流通させ、加湿器１５と燃料電池２の両方において並行して掃気処理を行い、その後、燃料電池２において従来と同様の掃気処理を行うこととなる。要するに、加湿器１５等に対して非加湿の酸化ガスを流すという処理を少なくとも行うこととすれば当該加湿器１５等に水分が残らないようにすることができる。

ここで、他の処理例をフローチャートを参照して簡単に説明すると（図４参照）、まず、イグニッション装置（Ｉ／Ｇ）をオフにする等して燃料電池２の運転を終了させると、入口遮断弁１８の開度および加湿モジュールバイパス弁８１の開度を調整し、空気供給流路１１と酸化バイパス流路８の両方に酸化ガスを流す（ステップＳ１１）。この場合、加湿器１５および燃料電池２の両方が同時に掃気されて水分が残らないように排水処理される。また、併せて入口遮断弁１８や空気供給流路１１自体も掃気されて排水処理される。この掃気処理の間、湿度センサ８２により加湿器１５における湿度を検出し、所定値以下になったならば（ステップＳ１２にてＹＥＳ）、入口遮断弁１８を閉じ、加湿モジュールバイパス弁８１を全開とすることによって酸化ガスの流路を酸化ガスバイパス流路８側に切り替える（ステップＳ１３）。以降、従来における処理と同様、燃料電池２に対する掃気処理のみを行うことができる。

また、本実施形態においては、弁（入口遮断弁１８、加湿モジュールバイパス弁８１）による流路切替えのタイミングを計測するための装置として湿度センサ８２を用いたがこれも好適な一例にすぎず、この他、例えば酸化ガスの流量計を用いてもよい。これによれば、一定量の酸化ガスを流通させた時点で流路を切り替えることができる。あるいは、タイミング計測装置として、例えば運転終了時からの時間を計って一定のタイミングで流路を切り替えるための計時装置を用いてもよい。

また、本実施形態においては掃気処理を加湿器１５に対して行う場合について説明したがかかる加湿器１５は加湿モジュールの具体的な一例にすぎない。運転中において燃料電池２に供給される酸化ガスを加湿し、尚かつ運転終了後においては水分が残る可能性のある種々の装置（加湿モジュール）に対して本発明を適用することが可能である。

本発明にかかる燃料電池システムの構成例を示す図である。燃料電池システムにおける酸化ガス配管系の構成例を詳細に示す図である。本実施形態における掃気処理の一例を示すフローチャートである。掃気処理の他の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１…燃料電池システム、２…燃料電池、８…酸化ガスバイパス流路、１１…空気供給流路（酸化ガス供給路）、１５…加湿器（加湿モジュール）、１８…入口遮断弁（酸化ガスの流路を切り替える弁）、２２…水素供給流路（燃料ガス供給路）、８１…加湿モジュールバイパス弁（酸化ガスの流路を切り替える弁）、８２…湿度センサ（切替えのタイミングを計測するための装置）

Claims

燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、当該燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路と、前記燃料電池に供給される酸化ガスを加湿するため前記酸化ガス供給路に設けられている加湿モジュールと、該加湿モジュールを迂回する酸化ガスバイパス流路と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の運転終了の際、前記加湿モジュール側に前記酸化ガスを流通させてから前記酸化ガスバイパス流路へと当該酸化ガスの流路を切り替える弁を備えている
ことを特徴とする燃料電池システム。
前記弁による切替えのタイミングを計測するための装置として湿度センサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記弁による切替えのタイミングを計測するための装置として前記酸化ガスの流量計を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
燃料ガスおよび酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、当該燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給路と、前記燃料電池に供給される酸化ガスを加湿するため前記酸化ガス供給路に設けられている加湿モジュールと、該加湿モジュールを迂回する酸化ガスバイパス流路と、を備えた燃料電池システムにて掃気処理を行うための掃気処理方法において、
前記燃料電池の運転終了の際、前記加湿モジュール側に前記酸化ガスを流通させてから前記酸化ガスバイパス流路へと当該酸化ガスの流路を切り替える
ことを特徴とする燃料電池システムの掃気処理方法。
前記加湿モジュール側の酸化ガス供給路と前記酸化ガスバイパス流路の両方に前記酸化ガスを流通させた後、前記加湿モジュール側の酸化ガス供給路を閉じて前記酸化ガスバイパス流路にのみ前記酸化ガスを流通させることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システムの掃気処理方法。